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。     

基于NDVI时间序列轨迹的草原露天矿区植被时空动态特征

采矿作用下草原露天矿区植被时空动态特征尚不明确.以胜利露天矿区为例,选取MODIS和Landsat影像,利用ESTARFM构建2001—2015年植被生长期一致的年际Landsat时间序列,以时间分割算法拟合像元NDVI时间序列轨迹,结合轨迹形态特征提取早期扰动型、持续扰动型、扰动稳定型、扰动稳定恢复型和扰动恢复型5种植被动态类型及各类型的时间特征.结果表明:胜利矿区植被动态类型以扰动恢复型为主,占各类型像元总数的55.2%,扰动稳定型和持续下降型次之,分别为25.6%和11.0%,早期扰动型和扰动稳定恢复型较小,分别为3.5%和4.7%.扰动多发于2004—2009年,稳定期多始于2008年,空间上多分布于露天采场和排土场,恢复期多始于2008年和2010年,其空间范围较小且集中于矿井外围和排土场.扰动持续时长以1年为主,稳定期持续时长以7年为主,恢复期持续时长中稳定恢复型为2～5年,扰动恢复型为8年.     

2001—2010年黄河流域生态系统植被净第一性生产力变化及气候因素驱动分析

基于MODIS-NDVI遥感数据,利用CASA模型分析黄河流域2001—2010年植被净第一性生产力（NPP）的空间分布格局,并结合同期气温和降水量数据,分别从不同空间和时间尺度上分析了黄河流域6种生态系统类型区域植被NPP的变化趋势,并对其与气候因素的相关关系进行分析.结果表明： 植被NPP空间分布呈西北低、东南高的分布特征,平均NPP年总量为108.53 Tg C,植被NPP的分布与生态系统类型呈现较高的相关性;2001—2010年,植被NPP总体呈上升趋势但波动较大,55.4%的面积呈现增加趋势,不同生态系统类型区域呈现不同的变化趋势;在年际水平上,黄河流域植被NPP变化与气候因素没有显著相关性,但在月际水平上呈现了较高的相关性,降水量和气温对植被NPP变化的影响作用相当;不同生态系统类型对气候因素呈现不同的相关性质以及时滞效应,草地对降水量的响应存在一定程度的时滞效应,荒漠对气温存在时滞效应.     

基于扰动指数的天水南部植被扰动时空序列研究

利用全球扰动指数(The MODIS Global Disturbance Index, MGDI)模型并以长时间序列的MODIS的增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)和地表温度(Land Surface Temperature, LST)数据作为数据源对天水南部地区2001—2016年植被扰动指数时空分布变化特征和驱动因子进行研究。结果表明: (1)16年来植被扰动指数的均值空间分布不均, 其值分布于0.66—1.09之间, 天水市南部地区的西北和西部部分地区植被扰动指数明显低于其它地区, 且主要为积极扰动。(2)植被扰动指数的年际变化呈降低趋势, 占总面积的89.58%, 其中研究区中农耕区减小的趋势最为明显。植被扰动指数的变异系数分析结果表明, 2001—2016年以来天水南部大部分地区植被扰动指数变化较稳定。其中, 西北部的农耕区扰动指数波动幅度较大, 而林区波动相对较小。(3)植被扰动情况受海拔和坡度、河流和道路的影响。空间分布上, 扰动主要发生在海拔相对较高、坡度较缓及近河流和道路地区。     

毛乌素沙地景观的植被与土壤特征空间格局及其相关分析

以毛乌素沙地景观不同尺度和生境中的植被盖度、植物物种数、土壤有机碳和全氮含量的空间格局和相互关系进行了研究。结果表明：不同尺度和生境中的植被盖度与植物物种数之间,以及土壤有机碳含量与全氮含量之间都具有显著的相关。在50－5000m的尺度上,植被盖度与植物物种数之间,以及土壤有机碳含量与全氮含量之间具有相似的空间格局,但植被特征（植被盖度与植物物种数）与土壤特征（土壤有机碳含量与全氮含量）具有不同的空间变化格局,两者之间没有显著的相关关系;在小于50m的尺度上,固定沙丘中的植物物种数与土壤有机碳和全氮含量之间具有显著的正相关,半固定水丘中的植物物种数与土壤有机碳含量具有显著的负相关。这说明,在小于50m的尺度上土壤有机碳和全氮含量格局制约了植被格局,但在50－5000m的尺度上却没有。这一研究表明植被与土壤之间的相互关系依赖于不同的空间尺度。     

妫水河流域山水林田湖草空间格局与生态过程分析

妫水河流域是北京地区重要生态屏障,同时作为2019年世园会和2022年冬奥会的举办地,对其生态环境质量提出了更高的要求。基于妫水河流域2008、2013和2017年土地利用数据与数字高程影像,构建山水林田湖草空间信息图谱,采用空间自相关分析方法探究其时空演变特征,并结合植被覆盖度,揭示研究区不同山水林田湖草空间格局下的生态变化过程,实现对妫水河流域山水林田湖草空间格局的定量化分析。结果表明：1）低山丘陵和山前台地中山田面积持续减少,空间集聚程度也随之下降,但其植被覆盖度呈现稳步上升趋势;2）山区内山林、山草的空间复合结构较少,山林格局表现出较强的空间集聚性,但面积和空间集聚程度均不断下降,其植被覆盖度也呈现持续退化趋势;而山草的空间集聚度随面积增加总体呈增加趋势,整体波动幅度较小,其植被覆盖度总体是降低的,建议形成"山林-山草"复合格局;3）山水的面积在不同的地貌类型中基本呈现萎缩状态,且植被覆盖度均维持在相对较低的状态,河流生态退化较严重。研究结果将为改善妫水河流域的生态格局和生态环境质量提供重要的参考信息。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间变异

荒漠绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定具有重要作用。过渡带土壤湿度和植被之间的相互关系是了解荒漠绿洲过渡带的重要科学问题,从而开始受到重视。研究是在黑河中游荒漠绿洲过渡带,选择一条1700m×200m的样带（包括3条平行样线）,在对土壤湿度、植被高度、盖度等调查的基础上,应用统计分析和地统计的方法,研究了荒漠绿洲过渡带土壤水分和植被的空间变异性特征。结果表明：在荒漠绿洲过渡带上,0～200cm土层中土壤平均湿度介于1．45％～3．85％,变异系数在27．7％～83．2％;植被盖度介于9％～80％,变异系数为80％。植被盖度、冠幅与0～20、20～40cm两层土壤湿度显著负相关（p〈0．05）,与120～140、140～160cm两层土壤湿度显著正相关（p〈0．01）。土壤水分和植被空间分布在样带上存在明显的空间异质性,表现在小于100m的尺度上随机分布,而在100～3110m的尺度上呈聚集分布格局。     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。     

果园植被盖度季节变化监测及生物措施因子测算

生物措施因子(B)能够定量衡量植被覆盖对土壤侵蚀的抑制作用.本文采用照相法对全国5个水力侵蚀分区的18个小流域的果园植被覆盖季节变化进行监测,并计算了植被盖度和郁闭度,最后计算果园B值.结果表明:果园郁闭度受人为活动影响小,季节变化呈"几"字形分布.果园的绿色盖度和总盖度因地表下垫面的管理不同而表现出不同的季节变化规律.在林下未清理的果园中,各水力侵蚀分区的绿色盖度呈"几"字形分布;5个水力侵蚀分区中,西北黄土高原区植被总盖度呈"几"字型分布,其余几个分区植被覆盖总盖度呈"一"字形分布,随季节变化不明显.在林下清理的果园中,所有水力侵蚀分区的植被盖度季节变化无规律性.东北黑土区果园B因子最小,平均值为0.0066,西北黄土高原区果园B因子平均值最大,为0.1212,北方土石山区、南方红壤区和西南土石山区果园B因子平均值相差不大,分别为0.0548、0.0627和0.0639.     

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。