矿区土地复垦与生态修复研究进展专题_中国煤炭行业知识服务平台

矿区土地复垦与生态修复研究进展专题

党的十八大以来，国家把生态文明建设放在突出地位，其中，“绿水青山就是金山银山理念”作为核心理念和基本原则全面贯彻到生态文明建设的各项制度之中。煤炭作为我国的主体能源，在为国民经济发展提供重要能源保障的同时，也引发了挖损、塌陷、压占、污染等土地与生态环境问题，并带来崩塌、滑坡、泥石流、植被退化、区域生态环境恶化与村庄搬迁等系列影响，生态环境问题及社会矛盾比较突出。根据中国地质调查局2016年度《全国矿山地质环境调查报告》，截至2015年，已复垦治理采矿损毁土地约86万hm2(1 290万亩)，仍有214万 hm2(3 210万亩)未复垦。其中，塌陷区面积56万hm2 (840万亩)，采矿场损毁土地122万hm2(1 830万亩)，固体废弃物堆放损毁土地36万hm2(540万亩)。土地复垦与生态修复不仅能有效再利用因采矿而破坏的土地，而且有利于生态环境的恢复和改善，是实现矿区经济绿色发展的必经之路。自1989年1月1日《土地复垦规定》颁布后的20年里，我国主要对东部高潜水位矿区进行了大量复垦技术研究和实践。近10年来在西部采煤沉陷地治理的研究得到重视，并取得飞速发展。尽管我国的土地复垦与生态修复工作取得了诸多成效，但矿山土地复垦与生态修复率仅20%左右，绿色矿山的建设任重而道远。

为进一步推进煤炭资源开发过程中的生态环境保护与恢复治理，推动矿山土地复垦与生态修复新技术、新成果的转化应用，《煤炭科学技术》在本期策划出版了“矿区土地复垦与生态修复研究进展”专题，特邀中国矿业大学胡振琪教授和浙江大学肖武研究员担任专题主编，经过严格的审稿、编校，刊登论文18篇。专题内容涉及煤炭工业绿色发展理论思考、区域生态安全格局分析与生态环境损伤评价、采煤沉陷地监测与预测、矿山固体废弃物治理、土壤与植被恢复等方面的研究成果，研究区涵盖了西部生态脆弱矿区、黄土高原矿区、东部高潜水位矿区。衷心感谢各位专家学者为专题撰稿，特别感谢胡振琪教授和肖武研究员给予的帮助和支持！

行业视野: 环境保护
类别; 73个
关键词; 77位
专家; 18篇
论文; 10920IP
点击量; 12794次
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高潜水位煤矿区地表沉陷信息提取方法研究

作者(Author)：李新举, 周晶晶

摘要：准确、快速、高效地获取采煤沉陷信息对矿区土地复垦具有重要意义，尤其是针对极易形成大面积的地表沉陷积水区以及非积水区的高潜水位煤矿区，土地复垦工作更为严峻。以高潜水位矿区——鲍店煤矿为研究对象，结合并改进水体和非水体提取方法，获取整个矿区的地表沉陷信息。在改进归一化水体指数（MNDWI）的基础上，针对采煤沉陷水体边缘易于和水体信息混淆的特点，提出了增强型改进归一化水体指数（E-MNDWI）。利用Landsat 8数据通过E-MNDWI提取沉陷积水区域；利用哨兵1号A星数据（Sentinel-1A），通过小基线集技术(SBAS-InSAR)提取出沉陷非积水区域；最后进行克里金插值获取矿区下沉量为10mm的等值线。结果表明：利用E-MNDWI提取沉陷水体精度较高，Kappa系数为85.07%。店矿区西部基本达到稳沉状态，东部地表沉陷较为明显，南部地表略有抬升。监测期内矿区最大地表平均下沉速率为41.69 mm/a，最大下沉量为85.16 mm。截至2017年矿区因采煤造成的沉陷区域面积共10.1 km,其中沉陷积水区为4.6 km,非积水区域为5.5 km2。选取若干基准点验证沉陷非积水区的提取结果，得到决定系数R2为0.92。利用多源多时相数据，结合多种方法获取矿区沉陷信息，可为煤矿城市生态修复和土地整治复垦提供理论依据，并为今后快速高效监测采煤沉陷区地表形变提供新思路。

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2020年第04期

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基于LIDAR的矿区恢复植被高度提取方法研究

作者(Author)：陈秋计, 杭梦如, 李继业, 王鑫

摘要：矿区土地复垦与生态恢复是建设绿色矿山的重要内容，如何快速监测和评价生态重建效果是迫切需要解决的问题。先进的机载激光雷达测量系统（LIDAR），能够快速准确地获得矿区的植被参数信息，对现代矿山保护、环境治理和监测具有重要的意义。以某露天矿为研究对象，利用无人机雷达测量技术，获取矿区植被点云数据，然后分别采用克里金插值法、不规则三角网插值法和反距离权重插值法建立植被冠层高度模型，提取相应的树高，并将估算值与实测的样本点进行对比分析，进而探究不同插值方法对于该矿区恢复植被高度信息提取的适用性。结果发现：利用反距离权重插值法建立的冠层高度模型所提取的植被高度信息精度最高，2块样地的决定系数R2分别为0.763和0.617，均方根误差分别是0.113 m和0.130 m。其次是不规则三角网插值法，2块样地的决定系数R2分别为0.744和0.599，均方根误差分别是0.121 m和0.135 m。克里金插值法的精度较低，2块样地的决定系数R2分别是0.736和0.534，均方根误差分别是0.120 m和0.153 m。研究也发现由于2块样地地形高度不同，相对飞行高度存在差异，距离无人机的相对高度越低，采集的数据质量就越好，提取的精度就越高。研究表明无人机雷达测量技术能够获取高精度的植被点云数据，通过建模提取植被参数，指导生态环境管理，在矿区土地复垦与生态修复领域具有广泛的应用前景。

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2020年第04期

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黄土高原矿区边坡生态恢复治理研究—PVC板材格构锚杆梁植被种植保障技术

作者(Author)：毛正君, 王双明, 安宁

摘要：为了保护黄土高原矿区生态环境，解决传统工程措施景观效果差且随时间推移结构易失效的问题，采用植被进行坡面保护和侵蚀控制的边坡生态恢复治理，可以实现长期有效地固土护坡以及美化环境的功能。针对当前黄土高原矿区边坡生态恢复植被种植保障结构构筑物自重大，且后期存在强度损伤缺陷的问题，基于PVC板材具有耐酸、耐碱、耐盐、原材料丰富、质量小、对环境友好无危害、更好的耐久性，以及运输成本、施工工期、后期养护综合优势大的特点，提出了基于PVC板材格构锚杆梁的边坡生态恢复治理植被种植保障技术，阐述了其结构设计和施工方法，并整理了黄土高原矿区各植被分带区典型植被，提出了采用灌草型植被群落类型进行坡面生态恢复，辅以乔木进行多级平台生态恢复。结果表明：基于PVC板材格构锚杆梁的边坡生态恢复治理植被种植保障技术改善了传统施工工艺，结构简单，施工方法步骤简便，在保证结构完整性的基础上，自重较小，景观效果好，植被恢复率高，不仅起到坡面防护效果，还能提高边坡稳定性，应用前景广阔。研究成果对于进一步揭示基于PVC板材格构锚杆梁的植被护坡机理，以及黄土高原矿区边坡生态恢复治理研究，实现黄土高原矿区区域经济可持续发展具有重要意义。

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2020年第04期

705

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基于GNSS-R技术的矿区复垦地土壤湿度反演方法研究

作者(Author)：徐良骥, 刘悦, 谌芳, 张坤

摘要：全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）技术通常以单卫星单频反射信号为数据源进行土壤湿度反演，但其反演精度有限且易忽略不同卫星双频反射信号之间的差异性与互补性。为进一步提高矿区复垦地土壤湿度的反演精度，以安徽省淮南市潘集矿区东辰生态园为研究区，通过HD-V8接收机与土壤湿度监测系统（HZR80型）采集GPS卫星信号和土壤湿度等数据，利用GNSS-R土壤湿度反演方法处理得到GPS PRN1和PRN22卫星的L1、L2波段反射信号的干涉特征参量（振幅、频率、相位），并将其与土壤湿度实测值进行相关性分析，根据相关性分析结果选择相关性较强的干涉特征参量作为最优反演参数；采用自适应加权算法确定最优加权因子对最优反演参数进行数据融合；再利用PRN1和PRN22卫星L1、L2波段的最优反演参数、最优反演参数的算数平均值及其融合值分别与土壤湿度实测值建立基于单频法、均值法与融合法的土壤湿度反演模型，并验证模型的可靠性。结果表明，干涉特征参量中振幅与土壤湿度实测值的相关性较强，其相关系数的绝对值介于0.556 8～0.748 ,表明选择振幅作为最优反演参数比较合理；相比于单频法与均值法，融合法的土壤湿度反演模型更可靠，其决定系数R2为0.763 8，模型验证R2为0.936 9，均方根误差为1.907 8%，平均绝对误差为1.380 6%，最大相对误差为18.482 8%，表明基于双频数据融合的GNSS-R矿区复垦地土壤湿度反演方法可提高反演精度。

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2020年第04期

398

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基于改进 OTSU算法的采煤沉陷耕地作物绝产边界识别

作者(Author)：赵艳玲, 房铄东, 笪宏志, 肖武

摘要：采煤沉陷耕地作物生长状况是确定土地损毁程度进而影响土地复垦难度和复垦方案选择的关键，也是矿山企业赔付的依据。近年来，随着计算机图像处理技术的逐渐成熟，使得图像处理与识别技术得到了广泛应用，采用图像识别方法确定采煤沉陷耕地作物绝产边界，可降低野外实测工作量、减小人为因素的影响。基于不同生长状况作物在高度上的差异会表现为数字表面模型上的高程差异这一原理，将作物高度差异作为绝产边界的表征指标。利用无人机遥感获取高分辨率影像，经Pix4Dmapper软件自动化处理后得到数字表面模型（DSM）；利用作物高程作为图像分割阈值，对最大类间方差（OTSU）阈值分割算法进行改进，包括高程数据离散化和改变灰度运算为高程运算2个方面，结合Canny算子进行边缘检测，提出了一种采煤沉陷耕地作物绝产边界识别方法，并以山东省济宁市某采煤沉陷区为研究区做方法验证。结果表明：改进的最大类间方差阈值分割算法可以对图像的高程进行运算，并能迭代出最优的高程分割阈值；利用高程分割阈值对数字表面模型（DSM）进行分割，经边缘检测后可识别出采煤沉陷耕地作物绝产边界；通过对研究区正射影像图（DOM）取样验证，该方法识别的采煤沉陷耕地作物绝产边界较精确，验证了方法的有效性。

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2020年第04期

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接种菌根对采煤沉陷区苜蓿生长及土壤改良影响研究

作者(Author)：张延旭, 毕银丽, 王瑾

摘要：采煤沉陷造成地表土壤质量下降，影响矿区植物生长和根际环境，丛枝菌根真菌作为一类有益的共生真菌对植物生长有促进作用。为评价采煤沉陷区人工接种菌根的生态效应及作用时效，以神东矿区活鸡兔矿沉陷区内接种菌根真菌的紫花苜蓿为研究对象，采用田间试验和室内分析方法，测定接种丛枝菌根真菌处理和未接菌处理植物株高、叶片绿色度（SPAD值）、生物量、菌根侵染率、菌丝密度、根际土壤性状及其相互关系，研究了较长时间内接种丛枝菌根真菌对紫花苜蓿生长及根际土壤性状的影响。结果表明：复垦4年后，与未接菌处理相比，接种菌根处理显著提高了植物株高、SPAD值、生物量，分别提高了18.2%、8.3%、10.4%。紫花苜蓿可以与丛枝菌根真菌形成良好共生关系，接种菌根真菌4年后接菌处理植物菌根侵染率和菌丝密度显著高于未接菌处理，菌根侵染率和菌丝密度较未接菌处理分别提高了35%、34.1%。接种菌根改善了根际土壤性状，有效提高了土壤含水量，较对照分别提高7.5%，同时土壤碱解氮、速效磷、有机质、磷酸酶活性较对照分别显著提高了21.4%、20.7%、22.5%、36.9%。相关性分析表明，菌根侵染率与株高、生物量、磷酸酶、速效磷含量呈显著正相关，菌丝密度与SPAD值、有机质呈显著正相关，与株高、生物量呈极显著正相关。复垦4年后，接种菌根真菌可显著促进紫花苜蓿生长，提高了植株生物量，同时有效改善了根际土壤质量，具有较好的生态效应。

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2020年第04期

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生态脆弱矿区地表裂缝动态变化对土壤含水量的影响

作者(Author)：吴群英, 冯泽伟, 胡振琪, 陈超, 浮耀坤, 杨福芹, 高磊磊

摘要：针对我国西部生态脆弱煤矿区煤炭开采对土地生态环境的损害问题，以陕北生态脆弱矿区某矿为研究区，采用土壤水分速测仪（TDR）现场实测、统计分析相结合的方法，基于已有研究成果，研究分析采空区上方表层土壤含水量的变化与地表采煤沉陷动态地裂缝动态发育规律的关系。结果表明：采空区上方表层土壤含水量的变化与地表动态地裂缝的动态发育规律基本一致，当地表裂缝开始出现并开裂时，裂缝周围表层土壤含水量逐渐减少；当裂缝初次闭合时，表层土壤含水量也随之有小幅度回升；当裂缝再次开裂时，表层含水量也随之下降；随着工作面推进，后方裂缝闭合，表层土壤含水量也随之上升，且动态裂缝对表层土壤含水量有一定的影响范围，影响距离70 cm左右，距离地裂缝距离越近，表层含水量变化越明显，当距离超过70 cm时，表层土壤含水量基本不再变化。采动地裂缝对周围土壤含水量具有一定影响周期，且影响周期与动态地裂缝发育周期基本一致，土壤水分的变化与采动地裂缝的发育过程紧密相关，发现采动地裂缝的开裂与闭合对土壤微结构造成影响，进而影响土壤水分的蒸发与渗透，当采动地裂缝闭合后，土壤含水量将逐步恢复至采前水平。该研究具有开采工作面小尺度精细研究的特征，有助于生态脆弱矿区煤炭开采对土地生态的影响机制研究。

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煤炭科学技术

2020年第04期

568

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人工林树种对矿区复垦土壤肥力质量影响及评价研究

作者(Author)：郑永红, 张治国, 陈永春, 安士凯, 武琳, 余婷, 邓永强, 张磊, 任韩煜

摘要：为探究人工林对复垦土壤肥力水平的影响，以淮南矿区潘一矿复垦区杨树林、女贞林和桧树林3种典型人工林分为研究对象，通过实地采样和室内试验，测定林地不同深度土壤的容重、pH值、有机质、总氮、速效氮、总钾、速效钾、总磷、速效磷等9项指标，利用灰色关联度方法定量分析3种林地土壤肥力状况，并进行了综合评价排序。结果表明：①单因素方差分析表明，3种林地土壤的pH值、总氮、总磷、总钾等4项肥力指标在不同树种间差异不显著(P>0.05)，土壤容重、有机质、速效氮、速效磷、速效钾等5项肥力指标在不同树种间差异显著P<0.05）。②对照全国第2次土壤普查养分分级标准和2009年该复垦区土壤肥力指标监测结果，容重、有机质、速效磷、总钾、速效钾等5项肥力指标肥力水平显著提高。pH 值、总氮、速效氮和总磷4项指标肥力水平与2009年复垦区土壤水平较一致。总磷和速效氮可以作为复垦区土壤肥力提升的限制因子。③3种林地土壤加权灰色关联度综合评价值大小排列顺序为：杨树纯林＞桧树纯林＞女贞纯林，其中杨树林地土壤属于Ⅰ级（优）水平，桧树林地和女贞林地属于Ⅱ级（良），表明杨树林土壤最肥沃。因此，杨树具有改良土壤肥力、改善环境和保持水土等重要功能和作用，可以作为复垦区造林树种的优势树种，为煤矿沉陷区复垦土壤进行可持续利用及生态修复提供科学的理论依据。

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2020年第04期

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