基于生态风险评价的采煤矿区土地损毁与复垦过程分析

煤炭开采和复垦活动带来强烈的地表变化和生态环境扰动。该文以山西省平朔矿区为例,通过构建评价模型分析采煤矿区的生态风险动态变化。通过采用最小损毁累积模型测算风险源累积损毁影响值,利用遥感影像结合野外实测数据计算生态脆弱度指数,得出矿区2001年和2010年矿区生态风险值,分析不同开采年份中矿区由于采矿和复垦活动带来的生态风险变化。结果表明:随着煤炭产量的增加,2010年土地损毁的累积影响范围比2001年增长了7 095.17 hm2;但是已复垦排土场的损毁累积危害下降明显,并且随着矿区扰动区域的东移,采矿对研究区西部的影响也在减弱。经过10年的土地复垦与生态重建措施,已复垦的排土场生态风险值呈下降趋势,生态系统趋于稳定。在采矿扰动区中,2001年处于中等风险及以下的区域占比为0.02%,到2010年为16.77%。特大型采煤矿区扰动范围较大,但是采后土地复垦有助于降低局部生态风险的影响。通过研究矿区土地损毁情况、复垦过程和复垦后的状态,分析不同区域生态风险的动态变化,可以为矿区的生态环境治理和区域发展规划提供参考,为矿区管理和相关决策提供科学依据。     

矿业城市土地损毁生态风险评价与空间防范策略

为量化矿业城市土地损毁生态风险、提高土地复垦和综合整治有效性,以吉林省辽源市为研究区,提出基于GIS的矿业城市土地损毁生态风险定量评价与空间防范的思路和方法。首先将土地损毁作为直接生态风险源,将土地生态系统作为生态风险受体,借助遥感信息模型与GIS空间分析模型,依次评价土地生态系统的生态敏感性、土地损毁累积作用以及二者间的暴露关系;然后确定综合生态风险值及其等级空间分布,并据此将矿业城市土地利用划分为环境敏感特别保护区、一般生态保护区、生态保育区、生态协调区、生态复垦区、限制发展区、工矿发展区与城镇发展区等八大功能区,各区内生态风险防范措施各有侧重;最后利用2010年城市总体规划图对评价与分区结果进行有效性分析,分析结果表明,辽源市90%以上的规划建设用地属于发展主导区域、70%以上的非规划用地属于生态保护主导区,研究结果与2010年城市规划用地布局范围基本吻合。基于 GIS 定量方法进行矿业城市土地损毁生态风险分析可空间化土地利用的风险等级与主导风险因素,为制定有针对性的风险防范措施提供了空间信息;也为矿业城市土地复垦规划、土地整理规划与土地利用总体规划的有机结合提供了参考。     

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。     

基于RS与GIS的平朔露天矿区土地利用类型与碳汇量的动态变化

为了研究矿区土地复垦与生态重建对陆地生态系统碳素生物地球化学循环的影响,以平朔安太堡露天煤矿为研究对象,通过遥感影像解译,对矿区1976-2009年33a期间的土地利用类型与碳汇量变化进行了研究。结果表明:1)由于采矿活动和土地复垦工程的交互影响,矿区5224.98hm2范围内土地利用类型发生了巨大变化:3346.35hm2的耕地和906.45hm2的林地全部转化为工业广场、剥离区、露天矿坑、未复垦的排土场和已复垦的排土场,其中复垦面积为1167.72hm2;2)矿区生态系统的碳汇量和碳汇价值,分别由1976年的602040.22t和63214.22万元,下降为2009年的351173.50t和36873.22万元;3)1990-1996年和2001-2005年期间,矿区生态系统碳汇量分别有所上升。通过设置研究区域在33a间"全部废弃地未复垦"、"全部废弃地常规复垦"以及"全部废弃地生态复垦"3种情景模拟,得出碳汇量分别为62279.57t、961622.2t和1250108.86t,说明采取科学的土地复垦与生态重建措施,有利于整个矿区生态系统碳汇量的增加。     

生态脆弱矿区土地复垦方案实施监测评价研究——以平朔矿区为例

随着采矿业的迅速发展,矿区原有的生态系统遭到破坏,使得矿区生态环境的脆弱性凸现。而土地复垦作为土地整理的一个重要部分,成为我国矿区土地资源利用管理,矿区资源、生态可持续发展的重要手段。在土地复垦的研究当中,复垦方案实施监测评价有其重要意义。以生态脆弱矿区为研究区域,建立了适合评价矿区土地复垦方案实施监测的五级评价等级,并划分了土地质量监测、生态监测、经济监测、社会监测和资金监测5个准则层21个指标体系。采用模糊综合评价法对平朔矿区土地复垦实施监测进行实例研究,发现平朔矿区土地复垦实施总体水平较好,通过复垦实施可以改善矿区的生态、经济与社会效益,但土地质量状况一般。因此,在今后的复垦实施中要加大对土地质量的监测,采用多种手段改良目前的土地质量状况,确保复垦修复良性发展,增强复垦效益。     

黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律

恢复受损的土壤和植被是矿区生态恢复的关键,植被恢复过程的实质是植被-土壤复合生态系统相互作用的过程。该文通过典型小区调查的方法,选择山西平朔州安太堡露天煤矿复垦排土场为研究区,分析了不同复垦年限（3、5、10、12和17 a）土壤环境因子和乔木林地植被生物量的动态演变规律,建立了黄土区露天煤矿排土场复垦土壤环境因子和乔木林地植被生物量Logistic演替模型,并构建了土壤-植被交互影响的偏微分方程组。相关系数及显著性检验表明所建立的土壤各环境因子演变模型和乔木林复垦地的植被生物量演变模型有效,能够很好地反映排土场的土壤因子和植被生物量的动态演变过程;随着复垦年限的增加,研究区土壤环境因子质量不断提升并逐渐接近原地貌,土壤因子和植被生物量都呈S型变化,符合Logistic生长演替模型;土壤环境因子与植被生物量二者交互作用明显,符合Kolmogorov捕食模型。该研究可为黄土区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。     

大型露天煤矿废弃地生态重建的理论与方法

根据1986～2000年对平朔安太堡露天煤矿土地复垦的系统研究,论述了原地貌土地整治中不曾涉及和以往中小型露天矿废弃地复垦中很少涉及的重要理论与方法(1)大型露天矿区生态系统演变的阶段、类型、过程对效益的影响.(2)大型露天矿区土地利用结构调整及耕地总量动态平衡.(3)大型露天矿区未来空间待复垦土地适宜性评价单元类型的划分.(4)大型露天矿区时空变动地貌的水土保持布局模式.(5)大型露天矿区土地复垦与生态重建规划的方法.     

复垦土壤重金属污染潜在生态风险评价

为揭示矿区复垦土壤中重金属元素潜在的污染特征,采用Hakanson 潜在生态风险指数（The Potential Ecological Risk Index）,对安太堡露天煤矿复垦土壤中Cd,Cr,Cu,Pb,Hg,As等6种污染元素进行了分析,研究了露天煤矿复垦土壤重金属污染程度及潜在的生态危害性。结果表明：安太堡露天煤矿不同复垦时间和复垦模式下不同层次的复垦土壤的综合污染程度范围为8.29～16.90,平均值为10.72,处于中等的污染程度。重金属潜在风险指数在131.43～331.03之间,平均191.68,生态风险达到了中等程度,特别是复垦13年的南排1?420退化平台,综合潜在生态风险指数为331.03,达到了较高程度。0～40 cm土层的潜在生态风险综合评价属于中度的潜在生态风险。Hg是主要的污染因子,其对潜在的生态风险指数所贡献的比例达到了72.5%～84.62%。其余重金属的生态风险较低。因此,在安太堡露天煤矿复垦土壤中,Hg是最主要的潜在污染因子,应采取一定的措施,防止Hg的污染。应用该体系对复垦土壤重金属污染生态风险评价所得的结论同其它研究结果互为补充和借鉴。     

基于改进模糊综合评价模型的矿区土地损毁程度评价

土地损毁程度评价是土地复垦适宜性评价及制定复垦措施的重要依据。针对经典模糊综合评价方法中确定指标权重主观性较强的问题,将模糊意见集中决策引入指标赋权法(G1法),建立基于改进G1法的模糊综合评价模型,并将改进的评价模型应用到山西省富康源煤矿土地损毁程度评价中。根据土地损毁类型,研究区划分为两大类(塌陷地和压占地)共5个评价单元,构建研究区土地损毁程度评价指标体系,使用改进G1法确定各评价指标的权重,对研究区5个评价单元进行损毁程度评价。结果表明,5个评价单元的土地损毁程度分别为:中度、轻度、轻度、重度、中度,运用该评价模型得到的评价结果与其他方法基本一致,结合实地调研情况,表现了较高的可靠性。与经典模糊综合评价模型相比,改进后的模型强调权重确定的科学性,克服了经典模型在指标数量较多时权重分配不合理的缺点。因此,该模型可应用于矿区土地损毁程度评价工作中,在矿区土地复垦、生态环境恢复治理、确定赔偿责任范围等方面有较好的应用价值。     

煤矿排土场复垦干扰指数构建及其时空分异

排土场复垦后受干扰情况影响重建生态系统的稳定性,直接关系煤矿区生态修复成败,针对长期恢复过程的干扰状况评价尤其重要。该文在MODIS全球干扰指数的基础上,将地表温度与增强型植被指数相结合,构建基于Landsat影像的排土场复垦干扰指数(dump reclamation disturbance index, DRDI),并计算山西平朔安太堡露天矿排土场28 a间的干扰指数及其时空分异特征。结果表明:复垦初期干扰强烈区呈现较强空间聚集特性,植被结构和功能恢复至自然水平的平均时长约为10a,单个排土场受干扰面积可下降至1.32%～17.76%之间。平朔安太堡露天煤矿4个排土场在稳定时限和干扰分布特征上呈现典型差异,受排矸方式、复垦方向、年限及地形地貌等因素驱动。DRDI可评估复垦排土场重建生态系统稳定时限,有效识别重建生态系统因干扰造成植被退化的空间范围和严重程度,应用于排土场复垦效果评价将为优化复垦模式、提高复垦效率提供参考。干扰指数对自然及人为因素响应的定量分析是未来研究重点。     

煤炭基地复垦村庄土壤重金属污染生态风险评价

对煤炭基地的复垦村庄进行土壤重金属潜在生态风险评价,可以指出在村庄复垦中应该特别注意的物质,减少煤炭开采后有可能会造成土地污染并提高村庄复垦后的耕地质量。以山西省泽州县西郜村的压煤复垦村庄为研究区域,在分析了该地区土壤重金属含量的基础上,以山西省土壤重金属元素背景值为评价标准,采用潜在危害指数法对土壤重金属污染状况进行评价。研究结果表明,压煤复垦村庄不同层次土壤的综合污染程度范围为6.05~14.92,平均处于中等污染程度;从单个要素上来看,各种重金属污染系数平均值由高到低为:Hg > Pb > As > Cd > Cr,Hg属于较高的污染水平,其重金属潜在风险指数在75.9～275.19之间,有一半样点的潜在生态风险达到了中等程度;Hg潜在生态风险达到了较高污染程度,需要在复垦过程中进行治理。对煤炭基地复垦土壤重金属进行潜在生态风险评价,有助于掌握土壤重金属污染特征和分布规律,为复垦后耕地的重金属污染控制与修复提供一定的依据,促进土地资源的可持续利用。     

矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展

矿山开采破坏环境、挤占耕地,诱发严重的社会问题.近几十年来,矿山废弃地土地复垦和生态恢复已成为跨学科研究热点,然而,和欧美发达国家相比,我国矿山废弃地工作存在土地复垦比率低与复垦质量差的特点.矿山废弃地土地复垦和生态恢复主要包括3方面:土壤重构、生物恢复和废水控制与处理.土壤重构技术主要包括物理、化学和工程措施,目标是重构适宜的土壤剖面和理化性质,重金属污染去除技术也是土壤重构的重要内容.生物修复可以划分为植物修复、土壤动物修复、土壤微生物修复以及菌根生物修复技术.就生态恢复和土地复垦的内涵、目标、基础理论和技术体系展开评述,并指出建立健全管理机构、明确资金来源对矿山废弃地复垦的重要性.同时认为应当加强矿山废弃地生态环境影响机制机制研究,采用3S技术和信息系统技术监测、评估和监管复垦工作,努力实现矿山废弃地环境损害减缓技术突破,建立矿山废弃地土地复垦和生态恢复的理论体系与技术规范.     

基于耕作半径的采矿复垦区农村居民点安置规模预测

耕作半径对农村居民点的规模具有重要影响,而地形则是耕作半径的决定因素之一。该文采用耕聚比和缓冲区分析的方法,对比采矿前后农村居民点的耕作半径变化。考虑研究区地形起伏的影响,计算耕作半径地形修正系数,确定最优耕作半径。在此基础上预测矿区复垦后可安置农村居民点的面积、数量及人口。研究结果表明:平朔复垦区农村居民点耕作半径地形修正系数为1.6836,复垦区规划农村居民点最优耕作半径为1 500 m;复垦区预测回迁安置农村居民点总规模约651.24 hm2,共67个农村居民点;预测单个农村居民点面积9.72 hm2,控制耕地面积约109.68 hm2;预测回迁安置总人口约29 521人,共7 380户,该研究结果可为露天采矿复垦区农村居民点回迁安置规模与布局提供决策支持。