煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响评价

在人类煤炭开采活动的干预下,农田生态系统中碳储量迅速变化。这种变化不仅改变了土壤肥力及农田作物产量,而且对区域及全球环境具有很大影响,事实上稳定保持其碳库是农业减缓温室气体的主要途径。该文的研究目的就是从煤炭开采对区域农田植被碳库储量影响的角度来研究煤炭开采对农田生态系统碳储量的影响,以徐州九里矿区为研究区,通过区域内农田植被碳库采样与试验、区域植被碳库储量估算模型的构建以及碳储量估算得到九里矿区煤炭开采沉陷区农田植被的碳储量和碳密度分布图,然后与情景模拟得出的该区未受到煤炭开采影响情况下,经过几十年变化后农田植被的碳储量和碳密度分布图进行对比,得出煤炭开采对沉陷区范围的农田植被碳库的扰动影响,发现与不受到煤炭开采的影响相比,在沉陷区域外围地势较高的坡地煤炭开采对农田植被碳密度的影响很小,在沉陷区地势较低的季节性积水区和常年积水湿地区煤炭开采对农田植被碳密度的影响较大。在整个煤炭开采沉陷区范围内,与不受到煤炭开采的影响相比,煤炭开采沉陷区域农田植被碳库碳储量减少2.4万t。煤炭开采对区域农田植被碳库储量的影响属于失碳效应。     

黄土矿区开采沉陷引起的土壤湿度变化特征研究

西部黄土覆盖区大规模地下采煤导致严重的地表沉陷及地理环境破坏。选取土壤湿度作为地理环境因子,利用彬长大佛寺矿区2007～2017年的遥感数据构建温度植被干旱指数(TVDI)模型,分析开采沉陷区和非采动影响区土壤湿度变化的基本特征。基于开采沉陷理论分析研究区域的水平变形和地表裂缝发育特征,通过土样实验获取沉陷区不同位置的土体密实度和含水量数据。遥感结果表明,矿区土壤湿度在1月较大,在7月较小,开采沉陷区的土壤湿度变化量相对于非采动影响区更高。经综合分析表明开采沉陷变形和裂缝发育引起土壤密实度降低,加剧地表水的吸收与蒸发效应,导致沉陷区土壤湿度呈现上述变化特征,初步揭示了黄土矿区开采沉陷对于土壤环境的扰动效应。     

基于Landsat TM/OLI影像的兖州煤田水域面积动态监测

为揭示东部高潜水位矿区地表水体的时空演变规律,该文以兖州煤田为研究区,在比较改进归一化差异水体指数法、单波段阈值法、谱间关系法、K-T变换4种水体提取方法的精度及优缺点基础上,采用基于阈值分割的改进的归一化差异水体指数法提取了研究区1990-2014年的水体信息并分析了其时空变化特征.研究结果表明:从1990-2009年,兖州煤田地表水域面积增加了1 696.14 hm2,且2001-2005年水域面积扩张速度较快,年均增长率达14.0％,2009-2014年水域面积减少,年均下降率为3％:煤炭开采是研究区内水域面积变化的主要驱动因子.该文实现了煤矿区地表水体变化的动态监测,并分析了其变化原因,有助于客观与定量地评估煤炭开采的生态累积效应.     

兴隆庄采煤对农田景观格局的影响及景观重建

通过对兖州兴隆庄矿区农田在采矿前后、复垦前后的景观格局变化情况的分析，得出如下结论：煤矿区农田在井工开采干扰下，农田景观过程及格局变化取决于采空区的形状、采厚、采深、煤层倾角、地表潜水位和顶板管理方法等，采矿区农田景观格局变化的范围远大于其对应的井工开采对应的采空区范围；采矿条件是影响矿区农田景观格局变化的主要因素，积水、坡地、裂缝是开采后农田景观主要格局；农田景观格局一般随着开采进度的开展，地表逐渐沉陷，由平坦农田转为坡耕地、积水，并且随着开采进度范围逐渐增大，斑块密度减少，斑块面积和斑块周长增加，农田集约程度下降；沉陷农田的景观形状指数较大，形状不规则，斑块形状指数仍然接近1，斑块沉陷边界规则，与区域地下煤层地势平缓相关。     

基于GIS与分区Kriging的采煤沉陷区土壤有机碳含量空间预测

中国煤炭产量占世界煤炭总产量的46.9%,年塌陷的耕地面积约为200 km~2,对农田土壤有机碳库扰动十分剧烈。由于农田的土壤有机碳库是减少陆地生态系统碳排放的最大潜在因素,中国以及世界上的其他煤炭开采大国必须更好地对煤炭开采区的土壤有机碳库进行科学管理,这也是煤炭低碳开采的重要途径。而预测精度好的煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量空间预测方法是科学管理煤炭开采沉陷区土壤有机碳库的前提。该文以徐州九里煤炭开采沉陷区作为研究区,通过普通Kriging插值法和以结合沉陷积水情况为辅助变量的分区Kriging插值法这2种方法来对研究区的土壤有机碳含量进行了空间预测,并通过比较验证样点的预测值与实测值来对比2种方法的预测精度,确定每种方法的可行性。研究发现,结合区域内部积水情况来进行的分区Kriging插值法求得到的预测值与实测值的相关系数为0.7564,远高于直接进行Kriging插值得到的预测值与实测值的相关系数0.5086,并且两者的均方根误差分别为0.35和0.55,说明前者的预测精度更高。因此结合沉陷积水情况的分区Kriging插值模式是更适宜煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量的空间预测模型。     

基于土壤湿度与植被覆盖变化的黄土高原生态恢复项目适宜性评价

基于2001—2014年的MODIS数据和Landsat数据,利用温度植被干旱指数对黄土高原土壤湿度进行了反演,并应用Theil-Sen趋势和Hurst指数,通过分析土壤湿度与植被覆盖的时空变化特征及其相互关系,得到了未来不同土壤湿度情境下植被覆盖的变化特征,经过筛选和分析划分出了黄土高原生态恢复项目适宜性区域。结果表明:(1)黄土高原TVDI的Hurst指数均值为0.49,其中持续性和反持续性面积分别占42.54%,57.46%。根据TVDI未来变化特征来看,未来土壤湿度减小的区域面积占54.08%且遍布整个研究区。(2) NDVI的Hurst均值为0.52,其中持续性面积占55.01%,表明黄土高原植被覆盖持续性强于反持续性。根据NDVI未来变化特征,植被覆盖持续改善面积达46.95%,退化转为改善占6.08%,呈良好趋势。(3)生态恢复项目弱适宜区面积最大,占总面积的59.90%,其次为不适宜区,面积占25.39%;适宜区面积仅占黄土高原的13.41%,较适宜区面积仅为1.30%。(4)未来的植被恢复工程主要针对坡度较大的耕地实施退耕还林,还需要考虑对土壤水分适宜的地区进行了退草还林,而且坡度较小的较适宜区应在粮食安全的基础上进行了退耕还林和退草还林。     

煤炭开采对"矿-农"复合区农田质量影响评价

农田质量的内涵应包括本底质量、经济质量和生态环境质量3部分。煤炭开采导致农田严重受损,科学合理评价煤炭开采对矿-农复合区农田质量的影响,对制定区域土地复垦规划和综合整治有着重要的意义。以山西省泽州县长河流域为研究区,该研究首先建立了煤炭开采沉陷区农田质量评价的指标体系,选取农田自然质量、农业生产条件、区位条件、农田环境条件来表征农田质量,对并依据这些指标进行空间可视化,利用多因素加权求和的方法对农田质量进行综合评价。研究结果表明:与煤炭开采非扰动区相比,位于煤矿区井田边界内的农田自然质量、农业生产条件、区位条件、农田生态环境条件评价分值均较低;煤矿井田边界范围内的农田质量(平均值为0.37)低于非矿区农田(平均值为0.55)。应结合煤炭开采扰动影响区农田质量区域分布特点,制定科学合理的矿-农复合区土地复垦规划和土地综合整治方案。     

煤矿采空沉陷影响区的水土保持措施

煤炭开采造成了大面积的采空区,极易引起地表沉陷,从而造成水土流失及地质灾害。在探讨采空沉陷影响区面积预测方法的基础上,提出了采空沉陷影响区的水土保持措施。     

基于四象限模型煤粮复合区景观生态质量时空变化及影响因素

在煤粮复合区,煤炭开采通过影响区域的景观格局,不断地冲击着原有农业景观生态系统的功能和过程,对该区域的景观生态质量及其影响因素进行分析对于矿区生态治理具有重要的理论意义和实践价值。该研究以河南省辉县市赵固煤矿为例,以行政村为评价单元,采用四象限模型对研究区景观生态质量进行了综合评价。结果表明:1)受煤炭开采活动和土地生态整治的影响,2008—2016年,研究区耕地面积总体上呈现先减少后增加的变化趋势,耕地主要向建设用地和水域转移。建设用地呈现先增加后减少的变化趋势,建设用地主要向水域和耕地转移。2)研究区的景观稳定性指数呈现先减少后增加的变化趋势,而景观干扰性指数呈现先增加后减少的变化特征。3)研究区景观生态质量在时间尺度上呈现“良好—较差—较好”的变化特征。2008年,矿井建设及开采初期研究区景观生态质量整体上较好。随着开采活动增强,到2011年研究区景观干扰程度增加和稳定程度降低,造成区域景观生态质量下降。2014年后大规模土地复垦使研究区土地利用率增加,大面积沉陷水域改善了区域景观结构,景观系统稳定性增加。4)在空间尺度上,受开采活动和土地生态整治的影响,矿区采点附近村庄景观生态质量呈现先变差后好转的变化趋势,远离矿区开采点的村庄有略微变差的趋势。总体上,与2011年相比,2016年质量为优的村庄数量和面积增加,质量为差的村庄数量和面积减少,但与2008年相比,2016年质量为优的村庄数量和面积仍是减少,质量为差的区域的村庄数量和面积仍是增加,表明研究区景观生态质量虽有所改善,但仍未恢复到受扰动前的景观生态质量水平。     

黄土高原山地采煤沉陷对土壤侵蚀的影响

为了测度山地井工采煤区地表沉陷引起的土壤侵蚀因子在空间和数量上的变化,该文以开采沉陷规律和模型为基础,运用数字地形分析、遥感影像融合等技术,揭示了黄土高原煤矿区山地开采沉陷引起的地表坡度、坡长、植被覆盖3大因子在空间上的改变量以及由此导致的土壤侵蚀变化量,并分析了土壤侵蚀的变化机制。研究结果表明:2001-2010年,研究区因开采沉陷导致地表平均坡度减少0.025°,平均坡长因子减少0.139;沉陷区内土壤侵蚀量不变、减小和增大的土地面积分别为3.083、3.412和4.707 km2,沉陷区外土壤侵蚀量减小和增大的土地面积分别为0.143和0.023 km2,土壤侵蚀总量减少78426.95 t,平均减小689.892t/(km2·a);开采沉陷导致坡长因子变化,对土壤侵蚀的影响波及到沉陷区以外的部分地区;山地开采沉陷对土壤侵蚀的影响与平地差异明显,不存在绝对的正向或负向影响,并且在沉陷区内外均可能为正向或负向,其结果与原地貌及沉陷幅度、区位密切相关;沉陷可能导致坡面下游区域的汇水面积和坡长因子变化。该研究结论为山地矿区土壤侵蚀区位、侵蚀量预测提供依据。     

神府矿区采煤塌陷裂隙对坡面土壤水分及植被生长状况的影响

[目的]探究采煤塌陷裂隙(塌陷发生2a之后)对坡面土壤水分和植被影响的过程与特征,为采煤塌陷区域植被恢复与生态环境重建提供理论支持。[方法]通过对神府矿区采煤塌陷产生的裂隙两侧的土壤容重,土壤水分以及植被状况进行调查分析开展研究。[结果](1)采煤塌陷裂隙的出现会导致周边土壤松动,致使土壤容重降低。(2)在裂隙走向与坡向呈直角或接近直角的情况下,裂隙的出现阻隔了正常的坡面径流,裂隙下方由于接受径流变少而导致水分状况变差,裂隙对于坡面土壤水分的影响大约在裂隙下方3m的范围内;在裂隙两壁处,由于裂隙而出现新的表土面,该处的蒸发效应强烈,裂隙坡面的土壤含水量低于无裂隙坡面(3)裂隙坡面植被的地上生物量较无裂隙坡面低,且越远离裂隙,地上生物量恢复程度越高。[结论]在不考虑其他因素的影响下,裂隙的出现会使裂隙处以及下部坡面水分状况变差,进而会对植被生长产生抑制作用。     

鞍山市矿业损毁地生态重建模式研究

鞍山市矿点较多,总计有452处,矿业损毁地面积达10 230.77 hm2,且具有水土流失强度大、恢复难度大等特点。通过选择代表性矿业损毁地进行定点试验,提出5种生态重建模式:一是点、线、面全方位保护生态林重建模式,适用于陡坡排岩场;二是石埂梯田全覆土生态林重建模式,适用于缓坡排岩场;三是林果草花鸟鱼生态旅游综合开发模式,适用于尾矿库的库面;四是经济林、生态林、牧草梯式立体开发模式,适用于尾矿库的坝面;五是多种养殖立体开发模式,适用于采场。结果表明:这几种生态重建模式的实施在该市产生了显著的生态、经济和社会效益,同时这些模式也可为其他地区矿业损毁地生态重建提供借鉴。     

采煤塌陷裂缝对降雨后坡面土壤水分的影响

为探究采煤塌陷裂缝对坡面储蓄降水的影响,本文对降雨后不同坡向上裂缝两侧的不同土层水分动态变化特征进行了研究。结果表明:降雨主要补充坡面地表0~20 cm土层土壤水分,且在雨后0~20 cm土层土壤水分散失也较为严重;雨后阴坡土壤含水率最高,0~10cm、10~20cm和20~40 cm土层土壤水分差异显著(p0.05)。降雨结束8 d后,裂缝附近的土壤水分变化幅度较大,尤以坡面裂缝上部边缘处最为明显,裂缝处与远离裂缝的土壤水分之间差异显著(p0.05);阳坡土壤水分损失最高,阳坡裂缝周边土壤水分平均损失量高达3.31%。可见,裂缝的出现会在一定程度上打破坡面储蓄降水的格局,加剧坡面局部土壤水分散失,这一点在植被恢复与建设过程中不容忽视。     

煤矿矿区不同采煤塌陷年限土壤物理性质对比研究

为揭示采煤塌陷对矿区土壤物理性质的影响机理,为矿区生态修复和重建提供理论依据,在选取典型样地的基础上,采用土壤测定方法,研究了不同塌陷年限不同土层土壤物理性质的变化。结果表明:随采煤塌陷年限的延长,矿区表层土壤密度逐渐增大,底层土壤密度先增大后减小;毛管孔隙度逐渐下降,非毛管孔隙度先下降后上升;表层土壤总孔隙度逐渐下降,底层土壤总孔隙度先下降后上升;土壤体积含水量和土壤贮水量先上升后下降,土壤质量含水量逐渐下降;表层土壤毛管持水量逐渐降低,底层土壤毛管持水量先下降后上升;表层土壤田间持水量逐渐降低,底层土壤田间持水量先下降后上升;土壤排水能力先下降后上升。     

黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究

[目的] 探究黄土覆盖区煤矿开采沉陷变形造成的地表裂缝对土壤水分变化的扰动效应,为采煤沉陷区土壤水分变化规律研究提供数据支撑。[方法] 以典型黄土覆盖区的采煤沉陷区为模型,使用自主研制的开采沉陷地表裂缝模拟装置进行物理模拟试验,并在裂缝周围布设水分传感器,分析地表裂缝引起的土壤水分变化特征。利用Hydrus软件构建水文模型,结合物理模拟试验结果对数值计算模型进行优化。采用控制变量法,利用优化后的模型计算在不同裂缝形状、地形以及初始含水量条件下裂缝周围土壤含水量与非变形区土壤含水量差值。[结果] 裂缝宽度主要影响土壤水分散失量的最大值,而裂缝深度主要影响散失量最大值出现的位置;裂缝对上坡方向和下坡方向影响规律存在差异,且坡度越大,差异越明显;土壤初始含水量越小,裂缝对土壤水分扰动程度越小;当初始含水量低于20%时,地表裂缝对土壤水分的影响范围不超过15 cm。[结论] 在相同边界条件下,土壤水分模拟试验结果与物理试验数据变化规律呈现一致性,利用优化后的数值计算模型可以定量地分析黄土覆盖区土壤水分对采动地表裂缝的响应特征。     

生态脆弱地区土地生态环境安全初探

采矿对环境具有一定影响。辽西半干旱区和辽东半湿润区野外定点观测结果表明:矿区气温,夏季高于对照2℃～7℃,春秋季节低于对照区。矿业弃物堆(岩土)含水量低于对照6～11个百分点,在干旱期,岩土含水量仅为植物萎蔫含水量甚至更低。矿业弃物堆的蒸发量高于对照1～5mm,但矿区的空气相对温度却明显低于对照。由此说明,矿区环境条件迥别于周边环境,更趋于沙漠区的自然环境。     

采煤塌陷对风沙区土壤理化性质影响的研究

为了研究采煤塌陷对风沙区土壤理化性质的影响,为干旱和半干旱风沙区采煤塌陷地的复垦工作提供理论依据,本文运用土壤学基本理论和方法,测定、计算了毛乌素沙地东南缘补连塔煤矿塌陷区和非塌陷区的土壤机械组成、容重、孔隙度、田间持水量、饱和导水率和养分等指标。方差分析结果表明:与非塌陷区相比,塌陷沙丘物理性粘粒含量明显减少,尤其地表10 cm处;塌陷沙丘顶部和中部土壤容重和孔隙度没有明显变化,而沙丘底部和丘间低地土壤容重明显降低,孔隙度明显增大;塌陷沙丘0~40 cm内土壤容重和孔隙度无明显变化,但40~100 cm内土壤容重明显减少,孔隙度明显增加;塌陷沙丘0~60 cm深度内田间持水量明显降低;0~60 cm内饱和导水率没有发生明显变化;0~100 cm内的全氮、全磷和全钾含量无明显变化。     

基于理想点法的矿区生态环境敏感性评价

[目的]对河北省保定市涞源县13个主要矿区进行生态环境敏感性评价,旨在为矿区生态环境评价和治理提供理论基础和技术保障。[方法]通过PSR框架模型建立矿区生态环境敏感性评价指标体系,并引入理想点(TOPSIS)法。[结果](1)空间布局上,涞源县南部矿区生态环境质量较差,中部矿区中等,而北部矿区较好;(2)具体矿区上,塔崖驿乡矿区、东团堡乡矿区生环境敏感性最好,而乌龙沟乡矿区最差。[结论]引入TOPSIS法进行小尺度县域矿区范围内生态环境敏感性评价,评价过程简便易行,可操作性强,且不受评价指标个数的影响,评价结果更加准确、客观、实用,能很好地反映涞源县各矿区生态环境的优劣程度及区域差异。     

大型露天煤矿土地复垦规划案例研究

大型露天煤矿土地复垦规划目前尚无明确的规范。根据 14年的土地复垦技术研究和工程实施的实践 ,以平朔安太堡露天煤矿 2 0 0 0～ 2 0 10年的土地复垦规划为例 ,重点探讨了大型露天煤矿土地复垦规划所涉及的关键问题 :( 1)规划编制的法律依据和技术依据 ;( 2 )规划编制的服务年限、范围及深度 ;( 3 )规划区土地破坏状况及其预测 ;( 4 )复垦土地适宜性评价 ;( 5 )土地复垦规划的具体方案 ;( 6)复垦规划方案实施的保证措施。提出的论点可适用于工矿区剧烈扰动地貌待复垦土地规划和已复垦土地利用结构调整。     

采矿区水土保持生态修复新技术研究

随着矿区水土流失面积的增大．侵蚀强度的增强，给生态环境造成的巨大破坏越来越严重。以辽宁省某地下采煤业为研究对象分析了采矿区水土保持生态修复的新技术，新方法，具有很强的理论与现实意义。