返回重点实验室网站

项目简介

  • 项目总体情况
  • 课题设置情况

课题设置情况

课题一:大型煤电基地开发生态累积效应研究及风险评估

来源:      发布时间: 2016-09-26      作者:

受气候条件制约和长期无序开发破坏,我国东部草原生态系统已呈明显退化态势,区域内普遍存在草地退化、土地沙化、水土流失严重、生物多样性丧失等严重的生态问题,自我修复能力差。草原脆弱的生态系统已成为区域可持续发展的重要制约因素,其生态安全保障问题也越来越受到国际的关注。如何科学界定东部草原区大型煤电基地长期高强度开发下主要的生态累积效应以及对这一区域生态安全影响的阈值,对于完善煤炭开发累积效应的评估方法体系、维护我国北方地区的生态安全以及保障我国能源开发战略的实施具有重要意义。

1.1 研究目标

针对东部草原区大型煤电基地开发的生态累积效应特征,开展东部草原区大型煤电基地开发生态效应的遥感与地表观测;研究煤电开发驱动下草原地表生态时空变化过程、生态系统退化机理、损伤边界和累积效应,研究区域生态安全约束下,大型能源基地开发生态累积效应的影响阈值;建立大型煤电能源基地开发生态累积效应评估体系;研发大型煤电基地开发生态监测物联网系统和生态风险评估预警技术体系,为煤电基地开发与区域可持续发展提供理论和技术支撑。

1.2 主要研究内容

本课题将针对项目重大科学问题“东部草原区大型煤电基地长期高强度开发对草原生态(土壤、植被)的影响机理及累积效应”对东部草原区大型煤电基地开发主要地表生态效应(土壤结构功能改变、植被破坏、水土流失、水体变化等)的累积作用开展研究,重点研究地表生态累积效应的变化规律、作用机理、作用边界、影响阈值、评估方法,并以此为基础,建立区域生态系统监测与风险评估预警的技术体系。具体研究内容包括:

(1)大型煤电基地开发的生态累积效应及其变化规律研究

对研究区内部及对照区域的地形、土壤、植被及其覆盖、土地利用、地表水体以及相关生态环境要素等开展遥感调查、地表观测和实验分析等,获取大型煤电基地及所在区域的生态环境特征信息;综合考虑大型煤电基地所在区域的生态环境特征与现状、结合区域生态安全的目标,分析大型煤电基地开发对不同生态环境要素的影响,系统分析煤炭高强度开采对草原生态系统的作用方式、影响途径与时空累积特征,评估研究区域内土地利用改变、植被退化、土地沙化和水土流失等生态问题的程度和时空分布特征,研究大型煤电基地开发的生态累积效应及其时空变化规律。

(2)大型煤电基地开发扰动下草原生态系统退化机理研究

从物种水平、群落水平及生态系统水平三个层次,研究生态系统退化的驱动力,辨识草原生态系统退化的内外因素;运用主成分分析等数理统计模型,识别草原生态系统退化的主导环境因子,基于主导环境因子胁迫下的植物生理、种间协作-竞争关系及群落演替研究,结合生态累积效应变化规律,建立环境因子与生态效应的定量关系;基于土壤-植被系统的物质转换及能力传输机制,从群落及生态系统两个层次分析土壤与植被间的水分、养分循环过程,研究煤电基地开发扰动下,物质循环过程的动态响应规律,揭示开采驱动下草原生态系统的退化机理。

(3)地表生态变化过程反演与土地影响边界识别

结合地表调查与遥感监测数据、煤炭资源与开采计划数据等,构建采煤扰动位置及时序遥感识别模型及算法,比较其他人类活动影响和煤炭开采扰动的光谱特征和空间几何特征,形成东部草原煤电基地开采扰动时空过程年际信息图谱;应用开采扰动时空过程年际信息图谱,研究大型煤电基地开发的累积生态影响机理及过程,建立大型煤炭基地累积效应解释模型,探讨煤炭开发时空过程与环境因子变化的关系;兼顾开采扰动生态变化过程特征和现状地表特征,研究煤炭开发影响程度的定量评价方法及煤炭开采对草原生态影响边界的界定方法。

(4)大型煤电基地开发生态累积效应评估体系研究

基于煤电基地开发区域生态累积效应的时空变化规律和煤炭高强度开采扰动下,草原生态系统的退化机理研究,构建不同类型生态累积效应影响阈值的确定方法体系;确定基于区域生态安全的大型煤电基地开发生态累积效应影响阈值;基于时间序列分析方法、空间信息分析方法及交互影响分析模型,建立与大型煤电基地开发活动之间具有时空交互作用的累积效应分析模型,根据不同生态累积效应的影响特征和变化规律,构建大型煤电基地生态累积效应评价指标体系与评估方法体系。

(5)大型煤电基地开发区域生态监测与风险评估技术体系研究

应用环境物联网通用技术体系,研究适用于大型煤电基地生态监测的物联网系统架构和模型,针对大型煤电基地开发过程中的生态环境问题类型,分析典型生态风险,识别典型生态风险关键胁迫因子,研发大型煤电基地生态监测与风险评估预警技术,构建大型煤电基地生态安全监测与评估技术平台。

1.3 拟解决的重大科学问题或关键技术

(1)研究大型煤电基地长期高强度开发对草原生态系统的影响机理

(2)研究大型煤电基地开发对草原生态系统的累积效应,确定其影响边界与阈值;

(3)构建大型煤电基地开发的生态累积效应评估体系;

(4)研发大型煤电基地环境物联网监测与生态风险评估预警技术体系。

1.4 考核指标及评测手段/方法

(1)完成《大型煤电基地长期高强度开发对东部草原生态系统的影响机理与地表生态累积效应》研究报告;

(2)完成东部草原区大型煤电基地开发地表生态累积效应影响阈值与评估技术规范一份;

(3)研发东部草原区大型煤电基地生态环境物联网监测与生态风险评估预警技术体系一套;

(4)申请实用新型专利2 项,申请软件著作权2 项,发表研究论文20 篇;

(5)培养硕士研究生、博士研究生及博士后人员10 名,培训当地技术人员50 人次。

评测手段/方法:考核指标(1)~(3)采用专家论证会的方式进行评测;考核指标(4)、(5)以专利证书、学术论文、专著、研究生学位论文数量进行评测。

1.5 参加单位任务分工

课题负责单位:中国科学院生态环境研究中心

课题参加单位:中国矿业大学(北京)、中国环境科学研究院、中国科学院遥感与数字地球研究所、神华地质勘查有限责任公司、中国科学院城市环境研究所

课题负责人:付晓,中国科学院生态环境研究中心课题任务分工:

子课题1:大型煤电基地开发的生态累积效应及其变化规律研究,由中国科学院遥感与数字地球研究所、神华地质勘查有限责任公司承担;

子课题2:大型煤电基地开发扰动下草原生态系统退化机理研究,由中国环境科学研究院承担;

子课题3:地表生态变化过程反演与土地影响边界识别,由中国矿业大学(北京)承担;

子课题4:大型煤电基地开发生态累积效应评估体系研究,由中国科学院生态环境研究中心承担;

子课题5:大型煤电基地开发区域生态监测与风险评估技术体系研究,由中国科学院生态环境研究中心、中国科学院城市环境研究所承担。