黄土区大型露天矿景观动态演变及格局分析
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摘要
恢复受损伤的生态系统成为我国当前面临的特别紧迫的任务，其中废弃地的恢复又是首先应该给予重视的。在矿区废弃地的恢复中，景观演变的过程及空间格局研究，对矿区的生态安全、土地资源再利用和可持续发展具有重要的作用。本文以山西平朔矿区为例，在对矿区地貌、植被、土壤等景观要素调查分析的基础上，以Map-GIS技术为手段，运用景观生态学原理，对平朔矿区生态系统景观动态变化过程、特征及景观类型的划分进行了研究，结果表明：
(1)大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建)。
(2)景观演变类型可从不同角度划分为不同类型，但概括起来，景观演变时空序列可分为三种类型：①原地貌景观→岩土剥离爆破、土地挖损景观→岩土回填景观→内排土场景观；②原地貌景观→岩土运输排弃、土地压占景观→外排土场景观→复垦景观；③原地貌景观→地面平整、土地占用景观→工业广场景观→复垦景观。
(3)景观演变特点表现为空间快速移动性、景观要素的易变性、景观持续的阶段性、景观类型复杂性等。
在此研究的基础上，采用景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数和破碎度指数，以及分维方法和统计分析相结合的方法，对矿区典型排土场的原生态系统、破坏后的生态系统、重建生态系统的地貌、植被、土壤等景观要素进行了分析，结果表明：从原生态系统到重建生态系统，景观基质发生了根本性的变化，林地的多样性、均匀性、优势度大幅度增加，分离度
降低，显示了重建生态系统在人为的调控下，已初步形成一个结构较为合
理、功能良好的人工复合生态系统。另外，本文对矿区景观的异质性和稳
定性作了讨论。
本研究结果的学科价值:丰富了极端生境下剧烈扰动地貌的景观生态学
理论，为确定人工正确诱导下的矿区生态演替方向提供了可借鉴的方法和途
径;应用价值主要体现:研究结果适宜于我国黄土高原正在开采和将要开采
的大型露天煤矿的土地复垦与生态重建。
It's an urgent task for our country to rehabilitate the damaged ecosystem. And more attention should be paid to the abandoned land reclamation. During the process of reclaiming the abandoned land in mine, the research for landscape succession and spatial pattern is playing an important role in ecological security, land resource reuse and sustainable development. On the basis of analysis for landscape features, such as landform, vegetation, soil and the like, the author took pingshuo opencast mine as an example and studied the landscape dynamic succession, landscape features and landscape types by means of MAP-GIS and the theory of landscape ecology .The results show that the process of ecosystem landscape dynamic succession in larger open-pit mine includes ones in damaging ecosystem (excavating, occupying and piling) and in rehabilitating ecosystem (landform remolding, soil rebuilding and re-vegetation ). There are different types of landscape succession, but in general, there are three ones according to the sequence of time and space: (l)original landscape-->rock-exploring and land-excavating landscape-->rock and soil filled landscape--> filled dumping site landscape; (2)original landscape-->rock-dumping and land-excavating landscape -->occupied dumping site landscape-->reclaimed landscape; (3)original landscape --> land-occupying landscape-->industrial square landscape-->reclaimed landscape. The research also indicates that landscape features change is fast in space, that landscape persistence varies in stages and that landscape factors are changeable. In addition, by means of landscape diversity, evenness, dominance, fragmentation, fractal dimension and statistics, the author respectively analyzed landforms, plant, soil and so on in the original ecosystem of the typical dumping site, the damaged ecosystem and the rehabilitated ecosystem. In fact, landscape matrix has been completely converted from the original ecosystem to the rehabilitated ecosystem. The indexes of diversity, evenness and dominance in forest landscape have sharply increased, but segregation decreased, which demonstrates that the rehabilitated ecosystem has been a reasonable and fine artificial ecosystem under the control of human. Besides landscape heterogeneity and stability were also analyzed. The creative results in the study are as follows. The theory of landscape ecology about drastic disturbance of landforms has been richened. A practical way could be found to identify the final direction of artificial ecosystem succession. Moreover, the results can be applied into study the land reclamation and ecological rehabilitation of the developed opencast mines and developing ones in loess plateau.
(1)大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建)。
(2)景观演变类型可从不同角度划分为不同类型，但概括起来，景观演变时空序列可分为三种类型：①原地貌景观→岩土剥离爆破、土地挖损景观→岩土回填景观→内排土场景观；②原地貌景观→岩土运输排弃、土地压占景观→外排土场景观→复垦景观；③原地貌景观→地面平整、土地占用景观→工业广场景观→复垦景观。
(3)景观演变特点表现为空间快速移动性、景观要素的易变性、景观持续的阶段性、景观类型复杂性等。
在此研究的基础上，采用景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数和破碎度指数，以及分维方法和统计分析相结合的方法，对矿区典型排土场的原生态系统、破坏后的生态系统、重建生态系统的地貌、植被、土壤等景观要素进行了分析，结果表明：从原生态系统到重建生态系统，景观基质发生了根本性的变化，林地的多样性、均匀性、优势度大幅度增加，分离度
降低，显示了重建生态系统在人为的调控下，已初步形成一个结构较为合
理、功能良好的人工复合生态系统。另外，本文对矿区景观的异质性和稳
定性作了讨论。
本研究结果的学科价值:丰富了极端生境下剧烈扰动地貌的景观生态学
理论，为确定人工正确诱导下的矿区生态演替方向提供了可借鉴的方法和途
径;应用价值主要体现:研究结果适宜于我国黄土高原正在开采和将要开采
的大型露天煤矿的土地复垦与生态重建。
It's an urgent task for our country to rehabilitate the damaged ecosystem. And more attention should be paid to the abandoned land reclamation. During the process of reclaiming the abandoned land in mine, the research for landscape succession and spatial pattern is playing an important role in ecological security, land resource reuse and sustainable development. On the basis of analysis for landscape features, such as landform, vegetation, soil and the like, the author took pingshuo opencast mine as an example and studied the landscape dynamic succession, landscape features and landscape types by means of MAP-GIS and the theory of landscape ecology .The results show that the process of ecosystem landscape dynamic succession in larger open-pit mine includes ones in damaging ecosystem (excavating, occupying and piling) and in rehabilitating ecosystem (landform remolding, soil rebuilding and re-vegetation ). There are different types of landscape succession, but in general, there are three ones according to the sequence of time and space: (l)original landscape-->rock-exploring and land-excavating landscape-->rock and soil filled landscape--> filled dumping site landscape; (2)original landscape-->rock-dumping and land-excavating landscape -->occupied dumping site landscape-->reclaimed landscape; (3)original landscape --> land-occupying landscape-->industrial square landscape-->reclaimed landscape. The research also indicates that landscape features change is fast in space, that landscape persistence varies in stages and that landscape factors are changeable. In addition, by means of landscape diversity, evenness, dominance, fragmentation, fractal dimension and statistics, the author respectively analyzed landforms, plant, soil and so on in the original ecosystem of the typical dumping site, the damaged ecosystem and the rehabilitated ecosystem. In fact, landscape matrix has been completely converted from the original ecosystem to the rehabilitated ecosystem. The indexes of diversity, evenness and dominance in forest landscape have sharply increased, but segregation decreased, which demonstrates that the rehabilitated ecosystem has been a reasonable and fine artificial ecosystem under the control of human. Besides landscape heterogeneity and stability were also analyzed. The creative results in the study are as follows. The theory of landscape ecology about drastic disturbance of landforms has been richened. A practical way could be found to identify the final direction of artificial ecosystem succession. Moreover, the results can be applied into study the land reclamation and ecological rehabilitation of the developed opencast mines and developing ones in loess plateau.
引文
1．李强，慈龙骏．神府东胜矿区景观生态异质性分析与景观生态建设．干旱区资源境．1996，10(2)62—68
2．王峰，刘英对，温琰茂．深圳市土地开发和景观生态演变特征分析．城市环境与城市生态．1998，11(3)
3．岳德鹏，王冬梅等．北京市大兴县北藏乡景观格局及生态变化的研究．北京林业大学学报．1997，17(2)35—41
4．肖笃宁，不仁仓，李秀珍．生态空间理论与景观异质性．生态学报．1997，17(5)
5．肖笃宁，李晓文等．辽东湾滨海湿地资源景观演变与可持续利用．资源科学．2001，23(2)31-36
6．肖笃宁．论现代景观科学的形成发展．地理科学．1999，19(4)379-384
7．傅伯杰，陈利项．景观多样性的类型及其生态意义．地理学报．1996，5l(5)454-462
8．傅伯杰．黄土区农业景观空间格局分析．生态学报．1995，15(2)
9．王军，傅伯杰，陈利项．景观生态规划的原理与方法．资源科学．1999，21(5)
10．王仰麟，赵一斌，韩荡．景观生态系统的空间结构：概念 指标与案例．地球科学进展．1999，14(3)
11．宋豫秦，曹淑艳，张力小．试探景观格局在荒漠化研究中的应用．中国沙漠．2000，1(20)
12．邱扬，张金屯，郑凤英．景观生态学的核心：生态学系统的时空异质性．生态学杂志．2000，20(2)
13．阎传海，宋永昌．山东南部景观生态特征研究．地理科学．1998，18(2)183-189
14．王根绪，程国栋．干旱内陆河流域景观生态的空间格局分析．兰州大学学报(自然科学版)．1999，35(1)211-217
15．王根绪，程国栋．论冰缘区景观生态豫景观演变过程的基本特征．冰川冻土．2000，22(1)30-35
16．凌海明．复垦区景观异质性研究．煤炭环境保护．2000，14(5)27-29
17．郭晋平著．森林景观生态研究．北京：北京大学出版社．2001
18．徐化成主编．景观生态学．北京：中国林业出版社．1996
19．赵羿，李月辉著．实用景观生态学．北京：科学出版社．2001
20．俞孔坚著．景观：文化、生态与感知．北京：科学出版社．1998
21．白中科主编．工矿区土地复垦与生态重建．北京：中国农业科技出版社．2000
22．刘建国主编．当代生态学博论．北京：中国科学技术出版社．1992
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27．冯兆东，刘勇．半干旱区流域水文的景观生态研究与设计：地理信息系统辅助的过程模拟．中国沙漠．2000，20(2)217-222
28．卢玲，李新，程国栋．黑河流域景观结构分析．生态学报．2001，21(8)1217-1224
29．孟庆华，傅伯杰．景观格局与土壤养分流动．水土保持学报．2000，14(3)116-121
30．王仰麟．苇南地区景观生态规划与设计．自然资源学报．1995，10(4)
31．张树礼．黑岱沟露天煤矿排土场果园景观生态建设研究．内蒙古环境保．2000，11(2)
32．田贺．矿区景观生态规划．煤炭与环境．2002
33．黄义雄．厦门海沧采石废弃地景观生态重建探究．福建师范大学学报(自然科学版)．2002，318(1)112—115
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35．梁留科．德国煤矿区景观生态重建／土地复垦及对中国的启示．经济地．2002、11 22(6)711—715
36．卞正富．国内外煤矿区土地复垦研究综述．中国土地科学．2001、1 14(1)6—11
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39．李晋川，白中科．露天煤矿土地复垦与生态重建．北京：科学出版社．2000
40．白中科．黄土区大型煤矿废弃地生境再造与群落重组背景研究
41．白中科，郭青霞，王改玲等．矿区土地复垦与生态重建效益演变与配置研究，自然资源学报 2001，16(6)525-530
42. Santiago Saura and Javier Wartinez-Millan Landscape pattern simulation with a modified random clusters method. Landscape Ecology 15: 661—678, 2000
43. CaoYu, XIAO Du-ning, Li Xiu-zhen etc. Liferature anlysis and research progress of the landscape ecology in china in the 1990s. Journal of Forestry Research. 2002
44. Tinonthy H. Keitt. Spectral representation of neutral landscapes. Landscape Ecology. 2000
45. Robin S. Reid, Russell L. Kruska, Nyawira Muthui etc. Land-use and land-cover dynamic in response to changes in climatic, biology and socio-political force: the case of southwestern Ethiopia. Landscape Ecology. 2000
46. R. Selinger-Looten, F. Grevilliot and S. Muller. Structure of plant communities and landscape pattern in alluvial meadows of two flood plains in the north-east of France. Landscape Ecology. 1999
47．李锋．两个典型荒漠化地区景观多样性的比较——景观基质的影响．生态学报．2002，9 22(9)1507-1511
48．陈文波，肖笃宁，李秀珍．景观指数分类、应用及构建研究．应用生态学报．2002，13(1)121-125
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51．李宪文，林培，朱德举．山麓地带耕地利用景观动态分析与质量评价．中国土地科学 2000．14(3)40-47
52．钱乐祥，陈云增．福建植被景观空间格局及其环境响应特征．湖南大学学报．2002，30(4)66-73
53．刘世梁，傅伯杰．景观生态学原理在土壤学中的应用．水土保持学报．2001，15(3)102-106
54．马克明，傅伯杰．北京东灵山地区景观格局及破碎化评价．植物生态学报．2000，24(3)320-326
55．刘学录，任继周，张志和．甘肃临泽绿洲景观的空间结构与生产特性．应用生态学报．2002，13(8)975-978
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58．严登华，何岩，邓伟等．满洲里市景观生态修复与重建．土壤与环境．2000，9(3)193-196
59．李淑娟，王明玉，李文友等东北林业大学帽儿山实验林场景观格局及破碎化分析 东北林业大学学报 2002 30(3)49-52
60．侯扶江，沈禹颖．临泽盐渍化草地景观空间格局的初步分析．草地学报．1999，7(4)263-269
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58．严登华，何岩，邓伟等．满洲里市景观生态修复与重建．土壤与环境．2000，9(3)193-196
59．李淑娟，王明玉，李文友等东北林业大学帽儿山实验林场景观格局及破碎化分析 东北林业大学学报 2002 30(3)49-52
60．侯扶江，沈禹颖．临泽盐渍化草地景观空间格局的初步分析．草地学报．1999，7(4)263-269