《干旱半干旱草原矿区生态累积效应研究》首先明晰了煤炭开采与草原生态系统空间演变的关系,归纳了草原矿区生态效应累积特征,剖析了关键生态要素累积响应机理;其次分析了东部草原大型矿区开采前后植被演变趋势,探究了煤炭开采活动对矿区植被变化的累积影响程度及影响方式;再次对比解析了不同开采时期的三个典型大型草原露天煤矿区生态系统服务功能变化,揭示了矿区土地生态储存能力对煤炭开采活动的累积响应;最后基于生命周期理论,从宏观和微观角度着重评估了宝日希勒矿生命周期各阶段的地表生态质量及土壤生态风险,划定了内蒙古宝日希勒矿区的地表生态影响范围,提出了相应的生态策略。
《干旱半干旱草原矿区生态累积效应研究》可作为高等学校矿业生态、草原矿区遥感、累积效应量化、环境工程、采矿科学、矿山复垦等相关专业的本科生、研究生的教学用书,也可作为政府机构政策制定者、国家相关矿业管理人员、国内外科研院所的研究人员及现场工程技术人员的参考书。
全球共有八大主要干旱半干旱区,即北非、澳大利亚、西南亚、中亚、中蒙、美国中西部、非洲南部以及南美洲南部。其中,中蒙干旱半干旱区总面积为500万km2。中蒙干旱半干旱区是典型的生态脆弱区,以耐旱的短生长周期植物、牧草等为主。地区水资源匮乏、土地退化严重、植被覆盖度较小,但煤炭资源赋存丰富,总地质储量约9600亿t。这一区域浅层煤炭资源开发加剧了生态负面效应累积并产生广领域的外扩现象,是区域甚至全球不可忽视的重要生态问题。
内蒙古干旱半干旱草原区,既是我国“两屏三带”生态安全屏障区,也是大型煤炭基地和煤电基地的分布区。由煤炭资源开采造成的土地退化、地下水位下降、生物多样性减少等生态问题,经过长期累积和空间外扩,对矿区及周边地区生态造成严重负面影响。针对这一区域生态累积效应的研究已经引起了国家和社会的广泛关注。2019年全国两会期间,习近平总书记参加内蒙古代表团审议时特别强调了内蒙古生态状况直接关系到国家生态安全。2020年党的十九届五中全会提出“推行草原森林河流湖泊休养生息”,草原被置于首位,说明保护草原生态的重要性和紧迫性。因此,研究典型干旱半干旱草原矿区的生态过程与弹性应对机制已成为战略层面的国际问题。
生态环境退化问题是资源开采和其他人类活动的时空叠加、累积影响造成的,具有典型的累积效应特点。累积效应分析是为了弥补传统环境影响分析的缺陷提出来的,美国、加拿大两国对于累积效应研究的理论和实践有很大的进展。近年来,我国对环境累积效应的研究日益重视,一些学者对其基本概念与问题进行了介绍和分析。已有研究主要集中在生态变化监测与评价、研究方法与策略、生态效应协同机理等方面,由于生态累积效应过程的长期性,内涵的复杂性和多面性,外延的宽泛性,对生态累积效应的研究还没有公认的成熟方法和分析框架,对于大规模矿产资源的开发,尚缺乏系统时空尺度的生态累积效应的综合研究。目前,针对干旱半干旱矿区生态累积效应的研究局限于个别生态要素或者生态链的某一节点、某一局部、某一时段等,多倾向于地表要素的表征分析,对于不可见、不稳定的生态累积程度、边界范围或者演变阈值等聚焦过少;而针对矿区生态修复与治理方案则更多倚重单一工程。那么,研究这个问题就需要把矿区置于社会生态系统之中,从不同的时空尺度,把握煤矿开发的全过程,解析生态负效应的累积特征、分布规律与迁移机理,建立矿业-牧业-资源一体的生态安全预警体系与弹性应对模式,包括生态风险的评估、生态阈限的探索、社会预警机制的建立等主要内容。
鉴于此,本书依托国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、国际合作项目的科研成果,系统总结了我国煤矿建设和生态环境治理方面处于世界领先水平的、具有自主知识产权的重要成果,全面总结了世界不同地域和国家的煤矿生态累积效应与弹性应对机制的重要成果,创立了生态累积效应和弹性应对的理论基础,构建了弹性应对机制的技术手段,建立了国际社会协同应对矿区资源-环境-生态问题的实践模式,为矿区产业开发提供了可持续技术路径。
1 草原矿区生态累积效应研究综述
1.1 研究背景与问题提出
1.2 生态累积效应相关研究进展
1.2.1 生态累积效应概念
1.2.2 生态影响范围确定
1.2.3 生态累积效应评价
1.3 干旱半干旱草原矿区生态演变研究历程
1.3.1 矿区与草原矿区
1.3.2 草原矿区生态研究历程
1.3.3 草原矿区生态要素
1.4 矿区生态累积效应趋势
1.4.1 矿区生态累积效应
1.4.2 矿区生态累积效应特征
1.4.3 矿区生态累积效应评估
1.4.4 文献评述
1.5 研究内容与思路框架
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究思路
参考文献
2 蒙东干旱半干旱草原矿区概况与数据资源
2.1 蒙东草原矿区整体状况
2.2 25个矿区开采现状
2.2.1 25个矿区
2.2.2 宝日希勒露天矿
2.2.3 伊敏露天矿
2.2.4 胜利一号露天矿
2.3 研究方法
2.4 影像数据
2.5 实测及其他数据
参考文献
3 草原矿区煤炭开采生态累积效应机理研究
3.1 矿区发展过程与草原生态演变关系
3.1.1 煤矿生命周期阶段分析
3.1.2 煤炭开采与草原生态系统演替空间分析
3.2 草原矿区生态效应累积特征及内容
3.2.1 草原矿区生态效应特征
3.2.2 草原矿区生态累积效应内容
3.3 草原矿区生态要素累积效应机理分析
3.3.1 植被演变生态累积响应机理
3.3.2 水环境累积响应机理
3.3.3 土地环境生态累积响应机理
3.4 草原矿区生态承载力分析
3.4.1 生态累积效应、生态承载力与生态系统弹性
3.4.2 基于弹簧模型的生态承载力分析
参考文献
4 蒙东25个矿区植被演变生态效应分析
4.1 研究方法选择与确定
4.1.1 生态足迹与生态赤字/盈余
4.1.2 最大值合成法
4.1.3 趋势线分析法
4.1.4 相关性分析
4.1.5 残差分析
4.2 蒙东地区生态安全空间差异解析
4.2.1 生态足迹时间序列
4.2.2 生态安全空间序列
4.2.3 生态安全差异解析
4.3 蒙东地区植被覆盖总体变化
4.4 蒙东25个矿区植被覆盖变化特征
4.4.1 25个矿区开采前后植被变化
4.4.2 25个矿区及缓冲区植被覆盖度相关性
4.5 气温、降水量与矿区植被覆盖变化相关性
4.5.1 蒙东气温、降水量年际变化
4.5.2 矿区植被变化与气温、降水量相关性
4.6 人类活动与矿区植被覆盖变化相关性
4.6.1 蒙东残差变化分析
4.6.2 矿区GNDVI残差分析
参考文献
……
5 大型露天矿土地覆被变化及生态累积效应研究
6 生态效应定量解析与响应策略:以宝矿为例
7 干旱半干旱草原矿区生态累积风险与分区管控
附录 宝日希勒露天矿采样实验方案