陕北煤炭基地榆神矿区生态系统弹性力时空演变分析

陕北榆神矿区是我国重要的煤炭生产基地,生态环境脆弱,分析煤炭开采对该区域生态系统稳定性的影响对矿区生态修复具有重要意义。以榆神矿区所在流域为研究对象,基于近10年土地利用确定了工矿活动直接和间接影响区的时空演变特征,通过建立生态弹性力指标体系,结合空间主成分分析法综合评估了工矿活动对矿区生态系统弹性力的影响。结果表明：（1）近10年研究区生态环境明显改善,林地草地面积明显增加,但是煤炭开发用地也大幅增加,从8.4 km²增加至14.2 km²;（2）榆神矿区生态系统弹性力主要受植被覆盖度和地下径流量的影响,2009-2015年,煤炭开发直接影响区和间接影响区生态弹性力呈下降趋势,相比之下,2018年煤炭开发不同影响区生态弹性力明显增加;（3）煤炭开采活动引发的地质环境问题致使矿区生态环境退化,导致煤炭开发直接影响区生态弹性力低于间接影响区,平均低9.23%,因此及时采取修复治理措施降低煤炭开发引起的地质环境问题对改善矿区生态环境至关重要。研究结果可为榆神矿区的生态保护管理与健康可持续发展提供决策参考。     

晋北大型露天矿区景观生态风险时空异质性

矿产资源开采对生态环境产生了剧烈扰动,加剧了矿区生态环境的风险性,严重威胁区域的可持续发展。从景观生态学角度将景观格局与生态风险相结合对矿区生态环境进行评估,从而揭示矿区景观生态风险的时空异质性,促进土地资源的可持续利用。以1990-2018年7期Landsat TM影像解译后的土地利用现状数据为数据源,构建景观生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究1990-2018年平朔矿区景观生态风险的时空异质性。结果表明:1990-2018年平朔矿区景观生态风险的空间分布呈集聚分布模式,Moran’s I指数处于0.53~0.68,Z得分远高于检验阈值1.96,风险的空间集聚效应明显。1990-2018年平朔矿区的景观生态风险等级以中低、中、中高水平为主,占全区总面积的70%~90%,低风险区域主要分布于井坪镇以及白堂乡与向阳堡乡的大片林地,耕地是中等风险的主要分布区域,高风险区域逐渐向矿界内的矿业核心区收缩。1990-2018年平朔矿区景观生态风险空间异质性中的随机变异均小于空间自相关变异,由空间自相关部分引起的空间异质性占据主导地位。研究表明,在0.50 km×0.50 km的研究尺度下,1990—2018年平朔矿区景观生态风险具有很强的时空异质性,时间上呈现先增加后降低的趋势,空间相关性显著,空间分异特征明显。     

典型矿区植被覆盖度时空分布特征及影响因素

植被状况可以直接或间接地反映采煤对生态环境的影响。以长河井工煤矿、离柳井工煤矿、平朔露天煤矿3个典型矿区为研究区域。以Landsat数据为数据源，基于地形调节植被指数的像元二分模型提取植被覆盖度；采用趋势分析、线性回归斜率、稳定性分析方法，分析了3个典型矿区2001-2016年植被覆盖度的时空变化特征；运用"以时间换空间"的方法，采用相关分析方法对植被覆盖度变化的自然影响因素进行了分析。结果表明：（1）近16年3个典型矿区植被覆盖度呈增加趋势，长河、离柳、平朔矿区的增长速率分别为0.09%/10 a、0.10%/10 a、0.08%/10 a（P > 0.05）。（2）空间上，长河、离柳、平朔矿区植被覆盖度变化不明显比例分别占到66.63%，59.90%，62.25%，呈增加趋势的比例仅分别占28.14%、32.55%、27.81%，而呈减少趋势的比例分别占到5.23%、7.55%、9.94%。长河矿区明显改善的区域位于自然植被和耕作区的北部和东北部，离柳矿区明显改善的区域位于以低植被覆盖度为主的北部，平朔矿区明显改善的区域位于复垦的中西部。（3）不区分植被类型时，3个矿区的植被覆盖度变化与高程、高程与温度的交互作用表现出显著相关性（P < 0.01），与各自然因素的相关性总体表现为长河 > 离柳 > 平朔矿区；区分植被类型时，草地与坡度的相关性不显著（P > 0.05），与降雨量、高程存在显著正相关（P < 0.05）；灌木林与温度相关性不显著，与高程和降雨量的交互作用存在显著正相关；旱地与高程、高程与温度的交互作用存在显著相关性；疏林地与坡向、降雨量与坡向坡度的交互作用均没有表现出相关性；有林地与高程降雨量的交互作用表现出显著正相关性。探讨不同植被类型对自然因素的响应，可为矿区植被结构的选择，矿区复垦提供参考依据。     

煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响

我国西北干旱荒漠区生态环境脆弱,煤炭开采活动严重地破坏植被和影响生态环境,而煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响尚不明确。以灵武市为例,采用遥感技术和野外实地调查相结合的方法,分析2000-2019年间煤炭井工开采对植被动态变化的影响。结果表明：灵武市的植被主要以沙蒿（Artemisia salsoloides）、柠条（Caragana korshinskii）和芨芨草（Achnatherum splendens）等荒漠植物为主;2000-2019年间,植被覆盖度（FVC）和绿度变化率（GRC）表明灵武市植被整体呈现改善趋势;归一化植被指数（NDVI）与年降水量（P）和年平均风速（S）等气象因子显著相关,表明气候因子对区域植被动态变化起主要作用;煤炭开采区侵占草地和灌丛面积,使得土地利用类型发生变化,生态环保政策的实施对于区域土地利用类型的变化和植被改善具有重要作用。实地调查分析表明煤炭开采改变了矿区植物群落结构,植被盖度和物种多样性指数均在煤炭开采后1-4a呈下降趋势,5-9a为上升趋势,10a自然恢复后与对照区的变化趋势一致,说明在自然条件下煤炭开采区植被恢复经历了退化期、改善期和初步恢复期等过程。这些研究结果为西北干旱荒漠区煤炭井工开采矿区植被恢复和生态环境建设提供了理论基础。     

嘉峪关草湖湿地土壤水分含量与植被盖度的空间格局

土壤水分含量是植被格局形成和演变的主要因素。探讨干旱区盐沼湿地土壤水分含量的空间异质性,有助于揭示湿地植物的环境适应机理和土壤水分与湿地植物的相互关系。本研究利用地统计学方法建立了嘉峪关草湖湿地3个不同长势(植被盖度高、中、低)假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)单优种群斑块土壤(0～90 cm)水分含量与植被盖度的变异函数理论模型,以Kriging插值法绘制了土壤水分含量与植被盖度的空间格局分布图,采用Moran I系数确定了湿地土壤水分含量和植被盖度的空间自相关关系,分析了湿地土壤水分含量与植被盖度的空间异质性及其相互作用关系。结果表明:草湖湿地样地土壤的平均含水量为湖边干湖沙丘间平地;盐分平均含量为干湖湖边沙丘间平地;在斑块尺度上,土壤水分含量和植被盖度均符合正态分布;各层土壤水分含量和假苇拂子茅盖度的空间结构均具有明显的斑块状分布特点,且均存在高度的空间异质性; 3个样地各层土壤的水分含量和植被盖度均具有空间正相关性和空间集聚特征,60～90 cm土壤水分含量的空间集聚强度较0～30和30～60 cm土层更大,湖边样地植被盖度空间集聚特征更明显。假苇拂子茅最大限度利用土壤水分资源,提高了其对干旱生境的适应力,且在一定程度上影响小尺度土壤水分的空间分布格局。     

彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落特征

地表沉陷是煤炭开发过程对生态环境造成严重损害的形式之一,直接或间接地影响植物分布与群落结构。本研究以陕西彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落为对象,调查植物群落组成、生产力和多样性等变化特征,探讨不同沉陷类型植物群落特征的变化规律及其机理。结果表明:1)彬长矿区植被以菊科、禾本科、豆科植物为主,植物生长型构型以多年生草本为主,水分生态类型以中旱生植物为主;沉陷扰动造成了一年生草本、多年生草本和中旱生植物比例增加,中生植物比例显著下降,而灌木和乔木比例变化不明显。2)不同沉陷类型下塬面裂缝区植物群落结构变化不显著,塬面台阶状沉陷区、沟谷边缘裂缝区和台阶状沉陷区植物群落物种数、盖度、生物量、物种密度、物种多样性显著下降。3)依据植物群落损害程度,将彬长矿区不同沉陷类型分为3类:轻微损害区,包括塬面裂缝区;中等强度损害区,包括塬面台阶状下沉区和沟谷边缘裂缝区;强烈损害区,包括沟谷边缘台阶状下沉区。     

黄河上游玛曲县气候变化对植被的影响研究

利用1982年至2003年NASAGIMMS逐月归一化植被指数（NDVI）数据集和玛曲县气温、降水资料,对玛曲县近22年来NDVI变化和气候变化特征及其相互关系进行分析,以揭示黄河上游地区植被对全球变暖的区域响应.结果表明：（1）玛曲县植被变化在不同时段表现出较大差异,NDVI年际变化略有增加.（2）夏季是NDVI增长最快的季节,春季NDVI在20世纪90年代后期到本世纪初呈下降趋势,秋、冬季NDVI呈下降趋势.（3）返青期和NDVI值在春季达到同一水平值的时间及夏季达到峰值的时间逐年提前,说明生长季提前是该地区植被对全球变暖的主要响应表现.（4）玛曲县近22年来植被的NDVI变化在中等盖度水平（0.3～0.5）呈增加趋势,高盖度水平（≥0.7）的植被呈下降趋势,而在年代间变化水平上,气温和降水对植被生长都有影响,其中气温要比降水更显著;玛曲县降水和气温在季节尺度上对NDVI的影响不明显,除夏季气温与夏季NDVI关系密切之外,其他季节的关系均不明显.（5）按植被变化特点,将NDVI变化斜率最大值0.005定义为返青期指标,发现该地区牧草返青期的变化主要受温度条件影响,随气候变暖,返青期提前,其变化规律为4～5月份平均气温每10年升高0.6℃,返青期每10年提前3 d.     

基于WorldView 2影像的矿区植被重建效果评估

植被盖度反映植被质量,是评价矿区复垦土地植被重建效果的重要指标。该文选择安太堡矿区为案例区,基于高空间分辨率World View 2(WV 2)影像新波段,使用混合像元模型和实地数据验证相结合的方法计算得到研究区的植被盖度,并对植被重建效果进行了评估,主要得到以下结论:(1)基于WV 2影像的近红外2波段和红波段,采用混合像元法得到的植被盖度反演值Fc_2与实测值最为接近,相关性最强(R~2=0.934),均方根误差最小(RMSE=0.048);(2)研究区植被重建效果整体较好,中等、较高和高植被盖度区域占研究区的60%以上,低植被盖度仅占22.09%。受植被重建年限和管理措施的影响,不同复垦区域植被重建状况之间存在着差异,内排土场、西排土场、南排土场的植被重建效果较好,而西排土场扩大区植被状况相对较差,其中等及以上植被盖度所占比例依次为75.24%、68.35%、68.20%、22.29%。(3)就植被组合模式看,乔灌草模式重建效果(按冠层盖度)最好,其次是乔草模式,其他模式如灌草、草地、自然恢复地依次降低。土壤表层水分含量随着复垦地植被盖度的增大而增大,说明植被重建状况对土壤表层的水分保持具有重要作用。     

2001-2015年天山北坡植被覆盖动态变化研究

利用天山北坡2001-2015年植被生长比较旺盛月份（6-9月）的MODIS NDVI产品数据,结合像元二分法进行植被覆盖度提取,并对其空间分布特征、随时间及地形的动态变化和面积加权重心进行分析。研究表明：（1）天山北坡6-9月多年平均植被覆盖度介于0.4-0.5,以低、中低植被覆盖度为主,各等级植被覆盖度大致呈西北-东南向相间分布;（2）2001-2015年间,植被覆盖度有逐渐上升的趋势;植被覆盖改善区域（54.42%）大于退化区域（45.58%）,西部较东部改善更为明显;植被覆盖度变异类型以弱变异和中等变异为主,植被覆盖度变化类型以稳定型为主;（3）天山北坡区域植被覆盖度变化受海拔高度影响明显：随着海拔高度的上升,较低植被覆盖度比例呈现先上升后下降再次上升趋势,较高植被覆盖度则与之相反;海拔3880 m以上低植被覆盖度占绝对优势,较高的植被覆盖度占比逐渐下降直至几乎绝迹;（4）各等级植被覆盖度面积加权重心集中在沙湾县、石河子市、玛纳斯县及呼图壁县;并呈现由集中到相对分散的趋势。     

长白山南坡苔原植被的特殊性及坡向间差异性分析

以长白山苔原带南坡植被为对象,通过植被调查,与北坡和西坡植被进行比较,研究长白山苔原植被因坡向差异导致的不同植被变化模式。结果显示：（1）长白山苔原南坡植被中灌木处于优势地位,与北坡、西坡情况一致。但在物种组成上,各坡向差异明显,为中度不相似水平;（2）在生物多样性、多度、盖度等群落特征上,南坡与西坡的差异较大、与北坡相似性较强;（3）在物种多样性的空间分布上,南坡与北坡相同,即随海拔升高呈单峰变化且峰值出现在中部,与西坡物种多样性随海拔升高呈单调递减的趋势完全不同。表明不同群落抗干扰能力以及所受干扰程度存在差异,北坡处于演替中后期,较为稳定,抗干扰能力更强。南坡因受干扰强度较小,植被处于较稳定状态;（4）长白山苔原各坡向植被变化差异较大。南坡和北坡的植被相对稳定,与西坡草本植物强烈上侵明显不同。长白山苔原带植被的坡向差异源于各坡向的本底差异、环境差异以及对全球气候变化的差异性响应,是火山、强风干扰下植被演替与响应气候变化的植被变化共同作用的结果。     

干旱砾漠区露天采煤对草地植物群落特征及其稳定性影响

露天煤炭开采对区域地形地貌、水文循环和土壤植被等生态环境因子产生了较大干扰,但干旱砾漠区露天开采对周边植物群落及其稳定性的影响范围和程度仍有待深入研究,这个问题的探明才能为矿区植被恢复的精准施策提供科学依据。该文通过定量比较距露天开采区不同距离植物群落组成、多样性、生产力和稳定性变化特征,分析干旱砾漠区露天采煤对植物群落的影响范围和程度,并结合土壤性状和微气象因子的测量,探究影响干旱矿区植物群落特征的主导因子。结果表明:(1)干旱砾漠区露天开采排土场原始植被消失殆尽,开采区外围0~500 m范围内原优势物种重要值降低,伴生物种重要值增加,500 m后随着距开采区距离的增加优势植物重要值逐渐增加,至开采区800 m外植物群落组成趋于稳定;(2)开采区外围0~500 m范围内植物群落地上生物量、多样性和群落稳定性较5000 m处分别平均下降了53%、70%和37%,开采区500 m以外上述群落指标整体上变化不明显,而植被覆盖度在开采区外围不同距离并未表现出显著变化趋势;(3)土壤水分、有机质、有效氮磷钾、可溶性盐与植物群落地上生物量、多样性和稳定性呈正相关关系,而土壤pH、光照强度和地表温度与上述植物群落指标呈负相关关系。因此干旱砾漠区露天开采排土场及开采区外围0~500 m范围是矿区生态修复过程中重点考虑区域,同时研究表明干旱砾漠区植被主要分布在砾漠戈壁浅沟和季节性河道等生境相对良好的凹陷微地形条件下,综合可得出干旱砾漠区植被修复过程中可通过微地形塑造、土壤改良和乡土物种繁殖促进,以实现干旱矿区生态系统的稳定和可持续发展。     

露天煤矿区生态风险受体分析——以内蒙古平庄西露天煤矿为例

煤矿露天开采行为导致矿区岩体剥离、植被破坏和土壤物理化学性质的巨大改变,对采矿区土壤生态系统造成剧烈扰动,使其成为水土流失、滑坡等矿区潜在生态风险的主要受体。以内蒙古平庄西露天煤矿区土壤生态系统为研究对象,通过分析矿区主要景观单元的土壤理化性质、植被演替规律与土壤线虫群落结构特征,研究其生态脆弱性分布与变化规律。结果表明矿区土壤系统的成熟度与稳定度与其形成年限具有相关性,但与农田生态系统和未受扰动的自然生态系统相比,煤矿开采区与排弃物堆放区的土壤结构较差、土壤肥力偏低、动、植物群落成熟度和稳定性较差。受土壤养分条件及土壤微生物数量等因素的限制,其植被自然恢复速度慢,生态系统脆弱,需通过土壤改良、合理选种适生植物、改善土壤养分条件,促进植被重建。     

Ecological index of maturity to evaluate the vegetation disturbance of areas affected by restoration work: a practical example of its application in an area of the Southern Alps

This paper presents the ecological index of maturity (EIM), a new index for evaluating the vegetation disturbance of an area affected by environmental restoration measures based on the study of plant communities. The EIM is the result of the unification and development of some floristic‐vegetational indices devised by Taffetani and Rismondo (2009) and Rismondo et al. (2011) to assess the ecological functionality of agro‐ecosystems. The EIM provides a value between 0 (high vegetation disturbance) and 9 (undisturbed vegetation), obtained by considering three distinct variables of the species of a plant community: phytosociological class, chorotype, and coverage. Starting from the measure of the degree of maturity of the vegetation (dynamic stage of succession), EIM values tend to decrease the greater the coverage of exotic species and the lower the coverage of endemic species present in the plant community. A practical example, in which the EIM is applied to a mountainous area in the Southern Alps (Northern Italy) that, following a landslide, was subject to soil bioengineering work aimed at slope stabilization and environmental restoration, is provided in order to understand the importance and features of the EIM.     

中国东部草原植被绿度时空变化分析及其对煤电基地建设的响应

利用1981—2010年连续30 a的GIMMS AVHRR NDVI 3g数据,应用最小二乘法线性拟合,分析了30年间呼伦贝尔市(呼盟)与锡林郭勒盟(锡盟)的地表植被覆盖绿度的变化,并在研究区内选取了24个煤矿产区,分析了矿区及其周围10、20 km和50 km的缓冲区的绿度变化趋势,通过分析矿区及对应缓冲区生长季NDVI(GNDVI)的相关性,揭示如下规律:(1)30年间,呼盟和锡盟绿度减少的区域分别为59.16%和73.13%;(2)呼盟植被绿度减少的像元散落在呼盟各个方位,增加的像元主要分布在东北部;锡盟植被绿度减少的像元分布在锡盟东部和西南部,植被绿度增加的像元分布在锡盟西北部;(3)矿区及缓冲区的GNDVI整体呈下降趋势,且锡盟的下降速度更快;(4)不管煤矿露天还是井工开采,对矿区及周边植被绿度都有影响,矿区及缓冲区GNDVI两组变量在0.05水平上显著相关;(5)GNDVI能反映植被复垦状况。     

砒砂岩区植被覆盖度环境驱动因子量化分析——基于地理探测器

砒砂岩区地形破碎,生态环境恶劣,降水量少且以暴雨为主,研究该区植被覆盖变化及环境驱动因子作用机制对区域植被建设具有重要的理论意义。基于1999—2018年的NDVI数据分析了砒砂岩区近20年植被覆盖度时空变化特征,利用了地理探测器方法量化分析了不同环境因子对植被覆盖度的影响。结果表明：1)近20年砒砂岩区平均植被覆盖度为42.3%,时间尺度上1999—2018年区域植被覆盖度呈增加趋势,平均上升幅度为0.086/10 a,空间尺度上植被覆盖度呈现从东南向西北递减的空间分布特征;2)近20年区域植被覆盖整体得到改善要比退化的区域面积大,45.5%的区域面积植被覆盖度极显著增加,主要分布在砒砂岩区东部区域,该区植被覆盖度未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有约41.6%的植被将由改善向退化方向变化;3)降水、土壤水分和气温是影响砒砂岩区植被覆盖空间分布的主导环境因子,且降水同其他环境因子的交互作用对植被覆盖影响最大。     

草原露天煤矿区植被对地下水位埋深变化的响应

草原采矿活动疏排地下水导致区域地下水位下降,植被退化严重。明确草原采矿活动影响区域地下水位埋深的强度和范围,确定影响植被生长的地下水位埋深阈值,对草原矿区生态环境保护有着重要意义。以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为例,利用遥感方法,建立采矿前后区域地下水埋深变化与NDVI的定量响应关系;通过样方调查,确定研究区植被群落随地下水位埋深变化的演替模式,分析草原矿区地下水位变化对草原植被类型、物种丰富度、植被覆盖度、地上生物量和综合优势比的影响;结合两种方法,确定维持研究区植被正常生长的地下水位埋深阈值。其结果如下：从柴达敏诺尔湖至采坑边缘,地下水位埋深从0 m逐渐下降至60 m,植被群落演替为盐化草地→典型草原→退化典型草原→退化草甸草原→盐化草甸草原;研究区最适宜植被生长的地下水位埋深约为1 m;1-30 m为维持研究区植被正常生长的阈值地下水位埋深。最后根据以上结论,将研究区划分为地下水开发的一级敏感区、二级敏感区和三级敏感区,针对不同敏感区提出了不同的地下水开发政策,以防止采矿活动疏排地下水引起草原退化。