基于可见光影像的木里矿区排土场植被覆盖度提取研究

为了快速准确提取木里矿区排土场的植被覆盖度,基于无人机可见光影像,选择过绿指数、过绿减过红指数、可见光波段差异植被指数和归一化绿红差异指数,将植被指数时序图交点法和样本统计法相结合进行阈值分割,从而提取植被覆盖度,并对提取结果的精度进行验证。结果表明:可见光波段差异植被指数的提取精度最高,达到95.83%,Kappa系数为0.92。由此可见,利用可见光波段差异植被指数,将植被指数时序图交点法和样本统计法相结合的方法适用于提取木里矿区排土场的植被覆盖度且精度较高。研究结果可为高寒矿区排土场植被覆盖度的精确提取提供一定的参考。

基于突变级数法的青海木里矿区冻土环境评价

为探索矿区冻土环境评价的方法和理论,应用突变理论对冻土环境进行了分析.基于由冻土冻融侵蚀敏感性、冻土热稳定性和冻土生态脆弱性3个子系统组成的青海木里矿区冻土环境评价指标体系,建立了木里矿区冻土环境评价突变模型.利用文献资料和野外考察资料,采用突变级数法,通过突变模型的归一公式建立了评价等级标准(理想状态、良好状态、一般状态、较差状态、恶劣状态),并对木里矿区冻土环境进行了综合评价.研究结果表明:木里矿区冻土环境质量为一般状态;与其他环境评价方法相比,突变级数法只需对评价因子进行重要性排序,在一定程度上避免了权重赋值的主观性.由于冻土环境的特殊性,应用突变级数法对矿区冻土环境进行评价更加地科学和有效.

木里矿区生态修复监测体系构建与实践

木里矿区生态修复是一项长期和复杂的工程,对其进行有效的监测和评价是推动矿区生态修复的必要手段。通过组建监测队伍、搭建监测平台、优化监测指标、完善监测网络等多级监测体系,已初步形成“天-空-地一体化”监测网络,有效开展长期监测。监测内容主要围绕木里矿区种草复绿过程,即工程实施与完成情况、土壤改良成效、种草复绿成效、植被稳定性和自我更新能力及管理目标5个方面进行监测。此外,即将建设的国家级青海木里草原生态系统综合观测研究站,将为强化木里地区长期生态监测工作,提供必要的研究设施和稳定的研究平台。

不同施肥组合对木里矿区人工植被和土壤微生物特征的影响

针对高寒矿区渣山植被恢复困难问题,在青海木里矿区设置有机肥、硫酸亚铁双因素随机区组试验,对比不同施肥处理下人工植被生长状况、土壤微生物的Alpha、Beta多样性及主要门和属水平优势种。结果表明有机肥M3(3kg/m^(2))处理下植被高度、盖度及地上生物量分别是M0(对照)处理的2.1倍、6.2倍和3.7倍;有机肥处理显著提高细菌Chao1指数和Shannon指数,真菌Chao1指数在M1F2(1kg/m^(2)有机肥+100 g/m^(2)硫酸亚铁)、M2F0(2kg/m^(2)有机肥+0g/m^(2)硫酸亚铁)、M3F0(3kg/m^(2)有机肥+0g/m^(2)硫酸亚铁)处理下显著提高。与自然山体相比,细菌Chao1指数和Shannon指数在不同处理下均得到较好恢复,真菌Chao1指数和Shannon指数差异显著。有机肥处理显著提高拟杆菌门、假节杆菌属、农杆菌属、子囊菌门及微囊菌属等微生物相对丰度;硫酸亚铁处理显著提高放线菌门、假节杆菌属、青霉属及附球霉属相对丰度;有机肥和硫酸亚铁交互处理显著提高拟杆菌门、农杆菌属及微囊菌属相对丰度。细菌Shannon指数与植被高度、盖度及地上生物量之间存在极显著正相关关系。

祁连山木里矿区冻土资源分布特征及其环境效应

祁连山冻土资源广泛发育,冻土类型受地貌、地下水、岩性、地表植被等条件的影响复杂多变。近年来,在全球气候趋于变暖和人类活动的综合影响下,祁连山冻土资源面临着稳定性降低,多样性遭受破坏等问题,由此导致植被面积减退、水土流失加剧等。因此,保护祁连山地区冻土资源,建立长期动态监测体系迫在眉睫。本文利用以往钻孔测温及热红外遥感影像资料,对祁连山木里矿区冻土资源的特征、类型、分布、生态环境效应,以及人类活动对其产生的影响进行了探讨,以期对祁连山地区冻土资源保护提供参考资料。

木里矿区生态环境受损特征及治理方法研究

木里矿区地处黄河重要支流大通河的发源地,是祁连山区域水源涵养地和生态安全屏障的重要组成部分,生态地位极为重要。由于无序、掠夺式开采引发了一系列生态环境问题,如地貌景观的破坏、植被破坏、土地损毁压占、冻土退化、水系湿地破坏、边坡失稳(滑坡、崩塌)等。文章对木里矿区的生态环境特点及煤炭开采引发的生态环境受损特征进行了深入分析,提出了"地质+生态""自然恢复+工程治理"的治理思路,并以木里矿区江仓一号井为例,构建了"采坑回填缓坡+边坡与渣山整治+土壤重构与植被复绿+湿地与岩壁景观塑造"治理模式。

青藏高原木里矿区及其周边土地覆被变化及景观格局脆弱性响应

矿区开发会导致周边土地覆被及景观格局发生剧烈变化,但目前对青藏高原典型矿区及其周边土地覆被长时间序列变化缺乏动态监测,尤其缺乏对景观格局脆弱性响应特征的深入认识,因此无法针对矿区合理开发和生态修复等提出有效的科学指导。通过遥感技术和土地变化科学研究手段,以及景观格局脆弱性概念,对青藏高原北部木里矿区及周边1975-2016年土地覆被时空变化和景观格局脆弱性进行分析和评估。结果表明:木里矿区在2000年后剧烈扩张,导致周边土地覆被面积缩减,其中高寒草甸湿地面积损失最大,其次为其他和高寒草甸。矿区开发对周边生态系统的间接影响效应在逐渐增大,表现为水域面积减少,高寒草甸湿地出现退化以及矿区发生少量逆转。受矿区扩张影响,区域景观格局脆弱性不断增强,可能对周边生态系统服务功能产生负面影响。因此,未来矿区的生态修复和规划过程中,应当优化景观格局,降低景观格局脆弱性。研究成果可为青藏高原及其他生态脆弱地区的矿区合理开发规划及生态修复等工程提供一定参考。

高原高寒木里矿区生态治理中土壤重构治理效果研究

青海木里矿区海拔高、气候寒冷、生态环境脆弱,并且经过多年的露天开采,聚乎更矿区土壤层被大规模剥离,对整个生态系统扰动剧烈,失去了土壤原有的功能。遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念,以“自然修复为主、人工修复为辅”的治理原则,对聚乎更八号井、九号井进行土壤重构,其限制性因素包括含石率较高、土壤板结、地表土不足、土壤团粒结构差四个主要问题。针对存在问题,提出了将渣土+基质土+有机肥+牧草专用肥充分混合以达到土壤重构。实践结果表明,该方法的实施提高了土壤各项指标含量,取得较好的复绿效果,生态服务功能得到了显著提升,促进了生态系统向正向演替发展。相关研究成果可为高原高寒生态破坏区土壤重构提供研究实例。

木里矿区井工矿建设可行性研究

针对木里矿区在国家环保政策和当地环境容量等因素影响下采用露天开采困难大等问题,对木里矿区采取井工开采的开拓方式、开采工艺、技术难题进行分析和研究,最终认为该矿区井工矿建设可因地制宜采用斜井开拓,应以片盘斜井、区段石门为主要开拓方式,井下布置1～2个伪斜综采或综放工作面保证矿井生产能力。通过投资测算和财务评价,认为该矿区井工矿建设有一定经济效益,但技术难度大、吨煤投资高、外部市场不确定等问题突出,目前启动大型井工煤矿建设还应进一步科学论证、慎重决策。

木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质的研究

冻土因其独特的工程性质成为所有寒区工程面临的一大难题,深入研究和解决冻土问题成为了寒区工程的关键。冻土(岩)测试主要是获取岩土体在冻融条件下,岩土体物理力学性质的变化情况,为露天矿在服务年限内安全开采以及相关设计提供依据。该文主要对木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质从力学参数及地温监测两方面进行研究,为该露天矿边坡稳定的研究做基础。

青海木里矿区义海煤矿下1煤的煤相及古泥炭沼泽演化

煤相及相关地球化学特征,是指示古泥炭沼泽条件的重要标志。基于木里矿区义海煤矿下1煤层的显微组分特征、煤相和地球化学等测试分析结果,对该煤层的煤相及古泥炭沼泽演化开展精细研究。结果表明,下1煤层垂向显微组分含量构成5个演化旋回,对应煤相演化的5个阶段。时间序列上,下1煤层的沼泽水体的水介质条件呈现出波动式变化,且这种波动式变化与煤相阶段及煤岩组分垂向分段存在一定的吻合,第Ⅰ、Ⅱ阶段水动力条件经历了由弱变强的演化过程,第Ⅲ~Ⅴ阶段水动力条件由弱至强再减弱的演化趋势,阶段内部存在不同程度的波动变化。

协同治理视域下青海省生态环境保护的路径优化研究——以木里矿区为例

习近平生态文明思想是习近平新时代中国特色社会主义思想的重要组成部分。习近平总书记在青海考察时强调“青海最大的价值在生态,最大的责任在生态,最大的潜力也在生态”。然而,南麓腹地的青海木里煤田聚乎更矿区非法开采,大规模、破坏性的煤矿露天非法开采,使黄河上游、青海湖和祁连山水源涵养地局部生态环境遭到破坏。事件反映出目前青海省主要普遍按照以政府为主导的单一化保护主体来进行立法保护生态环境,忽略生态环境及资源要素之间的内在联系和相互影响以及区域间各主体持续性合作的重要意义,因此建立健全生态环境协同保护机制是青海省当下学政两界亟需考虑解决的问题。文章基于习近平生态文明思想和生态协同治理理论,以木里矿区非法采煤事件为例,通过凝聚高效生态环境治理合力,充分发挥不同主体的独特优势,对应提出青海省生态环境协同保护的优化路径,构建良性互动的环境保护路径。

高寒高海拔地区植被修复技术及安全风险控制措施探究——以青海木里矿区治理为例

青海木里矿区属高寒高海拔地区,采坑及排土场难以形成有效的植被覆盖。针对该问题进行了高寒高海拔地区植被修复技术研究及施工安全风险分析:对采坑及排土场进行回填、削坡、修建排水沟;遵循气候自然环境适应性原则,选择本地经济效益高的4种高原草种;种草基质层经土壤改良后抹平,混合播种,浅耕镇压后铺设无纺布。施工后形成较为稳定的植被群落,根系发达,出苗率70%以上,植被盖度60%以上,每平方米株数5000至30000株。该植被修复技术可在青藏高原地区矿山生态恢复、地质灾害治理、公路轨道交通、市政建设等工程中推广应用。

祁连山南麓露天矿区高寒草地植被生态系统稳定性研究——以青海木里-聚乎更矿区为例

高寒草原矿区生态安全问题一直备受关注,开展高寒草原矿区植被生态系统稳定性研究,能够深刻揭示露天采矿活动及其生态修复工程对高寒草原矿区植被生态系统的影响。以祁连山南麓青海木里-聚乎更矿区为研究区,通过分析煤矿开采前至修复完成后2002—2022年共9期Landsat遥感影像,基于归一化植被指数(NDVI)数据的网格化处理,以NDVI的均值(μ)、均方差(σ)和相对涨落值(δ)3个植被稳定性指数为依据,开展煤矿露天开采与整治修复过程对矿区植被生态系统稳定性的影响研究,揭示煤矿开采前至修复治理后全生命周期矿区植被生态系统变异性与稳定性特征,并对比两次生态修复的效果。结果表明:①矿区天然草地背景区植被生态系统处于宏观稳定状态,NDVI相对涨落值δ<0.45;②与天然草地背景区相比,煤矿开采后矿区NDVI相对涨落值明显增加,与背景区阈值的差值可达0.97,说明矿区植被生态系统失稳;③2015—2017年第一次修复治理后,矿区NDVI相对涨落值未能有效降低,该值范围为0.28~1.10,覆土+人工建植在高寒草原矿区修复效果不显著;④2020—2022年第二次修复治理后,矿区植被生态系统稳定性明显改善,治理区NDVI相对涨落值降低至与天然草地背景区相似水平(0.07~0.59),矿区植被生态系统稳定性排序为矿区坑底平台>矿区矿坑斜坡>矿区渣山;⑤土壤改良显著提高了各地形条件下植被生态系统的稳定性,促进植被正向演替,地形是影响矿区植被生态恢复的主要因子,可通过优化矿区渣山与阴坡斜坡的治理措施来进一步提升矿山受损植被生态系统的恢复效率。研究成果可为我国高寒草原矿区的资源合理开发和生态建设提供科学依据。

露天矿区生态地质层修复中地形重塑层的构建技术及应用

露天地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变,造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境,还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏,且存在滑坡、垮塌等地质隐患和灾害。针对这些问题,从地质角度提出通过构建地形重塑层实现开采后矿山地形地貌重塑的思路与方法,应用形成的地形重塑层修复关键技术,在青海木里高原高寒露天矿区生态环境治理与修复中取得显著效果。首先定义地形重塑层,即是对地貌起伏形态、采坑和渣山边坡等的稳定性和安全性起控制作用的复杂成形曲面。地形重塑层是一个复杂不规则且动态变化的重构层,是生态地质层修复的一种情况。提出地形重塑层的构建思路与方法:(1)通过空-天-地一体的地质勘查与监测手段,对矿山开采后的采坑、采坑边坡和渣山等情况进行系统的勘查、监测和评估。(2)根据治理对象的不同,对修复的目标地质体进行分类,本次依据边坡坡体岩性变化和岩层倾向与坡向的关系,将岩质边坡分为4类13型。(3)通过理论计算结合现场勘查测量,确定不同修复地质体的地形重塑层形态与产状。(4)通过覆土复绿,实现采坑、渣山依形就势的综合治理和矿山地形地貌的修复。以青海木里矿区为例,系统论述了地形重塑层构建与修复技术:对采坑坑底的修复,考虑挖损采坑深度和地形现状,设计合理的坑底样式,防止出现二次滑坡或坍塌等地质灾害;对边坡治理与修复,通过理论计算和野外现场观测,确定木里矿区边坡稳定的合理坡角应小于26°,治理时根据不同岩质边坡类型,采用清坡处理、修筑台阶状边坡等方法,保证采坑边坡稳定和后期植被复绿;对于特殊的渣山边坡治理,需要通过构建坚硬的地形重塑层,形成类似鸡蛋壳一样的渣山外壳,以起到稳定地形地貌、防止水土流失和涵养水源的作用。利用遥感影像数据对比治理效果,治理前矿区地形杂乱,边坡坡角大且不稳定,植被退化,经地形地貌重塑治理后,矿区边坡的坡角基本都处于26°以下,植被长势良好,治理效果显著。提出的地形重塑层构建方法和修复技术为高原高寒矿区生态治理和矿山地形地貌的修复提供了新的治理思路与方法。

青海木里煤田聚乎更矿区土壤肥力及重金属风险评价

木里煤田聚乎更矿区在开采煤炭资源的同时,破坏了矿区生态环境。通过对矿区土壤肥力指标及重金属指标的测定,采用主成分分析法、潜在生态危害指数法对土壤肥力和重金属风险进行评价。结果表明:木里煤田聚乎更矿区土壤整体呈碱性,有机质、全氮、速效钾含量较丰富而速效磷含量较缺乏,呈富氮富钾贫磷的特点,三号井田土壤中各肥力指标含量最好;土壤肥力综合得分分别为:哆嗦贡玛井田(-0.113)、九号井田(0.081)、八号井田(-0.369)、五号井田(-0.034)、四号井田(-0.145)、三号井田(0.692),三号井田土壤综合肥力最好;木里聚乎更矿区土壤中6种重金属的生态危害强度由弱到强的顺序为Cr、Pb、Cu、Hg、As、Cd,各井田土壤重金属风险评价结果均为轻微生态危害程度。综上,矿区排土场土壤肥力质量整体较差,重金属处于低风险状态,排土场土壤可作为土壤重构中的充填基质,但需混合牲畜肥料、有机肥来提高重构土壤的肥力质量,研究结果将为木里煤田聚乎更矿区土壤重构和植被修复提供基础与依据。

基于高寒矿区颗粒有机肥和羊板粪配施的无客土重构土壤理化性质分析

为解决高寒矿区恢复植被退化和土壤肥力下降等问题,选用颗粒有机肥与牧区羊圈羊板粪作为试验材料,对青海木里矿区不同坡度改良土进行双因素随机区组控制试验,以期为高寒矿区生态恢复提供理论依据。羊板粪与矿山渣土配比设置4个水平,分别为0∶10(0 m^(3)/m^(2),S0)、1.5∶10(0.03 m^(3)/m^(2),S1)、3∶10(0.06 m^(3)/m^(2),S2)、4.5∶10(0.09 m^(3)/m^(2),S3),颗粒有机肥施用量设4个水平,分别为0 kg/m^(2)(M0)、1.2 kg/m^(2)(M1)、2.4 kg/m^(2)(M2)、3.6 kg/m^(2)(M3),羊板粪与颗粒有机肥两两组合共16个处理。分析不同配施处理下试验小区土壤理化性质和土壤酶活性,研究结果表明:(1)M_(3)S_(2)处理下平地土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度分别是M_(0)S_(0)处理(对照)的3.9、4.1和1.8倍,土壤容重相比M_(0)S_(0)处理降低42.8%;M_(3)S_(2)处理下坡地土壤最大持水量、毛管孔隙度分别比M_(0)S_(0)处理高70.6%和75.0%,毛管持水量是M_(0)S_(0)处理的2.2倍。(2)单施羊板粪及其与颗粒有机肥的配施处理,能提高平地土壤养分含量及土壤pH,M_(1)S_(3)处理下平地土壤全氮、全磷、有机质含量分别是M_(0)S_(0)处理的2.0、1.9和1.9倍,M_(3)S_(2)处理下铵态氮含量是M_(0)S_(0)处理的3.1倍。M_(1)S_(2)处理下坡地土壤全氮含量比M_(0)S_(0)处理显著提高64.3%。(3)平地与坡地土壤脲酶活性分别在M_(1)S_(3)、M_(3)S_(3)处理下显著提高。(4)土壤全氮、毛管孔隙度、铵态氮是影响土壤酶活性的驱动因子。总体来看,矿区平地无客土重构土壤以颗粒有机肥与羊板粪配施M_(1)S_(3)处理效果最佳,矿区坡地无客土重构土壤采用M_(3)S_(2)处理效果最好。

高原高寒矿区生态地质层修复中冻土层构建与应用

冻土层在高寒地区的生态平衡中起着重要作用,但冻土层的修复与保护在高原高寒矿区生态环境治理中经常被忽略,鲜有研究。以木里矿区聚乎更区生态环境综合整治实践为例,通过对原始冻土层的平面分布、垂向分布、地层结构、地温变化等特征的分析,针对破坏的土壤层、地表层、冻土层、煤层顶板岩层等不同研究对象的生态地质层剖面,按照模拟季节性冻土、多年冻土差异变化特征及其生态地质功能的思路,在利用构建人造冻土层和回填层二元结构冻土生态地质层剖面模型的基础上,提出了以冻土概况调查、剖面模型建立、搭接融合、确定回填时间、设计表层保水、布设截排水沟、地貌重塑为流程的人工构建冻土层的修复技术,以实现人造冻土层在物质结构、地下含隔水层结构及水力联系、水源涵养等方面的功能基本达到原始冻土层的水平,同时提供更多对冻土保存有利的条件。采用探坑、钻孔岩心取样和孔内长期地温监测等不同方法手段在以往矿区渣山区和新回填修复采坑内对比实验,证实了原渣山压覆区域多年冻土顶界在稳定抬升,采坑内新回填区已经开始形成新的冻土层;通过对比渣山区自然恢复冻土层和采坑内人工修复冻层形成的时间和厚度,表明人造冻土层构建更有助于该区冻土快速恢复。

青海木里高寒矿区生态修复“七步法”种草技术研究

青海木里矿区经露天开采后,破坏了原有植被和较薄的土壤,脆弱的生态环境遭受严重破坏。为了尽快改善这一问题,实施了新一轮的复绿工程。根据木里矿区现有条件,围绕种草目标,提出了"七步法"种草技术流程:(1)将通过筛选的渣土或就地翻耕捡石改良成厚度为25cm的人工再造土壤基质层(覆土层);(2)修建排水沟,构建排水系统;(3)把每亩用量33m3的羊板粪和平地每亩用量750kg、坡地每亩用量1000kg的有机肥与厚度15cm人工再造土壤基质层采用圆盘耙充分拌和,形成人工再造土壤层;(4)在人工再造土壤层表面撒施与之前相同重量的有机肥;(5)播种;(6)耙耱镇压;(7)铺设无纺布。"七步法"种草技术简化了种草工序,便于施工人员快速掌握和操作,保障了种草质量,降低了成本,节省种草时间,在木里矿区得到了推广,为种草复绿工程按时顺利完成起到了重要的科技支撑作用。

高原高寒露天矿区生态修复及环境影响因素分析

木里矿区聚乎更矿区位于青海省海西州天峻县木里镇境内,经多年露天开采,带来了一系列矿山地质生态环境问题,致使水资源、土地资源、植被资源遭到扰动和破坏,水源含氧功能下降,加重沼泽草甸退化和水土流失。因此,为保护木里地区生态安全,对矿区的生态修复治理不容忽视。