鄂尔多斯东部露天煤矿集中分布区2000—2016年间生态环境状况评价

内蒙古农业大学草原与资源环境学院 萨其拉，张霞，康萨如拉，赵金花

随着经济的快速发展，环境保护和治理也应同时进行[1]。由于近年来露天煤开采速度的不断提高，对生态环境造成了严重的危害，如土壤侵蚀、土地面积大规模被破坏、地表和地下水系统紊乱等，最严重的是对区域植被的破坏。由于露天煤矿占用的土地面积大，该地区的生物量和植被种类严重减少。因此，如何准确、有效地监测当地的生态环境，评价环境保护和治理的有效性是生态学及相关学科关注的关键课题[2]。本文基于2000—2016年5期高分辨率遥感图像，对鄂尔多斯东部露天煤矿集中分布区进行了遥感精解译，获得了该地区的动态土地利用数据。在此基础上，结合生态环境分析方法，形成了2000—2016年鄂尔多斯东部露天煤矿集中分布区生态环境的动态变化情况。

一、研究方法

（一）土地利用动态解译

1.图像数据来源

本文2016年高分辨率卫星图像由国家测绘地理信息局推送。2009年和2012年的高分辨率卫星图像是第一次全国国情普查时点核准数据。2000年和2005年为法国的SPOT所融合后的全色卫星影像（表1）。此外，又收集了对应时期LandsatTM数据，计算红外(IR)和近红外(NIR)波段，得到归一化植被指数(NDVI)。其计算公式如下：

表1 数据介绍

NDVI=（NIR-IR）/（NIR+IR）

2.土地利用/覆盖解译

首先，利用eCognition developer 8.0软 件 对2000、2005、2009、2012、2016年这五个时期的图像进行自动分割，得到每个时期图像地物矢量文件，然后再利用ArcGIS 9.3软件对研究区的土地利用/覆盖情况进行人机交互式解译。根据本研究的目的和图像的可解译性，制定土地利用/覆盖分类系统，获得了林地、草地、工业场地、采矿用地、住宅用地、仓储用地等6种土地利用类型。

（二）生态环境状况评价

1.生态环境状况分指数计算

根据《生态环境状况评价技术规范（试行）》（HJ/T192—2006）[4]，计算了生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数（土壤胁迫指数）、污染负荷指数等5项生态环境状况指数，并获得生态环境状况分级。这5个指数分别反映了监测区域的生物贫乏度、植被覆盖度、水分丰富度、遭受的胁迫强度和承受的污染物压力。

2.生态环境状况分级

生态环境状况分级和变化描述见表2、表3。

表2 生态环境状况指数分级表

表3 生态环境状况变化度分级及波动变化度分级描述*

二、结果与分析

（一）土地利用/覆盖变化

通过对2000—2016年监测区煤矿土地利用专题图斑面积的统计分析发现（表4、图1），鄂尔多斯东部露天煤矿开采活动随开采时间有一定的变化趋势。根据2000年至2016年土地利用/覆盖率动态百分比图看出，研究区两种天然生境类型（天然草地和林地）面积比例逐年下降，天然草地面积比最大，面积比从2000年的57.38%(1490.74km2)下降到2016年的52.42%（1361.98km2)，林地面积比从34.37%(892.92km2)下降至30.97%（804.72km2)；但与人类活动相关的土地面积不断增加，采矿用地和工业用地的面积比分别从0.68%(17.60km2)和0.41%（15.48km2)增加到6.5%(168.75km2)和3.29%（85.48km2)，仓储用地面积也有所增加。

（二）生态环境状况分指数变化

1.生物丰度指数的变化

生物丰度指数的变化反映了生物丰贫程度的变化。计算结果显示(图1a)，监测区2000—2016年间生物丰度指数总体情况呈下降趋势，即2000年生物丰度指数最高，值为116.94，2016年出现最低值为105.42。在整个评价期内，林地与草地面积在显著减少，建设用地面积在显著增加，呈此消彼长的态势，反映了监测区生物多样性指数的持续下降。

2.植被覆盖指数的变化

植被覆盖指数计算结果显示(图1b)，2000—2016年间监测区域总体植被覆盖指数呈现先下降后上升的趋势，即2005年后植被覆盖显著下降，到2016年开始上升。

3.水网密度指数的变化

水网密度指数的变化代表了河流、湖泊蓄水和降水的增减，以及水资源数量和储量的变化趋势。评价结果显示(图1c)，2000—2016年监测区域内水网密度指数总体情况相对稳定，稳中有升，2009年出现最小值为2.93,直到2016年上升至3.18。

4.土地退化指数的变化

土地退化指数（或土壤胁迫指数）是描述土地沙化和荒漠化的重要指标。评价结果显示(图1d)，监测区2000—2016年土地退化指数总体呈下降趋势，即2016年出现最小值为45.69。整个评价期严重侵蚀等土地胁迫面积明显减少，适度侵蚀面积上升，最终反映土壤威胁减少，土地改善势头，近年来人工植被面积达到一定程度，提高土壤质量，遏制荒漠化和荒漠化。

5.污染负荷指数的变化

污染负荷指数表示区域或者某环境因素对污染物的负载量。评价结果显示(图1e)，2000—2016年监测区污染负荷指数总体反复波动，即2009年和2012年分别有两个高峰（10.5和8.9），在此期间固体废物和烟尘的排放量相对较高。从2005年起，所反映的污染负荷指数继续波动。

（三）生态环境状况的变化

根据监测区各周期的EI计算 结 果(图1f)可 知，2000—2016年生态环境状况指数呈持续下降趋势，特别是2005年开始上升，到2012年呈下降趋势。根据表2中对生态环境质量的分类依据，2000—2012年的生态环境质量为“良好”，2016年的生态环境质量为“一般”。

图1 生态环境状况及各分指数随开采年份的变化

三、讨论

社会经济和环境因素在鄂尔多斯市的露天煤矿开采活动中起着主导作用。通过对2000—2016年监测区煤矿土地利用专题图斑面积的统计分析发现，研究区露天煤矿开采活动与鄂尔多斯市的社会经济发展密切相关。

例如从2000年到2005年，是鄂尔多斯市露天煤矿开采的初始阶段。2005年以前，为了保持长期稳定的社会发展，煤炭价格由政府控制，煤炭价格长期以来一直处于低位。自2002年以来，国家已停止发布政府规定的热煤指导价格。然而，由于煤炭作为基础能源对价格有很大的影响，国家仍不时发布价格调控政策，直到2005年底，国家正式宣布热煤价格不再实行宏观调控。从本文的结果可以看出，正在采矿活动的露天煤矿总量保持稳定趋势，面积保持在18km2，上、下排土场和露天堆放场面积略有增加，而其他人工堆掘地面积保持不变。生态环境状况指数变化不明显，生态环境较为稳定。

2005年至2009年，鄂尔多斯市露天煤矿开采进入井喷期。自2005年以来，中国经济发展迅速。随着国家能源政策的收紧，安全整改工作进一步加强。大多数小型煤矿已关闭投产，但煤炭需求逐年增加，煤炭供应逐步收紧，价格也在上涨。鄂尔多斯的煤炭开采量从2005年的15252.72万吨增加到2009年的3.384亿吨，比2005年增长121%。然而，在2008年，中国遭受了次贷危机，经济大幅下滑，煤炭价格继续下跌。2009年，在全国投资4万亿元的推动下，中国经济在第二季度得到了稳定和复苏，在有利的宏观环境的影响下，煤炭价格开始上涨。到2009年，露天煤矿开采面积达到94.20km2，比2005年高 出18km2高出76.20km2；同样，排土场的面积从2005年的10.55km2增加到33.30km2。在此期间，生态环境状况变化轻微，生态环境状况波动[3]。

2009年至2012年，在2009年全国投资4万亿元的推动下，中国经济在第二季度保持稳定和复苏，在良好的宏观环境的影响下，煤炭价格开始上涨。2012年，全球经济衰退拖累了中国的经济增长，煤炭价格开始徘徊下行。到2012年，露天煤矿开采面积达到165.85km2，而2009年 为94.20km2超 出71.65km2；同样，排土场的面积从2009年的33.3km2增加到66.01km2；鄂尔多斯的煤炭开采量从2009年的3.384亿 吨 增 加 到2012年的6.3938万 吨，比2009年 增长89%，相比2005—2009年增长122%，明显受价格和经济因素的影响。在此期间，生态环境变化轻微，生态环境状况波动。

2012年至2016年，鄂尔多斯市的露天煤矿开采进入了一个缓慢增长和调整的时期。2012年，受全球经济衰退的影响，中国经济增长放缓，煤炭价格持续下跌。鄂尔多斯地区采矿量首次出现负增长，从2012年的6.3938亿吨增至2015年的6.16亿吨。在此阶段，受国家2012年颁布的《煤炭工业“十二五”发展规划》的影响，露天煤矿开采规模进一步扩大，监测区保持在较高水平，但总体增长速度明显放缓。到2016年，露天煤矿矿区达到监测期最高水平，为168.75km2。在此调整期，随着国家宏观调控政策削减产能过剩，大量煤炭需求较大的行业的产能被调整，客观地降低了市场对煤炭的需求，煤炭价格下降，煤炭生产企业产量下降。此外，近年来，鄂尔多斯市政府实施了自治区绿色发展的政策理念，加强生态环境改善，提高矿区土地复垦强度，关闭部分小煤矿点，露天煤矿总体规模同比下降。因此，在此期间，生态环境条件没有明显变化，生态环境条件较为稳定[4]。

四、结论

根据2000—2016年鄂尔多斯东部露天煤矿集中分布区生态环境变化的动态结果，可以得出以下结论：

（1）自2000年以来，随着中国经济的快速发展，对煤炭的需求逐年增加，而煤炭供应的逐渐趋紧，导致土地面积逐年减少。（2）随着露天煤矿开采活动数量的增加，生物多样性和植被覆盖度有所下降，土地日趋变成沙漠和荒漠化。但近年来，由于人工种植活动的大量增多，土壤质量有了一定程度的改善，生态环境也在逐步改善。（3）2000—2012年生态环境质量为“良好”，而2016年生态环境质量介于“一般”。