摘要: 露天煤田开采区及周边作为以煤炭资源开发利用为主导的复合生态系统，已成为生态环境与社会经济矛盾相对明显的区域。新疆准东露天煤田有丰富的煤炭资源，但地处西北典型干旱荒漠区，生态环境异常脆弱。对准东煤炭开采区及周边的地表扰动变化、环境污... 展开 露天煤田开采区及周边作为以煤炭资源开发利用为主导的复合生态系统，已成为生态环境与社会经济矛盾相对明显的区域。新疆准东露天煤田有丰富的煤炭资源，但地处西北典型干旱荒漠区，生态环境异常脆弱。对准东煤炭开采区及周边的地表扰动变化、环境污染状况以及当地社会经济发展情况进行及时的监测和评价，是维护该区域生态环境和社会经济协调发展的有效途径。 本研究利用准东煤炭开采典型区域为研究靶区，研究了土地利用覆盖变化；明确了土壤重金属污染分布与富集转运、大气颗粒物污染时空分布特征；分析了准东煤炭开采区周边的环境特征及社会经济发展状况；基于地理加权回归（GWR）模型探讨了研究区土地利用覆盖主要类型与环境污染因子的关系；基于协调发展度模型探讨了土地利用覆盖变化与社会经济的关系；运用恢复成本法和损失成本法核算了准东煤田生态补偿费用并给出生态环境保护建议。主要得出以下结论： （1）2006—2014 年间，土地利用类型以裸地、沙地和植被为主；裸地、采掘区、排土场、建设用地和水域的面积均呈现逐年递增的趋势；植被面积呈现先增长后减少的趋势。2006—2010 年采掘区变化幅度较高，均高于 90%，综合土地利用动态度分别为46.762和53.871；2010—2014年裸地变化幅度高于50%，变化强度高于1%，综合土地利用动态度分别为38.136和43.930。2010年两个开采区土地利用信息熵和土地利用程度综合指数均最高。2010—2014 年，西部开采区沙地和裸地以增加和不变为主；植被以减少为主；采掘区、排土场和建设用地以增加为主，附近植被减少明显，覆盖度有所降低；东部开采区沙地和裸地以不变为主；植被以不变和减少为主；采掘区、排土场和建设用地以增加为主。 （2）Zn、Cu、Pb的含量与新疆背景值相比均未超标，Cr、Hg、As的含量均超标60%以上；0~10cm土层的重金属污染负荷（PLI）、非致癌风险（HI）和致癌风险（TCR）均高于其它两个土层，属于轻度污染，不同深度土壤差异不显著； 0~10cm 土壤 Zn、Cu和As含量高值区位于产业区附近及其北部，Pb含量组合成明显的“V”形高值带， Hg高值区位于中南部，Cr高值区以各产业区为中心向四周辐射状递减；PLI、HI和TCR高值区均位于西北和东北方向，PLI 随土壤深度增加中度污染区逐渐减小，HI 和 TCR随深度增加面积无明显变化。三个土壤深度的第一主成分贡献率分别为：37.896%、37.985%和33.872%，Cu和Zn富集到周围土壤中；第二主成分贡献率分别为：25.574%、25.350%和24.093%。Cr和Hg可能来源于生产及运输过程中产生的污染；第三主成分土壤贡献率分别为：16.712%、15.551%和 16.157%，有较高荷载的 Pb，可能来源于土壤母质；As（0~10cm）在第三主成分贡献率较高，可能与Cu和Zn的来源相同。 （3）研究区4个月份的PM10和PM2.5平均质量浓度均未超过国家环境空气质量标准（GB3095-2012）日均浓度限值，PM10和PM2.5浓度大小顺序为12月﹥7月﹥5月﹥9月。同一月份PM10和PM2.5浓度空间分布格局几乎相同，高浓度区域基本分布在产业区周边。湿度与 PM10、PM2.5质量浓度呈较高正相关，温度与 PM10呈负相关；风速与PM10、PM2.5在9月和12月呈负相关关系，在5月和7月呈正相关关系。湿度是影响粉尘质量浓度和分布的主要因素，重金属是 PM2.5和 PM10的重要组分，但不同季节气候条件下，不同重金属所受到的影响不同。Pb在7月与湿度负相关性最大，降雨对Pb有一定冲刷作用。12月Zn、Cu、AS、Cr与PM2.5、PM10和风速呈现正相关关系，大气颗粒物浓度较高的同时重金属污染也较为严重。 （4）不同样点盐生假木贼、蛇麻黄、梭梭和琵琶柴靠近煤矿区植物对 Zn、Cu 和Cr的富集能力较强，对As较弱，均转运能力较差。不同样点大部分植物对重金属的富集系数小于1，为较低累积重金属植物。不同植物和不同样点的转运能力基本都大于1，植物有吸收重金属并运送到地上部分的能力；离煤矿周边较近样点的植物转运能力较弱，可能是植物为免受重金属毒害的一种自我保护策略。土壤中重金属Pb与有机质呈显著正相关，Cr与有机质显著负相关，Zn、Cu、Hg和As与有机质相关性较弱，有机质不是影响土壤重金属分布的主要因素。 （5）2006—2014年吉木萨尔县和奇台县经济实力显著提升，总体均呈现增长的趋势；产业结构发生明显变化，第一和第三产业比重下降，第二产业比重明显上升，工业增加值增长迅速；人民生活水平有所提高，农牧家庭可支配收入和就业人员数量在2010年以后增加较快；总人口数量有所增加；奇台县地区生产总值高于吉木萨尔县。吉木萨尔县和奇台县综合发展指数最高值分别为2013年的0.7414和2014年的0.8306。吉木萨尔县和奇台县的总人口与社会经济指标的异速生长系数最大分别为0.9813和1.0267，没有正异速增长现象。两县总人口与其他10个指标呈现同速生长模式，反映了总人口与这些社会经济指标成比例的同速增长。 （6）准东煤田西部大部分区域的植被面积与重金属含量 GWR 拟合高度负相关；植被面积比例与As含量关系在中部分布呈“正相关—负相关”的递变，与Cr含量呈负相关和正相关交替出现，与PM10含量在东部呈正相关，在沙地西部和工矿区周边呈负相关。土地利用综合指数 2010 年的值最低，社会经济综合指数 2006 年最低；协调度2014年的值最低；发展度2006年的值最低；协调发展度最高值在2010年，最低为2014年；研究区2006、2010和2014年的协调发展度的类型均属于“勉强协调土地利用滞后型”。裸地、采掘区、排土场、建设用地和水域是导致准东煤田西部开采区土地利用变化的主要因子。 （7）2014年准东煤炭资源开发生态补偿总费用为117876.30万元。其中植被修复成本最高，占34.94%，水污染治理成本占30.57%，大气与固体废物损失成本占19.14%，土地复垦成本总费用的 10.08%，煤矸石污染损失成本、生态服务价值成本和生态环境维护成本均占总费用的1%以下。准东生态补偿费用估算小于准东煤炭销售收入的1/10，属于标准范围内。建议准东生态环境保护可以从准东煤田环境管理体制、提高准东煤炭开采企业环境保护意识、重视准东生态环境破坏预防和治理以及多元化生态补偿资金筹措等方面进行完善。 收起