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。

黄土高原煤矿区复垦农田土壤有机质含量的高光谱预测

【目的】针对黄土高原丘陵地多、地形复杂、有机质含量低、采样困难以及因采煤活动引起大面积土地损毁等问题,在土地复垦与综合整治过程中,为快速定量监测与评估复垦农田土壤质量提供一种新的方法。【方法】以山西省襄垣县复垦农田土壤为研究对象,选取由北向南土地损毁中间条带状区域采集样品152个,进行室内土壤农化分析、光谱测定,运用Par Les 3.1软件对光谱曲线进行多元散射校正(multipication scatter correction,MSC)、基线偏移(baseline offset correction,BOC)和Savitzky-Golay filter平滑去噪预处理。对土壤原始光谱反射率(raw spectral reflectance,R)作一阶微分(first order differential reflectance,D(R))和倒数的对数变换(inverse-lg reflectance,lg(1/R)),分析3种不同变换形式的光谱数据与土壤有机质含量的相关性,相关系数通过P=0.01水平显著性检验来确定显著性波段的范围。基于全波段(400—2400 nm)和显著性波段利用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析方法建立该区域土壤有机质含量高光谱预测模型,通过模型精度评价指标:决定系数(coefficient of determination,R^2)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和相对预测偏差(residual prediction deviation,PRD)确定最优模型。【结果】通过P=0.01水平显著性检验的波段范围为:R的400—1 800、1880—2 400 nm;D(R)的420—790、1 020—1 040、2 150—2 200 nm;lg(1/R)的400—1 830、1 860—2 400 nm。光谱与有机质含量的相关系数绝对值最大的波段是R的800 nm;D(R)的600 nm;lg(1/R)的760 nm。进行D(R)变换,光谱曲线的吸收特征更加明显,相关系数在可见光(400—800 nm)波段范围内有所增加,其最大值由0.72提高到了0.82;基于显著性波段的PLSR建模效果优于全波段,其中lg(1/R)变换的预测精度为最佳,具有很好的预测能力,其校正模型的R^2和RMSE分别为0.95、7.64,预测模型的R^2、RMSE和RPD分别为0.85、3.00、2.56;基于全波段的R-PLSR和lg(1/R)-PLSR模型具有较好的预测能力,其预测模型的R^2、RMSE和RPD分别为0.79、3.64、2.10和0.79、3.53、2.17,而D(R)-PLSR模型只能进行粗略估测,其预测模型的R^2、RMSE和RPD分别为0.61、5.43、1.41。综合分析全波段和显著性波段3种光谱数据的预测精度,发现基于显著性波段的R-PLSR、D(R)-PLSR、lg(1/R)-PLSR模型均取得了显著的预测效果。【结论】研究区土壤光谱反射率与土壤有机质含量具有高度的相关性,应用偏最小二乘回归分析方法可以很好地建立土壤有机质含量反演模型。

基于“三生”视角的煤粮复合区土地利用功能评价

[目的]以河南省新乡市赵固二矿煤粮复合区为典型案例区,对该区土地利用多功能性进行研究,为其区域功能发展提供支撑。[方法]基于研究时序统计年鉴等基础数据,从"三生"功能(生产功能、生活功能、生态功能)角度择选出符合不同子功能的15个指标因子,构建出适用于煤粮复合区的评价指标体系。运用全排列多边形综合图示法对研究区2009—2015年间土地利用功能演变进行量化评价。[结果](1)全排列多边形综合图示法评价结果直观、准确、涉及面广且主观随意性低,适用于区域土地利用功能评价;(2)单项指标显示,2009—2015年间,各子功能的指标偏向侧重度均有所改变,但其主导障碍因子稳定不变;(3)7a间,研究区均以生产功能作为区域主导功能,受区域煤炭开采影响土地集约利用综合指数以2012年为分界点总体先增加后减少,变化速率为快—缓—快。[结论]煤炭开采活动对煤粮复合区土地功能利用有重要影响,区域土地"三生"功能变化及区域土地集约利用程度与区域煤炭事业的发展变化联系紧密。

煤粮复合区基本农田保护研究

煤炭开采使我国煤粮复合区内的基本农田破坏严重,通过建立计算模型可以分析其减少的去向和增加的来源。探讨煤粮复合区内基本农田的特征,把区内基本农田的演变过程分为基本农田规划态、基本农田破坏态、基本农田战备态和基本农田恢复态,分析了各个状态基本农田的特点并提出相应建议。