基于生态系统服务与景观生态学的金属矿山恢复规划研究

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地表采矿活动是最强烈的人类干扰之一,采矿活动带来的生态环境问题不仅成为经济社会发展的瓶颈,而且也对人类的健康生存造成威胁。在建设生态文明与实现人与自然和谐发展的背景下,恢复矿区退化生态系统是当前迫切需要解决的战略性难题。文章以矿区土地重新利用为目标,分别从恢复单一矿区与恢复区域多个矿区出发,为辽宁中部地区10个矿山提出了生态恢复的策略。在恢复单一矿区的研究中,文章考虑到矿区内部环境异质性对矿山未来土地重新利用方式的影响,借助灰色关联度分析方法从像元尺度对矿区恢复为林地、农田和建筑地三种恢复方案的适宜性进行评价。利用多宜性评价方法根据矿区各个像元对三种恢复方案的适宜性程度差异为其选择最适宜的土地类型。对于适合恢复为多种土地利用类型但适宜性程度相同的像元,文章利用生态系统服务评价为其确定最优的恢复方案。在生态系统服务评价中,文章考虑到地形因素对生态系统服务供给的影响,依据坡度将矿区分为四个生态系统服务供给单元,评价各个单元恢复为农田与林地情景时所提供生态系统服务的差异。在恢复区域多个矿区研究中,首先基于景观组成与结构利用景观格局指数构建生态完整性评价指标体系对研究区生态完整性进行评价。其次,基于生态完整性评价的结果,构建了景观阻力表面并提取最小阻力路径,为构建关键廊道提供依据。最后,将单一矿区恢复研究的结果与廊道识别的结果相结合,确定了矿山恢复的策略。  通过上述研究,文章得出以下结论:  1)土地适宜性评价结果显示矿区中大部分像元适合开发为多种土地利用类型,且很多像元对各种土地利用方式的适宜性程度相同,单靠土地适宜性分析无法为其确定最合适的恢复方向。海拔低、坡度低的地区对三种恢复方式的适宜性程度都比较高。矿区东部和北部地区地形平坦,距城市中心、道路的距离比较近,对建筑地的适宜性程度较高。  2)生态系统服务评价结果显示随坡度增加,矿区恢复为林地情景和农田情景所提供的单位面积生态系统服务价值量都在递减,而且农田提供生态系统服务递减的幅度远远大于林地。在平坡地区,恢复为农田所提供的生态系统服务价值量大于林地,而在其他坡度单元中,林地提供生态系统服务的价值却大于农田。对于矿区中以同样的适宜性等级适合开发为多种土地利用类型的像元,文章以生态系统服务最大化为目标将平坡地区恢复为农田,而其他缓坡、中坡及陡坡地区恢复为林地。  3)生态完整性评价结果显示研究区生态完整性的空间分布格局具有明显的异质性。生态完整性与人类干扰程度密切相关,研究区西部和北部地区受人类干扰的强度大,生态完整性状况较差。而东部和南部地区森林覆盖率高,受人类干扰较少,生态完整性状况较好。  4)将生态完整性的反表面作为景观阻力面,文章提取了当前情景与矿山恢复为林地情景时的最小阻力路径,并将其视为潜在廊道。研究结果显示在当前情景中,所提取的廊道不经过矿区。然而当矿区恢复为林地时,大多数矿区内部均有廊道通过,且廊道的数量和长度均增加,景观的连通性提高。文章通过缓冲区分析确定了潜在廊道的宽度并将矿区中廊道的部分恢复为林地。  此研究不仅根据土地适宜性为矿区提出未来的复垦方向,而且以恢复矿区废弃地的生态系统服务及恢复生态过程为目标,分别从恢复单一矿区与恢复区域多个矿区出发,提出了矿山生态恢复策略。文章将土地适宜性、生态系统服务、生态完整性等理论应用于矿山恢复,为未来矿山生态恢复建立了新的路径。此研究所提出的生态恢复策略不仅为矿山生态恢复提供了理论指导,而且也可以用于恢复其他具有相似特征的工业废弃地。
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