典型地区煤炭开采对生态系统服务功能的胁迫作用及防控策略研究

As ecosystem services function in China’s mineral resource-based areas is under serious threat from exploitation, it’s urgent to establish a long-term safety management mechanism of ecosystem services function in these areas. Through examining the stress-force effect of mineral exploitation on ecosystem services function in coal mining areas with typical plain high ground-water level, this project first discusses the basic characteristics of mineral resources-based areas’ coal exploitation and ecosystem services function, as well as their variation trends to understand the basic features of the change; then analyzes the dynamics character and functional mechanism of the stress-force effect of coal mining on ecosystem sercices function based on the principle of system dynamics; measures the threshold conditions using nonlinear least square method, and proposes the corresponding prevention strategies in order to provide scientific evidence for safety management of ecosystem services function in mineral resource-based areas.

我国广大矿产资源型地区生态系统服务功能正受到矿产资源开发的严重威胁，必须尽快建立矿产资源型地区生态系统服务功能安全管理的长效机制。本项目以典型平原高潜水位煤矿区生态系统服务功能受到煤炭开采的胁迫作用为研究对象，研究揭示矿区煤炭开采和生态系统服务功能的基本特点及变化趋势，以把握煤炭资源型地区煤炭开采与生态系统服务功能变化的基本特征；基于系统动力学原理研究分析煤炭开采对生态系统服务功能胁迫作用的动力学特点，以探明煤炭开采对生态系统服务功能胁迫作用的发生机理；根据非线性最小二乘法计量估计煤炭开采对生态系统服务功能胁迫作用的阈值条件，据此研究提出煤炭开采对生态系统服务功能胁迫作用的防控策略，冀为广大矿产资源型地区生态系统服务功能安全管理提供科学依据。

矿产资源型地区矿产开采对其生态系统服务已产生严重威胁，探究矿产开采对生态系统服务的胁迫作用具有重要理论与实践价值。为此，本项目以我国典型煤炭资源型地区淮南、淮北市为考查对象，引入“品质性”和“稀缺性”2大因子创建新的生态系统服务价值模型，据此分析了淮南市近年来生态系统服务的时空变化趋势；构建了煤炭开采对生态系统服务胁迫作用的系统动力学模型，据此揭示了这一胁迫作用的动力学机制，并利用Vensim PLE软件模拟分析5种不同情境下煤炭开采对生态系统功能的胁迫作用，结果显示5种模拟情境下生态系统功能指数的终值均小于1。选取土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3大胁迫因子作为自变量向量建立了煤炭开采对生态系统服务的胁迫阈值模型，并以淮北市为例从土地、水、大气3方面计量研究了煤炭开采对生态系统服务的胁迫阈值，结果表明煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用存在显著的阈值效应，其中土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3大胁迫因子的胁迫阈值分别为1803.19hm2、33253.23×104t和888.81×108m3。从生命周期耦合关系、区域特质耦合关系和影响因子耦合关系三个视角阐释了煤炭开采与生态系统服务的动态耦合关系，基于灰色关联分析的关联度模型和耦合度模型揭示淮北市煤炭开采与生态系统服务两系统关联度均在0.44~0.56之间，其中煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用主要是水资源破坏，而生态系统服务对煤炭开采的约束作用主要来自调节服务，耦合度整体上呈现出“倒N型”变化趋势，说明淮北市煤炭开采与生态系统服务耦合度变化呈现显著的阶段性特征。这些研究发现对矿区生态系统服务可持续发展管理理论的发展完善具有一定科学意义。