基于RS和GIS矿区废弃土恢复潜力评价研究

【摘要】良好的生态环境是人类赖以生存的基础，是社会可持续发展的前提。当前我国生态环境面临的一个严峻问题就是人类大规模地进行矿山开采所造成的生态环境问题，从而导致土壤质量发生变化，并引起矿山环境发生变化，这将给社会的发展和人民的生活带来巨大的威胁。因此，选择合适的评价指标，建立准确适当的评价方法，基于地面实测岩矿光谱数据和高光谱数据提取矿山环境信息，以满足矿山环境监测的需要，为绿色矿山建设和生态环境恢复提供技术支撑。研究区位于江西德兴矿区，植被发育较好，土壤主要类型是由红砂岩发育形成的红壤。在2011-2012年，分别在矿区采场外围、尾矿坝及乐安河附近采集不同恢复年限的土壤样品48个作为研究样品，利用ASD光谱仪测试土壤样品的光谱，并进行化学成分分析。本文基于RS和GIS技术，根据研究区实地调研情况、土壤剖面特性和评价指标的选取原则，选取土壤有机质、土壤粘土矿物、土壤重金属、土壤铁离子和植被覆盖度作为评价指标，建立德兴矿区评价指标体系，并运用客观的赋权方法确定各个评价指标的权重。基于野外实测光谱和Hyperion数据，利用遥感图像处理软件对数据进行处理和分析，结合土壤的物理化学性质和土壤成土过程，对土壤有机质、土壤速效磷、土壤速效钾、土壤粘土矿物及土壤铁离子等土壤养分的时空变化特征进行分析研究。通过数学建模来反演整个研究区的评价指标信息，并将提取的指标进行量化分析和标准化处理，最后建立研究区废弃土恢复潜力的评价模型。结果显示，在德兴矿区一号坝、二号坝、四号坝和铜矿的铁离子含量较低，这是因为研究区的土壤类型为红壤，红壤中常含有铁锰胶膜、铁锰结核等新生体，赤铁矿等粘土矿物含量较高，也就是背景土壤中的铁离子含量一般较高，所以三个尾矿坝和铜矿的铁离子含量相对较低。根据研究区的矿物全分析测试结果可知，高岭石、绿泥石和伊利石这些粘土矿物在土壤中普遍存在。利用连续统去除的方法提取土壤实测光谱的特征吸收位置，从而建立以三种粘土矿物含量为因变量的预测方程。从反演结果可知，研究区的高岭石整体含量较高，相对绿泥石和伊利石来讲，分布较为广泛。整体上三种粘土矿物在一号坝、二号坝、四号坝和铜矿区含量较低，这是因为尾矿坝的土是采矿之后的废弃土，含有大量的尾矿砂，土壤砂化现象严重，土壤的肥力质量较差，所以三个尾矿坝和铜矿的粘土矿物含量相对较低。在ArcGIS软件的支持下，基于栅格空间分析模块SpatialAnalyst下的RasterCalculator子模块来实现矿区废弃土恢复潜力值的计算，从而建立综合的评价模型来对江西德兴矿区的废弃土的土壤质量进行评价，得到矿区采矿后形成的废弃土的恢复潜力情况，将恢复潜力分为很强、强、中、弱、很弱5个等级。综合研究区的土地利用分类情况和土地复垦潜力分布可以看出：德兴矿区废弃土整体恢复潜力良好，根据对矿区废弃土恢复潜力的评价结果，进行相应的恢复性设计，如全面性恢复设计、整顿性恢复设计、局部恢复设计和补充性恢复设计等，进而对矿区土壤进行复垦，提高矿区土壤质量，为矿山环境的恢复治理提供参考依据。矿山的开采和矿产资源的开发都会破坏原有的土壤结构，以致土壤的质量发生变化，从而引起矿山生态环境发生变化。因此我们需要将开矿后矿区周围堆砌的废弃土进行评价与复垦，从而提高土壤质量，这对合理规划利用土地，完善土地质量的监测和绿色矿山的建立意义深远。
【作者】张莹；
【导师】陈圣波；
【作者基本信息】吉林大学，地图学与地理信息系统，2014，硕士
【关键词】江西德兴；废弃土；Hyperion数据；成分反演；土壤潜力评价；

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