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高潜水位矿区煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应

作　者: 徐占军
导　师: 张绍良
学　校: 中国矿业大学
专　业: 土地资源管理
关键词: 煤炭开采土壤和植被碳库碳效应生物地球化学循环
分类号: S154
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

煤炭开采中耗能、耗电等的常规碳足迹容易测定，但是煤炭开采对植被、土壤与岩石等碳库扰动的碳效应却研究极少，目前没有可靠的评估方法。本论文以高潜水位矿区——徐州九里矿区为研究区，综合运用采矿学、开采沉陷学、生态学、生物地球化学、土壤学、农学等多学科知识，运用GIS技术和实验相结合的方法，采用模拟、比较、验证等分析手段，研究了煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应及其评估方法：首先，通过分析碳库、陆地生态碳库以及碳效应的概念和内涵，定义了煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应，认为煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应就是在煤炭开采扰动下，采区及其周边沉陷区内植被碳库和土壤碳库在开采沉陷前后的增碳（碳汇）和失碳（碳源）影响及其大小。在此基础上，以生物地球化学理论为基础，结合开采沉陷学、土壤学、生态学和农学等相关理论对煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应进行了定性分析。其次，选取研究区典型沉陷盆地，以沉陷盆地采样、实验室化验分析后所获得的实验数据为基础，结合开采沉陷模型、通用土壤流失方程（USLE）等相关模型，研究了地表沉陷期间盆地内沉陷坡面土壤有机碳的侵蚀流失变化、植被NPP变化以及煤炭开采扰动前后沉陷盆地土壤和植被碳库的贮量变化。研究表明地表移动期间，沉陷区上坡位土壤有机碳侵蚀流失剧烈，且流失量在活跃期大于衰退期；盆地坡面植被NPP几乎为0t/km2,因为沉陷盆地彻底弃耕变为裸地；煤炭开采扰动前后沉陷盆地所在区域的土壤和植被碳库贮量变化明显。再次，利用沉陷坡面的土壤理化性质和植被NPP的实测数据，分析了煤炭开采影响下沉陷坡面土壤理化性质和植被NPP随沉陷深度的变化特征。进一步地，对煤炭开采沉陷区土壤有机碳和植被NPP的影响因素进行了统计学分析并发现，煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量和土壤容重、饱和导水率、粘土含量之间的相关性明显，植被NPP和土壤容重、饱和导水率显著相关；沉陷区地形坡度和土壤有机碳含量显著负相关，和植被NPP相关不显著；沉陷区积水是沉陷区土壤有机碳和植被NPP的显著性影响因素。最后，构建了煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应评价模型，包括碳效应评价模型的整体架构以及模型的假设条件、输入变量、采样点位布设要求、沉陷区土壤和植被碳库贮量估算、碳效应测算等，并对模型进行了分析与评价。在此基础上，以徐州九里矿区沉陷区为例，测算了煤炭开采对沉陷区土壤和植被碳库扰动的碳效应，发现煤炭开采对区域土壤碳库扰动属于失碳（碳源）效应；煤炭开采对区域植被碳库扰动属于失碳（碳源）效应。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
Extended Abstract  10-16
图清单  16-19
表清单  19-23
1 绪论  23-33
  1.1 研究背景  23
  1.2 研究意义  23-25
  1.3 基金支持  25
  1.4 相关问题国内外研究进展  25-29
  1.5 研究目标和主要内容  29-30
  1.6 研究方法和技术路线  30-32
  1.7 本章小结  32-33
2 煤炭开采对土壤和植被碳库扰动碳效应的生物地球化学理论分析  33-48
  2.1 碳库  33-34
  2.2 生物地球化学和生物地球化学循环  34-36
  2.3 碳循环：碳的生物地球化学循环  36-40
  2.4 煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应  40-46
  2.5 本章小结  46-48
3 煤炭开采对土壤和植被碳库扰动分析  48-71
  3.1 实验区采样  48-52
  3.2 地表移动期间沉陷坡面植被 NPP 变化分析  52-54
  3.3 地表移动期间沉陷坡面土壤有机碳侵蚀流失分析  54-61
  3.4 煤炭开采前后沉陷盆地土壤和植被碳库贮量变化分析  61-69
  3.5 本章小结  69-71
4 煤炭开采沉陷区土壤有机碳和植被 NPP 影响因素的统计学分析  71-91
  4.1 煤炭开采沉陷坡面土壤理化性质和植被 NPP 变化分析  71-83
  4.2 煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量影响因素的统计学分析  83-86
  4.3 煤炭开采沉陷区植被 NPP 影响因素统计学分析  86-89
  4.4 本章小结  89-91
5 煤炭开采对土壤和植被碳库扰动碳效应评价模型的构建  91-106
  5.1 模型的整体架构  91-92
  5.2 模型的具体构成  92-105
  5.3 本章小结  105-106
6 实证分析：煤炭开采对区域土壤和植被碳库扰动的碳效应评价  106-134
  6.1 研究区域简介  106-107
  6.2 煤炭开采沉陷区域地表沉陷模拟  107-110
  6.3 研究区采样  110-111
  6.4 煤炭开采沉陷对沉陷区域内土壤和植被碳库扰动碳效应的估算与评价  111-133
  6.5 本章小结  133-134
7 结论与展望  134-137
  7.1 主要成果与结论  134-135
  7.2 主要创新点  135
  7.3 未来工作展望  135-137
参考文献  137-148
附录  148-152
作者简历  152-154
学位论文数据集  154

高潜水位矿区煤炭开采对土壤和植被碳库扰动的碳效应

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