中国矿区土地退化因素调查:概念、类型与方法

矿区是受人类活动高强度干扰和加速侵蚀的区域,其生态破坏与环境污染导致严重的土地退化,造成土壤质量下降、生物多样性丧失,给我国矿山环境管理与恢复治理带来新的问题与挑战,亟待辨识与查明导致矿区土地退化的主要驱动因素.笔者通过综合分析土地退化概念、类型和成因,进一步界定了矿区范围,阐明了矿区土地退化的内涵,分析了导致矿区土地退化的生态破坏、环境污染与自然侵蚀等驱动因素的研究进展.基于此,将矿区土地退化划分为生态破坏导致的土地退化、环境污染导致的土地退化和自然侵蚀导致的土地退化3大类型,提出了一套矿区土地退化因素调查的指标体系与方法建议.     

基于ZY-3卫星数据的神东煤矿区土地退化人为影响因素调查与评价

基于ZY-3卫星数据,建立煤矿区土地退化人为影响专题因素遥感解译标志,对神东煤矿区土地退化人为影响因素开展遥感监测。运用层次分析法构建土地退化人为因素影响强度评价指标体系,采用综合评分法计算研究区土地退化人为因素影响强度指数。结果表明:土地压占破坏是造成神东煤矿区土地退化的首要人为影响因素,人类矿业活动对该区土地退化的影响程度已达"强烈"级别。为定量估算神东煤矿区矿业开发对土地资源的占用破坏数量并预测矿区土地退化发展趋势,提出1种煤矿区土地占用破坏率的计算方法。研究表明,ZY-3卫星数据完全满足井工开采煤矿区土地退化因素调查对高分辨率卫星数据的需求。今后需加强煤矿开发秩序的有效监管和矿山环境遥感动态监测,以防人为因素对土地退化的影响程度日益加深。     

金属和非金属矿山土地退化因素调查

自2014年国家科技基础性工作专项"西部重点矿区土地退化因素调查"启动以来,课题组根据制定的调查技术方案和分类体系,完成了内蒙古、陕西和甘肃等省(自治区)11个典型矿山的调查任务,对比分析了金属和非金属矿区土壤重金属污染、土地毁损和土地利用变化的差异性。结果表明,金属矿区土壤重金属污染程度总体上大于非金属矿区,矿山开采方式对土地毁损的影响较大,露天开采、露天/地下开采的土地毁损总体上大于地下开采。     

土地退化研究综述

在归纳总结国内外学者对土地退化的概念内涵界定的基础上，综述了土地退化机理、类型划分、评价与监测、及防治与生态重建等方面的国内外研究进展，并在此基础上提出了进一步深入研究我国土地退化问题的方向：1)土地退化评价指标体系的研究；2)土地退化监测与预警的系统研究；3)重点土地退化类型及其退化机制研究；4)退化土地生态重建的原理、方法及技术体系；5)用经济手段进行生态环境建设；6)构建退化土地生态重建的政策保障体系；7)重建技术与模式的试验示范。     

金沙江干热河谷退化生态系统植被恢复生态功能评价——以元谋小流域典型模式为例

针对干热河谷具有光热资源丰富、气候干旱燥热、水热矛盾突出、植被覆盖率低、水土流失严重、生态环境强烈退化、植被恢复困难等特点,文章总结千热河谷植被恢复的技术体系,研究分析了植被恢复对生态系统的水保功能、环境功能、生物多样性等生态功能的影响,结果表明:植被恢复后,生态系统的土壤侵蚀程度明显下降,其中轻度退化土地减少了22.03%;中度退化土地减少了21.15%;强度退化土地减少了34.15%;植被恢复后,小流域的气候环境有较大的改善,气温下降、湿度提高,改变了该区域"干"、"热"的恶劣环境;对系统多样性的研究主要针对强度以上退化系统的人工生态林模式和自然禁封治理模式进行分析多样性与生态系统功能的关系,结合前期研究结果认为,自然禁封治理模式使系统具有生物多样性,有助于系统生态功能完善稳定,而银合欢(Leucaena leucocephal)人工林恢复模式,虽然物种多样性减少,但系统具备优化的生态功能.因此,就干热河谷强度、极强度退化生态系统而言,银合欢冲沟治理模式和自然禁封治理模式是较优化的模式.     

西部矿产资源开发的生态环境损害与监管

我国西部地区是重要的国家生态安全屏障,大规模的矿产资源开发在一定程度上造成了生态环境损害,成为制约区域经济社会可持续发展的重要因素。在辨析矿山生态环境损害相关概念的基础上,阐述了西部12省(市、自治区)矿产资源概况与开发特点,剖析了矿山土地毁损、生态完整性破坏、水土流失/土地沙漠化和环境污染等主要生态环境损害问题与不利影响,并从严格执行矿山生态环境保护的相关政策,健全国家层面的矿山生态环境监管机制,制定西部地区矿山生态环境损害的监测、风险评估、保护与恢复治理的专项规划,以及落实地方各级政府和企业的矿山生态环境损害责任4个方面,提出了我国西部矿产资源开发生态环境监管的对策建议,以期为加强我国西部地区矿山生态环境保护与恢复治理以及促进区域可持续发展的生态安全屏障保护与建设提供决策参考。     

生态保护红线区废弃矿山生态修复监管

国家重点生态功能区是生态保护红线划定的重要组成部分之一。矿山生态环境损害被认为是影响区域生态安全的第一大诱因。多年来,由于"有矿快挖,有水快流"经济发展政策的惯性作用,矿产资源开发有力促进了区域经济社会发展,但另一方面也造成了严重的流域/区域生态功能破坏。以长江经济带重点生态功能区为例,结合划定并严守生态保护红线的要求,在分析矿山分布及其生态环境问题的基础上,深入剖析了矿山生态修复存在的主要问题,提出了废弃矿山生态修复监管对策,以期科学制定不同矿山生态修复阶段的目标:矿山地质环境治理—植被恢复/土地复垦—生物多样性重建—区域生态功能修复,为区域生态安全提供技术支撑。具体建议包括建立涵盖生态环境全要素的矿山生态修复监管机制,制定生态保护红线区废弃矿山生态修复专项规划,开展矿山生态环境损害与功能修复技术研发,研究制定矿山生态修复国家标准。     

恢复生态学相关概念

在综述国内外恢复生态学有关概念的基础上,作者提出,恢复生态学有关生态恢复的科学,旨在研究生态退化和生态恢复的机理和过程。生态恢复包括狭义的恢复和广义的恢复,狭义的恢复指严格意义上的整个生态系统的恢复,广义的恢复指人类社会需求意义上的恢复,也就是依据生态学原理,利用生物技术和工程技术,通过恢复、修复、改良、更新、重建受损或退化的生态系统和土地,恢复生态系统的功能,提高土地生产力的过程。     

西南高山亚高山不同演替阶段退化森林生态系统的恢复重建

介绍"十三五"国家重点研发计划项目"西南高山亚高山退化森林生态系统恢复重建技术研究"的主要研究内容、技术路线和取得的进展,展望西南高山亚高山退化森林生态系统恢复未来的研究重点.该项目针对西南高山亚高山退化森林迹地恢复困难、次生灌丛演替缓慢、低效林结构不合理以及生态功能低下等主要问题,从森林恢复演替不同阶段的角度,研发了...     

矿山废弃地生态退化程度评价

矿山废弃地是受采矿影响极度退化的生态系统,生态退化程度评价是对矿山废弃地生态质量现状、环境影响和治理难度的评估过程,可用于指导矿山废弃地生态环境影响评价和生态恢复规划编制等。本文分别尾矿库、露采迹地、排岩场和压占区4种矿山废弃地类型,采用兼顾自然因子和人为干扰强度因子的评价方法,通过对主要生态、环境问题的分析,选择导致生态系统退化的主要因子或易于反映生态系统质量的自然因子和人为干扰强度因子作为生态退化评价指标,评价指标来自于工程设计条件、土壤、植被和地质安全性4个方面;首先采用层次分析法确定各评价指标权重,其中占用面积和地表破坏程度是最最要的指标;在生态退化等级划分基础上确定了各评价指标的域值,并将各指标量化和标准化,计算各生态退化等级的综合得分值变化范围,建立了矿山废弃地生态退化程度综合评价方法体系,将生态退化程度划分为可自然恢复、可治理、难于治理和不能治理4个等级。最后,针对遵化市典型民营铁矿进行了案例适用性分析,并对不同退化等级的废弃地进行了生态防护措施分析。     

锡林郭勒草原荒漠化状况及原因分析

锡林郭勒草原的生态状况对我国北方大区域生态环境具有重要影响.野外调查与遥感数据分析表明,锡林郭勒草原退化现象十分严重,退化草原面积近64%,导致草地质量严重下降.由于自然条件与人为利用程度的差别,在不同的地理区域,草原退化程度也存在显著差异.研究表明,受植物生长发育节律的影响,在生长季初期(5月前半个月),植物群落的生产能力较低,是年内草原容易发生退化现象的"临界期",再加上牧草供应量存在年际波动而载畜量缺乏及时调整、超载过牧等都是造成草原退化的原因.     

湿地土壤动物及其与湿地恢复的关系

土壤动物是湿地生态系统物质循环和能量流动的关键环节,也是湿地生态系统演化的重要驱动因子,湿地土壤动物的动态变化可以作为湿地退化和恢复响应的重要生态指标。近年来基于湿地土壤动物群落生态学的单一研究颇多,对湿地土壤动物及其与环境因子关系的研究亦取得了长足进展,但关于湿地土壤动物和湿地退化与恢复的研究鲜有报道。本文论述了湿地土壤动物在湿地恢复过程的机制和优势,阐述了湿地土壤动物研究现状与进展,表明湿地土壤动物是湿地生态系统和湿地生物多样性的重要组成部分,已成为湿地恢复的重要指标。通过分析湿地土壤动物及其与湿地恢复的关系,认为湿地土壤动物的动态变化可以较好地反映退化和恢复过程中生态功能的变化,建议深入探索土壤动物对湿地退化和恢复的响应机制。关于土壤动物对湿地生态指示功能的研究,是恢复生态学和湿地重建领域未来需要研究解决的一个重要问题,是研究人为干扰过程以及湿地恢复过程中土壤动物变化规律的关键。今后要进一步融合土壤动物和整个湿地生态系统的研究为一体,把不同强度干扰下湿地土壤动物生态学及其与不同土地利用方式下土壤质量及湿地植被结合起来,从土壤动物群落特征变化角度阐明湿地生态系统对不同强度干扰的响应机制,为深入探索不同强度干扰下湿地生态系统的退化过程和机制,从而为退化湿地恢复与部分重建的生物学与生态学基础提供科学依据。     

快速监测评估废弃采石场生态恢复的研究

以北京门头沟区典型废弃石灰石矿山为例,通过野外调查、采样和实验室分析,计算得到废弃采石场植被与土壤自然演替之间关系.研究发现,TM影像中废弃采石矿场b3/b4波段比均值与废弃采石场综合恢复指数Irq之间具有较强的相关性,据其回归方程利用遥感手段快速评估计算得到研究区其他废弃采石矿场的综合恢复指数.可见,实地植被 - 土壤调查分析与空间遥感监测技术能够相互验证对采石场生态恢复状态的评估.     

西北地区的生态退化

分析了引起西北地区生态退化的自然因子和人为因子,对主要自然因子的作用及过程进行了分析。在此基础上探讨了西北地区生态退化的过程与结果,认为生态退化是生态系统的功能退化、生态系统结构退化、生态因子退化、土地退化逐渐演进的一个过程,生态退化的最终结果是土地生产力下降或丧失。     

黑河流域土地退化分类研究

黑河流域位于我国的西北内陆干旱区。人类不合理利用水资源造成的土地退化，已成为黑河流域一个非常严重的生态问题。土地荒漠化是该流域最典型和最严重的土地退化形式。对该流域土地退化的空间分布、特点、退化面积等方面还没有较为详细的研究，因此探讨这个问题就显得非常重要。文章通过最新的遥感影像资料(2000年)，在分析已有的研究成果的基础上，结合野外调查，利用遥感和地理信息系统(GIS)技术，初步分析了黑河流域土地退化的情况。研究结果表明，黑河流域土地退化主要有5种类型，即：水土流失、干旱化、植被退化、盐渍化和沙漠化。土地退化面积达29971．91km^2，占整个流域面积的23．06％；其中，水土流失主要分布在祁连山的南部山区，面积为5747．68km^2，占整个流域土地退化面积的19．18％，主要是由于过度开垦和放牧造成的；由于人类活动的影响，造成水资源在时空上的重新分配而导致的干旱化土地主要分布在山前部分冲、洪积平原的河流沿岸附近，其面积为1369.96km^2，占整个流域土地退化面积的4．57％；盐渍化土地是该流域土地退化的主要类型之一，面积为10591．82km^2，占整个流域土地退化面积的35．34％，分布在流域的低地、冲积扇的边缘等位置，主要是由于干旱的气候条件造成的；沙化土地，包括流动沙丘(地)，是研究区土地退化面积最大的类型，为10771．97km^2，占整个流域土地退化面积的35.94％，这其中也包括历史时期形成的沙漠和现代形成的大部分沙地；植被退化土地面积为1490．48km^2，只占整个流域土地退化面积的4．97％。通过分析可知，黑河流域土地退化严重，特别是在下游地区。人类不合理的经济活动，尤其是对该流域内有限水资源的不合理利用，是导致该地区土地生态系统脆弱的主要因素。     

撂荒地监测方法与生态影响述评

撂荒地是多重驱动力下的复杂人地交互系统,对生态环境具有多维影响。目前,撂荒地监测方法在全球范围内仍处于起步和探索阶段,已有的方法可分为遥感图像分类和变化检测2种类型。制约遥感图像分类法的瓶颈是撂荒地与草地、裸地、灌木和低强度耕地的区分;制约变化检测法的瓶颈是非耕地变化噪声干扰及监测周期外的历史撂荒地识别。相关研究逐渐趋向使用多源数据、高分数据、集成方法、精细分类等以提高监测精度。从撂荒地的生态影响角度分析,其自然演替存在正向和逆向2种可能性。部分撂荒地会因土壤侵蚀、野火多发而导致生态系统退化,但绝大多数撂荒地的生态系统会持续向好发展,包括植物群落恢复、土壤恢复、增加碳汇、丰富生物与景观多样性等。中国已有耕地中,旱地和陡坡耕地比例较高,较易形成撂荒现象。研究认为,撂荒地研究应具有前瞻性,充分考量全球气候变化、中国人口结构老龄化、人口分布城市化对耕地撂荒的潜在影响。同时,撂荒地研究应面向管理,积极契合乡村振兴、精准扶贫、土地整治、退耕还林还草、永久基本农田保护、生态保护红线划定、国土空间规划等国家战略,统筹权衡粮食安全、生态安全和经济社会发展间的相互关系,为相关政策制定提供依据。最后,研究认为应由国家层面统一部署,开展全国撂荒地精准调查,摸清家底、优化配置,按照国土空间的生态适宜性来科学地确定撂荒地治理方式。     

镉污染胁迫下水稻生理生态表征高光谱识别模型

利用水稻生长季节多个时相的ASD实测高光谱数据和同步获取的土壤-作物特征参数,系统分析了高光谱遥感指数与镉污染胁迫下水稻生理生态参数变化特征之间的响应关系.选择叶绿素含量、水分含量、细胞结构和叶面积指数4个重要生理生态参数作为水稻镉污染胁迫响应因子,通过理论分析和实验验证,得到对上述因子变化敏感的高光谱遥感指数及其响应规律.在此基础上建立MCARI-NDWI、MCARI-RVSI、MCARI-RVI、NDWI-RVSI、NDWI-RVI和RVSI-RVI模型,揭示了不同污染程度条件下响应因子在各光谱指数空间中的表征规律.     

改良剂对极端酸性矿山土壤再酸化和重金属固定的效果研究

极端酸性重金属矿山废弃地的生态恢复是一个世界性难题．前人研究表明添加土壤改良剂能有效抑制矿山土壤的酸化和重金属的有效性．然而，在极端酸性重金属矿业废弃地上建立一个安全、稳定、自维持的植被是一个巨大的挑战．植被恢复后，土壤的再酸化往往会导致重建植被完全退化．因此，准确预测和有效控制极端酸性矿山土壤的酸化和再酸化，发展一套...     

中国南亚热带退化生态系统的恢复及其生态效应

综述了南亚热带退化生态系统恢复的意义，地带的气候特征及退化生态因子恢复的主导生态因子，退化生态系统恢复与重建的步骤，并用实例说明南亚热带退化生态系统植被恢复的生态学效应和经济及社会效益。     

西北典型生态脆弱区植被覆盖度时空变化及其生态安全评价：以宁夏贺兰山为例

人类生存质量与生态环境密切相关,利用遥感技术可以快速、定量地评价生态环境变化,为区域生态环境治理、改善以及发展规划提供重要参考。以宁夏贺兰山为研究区域,基于1987—2020年5景Landsat 5/8遥感影像,采用植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI),探究其生态环境时空变化规律,分析2017年贺兰山生态保卫战实施后该区域植被状况和生态恢复效果。结果表明：(1)1987—2020年宁夏贺兰山生态环境得到持续改善,植被覆盖整体提高,年均FVC从保卫战实施前(1987年)的31.03%增长至保卫战实施后(2020年)的43.35%,RSEI指数由32.71%上升至50.45%,生态恢复治理效果显著。(2)研究区FVC和RSEI指数总体偏低,生态质量一般。研究区西部海拔较高地区和中南部旅游密集区FVC和RSEI指数明显退化,退化面积占比分别为12.11%和8.30%,其生态恢复治理仍需高度重视。(3)FVC与RSEI指数的空间分布和变化趋于一致,两者相关系数大于0.80,且绿度指标在主成分分析中所占权重最高,表明FVC指数增加对贺兰山生态环境产生积极影响。研究结果对于贺兰山生态脆弱...