煤矿区生态安全研究——以南屯煤矿区为例

摘要

生态安全是建立和谐社会的一个重要组成部分，即实现社会经济发展与自然环境的和谐，它是指人类的生存和发展不受或少受生态环境威胁的状态。当前，生态安全研究已成为地理学、资源与环境科学以及生态学研究的热点领域。煤矿区作为生态脆弱区，选择这一区域开展生态安全综合研究，对探索改善生态环境的科学对策，促进区域可持续发展的实现等方面具有重要的理论和现实意义。
　　全文共分为八章:第一章主要介绍论文的选题背景及意义、国内外相关领域研究进展、研究目标和内容、研究方法和技术路线以及创新点；第二章介绍南屯煤矿区自然概况、社会经济概况；第三章对南屯煤矿区土地塌陷累积效应进行分析评价；第四章对南屯煤矿区土地利用动态变化进行分析；第五章对南屯煤矿区生态安全进行综合评价；第六章对南屯煤矿区生态安全进行经济分析；第七章提出生态安全对策和措施；第八章对全文进行总结。
　　通过研究，得到的主要结论有:
　　(1)土地塌陷累积效应分析评价包括塌陷对土壤理化性质和对土地生产力的影响方面，主要研究结果有:
　　①开采沉陷加速耕地土壤的侵蚀和水土流失，从而显著影响耕地土壤的理化特性，受其影响最大的是表层0-20cm土层，其次为20-40cm土层，再次为40-60cm土层。
　　②不同层次土壤含水量从上坡向坡底均随着下沉深度的增加而增加，3个层次土壤含水量的变化趋势一致，且同一位置不同层次土壤含水量上层比下层低；在沉陷耕地的上坡下沉深度0.5 m位置不同层次土壤的含水量均比正常农田相应层次土壤低，从下沉深度1.0 m位置处开始至坡底不同层次土壤的含水量均比正常农田相应层次土壤高，且越接近坡底水分含量越高。
　　③塌陷耕地不同层次土壤容重均是开始时随下沉深度的加深而增加，至下沉深度2.0 m位置时达最大值，然后随下沉深度的进一步增加，土壤容重又随下沉深度的增加而下降，此外，沉陷耕地同一位置的上层土壤容重低于下层土壤；塌陷耕地孔隙度的空间变化规律与土壤容重相反。
　　④塌陷耕地不同下沉位置土壤有机质和养分受开采沉陷影响的增减程度不一样，均是开始时随下沉深度的加深而下降，至下沉深度1.0m位置时达最小值，说明该位置受开采沉陷引起的土壤侵蚀现象较严重；然后随下沉深度的增加而增加，说明下坡积聚了上中坡侵蚀下移的土壤有机质和养分。
　　⑤土壤物理性质受开采沉陷影响的大小顺序是土壤含水量，其次是土壤容重和孔隙度；土壤化学特性受开采沉陷影响的大小顺序是土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾。
　　⑥对采煤塌陷造成的土地生产力的变化评价结果表明，受采煤塌陷影响的耕地生产力与正常耕地的土地生产力在不同下沉深度均有不同的下降。在下沉1m处塌陷后的土地生产力比塌陷前的土地生产力下降了21.81％，在2m处下降了16.26％，在3m处下降了10.71％。
　　(2)基于RS和GIS对南屯煤矿区1978～2007土地利用变化进行动态分析，结果表明:
　　①1978～2007年，南屯煤矿区除耕地面积减少外，其它土地利用类型面积都增加，面积变化最大的两种土地利用类型是耕地和塌陷地。
　　②耕地面积一直在减少，29年间净减少了957.44hm2，变化率和年变化率分别为-39.32％和-1.36％；塌陷地面积先增加后减少，29年总体增加了350.61 hm2，变化率和年变化率分别为10281.82％和354.55％。
　　③南屯煤矿区土地利用结构信息熵从1978～2007年一直在上升，从1978年的1.14上升到2007年的1.81，而均衡度指数和优势度指数一直在下降，说明土地利用系统朝相对无序状态演变。
　　④南屯煤矿区土地利用程度综合指数29年的变化趋势是先增再减，从1978年到1987年增加，说明这阶段土地利用处于发展期，然后从1987年到2007年减少，说明这阶段土地利用处于调整期。
　　⑤1978～2007年，土地利用类型发生不同程度的转化，最显著的是耕地向塌陷地转化以及向住宅用地和工矿仓储用地等建设用地转化。
　　(3)根据生态安全概念模型和指标体系构建的原则，从压力、状态和响应三个方面构建了22个指标组成的南屯煤矿区生态安全指标体系，并采用模糊综合评价方法结合层次分析法对南屯煤矿区生态安全进行了评价。
　　评价结果表明:
　　①2005年南屯煤矿区生态安全总体评价态势为:8.1％为“Ⅴ”级，22.3％为“Ⅳ”级，44.3％为“Ⅲ”级，17.9％为“Ⅱ”级，7.5％为“Ⅰ”级；综合评价分值为60.37分，根据分值等级划分，判定2005年南屯煤矿区生态安全处于第“Ⅲ”级，为“一般”的安全状态。
　　②2008年南屯煤矿区生态安全总体评价态势为:16.3％为“Ⅴ”级，19.6％为“Ⅳ”级，35.3％为“Ⅲ”级，23.0％为“Ⅱ”级，5.9％为“Ⅰ”级；综合评价分值为61.91分，根据分值等级划分，判定2008年南屯煤矿区生态安全处于第“Ⅲ”级，为“一般”的安全状态。
　　③2005年和2008年南屯煤矿区生态安全都处于第“Ⅲ”级，为“一般”的安全状态；2008年评价分值高于2005年，但安全等级和安全状态相同，说明南屯煤矿区生态安全虽有所好转但形势仍不乐观。
　　(4)对南屯煤矿区生态安全进行了经济分析，获得如下结果:
　　①1978年、1987年、1997年、2004年和2007年南屯煤矿区生态系统服务总价值分别为55248801.15元、51247706.87元、48236130.56元、45267219.43元和48252531.64元。
　　②南屯煤矿区总生态系统服务价值的变化趋势是先降后升，先由1978年的55248801.15元下降到2004年的45267219.43元，再上升到2007年的48252531.64元，29年间总体减少了6996269.51元，年减少241250.67元。
　　③1978～2007年，耕地生态服务价值一直在下降，从1978年的29638601.20元下降到2007年的17984009.61元，29年间减少了11654591.59元；其它土地利用类型生态服务价值29年间总体在增加；在各土地利用类型中，虽然耕地生态服务价值所占比重一直是最大的，但在总生态服务价值中的比重一直在下降，从1978年的53.65％下降到2007年的37.27％；29年间耕地生态服务价值的下降是南屯煤矿区生态系统总服务价值下降的主要原因。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外相关领域研究进展

1.3 研究目标和内容

1.4 研究方法与技术路线

1.5 创新点

2 研究区概况

2.1 研究区的选择

2.2 研究区概况

3 南屯煤矿区土地塌陷累积效应分析评价

3.1 累积效应理论概述

3.2 井工开采对土地资源破坏的主要形式及效应

3.3 南屯煤矿区土地塌陷累积效应分析评价

4 南屯煤矿区土地利用动态变化分析

4.1 土地利用/土地覆被信息提取

4.2 土地利用变化分析模型

4.3 南屯煤矿区土地利用动态变化分析

5 南屯煤矿区生态安全综合评价

5.1 南屯煤矿区主要生态安全问题

5.2 生态安全评价概念模型

5.3 生态安全评价指标体系的构建

5.4 生态安全评价标准

5.5 生态安全评价方法

5.6 评价指标权重的确定

5.7 生态安全评价结果

6 南屯煤矿区生态安全的经济分析

6.1 生态价值论

6.2 生态系统服务价值研究意义

6.3 南屯煤矿区生态系统服务价值的测算

6.4 南屯煤矿区生态系统服务价值变化分析

7 南屯煤矿区生态安全对策和措施

7.1 用科学的发展观指导经济与环境的协调发展

7.2 提高领导和职工生态安全意识

7.3 实行煤矿绿色开采，减少对耕地资源的破坏

7.4 提高资源的综合利用率

7.5 调整产业结构，实现煤与非煤协调发展

7.6 严格控制原煤产量

7.7 发展生态用地，加强水资源管理

7.8 土地复垦对策和措施

7.9 生态重建对策和措施

8 结论与讨论

8.1 结论

8.2 讨论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的主要学术成果