城山煤矿区土地利用景观破碎化分析

2014-04-29王兰霞等

安徽农业科学 2014年36期

摘要以城山煤矿区土地利用现状数据为基础，基于ArcGIS软件平台及Fragstats景观格局分析软件进行数据处理及分析，选取景观斑块密度指数、聚集度指数、蔓延度指数、结合度指数等指标对矿区景观破碎化程度进行定量分析。结果表明：区域内林地、草地等景观类型的破碎化程度较高；区域景观蔓延度指数为64.47，区域景观破碎化程度总体较高，反映煤矿开采对于景观格局影响较大，不利于区域内生物多样性以及生态系统功能的发挥。

关键词土地利用；景观破碎化；城山煤矿区

中图分类号S28文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-12977-03

AbstractThe land use data of Chengshan coal mining area are chosen for processing and analyzing based on ArcGIS and Fragstats software. Landscape patch density index， aggregation index， contagion index， cohesion index， etc. are used for quantitative analysis of landscape fragmentation in the coal mining area. The result shows that the landscape fragmentation degree of the forest land and grass land is relative high， the landscape contagion index in this area is 64.17， which means the overall landscape fragmentation degree is relatively high. It indicates mining activities have a great influence on the landscape pattern which are not conducive for biodiversity and ecosystem function in the area.

Key wordsLand use； Landscape fragmentation； Chengshan coal mining area

矿区作为一个特定的地理区域，其土地利用及景观生态格局方面的研究越来越引起学术界的关注[1-4]，矿区景观格局的形成是受气候、地形地貌、土壤、植被等諸多自然要素以及矿产资源开采、农业耕作、森林砍伐、城乡居民点及道路建设等多种人类干扰活动综合作用的结果。人类干扰加剧导致的景观破碎化已成为景观格局研究的重要内容之一[5]，景观破碎化是景观由简单趋向复杂、即景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程，与景观格局、功能与过程密切联系[6]。矿区景观破碎化主要是随着采矿等人类干扰活动的影响日益显著，导致斑块的类型、数量不断增加而单一斑块的面积逐渐缩小，斑块形状趋于不规则，内部生境面积缩小，使原有的景观分化成不同类型景观斑块镶嵌分布。通过煤矿区土地利用景观破碎化的定量分析，可以从一定的角度适当评价采矿等人类干扰活动对矿区土地利用和景观生态格局的影响，对于矿区土地资源的合理开发和可持续利用、矿区土地复垦和生态恢复重建具有重要的意义。

1研究区概况

城山煤矿位于黑龙江省鸡西市主城区东北部、城子河区南部，中心地理坐标为130°33′40″ E，45°20′40″ N，矿井设计能力120万t/年，核查矿区面积约37.89 km2。煤矿区在大地构造上位于兴凯湖-布列亚山地块区老爷岭地块佳木斯隆起带的麻山隆起鸡西复向斜北部条带中段。区内出露的地层主要为晚太古代麻山群，中生代下白垩统鸡西群滴道组、城子河组、穆棱组，新生代第四系等。地貌单元大部分为山前台地和河谷平原，北部部分为丘陵，南部为穆棱河河床地段。所属区域为寒温带大陆性气候，冬夏气温相差较大，年平均气温3.6 ℃，年平均降水量542.2 cm；初冰期为10月末，解冰期为4月末，冻结深度为1.5～2.1 m；主要风向为西风，最大风速为25 m/s。区内最大的河流为穆棱河，由西向东蜿蜒穿过，途经地区坡度不大，此外有城子河、白石河等从井田流过，最终汇入穆棱河。在行政区划上煤矿区范围主要包括城子河城区、城子河村、丰安村、红卫村、向阳村、新华村、新兴村、新阳村、永红村、永平村、正阳村、城子河矿林场和鸡冠区部分（图1）。矿区经济以工业和农业为主，工业主要

为采矿、煤焦化工和电力等；

农业主要以种植业和养殖业为主。鸡密公路从矿区通过，铁路专用线与哈密国铁相连，交通方便。

2景观类型划分与数据处理

2.1景观类型划分

景观是由地貌过程和各种干扰作用形成的，具有特定结构、功能和动态特征的一种宏观系统，是具有高度空间异质性的区域[7]，从总体上景观可分为自然景观和人工景观两大类。特定的景观其类型的划分各不相同，如有学者针对湿地景观建立其分类体系[8] 。依据我国土地利用现状分类体系，结合研究区具体特征及矿区土地资源管理的需要，将该区域划分为8种景观类型，即耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及其他土地。

2.2数据来源及数据处理

以第二次全国土地调查数据为基础数据源，运用ArcGIS空间分析软件对数据加以处理，将研究区域矢量数据转化为像元大小为29.4 m×29.4 m的栅格数据格式，进行景观格局指数计算，主要借助Fragstats4.1软件完成。

3景观破碎化指数选取

景观格局指数通常是指能够高度浓缩景观格局的信息，反映景观结构组成以及空间配置方面特征的定量指标，有学者对景观破碎化方面的景观格局指数进行专门研究[9-10] 。研究根据研究区特点和研究目的需要选取的反映景观破碎化的指标特征描述如表1所示。

3.1基础指标

主要包括斑块数量（NP）和斑块面积（CA）。

3.2综合指标

斑块密度（PD），即景观斑块中斑块数除以景观总面积。根据这一指数可以比较不同类型景观的破碎化程度及整个区域的景观破碎化状况，从而可以识别不同景观类型受干扰的强度[6]。

斑块面积比例（PLAND），即某一斑塊类型的总面积占整个景观面积的百分比。其值趋于0时，说明景观中此斑块类型变得十分稀少；其值等于100时，说明整个景观只由一类斑块组成。

聚集度指数（AI），是基于同类型斑块像元间公共边界长度来计算的，当某类型中所有像元间不存在公共边界时，该类型的聚合程度最低；而当类型中所有像元间存在的公共边界达到最大值时，具有最大的聚合指数。其取值越大，则代表景观由少数团聚的大斑块组成，取值小则代表景观由许多小斑块组成。

最大斑块指数（LPI），有助于确定景观的优势类型，其值的大小决定着景观中的优势种、内部种的丰度等生态特征；其值的变化可以改变干扰的强度和频率，反映人类活动的方向和强弱[11]。

蔓延度指数（CONTAG），是描述景观中不同斑块类型的团聚程度或延展趋势的指标，由于该指标包含空间信息，是描述景观格局的最重要的指数之一。一般来说，蔓延度指数值高说明景观中的某种优势斑块类型形成了良好的连接性；反之则表明景观是具有多种要素的密集格局，景观的破碎化程度较高[12]。

结合度指数（COHESION），它可以直观地反映斑块类型的自然连通性，结合度指数越高斑块连接性越好，即景观破碎化程度越低。

景观斑块形状破碎化指数（FS），表示景观领域受人类的干扰程度，其公式描述为：FS=1-1/MSI，公式中的MSI 即景观平均形状指数，景观破碎化程度加深，主要是由于人为干扰，一般情况下，破碎化程度随着人为干扰程度的加深而变大。

4结果与分析

4.1景观类型基本特征分析

城山煤矿区耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及其他土地的所有景观类型的分布状况如图2。基于ArcGIS软件平台及Fragstats4.1景观格局分析软件进行景观类型基本特征指标的计算结果如表2，结果显示城山煤矿区的景观斑块总数为368，斑块总面积3 788.73 hm2，其中耕地与城镇村及工矿用地为矿区的主要景观类型，二者斑块数为139，占斑块总数的37.8%，二者斑块面积达3 376.27 hm2，占该区域斑块总面积的89.11%，耕地斑块个数较少但斑块面积比例最大，说明耕地规模较大，多成片分布，破碎度最小。由各景观类型的斑块数量占总斑块数量的百分比可知其他土地、园地以及交通运输用地景观的斑块较为分散，人为干扰较为严重，破碎度高。

4.2景观破碎化特征分析

由表3可以看出，按照斑块类型的聚集度指数从大到小排序，它们依次是城镇村及工矿用

地、耕地、水域、草地、林地、园地、其他土地、交通运输用地，表明城镇村及工矿用地、耕地这两大用地类型是有少数团聚的大斑块组成的，而交通运输用地、其他土地以及园地的团聚度较小，表明其用地类型斑块较小且较为分散。从最大斑块指数可以看出耕地、城镇村及工矿用地明显高于其他用地类型，反映了该区域人类活动的主要方向为城镇村建设、矿业开采以及农业耕作。

从景观斑块形状破碎化指数的取值来看，其他土地、园

地及草地相对较低，表明景观形状不规则，受人类活动即煤

矿开采的干扰程度大，由于受煤炭分布的影响，在煤炭开采、运输的过程中，园地、草地以及其他土地受到人为的分割，景观破碎化度较高。

从斑块结合度指数（COHESION）的取值来看，按照各斑块类型的取值从大到小顺序排列，它们依次是耕地、城镇村及工矿用地、水域、草地、交通运输用地、林地、园地、其他土地。其中，耕地与城镇村及工矿用地的景观斑块结合度最好，林地、园地及其他土地的景观斑块结合度较差，这与城子河区的实际情况相符合，城子河区有林场分布，由于煤矿开采活动的影响，使得林地斑块结合度较低，矿区内向阳村、新阳村、城东村、城子河村、新兴村、永和村、城西村、新城村等村落的零散分布，也是林地斑块破碎化程度高的客观原因。

通过Fragstats4.1景观分析软件得出，该区域最大斑块占景观面积比例为48.94%，景观蔓延度指数为64.47，表明区域内景观连续性较差，区域景观破碎化程度总体较高，反映煤矿开采对于景观格局影响较大，不利于区域内生物多样性以及生态系统功能的发挥。因此在今后矿区土地复垦与生态恢复重建过程中，应注重景观格局的连续性，尽量减少景观破碎化程度，以发挥矿区土地景观生态功能，维持矿区生物多样性。

42卷36期王兰霞等城山煤矿区土地利用景观破碎化分析

参考文献

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