煤炭开采对矿区土地利用景观格局变化的影响

为揭示煤炭资源开采对矿区土地利用景观格局变化的影响,以徐州沛北矿区为例,应用GIS、景观生态学和数理统计方法,分析了该区土地利用结构和景观格局变化,并从生命周期的角度探讨了煤炭开采对景观格局演变过程的影响。结果表明:1994—2014年间沛北矿区土地利用结构和景观格局变化显著,耕地、林地和未利用地减少,工矿建设用地和塌陷水体持续增加;景观呈破碎化和均匀化趋势,景观分形特征趋于简单化和规则化。进一步对景观指数突变检验分析可知,耕地最大斑块指数和集聚度指数分别在1999年和2001年出现突变点;塌陷水体的最大斑块指数自1995年起持续上升,而集聚度指数呈显著上升—变化不显著—显著上升的趋势。煤炭持续大规模开采导致地面塌陷、积水,耕地损毁以及快速城镇化是景观格局变化的主要原因,但随着矿区土地复垦,耕地、水体面积增大,景观破碎化程度减小,对塌陷地的治理取得了一定成效。研究结果对矿区土地复垦和受损生态景观修复具有重要的指导作用。     

松嫩平原西部土地整理区景观格局指数的粒度效应研究

以松嫩平原西部大安市土地整理项目区为研究区,基于大安市土地整理前(2008年)1∶10 000土地利用现状图和土地整理后(2014年)项目区1∶10 000土地整理规划设计图,运用GIS技术绘制研究区土地整理景观类型图。运用Fragstats软件分别计算2种不同空间幅度土地整理区整理前后的景观格局指数,选取10个能综合反映土地整理景观格局特征的景观指数,在5~300m之间的21个粒度范围内分析景观格局指数的粒度效应,并使用数学模型对景观格局指数随粒度增加的变化趋势进行曲线拟合。结果表明:景观格局指数随粒度增加呈现单调上升或下降、先上升后下降和无规律变化3种变化趋势;不同空间幅度下部分景观格局指数粒度效应的转折点存在差异,土地整理前后部分景观格局指数随粒度增加而变化的敏感性不同;斑块数量、斑块密度、最大斑块指数等8个指数能用数学模型很好的拟合,斑块面积方差和Shannon多样性指数拟合效果并不理想,斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、斑块面积方差和景观形状指数整理后的拟合效果优于整理前;大安市土地整理项目区景观格局分析的适宜粒度为15~35m。     

复垦矿区景观格局指数的粒度效应研究

以徐州市九里矿区复垦前(2000年)后(2013年)1∶1万的矿区土地利用数据为数据源,采用基于GIS的景观格局分析方法,研究了九里矿区复垦前后17个景观格局指数在10~300m范围内的粒度效应,并对复垦前后景观格局指数的变化规律、拟合函数、变异系数和最佳景观粒度范围进行了分析。结果表明:17个景观指数随着景观粒度的增加呈现出:逐渐降低型、逐步增加型、局部尺度效应型和随机变化型共4种变化类型,其中,10个景观指数随景观粒度的变化趋势可以用不同的函数模型进行拟合(R20.94)。从复垦前后景观格局指数的变化来看,复垦前后景观格局指数的变化趋势基本趋于一致,但拟合函数和变异系数均有一定的变化,如拟合函数不一致,变异系数降低等;适宜徐州九里矿区1∶1万土地利用数据进行景观指数分析的最佳景观粒度范围为20~40m。     

基于最小费用距离的土地整治生态网络构建

[目的]构建土地整治生态网络体系,强化生态涵养功能,为减轻县域土地整治对生态环境的负面影响提供技术支撑。[方法]基于最小费用距离模型,利用ArcGIS软件的Cost Path模块生成最小路径,构建"节点—廊道—基质"为一体的生态网络结构;并运用Fragstats 4.2景观格局分析和ArcGIS缓冲区分析,对生态网络景观格局指数和土地利用结构进行了分析。[结果](1)通过选定生态系统服务价值功能大的节点作为关键节点进行重点建设,充分发挥了园林的绿肺功能;(2)通过加强廊道和基质建设,增加了景观连接度,实现了景观功能优化;(3)通过生态连通度优化,改善了现存生态网络斑块的数量和质量,提高了生物物种多样性。[结论]基于最小费用距离模型,通过景观格局指数分析将各种景观斑块整合成一个相对完整、稳定且连续的生态网络,使区域生态景观空间布局更加合理,可为县域土地整治生态网络构建提供理论依据和技术支撑。     

矿区土地复垦的影响评价及复垦思路修正——以重庆石灰岩矿山为例

通过构建生产力评价体系和生态服务价值评价体系,以实例分析土地复垦对矿区农业生产力和生态服务价值的影响,以此完善土地复垦思路。结果表明:土地复垦规划改变了矿区土地利用结构,耕地面积由16.42hm2增加至103.18hm2,林地面积由105.78hm2减少至9.16hm2;农业生产能力呈正向变化,农业生产力指数由28.33增加至92.13;生态服务价值呈负向变化,生态服务价值由597.67万元/a减少至157.90万元/a,其中单项功能的生态服务价值减少以生物多样性最明显,ΔSEV为-329.08万元/a。土地复垦规划对矿区农业生产能力和生态环境有相反的影响,土地复垦方向存在多样性,并采用土地复垦的影响评价结果完善了土地复垦思路。     

土地复垦矿区的景观生态质量变化

为揭示土地复垦对矿区景观生态状况的影响,以徐州市贾汪矿区为例,运用RS、GIS和景观生态学方法,从生态系统稳定与干扰程度2个方面构建景观生态质量评价模型,并分析评价了该区的景观生态质量及变化。研究结果表明:2001-2010年间,贾汪矿区景观生态质量发生了明显变化,总体呈变好的趋势。2001年和2010年景观生态质量达到稳定和较稳定的面积分别为49994.86和56160.31hm2,2010年比2001年增加了6164.45hm2;从总体变化看,变好和略微变好的地区约占28.23%,主要分布在破坏较少的山区和煤矿复垦区,表明土地复垦工程对矿区生态环境起到了一定的改善作用。变差和略微变差的地区约占19.44%,表明部分地区生态环境质量仍在下降,主要由于城镇化的快速发展,煤炭开采的继续,环境保护措施不及时以及复垦地区的二次塌陷、治理标准低等原因。因此,需加大对生态脆弱区的环境保护,完善矿区复垦技术规程,制定生态修复策略,从而实现矿区土地的可持续发展。     

黄土区大型露天矿农业用地格局演变的分析

在矿区废弃地的恢复中，格局变化的研究将对矿区生态系统的变化起着至关重要的作用。其中，农业用地格局演变的过程及覆被类型的变化，对矿区的生态安全、耕地保护及土地资源可持续利用具有重要的现实意义。该文以山西平朔矿区为例，基于GIS平台，在分析矿区土地动态变化的基础上，运用景观生态学理论与方法，对平朔矿区景观动态变化过程、特征及覆被类型的变化进行了研究，特别对矿区农用地的变化做了重要分析，结果表明：大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建)；经过20年的人工控制的生态重建后，矿区土地利用空间格局由以旱地—疏林地格局演变为以林地—建设用地为主的重建生态格局；矿区生态重建已经改变了原脆弱生态系统的生态环境，其中农业用地增加了50%，但由于管理制度等原因，复垦的农用地目前大部分尚不能转换为耕地使用。     

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。     

基于景观生态评价与最小阻力模型的江南水乡土地整治规划

以统一工程建设形式和刚性工程建设标准为引导,以规整化和硬质化为目标,以高强度工程建设为手段的传统土地整治,虽在稳定耕地数量、改善农业生产条件过程中发挥了积极作用,但在当前生态文明建设的要求下亟待转型。江南水乡作为现代化进程与传统农业冲突最为剧烈的地区,通过生态型土地整治实现生态改善、景观提升的需求更为迫切。该研究以景观生态学理论为指导,按照“景观格局评价-土地整治功能分区-廊道格局优化-斑块基质优化”的总体思路,基于空间聚类算法及最小阻力模型等GIS方法,选取典型项目提出了生态型土地整治规划方案。通过规划实施可在保证农业设施得到改善前提下新增人工湿地面积1.24hm2,水系廊道连通度和环通度分别提升55.43%和454.95%,实现项目区景观生态安全指数提升35.56%。该研究可为丰富土地整治规划方法,探索土地整治生态转型路径提供参考与借鉴。     

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。     

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。     

黄土丘陵沟壑区煤矿沉陷耕地复垦

探索开发适宜黄土地貌和气候特点以及黄土丘陵采煤沉陷损伤规律的土地复垦模式,对于实现该区数量质量并重管理的耕地保护目标具有重要的现实意义。该文基于开采设计、沉降观测参数和MSAS软件,预测山西兴县斜沟煤矿一采区沉陷损毁土地面积为16.54 km2,损毁土地类型以耕地和草地为主,其中轻度破坏耕地面积3.70 km2,中度破坏耕地面积2.41 km2,重度破坏耕地面积0.17 km2。结合黄土丘陵沟壑低潜水位区土地损毁特征和区域生态保育和国土整治目标,拟对轻度破坏的1.65 km2耕地采用裂缝充填和土地平整复垦措施,按照集中连片的原则对轻度、中度和重度破坏的4.63 km2耕地采用坡改梯的土地复垦工程措施进行复垦,实现增加耕地面积0.40 km2,每年减少水土流失4.94万t,提高了耕地质量等级。研究认为,结合企业复垦资金和社会资金投入,按照集中连片的原则对采煤沉陷破坏的耕地采取坡改梯复垦是该区域损毁耕地复垦的有效模式。     

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。     

中国土地整理工程发展回顾与展望-基于《农业工程学报》"土地整理工程"专栏2002-2020年刊载文献的计量学分析

土地整理工程是保障国家粮食安全与生态安全的重要手段。为了促进土地整理工程学术交流与科技创新,《农业工程学报》自2002年开始开设"土地整理工程"专栏,随着土地整理工程研究领域和内涵的不断拓展,2020年5月第9期开始,"土地整理工程"专栏更名为"土地保障与生态安全"。该文基于文献计量方法对《农业工程学报》"土地整理工程"专栏2002—2020年期间刊发的论文进行统计分析,并对不同研究方向的研究进展进行总结,提出未来土地资源保障与国土生态安全领域的研究重点,以期为中国的粮食安全与生态安全战略提供支撑。研究发现:土地整理工程主要研究方向包括土地利用、土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术、工矿废弃地复垦、农村居民点整理、土地生态、土地修复、基本农田建设与保护、节约用地、乡村空间格局与发展、耕地开发、市地整理等方向;土地评价、农地整理和耕地质量与安全是学者们比较关注的热点,发文量分别占比10.52%、10.16%和8.51%;围绕土地评价、农地整理、耕地质量与安全、3S和土地信息技术和工矿废弃地复垦等方向,"土地整理工程专栏"形成了10个在全国处于领先研究地位的作者合作网络组团,以及5个关键词聚类;"土地整理工程专栏"刊发论文覆盖了土地整理工程的各个方向,近年来学者们更加关注生态化土地整治,基于景观生态学等理论来构建土地利用安全格局、分析土地整治的生态效应,同时关注土地整治单项工程的生态化设计与修复技术、农村居民点的格局演变与布局优化等内容。未来土地资源保障与国土生态安全研究将更注重"系统化、生态化、信息化和智能化",研究区域生态系统保护修复的理论、方法和机理,实现"山-水-林-田-湖-草"的"整体保护、统一修复、综合治理";借助基础信息大数据,开展自然资源一张图智能化管理研究,构建国土生态安全格局。     

三江平原现代农业区景观生态安全时空分异分析

作为与自然关系紧密的生态产业,现代农业不仅是经济社会发展和粮食安全保障的基础,其生态安全也是生态文明建设的重要内容。该研究以位于中国三江平原现代农业区的国营友谊农场为研究区域,以1984年、1995年、2004年和2014年4期Landsat TM/OLI影像为主要数据来源,以景观格局安全指数和生态质量指数为变量构建现代农业区景观生态安全评价模型,对近30 a来研究区的景观生态安全时空分异进行分析。结果表明:研究区景观生态安全格局变化明显,4个时期研究区的景观生态安全指数依次为0.65、0.57、0.55和0.60,整体呈现出先下降后回升的趋势;景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势,生态安全分布的热点和冷点面积比例持续降低,不显著区域的面积比例持续增加。研究结果一方面说明农业开发对景观生态系统具有一定的负面影响,另一方面也说明积极的土地整治对景观生态安全具有促进作用,为此,后续的土地整治工作应在促进现代农业发展的同时,保障土地资源的可持续利用。     

三峡库区开县蓄水前后景观格局变化特征

三峡工程是世界上举世瞩目的大型水电水利工程,其建成后具有巨大的综合效益,但水库蓄水完成后,也引起库区内的土地覆被与景观格局的变化。为了及时掌握水库蓄水后库区土地覆被及景观格局变化情况,该文以三峡库区重庆市开县为研究对象,基于2002、2007和2010年3期遥感影像资料,运用遥感与GIS技术和景观格局分析方法,利用ArcGIS9.3、Ecognition8.0、Fragstats3.3等软件分析了研究区土地覆被与景观格局动态变化特征。研究表明:由于受2002-2010年间水库蓄水影响,开县土地覆被与景观格局均有剧烈变化。该地区景观优势类型是森林、灌木、旱地、草地和水田。景观类型水平上,旱地、水田、草地景观面积减少且破碎度增加,但森林、水体、建设用地面积增加,同时连通性增加;景观格局水平上,景观总体破碎度增加,景观优势度降低,但景观多样性增加,有利于该地区生态系统稳定。开县2002-2007年和2007-2010年2期景观格局变化表现出不同的特征。研究结果及时反应了水库蓄水前后的土地覆被与景观格局变化特征,为水库未来土地利用合理规划与生态景观设计提供依据。