黄土高原矿区生态系统服务价值的时空变化——以平朔矿区为例

开展矿区生态系统服务价值的时空分析对保护矿区生态环境、提升矿区生态系统功能具有重要意义。基于遥感数据和土地利用数据,采用3S技术、价值当量法和生态贡献度等方法,对黄土高原典型矿区——平朔矿区1990—2020年生态系统服务价值进行研究。结果表明:(1)1990—2020年平朔矿区6种土地利用类型面积变化迥异,耕地面积减少最大(1122.72 hm2),建设用地面积增加最大(2044.23 hm2)。(2)平朔矿区生态系统服务价值呈先下降后上升态势,由1990年的19562.43×104元减少到2010年的11265.40×104元,再增加到2020年的15755.47×104元,1990—2010年下降的主要原因是建设用地和草地的生态系统服务价值大幅减少,2010—2020年增加的主要原因是矿区实施了大量生态恢复治理工程。(3)1990—2020年平朔矿区除保持土壤价值增加外,其他各单项生态服务价值均有不同程度的减少,其中水源涵养、净化环境、生物多样性价值减少幅度较大,分别减少了115.84%、69.92%、18.29%。(4)1990—2020年平朔矿区生态系统服务价值的空间分布呈现南北高、中部低的特征。(5)平朔矿区草地、建设用地和林地的生态贡献度分别是-41.52%、-34.49%和-10.09%,三者是主要的贡献因子和敏感因子。

平朔矿区生态系统服务的权衡与协同关系

深入研究区域生态系统服务的权衡与协同关系,对实现生态环境保护与社会经济发展“双赢”具有重要意义.以平朔矿区为研究区域,以生态系统服务为研究对象,基于价值当量法和权衡协同度,对平朔矿区生态系统服务的权衡与协同关系进行研究.结果表明:(1)1990年—2020年平朔矿区生态系统服务价值减少了3806.96×10^(4)元,其中水源涵养减少最大(2091.01×10^(4)元);(2)1990年—2020年平朔矿区生态系统服务以协同为主(占80.25%),水源涵养与其他生态系统服务的协同度最大,而保持土壤与其他生态系统服务的权衡度最大.定量评估生态系统服务的权衡与协同关系,有助于矿区生态管理科学化、生态效益最大化.

平朔矿区景观生态风险时空演变特征分析

为了有效评估矿区景观生态风险,优化矿区景观格局,维护矿区景观结构生态功能,以平朔矿区为研究对象,基于其2000年、2004年、2010年、2015年、2021年的遥感影像分析研究区2000-2021年期间的土地动态变换特征,通过ArcGIS网格分析法构建研究区景观生态风险指数,利用半变异函数和空间自相关等方法分析研究区景观生态风险的时空特征,结果表明:平朔矿区以草地、耕地为主,研究期间土地转移以草地、耕地相互转化为主,工业用地、采矿用地为次要转入类型;景观生态风险整体以较低、中等、较高为主,景观生态风险转移以较低、中等相互转化为主,较高生态风险转移面积出现较大幅度的增加;生态风险值聚集以高-高聚集和低-低聚集为主,低-低聚集重心由东南向东北、西南转移,高-高聚集随着露天采矿区中心的移动范围逐渐扩大。

大型露天煤矿生态系统受损研究——以平朔露天煤矿为例

矿区受损生态系统的恢复与重建是脆弱生态环境综合整治的重点和难点。１３ａ的平朔露天煤矿受损生态系统定点研究表明，大型露天煤矿生态系统演变过程为３个阶段、４个类型。生态受损引发因子包括挖损、压占、占用和污染。生态受损特征表现为原生境在１００ａ左右的时间尺度下，以每年７８００万ｍ ３左右的岩土搬运速度，累计消失１６０ｋｍ ２左右。而新形成的生境与原生境相比，虽沟壑消失使地貌形态趋于简单，但重新组合堆置的固相岩土结构松散、地层层序紊乱、地表物质更趋复杂、土壤性质更趋恶化，加之区域性气候干旱，天然植被恢复无法使受损生态系统发生顺向演替，新的侵蚀地貌会加速形成。

平朔煤和生物质共热解实验研究

利用热重分析技术对平朔煤、生物质及两者混合物的热解特性进行了研究,考察了生物质掺混比例对平朔煤热解的影响。结果表明,不同掺混比例下生物质与平朔煤共热解时,平朔煤的挥发分析出温度和最大热解速率对应的温度呈现出规律性变化。将混合样品热解时的实际失重速率曲线与按比例折算后的曲线进行对比,发现实际失重速率曲线与折算曲线有所偏差,并不是平朔煤与生物质热解失重速率的简单加和,说明混合热解过程中有协同作用。同时,利用Coats-Redfern法,对平朔煤、生物质及两者混合物的热解主要阶段用一级反应过程描述,计算其动力学参数,发现反应活化能E和指前因子A随着生物质掺混比例不同呈现出规律性变化,对其规律进行了机理分析,证明了掺混生物质对平朔煤热解起到了促进作用,认为平朔煤与生物质共热解过程存在协同效应。

基于3S的平朔矿区土地利用及景观格局演变研究

研究目的:以2001年、2004年和2009年3个时段的TM遥感影像为主要数据源,采用景观格局指数分析平朔矿区土地利用和景观格局演变的特征,为矿区土地管理、生态重建建设提供必要的科学依据。研究方法:文献分析法,实证分析法。研究结果:矿区范围内林地、草地、建设用地、矿坑采掘区、矿坑边坡、排土场、矿坑剥离区面积增加,耕地、水域、未利用地面积减少;由于受人为因素的干扰,各类型的景观格局有不同程度的变化,整体景观破碎程度增加,景观多样性增加,形状越来越不规则,各斑块类型在景观中呈现均衡化和多样化方向发展。研究结论:在立足长远目的的基础上,土地复垦措施为矿区的生态重建奠定了重要基础,有效地指引了矿区的可持续规划,但是生态重建的社会、经济、生态环境等的多元性决定了矿区土地复垦内容和标准应随其不断调整优化。

基于RS和Markov链的平朔矿区土地利用变化分析及预测

利用2001年、2005年两期TM影像对平朔矿区的土地利用情况进行了监测,结合矿区开采规划,分析了矿区的土地变化的特征,主要表现在:建设用地与未利用地面积显著增加,耕地呈减少趋势,建设用地的增加是以侵占大量农田为代价的.利用空间马尔柯夫模型对平朔矿区2 0 2 1年土地进行预测并结合矿区规划进行修订,结果表明:研究区内土地利用变化以各类型转化为建设用地的趋势最强,在一定程度上显示了研究区的城市化过程和工矿用地的扩张.

大型矿区工业旅游及生态旅游资源开发研究——以平朔矿为例

平朔矿区露天采矿工艺代表了目前国际上最先进的工艺水平和管理水平。矿区在大规模的土地剧动和采煤生产过程中 ,同时进行了生态重建工程 ,展现了人类在生态学原理指导下 ,修复自然、重塑生态景观的能力。平朔矿区第一个开发建设的安太堡露天矿还是在党和国家领导人直接关心下建成的中国第一个中外合资露天煤矿 ,是我国改革开放的产物。本文研究在分析国内外工业旅游及生态旅游发展态势的基础上 ,提出了矿区工业旅游及生态旅游资源开发的美学原则、生态学原则、差异性原则、梯次开发原则和相融合原则 ,较为系统地分析了矿区露天采场、煤炭传输系统、大型排土场、选 (洗 )煤场 ,机电装修区、综合楼工业广场工业旅游资源 ,以及矿区废水循环利用、原生境、重建生境。

反应气氛对平朔煤热解反应性能的影响

在固定床反应器上研究了平朔煤在N2,H2,CH4/CO2和CH4/CO2(catalyst)不同热解气氛下的煤热解性能.主要考察了不同热解气氛下的热解温度和升温速率对焦油、水、半焦产率以及脱硫率的影响.结果表明,甲烷在催化剂的作用下能够产生大量的CHx基团,CHx基团能使煤热解产生的自由基更稳定,从而提高焦油产率.平朔煤在CH4/CO2(catalyst)气氛下热解的焦油产率最高,在600℃的热解温度下,焦油、水、半焦产率和脱硫率分别为33.5%,25.8%,69.5%和25.3%(质量分数),其中焦油产率为相同条件下H2和N2气氛下热解的1.6和1.8倍.

平朔矿区煤中矿物分布及赋存特征研究

为研究平朔矿区煤中煤灰行为特性,为微量元素污染控制提供依据,采用反射偏光显微镜和扫描电镜等手段,对平朔矿区4号煤层中黏土矿物、铝的氢氧化物矿物、方解石、菱铁矿和黄铁矿等矿物的分布和赋存特征进行了研究,同时深入分析了平朔矿区煤中黏土矿物中分散矿物及微量元素的分布特征,以及各种矿物之间的共生、交代作用。研究表明,平朔矿区煤中的黏土矿物主要呈现2种不同的光学性质,但2种黏土矿物中的Si/Al原子比相近,矿物成分差别不大,均以高岭石黏土矿物为主;铝的氢氧化物矿物是平朔二叠纪煤中有代表性的矿物类型,在其他地区煤中比较少见,是煤灰中Al2O3的重要来源,且与方解石、黄铁矿等矿物密切共生。

基于GIS空间分析的矿区环境问题感知研究——以平朔露天煤矿区为例

以山西省平朔露天煤矿区为例,通过问卷调查和实地访谈,运用因子分析、主成分分析方法,对矿区居民的环境问题感知进行分类,并基于GIS分析居民各类环境问题感知的空间差异,探讨其影响因素。结果显示:平朔煤矿区居民的环境污染感知呈单核心结构,地质灾害感知和环境满意度感知呈双核心结构,对生活健康影响感知呈多核心结构。在环境污染感知强、地质灾害感知强的地区,其居民的环境满意度相应比较低,对生活健康的影响感知比较强。煤矿开采历史、环境治理强度、居民点周边采矿活动强度、居民属性特征、地理位置等因素对空间分异均有影响。

平朔矿区生态系统服务功能价值变化研究

矿区是人类活动干扰最强的生态系统之一,矿区的开采利用对经济的发展起到了巨大的推动作用,但同时也对当地环境产生了重大影响。本文以平朔矿区为对象,采用了市场价值法、成本法和影子工程法等研究了该区域1985—2005年土地利用变化所引起的生态系统服务价值的变化。结果表明,1985—1990年矿区总的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,到2005年时为311090.05万元。复垦地的增加带来了良好的生态效益,改善了生态环境,提高了生态服务价值,减少了因受损地增加而产生的负面作用。

矿区不同复垦模式下大型土壤动物功能类群及其分布研究——以山西省平朔矿区为例

研究目的:研究矿区不同土地复垦模式下大型土壤动物的功能类群及其空间分布,揭示大型土壤动物对维持矿区土地复垦后土壤生态系统结构和功能的作用。研究方法:功能类群分析法、群落多样性指数法。研究结果:以平朔矿区为案例区,通过动物分类和群落多样性指数等方法分析了不同复垦模式下的矿区生态系统大型动物类群分布特征。矿区大型土壤动物有2门4纲10目29类,分为腐食性、植食性、捕食性和杂食性4个功能类群,不同功能类群数量占总数的比例自高到低为杂食性(33.74%)>植食性(32.10%)>捕食性(31.69%)>腐食性(2.74%),数量自高到低为植食性(12)>捕食性(11)>杂食性(4)>腐食性(2)。从水平方向分布特征来看,植食性动物在类群数量上为混交林>刺槐纯林>原地貌小叶杨纯林,杂食性动物在类群数量上原地貌小叶杨>刺槐纯林>混交林,捕食性动物在各样地中分布比较均匀;从垂直方向分布特征来看,除杂食性外,其他类群都具有明显的表聚性,在各样地中原地貌表聚性最不明显。相似性指数表明生态恢复系统中土壤动物群落相似性整体较低,原地貌与纯林的相似性指数除植食性外其他都高于混交林的复垦模式。研究结论:复垦模式的选择对土壤大型动物群落的形成具有至关重要的意义,研究可为矿区土地复垦后生态系统的恢复与重建提供科学依据和决策参考。

自移式破碎机半连续工艺在平朔东露天矿的应用前景

论文针对平朔东露天矿开发需要,分析了自移式破碎机半连续工艺在该矿应用的可行性与经济效益。随着露天矿逐步向深大发展,单斗-卡车工艺逐渐显现出成本高、容易受燃油供应影响等缺点,结合平朔东露天矿区特点,自移式破碎机半连续工艺所具有的效率高、成本低、污染排放少等优势能较好解决这一问题。根据资源赋存条件和开发规模,研究认为东露天矿半连续工艺应采用PH4100XP系列单斗挖掘机匹配生产能力8000t/h的自移式破碎机;经济评价结果表明,东露天矿4煤顶板以上岩石剥离台阶采用自移式破碎机半连续工艺可节省运营费用2000万元/a。

平朔矿区典型样地表层土壤理化性质变化研究

通过对平朔矿区原地貌、未复垦及不同复垦模式下典型样地表层土壤在0-10 cm和10-20 cm处的容重、田间持水量、有机质、全氮和碳氮比的特征进行横向、纵向与综合分析，揭示复垦土地表层土壤理化性质的变化规律。结果表明，未复垦样地除了容重以外的其他理化指标均值都低于原地貌样地和复垦样地；复垦样地中土石混排的林地表层土壤中有机质含量最高。各样地容重在0-10 cm均值都低于10-20 cm土层；仅未复垦样地的田间持水量均值在0-10 cm低于10-20 cm土层；有机质、全氮和碳氮比在0-10 cm的均值一般高于10-20 cm土层。原地貌样地中容重与田间持水量和有机质呈显著负相关；未复垦样地中容重与土壤化学指标呈极显著正相关，而田间持水量与其他指标呈极显著负相关；复垦样地中指标的相关性类似原地貌样地，只是容重与全氮之间呈显著负相关。建议土石混排方式下的复垦方向为林地，以纯土壤为复垦物质条件下的最初复垦方式为草地，在复垦10年后可考虑改变土地利用方式为耕地。

平朔矿区复垦林地蛾类调查及多样性分析

2007年6—9月利用灯诱法对平朔矿区复垦林地蛾类昆虫种类进行了调查,共采集蛾类昆虫12科155种。区系组成分析结果表明,该地区蛾类昆虫群落以夜蛾科为优势类群,尺蛾科、天蛾科、螟蛾科、枯叶蛾科、木蠹蛾科、毒蛾科这6科为常见类群。利用多样性指数对不同样地蛾类群落结构进行了分析,结果表明,复垦时间和复垦模式对蛾类昆虫群落的多样性影响较大。

平朔矿区工业—生态产业链的结构设计与实证

矿区工业—生态产业链的结构设计是解决矿区传统经济发展方式与生态环境之间尖锐矛盾的有效途径。以平朔矿区为例,从循环经济角度,分析矿区工业—生态产业链结构设计的必要性和可行性,探讨矿区工业—生态产业链结构设计的目标、原则和依据。在矿区现有资源和条件基础上,构建两条相互依存的产业链:1)以煤为主,电、化、硅铝、建材并举的黑色工业产业链;2)以土地复垦与复垦土地利用为主,种、养、加一体化的绿色生态产业链。对产业链的结构、功能和效益进行分析,提出了在矿区工业—生态产业链实施过程中应注意的关键问题。

村庄与人口搬迁对平朔矿区景观格局变化的影响

研究目的:研究因矿区扩大生产规模引致村庄和人口迁移对于矿区景观格局变化的影响。研究方法:以山西省平朔矿区为例,结合其开展的三次村庄和人口搬迁,通过1987年、1996年、2001年、2005年、2010年的陆地卫星TM影像数据分析,采用景观格局指数方法,分析平朔矿区土地利用和景观格局的变化。研究结果:1987-2010年,平朔矿区:(1)各景观类型的斑块面积均呈上升趋势,但因受到矿山生产影响的程度不同而各异;(2)矿坑、剥离区、边坡三类景观的形状指数呈上升趋势,复垦地呈缓慢增长趋势,建设用地呈明显的下降趋势;(3)边坡、矿坑、剥离区、矿山复垦地的最大斑块指数呈上升趋势,建设用地先升后降,整体呈上升的复杂态势;(4)各景观类型的聚集度指数缓慢增加,而分割度不断下降。研究结论:由矿区生产规模扩大引致的村庄和人口迁移,对于平朔矿区景观格局的变化具有一定的影响,但并不是直接的主导因素,矿区生产规模扩大的需求和规划才是直接的主导因素。因此,重要的是应当在矿区生产发展规划中加强对矿区生产与人的生活、社会和生态环境协调发展的统筹力度。对于已建的矿区而言,通过加强人、矿和生态环境的协调发展规划和调整,在矿区重建、矿区土地复垦、经济转型发展中,仍然能在较大程度上促进现有矿区的社会经济和环境的协调发展。

矿区土地复垦与复垦土地的再利用——以平朔矿区为例

系统分析了1986—2008年平朔矿区土地复垦与复垦土地再利用的研究经历,包括在中美合资、国家"八五"、"九五"、"十一五"科技攻关和科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、教育部重点和重大项目培育基金项目以及土地资源可持续续利用产学研基地项目不同阶段的研究内容及侧重点;从规划设计、资金运行、产、学、研、复垦技术、实施效果等方面总结了平朔矿区土地复垦工程的特色和经验;从复垦土地资源可持续利用、矿区居民搬迁安置、矿区失地农民再就业和构建和谐矿区角度,提出了矿区土地复垦与复垦土地再利用急需研究的问题。

平朔矿区煤炭矿山地质环境现状调查研究

为了科学应对与合理解决平朔矿区煤炭开采与环境保护之间的矛盾,开展了矿区地质环境现状调查。在此基础上,归纳总结了平朔矿区面临的煤炭矿山环境地质问题,主要分为地面塌陷问题、含(隔)水层结构破坏问题、固体废弃物问题、液体废弃物问题、露天采坑占地与边坡稳定性问题以及矿区次生地质灾害问题等六大类,并对矿区每类环境地质问题的治理情况进行了详细叙述,以期为同类矿山环境地质问题的治理提供有益借鉴。