煤炭开采对植被—土壤物质量与碳汇的扰动与计量

发布时间：2017-10-24 03:00

  本文关键词：煤炭开采对植被—土壤物质量与碳汇的扰动与计量

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【摘要】：随着煤炭开采活动的不断深入，煤矿区与煤炭同位异构的各类地表环境因子不同程度地受到到扰动而发生改变。其中，植被和土壤作为地球的主要碳库和考量矿区生态状况的关键因子，对于维持矿区生态稳定，维持碳汇功能起着不可替代的作用，受开采扰动影响，矿区生态环境损失，碳汇功能发生变化。对矿区植被和土壤的物质量和碳汇变化进行准确地测度和计量，是制定环境治理措施、全面核算煤炭开采环境成本的必要环节。 本文以植被、土壤受扰动的理论—机制—时空特征—物质损害—碳汇变化—成本计量及生态补偿为主线，运用多学科理论和方法，数据分析与模型构建结合，空间信息技术与环境经济相结合，寻求揭示及评价煤矿区植被-土壤物质量与碳汇的扰动规律，，测度其物质损害量及生态补偿量。主要研究内容及成果如下： （1）煤炭开采对植被-土壤物质量与碳汇扰动与计量的理论和方法。结合生命周期、累积效应和生态矿区等煤矿区发展规律、理论及相关实例，归纳了煤矿区主要碳汇类型，探讨了时空累积性、时序滞后性、空间外延性、结果双向性等煤矿区植被、土壤受扰动的特征及成因和机理，提出了扰动计量的理论和方法，分析了扰动研究和计量研究间的辩证关系。 （2）煤炭开采对植被-土壤扰动的时空效应，包括植被受扰动的时空变化特征和采煤沉陷对土壤侵蚀的影响机理。在对研究区土地利用演变分析的基础上，利用空间数据分析中的变差函数、分维数、空间自相关、高/低聚类分析、热点分析、异常值分析等方法研究植被时空演变格局，探讨其在全局性、局部性和空间方向上的特征，构建植被受扰动的演化图谱，讨论植被在空间上分布状态，对其驱动力进行详实分析。通过实验研究开采沉陷在全流域不同位置发生时引起的坡面汇流变化，分析其对坡长乃至土壤侵蚀的空间影响格局、作用机理和规律，为煤矿区土壤侵蚀防治提供科学依据。 （3）煤炭开采对植被-土壤扰动的物质量变化计量，包括植被NDVI受煤炭开采扰动的时间序列分析和采煤沉陷对流域土壤侵蚀量计量。在对矿区多源多时相遥感数据融合的基础上，通过对比保护区、沉陷区和非沉陷区环境状况，构建工作面尺度上的长时期矿区植被受采煤作用的扰动量，推演出植被变化与煤炭开采的关系，提取自然因子和采矿扰动对植被NDVI的复合影响序列。结合开采沉陷学和数字地形分析、土壤侵蚀方程等相关学科的方法和技术，测度了流域尺度上采煤沉陷引起的地表土壤侵蚀方程中坡度、坡长、植被覆盖三大因子在空间上的改变量以及由此导致的矿区土壤侵蚀变化量，讨论了沉陷与侵蚀变化的正负关系，验证了采矿对土壤侵蚀影响的双向性和空间外延性。 （4）煤炭开采对植被-土壤扰动的碳汇变化计量。以植被、土壤侵蚀扰动为基础，以地球碳循环原理为依据，探讨了煤矿区碳源/汇机制，分析了气候因子和煤炭开采扰动因子对植被影响的贡献率，进而讨论了煤炭开采扰动下植被对气候变化响应改变而造成的碳吸收量减少机制。在此基础上绘制了植被NDVI对气候变化的响应曲线，改进了CASA模型，测算了煤炭开采扰动导致的生物量和NPP损失量。通过实地取样，定量分析测算沉陷区土壤的有机碳汇变化，构建了植被-土壤系统受开采影响的有机碳变化模型，并据此测算了生态系统的碳汇变化量。 （5）煤炭开采对植被-土壤扰动的价值量计量与生态补偿。基于环境经济学，通过实际价值评估、替代价值评估等方法将植被、土壤物质量及碳汇变化量统一到了经济（价值量）指标；结合煤炭企业开采营收，辅以问卷调查，通过条件价值法计量相应的生态补偿额度，并讨论了生态补偿的方式。 通过以上研究，明晰了有关煤矿区环境扰动的理论机制，构建了植被受扰动的时空格局，剖析了开采沉陷对主要土壤侵蚀因子的影响机理，测算了植被和土壤受扰动的物质量和碳汇变化，计量了环境价值量和生态补偿额度，初步建立了煤炭开采扰动下的植被-土壤碳汇变化计量方法。
【关键词】：煤矿区 地表碳汇要素 生态补偿 扰动 NPP 土壤侵蚀 物质量 碳汇变化 计量
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X171
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-23
• 变量注释表23-24
• 1 绪论24-48
• 1.1 研究背景与意义24-26
• 1.2 国内外研究进展26-36
• 1.3 研究的目标、科学问题和主要内容36-38
• 1.4 研究区概况38-41
• 1.5 煤矿区主要地表碳汇类型41-43
• 1.6 植被-土壤物质量与碳汇表征量的选择43-45
• 1.7 研究数据45-46
• 1.8 技术路线46-48
• 2 煤炭开采对植被-土壤扰动与计量的理论探索48-65
• 2.1 理论基础48-51
• 2.2 煤炭开采对植被-土壤扰动研究与计量研究的辩证关系51
• 2.3 煤炭开采对植被-土壤扰动的特征及成因分析51-59
• 2.4 煤炭开采对植被-土壤物质量与碳汇扰动的计量理论与方法59-64
• 2.5 本章小结64-65
• 3 煤炭开采对植被-土壤物质量表征因子扰动的时空效应65-88
• 3.1 大同矿区土地利用格局分析65-69
• 3.2 植被覆盖度时空演化及其影响因素分析69-74
• 3.3 植被扰动时空效应的图谱分析74-81
• 3.4 山地开采沉陷对土壤侵蚀的空间作用规律及实例分析81-87
• 3.5 本章小结87-88
• 4 煤炭开采对植被-土壤扰动的物质量变化计量88-107
• 4.1 植被扰动时空序列分析与 NDVI 损失计量88-97
• 4.2 开采沉陷对土壤侵蚀变化影响计量97-105
• 4.3 本章小结105-107
• 5 煤炭开采对植被-土壤扰动的碳汇变化计量107-121
• 5.1 植被受煤炭开采扰动的碳汇变化测度107-114
• 5.2 土壤受煤炭开采扰动的碳汇变化测度114-116
• 5.3 植被-土壤系统有机碳汇变化测度116-119
• 5.4 本章小结119-121
• 6 煤炭开采对植被-土壤扰动的价值量计量及生态补偿121-131
• 6.1 环境价值量计量121-125
• 6.2 生态补偿额度确定125-128
• 6.3 生态补偿方式讨论128-130
• 6.4 本章小结130-131
• 7 结论与展望131-135
• 7.1 主要研究结论131-133
• 7.2 主要创新点133-134
• 7.3 研究展望134-135
• 附一 230 景自然因子对植被 NDVI 影响回归方程135-137
• 附二 FPAR 8 阶傅里叶拟合式137-138
• 附三 土样测试数据138-140
• 附四 同煤棚户区搬迁调查问卷140-141
• 参考文献141-155
• 作者简历155-158
• 学位论文数据集158

【参考文献】

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本文编号：1086681