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主管：山西省社会科学院

主办：国家工业信息安全发展研究中心 

          山西社会科学报刊社

国内刊号：CN14- 1394/D

国际刊号：ISSN 2096-4595

邮发代号：22-670 

语种：中文

类别：综合

CN：14- 1394/D

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黑龙江省伊春市花岗岩开采对矿区生态环境影响的遥感监测研究

龙蕾瑾^1a   何 锋^1b

(云南财经大学  a. 财务处 b. 城市与环境学院, 昆明 云南，650221)

摘要：前期调研表明花岗岩的开采对伊春市花岗岩矿区生态环境造成严重破坏。为明确破坏程度并辅助生态环境的保护与恢复，本研究采用遥感技术对伊春市花岗岩矿区生态环境进行监测研究，并通过对比花岗岩开采区与评价区生态环境因子分析花岗岩开采对矿区生态环境的影响。研究结果表明花岗岩的开采使矿区裸地面积比例明显提高(开采区：0.23 hm²(10.04%)；评价区：4.62 hm²(1.23%))，使开采区草地(开采区：0.16 hm²(6.99%)；评价区：1.02 hm²(0.27%))与无植被区(开采区：0.23 hm²(10.04%)；评价区：4.62 hm²(1.23%))面积占比明显提高，并使轻度侵蚀面积(开采区：2.01 hm²(87.77%)；评价区31.05hm²(8.25%))与中度侵蚀(开采区：0.18 hm²(7.86%)；评价区：1.95 hm²(0.52%))面积明显提高。总之，本研究的研究表明遥感监测能有效监测伊春市花岗岩矿区的生态环境并有利于对矿区生态环境进行有效且有针对性的保护与修复。

关键词：伊春市；花岗岩开采；生态环境监测；遥感监测

中图分类号：

1.引言

矿产资源的开发利用是人类获取自然资源的重要生产方式，但矿产的开采常应开采的管理不当对生态环境造成严重的污染与破坏^[1]。在矿山生态环境的管理方面，我国缺少相应具体的管理规章制度。随着，经济社会的不断发展，矿产资源的开采速度日益加快，同时，由矿产资源开采所导致的生态环境的污染破坏问题日益突出^[2]。

在生态环境保护中，矿区因多地处偏僻而不能进行及时全面的监测，进而导致矿区生态环境的逐渐破坏甚至恶化^[3]。遥感技术以高空鸟瞰的方式对地面进行探测，其能克服常规视野与交通的限制，能对难以监测的偏僻地区与死角进行大面积全方位的调查^[4]。在矿区生态环境的监测中，遥感技术具有多点位、多波段、多时相、多高度等特征。在矿区的监测调查中，遥感监测能用与矿山开采情况监测、矿山开采引发灾害的监测、以及矿山生态环境的监测中^[5-6]。

黑龙江省伊春市花岗岩资源丰富，具有多年花岗岩开采历史。花岗岩的长期开采对矿区生态环境已造成一定程度的破坏。为加大对伊春市花岗岩矿区生态环境的监测并采取适当措施对该地区生态环境进行保护，本研究采用遥感监测技术对花岗岩矿区生态环境进行监测分析。

2. 研究方法

2.1 研究区概况

本研究所研究花岗岩矿区位于黑龙江省伊春市，其位于130^o13’18.42’’ E、48^o48’20.48’’N。花岗岩矿区开采区总面积为2.29 hm²，此外，开采边界外扩1 km为生态环境的评价区域，评价区域总面积为376.59 hm²。前期调查表明，花岗岩的长期开采使开采区生态环境受到破坏。如图1所示，花岗岩开采使地表受到破坏，使植被受到破坏。

图1 开采区调查生态环境调查情况

Fig. 1 Survey about the ecological environment in the mining area

2.2 研究数据

研究数据主要来源于美国地球观测Landsat 8卫星，其成像时间为2017年6月23日，图像云量为2%（http://www.gscloud.cn/）。所获取卫星拍摄遥感影像立体成像装置（HRS）空间分辨率为30米，其多光谱波段分辨率为15米。本研究数据获取时间为2017年6月23日，该时段植被发育好、地表信息丰富，其有利于各生态环境因子的研究。

2.3 遥感解译方法

遥感数据采用ENVI5.1软件进行先后经几何校正、辐射定标、大气校正、全波段与多波段图像融合，最终得到Landsat 8 RGB 7.5.3波段合成彩色图像，并以此作为解译和矢量化标准。基于不同光谱波段，通过遥感影像特征分析、特征提取、与特征组合，进行生态因子分类。如表1所示，本研究基于波长0.450～0.515 μm 蓝绿光波段进行水系图和森林图的绘制，以识别土壤和常绿、落叶植被。基于0.525～0.605 μm绿光波段光谱对健康植物绿色反射率与水下特征进行探测。利用0.630～0.690 μm红光波段进行进行植被分类，并进行人工建筑物与水质的鉴别。生物量和作物长势的分析则基于0.775～0.900 μm近红外波段，水体边界的绘制也基于该波段光谱。1.550～1.750 μm中红外波段主要用于道路、裸露土壤、与水体的识别。岩石与矿物的分辨以及植被覆盖与湿润土壤的识别主要基于2.090～2.350 μm中红外波段。此外，0.520～0.900 μm全色波段光谱用于生成黑白图像，因全色波段光谱分辨率为15m，该波段光谱用于分辨率的增强。

基于上述遥感解译，本研究主要对土地类型面积、植被类型面积、与土壤侵蚀面积及相关占地比例进行统计分析。

表1 Landsat 8影像各谱段具体用途表

Table 1 Detail uses of different spectrum of Landsat 8

3. 研究结果

3.1 花岗岩矿区土地利用现状

花岗岩开采区及评价区土地利用现状如表2、图2所示，开采区与评价区内主要土地利用类型均为有林地。花岗岩开采区有林地占地1.90 hm²，占比为82.97%，而裸地占地0.23 hm²，其占比为10.04%，此外，开采区天然牧草地占地0.16 hm²，其占比6.99%。评价区各土地利用类型依次为有林地、耕地、草地、裸地、沟渠、与农村道路。评价区有林低占地283.49 hm²、占比75.28%，旱地占地62.68 hm²、占比16.64%，天然牧草地占地23.85 hm²、占比6.33%，而裸地、沟渠、与农村道路占地依次为4.62 hm²(1.23%)，1.02 hm²(0.27%)，与0.93 hm²(0.25%)。对比开采区与评价区土地利用类型可见，花岗岩的开采使开采区裸地面积明显增加，但其对开采区有林地与天然牧草地面积占比无明显影响。因此，花岗岩开采对矿区生态环境的影响的主要途经之一既破坏地表植被进而增加了裸地占比。

表2 花岗岩矿区土地利用现状统计结果

Table 2 The analysis results of present situation of land use in granite mineral area

图2 花岗岩开采区与评价区土地利用现状统计

Fig. 2 The analysis of present situation of land use in granite mineral mining and assessment area

3.2 花岗岩矿区植被类型

对伊春市花岗岩矿区植被类型的分类结果如表3与图3所示所示，开采区与评价区内主要植被类型均为蒙古栎与黑桦林。开采区内蒙古栎与黑桦林占地面积为1.84 hm²、占开采区总面积80.35%，无植被区占地0.23 hm²、占比10.04%，猪毛蒿、白山蒿、禾草草地占地0.16 hm²、占比为6.99%，樟子松林占比0.06 樟子松林hm²、其占开采区总面积2.62%，此外，开采区内无农作物用地、交通道路用地、与冲沟。伊春市花岗岩矿评价区内用地占比最大为蒙古栎与黑桦林，其占地面积为305.26 hm²、占比81.06%。其次为春小麦、大豆、玉米等农作物用地，其占地面积为62.68 hm²、占评价区总面积16.64%。此外，评价区内各植物类型占地面积依次为樟子松林、交通道路、草地、与无植被区，其占地面积分别为4.62 hm²(1.23%)、2.08 hm²(0.55%)、1.02 hm²(0.27%)、与0.93 hm²(0.25%)。对比花岗岩开采区与评价区植被类型可见花岗岩开采区草地与无植被区面积占比明显高于评价区，花岗岩的开采使草地占比提高约25.9倍 、使无植被区占比提高约40.2倍。因此，花岗岩的开采使矿区植被受到破坏，且使植被组成发生明显变化。

表3  花岗岩矿区植被类型面积统计

Table 3 The area statistics of different vegetation types in granite mineral area

图3 花岗岩开采区与评价区植被类型统计

Fig. 3 The analysis different vegetation types in granite mineral mining and assessment area

3.3 花岗岩矿区土壤侵蚀分布

基于遥感图像对伊春市花岗岩矿区与评价区土壤侵蚀情况进行统计分析，如表4与图4所示。伊春市开采区主要土壤侵蚀情况为轻度侵蚀、而评价区主要土壤侵蚀情况为微度侵蚀。花岗岩开采区轻度侵蚀土壤面积最多为2.01 hm²，占花岗岩开采区总面积87.77%，重度侵蚀面积次之为0.18 hm²、占比为7.86%，而微度侵蚀占地面积最小为0.10 hm²、其占比为4.37%。花岗岩开采评价区微度侵蚀占地面积最大为343.59 hm²，其占评价区总面积为91.24%，而轻度侵蚀占地面积次之为31.05 hm²、其占比为8.52%，此外，评价区中度侵蚀占地面积最小为1.95 hm²、占比为0.52%。对比分析开采区与评价区土壤侵蚀面积可见，伊春市花岗岩的开采使开采区侵蚀程度明显提高，开采区轻度侵蚀与中度侵蚀面积占比均明显高于评价区。开采区轻度侵蚀面积占比约为评价区10.6倍，而中度侵蚀面积占比约为评价区的15.1倍。

表4  评价区与开采区土壤侵蚀面积统计

Table 4 Statistics of area of soil erosion in the mining and assessment area

图4 花岗岩开采区与评价区侵蚀程度

Fig. 4 Soil erosion level in mining and assessment area

4. 结论与讨论

本研究以黑龙江省伊春时花岗岩矿区与研究对象，以Landsat 8 RGB 7.5.3遥感图像为数据源，基于不同光谱段进行特征提取生态环境因子，对花岗岩矿区与评价区土地利用类型、植被类型、与土地侵蚀程度进行分析研究。研究表明，遥感监测能对矿区开采实现方便快捷的监测管理。遥感监测结果表明伊春市花岗岩矿区花岗岩的开采使开采区地表植被受到严重破坏，矿区裸地占比明显增加。此外，花岗岩的开采使矿区植被组成发生明显变化，矿区草地与无植被区面积占比明显提高。与评价区相比，花岗岩的开采使草地占比提高约25.9倍 、使无植被区占比提高约40.2倍。最后，花岗岩的开采时开采区土壤侵蚀程度加重，开采区轻度侵蚀面积占比约为评价区10.6倍，而中度侵蚀面积占比约为评价区的15.1倍。

近年来遥感监测逐渐应用于生态环境的监测管理^[7-8]。岩矿的露天开采会造成矿区与周围地质环境的破坏，并造成严重的生态化境问题。康日斐采用遥感监测技术对济南市露天采石集中区岩石开采对生态环境的影响进行研究，研究表明遥感监测技术能对矿区生态环境进行精确的监测，其有利于矿山生态环境的保护与修复^[9]。本研究通过遥感监测技术对伊春市花岗岩矿区生态环境的研究表明花岗岩的开采对该地区生态环境造成严重破坏，通过遥感监测图像，能对矿区生态环境受损区域进行精确定位进而有利于对矿区生态环境进行有效的保护并进行有针对性的修复。

参考文献

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[7]张添佑, 王玲, 王辉, 等. 玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境遥感监测研究[J]. 生态学报, 2017, 37(9): 3009-3018.

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[9]康日斐. 济南市露天开采集中区矿山地质环境遥感监测与环境评价研究[D]. 山东师范大学, 2017.

Remote sensing monitoring the effect of Granite mining on the ecological environment of Granite mining area in Yichun town, Heilongjiang Province

Long Leijin^1a, He Feng^1b

(1a.Finance Office;1b. School of Urban and Environmental Studies, Yunnan University of Finance and Economics,Kunming650221，China)

Abstract:Previous research showed that Granite mining could has damaged the ecology environment of Granite mining area in Yichun town, Heilongjiang Province. To know about the damage level and help to protect and recover the ecology environment, this research is designed to monitor the ecology environment of Granite mining area in Yichun town by remote sensing monitoring technology, and the effect of Granite mining on the ecology environment is analyzed by comparing the environment factors between the mining area and the assessing area. The research shows that the Granite mining greatly increased the bare land(mining area: 0.23 hm2(10.04%); assessing area: 4.62 hm2(1.23%)), grassland(mining area: 0.16 hm2(6.99%); assessing area: 1.02 hm2(0.27%)), mulch-free land(mining area: 0.23 hm2(10.04%); assessing area: 4.62 hm2(1.23%)), and the mild erosion area(mining area: 2.01 hm2(87.77%); assessing area: 31.05 hm2(8.25%)) and moderate erosion area(mining area: 0.18 hm2(7.86%); assessing area: 1.95 hm2(0.52%)). In conclusion, this research shows that remote sensing monitoring technology could efficiently monitor the ecology environment of the Granite mining area in Yichun town, and it could help to protect and recover the ecology environment of Granite mining area.

Keywords: Yichun town; Granite mining; ecological environment monitoring; remote sensing monitoring.

作者简介：龙蕾瑾(1989-),女 ，云南财经大学财务处，硕士  主要从事项目管理方向研究， 云南省昆明市五华区龙泉路237号，E-mail：2435119424@qq.com，17787114199

通讯作者：何锋（1984-）男，云南财经大学城市与环境学院，博士后，主要从事人地环境遥感研究，云南省昆明市五华区龙泉路237号，E-mail: hefeng@cau.edu.cn ，087164580543