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煤炭资源大规模开发利用过程中产生的生态效应具有时间累积性和空间延展性。当累积效应超过区域生态环境容量,将会给地域自然及社会生态系统带来不可逆转的破坏。依据外部条件的影响程度和当地的社会系统的特征,可以表现出不同的生态累积效应过程和结果。就我国干旱半干旱地区的草原生态系统而言,在一定时间内,生态系统的结构和功能处于相对稳定状态,在受到工业、放牧及采矿等外部活动长期干扰时,草原生态系统平衡被打破,部分生态系统组分能够通过自我调节恢复到初始的稳定状态,关键组分一旦超过安全阈值则难以恢复,甚至会影响其他相关组分的稳定性,导致生态系统结构及功能发生改变,生态系统产生动态演变。
为此，董霁红教授在《煤炭学报》2021年第6期撰文“典型干旱半干旱草原矿区生态累积效应”，并以“蒙东干旱半干旱草原矿区生态累积效应”为题在“黄河流域矿区生态保护与可持续发展”专题发布会对相关成果进行了详解。
创新点
依据矿区发展与草原生态的演变关系，明晰了草原矿区生态效应累积特征，剖析了关键生态要素累积响应机理，给出了生态累积效应、生态承载力与生态系统弹性的关联关系。定量研究煤矿全生命周期的生态累积效应有助于明确草原矿区生态系统演变规律，为干旱半干旱草原矿区生态修复提供理论基础和实践依据。
作者简介
董霁红，女，1967年生，工学博士，中国矿业大学环境与测绘学院教授博导。2003年获日本筑波大学环境科学专业理学修士学位，2008年获中国矿业大学环境科学专业工学博士学位。2006年德国波鸿工业大学交流学者，2011年日本东京大学客员教授，2017年日本庆应大学客员研究员。从事土地复垦与生态重建、矿区土壤监测评价、“能源-水-食品”系统关联等研究近20年，境内外本领域学术声誉良好。担任江苏省土壤修复标准技术委员会委员，国家国际科技合作专项项目评审专家。国家外国专家局、教育部高等学校学科创新引智基地建设学术骨干。日本资源工学会会员、美国IEEE会员等。主要成果
近五年，主持国家重点研发计划子课题1项，国家自然科学基金项目2项。完成了矿区复垦土壤重金属光谱特征研究，建立了估算模型与测评体系，探究了污染物的迁移规律与修复方法。研发了大型煤电基地典型污染场地识别与治理技术。研究了黄河流域大型煤电基地的生态系统演变类型、特征及修复模式，实践废弃植物炭化技术于东部矿区场地治理净化。获中国煤协一等奖，江苏省科技进步一等奖等。主编教材2部，专著3部，参编字典1部，授权境内外专利12项，论文40篇，SCI收录16篇。
摘 要
位于黄河流域中上游的内蒙古干旱半干旱草原区,是我国“两屏三带” 生态安全屏障区,也是大型煤炭基地和煤电基地的分布区。由煤炭资源开采造成的土地退化、地下水位下降、生物多样性减少等生态问题,经过长期累积和空间外扩,对矿区及周边地区生态产生严重负面影响。
针对这一区域生态累积效应的研究已经引起了国家和社会的关注。已有研究主要聚焦干旱半干旱草原矿区某一生态要素、某一时间段的生态效应分析,而煤矿发展具有生命周期和复杂的能量物质流动。为此：
①阐述了国内外干旱半干旱草原矿区的相关研究,分析了煤矿生命周期阶段,给出了矿区不同生命阶段的发展过程与草原生态系统演变的空间关系。
②解析了内蒙古东部干旱半干旱草原矿区生态效应累积特征,重点阐述了水、土、植被关键生态要素的累积源、累积途径及表征形式;采用趋势线分析法分析了内蒙古东部地区植被覆盖度时空累积变化趋势,1981—2015年61.29%的像元植被覆盖度变化不明显,通辽市西北部、赤峰市北部及呼伦贝尔市中部地区约16.86%的像元植被覆盖度呈现减少的趋势,呼伦贝尔市西部、兴安盟南部、赤峰市及通辽市西南部地区约21.85%的像元植被覆盖度呈现增加的趋势。
③基于土地环境生态累积响应机理对生态承载力、生态累积效应、生态系统弹性3者关联关系进行了说明,提出了弹性调控的技术路径;定量研究煤矿全生命周期的生态累积效应有助于明确草原矿区生态系统演变规律,为干旱半干旱草原矿区生态修复提供理论基础和实践依据。
部分图片
中国草原-牧区-煤矿大致分布
煤矿生命周期阶段划分
草原生态系统演替与煤矿发展时期
草原矿区生态扰动示意
1981—2015年内蒙古东部地区植被覆盖度累积变化
地表水文过程模型示意
土壤环境累积效应
草原矿区生态风险源、风险受体与生态终点
累积效应、系统弹性和承载力3者关系示意
董霁红,吉莉,房阿曼. 典型干旱半干旱草原矿区生态累积效应[J]. 煤炭学报,2021,46(6):1945-1956.
DONG Jihong,JI Li,FANG Aman. Ecological cumulative effect of mining area in typical arid and semi-arid grassland[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(6):1945-1956.
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