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基于遥感的煤矿区植被净初级生产力变化的监测与评价

侯湖平  
【摘要】: 矿产资源开采对国民经济发展具有不可替代作用,然而资源开采促进社会经济发展的同时,对矿区的生态环境造成破坏,威胁到矿区生态安全和社会的可持续发展。本文结合多学科的理论知识,综合运用“3S”技术和实验方法,通过定性与定量相结合、数值模拟与实验分析相结合、一般理论与案例实证相结合、比较分析与归纳总结相结合等多种方法,通过引入植被净初级生产力来对矿区生态扰动进行监测与评价研究。 首先,从矿区生态系统扰动因素、扰动特征、扰动形式,分析矿区生态系统扰动的表观现象。以徐州九里矿区为例,从矿区生态系统扰动机理、扰动因素、扰动程度评价、扰动的生态响应特征等四个方面分析矿区生态系统的生物因子、非生物因子、景观生态因子对采动的响应机理。 其次,根据矿区生态扰动监测的目标、内容,将植被净初级生产力(NPP)作为矿区生态扰动监测的指标,对其可行性和合理性进行分析。基于遥感和植物生理生态的原理,提出小区域范围NPP测算的遥感模型----改进的CASA模型,模型改进体现在三个方面:(1)通过遥感数据与实验数据相结合,建立FPAR与植被盖度f的反演模型,进而对植被所吸收的光合有效辐射参数进行了改进;(2)NDVI是模型中的关键参数,提出采用频度图来确定NDVI参数,提高其测算精度。(3)提高基础数据的精度。采用空间分辨率为30m的遥感影像,不同土地覆被类型采用不同的最大光能利用率,提高土地覆盖分类精度。 然后,建立基于NPP的矿区生态扰动监测与评价体系,采用实验技术、RS技术、GIS技术来提取矿区生态扰动的生态信息,通过改进的CASA模型来评价矿区NPP,模型验证合理,结果表明:(1)矿区不同年际NPP的时空变化:1987年到2008年间,NPP的平均值在不断减小,NPP变化的峰值比例逐渐减小,峰值范围逐渐增大,变化趋势趋于平缓,说明采矿扰动程度对植被生产力变化的影响逐渐增大。从空间分布来看,生态破坏区内NPP的平均变化量2.752 gCm-2month-1到4.752 gCm-2month-1,生态影响区NPP的平均变化范围为0.152 gCm-2month-1到0.352 gCm-2month-1之间,生态破坏区NPP的变化大于生态影响区。(2)不同土地覆盖类型NPP的变化:在1987年到2008年间,矿区NPP不断减小,平均NPP减小量为5.531 gCmonth-1,其中耕地和林地减小量最大,耕地减小6.785 gCmonth-1,林地减小10.056 gCmonth-1,是导致NPP降低的最直接原因,其NPP的变化趋势与采矿导致土地覆盖面积变化的趋势一致。(3)不同类型矿井NPP的变化:随着矿井生产规模的扩大,对矿区周边的生态破坏程度越来越大,NPP降低量越来越大。矿井的建设投产期NPP开始降低,稳产高产期NPP降低量最大,衰退期NPP降低幅度开始减小并NPP有增加的趋势。(4)矿区NPP变化的影响因素分析:在矿区采矿活动是导致矿区NPP变化的主要因素,NPP变化对采矿活动很敏感,气候变化对NPP的影响范围长度为0.1105 gCm-2month-1-3.3325 gCm-2month-1,采矿活动对NPP的影响范围长度为90.5253 gCm-2month-1-107.8915 gCm-2month-1。(5)矿区NPP变化的影响因素相对作用分析:采矿活动和气候变化共同作用影响矿区NPP的变化,气候变化推动NPP是向正方向发展,采矿活动推动NPP向负方向发展。随着采矿活动逐渐增强,采矿活动对NPP推动变成主导因素,其推动NPP向负方向发展的比例在增大。 最后,提出建立基于NPP矿区生态扰动监测与评价系统,并提出该生态扰动监测系统的应用和建议。


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