基于恢复力的半干旱矿区生态系统退化风险空间评估

黄河流域中段位于黄土高原地区,煤炭生产基地集聚,是黄河流域高质量发展和生态保护的重点区域,生态保护和修复问题受到广泛重视。实施空间精准的生态退化控制与保护,必须考虑生态系统的恢复力。为此,开发基于恢复力的半干旱矿区生态系统退化风险空间评估方法为黄河流域煤炭基地生态系统保护提供技术支撑。以陕西省神木市煤炭基地为研究区,通过综合考虑生态系统多变量之间的相互控制关系,选取恢复力的关键影响因素。基于GIS和突变级数方法评估研究区生态系统恢复力,并建立生态退化风险分级标准,识别生态系统退化风险区域。研究结果表明:(1)研究区生态系统的关键要素包括水文、地形地貌、土壤和植被群落,这些要素决定了生态系统的功能、结构与恢复力。研究区生态脆弱,大部分地区生态系统恢复力指数很低,仅沟谷地带及零星的高植被覆盖区恢复力指数较高;(2)生态退化风险等级由高到低排序为:风沙草滩区黄土丘陵区黄河沿岸土山石区,中高风险区的面积较大;(3)黄河流域中段的煤炭基地受到气候变化与采矿活动的双重扰动,生态环境脆弱,空间异质性大,应成为黄河流域生态保护的重点区域,需要制定空间精细化的生态保护与退化控制策略。通过生态系统恢复力的空间评估,可以发现矿区生态系统退化风险和关键因素,有助于制定差异化的生态保护与退化控制策略。     

基于非线性动力学模型的矿山土地生态系统恢复力机制

实现近零生态损害的资源开采、国土空间生态的系统修复,恢复力是关键。尽管一些研究直接或者间接地指出了恢复力的重要性,但目前对矿山土地生态系统恢复力机制的理论认识还很缺乏。构建了一个矿山土地生态系统的非线性动力学模型,利用数值模拟方法来揭示恢复力在矿山土地生态系统中的动力学表现和基本性质,以期为矿山区域国土空间的系统修复和保护提供理论依据。研究结果表明:①恢复力是矿山土地生态系统的基本属性,是指在有限强度的扰动后,系统具有回复到平衡点、保持原状态和定性结构的能力;②恢复力产生的原因是系统具有复杂结构,且是自组织的,在面临扰动时表现出自维持能力;③参数变量是决定恢复力大小的重要因素,其阈值空间是测度恢复力的直接指标;④恢复力具有可塑性,调控恢复力的基本途径是恢复力强化和克服,关键技术是对参数变量及其阈值、状态-参数变量间关系进行调控。矿山土地生态系统恢复力是一个客观存在的动力学属性,该属性为采矿前土地生态影响评估、采矿中土地生态系统状态维持、采矿后土地生态系统修复和可持续发展提供了基本依据。恢复力可以作为系统保护和修复的核心准则,恢复力思维则是指导土地复垦与生态修复的核心理论之一。未来需要加强对恢复力测度、调控和建设方法的研究,并在与采矿活动和环境保护的具体工程中大力推进恢复力机制的技术应用和集成。     

基于遥感信息的矿区生态扰动监测研究——以迁安市为例

矿产资源开发会引发一系列环境问题,制约了矿区城市的可持续发展,矿区生态环境扰动监测已成为矿区城市生态文明建设的重要组成部分。为研究矿区活动及矿区生态修复对我国典型矿产资源型城市——迁安市生态环境的影响,利用2000—2018年Landsat系列遥感数据对该市矿区生态扰动进行了监测研究。利用随机森林（Random Forest, RF）算法对迁安市2000—2018年间矿区演变进行了提取研究,并构建了遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index, RSEI）定量分析研究区生态环境质量及变化特征。研究表明：2000—2018年间,迁安市矿区范围变化明显,矿区总面积明显变少,且有修复效果优良的矿区;该市生态环境质量整体呈现波动下降趋势,其变化与矿区活动及矿区生态修复具有较强的相关性。结合RSEI时空分布与矿区生态修复活动,迁安市生态环境变化可分为两个阶段：①2000—2008年间,生态环境质量主要由优、良向中、差转变,生态环境质量改善和恶化面积占比分别为20.18%和34.31%;②2008—2018年间,生态环境质量整体上升,生态质量改善面积占比达到43.11%,且变化具有明显的区域性。2000—2018年,迁安市生态环境经历了先恶化、后逐步恢复的过程,表明该市在实行功能分区、健全矿产资源规划和矿区分区治理政策后,生态环境得到改善,生态修复效果显著,为矿区城市环境治理和生态文明建设提供了参考。     

煤炭矿区复合生态系统协同演化序参量的选择与协同度评价

以协同学理论为基础,建立矿区复合生态系统协同管理评价模型,通过对影响矿区复合生态系统协同管理的因素进行分析,构建矿区复合生态系统协同管理的参量指标体系,运用层次分析法、熵值法将各级指标合成综合类指标,通过所构建的评价模型选择矿区复合生态系统协同管理的序参量并评价系统协同程度。应用龙口矿区2005~2014年的数据对所建模型进行实证研究。结果表明,龙口矿区复合生态系统的演化过程中生态类参量起到了序参量的作用,矿区生态系统管理与当地经济的发展已经形成协同效应,但协同程度不高。矿区复合生态系统的协同度在不断增加,但是社会子系统与政府对复合生态系统的协同作用并不明显,有待于进一步改善。     

基于多时相遥感影像的蔚县矿区环境评价

利用河北省张家口市蔚县境内崔家寨和单侯矿区的2005-2016年的Landsat 7 ETM+和Landsat 8 OLI共11 a的遥感影像,在监督分类的基础上结合矿区的实际情况建立矿区的生态环境评价模型,取生物丰度指数、植被覆盖度指数、自然地理因子、水体密度指数4个指数作为环境评价的准则层,结合多准则决策技术建立矿区综合的环境评价模型。结果显示:矿区的生态环境状况指数范围处于55～75,生态环境状况指数总体呈现缓慢上升的趋势,生态质量评级为"良"。但是采矿活动已经对矿区的生态系统的稳定性造成了一定的扰动,需要采取相应的环境保护和恢复措施。     

矿区生态承载力评价方法

矿区生态承载力是矿区生态系统抵御外界胁迫的素质,矿区生态承载力理论及评价方法研究是深入认识矿区复合生态系统的重要手段,也是建立矿区生态系统健康评价理论方法体系的基础性工作.在对矿区生态承载力概念、内涵探讨的基础上,从生态系统弹性力、资源环境承载力及生态系统压力三个方面对其进行了量化研究,并提出了评价矿区生态承载力的分级综合评价方法.     

太原市绿色转型中生态承载力动态评价与适应性管理对策

根据城市复合生态系统的动态演变特点,从生态弹性力、支持力、压力、人类潜力4个层面,构建复合生态承载力评价模型及相关指标体系,对太原市2006-2015年生态承载力进行定量评价与分析。结果表明：10年间太原市生态承载力指数由0.35提高到0.63,2012年后逐渐进入较高承载力水平,生态承载力指数的后续上升速度变缓。人均耕地面积减少、人均水资源占有量较少、空气质量下降、科研和环保投入降低等,仍然是制约太原市可持续发展的主要因素。运用复合系统适应性理论,指出太原市在绿色转型中的不确定性,并提出适应性管理对策与建议,为太原市在资源型城市转型过程中提供决策参考。     

平朔矿区生态重建及生态产业链构建

利用平朔矿区1985-2005年土地复垦与生态重建的长期实验数据积累,采用系统回顾法、趋势外推法、空间分析技术、层次分析法、景观生态学、恢复生态学、农业生态工程等技术和方法,从平朔矿区重建生态系统现状评价入手,构建矿区生态资源数据库,并选择矿区复垦土地利用现状、复垦土地质量和重建生态系统生物多样性指标作为评价基础资料,对其复垦土地适宜性、生态环境质量、生态承载力、生态健康进行科学分析与评价,研究生态脆弱矿区重建生态系统的土地开发利用调控机理与控制对策。     

青藏高原矿区土地利用动态变化研究——以青海省聚乎更矿区为例

基于聚乎更矿区2004年、2009年和2014年三年同期的TM影像,建立随机森林分类器,采用随机森林分类方法对位于木里煤田的聚乎更矿区以及周边区域的土地覆盖进行了分类研究,从土地利用数量变化模型、土地利用程度变化模型对矿区土地利用动态变化情况进行了分析,研究表明:(1)自2004年开采矿以来研究区高寒草甸、高寒沼泽草甸面积呈减少趋势,变化幅度最大的是城镇村与工矿用地;(2)矿区土地利用程度变化率大于0,综合指数成上升趋势;(3)对矿区的土地利用驱动因素进行分析,主要受开采活动影响。今后应加大对矿区的生态重建工作与土地复垦进程,保证矿区土地平衡,促进矿区生态系统、经济系统和社会系统协调发展。     

城市生态系统健康评价-以梅州市梅江区为例

城市生态系统健康不仅意味着为人类提供生态系统服务的生态系统的健康,也意味着城市居民的健康和社会的健康。选择活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能、人群健康状况作为城市生态系统健康评价的5个要素,针对每个要素所涵盖的内涵,建立了21个指标并采用层次分析法对梅州市梅江区2000-2004的生态系统健康进行了评价。结果显示,梅江区的城市生态健康程度呈逐渐递增状态,表明其自然环境与社会、经济发展的协调性在不断加强。但健康改善的程度并不显著,部分指标有所恶化,城市生态系统的巨大生态压力未得到根本性缓解。     

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价 ——以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993—2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。     

郑州市城市生态系统健康动态变化研究

城市生态系统健康直接关系到城市的可持续发展。首先建立了城市生态系统健康水平评价的指标体系,并运用熵值法确定了指标的权重,通过城市生态系统综合评价模型对郑州市2006-2014年的生态系统健康状况进行动态评价分析。结果表明:从健康等级来看,2006—2014年间,郑州市生态系统健康水平处于亚健康—健康—很健康的发展过程,总体上郑州市城市生态系统健康水平不断提高;从经济、社会及自然三个子系统上来看,经济和社会系统的完善对城市生态系统健康水平的提高做出了积极贡献,但自然子系统却呈现恶化的趋势,对郑州市生态系统健康发展不利,亟待改善。     

基于熵权法的平顶山市生态退化测度评价

本文运用复合生态系统理论,针对平顶山市生态环境状况,从社会-经济-环境三方面构建PSR(压力-状态-响应)生态退化测度评价指标体系,利用熵权法确定指标权重,应用综合指数法对平顶山市2000~2011年生态系统退化程度进行动态评价和分析。结果表明:研究区生态退化状况2000年以来经历了预警-较稳定的变化趋势;本研究揭示了研究区在煤炭资源开采和利用过程中区域生态系统的时间演变规律,为研究区生态建设和可持续发展提供一定的科学依据。     

矿区生态承载力定量评价方法研究

矿区生态承载力理论研究是对矿区复合生态系统深入认识的重要手段,也是建立矿区生态系统健康评价理论方法体系的基础性工作。根据矿区生态承载力的内涵及层次特点,从生态系统弹性力、资源环境承载力及生态系统压力3个方面提出了对其进行量化的研究方法。在对实例矿区生态承载力量化研究结果数据拟合分析的基础上,对研究矿区的生态承载状况和发展趋势进行了探讨。     

平朔矿区生态系统服务功能价值情景模拟研究

研究土地利用变化对矿区生态系统服务价值的影响具有重要意义。本文以平朔矿区土地利用的动态数据为基础,对该矿区不同类型土地的生态服务价值及矿区总的生态服务价值进行研究。结果表明：1985-1990年矿区生态价值呈下降趋势,从31 270.98万元降至30 348.14万元;1990-2005年生态价值逐渐上升,2005年为311 090.05万元。矿区无复垦措施和有复垦措施两种情景设置结果显示：在完全没有复垦措施的情况下,矿区总的生态价值呈下降趋势,2005年仅为26 401.6万元;而在有完全复垦措施的情况下,总生态价值呈急剧上升状态,到2005年为49 835.55万元。说明土地复垦及生态重建工程对矿区的生态可持续发展起到重要作用。     

黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

黄土高原矿区生态环境脆弱,科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此,需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程,修复的适应性和恢复力及增汇潜力,揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制,最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明：(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等;(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低,适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林（43.2%～100.0%）>阔叶林（49.2%～83.2%）>针叶林（47.9%～76.5%）>草地（39.1%～70.7%）>灌木草地（43.0%～69.0%）。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系,修复10～15年时最高,混交林生态恢复耗时最长,但固碳潜力最大;(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关;(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径...     

矿区生态系统演变与修复模式研究

矿产资源的开发利用活动造成矿区环境污染与生态破坏,影响矿区生态系统结构与功能的稳定性,明晰矿区生态系统的结构、功能和演变机理,对研究受损矿区生态系统的修复与重建具有重要意义。本文以矿区生态系统为研究对象,阐述矿区生态系统作为社会-经济-自然一体的复合型生态系统的内涵特征结构和功能。矿区生态系统具有复合性,人工性,开放性和能量、物质流动的特殊性等特征,能够在维持系统内部能量、物质、信息流动平衡的同时,与外部系统进行能量、物质、信息的交换。明确了煤矿区生态系统演变的2种类型,位于干旱或半干旱地区的矿区生态系统演变成荒漠或半荒漠生态系统、位于湿润或半湿润地区的矿区生态系统演变成水域或水陆共生生态系统;演变阶段可划分为原生态系统阶段、系统受损阶段、系统重建阶段以及系统动态平衡阶段等4个阶段。针对受损矿区生态系统的修复,提出3种修复模式：自然年恢复模式、辅助再生模式和生态重建模式。本文在总结矿区生态系统演变类型、演变阶段及演变过程的基础上,提出了针对矿区生态系统的修复模式,旨在为矿区生态系统提供科学、合理的修复和重建模式,人工正确诱导受损矿区生态系统的最终演替方向,确保矿区土地复垦与生态恢复重建...     

辽宁省朝阳县自然生态系统恢复力评价

随着国土空间生态修复在我国全面展开,自然生态系统恢复力评价成为指导地方生态修复分区和修复措施的重要前提和支撑。以辽宁省朝阳县生态环境特点为基础,筛选出NPP、NDVI、人口密度等12个评价指标,利用ArcGIS结合AHP-TOPSIS组合赋权法对其2020年的自然生态系统恢复力进行研究。研究结果表明,朝阳县自然生态系统恢复力指数均值为0.75,生态恢复力总体水平处于“一般”等级;朝阳县的自然生态系统弱和较弱恢复力区域面积占比总计达到28.05%,主要分布在工业发达、人口稠密的城乡住宅用地、农业区和矿山开采破坏区域,其中大庙镇是生态恢复力最弱的一个乡镇,占比为9.81%,地理分布上呈现出自西北向东南逐步升高的空间特征;朝阳县生态恢复力莫兰指数为0.56,反映朝阳县生态恢复力有一定的空间正相关性,并基于局部空间自相关结果将研究区划分为3个生态修复分区。     

基于遥感生态指数的钟祥市生态变化分析

近年来,随着中国城市化进程的快速推进,城市发展与生态环境间的矛盾日益突出,城市生态系统面临着严峻的挑战。城市生态环境质量是衡量城市以及居民生存环境的适宜度好坏的重要指标。城市生态环境质量评价,对及时、准确地掌握城市生态环境状况有着重要意义,是城市区域规划、生态管理和保护的基础。选取2014、2017、2019年的Landsat8遥感影像,利用湿度、绿度、热度和干度指标来构建遥感生态指数模型,对钟祥市近5年生态环境状况进行综合评价与原因分析。结果表明,2014年—2019年钟祥市的城市生态变化幅度较小,在5年间,生态质量经历了先小幅上升、再小幅下降的过程。进一步分析发现,四个指标中,代表植被指数的指标对于生态指数的贡献度最大,说明钟祥市的生态环境质量与植被覆盖密切相关。     

矿区生态系统健康评价理论与方法初探

综述矿区生态系统健康研究的现状及重要意义，界定矿区生态系统健康的内涵，阐述矿区生态系统健康评价指标体系设置的理论依据，构建以生态环境保障度、自然资源支持度、社会经济发展度和健康可持续度为准则层的多层次评价指标体系。在此基础上，对矿区生态健康评价的理论方法进行探讨，并提出相应的对策和建议。