景观生态学在采矿废弃地生态恢复工程评价中的应用精.docx

1、景观生态学在采矿废弃地生态恢复工程评价中的应用精景观生态学在采矿废弃地生态恢复工程评价中的应用郑一龙，刘志斌，郑连臣辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新（123000）E-mail ：摘 要：在对矿山废弃地景观生态特征阐述的基础上，应用景观生态学的理论和方法，从景观的空间结构分析和生态稳定性分析两个方面，同时结合对景观生态系统生产能力的计算，对黑岱沟矿山水库及其周边地域进行生态影响评价。在矿山废弃地生态恢复工程的评价方法方面做出了有益的探索。关键词：景观生态，生态恢复，评价中图法分类号: X 826 文献标识码：B0 引言采矿废弃地是剧烈人为干扰下的一种特殊景观类型，其生态系统结构与功

2、能严重退化，同时其使用功能和美学价值也被破坏1，只有通过生态恢复和重建才能促使矿山废弃地的生态、经济及美学价值得以再生。然而，生态恢复主要是在生态系统层次上进行的，是通过排除干扰、加速生物组分的变化和启动演替过程使退化的生态系统恢复到某种理想的状态。这种方法在生态恢复的早期阶段确实成效显著，但随着恢复过程的发展延续，许多新问题的出现超出了人们的预料，甚至导致生态恢复过程的前功尽弃，其中一个很重要的原因是没有考虑到景观格局的配置、时间尺度和空间尺度。此外，对于退化生态系统恢复是否取得成功，也需要从景观生态学角度来评价，即要从景观远景来评价是否恢复了退化生态系统受破坏以前的生态功能。本文运用景观生

3、态学的原理和方法对矿山废弃地生态恢复工程进行生态环境影响评价。1矿山废弃地的景观生态特征景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间配置及其生态学过程的综合性学科2。从景观生态学的角度来讲，矿山废弃地是剧烈人为干扰下的一种特殊景观类型，是人类为获得矿产资源而对土地进行剧烈改造的区域。因此矿山废弃地具有如下景观生态特征：（1）景观异质性增强矿山废弃地表现出比采矿前更大的景观异质性。采矿活动实际上就是将原来较为均质的景观进行异质化的过程。开采后的采矿地往往包括采矿点、尾矿、堆场、排土场、采空区、塌陷地等景观类型和厂房、矿井、采掘设施，以及道路、水渠、积水坑等景观要素，原本均质的景观变得破碎化，同时具有

4、斑块、廊道和基质的典型镶嵌格局特征。（2）稳定性被破坏强烈的干扰会超出当地景观生态系统本身的自我恢复能力，甚至会导致生态系统的退化，其最明显的标志是生态系统生产力降低、生物多样性减少或丧失、土壤养分维持能力和物质循环效率降低，以及外来物种入侵和非乡土固有种优势度的增加等。随着干扰加剧，生态系统自身的生态平衡和稳定性也会受到破坏。（3）生态过程受到影响由于采矿地及其周边环境是一个完整的生态系统，采矿活动势必会影响到区域生态格局与各种生态过程的连续，如水的过程、物种迁徙的过程，同时造成污染扩散。2 景观生态评价景观生态学对生态环境的评价主要是通过三个方面进行的：即空间结构分析，功能与稳定性分析3和

5、自然景观的生产能力分析。2.1空间结构分析景观生态学观点认为景观结构与功能是相匹配的，景观结构是否合理从一定程度上决定了该生态体系功能状况的优劣4。景观结构的基本组成要素包括斑块、廊道和基质，他们的时空配置形成的镶嵌格局即为景观结构。其中基质是景观中的背景地域，是一种重要的景观元素类型，在很大程度上决定着景观的性质。基质的判定有三个标准，即相对面积大，连通程度高，有动态控制功能。目前，人们多采用传统生态学中计算植被重要值的方法来确定某一拼块类型在景观中的优势，也称优势度值。其由三个参数来确定，即密度(Rd、频率(Rf、景观比例(Lp。这三个参数对基质判定中的前两个标准有较好的反映，对第三个标准

6、的表达则不够明确。但依据景观基质的判定步骤可以认为：当前两个标准判定较明确时，则可以认定相对面积大，连通程度高的，即是我们寻找的基质5。优势度值数学表达式D o 为：D o=0.5*0.5*(R d+R f+L p*100% （1） 其中：密度R d=(缀块i 的数目/缀块总数*100%频率R f=（缀块i 出现的样方数/总样方数*100%景观比例Lp=(缀块i 的面积/样方总面积*100%。当某一类缀块优势度值明显大于其他各类缀块的优势度值时，可以判定此类缀块是景观体系中的基质。进而可以认为景观体系中的生态特征是由此类基质的生态特征所主导4。2.2景观生态稳定性分析景观生态稳定性主要以当生态

7、系统受到干扰时，系统的恢复(指发生变化后恢复原来状态的能力，可用恢复时间来度量 和抗性(指景观在环境变化或潜在干扰下抗变化作用能力 来评价。对于这两种特征可以从下列三个方面进行分析：（1）景观的生物恢复能力分析景观的生物恢复能力通常是由景观基本元素的再生能力，即高亚稳定性元素能否占主导地位来决定的。（2 景观的内在异质性分析基质的异质性内涵是景观内部组分、要素(包括模地、拼块、廊道 的属性存在巨大差异，并随时间发生变化的景观空间结构的特征的变异程度。（3 景观组织的开放性分析景观是一个开放系统，不断地与环境进行物质、能量和物种的交换。这种开放性可以增加景观组织的抵抗力和恢复力6。2.3自然景观

8、的生产能力的分析自然景观的生产能力体现为植被的净初级生产力和次级生产力。净初级生产力是绿色植物在单位时间和单位面积上所积累的有机干物质，它与自然植被的生物学特性和外界环境因素有关。次级生产是第一性生产以外的生物有机体（消费者和分解者）的生产。本文计算生产力的方法采用chikugo 模型，即利用太阳净辐射和辐射干燥度来计算净初级生产力，其公式为：(n RDI R e NNP 2216. 029. 0= （2）式中：RDI 辐射干燥度R n 陆地表面所获得的净辐射RDI 可按下式计算：RDI=Rn /（Lr）式中：L蒸发潜热R年降水率3 黑岱沟露天煤矿矿区水库及周边景观区景观生态评价3. 1现状评

9、价黑岱沟露天矿地处黄土丘陵区，长期干旱少雨，自然生态环境恶劣。矿区内的地带性植被属暖温型草原带，植被稀疏低矮，盖度一般在30%以下，而且没有形成大面积的植被或林地。矿区水库建设地点位于露天矿北排土场与东排土场之间，是由于排土场的堆积，形成的一块易于修建水库的沟壑，如图1所示。根据生态学理论，绿色植物的生产力是生物生产力的基础，生长量是生物生产力的主要标志。项目建设时期，虽然水库不用大工程量的挖掘，但根据设计要求，需建一水坝，以防止水库对东排土场产生侵蚀影响。所以，在水库坝基堆砌、管网铺设等过程中，都需要开挖黄土、汽车运输、推土机堆砌等活动，从而产生大量烟尘、浮尘等，以及汽车尾气中含有的碳氢化合

10、物、氮氧化合物等。所以，在水库修建与土地复垦之前，该地区植物生长量与植被类型物种量均处于最低级水平，有待于进行土壤整治与生态恢复。3.2景观生态评价该水库建成后的景观格局见图1。下面运用景观生态学对该区进行景观生态评价。3.2.1景观空间结构分析 图1 水库及周围景观示意图本区域属于景观生态等级自然体系，它是由湖泊生态系统，农田生态系统，林地生态系统和道路、游览区生态系统有规律地相间组成。其中农田、林地生态系统作为整个景观区域的生产者应该起到主要作用。黑岱沟露天矿水库工程项目选址区域各斑块面积见表1。优势度及连接度计算见表2。表1 水库周围各类斑块面积北排 (hm2 东排 (hm2 合计 (h

11、m2 常绿乔、灌木 84.3 84.3 林中草地48.5 48.5 防护林带33.6 42.375 75.975 草乔灌景观植物50.3 70.625 120.925 经济林、牧草、农田118 118 小计 216.7 231 447.7表2 水库周围各类景观区斑块优势度值斑块类型R d （%）R f （%） L p （%） D 0（%） 常绿乔、灌木10% 27.27% 18.83% 18.73% 林中草地10% 18.18% 10.83% 12.46% 防护林带20% 18.18% 12.89% 15.99% 草、乔、灌景观植物30% 45.45% 19.30% 28.51% 经济林、牧草

12、、农田 30% 63.63% 38.14% 42.47%根据表1、表2的数据显示，在该工程项目建成后，该景观区域草、乔、灌景观植物和经济林、牧草、农田两者的优势度之和为70.98%，远远大于其他斑块优势度值，可合并作为该景观区的基质类型，是本区域生态环境质量的主导因素，对本区域的景观美化，水土保持，生物量的维持起到主要作用。3.2.2景观的生态稳定性分析（1）景观的生物恢复能力分析从区域的植被类型可以发现该区域具有草、灌、乔木的立体景观。生长状况较好的草本植物有红豆草、紫花苜蓿、沙打旺等；禾本科植物有冰草、无芒雀麦、披碱草等。种植的灌木类植物有柠条、沙棘、紫穗槐等；乔木类植物有油松、刺槐、新疆

13、杨、云杉等。另外，经济林主要是山杏、苹果。这些植物具有以下共同的特点：1适应脆弱环境生长，抗性强，抗旱、抗寒、抗瘠薄、抗病虫害等；2生长快，能固定大气中的氮素，加速土壤熟化；3根系发达，萌蘖能力强，防风固土，发挥生态作用；4播种、栽植容易，成活率高。此种植物群落的类型和发育特点与当地的气候和地理特性相适应，同时这种立体的种植模式也加强了整个生态系统的结构的稳定性和功能的协调性。水库建成后，能够改善当地的小气候环境，调节水量平衡，使得灌溉水源保持稳定，从而提高植被的生物恢复能力，在较短的时间内形成稳定的生物群落。因此可以判定，该景观地域中生态体系有较强的生态承载能力，对于一定限度的干扰的恢复稳定

14、性较强。（2）基质的内在异质性分析基质的内在异质性有利于化解外界环境的干扰，并能提供一种抗干扰的可塑性3。当在某一拼块中形成干扰源时，相邻异质性的植被拼块就可能形成障碍物，这种内在异质化程度高的基质很容易维护基质在景观中的地位，进而保持整个生态体系的稳定性。本景观地域中是以草、乔、灌景观植物和经济林、牧草、农田为基质的。结合图1可以发现它是由多种物种以条状和团块状组成的，这种异质性对景观的稳定性起到了积极作用。（3）景观的组织开放性分析该景观地域的周边地区植被属暖温型草原带，植被稀疏低矮，这种脆弱的生态系统不利于与评价地域进行物质、能量和物种的交换。可以考虑在评价地域周边地区设计生态平衡地带和

15、缓冲地带。3.3生态系统自然景观的生产能力分析黑岱沟矿区生态系统初步恢复之后，应该估算或预测一下其生态系统生态能力的恢复情况，用以验证矿区生态系统是否已经恢复到被破坏以前的状态或有进一步的改进。根据实地调查及资料分析，由公式（2）估算的本矿区初级生产力见表3。表3 黑岱沟矿区的初级生产力生态系统类型面积 (hm2 单位面积净初级生产量g/m2a 单位面积生物量kg/m2 常绿乔木、灌木84.3 615.2 201.6 林中草地48.5 526.4 98.4 防护林75.975 568.5 124.3 草、乔、灌景观植物120.925 726.3 241.6 经济林、牧草、农田118 1094.

16、4 280.2 小计 447.7 216.7 231根据以上计算结果并与破坏前的生产能力对比表明，黑岱沟矿区的生态系统功能已经基本恢复，应在此基础上加强生态系统的保护，使其更加完善地发展。4 结束语对矿山生态恢复工程的评价目前还属于起步阶段，没有现行的定量达标评价方法。本文应用景观生态学的理论和方法对矿山废弃地生态恢复工程的评价方法做出了有益的探索，具有一定的借鉴作用。参考文献1 刘海龙. 采矿废弃地的生态恢复与可持续景观设计J.生态学报.2004,24（2）323327.2 邬建国. 景观生态学格局、过程、尺度与等级M.高等教育出版社.2000:13.3 吴飚, 陈尧华, 廖正军. 景观生态

17、学在生态环境影响评价中的应用重庆二郎科技园区生态环境影响探讨J重庆环境科学.2000,22(5:3233.4 刘珂, 陈海棠. 景观生态学在水库环评中的应用以周公宅水库为例J.环境污染与防治.2003,25(4:228230.5 田红, 何晓静. 景观生态学在建设项目生态环境影响评价中的应用J.四川环境.2003,22(4: 1315.6 朱越平, 柯日华. 景观生态学在生态环境影响评价中的应用研究J.茂名学院学报,2003, 13(4:3133. The application of landscape ecology in Influence appraisal of the mine a

18、bandons ecological restoration Zheng Yilong，Liu Zhibin，Zheng Lianchen College of Rosource and Environment Engineering，Lianning Technical University，Fuxin， Liaoning (123000 Abstract The following discourses upon the appraising works necessity upon the ecological Resumption of the Mine Wastelands( Hei

19、 dai gou reservoir and its circumambience zoology . After the detail description of its ecological, we used the theories of circumstance zoology and analysed from two aspects: one is its spatial structure , the other one is its ecological s stability. Synthesizing the whole areas ecosystem, we calulatied its throughput, and got the results of its ecosystem appraisment for the place. At the same time, we benifited from the ways of the apprasement of ecosystem. Keywords：landscape ecology，ecological restoration，appraisal 作者简介：郑一龙（1981-） ，山东泰安人，硕士研究生，研究方向为环境质量评价。 -6-