大不列颠露天煤矿土地复垦

露天挖坑采煤,在美国叫做剥离采煤,而大不列颠叫露天开采,这种采煤方式自从第二次世界大战初期一直在大不列颠应用。受当时战争时期对煤炭的大量需求的影响,露天开采在大不列颠已发展成为一种经济而有效的采煤方式。而今露天开采在大不列颠的规模并不大,但却是采煤工业十分重要的组成部分。 二次世界大战末期,对采矿废弃的土地复垦工作取得进展。土地尤其是那些具有生产力的土地,在大不列颠几世代以来总是满足不了人们的需要,而露天开采区分布在人口密度较高的地区,因而露天开采区土地的复垦工作显得异常紧迫。目前,国家煤炭委员会与农业部和林业局合作,并做了极大的努力,设法使露天开采后的土地恢复到原来的生产力。     

基于多源时序NDVI的稀土矿区土地毁损与恢复过程分析

为分析稀土开采的时空分布及矿区土地毁损与恢复过程,该文以岭北稀土矿区为例,以1990—2016年的HJ-1B CCD、Landsat 5和Landsat 8遥感数据为数据源,结合回归分析法、遥感时序NDVI分析方法,对岭北稀土矿区的稀土开采状况及土地毁损与恢复情况进行分析。为减少不同数据由于传感器自身原因而带来的NDVI误差,采用回归分析法构建HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI转换方程并利用均方根误差对转换方程的精度进行检验。结果表明:HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI影像对应转换方程的R2值均超过0.9以及模拟影像与真实影像之间的均方根误差值均小于0.05,说明HJ-1B CCD、Landsat5/8的NDVI数据之间存在较为显著的线性正相关,所求的转换方程具有较高精度,可以消除数据来源差异对NDVI的影响;稀土开采时空分布分析表明岭北稀土矿区在2001—2004年、2006年的开采面积较大,均超过1 km~2,其中2006的开采面积最大,达到2.546 1 km~2;稀土开采在空间分布上较为分散,不仅增加了监管的困难,造成了资源的浪费,还一定程度上增加了治理困难;土地毁损与恢复分析表明受到人为扰动的区域占矿区总面积的54.59%,其中受森林砍伐扰动影响的面积最大,为86.5341 km~2;稀土开采扰动的土地面积为11.354 4 km~2,其植被恢复的平均加权时长为11年。其中复垦恢复的面积为5.004 9 km~2,仍有6.349 5 km~2的区域植被未恢复,急需治理。该研究能较好的反映稀土干扰下的土地毁损与恢复过程,为岭北稀土矿区的生态环境治理及矿区的可持续发展提供借鉴。     

沙棘对黄土高原地区露天煤矿土地复垦的作用

１９９０－１９９７年,沙棘应用于晋陕镓接壤区安太堡露天煤矿废弃地复垦和建立试验示范区。试验结果表明,（１）沙棘是所选用的植物中了优秀的植物之一,它具有良好 适应矿区生态环境的特性,生长速度快、水土保护和土壤改良效果好;（３）沙束为众多的野生岛兽了栖息觅食的良好场所,使鸟兽数量有明显增加;（３）沙束雄性植株生长势和蘖生长株能力有明显优势,水土保持效果良好。     

特大型露天煤矿土地损毁生态风险评价

露天矿在"剥－采－运－排－复"生产活动中的土地损毁对矿区生态系统产生直接和间接的危害或影响。该文以山西安太堡露天煤矿为例,将土地损毁过程作为矿区的风险源,通过构建黄土区特大型露天煤矿生态风险因果链,建立其综合生态风险的评价模型。根据露天煤矿不同土地损毁类型及矿区生态系统状态,利用生态遥感指数、实测数据与GIS空间分析方法进行风险源与风险受体评价,应用综合评价模型得出矿区综合风险值。结果表明：1）矿区土地损毁高生态风险区主要集中在未复垦的排土场,本身极不稳定,主要存在的风险为扬尘污染、水土流失、地质灾害等;2）已复垦排土场和工业场地由于多年实施复垦及管护措施,逐步恢复稳定性,而部分外排土场在早期排土过程中,由于排土工艺不合理以及后期管护不当,导致土壤和植被退化,风险相对较高;3）露天采区的生态风险性较小,其生态敏感度属于中值区,受土地损毁影响较大,人类活动对其产生剧烈扰动。该研究将矿区生态风险进行量化,实现了风险值的空间化和可视化,有利于制定基于不同风险值的分级分区防范措施。     

海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型土壤入渗特征

为揭示排土场复垦区不同土地利用类型土壤的水源涵养功能,采用野外实地双环入渗试验和室内理化分析方法,系统地研究了海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、农用地、荒草地)土壤入渗特性及其影响因素。结果表明:不同土地利用类型下的土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量均表现为乔木林地灌木林地农用地荒草地;不同土地利用类型下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,G-P综合模型、Kastiakov模型、Horton模型的平均拟合优度依次为0.926,0.908,0.905。G-P综合模型相对误差为79.21%~123.69%,更接近排土场复垦区土壤入渗的实际过程,可作为排土场复垦区土壤入渗过程的预测模型;不同土地利用类型下土壤初始入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关,稳定入渗率和累计入渗量与非毛管孔隙度、砾石含量和部分根系特征呈显著正相关;采用主成分分析评价的土壤入渗能力排序为乔木林地灌木林地农用地荒草地,初始入渗率、稳定入渗率、14min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.047%,较好地表达了土壤入渗能力。     

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。     

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。     

露天煤矿区复垦土壤碳库研究进展

土壤是地球陆地生态系统中碳的重要贮藏库。露天煤矿区既是"碳源",也是"碳汇",研究其土壤碳的变化对区域碳平衡具有重要意义。本文梳理了当前世界范围内对露天煤矿区土壤碳库的构成、土壤有机碳库的区分测定方法、积累、转化和时空分布的研究。已有研究成果表明:(1)复垦与未复垦排土场中土壤无机碳含量无显著差异。(2)土壤有机碳的含量受复垦植被、年限、地形及土壤理化性质的影响。(3)不同因素通过影响土壤中的矿质态氮和微生物活性而影响有机碳的分解矿化率。(4)不同类型有机碳在土壤剖面中的分布呈不同规律,生物成因有机碳主要积累在土壤表层和亚表层,而地球成因有机碳积累在土壤底层。在此基础上提出深入研究方向:土壤无机碳和有机碳的相互转化关系、土壤碳循环与氮、磷、水循环的耦合关系及与生态系统生物多样性之间的内在联系。     

基于时序NDVI图谱库提高土地覆盖分类精度的方法

为提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,该文以河南省为试验区,首先将MODIS土地覆盖产品(MCD12Q1)分为高精度区域和低精度区域,然后通过构建时序NDVI图谱库并利用图谱曲线相似性测定方法,改进MCD12Q1低精度区域的分类精度。结果表明:1)时序NDVI是土地覆盖的重要分类特征,二者之间具有较强的关联性。2)利用时序NDVI图谱库能够明显提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,改进后的MCD12Q1的总体分类精度分别由72.76%(比较评价)、64.52%(样本评价)提高到83.05%和81.72%。3)不同土地覆盖类别精度提高的程度不同,林地、草地、耕地、人工地表以及水体的生产者精度分别提高35.36%、29.51%、2.98%、6.96%和6.11%。4)对于判定时序NDVI曲线相似度的2种具体方法而言,最小距离法(minimum distance,MD)总体上优于光谱角度匹配法(spectral angle mapper,SAM)。综上,保留现有土地覆盖产品中分类精度较高的部分,基于时序NDVI图谱库改进分类精度较低的部分,是提高现有土地覆盖产品分类精度的有效方法。     

基于综合评价的矿业废弃地整治时序确定

为确定合理的矿业废弃地整治时序,保护生态环境,迎合矿产资源型城市经济发展和产业转型的用地需求。该文以北京市门头沟区为研究区域,从生态状况、修复成本、区位条件、经济和社会因素4个层面构建了确定矿业废弃地整治时序的评价指标体系,进而构建了基于该指标体系的评价模型。兼顾行政管理的需要,将门头沟区行政村界线图、煤矿废弃地分布图进行叠加,以村作为评价单元,对各指标进行量化,确定煤矿废弃地的整治时序。研究结果表明:在北京市门头沟区,煤矿废弃地分布在45个村庄,其中,近期整治的村为16个,煤矿废弃地面积121.94 hm2;中期整治的村为19个,煤矿废弃地面积105.41 hm2;远期整治的村为10个,煤矿废弃地面积54.27 hm2,该研究结果为该区矿业废弃地整治时序的确定提供了理论支持。     

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。     

基于时间序列NDVI相似性分析的棉花估产

多时相遥感数据能比单一时相反映更多的作物产量信息,挖掘多时相遥感信息以提高作物估产精度具有重要意义。该文以新疆生产建设兵团农一师一团的棉花为研究对象,提出了一种融合分区概念和时间序列NDVI(归一化植被指数)相似性分析的棉花估产方法。首先,通过植被指数与产量的相关性比较分析,确定NDVI为棉花估产因子,在此基础上根据棉花品种和土壤条件的差异,将研究区棉田划分为不同类型的生长区;然后,结合每个生长区获取的样点产量数据,确定各生长区时序NDVI估产模型的拟合系数;最后,融合距离与角度相似性算法,对各生长区内所有棉花像元的时序NDVI数据构成的向量与产量样点对应的时序NDVI向量进行相似性分析,确定待测棉田像元最佳的估产模型,实现对整个棉田区域棉花产量的遥感估测。结果表明,基于分区和时序NDVI相似性分析的棉花产量预测值与实测值决定系数达到0.77,该方法具有较好的操作性和适用性。     

利用NDVI资料估算中国北方草原区牧草产量

该文利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（NDVI）资料和牧草地面观测资料,分5种草地类型建立了牧草产量遥感模型,所有模型的相关系数均大于0.7,说明这些模型可以较好地估算中国北方草原区牧草产量。由于牧草产量地面观测资料来自于北方主要草原省,数据具有较好的代表性,利用牧草产量遥感估算模型能够将过去小区域牧草产量估算扩展到整个北方草原。通过对模型结果的空间分析表明,中国北方高产草原位于内蒙古东部、甘肃祁连山区、新疆天山和阿尔泰山地区、青藏高原东部,同时也表明遥感模型对草地资源清查也是一种很好的手段。通过对模型结果的时间分析表明,牧草产量遥感模型可以表现出牧草产量随气象条件变化的波动性,这个性质表明牧草产量遥感模型可以用于气象灾害造成的损失评估。     

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。     

台湾省植被NDVI随海拔高度的变化及其气候响应

[目的]揭示台湾省陆地植被生态系统随海拔高度的变化趋势及其响应程度,为区域可持续发展、生态环境保护提供理论依据。[方法]基于台湾省1998—2018年SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据、气象及DEM数据,结合相关分析法、回归分析法等数理统计方法,对气候变化下的台湾省植被归一化植被指数(NDVI)变化趋势及区域响应进行了分析。[结果] 1998—2018年台湾省植被NDVI均值增长率为5.09%;台湾省不同高程范围所占的面积比例差异较大,500 m区域的面积比例高达52.49%,3 600 m区域的面积比例仅为0.01%,且NDVI均呈现较低值,分别为0.72和0.73;1998—2018年台湾省海拔除3 600 m外,其他海拔高程范围NDVI均值增长明显(p0.001);在500～3 600 m高程范围内,NDVI年均值与气温、降雨相关关系显著(p0.05)。[结论]海拔越高,植被生长状况对降雨的变化较气温更为敏感。     

基于GPS-IR的美国中西部地区NDVI时间序列反演

基于AVHRR(advanced very high resolution radiometer)、MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)等卫星遥感影像获取的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)存在大气噪声、土壤背景、饱和度等固有问题。GPS(global positioning system)卫星播发的L波段信号对土壤和植被水分含量变化较为敏感,GPS-IR(GPS-interferometric reflectometry)利用测地型接收机和天线记录GPS反射信号的变化,进而反演测站环境参数。该文研究了利用GPS-IR反演区域NDVI时间序列的方法。采用4个GPS参考站2007-2015年近9 a的连续观测数据,由伪距和相位观测值计算了归一化微波反射指数(normalized microwave reflection index,NMRI),傅立叶变换显示NMRI具有明显的周期特性,其中年周期和半年周期分量普遍较为突出。利用三角多项式拟合剔除NMRI中由积雪和降雨引起的粗差点后,其波动与同时间段内MODIS NDVI的趋势一致。一元线性回归结果显示NMRI与NDVI之间存在显著线性相关,相关系数在0.697~0.818(P0.001),NDVI反演误差的均方根误差在0.059~0.079,表明GPS-IR反演区域NDVI时间序列是可行的,该研究为获取准实时、低成本和高时间分辨率的NDVI提供了新的思路。     

基于网格搜索随机森林算法的工矿复垦区土地利用分类

为提高工矿复垦区遥感影像土地利用分类精度,为土地复垦监测工作提供数据支持,该文探讨了基于网格搜索(Grid-Search)的随机森林(random forest)复垦区土地利用分类方法。研究利用GF-1影像、DEM(digital elevation model)和野外调查等数据,以随机森林分类算法为框架,采用基于OOB(Out-of-Bag)误差的网格搜索法对算法进行参数寻优,结合影像光谱、地形、纹理、空间信息,计算选取了33个特征变量,构建了4种变量组合模型开展随机森林分类试验,4个组合模型的分类精度分别达到82.79%、84.91%、86.75%、88.16%。为去除33个特征变量中的冗余信息、降低影像波段变量维度、缩短分类执行时间并保证影像分类精度,试验分别利用变量重要性估计和Relief F方法进行特征选择后再次执行随机森林分类,将分类结果与不同组合模型、不同分类方法进行比较,结果表明:基于网格搜索参数寻优的随机森林算法在多特征变量的影像分类中可以达到88.16%的分类精度,在利用不同方法降维后依然可以将分类精度保持在85%以上,精度优于相同特征变量下的SVM(support vector machine)和MLC(maximum likelihood classification)分类方法;在效率方面,随机森林分类方法执行时间优于SVM,并且在处理多维特征变量时能力更强。由此可见,采用基于网格搜索的随机森林方法对工矿复垦区土地利用信息进行分类提取可以得到较高的精度,基于该方法开展遥感影像解译可为土地复垦监测工作提供技术支持和理论参考。     

2001-2018年贵州省NDVI时空演变及其对气候变化和人类活动的响应

[目的]研究贵州省植被覆盖对气候变化和人类活动的响应程度,为区域生态环境建设提供理论依据。[方法]选取2001-2018年MODIS13 A1影像,结合气象数据,利用线性趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法,分析了贵州省18年间NDVI的时空变化特征,探究了NDVI对气候变化的响应规律以及人类活动对NDVI的影响。[结果]①2001-2018年贵州省NDVI呈现显著上升趋势,增长速率为0.0053/a,空间上极显著增加和显著增加区域面积分别占研究区域的52.80%和16.80%。②2001-2018年贵州省气候向暖湿方向发展,NDVI与气温和降水呈正相关关系,且NDVI对气温的敏感性高于降水。③月尺度上NDVI对气温的响应不存在滞后性,对降水响应存在一个月滞后性;NDVI与气候月尺度相关性高于年尺度。④人类活动对贵州省植被覆盖作用日益增强,对NDVI贡献度为72.30%。[结论]人类活动对NDVI的影响大于气候变化,贵州省植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果。     

基于NDVI-SI特征空间的土壤盐渍化遥感模型

同时考虑植被和土壤信息,构建盐渍化遥感信息提取模型。选取具有长期研究基础的塔里木南缘于田绿洲为研究靶区,综合分析归一化差值植被指数（NDVI）、盐分指数（SI）二者之间的关系,在此基础之上提出NDVI-SI特征空间概念,并构建土壤盐渍化遥感监测指数模型（SDI）,结果表明：土壤表层含盐量与SDI相关性较高,其R2=0.8596。非盐渍地、轻度盐渍地、中度盐渍地、重度盐渍地的SDI平均值分别为0.399,0.763,0.974和1.201,差异较大;经差异性矩阵分析,亦表明SDI能够很好的区分研究区内不同盐渍化程度地类的分布范围。SDI能反映盐渍化土壤地表盐量组合及其变化,具有明确的生物物理意义,并且指标简单、易于获取、有利于盐渍化定量分析与监测,对今后干旱区盐渍地信息提取以及动态监测研究具有重要意义。