2009—2022年甘肃省永靖县智慧矿山生态质量时空变化及影响因素

[目的] 矿山开采促进地方经济的同时,也深刻影响着其周边的生态环境质量。基于多源长时序遥感数据,监测并定量评估矿山及周边区域的生态状况,为绿色矿山建设与可持续发展服务,也为矿山区域的生态恢复治理起积极的示范作用。[方法] 以甘肃省永靖县智慧矿山及周边5 km范围区域为研究区,基于矿山2009-2022年间5期Landsat 系列卫星多光谱遥感影像,以及同期多幅高分系列卫星、Planet系列卫星等高分辨率遥感影像,监测识别矿区及其周边的重要地表变化和时间节点,并对该区域2009-2022年间生态质量时空分布格局、变化特征、影响因素等进行系统研究。[结果] ①甘肃省永靖县智慧矿山矿区的生态质量2009-2019年呈现持续降低,2019年后保持平稳的变化态势,矿区对周边区域生态质量的影响程度较小。②在永靖县矿区遥感生态指数的时序分析中,绿度、热度指标相较干度与湿度指标变化更为显著。③对废弃矿坑进行回填、平地、修整边坡等土地复垦的前期工作,可显著提高该区域的遥感生态指数值。[结论] 遥感生态指数可以较为客观地反映矿区生态质量的实际状态,废弃矿坑的土地复垦、矿区地表作业向地下作业的转变等行动,可以有效地解决矿区生态质量随着采矿时间推移持续下降的问题。     

2000—2021年锡林郭勒草原生态环境质量变化及其驱动因素

[目的] 对内蒙古自治区锡林郭勒盟草原生境质量动态变化及其影响因素进行研究,为该地区生态环境保护政策的制定和高质量发展提供科学理论依据。[方法] 利用Google Earth Engine(GEE)平台和MODIS数据构建生态遥感指数(RSEI)评价研究区的生境质量,并运用Moran指数和地理探测器分析遥感生态指数(RSEI)的空间异质性和影响因素。[结果] ①2000-2021年研究区的生境质量经历了先恶化后改善的过程。生态环境得到了较大程度的改善,中部的典型草原和东部的草甸草原生境质量较好,而西部的荒漠草原区生境质量较差。② 5个年份的全局莫兰指数(global Moran''s I)均大于0.935,表明研究区内RSEI的空间分布呈高度正相关,主要呈现高高和低低聚类分布。③地理探测器结果显示,绿度是影响RSEI的主要因素,模型因子与自然因子之间的交互作用最为显著,其次是模型因子与社会经济因子的耦合。[结论] 锡林郭勒盟东部的生境质量高值区应继续加强对生态环境的保护力度,西部的生境质量低值区要注重对荒漠草原的修复与治理,遏制沙漠向东扩张。     

基于遥感生态指数的新疆干旱区博乐市生态变化分析

[目的]结合遥感方法分析新疆维吾尔自治区博乐市生态变化,为该区生态保护提供理论依据。[方法]以博乐市1997年、2007年和2016年3期Landsat系列影像为数据源,提取绿度、湿度、干度和热度4个指数,通过主成分分析耦合出遥感生态指数(RSEI),对博乐市生态环境质量进行了监测和评价。[结果]研究区属于MODS(山地—绿洲—荒漠)系统,总体RSEI指数较低,由差和较差主导;1997—2016年博乐市的生态环境质量呈明显改善趋势,遥感生态指数RSEI从0.250提高到0.422,等级为优和良的比例从11.24%上升到26.20%;改善的区域面积明显大于变差的面积,改善的区域主要分布在北部山地、中部绿洲和南部天山西部北麓荒漠区域。生态环境恶化的区域主要集中在中部绿洲的耕地和城镇建设用地区域。[结论]荒漠生态建设和扩大绿洲面积对生态环境的改善有积极影响,同时也要合理配置资源和土地利用。     

基于流域系统地貌信息熵的贺斯格乌拉露天矿区稳定性评价

[目的]开展露天矿区稳定性评价,为矿区地貌重塑、生态环境修复及水土流失监测等提供技术支撑。[方法]以流域系统地貌信息熵为评价指标,基于ArcHydro水文模型及流域自相似原理,对露天矿区及周边未扰动区地貌形态稳定性进行评价,探究矿区水土流失风险及其侵蚀强度。[结果]受矿区剥离、采掘、运输及排弃等一系列工艺的影响,内蒙古贺斯格乌拉露天矿区现状地貌信息熵多集中在0.105～0.145,流域地貌系统发育多为幼年期或壮年偏幼年期,流域侵蚀风险较高;原始地貌及未扰动区地貌信息熵多大于0.40,为稳定的壮年期或老年期,地势平缓,土壤侵蚀模数较小。[结论]以贺斯格乌拉露天煤矿为例,受矿区原始地貌、矿区开采顺序及排土场位置等影响,水土流失风险呈现由南向北逐渐递增的趋势特征,可以作为露天矿区地貌重塑及生态环境修复的依据。     

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。     

卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区金矿生态恢复区的土壤理化性质和植被群落特征

[目的] 调查实施生态修复措施后的矿区土壤状况与植物群落的恢复情况,为矿区修复治理措施提供评价依据。[方法] 以新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区的金矿生态恢复区为研究对象,通过样方法和室内试验,进行研究区植被特征、植物群落多样性调查和土壤理化性质检测分析。[结果] 与原生对照区相比,经过生态修复工作的金矿生态修复区土壤pH值、电导率、有机质、总氮、全钾的含量普遍较低;植物物种较少,以人为撒播草种的藜科植物占优势;植物群落多样性指数低,与原生对照联系紧密;植物群落主要受土壤有机质、有效磷、速效钾等含量的影响。[结论] 在进行生态修复措施后,青河大沙沟和富蕴大沙沟的土壤理化性质和植物群落改善较明显,恢复效果显著。金矿恢复区由于恢复时间较短,所以植物种类稀少,群落稳定性低,土壤理化性质的含量普遍不高,还需要时间进行恢复。     

蛇屋山金矿生态环境损害与尾矿植被恢复模式

金矿的开采,对矿区生态环境造成严重的损害。基于矿区植被恢复与生态重建的相关理论,通过野外调查和试验分析,研究金矿开采对矿区生态环境的损害以及植被恢复的模式。结果表明:1)金矿开采导致土壤结构不良、养分流失、肥力下降、重金属富集和有毒物质残留,造成矿区植被退化、生物多样性减少或丧失、群落结构单一化;2)基于对现有植被恢复模式存在问题的讨论,通过限制性因子、生物生态学特性和环境修复能力分析,确定科学的植被恢复物种,提出"乔灌草搭配、灌草先行"和"人工恢复与自然演替相结合"的配置与恢复模式,确定"首先先锋植物(人工选择草本植物)+自然生长草种,然后灌木,其次乔木"的矿区植被恢复过程。研究结果可为开展金矿尾矿植被恢复和同类矿迹地生态重建提供理论参考。     

基于遥感生态指数的东江源区2000-2019年生态环境质量评价

[目的] 对2000—2019年东江源区域生态环境变化进行分析,从而为该区水源地的保护和利用提供科学依据。[方法] 以东江源为研究对象,选取2000,2004,2009,2014和2019年5期的Landsat影像数据,提取绿度（NDVI）、湿度（WET）、干度（NDBSI）和热度（LST）4项指标,采用主成分分析法与遥感生态指数（RSEI）法,对东江源生态环境质量进行了评价分析。[结果] 2000—2019年研究区的RSEI指数分别为0.356,0.538,0.332,0.608和0.637,生态环境质量呈现上升、下降和上升趋势,总体上生态环境质量明显改善。生态环境较好的区域主要分布在植被覆盖率较高的中部和东南部,较差的区域主要分布在人类活动密切的东部和西北部的城镇区。研究区内优良等级的生态环境质量占主导地位,其面积比例由2000年的0.204 9%上升到2019年的92.346 4%,生态环境明显变好。热度（LST）和干度指标（NDBSI）重心偏移变化较小,为1.616 km和1.482 km,而绿度（NDVI）和湿度指标（WET）受人口密度和开发程度的影响,绿地分布和土壤含水量随着建设用地的开发而开始分散,使偏移量增大。[结论] 在2000—2019年,除城市交通造成周边的环境质量下降外,其余地区较之前都有明显的改善。植被覆盖和城市用地之间的关系是造成东江源生态环境变化的主要成因。     

海南省文昌市废弃钛矿区物种多样性特征与环境因子的关系

[目的]研究钛矿开采对周边植被物种多样性和分布格局的影响,为废弃钛矿区生物多样性保护和植被恢复提供基础数据。[方法]以海南省文昌市废弃钛矿区为例,利用方差分析、冗余分析(RDA)研究钛矿区土壤因子与乔木、灌木和草本物种多样性差异及分布格局影响。[结果]文昌市废弃钛矿区辐射区域仅有植物28科37属45种,其中乔木类13种,灌木11种,草本21种。钛矿开采不仅对矿区植被产生破坏,同时对辐射区域200 m范围内的植被群落结构也有明显影响;废弃钛矿区物种α多样性指数除Pielou均匀度指数外都以草本最高,显著高于乔木和灌木。随着辐射区域距离的增加,物种多样性指数逐渐递减;通过土壤环境因子与物种多样性RDA排序得出,土壤pH值、土壤含水率、有效磷、有机质和铵态氮是影响物种多样性差异的主要环境因子,它们分别解释了废弃钛矿辐射区物种多样性42.6%,12.4%,8.5%,8.2%和7.9%的差异。[结论]钛矿周边植物物种多样性和分布格局受土壤pH值、土壤含水率等多个环境因子共同影响。矿区周边物种多样性是否受土壤重金属的影响,尚待进一步研究。     

覆土处理对高寒矿区露天煤矿排土场植被和土壤特征的影响

[目的]探讨高寒矿区覆土处理对露天煤矿排土场植被恢复的影响,以评估覆土措施在露天煤矿排土场所达到的植被恢复效果,为高寒矿区生态保护和恢复提供技术依据。[方法]调查分析青海省木里煤田不同年限5个覆土处理和3个不覆土处理矿区排土场植被群落特征和土壤理化性质。[结果]在覆土处理下,随着建植年限的增加,木里煤矿排土场植被和幼苗盖度显著增加(p<0.05),土壤速效磷、全钾、速效钾和有机质含量呈增加趋势,但未达显著水平;煤矿区排土场不覆土和覆土处理,植被特征和土壤理化性质主要指标差异不显著;非度量多维尺度分析结果表明:影响高寒煤矿区排土场植被生长的主要土壤养分是全氮、速效氮、速效钾和有机质。[结论]高寒矿区露天煤矿排土场植被恢复的关键措施不是覆土处理,可通过施足有机肥和化肥的方式代替覆土处理达到植被恢复的目的。     

白龙江流域生态环境质量动态监测与评价

[目的] 分析1990—2020年白龙江流域生态环境变化及驱动因素,为流域可持续发展提供科学依据和决策支持。[方法] 逐年筛选植被生长季6—9月的Landsat TM/OLI影像数据,计算绿度(NDVI)、湿度(WET)、热度(LST)、干度(NDSI)4个生态指标,采用主成分分析法(PCA)构建遥感生态指数(RSEI),对白龙江流域生态环境进行评价。[结果] 1990—2020年白龙江流域RSEI均值从0.531上升至0.675,生态环境质量总体好转;生态环境质量改善区域主要位于舟曲—武都段的白龙江两岸、宕昌县西北及岷江东岸,改善面积达8 393.97 km²,占总面积45.55%;各生态指标对于生态环境质量影响程度在1990年干度＞湿度＞热度＞绿度;2006年干度＞绿度＞湿度＞热度;2020年绿度＞湿度＞干度＞热度。[结论] 利用GEE平台实现RSEI模型扩展了在大范围尺度、长时间序列下对区域生态环境质量监测与评价,近年来白龙江流域生态环境质量整体呈改善态势,对于流域的保护治理工作仍需继续。     

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。     

草原区露天煤矿植被覆盖度时空演变与驱动因素分析

采用多时相Landsat TM遥感数据,借助于植被指数与植被覆盖度,基于不同时序植被覆盖度格点回归斜率、标准差和基末年等级转换矩阵等,分析了研究区植被覆盖度空间异质性及其驱动机制,剖析了采复联动下研究区、开采区和复垦区植被覆盖度变化趋势和波动程度,进而揭示随着时间变化采复活动与植被覆盖度间的响应。研究结果表明：不同年份研究区植被覆盖度及其等级空间分布整体上具有一定相似性,矿山采复活动在一定程度上打破了区域植被覆盖度时空演变格局;研究区植被覆盖度以中（Ⅳ等）、中低（Ⅲ等）为主,按多年均值计算,两者之和占研究区总面积的80%以上;植被覆被度呈增加和减少的区域面积比为2∶3,相关系数在?0.9266～0.4805之间,斜率正值范围内相关性并不显著,而负值范围的?0.9266～?0.895呈现不同程度显著性相关;露天采区、排土场及其周边1.5 km范围内的植被覆盖度呈显著下降趋势,且趋于一致。矿区植被恢复经历了一个“高—低—高”的周期循环,半干旱草原区复垦管护期限尽量保证在6 a以上。70%以上区域在研究时段内植被覆盖度发生转换,转换较为频繁,Ⅰ等植被覆盖度中的90%是由采矿活动转入的。露天煤矿区植被覆盖的提升有赖于矿区社会压力减少和生态恢复力提高两方面。研究成果将为露天煤矿及其所在区域生态环境科学保护与决策、恢复和治理提供信息支撑。     

水土流失区生态变化的遥感评估

水土流失是世界面临的一个严峻问题,它已给全球的生态造成了严重的威胁,及时快速地监测水土流失区的生态变化已显得尤为重要。为此,该文提出遥感生态指数(RSEI)来监测水土流失区的生态变化。该指数选取了绿度、湿度、热度和干度作为四大生态指标,并分别以遥感植被指数、湿度分量、地表温度和土壤-建筑指数为代表。同时采用主成分变换技术来集成各个指标,使各指标的权重是由数据本身的性质来决定,而不是人为的设定。将RSEI应用于福建长汀水土流失区的结果表明,RSEI指数可以定量地评价水土流失区生态修复的效果。数据显示,该区经过20多年的水土流失治理,RSEI生态指数值上升了17%,生态为优良的等级所占的面积比例从33.9%上升到52.3%,总体反映了该区的生态质量有了较明显的提高。     

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。     

基于RSEI的疏勒河流域生态质量综合评价及其成因分析

基于1987年、2007年和2017年Landsat遥感数据，通过绿度、湿度、干度和热度4个指标，应用主成分方法计算遥感生态指数（RSEI），再结合当地土地利用/覆被变化（LUCC）及社会经济统计资料，对1987 ~ 2017年疏勒河流域的生态环境质量进行综合评价及驱动力分析。结果表明:1987年至2017年，疏勒河流域RSEI总体呈下降趋势，分别由1987年的0.286、2007年的0.263降至2017年的0.215，下降了24.8%；生态环境质量等级较差面积比例也由1987年的83.39%、2007年62.36%下降至2017年31.96%，相对应等级差面积比例由11.57%、32.37%增加至61.54%，优等级面积比例由2.12%下降到0.48%至0.02%，显然，生态环境质量主要是差和较差，且整体在变差。气候变暖变干，林地和草地不断减少，耕地、建设用地显著增加，GDP快速增长和第一产业、第二产业和第三产业迅速发展是影响研究区生态环境质量变化的主要原因。     

矿山恢复治理区植被物候与健康状况遥感监测

矿山恢复治理区植被物候与植被健康状况可以定量评价恢复治理工程实施效果,以往矿山恢复治理遥感监测多侧重于监测植被覆盖变化,忽略了对恢复治理区域植被物候特征和健康状况的评估。该研究使用时间序列哨兵2号影像,基于Savitzky-Golay滤波、动态阈值、曲率曲线等方法,以黑龙江省七台河市一玄武岩采石场及周边区域为例,分别提取了恢复治理区和正常耕作区玉米出苗期、拔节期、抽雄期、成熟期、物候期间隔长度等遥感物候指标,研究恢复治理区和正常耕作区玉米生长状态的差异。同时,提取并对比恢复治理区和正常耕作区植被红边位置指数(REIP)、归一化植被指数(NDVI)、绿色归一化植被指数(GNDVI)、陆地叶绿素指数(MTCI)、特征色素简单比值指数(PSSRA)、倒红边叶绿素指数(IRECI)、改进的叶绿素吸收指数(MCARI)和植被覆盖度(FVC)等遥感指标值,评估各遥感指标区分恢复治理区作物的能力和诊断矿山恢复治理区作物健康程度的可行性和敏感性。结果表明:1)相较正常耕作区,恢复治理区玉米关键物候期推迟,出苗期、拔节期、成熟期分别推迟了5～12、9～12和21～22 d,恢复治理区作物生长状态的差异随着作物生长阶段的推移逐步显现;2)恢复治理区和正常耕作区REIP、NDVI、GNDVI、PSSRA、IRECI和FVC等遥感指数值有明显差异,其中GNDVI指数反映恢复治理区作物的整体光谱特征更稳定,PSSRA指数对于区分恢复治理区和正常耕作区作物光谱特征差异最敏感,这种差异受两区域玉米作物叶绿素含量、叶面积指数和叶片含水量等生理信息差异的综合影响。该研究可为矿山恢复治理效果快速评估提供一种技术思路。     

黄土区大型露天煤矿复垦排土场植被恢复立地类型划分——以安太堡露天煤矿为例

露天开采对土地破坏严重,立地条件复杂。只有综合环境因素与植被生态习性,针对不同的立地类型进行植被配置与管护才能达到对矿区生态修复的目的。为此以安太堡露天煤矿西排土场为研究对象,选定58个样点,在样点10 m×10 m范围内对海拔、坡向、坡位、坡度、坡型、覆土基质、覆土厚度、土壤容重、土壤含水量、有机质含量、全氮含量、植被类型组合、归一化植被指数（NDVI）、地面非均匀沉降、河流动能指数、地形起伏度,共18个立地因子进行调查。分析排土场立地条件及特征,运用SPSS聚类分析法对样点进行立地类型划分。最终划分为平台、边坡2个立地小区;平台小区化分为9个立地类型组、13个立地类型,边坡小区化分为9个立地类型组、20个立地类型。研究结果可以为排土场立地改良、植被恢复与维护及生态系统恢复提供依据。     

徐州市区的土地利用变化及其生态环境效应

[目的]研究徐州市区的土地利用变化及其生态环境效应,为土地的合理规划以及区域经济与生态环境的平衡提供理论支持和参考依据。[方法]以土地利用转移矩阵和叠加分析为工具,分析徐州市中心城区的土地利用类型的动态变化特征和空间格局演变规律,并通过NDVI和区域生态环境质量指数分析土地利用变化的生态环境效应。[结果]基于多源遥感数据的分类回归树(CART)分类结果,其Kappa系数均大于0.90;整个研究区耕地面积大幅减少,建筑用地迅速增加。郊区较多土地类型转变为建筑用地,在2004—2016年期间,研究区NDVI低值区域逐步扩大,但生态环境质量先由0.323增加为0.360,后下降至0.320。[结论]2004—2016年徐州城市扩张导致耕地大面积较少,景观破碎化加剧,但城市建设过程中绿地面积增加,整体生态环境质量稍有提升。建议进一步加强徐州城区景观格局的合理规划,降低城市化进程给生态环境带来的负面影响。