典型露天煤矿复垦生态系统碳固存研究：机理与效应 ——以平朔露天矿为例
发布时间：2021-11-14 13:14
因温室气体排放造成的全球气候变化是当前国际社会关注的热点。通过植被恢复增加陆地生态系统碳汇则被认为是缓解气候变化的重要手段。露天煤矿开采造成生态环境的剧烈扰动,引起矿区生态系统碳存储能力的衰退乃至丧失。经过地貌重塑、土壤重构与植被重建等土地复垦过程,矿区生态系统逐步由“碳源”向“碳汇”转变。但目前对矿区复垦生态系统碳固存的机理认识尚不清晰。本研究依托国土资源部矿区土地复垦——山西朔州野外科学研究基地,以平朔矿区已复垦的南排土场、西排土场为研究区,在实地调查（土壤、植被）基础上,运用土壤学、生态学等学科的相关理论与方法,从土壤与植被碳库的时空变化角度,探讨平朔露天矿复垦生态系统碳存储机理与效应。主要研究结果如下:（1）植被配置模式是碳固存速率的决定因素。刺槐X油松林碳固存速率远高于其他林地。复垦耕地土壤有机碳（SOC）随复垦时间呈现先降低后升高的趋势。刺槐、油松、榆树纯林下土壤活性有机碳组分——微生物量碳（MBC）、易氧化碳（EOC）和水溶性碳（DOC）随复垦时间增加而增加。刺槐纯林土壤固存SOC和EOC优势明显;油松纯林则更有利于土壤MBC积累;榆树纯林在复垦初期碳固存效果不如刺槐和油...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－?１地球主要碳库及各碳库间碳交换量??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ?ｇｌｏｂａｌ?Ｃ?ｐｏｏｌｓ?ａｎｄ?ｆｌｕｘｅｓ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅｍ??
??Ｓｍｉｔｈ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１５?）。土壤有机碳储量降低往往带来各种不利影响（图１－３）。Ｇｒｅｇｏｒｙ??ｅｔａｌ．?（２０１５）认为土壤有机碳含量降低１％，团聚体稳定性下降１０？４０％，同时土??壤对抗压实的能力也相应降低，土壤侵蚀也因团聚体含量降低而升高。土壤有机??碳含量降低也对土壤结构和耕性产生不利影响。有机质含量降低引起土壤大颗粒??含量上升而黏粒含量降低、孔隙度降低进而引起土壤水力传导系数下降，土壤通??透性的下降使得土壤耕性变差，最终影响植物生长。研宄表明，土壤有机碳含量??降低１％，土壤孔隙度降低１？２％。而土壤有机碳从７％降低到３％，则土壤含水??量降低１０％?（Ｗｈｉｔｍｏｒｅ?ｅｔａｌ．?２０１０）。耕作土壤往往还因有机碳含量降低、水分??入渗能力下降而形成地面径流。此外，土壤有机碳降低会引起氮、磷、硫等重要??养分的可交换量下降（Ｇｒｅｇｏｒｙ?ｅｔａｌ．?，２０１５）。Ｒｏｔｈａｍｓｔｅｄ的土壤有机碳由６０年??前的５％下降到２％
．２．?３露天矿土地复垦研究进展??露天开采是世界范围内的主要采煤方式，全球煤炭产量增加值的７５％源自开采（Ｕｓｓｉｒｉ?ａｎｄ?Ｌａｉ，?２００５）。露天煤矿开采造成生态系统剧烈扰动（Ｑｕａｄｒａｓ?ｅｌ．，２０１６）。以美国露天煤矿主要分布的阿巴拉契亚地区为例（图ｌ－４ａ），该８０％的区域被森林覆盖，但随着煤炭的露天开采，大片森林已经消失。到目止超过６０００００?ｈａ的林地因采煤而被破坏，且该区域被破坏林地仍以每年超００００?ｈａ的规模增加（Ｚｉｐｐｅｒ?ｅｔａｌ．，?２０１１）。印度煤炭产量的９２．％来自露天开采。??度的煤田集中分布于该国东部（图ｌ－４ｂ）。恰尔肯德邦、奥里萨邦、恰蒂斯邦、马哈拉施特拉邦等煤炭储量占该国煤炭总量的９９％?（Ｇｈｏｓｈ?ｅｔａｌ．，?２０１６）。??天煤矿开采造成的生态环境问题己引起各国关注。各国政府都出台相应法律指导露天煤矿土地复垦。如美国政府于１９７７年出台了《露天矿管理和复垦（Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｍｉｎｉｎｇ?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ａｎｄ?Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ?Ａｃｔ，ＳＭＣＲＡ）》（Ａｋａｌａ?ａｎｄ?Ｌａｌ，２００１?），国政府也于２０１１年出台了《土地复垦条例》。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国60年来土壤养分循环微生物机制的研究历程——基于文献计量学和大数据可视化分析[J]. 孙波,王晓玥,吕新华. 植物营养与肥料学报. 2017(06)
[2]基于Web of Science对土壤重金属污染修复研究的计量分析[J]. 胡远妹,周俊,刘海龙,高敏,周静. 土壤学报. 2018(03)
[3]云南松天然次生林物种丰富度与生态系统多功能性的关系[J]. 黄小波,李帅锋,苏建荣,刘万德,郎学东. 生物多样性. 2017(11)
[4]森林土壤碳氮循环过程的新视角:丛枝与外生菌根树种的作用[J]. 王薪琪,王传宽,张泰东. 植物生态学报. 2017(10)
[5]长期监测与创新研究阐明森林生态系统功能形成过程与机理[J]. 周国逸,张德强,李跃林,张倩媚. 中国科学院院刊. 2017(09)
[6]安太堡露天煤矿3种刺槐复垦模式土壤质量评价[J]. 王杨扬,赵中秋,原野,郭安宁,曹雪洁,李雪珍. 中国煤炭. 2017(05)
[7]长株潭城市群植被碳贮量与碳密度遥感估算[J]. 何华,陈振雄. 中南林业调查规划. 2016(03)
[8]刈割、围封、放牧三种利用方式下草原生态系统的多功能性与植物物种多样性之间的关系[J]. 李静鹏,郑志荣,赵念席,高玉葆. 植物生态学报. 2016(08)
[9]羌塘高寒草地物种多样性与生态系统多功能关系格局[J]. 熊定鹏,赵广帅,武建双,石培礼,张宪洲. 生态学报. 2016(11)
[10]矿区复垦地土壤有机碳分布及与土壤化学特性的关系[J]. 高艺宁,许丽,林凤友,吴强. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2016(01)
博士论文
[1]典型矿农城复合区土地利用格局演化与管理对策[D]. 曹银贵.中国地质大学(北京) 2015
[2]黄土丘陵区典型植物枯落物分解对土壤有机碳、氮转化及微生物多样性的影响[D]. 程曼.西北农林科技大学 2015
[3]矿区复垦土地质量监测与评价研究[D]. 张耿杰.中国地质大学（北京） 2013
[4]生态脆弱矿区土地利用调控机制与对策[D]. 崔艳.中国地质大学（北京） 2009
硕士论文
[1]安太堡露天煤矿不同复垦模式对土壤有机碳库的影响[D]. 王芸.中国地质大学（北京） 2014
[2]煤矿塌陷复垦区土壤呼吸及碳平衡研究[D]. 赵魁.安徽理工大学 2013
[3]安太堡露天矿复垦地草本植物群落多样性研究[D]. 徐志果.中国地质大学（北京） 2013
[4]半干旱区露天煤矿生态复垦植物群落格局及动态[D]. 孙东辉.山西大学 2012
[5]安太堡露天矿复垦地植被恢复对土壤酶活性和微生物区系影响的研究[D]. 王翔.山西大学 2012
[6]黄土区大型露天矿复垦地野生草本植物侵入特征研究[D]. 许静雯.中国地质大学(北京) 2012
本文编号：3494703
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－?１地球主要碳库及各碳库间碳交换量??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ?ｇｌｏｂａｌ?Ｃ?ｐｏｏｌｓ?ａｎｄ?ｆｌｕｘｅｓ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅｍ??
??Ｓｍｉｔｈ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１５?）。土壤有机碳储量降低往往带来各种不利影响（图１－３）。Ｇｒｅｇｏｒｙ??ｅｔａｌ．?（２０１５）认为土壤有机碳含量降低１％，团聚体稳定性下降１０？４０％，同时土??壤对抗压实的能力也相应降低，土壤侵蚀也因团聚体含量降低而升高。土壤有机??碳含量降低也对土壤结构和耕性产生不利影响。有机质含量降低引起土壤大颗粒??含量上升而黏粒含量降低、孔隙度降低进而引起土壤水力传导系数下降，土壤通??透性的下降使得土壤耕性变差，最终影响植物生长。研宄表明，土壤有机碳含量??降低１％，土壤孔隙度降低１？２％。而土壤有机碳从７％降低到３％，则土壤含水??量降低１０％?（Ｗｈｉｔｍｏｒｅ?ｅｔａｌ．?２０１０）。耕作土壤往往还因有机碳含量降低、水分??入渗能力下降而形成地面径流。此外，土壤有机碳降低会引起氮、磷、硫等重要??养分的可交换量下降（Ｇｒｅｇｏｒｙ?ｅｔａｌ．?，２０１５）。Ｒｏｔｈａｍｓｔｅｄ的土壤有机碳由６０年??前的５％下降到２％
．２．?３露天矿土地复垦研究进展??露天开采是世界范围内的主要采煤方式，全球煤炭产量增加值的７５％源自开采（Ｕｓｓｉｒｉ?ａｎｄ?Ｌａｉ，?２００５）。露天煤矿开采造成生态系统剧烈扰动（Ｑｕａｄｒａｓ?ｅｌ．，２０１６）。以美国露天煤矿主要分布的阿巴拉契亚地区为例（图ｌ－４ａ），该８０％的区域被森林覆盖，但随着煤炭的露天开采，大片森林已经消失。到目止超过６０００００?ｈａ的林地因采煤而被破坏，且该区域被破坏林地仍以每年超００００?ｈａ的规模增加（Ｚｉｐｐｅｒ?ｅｔａｌ．，?２０１１）。印度煤炭产量的９２．％来自露天开采。??度的煤田集中分布于该国东部（图ｌ－４ｂ）。恰尔肯德邦、奥里萨邦、恰蒂斯邦、马哈拉施特拉邦等煤炭储量占该国煤炭总量的９９％?（Ｇｈｏｓｈ?ｅｔａｌ．，?２０１６）。??天煤矿开采造成的生态环境问题己引起各国关注。各国政府都出台相应法律指导露天煤矿土地复垦。如美国政府于１９７７年出台了《露天矿管理和复垦（Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｍｉｎｉｎｇ?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ａｎｄ?Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ?Ａｃｔ，ＳＭＣＲＡ）》（Ａｋａｌａ?ａｎｄ?Ｌａｌ，２００１?），国政府也于２０１１年出台了《土地复垦条例》。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国60年来土壤养分循环微生物机制的研究历程——基于文献计量学和大数据可视化分析[J]. 孙波,王晓玥,吕新华. 植物营养与肥料学报. 2017(06)
[2]基于Web of Science对土壤重金属污染修复研究的计量分析[J]. 胡远妹,周俊,刘海龙,高敏,周静. 土壤学报. 2018(03)
[3]云南松天然次生林物种丰富度与生态系统多功能性的关系[J]. 黄小波,李帅锋,苏建荣,刘万德,郎学东. 生物多样性. 2017(11)
[4]森林土壤碳氮循环过程的新视角:丛枝与外生菌根树种的作用[J]. 王薪琪,王传宽,张泰东. 植物生态学报. 2017(10)
[5]长期监测与创新研究阐明森林生态系统功能形成过程与机理[J]. 周国逸,张德强,李跃林,张倩媚. 中国科学院院刊. 2017(09)
[6]安太堡露天煤矿3种刺槐复垦模式土壤质量评价[J]. 王杨扬,赵中秋,原野,郭安宁,曹雪洁,李雪珍. 中国煤炭. 2017(05)
[7]长株潭城市群植被碳贮量与碳密度遥感估算[J]. 何华,陈振雄. 中南林业调查规划. 2016(03)
[8]刈割、围封、放牧三种利用方式下草原生态系统的多功能性与植物物种多样性之间的关系[J]. 李静鹏,郑志荣,赵念席,高玉葆. 植物生态学报. 2016(08)
[9]羌塘高寒草地物种多样性与生态系统多功能关系格局[J]. 熊定鹏,赵广帅,武建双,石培礼,张宪洲. 生态学报. 2016(11)
[10]矿区复垦地土壤有机碳分布及与土壤化学特性的关系[J]. 高艺宁,许丽,林凤友,吴强. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2016(01)
博士论文
[1]典型矿农城复合区土地利用格局演化与管理对策[D]. 曹银贵.中国地质大学(北京) 2015
[2]黄土丘陵区典型植物枯落物分解对土壤有机碳、氮转化及微生物多样性的影响[D]. 程曼.西北农林科技大学 2015
[3]矿区复垦土地质量监测与评价研究[D]. 张耿杰.中国地质大学（北京） 2013
[4]生态脆弱矿区土地利用调控机制与对策[D]. 崔艳.中国地质大学（北京） 2009
硕士论文
[1]安太堡露天煤矿不同复垦模式对土壤有机碳库的影响[D]. 王芸.中国地质大学（北京） 2014
[2]煤矿塌陷复垦区土壤呼吸及碳平衡研究[D]. 赵魁.安徽理工大学 2013
[3]安太堡露天矿复垦地草本植物群落多样性研究[D]. 徐志果.中国地质大学（北京） 2013
[4]半干旱区露天煤矿生态复垦植物群落格局及动态[D]. 孙东辉.山西大学 2012
[5]安太堡露天矿复垦地植被恢复对土壤酶活性和微生物区系影响的研究[D]. 王翔.山西大学 2012
[6]黄土区大型露天矿复垦地野生草本植物侵入特征研究[D]. 许静雯.中国地质大学(北京) 2012
本文编号：3494703
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