干旱矿区植被引导型修复中干旱阈值的生态机制

生态阈值识别是干旱矿区植被引导型修复中重要技术环节,其中干旱阈值是诸多关键生态阈值中极为重要一项。不同干旱阈值区间矿区植被结构和功能属性会发生变化,明晰不同干旱阈值下潜在生态机制对于干预合理程度及引导修复方向的判定至关重要,现有研究对于对引发这些变化的生态机制缺乏系统梳理。在文献调研的基础上构建干旱矿区植被系统对干旱程度的响应概念模型,将干旱矿区植被系统对干旱度的响应概括为植被衰退阶段、“土壤失调”阶段和“系统崩溃”阶段。植被衰退阶段,主要表现为植被应对极端缺水环境的光合生理适应方式和特性的改变;“土壤失调”阶段,主要涉及土壤和植物之间复杂互馈作用,通过土壤侵蚀途径、灌木入侵途径及生物地球化学途径进行传递;“系统崩溃”阶段,主要由于植物生理极限触发植物-植物和植物-大气的互馈作用,导致系统多样性急剧降低。未来可在典型植物选育、研究尺度扩展、干旱诱导的灌木性状发育机制、干旱诱导的生物地球化学循环突变机制、干旱胁迫解除后植物能够自行恢复其生理活动的时间节点、生物结皮产生机制等方面进行深入研究。综述结果为干旱矿区植被引导型修复干旱阈值潜在生态机制理解提供了一个基本框架,以期为科学判定干预合理程度及引导修复方向提供生态学基础。

神东矿区植被覆盖度时序变化与驱动因素分析及引导恢复策略

国家煤炭开采战略重心西移及集群化、高强度的开采方式,使得西部矿区的地表生态环境呈现出强烈扰动的态势,使本就脆弱的生态环境日趋退化,其中最直观的体现就是对植被影响。传统矿区植被恢复重建其生态恢复效益以及对生态环境影响还有待商榷,可能会形成了植被恢复资金高、投入与恢复低效率的矛盾局面。矿区植被恢复应严格遵循当地自然生态系统发展规律,避免对采后生态系统的再次扰动,科学配置,优化布局、引导恢复生态系统的自修复能力。而弄清煤炭开采扰动区植被覆盖度时序变化,是探索半干旱矿区植被引导型恢复有效方法的重要基础与前提。基于Landsat-NDVI时序数据,以神东中心矿区为研究尺度,分析了不同开采年份采区和非采区植被覆盖度的时序变化,依据不同时序植被覆盖度格点回归斜率、相关系数及标准差,对研究区植被覆盖度变化趋势以及年际波动程度进行评估,并对影响植被覆盖度变化的驱动因素进行了分析。结果得到:从2000—2016年神东中心矿区植被NDVI时序上整体呈物候性周期变化,由于大面积矿区植被重建,2005年后中心矿区植被INDV明显提升,INDV差异值时序变化与该工作面煤炭开采年份密切相关;煤炭开采塌陷对植被覆盖度的影响并不全是负面的,植被覆被度呈降低趋势的区域面积占中心矿区总面积的27.65%;土壤含水量是影响植被生长最重要土壤理化性质因子,其次为有机质含量、全氮含量和容重等;地下水埋深3.2 m和8.0 m为影响神东矿区植被INDV的2个重要阈值,地下水埋深通过影响土壤含水量来实现对地表植被类型的影响;降雨量也是对中心矿区植被覆盖度变化有重要影响的气候因子。半干旱矿区植被引导型恢复首先需要对地表永久裂缝进行识别和治理,创造沉陷区土壤水分恢复的前提条件;然后需要加强对沉陷区植物生长与土壤水分及地下水位埋深之间的耦合关系研究,分析植物生长受到干旱胁迫及植物死亡的相关土壤含水量及地下水位埋深阈值,为土壤含水量与地下水位埋深恢复到何种程度提供依据;植物配置、覆盖度控制可采用高空间分辨率的遥感影像对研究区地表植被进行精细分类,结合植被INDV时序变化趋势及波动程度,兼顾对植被生长立地条件的考虑,以植被INDV呈正向波动区植被组成情况作为的参考依据,且植物配置时尽量选择具有耐土壤贫瘠、抗旱性强、根系发达的本地植物物种;应加强对矿区地下水资源分布的探测,加强对采空区积水的循环利用,有计划地优先开采无、少地下水的区域,从源头减少或延缓对地下水的破坏。