典型露天煤矿生物多样性受损分析

毕业设计(论文)开题报告题目: 典型露天煤矿生物多样性受损分析

学院：地球与环境学院

系别：水资源与规划系

专业班级：x x xxx

学号：

学生姓名：

指导教师：

20xx年xx月xx日

安徽理工大学本科毕业设计（论文）开题报告

姓 名 xxx 专业班级 xxx 指导教师 xxxx

一、课题的名称、来源

1.课题名称 典型露天煤矿生物多样性受损分析

2.课题来源 生产 科研 教学 其他

二、研究意义、研究现状、研究内容、拟采用的研究思路与方法

（一）研究意义

我国是一个缺少石油、天然气但煤炭资源丰富的国家。煤炭是我国的主要能源之一，在国民经济建设中具有不可取代的战略地位。煤炭在我国能源生产和消费结构中占很大的比例。这种客观现实决定了我国在可以预见的将来,一次能源将仍然以煤炭为主。煤炭的开发利用在带来可观的经济效益的同时,也对环境产生了破坏。也就是说煤炭业的发展是以牺牲土地资源、生物资源、水资源等生态环境为代价的，并且这种牺牲将持续且更大规模的发生，由此引发的生态环境问题已不是单一的环境问题，而是涉及到矿区生态安全的大事，而这些将会严重制约着矿区的经济、社会、环境的可持续发展。矿山的大规模和长时间开采通常会侵占、破坏和污染矿区土地资源,并改变区域水热结构,破坏动植物区系,导致矿区生态退化与环境污染,进而引发一系列社会经济与生态环境问题。这已成为我国的环境保护与经济发展面临的重大挑战之一。

大规模的煤炭资源开采特别是露天煤矿开采造成大面积的土地被占用、损毁,使得原生态系统彻底破坏,导致生物多样性急剧减少。土地复垦虽对矿区的受损环境起到了一定的修复作用，但是在现阶段采矿前、中、后期都没有充分考虑生物多样性受损情况,导致复垦后土地生态环境效益没有充分体现。因此,亟需开展对典型露天煤矿生物多样性受损情况的分析研究。生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础,也是生态系统稳定性的基础。生物多样性不仅为我们提供了食物、纤维、木材、药材和多种工业原料而且在保持土壤肥力、保证水质、维系自然界物质循环、能量转换、净化环境、改良土壤、涵养水源、保持水土、调节小气候、促进生物进化和自然演替等方面发挥重要作用,表现为经济效益、生态效益和社会效益的高度统一,是人类社会可持续发展的生存支持。人类发展经济同时必须与保护生态系统相协调,才能持续利用生物多样性,保护人类的生存环境。2010年是联合国指定的国际生物多样性年,各国政府曾决定到2010年大幅降低生物多样性丧失的速度,但这一目标未能实现。近年来,矿产资源的开发利用为我国的经济发展提供了重要保障,同时也造成了大量土地损毁,引发了严重的土地质量退化和水土流失、生态环境恶化等一系列问题,矿区生态受损引发了生态系统极度退化,生物多样性急剧减少。

《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》提出“土地整理复垦开发和土地整治项目设计中,充分体现生物多样性保护的要求,保护当地物种和生态系统;查明东北煤矿区和山西煤矿区生态系统退化状况,研究提出煤矿区的生态恢复治理技术和模式,选择典型区域开展试点示范,增强煤矿区退化生态系统的生态恢复能力”的具体要求,开展矿区生物多样性保护研究对于促进煤矿区社会经济发展和生态环境保护具有重大意义。2010年《全球生物多样性展望》中阐明了直接造成生物多样性丧失的主要助力依然存在甚至在不断加剧。当前煤炭资源开采前、中、后期等环节中未能充分考虑生物多样性保护,造成了生物多样性的严重受损。开展典型露天煤矿生物多样性受损研究,了解矿区生物多样性现状,从而为矿区复垦与生物多样性保护研究提供重要技术支撑。 当前矿区的开采及复垦过程中对生物多样性保护统筹力度不够,煤矿的开采过程中 √√√

未能注意矿区的环境保护，造成矿区生物多样性严重减少；在土地复垦方案编制中也未能体现对生物多样性保护的整体设计,在地貌重塑、土壤重构和植被恢复等重要阶段和技术环节也未能充分融入生物多样性保护理念，对矿区的生物多样性受损分析可以促进矿区土地复垦与生物多样性保护研究,明确矿区生物多样性保护工作重点和方向。

露天煤矿开采复垦过程中新形成的生境与原生境相比虽趋于简单，但重新组合堆置的固相岩土结构松散、地层层序紊乱、地表物质更加复杂、土壤性质趋于恶化。露天开采使得生物多样性受损严重，恢复难度很大。露天煤矿生物多样性受损环节主要包括岩土剥离、岩土堆放、煤矸石堆放等。①岩土剥离。大型露天煤矿采煤需剥离数百米厚的土层和岩石，这些土层和岩石形成的地质年代和环境条件变化甚大，剥离后理化性质也发生改变，②岩土堆放。剥离物从地下移至地表，堆放地点、体积和位置发生改变; 土岩层层位从有序排列到混合堆放，这种混排完全破坏了原有岩土剖面，岩土物料松散，易产生非均匀沉降。此外，露天煤矿排土过程中重型卡车碾压使地表严重压实，造成植物扎根困难。③煤矸石堆放由于无土、缺水、干热、强酸、有毒等恶劣条件，缺少植物种子和残根，且自燃现象较为普遍，煤矸石山很难具备植物生存和更新的条件。

对自然资源开不合理开发利用，会使生态环境遭受破坏，也会使开发区域的生态环境发生改变，造成生态系统很难或不可恢复的破坏。为实现开采过程中露天矿区生物多样性影响最小化和复垦过程中生物多样性恢复最大化的目标，应对采矿前、中、后全程中生物多样性演变情况进行调查监测和评价以及受损分析和预测，并制定专门的法律法规。

（二）研究现状

国内

我国是一个生物资源丰富的国家。但是由于我国工业化和城市化进程的加快、资源的不合理利用、气候变化等一系列原因,使得生物多样性面临着严峻的威胁。中国在1992年联合国环发大会上签署上《生物多样性公约》,将生物多样性保护和持续利用纳入国家战略和行动计划方案。2010年颁布的《中国生物多样性保护战略与行动计划》(2011-2030年)中已明确提出在土地利用规划与土地利用工程中需进行生物多样性保护的要求。矿产资源的开采促进经济发展的同时也对环境造成了很大的影响,生物多样性是自然资源的一个重要组成部分,因此,在整个矿业生产周期中应考虑对生物多样性的保护,尤其是在矿区土地复垦与生态重建过程中。然而,我国的土地复垦事业起步较晚,长期以来,在我国的矿业土地复垦研究中多注重地貌重塑、土壤重构、土地复垦模式的研究,对于矿区生物多样性保护的理论研究与技术开发刚刚起步。

随着人们对植物群落与生物多样性的认识的深入,对于矿区生物多样性的研究也日益增多。王改玲(2002)等人以安太堡露天煤矿为例,讨论了复合生态系统生物多样性与可持续发展的关系,说明复合生态系统的生物多样性要求经济、生态、社会综合效益最佳,其建设必须以生境建设为基础,并以生态工程手段保持和调节植被结构,以使矿区得到真正可持续发展。伴随着植物群落的形成与演替,植物群落的生物多样性逐渐提高。卞正富(2000)提出生物多样性保护与恢复应作为选择采矿与复垦方案的依据之一,在矿区土地复垦与生态重建中,可用生物多样性指数来评价复垦质量,优选复垦方案。许建伟等人(2010)采用样方调查法及SPSS分析法对安太堡露天矿开采后排场植物的生长、多样性的变化及其立地条件等环境因子进行了调查和分析,结果表明,复垦地土壤的改良和植物的恢复都需要时间的积累;立地条件在一定程度上影响着植物的生长,立地条件

好,含有一定量石烁的样地,植物生长就较好,多样性指数较高;植物均匀度与土壤容重呈极显著负相关,与总孔度呈极显著正相关,植物香农一威纳指数与土壤速效Cu呈显著正相关;草灌乔配置模式为植物的生长提供了更大的生态位,其样地内的植物多样性指数较高。郝蓉等(2001 )在大型露天煤矿土地复垦究中发现,土地复垦后的复合生态系统植物群落的多样性与自然生态系统中的植物群落的多样性的最大不同是山人为措施来控制其物种种类,主要受人为干扰,且常带有人为目的和利益,因此通过对一个生态系统加以人为干预、控制和管理,最终建立一个具有高生产力的、稳定的植物群落,从而达到生物多样性保护与持续利用这两大目标。阜新新邱露天矿在东排土场生态恢复的实践中,以恢复生态学理论为指导,m确运用了生物多样性原理对生态系统发展的影响机理,取得良好的生态效益,社会效益和经济效益(康恩胜,2005)。郭逍宇等(2005)人通过群落调查和实验分析,采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,结合DCCA排序、多元性回归和相关分析,从数量生态的角度定量的分析了安太堡矿区复垦地恢复过程植被多样性、土壤条件和地形因子的变化。秦文展(2011)从喀斯特露天矿生态复垦立地类型划分入手,首先阐述露天矿生态重建中土壤质量变化,然后从物种、植物群落、景观三个层面对平果招矿生态恢复过程中生物多样性进行研究,最后对矿区复合生态系统健康进行综合评价。

国外

生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础。在自然保护刊物上(Wilson E D, 1985)上最先出现了“生物多样性”(biological diversity或biodiversity)一词。近几百年间由于人类文明的飞速发展，物种灭绝速率比地球历史上物种自然灭绝速率增加了 1000 倍(Millennium Ecosystem Assessment, 2005; Pimm S L 等,1995)。针对日益严峻的生物多样性丧失趋势,《生物多样性公约》(the Convention on Biological Diversity)(以下简称《公约》)缔约方大会第六次会议通过了 2010年生物多样性目标。2010年《全球生物多样性展望》研究报告指出,造成生物多样性丧失的主要压力不仅继续存在,某些情况下还在加剧,各缔约国为今后几个十年制定了新的战略计划,包括2050年生物多样性远景设想和2020年生物多样性设想。

人们对生物多样性日益重视。矿区生物多样性的恢复与保护也成为亟待需要解决的问题,国外研究与技术开发非常重视矿业开发全过程中的生物多样性保护。生态演替(ecological process)的重要性是美国1977年联邦法所强调的:即要求生物多样性、永久性、自我持续性和植物演待。德W的上地复垦不仅是将损毁和压占的土地恢复成可供利用的状态,而且要重建良好的生态环境,使得新的景观要与矿产资源开采前的状态相似甚至是优于开采前的状态(梁留科等,2002)。2006年,国际矿业与金属理事会(ICMM)针对矿业〕下发的生物多样性保护制定了“Good Practice Guidance for Mining and Biodiversity”,分别对开矿前期的调查评价和生物多样性受损风险规避、矿业开发过程中的生物多样性保护与风险减缓、闭石/见划和实施中的生物多样性恢复等问题进行了政策与技术层面的指导。国外煤矿闭矿后的土地利用方向主要以林草地为主,并且十分关注土地复垦后的生物多样性。澳大利亚国际采矿与金属委员会将生物多样性目标构成矿山关闭计划所制订的完成标准的一部分。在澳大利亚,生物多样性管理是尾矿整治和生态恢复的主要内容,是复垦和关闭的关键环节,关系到矿业企业能否可持续发展(李彦龙,2011; Environment Australia)。Scott A. Thompson 等(2008)通过对比 5个矿区排土场及周围未被扰动地区的爬行动物群聚程度来反映陆地生态系统的土地复垦效果。Ana Claudia Neri等(2010)建立了一套评估石灰石釆石场环境恢复指标体系,评估了巴西的150个采石场恢复效果,结果表明尽管所有的采石场已通过IS014001认证,他们的监管过程中缺少对土地恢复和生物多样性方面的关注。

（三）研究内容

露天煤矿资源开发是一种具有大规模、高强度性质的生态扰动行为，会产生区域地表侵蚀、植被破坏等生态扰动和环境污染等问题。因此，分析评估露天煤矿生物多样性受损现状、演变规律和受损机制，以及预测伴随土地利用变化发生的生物多样性受损变化十分必要，该方面的研究成果将为矿区环境恢复和治理提供信息支撑。

露天煤矿生物多样性受损评估分析是指借助于野外调查、采样化验和遥感等多源数据，结合 GIS相关分析和统计分析等技术方法，分析评估露天煤矿生物多样性受损现状!演变规律及其受损机制的过程.目前国内外学者主要侧重于基于RS技术支持下的植被(或群落) 受损状况评估的研究。露天矿区生物多样性受损评估大致分成 3 个阶段。第1阶段重点从微观层面，是在实验室内进行生理演变过程及其驱动机制的研究。该阶段侧重于露天矿山生产建设过程中产生的粉尘对生物多样性的影响，国外学者很早就在该方面开展了研究。第 2 阶段主要是从宏观层面，利用 RS 技术分析评估露天矿区生物多样性受损状况。第 3 阶段是利用高光谱遥感技术，通过研究受损生物(主要是植被)的光谱特征和植被指数，开展煤矿开采对生物影响的研究。

（四）拟采用的研究思路与方法

露天煤矿生物多样性受损评估分析是指借助于野外调查、采样化验和遥感等多源数据，结合 GIS相关分析和统计分析等技术方法，分析评估露天煤矿生物多样性受损现状!演变规律及其受损机制的过程。目前国内外学者主要侧重于基于RS技术支持下的植被( 或群落) 受损状况评估的研究。露天矿区生物多样性受损评估大致分成 3 个阶段。

(1)文献资料综合分析法：在查阅国内外相关文献,借鉴目前已有的生物多样性的经验与相关领域研究成果等相关的资料的基础上，通过归纳整理、分析鉴别，对露天煤矿区的生物多样性受损分析的研究成果及进展进行系统全面的论述。通过,探讨提高和保护黄土区大型露天矿生物多样性方法。

(2)野外样方调查法：根据不同的矿区规模、开采年限、地区将露天煤矿进行划分,并对典型的露天煤矿进行生物多样性数据记录,制作“动物调查表”、“植物调查表”、“微生物调查表”。

(3)对比分析法：将不同露天煤矿下的生物多样性数据结果进行对比分析,并以此来分析不同的露天开采的煤矿区对生物多样性影响,得出不同露天开采的煤矿区生物多样性受损情况程度的差异,了解和掌握典型露天煤矿生物多样性受损情况及其变化趋势。

三、主要参考文献

[1] Pimm S L, Russell GJ,Gittleman J L, et al. The Future of Biodiversity. Science.

1995,269 (5222): 347-350;

[2] Wilson E D. The biological diversity crisis. Bioscience. 1985,35 ( 11 ): 700-706;

[3] Millennium Ecosystem Assessment. Ecosystems and Human Well-Being: Biodiversity

Synthesis. Washington D.C.: World Resources Institute, 2005: 3;

[4] 梁留科,常江,吴次芳,德国煤矿区景观生态重建/土地复垦及对中国的启示.经济地

理.2002,22 (6): 711 -715;

[5] Scott A. Thompson, Graham G. Thompson, Philip C. Withers. Rehabilitation index for

evaluating restoration of terrestrial ecosystems using the reptile assemblage as the bio-indicator,Ecological Indicators. 2008 (8): 530—549;

[6] Ana Claudia Neri, Luis Enrique Sanchez. A procedure to evaluate environmental

rehabilitation in limestone quarries. Environmental Management. 2010 (91 ): 2225-2237;

[7] 李彦龙.澳人利亚的矿业生物多样性管理及其启示.生态经济.2011 (12):

139-142,156;

[8] 王改玲,白中科,赵景逵,等.矿区生态重建中生物多样性与可持续发展.煤矿环境保

护.2002, 16 (4): 7-10;

[9] 郝蓉,陕永杰,中科,等.露大煤矿复取土地的植物群落多样性与稳定性.煤矿环境保

护.2001,15 (6): 14-16;

[10] 卞正富,张国良.生物多样性指数在矿山土地复垦中的应用.煤炭学报.2000,25(1):

76-80;

[11] 郭逍宁,张金屯,杏辉力,等.安太堡矿区复垦植被恢复过程多样性变化.生态学

报.2005, 25 (4): 1470-1476;

[12] 张健,刘国彬.黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物和物种多样性

的影响.自然资源学报.2010, 25 (2): 207-217;

[13] 许建伟,李晋川,白中科,等.黄土区大型露大矿复垦地土壤对植物多样性的影响研究

一以平朔安太堡露天矿排土场为例.山西农业科学.2010,38 (4): 48-51;

[14] 秦文展.露天铅土矿生态恢复过程中生物多样性研究:[博士学位论文].长沙:中南大

学,2011；

[15] 许静雯，黄土区大型露天矿复垦地野生草本植物侵入特征研究：【硕士学位论文】

中国地质大学(北京)；

[16] 张世文，黄元仿，张立平，张红艳，李贞，露天煤矿土地复垦生物多样性保护恢

复研究进展。

四、进度安排

2016年4月1日至4月20日：选择课题，并着手于相关数据及文献的收集，完成开题报告，确定论文题目。

2016年4月21至5月10日：查阅相关文献及数据，构思文章基本框架、观点及研究思路，并完成初稿。

2016年5月11日至6月5日：对文章进行修改，并在指导老师的指导下修改文中的缺陷及格式。

2016年6月6日至6月10日：根据指导老师的意见最终定稿，准备答辩。

五、指导教师意见

指导教师签名：日期：年月日六、所在系意见

负责人签名（签章）：日期：年月日注：此件由学生本人填写，一式二份，院（部）、指导教师各存一份。