中 国 环 境 科 学 203,33(4):707~73 Chia virometal ciece 基 于 遥 感 技 术 的 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 植 被 群 落 受 损 评 估 姚 峰,2, 古 丽 加 帕 尔 2, 包 安 明 2, 张 健 雄, 李 长 春 * 2, 刘 金 平 (. 河 南 理 工 大 学 测 绘 与 国 土 信 息 工 程 学 院, 河 南 焦 作 454000;2. 中 国 科 学 院 新 疆 生 态 与 地 理 研 究 所, 新 疆 乌 鲁 木 齐 8300) 摘 要 : 以 新 疆 准 东 五 彩 湾 露 天 煤 矿 开 采 区 为 研 究 靶 区, 基 于 2006~20 年 的 Ladsat TM 卫 星 遥 感 影 像 数 据, 借 助 植 被 指 数 和 植 被 覆 盖 度 指 数, 对 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 开 采 对 植 被 的 扰 动 进 行 分 析. 利 用 植 被 覆 盖 度 特 征 和 植 被 覆 盖 度 转 移 矩 阵, 分 析 了 露 天 煤 矿 开 采 中 不 同 等 级 植 被 群 落 的 受 损 速 度 和 面 积 变 化 情 况, 通 过 植 被 覆 盖 度 的 时 空 变 化 趋 势 和 波 动 程 度, 研 究 了 植 被 覆 盖 度 随 时 间 的 变 化 特 征, 并 定 量 分 析 了 研 究 区 植 被 受 损 范 围 与 受 损 程 度. 结 果 表 明,2006~20 年, 露 天 煤 矿 开 采 对 研 究 区 植 被 破 坏 程 度 呈 逐 年 增 加 趋 势, 研 究 区 内 植 被 覆 盖 度 年 均 减 少.2%, 并 且 植 被 等 级 越 低, 植 被 受 损 速 度 也 越 快. 其 中 植 被 受 煤 矿 开 采 粉 尘 影 响 的 范 围 较 大, 占 研 究 区 总 面 积 的 44.69%, 影 响 的 平 均 最 大 距 离 约 为 3.2, 并 且 煤 矿 的 开 采 规 模 越 大, 影 响 的 距 离 越 远. 煤 矿 采 掘 区 排 土 场 压 占 区 和 占 用 区 内 植 被 覆 盖 稀 疏, 有 植 被 区 域 占 该 区 域 面 积 的 2.5%, 尽 管 该 区 域 植 被 覆 盖 面 积 不 大, 但 所 在 区 域 植 被 覆 盖 度 的 波 动 程 度 在 0.05~0.5 之 间, 植 被 受 损 严 重. 关 键 词 : 干 旱 区 ; 露 天 煤 矿 ; 植 被 群 落 ; 受 损 评 估 中 图 分 类 号 :X87 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :000-6923(203)04-0707-07 Damage assessmet of the vegetable types based o remote sesig i the ope coalmie of arid desert area. YAO Feg,2, GULI Jiapaer 2, BAO A-mig 2, ZHAG Jia-xiog, LI Chag-chu *, LIU Ji-pig 2 (.chool of urveyig ad lad Iformatio gieerig, Hea Polytechic Uiversity, Jiaozuo 454000, Chia;2.Xijiag Istitute of cology ad Geography, Chiese Academy of cieces, Urmqi 8300, Chia). Chia virometal ciece, 203,33(4):707~73 Abstract:ucaia ope coalmie i the ast Juggar Basi i XiJiag was selected as the research regio, the disturbace of the ucaia ope-pit coal miig o vegetatio was aalyzed usig vegetatio idex ad the vegetatio fractio based o Ladsat TM satellite remote sesig data from 2006 to 20. First, the damaged speed ad area chage of differet levels of vegetatio durig coal miig was aalyzed usig the characteristics ad trasfer matrix of the desert vegetatio fractio i ope coalmie area. ecod, the chagig characteristics of the vegetatio fractio with time were studied ad the damaged area ad the extet of the vegetatio was quatitatively aalyzed usig temporal ad spatial variatio of the vegetatio fractio. The results idicate that, from 2006 to 20, the damaged vegetatio extet showed a icreasig tred year by year due to coal miig i the study regio, the vegetatio fractio decreased.2 % per year, ad the lower the level of vegetatio is, the faster the speed of vegetatio breakage. I the study regio, the area iflueced by coal dust was accouted for 44.69% of the total area. The average distace iflueced by the fie coal ash was about 3.2, ad the larger the scale of coalmie is, the further the ifluece. I the miig ad dumpig areas, vegetatio-covered area was small accouted for 2.5%, but the vegetatio fractio volatility chaged i the rage of 0.05~0.5, the vegetatio was damaged seriously. Key words:arid area;ope-pit coalmie;vegetatio commuity;damage assessmet 矿 产 资 源 开 发 是 一 种 具 有 大 规 模 高 强 度 性 质 的 生 态 扰 动 行 为, 会 产 生 区 域 地 表 侵 蚀 植 被 破 坏 等 生 态 扰 动 和 环 境 污 染 问 题. 因 此, 研 究 露 天 煤 矿 开 采 区 域 周 围 植 被 扰 动 情 况, 评 估 植 被 群 落 受 损 程 度, 对 促 进 干 旱 荒 漠 区 矿 产 资 源 有 序 合 理 开 发, 维 护 区 域 生 态 安 全 有 着 十 分 重 要 的 意 义. 遥 感 技 术 在 露 天 煤 矿 植 被 研 究 方 面, 国 内 大 多 是 从 生 态 环 境 评 价 的 角 度, 从 宏 观 上 分 析 煤 矿 开 采 对 周 围 生 态 环 境 的 影 响, 如 卓 义 等 [] 采 用 遥 感 监 测 方 法 分 析 了 疏 干 地 下 水 对 矿 区 及 其 周 边 收 稿 日 期 :202-08-09 基 金 项 目 : 环 境 保 护 公 益 性 专 项 (20467027-03); 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (47295) * 责 任 作 者, 副 教 授, lichagchu60@26.com
708 中 国 环 境 科 学 33 卷 [2] 草 原 生 态 环 境 的 影 响 ; 刘 瑞 等 基 于 遥 感 技 术 使 用 不 同 的 指 数 加 权 求 和 得 到 区 域 生 态 环 境 状 况 指 标, 定 量 评 价 了 实 验 区 域 生 态 环 境 质 量 ; 王 广 军 [3] 等 利 用 TM 影 像 对 研 究 区 荒 漠 化 情 况 进 行 了 分 [4] 析 ; 魏 信 等 利 用 生 态 环 境 状 况 指 数 (I) 对 研 究 区 生 态 环 境 进 行 监 测 与 评 价. 而 国 外 大 多 是 从 微 [5] 观 上 研 究 胁 迫 对 植 被 光 谱 的 影 响, 如 ims 等 利 用 叶 片 光 谱 反 射 率 建 立 光 化 反 射 率 指 数 预 测 叶 片 色 素 含 量, 提 供 了 一 种 在 大 尺 度 范 围 内 监 测 植 被 健 康 的 有 效 途 径 ; 而 由 德 国 汉 诺 威 大 学 与 Clausthal 工 业 大 学 的 共 同 承 担 的 欧 共 体 资 助 项 目 MIO [6], 主 要 采 用 航 空 高 光 谱 遥 感 技 术, 提 取 德 国 鲁 尔 煤 矿 区 受 污 染 植 被 光 谱 变 异 参 量 信 息. 目 前 国 内 外 对 于 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 进 行 生 态 受 损 的 研 究 还 非 常 少, 因 此 本 文 针 对 区 域 植 被 十 分 稀 疏 的 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿, 以 煤 矿 对 植 被 的 扰 动 为 出 发 点, 研 究 了 在 露 天 煤 矿 开 采 的 扰 动 下 植 被 覆 盖 度 随 时 间 的 变 化 趋 势 和 不 同 等 级 植 被 面 积 的 相 互 转 移 情 况, 并 定 量 分 析 了 不 同 等 级 植 被 受 损 的 速 度 植 被 受 损 的 范 围 和 受 损 的 程 度, 以 期 为 荒 漠 区 露 天 煤 矿 开 采 过 程 的 环 境 保 护 监 督 管 理 提 供 决 策 支 持. 研 究 地 区 和 研 究 方 法. 研 究 区 概 况 研 究 区 位 于 新 疆 准 噶 尔 盆 地 东 部 的 奇 台 吉 木 萨 尔 等 县 境 内, 隶 属 准 东 煤 田 五 彩 湾 露 天 煤 炭 开 采 区. 区 域 内 有 五 个 正 在 开 采 的 大 型 露 天 煤 矿, 分 别 为 湖 北 宜 化 煤 矿 大 成 能 源 煤 矿 天 池 能 源 煤 矿 神 华 能 源 煤 矿 神 东 天 隆 煤 矿, 其 中 神 华 能 源 于 2006 年 9 月 最 早 开 挖 生 产, 其 他 四 家 煤 矿 则 于 2009 年 4~7 月 之 间 陆 续 进 行 煤 炭 的 开 挖 生 产, 区 域 共 含 煤 面 积 为 90.05 2, 煤 炭 资 源 储 量 3900 亿 t, 占 全 疆 储 量 的 7.8%. 本 研 究 以 准 东 五 彩 湾 五 大 露 天 煤 矿 开 采 区 及 周 围 5 范 围 为 研 究 区 域 (88 45 08 ~89 2 58,44 38 02 ~ 44 59 02 ), 该 区 域 海 拔 300~600m, 属 大 陆 性 暖 温 带 极 端 干 旱 沙 漠 气 候 区, 强 度 蒸 发 极 端 干 旱. 地 形 以 平 原 为 主, 地 势 平 坦, 降 水 稀 少 土 地 贫 瘠 人 员 稀 少. 区 域 内 天 然 植 被 类 型 少 结 构 单 一, 植 被 稀 疏, 主 要 以 柽 柳 梭 梭 等 灌 木 和 草 本 为 主. 古 尔 班 通 古 特 沙 漠 吉 木 萨 尔 县 大 成 能 源 神 华 能 源 湖 北 宜 化 神 东 天 隆 天 池 能 源 省 道 奇 台 县 准 东 煤 田 0 3.5 7 4 图 研 究 区 位 置 示 意 Fig. Locatio diagram of study area.2 数 据 来 源 及 预 处 理 研 究 采 用 的 基 础 数 据 是 由 UG 免 费 提 供 的 Ladsat5 TM 遥 感 影 像, 为 尽 可 能 减 小 季 节 对 研 究 结 果 的 影 响, 选 取 影 像 的 时 间 为 2006~20 年 中 7 或 8 月 份 共 五 个 时 期 的 影 像, 分 辨 率 为 30m, 地 图 投 影 为 G84 坐 标 投 影. 所 选 遥 感 影 像 质 量 良 好, 图 像 清 晰, 基 本 无 云 雾 的 影 响, 且 均 摄 于 区 域 植 被 生 长 比 较 好 的 时 期, 对 研 究 区 的 植 被 生 长 状 况 具 有 一 定 的 代 表 性, 不 同 时 期 的 植 被 状 况 具 有 可 比 性 [7]. 运 用 VI4.7 软 件 对 影 像 进 行 拼 接 和 裁 剪 处 理, 并 采 用 VI 中 FLAAH 大 气 纠 正 工 具 包 对 影 像 进 行 大 气 纠 正 等 前 期 处 理.FLAAH 采 用 MODTRA4+ 辐 射 传 输 模 型, 是 目 前 精 度 最 高 的 大 气 辐 射 校 正 模 型, 可 以 有 效 地 去 除 水 蒸 气 / 气 溶 胶 散 射 效 应, 校 正 目 标 像 元 和 邻 近 像 元 交 叉 辐 射 的 邻 近 效 应, 调 整 由 于 人 为 抑 制 而 导 致 的 波 谱 平 滑, 有 效 消 除 大 气 和 光 照 等 因 素 对 地 物 反 射 的 影 响, 获 得 地 物 较 准 确 的 反 射 率 和 辐 射 率 地 表 温 度 等 真 实 物 理 模 型 参 数..3 研 究 方 法.3. 植 被 指 数 和 覆 盖 度 信 息 提 取 植 被 覆 盖 度 是 衡 量 地 表 植 被 状 况 的 主 要 指 标 之 一, 是 描 述 生 态 系 统 的 重 要 基 础 数 据 [8]. 在 提 取 植 被 覆 盖 度
4 期 姚 峰 等 : 基 于 遥 感 技 术 的 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 植 被 群 落 受 损 评 估 709 时, 考 虑 到 研 究 区 位 于 干 旱 区 且 是 低 覆 盖 度, 并 且 [9] 对 现 有 的 植 被 覆 盖 度 模 型 进 行 研 究 后 发 现, 常 规 提 取 植 被 覆 盖 度 的 方 法 精 度 不 高, 因 此 采 用 古 [0] 丽 加 帕 尔 提 出 的 修 正 三 波 段 梯 度 差 法 的 变 异 模 型 [ 式 ()] 来 提 取 干 旱 区 荒 漠 稀 疏 植 被 覆 盖 度 信 息. 修 正 三 波 段 梯 度 差 法 的 变 异 模 型 是 对 唐 世 [] 浩 等 提 出 的 原 三 波 段 梯 度 差 法 方 程 进 行 调 整, 经 过 修 正 后, 可 使 植 被 的 像 元 梯 度 差 值 d 为 正 裸 土 的 像 元 梯 度 差 值 d 为 负, 从 而 增 大 植 被 与 非 植 被 区 梯 度 差 的 差 异. 经 过 试 验 验 证, 修 正 三 波 段 梯 度 差 模 型 在 不 同 尺 度 上 反 演 的 覆 盖 度 信 息 与 实 测 值 的 一 致 性 较 好, 该 方 法 可 有 效 提 取 干 旱 区 低 覆 盖 度 植 被 信 息. d Rir Rr Rswir Rir A =, d =, () d veg λir λr λswir λir A = 0 if A <0 Rir Rr DVI = (2) Rir + Rr 式 中 :R ir R r R swir 分 别 为 地 物 在 近 红 红 短 波 红 外 波 段 的 反 射 率,%;λ ir λ r λ swir 分 别 为 近 红 红 短 波 红 外 波 段 波 长 ; d 为 像 元 梯 度 差 d veg 为 像 元 最 大 梯 度 差 ;A 为 植 被 覆 盖 度. 由 于 归 一 化 植 被 指 数 (DVI) 是 从 遥 感 光 谱 数 据 中 提 取 的 有 关 地 表 植 被 状 况 的 定 量 数 值, 是 植 被 生 长 状 态 及 植 被 覆 盖 度 的 最 佳 指 示 因 子, 并 且 当 地 面 为 全 植 被 覆 盖 时 其 DVI 大 于 0.6 [2], 因 此 在 确 定 d veg 时 只 需 先 计 算 影 像 的 DVI[ 式 (2)], 然 后 将 DVI 为 0.6 的 地 面 采 样 点 对 应 到 影 像 上, 通 过 确 定 该 点 的 行 列 号, 即 可 获 得 式 () 中 的 d veg, 该 方 法 可 以 有 效 消 除 由 于 人 为 因 素 所 致 的 计 算 尺 度 不 一 致 的 误 差 影 响 [3]..3.2 植 被 覆 盖 度 时 空 变 化 信 息 提 取 根 据 研 究 区 内 植 被 覆 盖 度 提 取 结 果, 分 析 区 域 内 不 同 等 级 植 被 覆 盖 度 的 空 间 变 化 信 息. 针 对 研 究 区 荒 漠 植 被 稀 疏 的 特 点, 为 了 能 更 清 晰 直 观 地 显 示 植 被 覆 盖 度 的 时 空 变 化 特 征, 把 植 被 覆 盖 度 灰 度 图 像 用 ecogitio 软 件 进 行 尺 度 为 0 的 四 叉 树 分 割, 以 格 网 中 包 含 像 素 覆 盖 度 的 平 均 值 作 为 格 点 上 的 覆 盖 度 值. 利 用 研 究 区 2006~20 年 植 被 覆 盖 度 数 据, 在 每 个 格 网 的 尺 度 上 进 行 线 性 回 归, 得 到 拟 合 回 归 直 线 的 斜 率 b. 斜 率 为 正, 表 明 植 被 覆 盖 度 增 加, 反 之 则 减 少 ; 斜 率 绝 对 值 越 大, 植 被 覆 盖 度 增 加 的 幅 度 越 大, 反 之 则 增 加 的 幅 度 越 小 [3]. 变 化 趋 势 是 否 显 著 用 相 关 系 数 r 来 判 定, 当 r 为 正 ( 负 ) 时, 表 示 植 被 覆 盖 度 随 时 间 线 性 增 加 ( 减 少 ) 趋 势. 由 于 r 的 变 数 遵 守 t 分 布 且 自 由 度 为 -2, 则 可 用 t 分 布 检 验 两 个 变 量 是 否 真 正 相 关, 及 其 相 关 性 的 显 著 水 平 [4-5]. 计 算 如 下 : b = xt ( x )( t ) ii i i 2 ( ) 2 ti ti 2 2 ti ( ti ) 2 ( ) 2 xi xi r = b (3) (4) 式 中 :b 为 线 性 拟 合 斜 率 ;x i 为 第 i 年 的 植 被 覆 盖 度 ;t i 为 年 份 ; 为 总 年 数. 研 究 区 域 内 生 态 系 统 脆 弱, 不 同 格 点 的 基 础 植 被 状 况 差 别 很 大. 年 度 植 被 覆 盖 度 的 波 动 是 植 被 受 到 干 扰 ( 人 为 干 扰 和 自 然 干 扰 ) 后 在 生 产 力 和 生 长 状 况 上 的 重 要 体 现. 波 动 值 大 说 明 植 被 群 落 不 稳 定, 植 被 受 外 界 的 干 扰 比 较 大. 利 用 式 (5) 计 算 2006~20 年 植 被 覆 盖 度 的 标 准 差, 以 此 来 反 映 研 究 区 域 内 不 同 格 点 上 5 年 来 的 植 被 覆 盖 度 的 波 动 程 度 [6]. ( x ) i 2 xi = (5) 式 中 : 为 植 被 覆 盖 度 标 准 差 ;x i 为 第 i 年 的 植 被 覆 盖 度 ; 为 总 年 数..3.3 研 究 区 内 植 被 受 损 范 围 分 析 根 据 对 5 个 正 在 开 采 的 露 天 煤 矿 周 围 植 被 受 损 实 地 调 查, 研 究 区 中, 露 天 煤 矿 的 开 采 对 植 被 的 影 响 主 要 存 在 于 采 掘 区 排 土 场 压 占 区 工 业 建 设 等 的 占 用 区 和 矿 区 粉 尘 的 影 响 区. 其 中 采 掘 区 和 排 土 场 压 占 区 是 对 原 有 生 态 系 统 的 直 接 破 坏, 所 在 区 域 植 被 完 全 受 损, 占 用 区 主 要 是 工 业 建 筑 选 煤 场 2
70 中 国 环 境 科 学 33 卷 道 ( 铁 ) 路 以 及 附 属 设 施 等, 区 域 内 植 被 受 损 严 重, 影 响 区 是 指 受 煤 矿 开 采 影 响 的 区 域, 主 要 是 煤 矿 开 采 等 作 业 时 扬 起 大 量 的 粉 尘, 在 风 力 的 推 动 作 用 下 在 地 面 上 形 成 降 尘, 覆 盖 在 植 被 表 面, 在 一 定 程 度 上 抑 制 了 植 被 生 长, 使 区 域 内 植 被 覆 盖 度 值 降 低. 根 据 对 研 究 区 内 植 被 覆 盖 度 变 化 趋 势 和 相 关 系 数 分 析, 当 相 关 系 数 通 过 显 著 性 检 验 时 表 示 露 天 煤 矿 对 植 被 有 显 著 性 影 响, 研 究 以 通 过 显 著 性 检 验 的 区 域 作 为 植 被 的 受 损 范 围, 并 对 各 个 区 域 受 损 范 围 的 面 积 和 粉 尘 对 植 被 的 最 大 影 响 距 离 进 行 分 析. 其 中 在 粉 尘 对 植 被 的 最 大 影 响 距 离 进 行 分 析 时, 尽 量 选 择 煤 矿 周 围 未 受 人 为 干 扰 或 干 扰 比 较 小 的 方 向, 以 煤 矿 开 采 区 域 的 中 心 为 起 点 进 行 计 算, 以 避 免 由 于 其 他 因 素 的 干 扰 而 影 响 计 算 的 准 确 性..3.4 植 被 覆 盖 度 等 级 划 分 根 据 文 献 [7], 同 时 结 合 干 旱 荒 漠 区 植 被 特 有 的 生 态 特 征 和 分 布 状 况, 为 更 明 确 研 究 区 域 植 被 变 化 情 况, 将 研 究 区 植 被 覆 盖 度 分 为 四 级, 分 类 标 准 见 表. 逐 渐 趋 于 恶 化, 并 且 结 合 各 大 煤 矿 开 挖 生 产 的 时 间 可 知, 矿 区 在 建 设 期 内 植 被 覆 盖 度 的 降 低 速 率 高 于 生 产 期, 说 明 在 矿 区 建 设 期 对 植 被 的 影 响 程 度 要 比 生 产 期 更 大, 其 原 因 除 与 煤 炭 开 采 造 成 的 植 被 破 坏 有 关 外, 还 与 建 设 期 内 工 业 场 地 生 活 区 辅 助 生 产 区 道 路 等 配 套 工 程 和 公 用 工 程 的 建 设 密 切 相 关, 并 且 建 设 期 内 机 动 车 辆 增 多, 引 起 无 限 制 的 开 辟 新 路, 也 进 一 步 加 剧 对 植 被 的 破 坏 程 度. 植 被 覆 盖 度 值 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.0 年 覆 盖 度 0 2005 2006 2007 2008 2009 200 20 202 年 份 图 2 植 被 覆 盖 度 随 时 间 变 化 趋 势 Fig.2 Temporal variatio tred of vegetatio fractio 表 植 被 覆 盖 度 等 级 划 分 Table The grades of vegetatio fractio 级 别 植 被 覆 盖 度 (%) 覆 盖 等 级 植 被 描 述 Ⅰ 级 [0,4) 劣 等 植 被 强 度 沙 化 土 地 裸 地 Ⅱ 级 [4,0) 差 等 植 被 有 零 星 植 被 分 布 Ⅲ 级 [0,30) 中 等 植 被 中 低 产 草 地 稀 疏 灌 木 Ⅳ 级 [30,60] 良 等 植 被 中 高 盖 度 草 地 低 矮 灌 木 2 结 果 与 分 析 2. 植 被 覆 盖 度 时 空 变 化 特 征 2.. 植 被 覆 盖 度 随 时 间 变 化 趋 势 由 图 2 可 见,2006~20 年 间, 荒 漠 区 露 天 煤 矿 区 域 植 被 覆 盖 度 整 体 呈 减 少 趋 势, 研 究 区 内 植 被 覆 盖 度 年 均 减 少 为.2%.2006~2009 年 间, 大 多 数 煤 矿 处 于 矿 区 的 建 设 期, 覆 盖 度 年 均 减 少 2%, 植 被 覆 盖 度 减 少 趋 势 十 分 显 著,2009~20 年, 当 露 天 煤 矿 处 于 生 产 期 间, 覆 盖 度 年 均 减 少 0.5%, 覆 盖 度 变 化 趋 于 平 缓, 表 明 由 于 露 天 煤 矿 的 开 采, 对 研 究 区 植 被 扰 动 比 较 显 著, 植 被 状 况 总 体 正 2..2 研 究 区 植 被 覆 盖 度 特 征 从 表 2 可 见, 2006~20 年, 露 天 煤 矿 区 域 植 被 覆 盖 度 为 Ⅰ 级 的 植 被 面 积 平 均 值 为 337.78 2, 约 占 区 域 总 面 积 的 63.99%,Ⅰ 级 和 Ⅱ 级 植 被 覆 盖 度 所 占 的 面 积 更 是 高 达 86.%, 表 明 露 天 煤 矿 区 域 植 被 状 态 总 体 偏 差, 从 不 同 等 级 植 被 覆 盖 度 面 积 的 相 对 波 动 程 度 ( 变 异 系 数 ) 可 以 看 出 : 受 露 天 煤 矿 开 采 的 影 响, 植 被 覆 盖 度 随 等 级 增 加, 其 植 被 覆 盖 度 面 积 相 对 波 动 程 度 也 依 次 增 加, 其 中 Ⅲ 级 和 Ⅳ 级 的 植 被 覆 盖 度 面 积 波 动 程 度 最 大, 表 明 露 天 煤 矿 区 域 中 等 植 被 和 良 等 植 被 受 损 最 为 严 重. 从 各 等 级 植 被 覆 盖 度 年 度 线 性 拟 合 斜 率 可 以 看 出 : 荒 漠 区 露 天 煤 矿 区 域 裸 地 ( 劣 等 植 被 ) 面 积 增 长 速 度 最 快, 其 线 性 拟 合 斜 率 为 45.57, 其 他 等 级 植 被 线 性 拟 合 斜 率 均 小 于 零, 差 等 植 被 和 中 等 植 被 减 少 速 度 较 快, 分 别 为 -8.38 和 -26.72, 而 良 等 植 被 的 减 少 速 度 比 较 缓 慢, 仅 为 -0.462. 表 明 自 露 天 煤 矿 开 采 以 来, 周 围 区 域 植 被 状 况 正 逐 渐 趋 于 恶 化, 尤 其 是 自 然 生 境 较 好 的 植 被 恶 化 趋 势 更 为 明 显, 并 且 植 被 等 级 越 低, 植 被 受 损 速 度 越 快.
4 期 姚 峰 等 : 基 于 遥 感 技 术 的 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 植 被 群 落 受 损 评 估 7 等 级 表 2 研 究 区 不 同 等 级 植 被 覆 盖 度 变 化 ( 2 ) Table 2 Chage of vegetatio fractio area of differet grades i the study area ( 2 ) 年 份 2006 2007 2009 200 20 平 均 面 积 百 分 比 (%) 标 准 差 变 异 系 数 线 性 拟 合 斜 率 Ⅰ 级 222.08 306.53 369.79 374.63 45.85 63.99 75.57 22.37 45.57 Ⅱ 级 57.77 33.98 06.60 05.45 80.3 22.2 29.80 25.52-8.38 Ⅲ 级 46.40 85.29 5.0 47.48 3.70 3.7 45.76 63.23-26.72 Ⅳ 级.59 2.05 0.27 0.29 0.6 0.7 0.88 00.90-0.46 2..3 不 同 等 级 植 被 面 积 动 态 变 化 分 析 表 3 为 研 究 区 植 被 覆 盖 度 各 等 级 转 移 矩 阵 [8]. 由 表 3 可 知,2006~20 年 间,Ⅰ 级 植 被 有 0.823 2 向 Ⅱ 级 Ⅲ 级 Ⅳ 级 植 被 转 移, 但 转 入 级 植 被 的 面 积 却 有 206.4 2, 转 出 量 占 总 面 积 的 39.2%, 转 出 量 与 转 入 量 之 比 高 达 :9, 说 明 植 被 的 受 损 面 积 远 大 于 增 益 量, 植 被 完 全 受 损 ( 转 变 为 裸 地 ) 面 积 为 95.32 2, 占 总 面 积 的 37.5%,Ⅱ 级 植 被 大 部 分 发 生 负 向 转 移, 植 被 受 损 面 积 为 28.69 2, 占 区 域 总 面 积 的 24.47%, 而 转 移 到 Ⅲ 级 Ⅳ 级 植 被 的 面 积 仅 为 3.577 2, 仅 占 转 出 总 量 的 2.7%,Ⅲ 级 植 被 几 乎 全 部 发 生 负 向 转 移, 植 被 受 损 面 积 为 27.49 2, 占 区 域 总 面 积 的 24.24%, 其 中 完 全 受 损 ( 转 变 为 裸 地 ) 面 积 占 总 面 积 的 4.65%,Ⅳ 级 植 被 为 良 等 植 被, 所 占 面 积 最 小, 仅 为.752 2, 但 植 被 受 损 面 积 为.584 2, 占 Ⅳ 级 植 被 总 面 积 的 90.44%, 研 究 区 中 植 被 覆 盖 度 在 4% 以 上 的 面 积 ( 有 效 植 被 面 积 ) 由 57.93% 减 少 为 2.22%. 这 充 分 表 明 研 究 区 域 植 被 整 体 状 况 逐 渐 恶 化, 高 等 级 植 被 均 向 低 等 级 植 被 转 移, 并 且 植 被 等 级 越 高, 转 移 为 劣 等 植 被 ( 裸 地 ) 的 面 积 越 小. 表 3 研 究 区 2006~20 年 植 被 覆 盖 度 等 级 转 化 矩 阵 ( 2 ) Table3 Trasform matrix of differet vegetatio fractio grades i study area durig 2006~20( 2 ) 年 份 2006 年 等 级 20 年 Ⅰ 级 Ⅱ 级 Ⅲ 级 Ⅳ 级 总 面 积 转 出 Ⅰ 级 202.9 8.485 2.256 0.082 23.04 0.823 Ⅱ 级 28.69 23.443 3.507 0.070 55.639 32.97 Ⅲ 级 77.00 50.399 27.874 0.0 55.293 27.49 Ⅳ 级 0.52 0.33 0.922 0.005.752.747 总 面 积 408.332 82.640 34.559 0.67 525.698 转 入 206.4 59.97 6.685 0.63 2.2 年 际 植 被 覆 盖 度 变 化 趋 势 和 相 关 系 由 图 3 和 图 4 可 知, 露 天 煤 矿 区 域 植 被 覆 盖 度 线 性 拟 合 斜 率 整 体 呈 负 向 变 化 趋 势, 相 关 系 数 在 -~-0.959 的 范 围 内, 通 过 了 0.0 显 著 性 检 验, 其 植 被 覆 盖 度 受 损 最 为 严 重, 覆 盖 度 年 均 减 少 -0.5~ -0., 其 主 要 分 布 在 露 天 煤 矿 的 开 采 区 矿 区 道 路 和 生 活 区 域, 面 积 约 为 58.233 2, 占 研 究 区 总 面 积 的 2.40%. 相 关 系 数 在 -0.959~-0.873 之 间 的 范 围 通 过 了 0.05 显 著 性 检 验, 植 被 受 损 较 为 严 重, 覆 盖 度 年 均 减 少 约 在 -0.~-0.03 之 间, 其 面 积 为 89.092 2, 占 总 面 积 的 8.97%, 主 要 分 布 在 露 天 煤 矿 开 采 区 生 产 区 周 边 区 域 ~3 范 围 内. 相 关 系 数 在 -0.873~-0.745 的 通 过 0.5 显 著 性 检 验, 其 植 被 覆 盖 度 变 化 趋 势 约 在 -0.03~-0.0 之 间, 面 积 为 89.727 2, 占 总 面 积 的 40.4%. 其 中 相 关 系 数 在 -0.745~0 未 通 过 显 著 性 检 验, 植 被 覆 盖 度 变 化 范 围 大 概 在 -0.0~0 之 间, 面 积 约 90.708 2, 占 总 面 积 的 40.62%. 以 上 表 明 : 露 天 煤 矿 的 开 采 是 研 究 区 植 被 受 损 的 重 要 因 素, 并 且 扰 动 程 度 与 煤 矿 开 采 区 的 距 离 有 关, 离 开 采 区 越 近, 植 被 扰 动 程 度 越 剧 烈, 植 被 受 损 越 严 重. 植 被 覆 盖 度 降 低 主 要 与 煤 矿 开 采 规 模 的 不 断 扩 大 人 为 活 动 随 之 增 强 有 关, 如 开 采 和 筛 分 时 粉 尘 的 扩 散 开 采 区 和 排 土 场 面 积 和 规 模 的 增 加 煤 矿 运 输 过 程 中 对 周 围 植
72 中 国 环 境 科 学 33 卷 被 的 影 响 人 为 生 活 垃 圾 的 丢 弃 等. 其 中 在 生 活 区, 小 范 围 的 植 被 覆 盖 度 有 小 幅 的 增 加, 这 是 由 于 生 活 区 人 工 植 被 的 种 植, 导 致 生 活 区 的 植 被 覆 盖 度 高 于 原 地 区 的 自 然 植 被 覆 盖 度. 植 被 覆 盖 度 变 化 趋 势 -0.5~-0. -0.~-0.03-0.03~-0.0-0.0~-0 0 2.5 5 0 图 3 研 究 区 植 被 覆 盖 度 变 化 趋 势 (2006~20) Fig.3 Chage tred of vegetatio fractio i study area (2006~20) 矿 区 工 业 建 筑 场 地 道 路 机 动 车 碾 压 等 占 用 区 对 植 被 的 影 响 范 围 次 之, 面 积 约 50.73 2. 而 由 于 煤 矿 开 采 中 粉 尘 对 植 被 的 影 响 范 围 最 大, 面 积 约 为 234.95 2, 占 研 究 区 总 面 积 的 44.69%. 从 露 天 煤 矿 开 采 中 粉 尘 对 植 被 的 最 大 影 响 距 离 来 看, 其 平 均 距 离 为 3.2, 并 且 各 个 煤 矿 开 采 对 植 被 的 最 大 影 响 距 离 与 其 开 采 规 模 有 关, 煤 矿 规 模 越 大, 开 采 时 粉 尘 对 植 被 的 影 响 距 离 越 远. 研 究 区 内 采 掘 区 排 土 场 压 占 区 和 占 用 区 的 总 面 积 为 63.88 2, 为 植 被 的 破 坏 最 严 重 的 区 域, 其 面 积 与 图 3 中 相 关 系 数 通 过 0.0 的 显 著 性 检 验 的 区 域 面 积 相 差 不 大, 与 现 实 性 较 为 吻 合, 说 明 通 过 植 被 覆 盖 度 的 变 化 趋 势 和 相 关 系 数 分 析 可 以 较 为 客 观 准 确 的 反 映 矿 区 植 被 受 损 范 围 特 征. 表 4 研 究 区 受 损 植 被 范 围 ( 2 ) Table 4 xtet of the damaged vegetatio i study area ( 2 ) 煤 矿 名 称 采 掘 区 排 土 场 粉 尘 面 积 压 占 面 积 影 响 距 离 湖 北 宜 化 0.52 0.78 3 大 成 能 源 0.26 0.38 2.6 天 池 能 源 0.33 0.5 2.8 神 华 能 源 3.27 5.2 4.3 神 东 天 隆 0.6.29 3.5 影 响 区 占 用 区 总 面 积 总 面 积 234.95 50.73 扰 动 范 围 线 煤 矿 区 域 线 植 被 盖 度 相 关 系 数 -~-0.959-0.959~-0.873-0.873~-0.745-0.745~0 0 2.5 5 0 图 4 研 究 区 植 被 覆 盖 度 相 关 系 数 (2006~20) Fig.4 Correlatio coefficiet of vegetatio fractio i study area (2006~20) 2.3 研 究 区 植 被 扰 动 范 围 分 析 如 图 4 和 表 4 所 示, 煤 矿 的 区 域 线 范 围 内 主 要 包 括 是 煤 矿 的 采 掘 区 和 排 土 场 压 占 区, 在 植 被 受 损 范 围 内 主 要 是 煤 炭 开 采 排 土 场 压 占 工 业 建 筑 和 公 ( 道 ) 路 占 地 等 附 属 设 施 占 用 机 动 车 碾 压 以 及 粉 尘 等 对 植 被 的 影 响, 其 植 被 受 损 总 面 积 为 298.83 2, 占 总 研 究 面 积 的 56.85%, 从 各 个 区 域 影 响 范 围 来 看, 煤 矿 采 掘 区 和 排 土 场 压 占 区 对 植 被 的 影 响 范 围 最 小, 分 别 为 4.98 2 和 8.7 2, 2.4 研 究 区 植 被 受 损 程 度 分 析 从 图 5 可 以 看 出, 在 研 究 区 植 被 受 损 范 围 内, 植 被 覆 盖 度 的 绝 对 变 异 量 均 比 较 大, 变 异 量 介 于 0.03~0.5 之 间, 面 积 约 为 269.275 2, 约 占 总 面 积 的 5%, 表 明 在 植 被 受 损 范 围 内 植 被 覆 盖 度 波 动 明 显, 植 被 状 况 受 到 外 界 比 较 大 的 干 扰. 从 不 同 区 域 的 波 动 程 度 来 看, 在 受 煤 矿 开 采 时 粉 尘 影 响 的 区 域, 其 植 被 覆 盖 度 的 波 动 程 度 介 于 0.03~0.05 之 间, 植 被 受 煤 矿 开 采 的 影 响 不 大, 植 被 属 轻 度 受 损 程 度, 而 在 煤 矿 采 掘 区 排 土 场 压 占 区 以 及 占 用 区 的 植 被 受 煤 矿 开 采 影 响 比 较 严 重, 其 变 异 量 在 0.05~0.5 范 围, 植 被 属 严 重 受 损 程 度, 面 积 为 63.44 2, 约 占 总 面 积 的 2%. 其 中 在 煤 矿 采 掘 区 附 近 以 及 占 用 区 中 公 ( 道 ) 路 波 动 程 度 最 大, 其 波 动 程 度 在 0.08~0.5 之 间. 其 原 因 由 于 粉 尘 对 植 被 的 影 响 主 要 是 阻 塞 气 孔 降 低 植 被 的 蒸 腾 作 用 和
4 期 姚 峰 等 : 基 于 遥 感 技 术 的 干 旱 荒 漠 区 露 天 煤 矿 植 被 群 落 受 损 评 估 73 光 学 作 用, 从 而 抑 制 植 被 的 生 长, 而 采 掘 压 占 和 占 用 则 会 造 成 矿 区 地 表 原 生 植 被 的 完 全 破 坏, 并 且 离 煤 矿 的 开 采 区 占 用 区 等 人 为 活 动 频 繁 区 域 的 距 离 越 近, 植 被 覆 盖 度 的 波 动 程 度 越 显 著, 受 煤 矿 扰 动 的 程 度 越 剧 烈. 植 被 覆 盖 度 波 动 程 度 0.08~0.5 0.06~0.08 0.03~0.06 0~0.03 0 2.5 5 0 图 5 研 究 区 植 被 覆 盖 度 的 标 准 差 (2006~20) Fig.5 tadard deviatio of vegetatio fractio i study area (2006~20) 3 结 论 3. 从 区 域 植 被 覆 盖 度 的 时 间 变 化 情 况 看, 2006~20 年, 露 天 煤 矿 的 开 采 对 研 究 区 植 被 扰 动 较 显 著, 并 且 煤 矿 开 采 的 建 设 期 比 生 产 期 对 研 究 区 植 被 扰 动 程 度 更 大, 区 域 内 有 效 植 被 退 化 严 重, 在 煤 矿 的 生 产 期, 植 被 的 退 化 程 度 逐 渐 趋 于 平 缓. 3.2 从 区 域 各 等 级 植 被 受 损 速 度 和 面 积 转 移 状 况 来 看, 荒 漠 区 露 天 煤 矿 区 域 裸 地 ( 劣 等 植 被 ) 面 积 增 长 速 度 最 快, 而 良 等 植 被 的 减 少 速 度 比 较 缓 慢. 高 等 级 植 被 均 向 低 等 级 植 被 转 移, 并 且 植 被 等 级 越 低, 植 被 受 损 速 度 越 快, 转 移 为 劣 等 植 被 ( 裸 地 ) 的 面 积 也 越 大. 3.3 从 区 域 植 被 受 损 范 围 和 受 损 程 度 来 看, 研 究 区 内 植 被 受 煤 矿 开 采 时 粉 尘 影 响 范 围 最 大, 并 且 煤 矿 开 采 规 模 越 大, 对 植 被 的 影 响 距 离 越 远. 在 植 被 受 损 程 度 上, 粉 尘 对 植 被 的 影 响 程 度 较 小, 属 轻 度 受 损 程 度, 研 究 区 内 煤 矿 的 采 掘 区 排 土 场 压 占 区 和 占 用 区 对 植 被 的 影 响 范 围 较 小, 但 是 其 对 植 被 的 影 响 程 度 强 烈, 其 中 在 采 掘 区 附 近 和 公 ( 道 ) 路 区 域 对 植 被 影 响 最 强 烈, 属 严 重 受 损 程 度. 参 考 文 献 : [] 卓 义, 于 凤 鸣, 包 玉 海. 内 蒙 古 伊 敏 露 天 煤 矿 生 态 环 境 遥 感 监 测 [J]. 内 蒙 古 师 范 大 学 学 报, 2007,36(3):358-362. [2] 刘 瑞, 王 世 新, 周 艺, 等. 基 于 遥 感 技 术 的 县 级 区 域 环 境 质 量 评 价 模 型 研 究 [J]. 中 国 环 境 科 学, 202,32():8-86. [3] 王 广 军, 胡 振 琪, 杜 海 清, 等. 采 矿 扰 动 下 草 地 荒 漠 化 的 遥 感 分 析 - 以 霍 林 河 露 天 煤 矿 区 为 例 [J]. 遥 感 学 报, 2006,0(6):97-924. [4] 魏 信, 乔 玉 良, 王 鹏. 自 然 生 态 环 境 遥 感 动 态 监 测 与 GI 分 析 评 价 - 以 山 西 / 煤 田 之 乡 的 乡 宁 矿 区 为 例 [J]. 地 球 信 息 科 学 学 报, 2009,(6):-8. [5] ims D A, Gamo J A. Relatioships betwee leaf pigmet cotet ad spectral reflectace across a wide rage of species, leaf structures ad developmetal stages [J]. Remote esig of viromet, 2002,8(8):337-354. [6] Zhukov R G B, Oertel D, Mueller A. Umixig of simulated ATR data with applicatios for the assessmet of miig impacts i cetral Germay [C]//Imagig pectrometry IV Proceedigs of PI, 998, Vol 3438, p345-354. [7] 曹 永 翔, 刘 小 丹, 张 克 斌, 等. 青 海 省 都 兰 县 察 汗 乌 苏 绿 洲 植 被 覆 盖 度 变 化 研 究 [J]. 中 国 沙 漠, 20,3(5):267-272. [8] 张 飞, 塔 西 普 拉 提 特 依 拜, 丁 建 丽, 等. 区 植 被 覆 盖 度 遥 感 动 态 监 测 以 渭 干 河 - 库 车 河 三 角 洲 绿 洲 为 例 [J]. 林 业 科 学, 20.47(7):7-35. [9] 杨 宏 兵, 董 霁 红, 陈 建 清. 植 被 覆 盖 度 模 型 研 究 进 展 [J]. 安 徽 农 业 科 学, 202,40(2):7580-7585. [0] Guli Jiapaer, Che Xi, Bao Amig. A compariso of methods for estimatig fractioal vegetatio cover i arid regios [J]. Agricultural ad Forest Meteorology 5(20):698-70. [] Tag -H, Zhu Q-J, Zhou Y-Y, et al. A simple method to estimate crow cover fractio ad rebuild the backgroud iformatio [J]. Joural of Image ad Graphics, 2003,8():304-309. [2] Price J C. Usig spatial cotext i satellite data to i fer regioal scale evapotra spiratio [J]. Trasactios o Geosciece ad Remote esig, 990,28:940-948. [3] Tucker C J, Towshed J R G, Goff T. Africa lad-cover classificatio usig satellite data [J]. ciece, 985,227:369-375. [4] 任 健 美, 尤 莉, 高 建 峰, 等. 鄂 尔 多 斯 高 原 近 40 年 气 候 变 化 研 究 [J]. 中 国 沙 漠, 2005,25(6):874-879. [5] 李 帅, 陈 莉, 任 玉 玉.95/952-2004/2005 年 中 国 冬 季 降 水 变 化 研 究 [J]. 热 带 气 象 学 报, 2008,24():94-98. [6] 张 宏 斌, 杨 桂 霞, 吴 文 斌, 等. 呼 伦 贝 尔 草 原 MODI DVI 的 时 空 变 化 特 征 [J]. 应 用 生 态 学 报, 2009,20():2743-2749. [7] L 90-2007 土 壤 侵 蚀 分 类 分 级 标 准 []. [8] 刘 瑞, 朱 道 林. 基 于 转 移 矩 阵 的 土 地 利 用 变 化 信 息 挖 掘 方 法 探 讨 [J]. 资 源 科 学,200,32(8):544-550. 刘 国 君, 陈 绍 业. 图 书 馆 目 录 [M]. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社, 957:5-8. 作 者 简 介 : 姚 峰 (988-), 男, 河 南 南 阳 人, 河 南 理 工 大 学 测 绘 与 国 土 信 息 工 程 学 院 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 定 量 遥 感 方 向 研 究.