1、2022 年（第 51 卷）第 12 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横环境生态doi:10.3969/j.issn.1672-6375.2022.12.002土地与自然环境存在着共生关系，在自然因素与人类因素的共同影响下，土地资源的类型、承载力大
2、小以及生产力状况时刻发生着变化，当土地资源承载力达到阈值时，土地生产力就会下降，从而引起土地的退化1-2。20世纪70年代初，联合国粮农组织（FAO）首次对土地退化的概念进行了阐述，将土地退化按照成因粗分为土壤侵蚀、盐碱化、洗涤剂、有机废料、土壤重金属污染、农药过量使用、传染性生物、工业无机废料、放射性和过量施肥等引起的十大类型，这实际上也是国际上最早关于对土地退化类型的划分；随后几十年，相关领域的专家学者进行了大量的研究，全球环境基金会（Global Environment Facility，GEF）运用19812003年全球AVHRR的归一化植被指数（NDVI）作为基础研究数据来进行的LA
3、DA项目，对全球22年NDVI的变化趋势进行分析揭示全球土地生产力的变化情况，通过能源利用效率（Energy-use Efficiency EUE）分析能源有效利用程度，降水利用效率（Rain-use Efficiency RUE）分析降水利用程度3去除自然因素对土地退化的影响，实现了全球土地退化程度和土地生态状况的定量分析和评价（Bai ZG，Dent DL，2008）4。GLADA通过研究全球遥感数据提供的区域尺度土地退化遥感评估参考是一个同时具有标准化和可操作性强的实用方法5，从20世纪80年代起，我国学者也开始对土地退化进行研究，并发表了大量研究成果。龚子同通过对土地退化的成因将土地退
4、化划分为污染引起的、耕作施肥不当引起的、水土流失引起的等3大类6。刘慧则通过研究土地退化的成因和特点，将我国土地退化分为土地损毁、水土流失、土地贫瘠化、土地沙漠化、土壤盐碱化和土地污染等6大类7。80年代中期，当时的水利电力部颁布了中国土壤侵蚀类型区划分、中国土壤侵蚀强度分级标准8并以此为基础数据分别编制了全国和分省土壤侵蚀图。目前关于土地退化的概念已有很多表述，但是尚没有统一的界定，不同的专家学者由于认识角度的差异对土地退化的概念表达也不相同。但是，这些关于土地退化的概念都强调了两个重要的方面：一是这种退化是人类活动或不利的自然现象引起的；二是土地的生产力必须明显下降。生态系统服务和生物多样
5、性政府间科学政策平台（IPBES）发布的土地退化与恢复专题评估中指出，全球人类活动造成的土地退化影响着全世界32亿人的福祉9，基于GIS的矿区土地退化人为驱动因素分析以武胜驿镇为例龙涛（甘肃省地质矿产勘查开发局 水文地质工程地质勘察院，甘肃张掖734000）摘要：为了掌握矿区土地退化人为驱动因素，选取采矿活动活跃的永登县武胜驿镇为研究区域。利用GIS技术分析2010年和2020年土地覆被特征，通过计算20102020年土地覆被度指数对土地退化人为驱动因素进行探究。结果表明：10年期间新增退化土地面积为239.06 hm2，主要表现为耕地、林地和草地退化为裸地；工矿企业是城镇化和建设用地增长的主
6、要原因；生态用地转化为采矿用地的面积最大；新增裸地和新增采矿用地关联，采矿活动是武胜驿镇土地退化的人为驱动因素。关键词：GIS 矿区；土地退化；驱动因素中图分类号：X171.1;P208文献标志码：A收稿日期：2022-09-23作者简介：龙涛（1986），男，硕士，助理工程师，主要从事景观生态学和生态修复应用研究。5甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃
7、科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横2022 年（第 51 卷）第 12 期环境生态目前全球大概有15 亿人居住并依赖于退化的土地进行生产活动10，全球大约有10%20%的牧场、80%的农业用地和87%的湿地正在遭受严重的退化 11-12。每年因为土地退化所造成的经济损失最少约 400 亿美元 12。2012 年，联合国防治荒漠化公约（UNCCD）提出到2030年全球要实现土地退化零增长，并于2017年发布了土地退化平衡框架。联合国“可持续发展目标（20152030年）”将遏制土地退化趋势、扭转土地退化增长、恢复已经退化的土地
8、，减少并改变以资源环境退化为代价的经济增长模式作为其第15大目标9。中国的退化土地主要分布在西北部的干旱地区。我国政府高度重视土地退化防治工作，并将其纳入基本国策和政府的主要工作中，并于20世纪70年代末开始，在西北、华北和东北实施“三北防护林体系建设工程”建设。进入20世纪90年代以来，国家又启动了一系列重点生态工程，防治土地退化的力度不断加大，并取得了显著的治理成效。但是面临的形势依旧严重，土地退化引起的生态环境恶化不但直接危及我国生态脆弱区1亿多人口的生存和可持续发展，而且对4亿多人口的生存环境和生活质量产生了不利的影响12。人类活动对土地退化的影响既显著又复杂。特别工矿建设引起的土地退
9、化速度快，对区域生态安全危害严重。西部地区储藏着丰富的矿产资源，矿产资源的开发利用为社会发展和国民经济建设做出了巨大的贡献，同时也对本来脆弱的土地生态系统和生态安全产生了不利的影响。狭义的矿区可以理解为采矿工业所涉及的地域空间，广义的矿区是指因为矿产资源的开发、加工发展起来，促使人口聚集并且辐射一定范围的行政和经济社区13。因此，文章选取因采矿发展而形成的经济与行政区甘肃省兰州市永登县武胜驿镇为研究区域。探讨近10年建设用地利用类型变化对土地退化产生的影响，总结研究矿区土地退化的状况和人为驱动因素，有利于加强区域内土地生态变化的监测，从而为制定区域生态环境保护和修复政策提供依据。1材料与方法1
10、.1研究区概况永登县武胜驿镇是河西走廊的东门户，属于半旱半湿润的二阴山区，平均海拔2 600 m，年降雨量340456 mm，年均气温4.5，年无霜期80100 d。全镇总面积469.71 km2，辖内林地面积0.21万hm2，草地面积1.63万hm2，境内石英石、石灰石等储藏量达1.2亿t，矿产资源企业30余家，矿产资源给当地经济带来发展的同时，也对生态环境带来危害。1.2 数据来源与处理本研究采用2010年和2020年两期Landsat影像图从地理空间数据云（Geospatial Date Cloud）获得的。利用 ENVI 5.1 软件对遥感数据进行矫正和处理。根据研究的目的，选取受人类
11、活动影响最为强烈的采矿用地、城镇用地、村庄三种地类。利用ArcGIS10.2软件进行投影变换、对两期土地覆被图进行叠加分析、建立土地退化评价数据库。1.3土地利用变化幅度土地利用变化幅度的数学表达式为：Z=U2U1。（1）式（1）中，U2和U1分别为研究起始年和结束年土地利用类型的面积，单位是ha；Z为该研究时间内某种土地类型的总体变化幅度，幅度大小用%表示。单一地类土地利用变化动态度用来表达一定时段内土地覆被类型面积变化情况，其数学表达式为：K=U2-U1U11T。（2）式（2）中，T为研究时段长度，a，K为该研究时段内某一土地利用类型的动态度，动态度大小用%表示。2 结果与分析2.1土地退
12、化分析通过将2010年和2020年土地覆被图叠加分析，得出20102020年新增土地退化区域，如图1所示，退化后的土地类型为裸土地和裸岩石砾地，在文章中通称为裸地，因为土地退化和土地恢复共存，因此文章只研究新增的土地退化面积。通过空间叠加分析得出新增裸地面积为239.06 hm2，新增裸地在20102020年的转移矩阵，见表1所列。表120102020年武胜驿镇新增退化土地退化转移矩阵土地类型裸地耕地/hm2151.83林地/hm220草地/hm264.47水域/hm20.86采矿用地/hm21.9从表1看出，新增退化土地在2010年主要为耕地、林地、草地等生态用地，面积分别为151.83 h
13、m2、20 hm2、62022 年（第 51 卷）第 12 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横环境生态64.47 hm2。2.2 土地覆被变化分析通过对土地覆被影像图矢量化处理和分析，研究区域2010年建设用地面积为1273.73 hm2，2020
14、年建设用地面积为1451.92 hm2。20102020年武胜驿镇矿区建设用地类型土地覆被面积和动态度见表2所列。表220102020年武胜驿镇矿区建设用地土地覆被变化和动态度建设用地类型采矿用地村庄城镇2010年面积/hm2213767.2273.57占比%1760232020年面积/hm2340.26779.8331.86占比%235423动态度/%20102020年60.162.1从表2可知，2010年到2020年武胜驿镇采矿用地占建设用地规模增加了5%，村庄占建设用地规模减少了6%，城镇占建设用地比重没有发生变化。单一动态度来说，20102020年采矿用地的动态度最大，达到6%；村庄和
15、城镇分别为0.16%和2.1%。2.3土地覆被变化转移矩阵土地覆被变化是土地在自然因素和人为因素共同作用下，土地类型在地理空间上的动态变化，而不只是数量上的变化。因此，为了进一步揭示20102020年人类活动对土地退化的驱动作用，分别将2020年的采矿用地、村庄和城镇用地的图斑与2010年土地覆被图进行叠加分析，得出20102020年新增采矿用地、村庄和城镇土地覆被变化转移矩阵，具体变化见表3所列。表320102020年新增采矿用地、村庄和城镇土地利用转移矩阵土地类型采矿用地村庄用地城镇用地耕地24.4534.79林地16.496.07草地73.8526.832.65水域3.693.9511.
16、37裸地3.9526.2656.64建设用地4.9539.29从表3可以看出，耕地、林地、草地、水域等生态用地转化为新增采矿用地、城镇和村庄的面积分别为118.45 hm2、54.88 hm2、30.78 hm2。因此可以得出：采矿用地增加和城镇扩张是生态用地转化为建设用地的主要原因；村庄和城镇扩张在占用生态用地的同时，也占用了大量的裸地。因为城镇化的进程，部分村庄转化为城镇。2.4土地退化与建设用地变化的关系人类活动特别是工矿建设对周边土地退化的影响巨大，大量露天开采以后遗留下的废弃物污染了土地和水资源，致使周边的植被无法生长。仅通过土地覆被数量的变化，很难对新增的退化土地和各种人类活动的关系进行分析，因此，通过使用SPSS软件分别计算新增裸地和新增采矿用地、新增村庄用地、新增城镇用地之间的关系，分析结果见表4所列。表4新增裸地与新增建设用地的相关性分析相关系数新增裸地新增采矿用地0.43新增村庄用地0.14新增城镇用地-0.02通过分析得出，新增裸地与新增采矿用地相关系数是0.43，说明采矿活动是引起研究区域土地退化的主要原因；新增裸地与新增城镇用地为负相关，这是因为城镇开发边界受
