基于大样本的露天开采植被扰动范围一般性统计规律——以神东煤炭基地为例

露天开采对植被的扰动范围对于矿区生态环境治理与修复具有重要意义。现有研究主要以单个或若干个煤矿为研究对象,所得结论仅能反映个体煤矿的特点,缺乏对区域尺度上大量露天煤矿的开采扰动一般性规律研究,难以在实践中推广使用。针对上述问题,本研究根据临近煤矿分布特点与生态扰动类型,定义了4种类型的露天煤矿区OD-NDVI曲线(Orientation Distance-Normalized Difference Vegetation Index Curve),包括“负独立型曲线”、“负密集型曲线”、“正独立型曲线”和“正密集型曲线”,并提出了基于OD-NDVI曲线的开采植被扰动距离提取方法,包括数据预处理、OD-NDVI曲线提取、曲线分类与开采扰动距离识别4个主要步骤。以神东煤炭基地106个露天煤矿为研究对象,提取所有煤矿的开采扰动距离并进行定量统计分析,揭示了研究区露天开采对植被扰动范围的一般性统计规律。结果如下:(1)采用Shapiro-Wilk统计检验方法进行显著性检验,发现神东煤炭基地露天煤矿的开采扰动距离符合正态分布(R^(2)=0.95),开采扰动距离大多在均值1 214 m附近,且68.26%的开采扰动距离分布在[939.05 m, 1 488.71 m]内(均值的1倍标准差内);(2)借助箱线图统计,揭示了露天煤矿的开采扰动距离存在有界性特点,最大值为2 025 m,最小值为600 m,仅有0.13%的开采扰动距离大于2 038.37 m(超过均值3倍标准差);(3)通过分析露天煤矿在8个方向上开采扰动距离的变异系数,发现其开采扰动距离存在显著的方向异质性,70.7%的煤矿方向开采扰动距离存在较强或中等方向异质性,仅有29.3%存在弱方向异质性;(4)通过拟合建模分析,发现开采扰动距离与实际年产煤量存在显著的对数模型关系(R^(2)=0.613),随着煤矿的年产煤量增长,其开采扰动距离呈对数增加,但在年产煤量增加至232万t后,年产煤量对扰动距离无明显影响作用。基于大样本露天煤矿的统计分析结果具有更强的普适性和精细度,有望为干旱半干旱煤矿区的分级分区治理、精准修复、生产计划优化等提供科学指导。