晋北典型煤矿区生态系统服务的时空格局及驱动机制研究

Based on the background of the construction of ecological civilization and ecological deterioration of the mining area, and in light of the ecological needs and actual conditions of the typical coal mining area, This proposed project will evaluate and spatially map ecosystem services such as soil conservation, water conservation, vegetation productivity, and food supply in the Pingshuo mining areas in north Shanxi Province from 1985 to 2015. The research will comprehensively apply field surveys, fixed-point observations, statistical analysis, modeling simulation and GIS spatial analysis methods. The main goals of this study are to (1) simulate spatial distribution patterns and spatiotemporal dynamics of ecosystem services, (2) analyze the mutual trade-off and synergy relationships among ecosystem services from the dimension of time and space, and (3) explore the driving mechanism of ecosystem services by means of quantitative evaluation of the relative roles and joint effects of their driving forces using Geo-detector model. Oriented towards ecosystem services in mining areas, the study attempts to propose strategies of ecosystem management and regulation, which are important theoretical and practical implications for the ecological, economic, and industrial sustainable development of mining areas.

立足生态文明建设和矿区生态恶化亟待恢复重建的背景，结合山西典型煤矿区生态现状与修复的现实需要，本项目拟以山西晋北平朔矿区为例，综合应用野外调查、定点观测、统计分析、模型模拟和GIS空间分析等手段，对研究区1985~2015年土壤保持、水源涵养、植被生产力、防风固沙、食物供给等生态系统服务进行空间制图和评估。在此基础上，模拟煤矿区生态系统服务分布格局与时空演变；从时间和空间维度分析其相互的协同与权衡关系；定量评价生态系统服务的各驱动力的相对作用及联合影响，探讨矿区生态系统服务的驱动机制。本研究试图提出面向生态系统服务的矿区生态系统管理和调控策略，这对于矿区生态、经济以及产业可持续发展有重要的理论和现实意义。

结合山西典型煤矿区生态现状与修复的现实需要，综合应用野外调查、统计分析、模型模拟和GIS空间分析等手段，模拟了不同时间煤矿区生态系统服务及时空格局、煤矿区生态系统服务的协同与权衡关系、冷热点空间布局及演变、从单个和总体角度分析生态系统服务矿区生态系统服务演变的驱动力、煤矿区土地利用变化及景观演变的生态累积效应；选择典型样点，调查了煤矿开采引起农户资本组成和生计方式的动态变化，基于可持续生计框架和参与式农村评估法研究农户的生计动态及生计可持续能力。部分结果显示：（1）1986-2020年土壤保持服务、产水服务、固碳服务（NPP）和防风固沙服务功能均显著提高。土壤保持服务在研究区中南部增加较为明显，而在大同煤田、宁武煤田北部、河东煤田北部则呈减少态势；产水服务除了河东煤田北部、宁武煤田南部等区减少外，大部分地区均呈增加态势；固碳服务只有在研究区东南部等局部地区减少，其他大部分地区均增加较为明显；防风固沙服务在沁水煤田东南部、河东煤田南部等局部地区呈减少态势，其他大部分区域增加明显。（2）土壤保持服务变化主要受降水、DEM和人口数量影响，且与降水和人口数量呈正效应，与DEM呈负效应；产水服务变化主要受降水和人口数量影响，且与其均呈正效应；固碳服务变化主要受气温和降水影响，且均呈正效应；防风固沙服务变化主要受气温、降水、坡度、DEM和建设用地面积影响，除了与建设用地面积呈负效应外与其他因子均呈正效应。我国煤矿区的生态现实扔不容乐观，迫切需要政府将生态系统服务纳入决策，寻求新的治理平衡点，以促进环境状况改善和生态文明进程。项目积累的生态系统服务评估结果数据、生态系统冷热点分布、煤矿区典型地区样点调查、煤矿区土地利用变化及景观演变的生态累积效应等结果数据可以为相关矿区制定生态保护规划，确定生态优先保护区或划定生态保护红线、矿区生态修复或生态补偿等政策制定提供基础数据和决策参考。