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。     

高潜水位煤矿区生态风险识别与评价

生态风险评价是生态环境保护与管理的重要研究内容,并广泛运用于流域与较大范围的区域尺度的研究。以区域生态风险评价理论为基础,结合高潜水位煤矿区生态环境以及煤炭开采对生态系统造成的危害的特点,通过分析风险源、风险受体、生态终点以及暴露—响应过程,对高潜水位煤矿区生态风险的识别与评价方法进行了研究,构建了典型高潜水位煤矿区的生态风险识别与评价概念模型与空间分析框架,分析了煤矿区生态风险识别的主要技术手段与方法,并构建了以缓冲为主要手段的综合生态风险评价方法。选择山东东滩煤矿作为研究对象,针对研究区内存在的采煤塌陷、洪涝、污染、景观及社会等生态风险类型,定量评价其空间差异,并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明,研究区综合生态风险重度、中度、一般、轻度分别占到研究区的4.70%,64.00%,24.09%,7.20%。生态风险较高的区域主要位于矿区中西部,为煤矸石山、裸露煤炭堆积与发电厂分布区域;中度风险是研究区主要的风险类型。从降低生态风险保障矿区生态安全角度,在未来矿区规划与生态治理过程中,提出了具体的应对措施,包括:(1)注重源头控制;(2)建立高生态风险区域阻隔带;(3)加强污染的监测与控制;(4)采用边开采边治理技术。建议加强生态风险高区域的阻隔,建立生态缓冲带,减缓对整个矿区的综合影响,构建东滩煤矿生态风险防范的空间结构。     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。     

采煤塌陷影响下土壤含水量变化对柠条气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,气孔导度、蒸腾与光合作用作为环境变化响应的敏感因子,研究植物气孔导度、蒸腾与光合作用的变化是揭示荒漠矿区自然环境变化及其规律的重要手段之一。研究采煤塌陷条件下植物光合生理的变化是探究煤炭开采对植物叶片水分蒸腾散失和CO_2同化速率影响的关键环节,是探讨采煤塌陷影响下植物能量与水分交换动态的基础,而采煤矿区植物叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率对采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷区和对照区柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率以及土壤体积含水量进行监测,分析了采煤塌陷条件下土壤含水量的变化以及其对柠条叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响。结果显示:(1)煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,潜水位埋深降低,土壤含水量均低于沉陷初期,相对于对照区,硬梁和风沙塌陷区土壤含水量分别降低了18.61%、21.12%;(2)柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率均与土壤含水量呈正相关关系;煤炭开采沉陷增加了地表水分散失,加剧了土壤水分胁迫程度,为了减少蒸腾导致的水分散失,柠条叶片气孔阻力增加,从而气孔导度降低,阻碍了光合作用CO_2的供应,从而导致柠条叶片光合作用速率的降低,蒸腾速率也显著降低。     

采煤沉陷裂缝区土壤含水量变化对柠条叶片叶绿素荧光的响应

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,快速叶绿素荧光诱导动力学分析技术被称为植物受胁迫状态的有效探针,能够快速获取胁迫下光系统II光化学活性和电子传递的信息。研究采煤塌陷裂缝区植物叶片叶绿素荧光的变化是揭示煤炭开采塌陷胁迫对植物个体生长影响的关键环节,能为大尺度下采煤沉陷区植物损伤机理研究提供基础。对于黄土高原半干旱矿区,土壤水分无疑是植物生长最重要的限制因素,而植物叶片叶绿素荧光变化采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。为了弄清采煤沉陷裂缝影响下土壤含水量变化对柠条叶片叶绿素荧光响应的影响,选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,在分析了采煤塌陷裂缝对土壤含水量的影响的基础上,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷裂缝区不同土壤含水量下柠条叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线进行监测。结果显示:(1)由于煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,增加了土壤水分的蒸发面,加速了土壤水的散失。土壤水分含量随着与裂缝之间距离的增加而增加,从距离裂缝0 cm到300 cm,土壤平均含水量从5.63%增加到15.07%;(2)裂缝区土壤水分降低,柠条受到干旱胁迫程度加重,叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线由O—J—I—P变形为O—K—J—I—P曲线。干旱胁迫通过干扰柠条叶片PSII电子供体侧、受体侧以及电子传递链的功能,严重的损害了柠条叶片光合机构的正常功能。     

荒漠区植被对地下水埋深响应研究进展

荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林。综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究。强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据。     

基于能值分析的煤炭矿区复合生态系统评价

煤炭矿区复合生态系统评价是对其进行有效管理及调控的手段之一。研究了煤炭矿区复合生态系统内涵,剖析了煤炭矿区复合生态系统的典型特征,论述了运用能值分析方法评价复合生态系统的特殊性;进而,构建了煤炭矿区复合生态系统及其子系统的能值评价指标。选择山东省龙口矿区北皂煤矿为研究对象,进行了实证研究。应用实际数据,测算了2006—2012年复合生态系统及子系统各个能值评价指标。研究结果表明,能值理论与能值分析是评价煤炭矿区复合生态系统的有效方法,各项指标变化反映了复合生态系统的演进趋势;不可再生煤炭资源的过度消耗、可再资源利用率低是这一系统的典型特征;能值评价指标的测算结果表征环境子系统负荷较小。研究结果可为实施有效的煤炭矿区复合生态系统管理提供智力支持和决策参考依据。     

晋西黄土区苹果树边材液流速率对环境驱动的响应

为明确环境因子对树木蒸腾过程的驱动机制,以晋西黄土残塬沟壑区的苹果树(红富士)为对象,利用热扩散式液流技术监测生长季苹果树树干液流的动态变化,并同步监测了气象和土壤水分等环境要素的季节动态.结果表明: 在众多环境因子中,太阳净辐射(R_n)、大气水分亏缺(VPD)与液流速率(J_s)间的相关性最强.在小时或日尺度,环境因子主成分分析中前3个主成分的累积方差贡献率均在86%以上.其中,第一主成分主要包含VPD、R_n等因子,方差贡献率达52%(小时尺度)和63%(日尺度)以上,可归为蒸发需求因子(EDI),是影响该地区果树树干液流的关键综合环境要素集;第二主成分主要包括土壤含水率(SWC)等因子,归为土壤水热供给因子;第三主成分主要包括风速等因子,归为大气水热散失动力因子.在小时或日尺度上,J_s对两种环境因子综合变量(EDI或潜在蒸发散ET₀)的响应都呈显著的指数增长关系,在小时尺度上,基于EDI模拟苹果J_s的指数模型精度更高(R²=0.72),在日尺度上,基于ET₀模拟苹果J_s的指数模型模拟精度更高(R²=0.88).研究结果对于明确苹果树水分传输对环境驱动的响应规律,根据气象要素估算苹果树蒸腾耗水量,并指导果园水分管理均具有重要意义.     

脆弱性研究进展:从理论研究到综合实践

从20世纪60年代脆弱性概念提出到21世纪脆弱性逐渐成为一门独立的新科学,脆弱性已成为评价地区发展状况的依据以及衡量未来发展规划的判据。基于国内外脆弱性研究文献的回顾和总结,回顾了脆弱性概念起源与发展,梳理了脆弱性评价的定性和定量方法,科学评述了21世纪以来脆弱性研究的新进展:评价方法创新、多尺度精细评价、多源数据挖掘、关键要素阈值界定、人为活动影响和脆弱性演化机理综合研究。研究发现21世纪以来脆弱性进展迅速,主要特点为多元化、多角度、精细化和综合化,表现为评价数据和方法的多元化;横向空间对比和纵向时间序列的多角度分析;多尺度精细评价;关键要素阈值与演化机理综合研究。未来,脆弱性研究应完善脆弱性概念框架和理论体系,关注耦合系统脆弱性过程与机制,探究脆弱性驱动因素和演化机理,科学界定脆弱性关键要素阈值,挖掘和提取多源遥感数据信息,开展系统脆弱性动态评价和时空分析,实现脆弱性定量评价与综合实践,最终满足国家和地区可持续发展战略的需要。     

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。     

煤电一体化开发对锡林郭勒盟环境经济的影响

国家“十二五”规划确定将在内蒙古锡林郭勒盟建设国家重点大型煤电基地.煤电一体化开发将大大地推动锡盟的区域经济发展,但也可能会对这一典型草原地区和重要生态屏障地区的生态环境造成不利影响.采用物料平衡法和指数增长模型对2001-2009年锡林郭勒盟SO2排放量与人均GDP做了相关性分析,发现二者关系基本符合环境库兹涅茨曲线,呈较缓和倒U型曲线,拐点在人均GDP35000-40000元,目前已过曲线拐点,SO2排放量缓步下降.对锡盟煤电一体化开发情景下(2012-2020)的SO2排放及人均GDP进行预测,结果显示SO2排放量将随经济发展呈上升趋势,表明煤电一体化开发会使环境库兹涅茨曲线的拐点后延,虽然到2020年SO2排放量仍然没有超出区域大气环境容量,但将接近环境容量极限,会给当地环境带来明显压力;基于以上判断,进而从制度、技术、市场三方面出发,探讨了促进锡盟煤电一体化产业建设与环境保护协调发展的对策.     

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征.结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征.其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧.同时,不同功能区的风险高低排序(人工区＞半自然区＞自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律.此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据.     

干旱半干旱区不同环境因素对土壤呼吸影响研究进展

土壤呼吸是全球陆地生态系统碳循环的重要环节,也是全球气候变化的关键生态过程。阐明和探讨影响土壤呼吸的各类环境因素,对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要意义。干旱半干旱区是陆地生态系统的重要组成部分,研究该区域影响土壤呼吸的环境因素有助于深刻了解干旱半干旱区土壤碳循环过程。就土壤温度、土壤水分、降水、土壤有机质等非生物因子及植被类型、地上、地下生物量、土壤凋落物等生物因子两个方面对土壤呼吸的影响进行了综述。以干旱半干旱区的研究进展为主要论述对象,在上述因素中重点阐述了土壤温度、水分及其耦合作用下土壤呼吸的响应,并就土壤呼吸的Q10值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。在此基础上,说明了土壤温度和水分是影响干旱半干旱区土壤呼吸的主要因素。为了更准确的估算干旱半干旱区土壤呼吸速率,综合分析多种因子的交互影响,提出目前土壤呼吸研究存在的问题和今后重点关注的方向:1)不同尺度下干旱半干旱区土壤呼吸的研究;2)荒漠生态系统土壤呼吸研究;3)非生长季土壤呼吸研究;4)多因素协同作用土壤呼吸模型建立;5)测量方法的改进与完善。     

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。     

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。     

新疆干旱区盐碱地生态治理关键技术研究

现阶段新疆干旱区高强度水土资源开发,致使传统灌排水盐平衡模式难于维继;高效节水灌溉技术应用改变农田土壤水盐运移规律,需要创新调控理论与技术体系;传统盐碱地农业开发利用模式资源效率低、维持成本高,需要以生物修复技术为核心构建盐碱地高效率资源化利用模式。针对上述问题,在国家重点研发计划(2016YFC0501400)的资助下,通过机理研究、关键技术研发、产品研制、县域集成示范实现:(1)建立新疆干旱区现代水盐平衡调控理论,(2)创新干旱区盐碱地生态治理模式,(3)建成盐碱地产业化集成示范区,形成全产业链的盐碱地生态治理技术服务体系,(4)稳定一支以新疆相关单位为主体,国内优势单位参与的根植新疆的盐碱地生态治理队伍。     

黄土区露天煤矿排土场土壤与地形因子对植被恢复的影响

在脆弱的生态环境改善和恢复过程中,植被恢复与重建扮演着重要的角色。黄土露天煤矿区生态环境极其脆弱,认识矿区损毁土地植被恢复与地形、土壤因子之间的作用规律对矿区土地复垦与生态恢复改善至关重要。为此,选择山西平朔安太堡露天煤矿南排土场对2条样带27个复垦样地的土壤、地形、植被参数进行了采集与测定,并应用单因素方差分析与CANOCO4.5软件的降趋势对应分析和冗余分析研究了地形与土壤因子对植被恢复的影响。结果表明:植被与土壤变量之间呈显著相关,与地形变量之间相关性不明显;坡度主要影响草本覆盖度,坡向与有机质和速效磷之间具有线性相关性;速效钾对植被的变化起着重要的作用;土壤容重与砾石含量对土壤养分含量具有明显的指示作用;有机质与全氮呈显著正相关,各土壤养分指标之间存在明显的相关关系。为了改善和恢复黄土区露天煤矿排土场脆弱的生态系统,应该考虑植被和土壤的联合演替。在当地的生态环境状况下土地复垦与生态恢复的关键是改善土壤状况和增加人工植被,同时加强对排土场人工和自然植被的保护。