基于适宜性和空间功能值的德兴市矿粮复合区“三生”空间优化研究

[目的]深入开展“三生”功能评价与空间调控优化,协调重构不合理的空间布局与结构,缓解矿粮空间冲突,为国土空间治理和区域高质量发展提供参考。[方法]以德兴市矿粮复合区为例,结合空间适宜性评价、功能值测算与空间自相关分析,基于AVC“三力”理论对研究区进行“三生”空间优化研究。[结果](1)农业、工业生产空间分别集中于西南部和北部,生活空间集中度自西北向东南递减,而生态空间分布广泛且整体均衡;(2)生产、生态空间多呈现聚集态势,而生活空间功能聚集性较弱,呈零星分布,且矿区对其空间适宜性、功能值及聚集度有负面影响;(3)空间重构后,生活、生态空间功能值分别从1.948 6亿元、90.755 0亿元提升至1.951 8亿元、90.778 9亿元。[结论]综合考虑适宜性、空间功能值与集中度进行空间优化与重构,研究区生活与生态空间功能值有所提高,各类空间分布趋于集聚态势,缓解了矿区对于人们生活与粮食生产的负面影响。未来应针对各类空间进行系统治理与管控,并严格控制矿区开发,以保障生产、生活与生态功能。

矿粮复合区“三生”空间冲突诊断及演化特征分析——以大冶市陈贵镇为例

[目的]促进乡镇级矿粮复合区空间结构协调稳定,为国土空间规划的合理布局及实施提供科学参考。[方法]以矿粮复合区陈贵镇为例,基于生命周期法选取1986—2020年的5个研究时间节点,通过空间现状图和转移矩阵解释空间格局变化,构建改进的空间冲突测度模型,利用ArcGIS 10.2结合Fragstats 4.2软件分析空间冲突演化特征,使用Google Earth历史影像验证了冲突结果。[结果]农业生产空间和生态空间是转入和转出面积最大的两类空间类型,“耕地—林地”互转成为最显著的土地转换方式;1986—2020年,陈贵镇“三生”空间冲突整体有上升的趋势,在矿业衰退期,较弱、中等和强空间冲突空间单元占比分别减少3.2%,3.09%,0.22%,较强空间冲突占比增加6.51%;“三生”空间的冲突等级除了生活空间,均集中在较弱空间冲突和中等空间冲突等级,两者面积占比超过70%;借助Google Earth历史影像进行对比验证,发现“三生”空间冲突结果与空间现状较吻合。[结论]矿粮复合区受城市化和工业化的影响较大,空间冲突特征明显,参考空间冲突诊断结果,可针对性地实施空间冲突缓解措施,促进地区的可持续发展。

煤粮复合区多次采动条件下砌体结构损坏演化规律

淮南矿区地处华东地区煤粮复合区,采掘活动造成地表变形,对地表建筑物造成损害,因此,探究多次采动条件下地表构筑物的损坏规律至关重要。以淮南矿区某地表建筑物为原型,采用了理论分析、数值模拟的研究方法,对地表建筑物的采动损害机理进行了研究,得到了如下结论:地表下沉、水平移动、曲率变形、水平变形对地表建筑的产生不同影响特征,多次采动影响下会产生“弱化变形型”、“强化变形型”、“复合型”等3种扰动类型。模拟了多次采动条件下地表砌体结构在不同曲率变形条件下的破坏及裂缝扩展情况,裂缝宽度、条数随着曲率变形增大而增加。随着曲率变形增加,砌体结构间节理逐步破坏,整个结构体系从连续变形特征逐步演化为非连续变形,整体强度逐步弱化且砌体结构变化不可逆。

顾及尺度效应的矿粮复合区耕地非粮化空间异质性及其关联因素

深入研究耕地非粮化空间异质性及其关联因素,有助于科学管控耕地非粮化和有效保障粮食安全。该研究以矿粮复合区德兴市为例,从尺度效应和空间近邻效应出发,综合采用莫兰指数、最小二乘法、空间自相关等方法,借助空间自相关模型探讨了耕地非粮化在不同尺度下关联因素的变化情况。结果表明:1)矿粮复合区的耕地非粮化存在3种形式,整体非粮化分布呈现强空间自相关性和强空间异质性,多数尺度下呈现显著的空间溢出效应;2)矿粮复合区耕地非粮化空间异质性存在明显的尺度效应,依据情况可以划分为4个区块尺度等级;3)耕地非粮化关联因素在不同尺度上呈现的显著性不一致,小尺度等级下耕地非粮化回归结果的显著率为90.2%,拟合度平均值为0.236,优于其他尺度等级,集水区尺度优于行政村尺度;4)耕地非粮化的关联因素强弱程度也具有明显的尺度效应,在小尺度下最显著,主要因素的回归系数平均值均大于0.250,显著率达到92%。研究结果可为耕地非粮化管控和农业高质量发展提供依据。

矿农复合区农户最优生计策略及生计转型研究

矿农复合区为经济建设提供矿产资源的同时,也影响着农户生计资本和生计策略,研究该地区农户生计状况对促进当地经济与农户生计的可持续发展具有参考意义.基于可持续生计理论和问卷调查数据,运用熵值法和随机占优分布密度函数研究农户的生计资本和生计策略特征,运用多分类logistic回归模型分析农户生计资本对所选生计策略的影响.研究结果表明:1)农户的生计资本指标值差异明显,生计资本分布不均衡;2)调查的农户中90%采取兼业型和非农业型的生计策略,选择兼业型生计策略的农户占比最大,且兼业型和非农业型农户创造的经济效益更高;3)自然资本、人力资本和金融资本是影响农户生计策略选择的重要因素,人力资本也是纯农业型农户生计转型的关键影响因子.根据研究结果,提出了保护环境和优化补贴、提高人力资本并实现生计转型的建议,以期促进矿农复合区农户生计可持续发展.

中部矿粮复合区采煤沉陷及耕地损毁研究现状与展望

河南作为中原地区产煤和产粮大省,煤炭安全高效开采与耕地保护、粮食增产的矛盾较为突出。如何修复因开采煤炭导致损毁的耕地、保护矿区未损毁的耕地,同时稳定煤炭产能,是中部矿粮复合区目前面临的重大难题之一。在分析了中部矿粮复合区典型特征与其面临的瓶颈问题基础上,从采动覆岩与含(隔)水层破坏、采动地表沉陷规律与土壤退化、矿区耕地损毁及农作物长势、源头减沉控损与土地损毁修复技术等4个方面分析了采煤沉陷及耕地损毁问题的研究发展历程,包括采动覆岩含(隔)水层破坏及结构失稳、采动覆岩破坏充分采动定义及判据、采动地表沉陷与覆岩破坏整体响应行为、地表沉陷对土壤退化与耕地损毁影响、沉陷区耕地损毁识别与农作物长势监测、煤矿开采损毁土地修复技术等;在现有成果分析的基础上,展望了中部矿粮复合区采煤沉陷及耕地损毁的4个发展方向:采动覆岩结构失稳与含(隔)水层破坏传导机理、采动地表沉陷规律与土地损毁作用机理、矿区耕地损毁及农作物长势时空演变规律与源头减沉控损与耕地损毁高效协同修复技术,以便揭示“覆岩破坏—地表沉陷—耕地损毁—作物响应”传导驱动机制,形成中部矿粮复合区源头减沉控损与耕地损毁高效协同修复的综合技术体系,为煤矿绿色开采与保障粮食安全提供理论和技术支撑。

复合区基体调控对Al_(2)O_(3)p/40Cr钢球形网络构型复合材料压缩性能的影响

采用金属微粉对Al_(2)O_(3)p/40Cr钢球形网络构型复合材料的复合区基体进行调控,研究了金属微粉对构型复合材料压缩性能的影响。结果表明,Fe320合金粉调控的构型复合材料压缩屈服强度、抗压强度、断裂应变,分别比还原铁粉调控复合材料提升了26.0%、25.4%、21.3%。结果表明,Fe320粉提高了构型复合材料复合区基体中Ni等合金元素含量,而还原铁粉则略微降低了复合区基体合金元素含量,因此Fe320粉强化了复合区基体。同时,球形网络复合结构中,裂纹在复合区内部纵向扩展,基体区对裂纹扩展有明显阻碍作用。因此,构型结构与复合区基体强化协同提高了构型复合材料的压缩力学性能。

平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策

耕地是粮食安全的基础,煤炭是能源安全的保障。我国煤炭和耕地资源分布重合的煤粮复合区面积约占耕地总面积的42.7%,煤炭开采与耕地保护之间的矛盾十分突出。如何实现煤矿开采与耕地保护协同发展是我国煤粮复合区亟待解决的瓶颈难题。从平原煤粮复合区采动耕地损毁机理、采动耕地破坏程度评价、开采沉陷控制技术等3个方面分析了煤矿开采和耕地保护协同发展的研究现状与存在问题。在此基础上结合耕地保护面积大、变形耐忍度高等特点,提出了一种面向煤矿开采和耕地保护协同发展的源头控制与修复治理有机结合的绿色开采区域性岩层及地表变形控制技术途径,建立了相应的地表变形预测及控制设计方法,并指出了平原煤粮复合区煤矿开采和耕地保护协同发展的重点研究方向:平原煤粮复合区耕地采损驱动机制、采煤沉陷耕地防护阈值体系、面向耕地保护的煤矿绿色开采区域沉陷协调控制理论与方法,以期推动煤粮主产复合区煤矿绿色开采与耕地保护协同发展。

东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水,加剧了区内煤炭保供和粮食生产之间的矛盾。为了协调耕地保护与地下采煤的关系,采用边采边复技术,可以实现地面复垦技术与井下采煤技术的耦合,在高潜水位矿区可显著提高复垦率。复垦时机的选择是边采边复的关键,直接决定复垦工程的成败。梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素,提出了2种边采边复时机类型:(1)采动地表临界积水下的理论复垦时机;(2)采动地表浅积水(积水深度0~3 m)下的实际复垦时机。以单一煤层开采为例,研究了采动地表积水与地下开采的时空关系,提出了采动地表临界积水启动距及积水边界角,揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。提出以采动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施,构建了采区尺度下的跳采全采工作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。案例研究表明:以顾桥煤矿北一采区临界积水下沉值1.00 m为约束,所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段,即推迟复垦时间和延长耕地使用寿命12.5 a。模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化,构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型,以此预测了不同复垦率指标下的最佳复垦时机区间及浅积水条件下的最佳复垦率,认为相对积水深度为0.6时,为该采矿地质条件下的最佳复垦时机,当复垦耕地率差值控制在5%时,最佳复垦时机为地表积水相对深度0.7067。最后,讨论了边采边复的投入产出效益,认为边采边复技术可显著提高土地复垦效益,从源头上将采煤引起的社会和生态负效益内部化,该技术具有技术可行、经济合理和生态友好的优势。研究结果可为高潜水位煤矿区边采边复时机优选和井上下采复耦合提供理论支撑和案例参考。

基于两维图论聚类的矿粮复合区“三生”空间适宜性分区——以湖北省大冶市陈贵镇为例

为了探究微观区域的“三生”空间适宜性分区,从而为乡镇一级的国土规划和全域土地整治规划提供参考,本文以属于矿粮复合区的湖北省大冶市陈贵镇为研究对象,从构建陈贵镇“三生”空间适宜性评价指标体系入手,运用两维图论聚类算法,对陈贵镇“三生”空间开展适宜性评价与分区研究。研究结果表明:1)陈贵镇镇域适宜的“三生”空间主要呈现为2大块状,1块围绕陈贵村呈零散分布,另1块主要聚集于天台山区;不适宜的“三生”空间主要分布在陈贵镇最南端及东北部,其余呈小斑块零散分布。2)从陈贵镇村域的“三生”空间适宜性来看,等级为适宜的村域,其生产空间、生活空间、生态空间都呈现出均衡性发展,已经接近生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀的政府规划目标。3)矿业开采活动对陈贵镇“三生”空间适宜性的影响作用显著,不但严重影响生态空间,而且还对农业生产和非矿业生产均产生一定的负面影响作用,从而降低矿粮复合区的社会效益,并可能导致整体空间利用水平不高。4)本文利用两维图论聚类算法,基于适宜性评价结果,再结合实际的空间利用特征及城乡规划,将陈贵镇“三生”空间分为5个区域。Ⅰ区为农业生产核心区,该区域农业生产空间面积较大且较为聚集;Ⅱ区为乡镇发展主导区及生活空间核心区,引领着陈贵镇未来城乡一体化发展的方向;Ⅲ区为综合发展潜力区,空间存在着多种国土开发利用价值;Ⅳ区为生态重点保护区,需要着重协调工矿生产空间与生态空间的协调发展;Ⅴ区为生态农业旅游发展区,可利用生态农业带动生态旅游业的发展。

黄土区矿-农-城复合区土地利用时空转换特征

黄土区矿一农一城复合区在工业化、城镇化、城乡一体化的背景下,区域的土地利用类型转换频繁,尤其受到生态退耕政策、城乡建设、露天采煤损毁的影响。该研究旨在揭示矿.农一城复合区近30年土地利用类型转换的过程、特征及影响土地利用类型转换的主要原因。该文利用研究区1986—1996年、1996—2000年、2000—2004年、2004—2009年、2009—2013年及1986—2013年土地利用类型转换图分析了各研究阶段主要转换类型的重要值、面积、空间分布,基于各研究阶段土地利用类型转换过程划分了土地利用类型转换分区,并开展土地利用类型转换原因的讨论。研究结果表明:1)不同研究阶段土地利用转换类型差异明显,总体上呈现转换类型增加,而转换重要值和降低的趋势。转换类型由早期农用地互转逐渐过渡到农用地互转、农用地转向建设用地、农用地转向损毁土地三者共存的状态。2)各种土地利用转换类型在地域分布上呈现趋同性与差异性,并依据趋同性与差异性划分了农用地转建设用地区,农用地转损毁土地区,农用地互转区。3)农用地减少主要以耕地减少为主,耕地减少主要受到生态退耕、建设用地占用、采煤损毁等活动的影响。建设用地增长一是受到保障城镇发展和空间拓展的影响;二是受到新农村建设、农民建新房改善居住环境及"抢盖抢建"的影响。损毁土地的增长主要与煤炭资源开采规模扩大紧密相关。该研究成果可为研究区土地可持续利用及生态环境保护提供参考。

黄土高原水蚀风蚀复合区几种树木蒸腾耗水特性

利用PT茎流仪、LI-6400光合测定系统和LI-1400气象工作站对黄土高原水蚀风蚀复合区河北杨、小叶杨和山杏3种树木生长季节树干液流特征、叶片蒸腾速率及其环境因子进行测定。结果表明:典型天气3种树种树干液流昼夜节律明显,夜晚有微弱的稳定的树干液流存在,单双峰规律不明显,3树种树干液流启动和停止时刻基本一致,树干液流速率启动时间为7:00左右,停止时间为20:40左右;3树种平均树干液流速率分别为(3.65±0.40)kg.h-1、(2.22±0.21)kg.h-1、(1.63±0.13)kg.h-1,日单株蒸腾耗水量分别为(49.29±5.42)kg、(30.64±2.92)kg、(22.19±1.73)kg;阴雨天气对树木蒸腾耗水影响较大;树干液流与环境因子日变化规律相吻合,树干液流启动和停止特征时刻滞后于各环境因子对应的特征时刻,但滞后时间长短不一,而峰值特征时刻则早于各环境因子对应的特征时刻;树干液流与光合有效辐射、大气温度、土壤温度及风速呈显著正相关,与大气相对湿度呈显著负相关,环境因子与树干液流速率相关性依次排序为:光合有效辐射>大气温度>大气相对湿度>土壤温度>风速。

邹城市矿粮复合区土地利用变化及生态系统服务价值分析

以山东省邹城市为试点，依据1990~2005年土地统计资料对该市矿粮复合区生态系统服务价值进行分析。结果表明，矿粮复合区内土地利用结构变化较快，具体表现为耕地的快速减少，水域和未利用土地大幅度增加。由于水域面积的增加，15a间复合区生态系统总服务价值呈现增长趋势；在土地利用类型中耕地的贡献率最大，在70％左右，其次为水域，且这2种类型贡献率变化最大，林地的贡献率在复合区内最小，一般在5％左右；生态服务功能在复合区和非复合区之间差别最大的是水分调节功能；在所有乡镇中废物处理和土壤形成功能都处于主导地位，废物处理功能大幅度增加，而土壤形成功能逐渐减少；复合区中生物多样性和娱乐功能有所增加，食物生产功能略有下降。

北方农牧交错带风水蚀复合区水土流失现状与综合治理对策

风水蚀复合区是中国北方农牧交错带的一部分。区域的东面与南面毗邻水蚀地貌形态,东南界为沙漠化土地发生、发展的东南界;区域的西面与北面与风蚀地貌形态接壤,西北界为旱作农业的西北界。复合区包括74个县(旗),面积42.77万km2,总人口2400万(2004年)。主要生态问题为:沙漠化持续发展,沙尘暴频发;土地退化严重,承载力急剧下降;生态环境恶化,自然灾害频繁。复合区水土流失的主要特点表现为风水蚀在时间上交错,空间上叠加。受侵蚀营力系统与环境系统的制约,水土流失类型表现出明显的地域分异规律。2000年水土流失面积26万1517.35 km2,占全区土地面积的61.14%;复合区每年流失土壤11.97亿t,其中水力侵蚀量5.55亿t,风力侵蚀量6.42亿t。近20多年来,复合区大部分地区的水土流失面积有所减少,侵蚀强度有所降低。随着国家加大生态建设的力度,预计在未来的十到几十年,复合区的水土流失态势将呈现逐步逆转的趋势,但局部的水土流失状况依然很严峻。风水蚀复合区水土流失治理要以预防为主、保护领先为原则,生物措施、农业技术与工程措施相结合综合治理,把国家的生态需求与农户的经济需求相结合,依法协调经济开发与环境保护的关系,注重科学研究,提高科技含量。根据风水蚀复合区现状,提出了一些治理工程项目,主要包括复合区黄河粗泥沙综合治理工程和生态修复工程。这些工程的实施,将大大减少进入黄河的粗泥沙量,风水蚀复合区水土流失状况可以得到改善。

矿-粮复合区采煤塌陷损毁耕地分级研究

根据采煤塌陷理论和采煤对矿区环境造成的影响研究,对高潜水位煤粮复合区损毁耕地成因及破坏程度进行阐述和分析,结合已有的矿区损毁耕地评价指标体系,基于评价指标建立原则,选取地表倾斜、地表下沉及潜水位埋深为高潜水位地区采煤塌陷耕地损毁程度评价指标,并对损毁程度进行了分级:轻度、中度和重度损毁。以山东省西南部某矿区为例,借助Arc GIS分析工具,建立了综合评价结果适宜性函数,对煤粮复合区采煤塌陷耕地损毁程度进行了评价,并对评价结果进行了可视化显示,结果表明:截止2005年,研究区采煤塌陷损毁耕地面积约为23 km2,其中轻、中、重度等级损毁面积分别为6.7、5.7和10.6 km2,随着煤矿开采的继续,耕地损毁面积仍在持续增加,而损毁程度也在逐渐加深。基于评价结果,提出了适合于高潜水位矿区耕地保护的一些建议。

矿农复合区农户耕地利用集约度影响因素分析——以晋城市泽州县22个村为例

[目的]矿农复合区耕地利用方式关系区域生态经济可持续发展,分析不同生计类型农户耕地集约利用水平及影响因素对协调区域人—地矛盾、提高耕地资源利用率和推进土地有序流转具有现实意义。[方法]以晋城市泽州县长河流域22个村为研究区,基于385份有效农户问卷,选用mlogit多值选择模型分析影响矿农复合区农户耕地集约度的因素。[结果]矿农复合区不同农户类型的耕地利用集约度及其内部结构存在较大差异,基本呈现人力资产型>矿农复合型>自然资产型>基本型>缺失型的规律。制约耕地利用集约度的因素包括农户家庭土地资源禀赋、劳动力状况和采煤土地损毁情况,政策因素对其影响不显著。[结论]应加大对缺失型和基础型农户的土地修复补偿费,加快健全土地流转市场,形成以发展型农户为主体的家庭农场,进而提高农民农业生产积极性和耕地利用集约度。

中国北方农牧交错带风水蚀复合区的粮食与退耕还林(草)问题

中国北方农牧交错带风水蚀复合区是一个非常特殊的生态脆弱区,通过对该类型区60个典型县域的实地考察和统计资料分析表明:①该类型区的人均粮食产量自给有余,但粮食单产较低,较高的人均粮食产量是以扩大耕地面积,牺牲生态为代价的,今后粮食增产的主要潜力重点应放在提高水浇地单产上。②从区域和国家生态安全角度考虑,该类型区不适宜大规模开垦耕地,而应在粮食自给的基础上逐渐转变为以牧为主的发展方向,退耕还林(草)正是实现这一重要转变的最有效途径和措施。③农户调查结果表明,退耕对农户粮食产量和家庭经济收入的影响不大,大部分农户能够自觉接受退耕还林(草)政策,但目前正处于相持阶段,仍需要国家给予适当经济补偿。因此,该类型区的退耕还林(草)工程不但不能压缩,而且应该进一步扩大规模,加大投资力度。

矿粮复合区土壤-作物系统重金属污染风险性评价

为分析矿区污染农田农作物生产的生态安全性,以焦作市中马村矿区的典型农田为例,对矿区农田土壤及植物中Zn、Cr、Cd、Cu和Pb等重金属的质量分数进行了测定,并对重金属污染风险进行了评价。结果表明,根据重金属的单项污染指数,在矿井水污灌农田(F1样地)土壤中Zn和Cd的质量分数达到中度污染水平,Cr的质量分数达到轻微污染水平,Cu和Pb元素质量分数未达到污染水平。在煤矸石污染农田(F2样地)土壤中Zn、Cr和Cd的质量分数达到轻度污染水平,Cu和Pb元素质量分数未达到污染水平。在矿区公路侧农田(F3样地)土壤中各元素质量分数均未达到污染水平。采用潜在生态风险指数法对土壤重金属污染的生态风险进行评价,F1和F2样地综合生态风险指数分别为239.60和178.42,达到中等水平,F3样地土壤达到轻微生态风险水平。采用单项污染指数和综合污染指数法对小麦(Triticum aestivum)籽粒中重金属风险进行评价,在F1和F2样地中,小麦籽粒中Cu质量分数均未达到污染水平,Pb、Cd和Cr质量分数均达到重度污染水平。Zn质量分数在F1样地中达到轻度污染水平,在F2样地中达到中度污染水平。在F3样地中,小麦籽粒中Cd和Cu质量分数未达到污染水平,Zn质量分数达到轻度污染水平,Pb、Cr质量分数达到重度污染水平。从综合污染指数评价来看,F1、F2和F3 3个样地小麦籽粒中重金属污染综合指数均达到重度污染水平。评价结果对科学治理矿区污染土壤,确保矿区农田生态安全、粮食生产安全具有重要意义。

矿粮复合区农田恢复与污染防治

矿粮复合区农田恢复与污染防治,是中国当前土地复垦的重要内容。根据中国几十年的土地复垦经验与研究进展,国家发展的需要,当前中国矿粮复合区存在的问题,提出矿区农田恢复工程与固体废弃物处理过程中的环境质量影响方式,复垦农田景观格局标准和复垦农田生态立体集约化模式;针对农田恢复工程中机械使用存在的环境问题,提出主要机械施工中应采取的环保措施;阐述了农田无污染充填与动态充填技术及环境保护要求,并提出复垦农田生态重建质量控制措施,以促进矿区农田持续利用。

中国典型市域煤粮复合区耕地损毁及其影响

为了揭示煤粮复合区耕地损毁状况及其影响,引起各方对这一特殊区域的重视,以济宁市为例,基于开采沉陷学理论,采用实地调查法、万吨塌陷率预测等方法进行了系统分析和计算。结果表明:至2020年,采煤累计塌陷耕地数量约为25 934 hm2,矸石压占及矿区建设占用耕地约1 096 hm2,塌陷区土壤质量、耕地生产能力下降,土地利用方式、粮食生产、社会稳定都将受到极大影响。研究结果将为同类区域土地利用总体规划中耕地保护指标分配、规划方案制定以及政府相关决策提供参考。