新疆是中国重要能源接替区，煤炭预测储量高达2.19×1012t，原煤产量超过2.70×108t/a；采矿用地几乎是城市用地的1.7倍、建制镇用地的1.5倍，已成为新疆重要的人为扰动源。准东、吐哈、伊犁、库拜、和丰5个煤炭基地中，除伊犁降雨较充沛外，其他4个煤炭基地自然条件普遍恶劣，多属荒漠戈壁，严重干旱缺水，生态极为脆弱。大规模采矿扰动与干旱脆弱生态环境的空间耦合所导致的土地退化问题十分严峻，一旦损毁恢复难度极大。此外，作为占中国陆地国土面积近1/6的省区，新疆煤炭资源（Coal Resources，CR）、水资源（Water Resources，WR）、自然生态地理（Physical Geography amp;Ecosystem，PGE）等均具有明显区域差异，不同类型矿区土地生态系统退化的表现、状态、过程、趋势、成因并不完全一致，所采取的调控策略也会有所不同。综上可知，煤炭开采是矿区扰动之源，生态脆弱是退化之根，土地修复是治理之道，由此决定了保护脆弱生态系统与遏制土地退化既是新疆荒漠矿区绿色矿山建设的基础，也是正确选择矿区生态修复措施的前提。 然而，由于长期以来对矿区土地生态系统退化内涵缺乏科学界定，致使评价标准不一、成因机制不明，调控策略值得商榷。为此，本研究采用文献计量、逻辑推理、3S集成应用、野外调查与走访交流、数学建模、实证研究相结合的方法，揭示新疆荒漠矿区土地生态系统退化的状态、过程、趋势性及其成因，创新调控模式。具体包括5个方面的研究：①构建矿区土地生态系统退化评价及其调控的概念模型；②划分“煤炭资源-水资源-自然生态地理（CR-WR-PGE）”组合类型；③评价荒漠矿区土地生态系统退化的状态、过程与趋势性；④通过回溯性分析，解析采矿活动、气候变化与其他人类活动对土地生态系统退化的影响机制；⑤提出基于土地退化平衡（Land Degradation Neutrality，LDN）的荒漠矿区土地生态系统退化调控策略。与此同时，按照“理论分析+案例应用”的交互思路，选取准东与库拜2个煤炭基地开展实证研究。 主要结论如下： 1）构建了矿区土地生态系统退化评价及其调控的概念模型。辨析了矿区土地生态系统退化的概念内涵、影响因素与退化过程；从参照系、时空尺度、方法与程序等方面，提出矿区土地生态系统退化的评价方法；构建了解析采矿活动、气候变化、其他人类活动对矿区土地生态系统退化影响的概念模型；阐释了LDN与矿山生态修复的脉络逻辑与启示关联，提出了“分类施策—分区管控—分级治理”的管理模式和“主动预防、动态监测、系统修复、多元治理”的实施路径。 2）提出了新疆CR-WR-PGE组合类型的划分依据，据此将5个煤炭基地划分为69种CR-WR-PGE组合类型，并归纳了新疆矿区的3个Ⅰ级类、6个Ⅱ级类、17个Ⅲ级类。Ⅰ级类中的戈壁荒漠矿区和荒漠绿洲矿区属于荒漠矿区，绿洲矿区可不纳入荒漠矿区范畴。 3）按系统表现状态，荒漠矿区土地生态系统退化可分为显性退化与隐性退化，评价内容包括退化的状态、过程及趋势性。针对两类荒漠矿区，分别构建了不同的评价模型。①戈壁荒漠矿区：选取绿度（NDVI）、湿度（TWC）、热度（LST）、盐度（SI-T）、土地利用/覆被（LULC）五项关键指标，借助干旱遥感生态指数（ARSEI）测度土地生态系统质量，并通过逐像元线性回归方程揭示ARSEI的演变趋势。结果表明，准东煤炭基地2000~2020年间大幅、一般、轻微退化面积占比分别为3.23%、7.58%、30.38%，其中一般退化和轻微退化主要发生在大井矿区，大幅退化主要发生在矿山尺度。②荒漠绿洲矿区：选取LULC、净初级生产力（NPP）、盐渍化程度（SI）三项指标，运用修正的木桶原理综合指数法评价土地生态系统质量，并基于显性-隐性嵌套与“One out-All out”原则揭示其变化趋势及程度。结果表明：库拜煤炭基地2006~2020年间大幅退化、一般退化、轻微退化的面积分别约占研究区的1.13%、2.84%和7.09%；改善区面积约为退化区的2.45倍，且一般、轻微改善面积均高于相应退化面积。 4）通过回溯性分析，探明了不同因素对土地生态系统退化的影响。①立足新疆全局，解析了气候变化（气温、降水与极端气候指数）对LULC和NDVI的影响。结果表明：“湿化”可为新疆植被生长与恢复提供更为适宜的条件，但“暖化”则会阻碍植被生长。②戈壁荒漠矿区：构建了“气候多元回归模拟+残差分析”模型，探明了气候变化与采矿活动的影响。结果表明：在准东煤炭基地，气候变化对改善区和退化区的贡献率分别为88.53%和58.68%；采矿活动对改善区和退化区的贡献率分别为11.47%和41.32%。此外，采矿扰动驱动的退化区并不限于矿山采场，而是会沿着道路向外蔓延，最终可能形成“点—线—网—面”的退化格局。③荒漠绿洲矿区：通过不同指标成因分离与残差融合，再依据矿山、矿区、煤炭基地3个尺度的划分，厘定了气候变化、采矿活动、其他人类活动的影响。结果表明：库拜煤炭基地不同尺度的显著改善区都主要受气候变化所驱动，并以轻微改善为主。采矿活动影响范围有限，但负面扰动程度较强，在矿山、矿区尺度驱动的大幅退化占比最高，分别为94.49%和57.62%。 5）构建了基于LDN的矿区土地生态系统退化调控概念框架，分为原理层与方案层2个层面，包括愿景、基准、平衡、实现、保障5个模块。原理层中，针对两类荒漠矿区分别确定客体与目标导向、选取衡量指标，进而构建LDN目标函数；方案层中，提出具体的“分类施策—分区管控—分级治理（DS-ZC-CT）”管理模式，并提出了源头避免退化、过程减少退化、采后恢复已发生退化的具体实施路径，归纳了干预管制、激励竞争、强制倒逼、差别治理4项保障机制。两项案例结果表明：①准东煤炭基地距实现LDN仍有较大差距。根据“DS-ZC-CT”结果，识别了戈壁荒野禁采/限采、荒漠草地禁采/限采、砾幕层重构、退化草地修复/重建、道路保护与修复等优先调控区。②库拜煤炭基地实现了面向农用地的LDN目标，但面向生态用地的LDN数量和质量目标均未达成。根据“DS-ZC-CT”结果，识别了矿山生态修复/重建、绿洲涵养禁采/限采、自然荒漠与草地禁采/限采、退化绿洲和草地的修复/重建等优先调控区。两个案例的共同点在于，保障措施均是以干预管制、强制倒逼、差别治理为主，以激励竞争为辅。 矿区土地生态系统退化调控的表象在于恢复退化土地资源，形成于自然恢复与人工修复过程，根植于土地生态系统这一空间载体，需要通过避免退化、减少退化、恢复退化来实现矿区土地退化与恢复的动态平衡。因此，未来有必要在矿区生态保护与修复领域树立这种底线思维，揭示退化的状态、过程与趋势性，辨明主要成因，提出基于LDN的调控原理与方案，进而为矿区生态修复提供理论基础和实践依据。
NETL
