煤炭开采对农田土壤碳储量的影响研究

以徐州九里矿区为研究区,选取典型煤炭开采沉陷盆地,通过设计沉陷盆地土壤有机碳库采样方案、实验室土壤有机碳含量测定、构建沉陷盆地土壤有机碳库储量模型以及煤炭开采沉陷前后沉陷盆地内农田土壤有机碳库储量变化的分析,研究了煤炭开采对农田土壤碳储量的影响。研究发现：在煤炭开采沉陷未扰动状况下,沉陷盆地各坡面区土壤有机碳密度均与对照区土壤的有机碳密度相同,煤炭开采沉陷后沉陷盆地各沉陷坡面区土壤有机碳密度随沉陷深度呈现先减小后增大的变化趋势：煤炭开采沉陷前沉陷盆地所在区域内土壤碳库有机碳储量是560.4 t,开采沉陷扰动后沉陷盆地内土壤碳库有机碳储量为530.9 t,比沉陷扰动前减少了5.3%,由此可知,煤炭开采对农田土壤碳储量影响为失碳（碳源）效应。     

工作面开采沉陷对农田土壤和植被碳库扰动预评价

为了明确煤田工作面开采沉陷对农田土壤和植被碳库的扰动影响,分别选取了开采沉陷坡面样区和未受开采沉陷影响对照区,在对沉陷样区坡度进行预测的基础上,运用DNDC模型模拟了实验区2013—2015年的农田土壤有机碳储量和植被NPP,并对模拟结果进行分析,同时,对DNDC模型在本研究区的适宜性进行了验证。研究结果显示:(1)在煤田工作面开采沉陷影响下,农田土壤和植被碳库有显著的失碳效应,且随煤田工作面开采工作的持续,其碳损失量越大。(2)在开采沉陷区,坡度的升高是农田土壤和植被碳库储量发生明显变化的主要原因。(3)通过精度评价发现DNDC模型可准确模拟煤田开采沉陷区农田生态系统碳循环过程,基于DNDC模型的煤田开采沉陷下农田土壤和植被碳库扰动预评价精度整体上较好。     

煤炭开采沉陷区土壤有机碳空间变化

为研究矿区土壤碳动态,以焦作矿区为例,分析了沉陷坡与裂缝区两种破坏地表的土壤有机碳空间变化。结果表明:与未沉陷的矿区土壤相比较,沉陷坡与裂缝区表土(0~10 cm)有机碳含量降低且空间变异性增大,土壤剖面各层次有机碳含量均出现降低,特别是10~30 cm的土壤剖面层有机碳含量降低最明显,降幅为29%~38%;两种破坏地表土壤剖面有机碳库损失高达20.8~47.3 t/hm2。沉陷坡上,表土有机碳含量从上坡到中坡明显的降低,从中坡到坡底逐渐增加;中坡、下坡与坡底有机碳含量沿土壤剖面层次向下表现出一致的线性下降趋势,但上坡在土壤剖面内的波动较大;各坡位土壤剖面有机碳储量均出现损失,尤其是坡底以上的坡位有机碳储量损失最大。矿区土壤有机碳的空间变化与土壤侵蚀、土地利用、裂隙渗漏及低生物量输入有关。     

采煤沉陷对土壤团聚体及其有机碳的影响

为了更好地了解采煤沉陷坡地土壤结构及其有机碳库的变化特征,以典型的焦煤集团九里山矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位土壤团聚体的组成及其有机碳的空间分布特征。结果表明：采煤沉陷坡地大团聚体含量自坡顶至坡底不断下降,微团聚体含量不断增加,土壤结构和稳定性自坡顶至坡下越来越差,在坡底则有所好转。采煤沉陷坡地不同坡位＜0.25 mm 土壤团聚体有机碳含量最高,各粒级土壤团聚体有机碳含量自坡顶至坡下不断减少,在坡底则有所增加。采煤沉陷坡地土壤有机碳含量自坡顶至坡下不断减少而在坡底显著增加。采煤沉陷减少了不同坡位＞5 mm土壤团聚体有机碳储量,增加了不同坡位＜0.25 mm土壤团聚体有机碳储量,但对0.25~2 mm、2~5 mm土壤团聚体有机碳储量的影响没有明显规律性。采煤沉陷坡地坡顶、坡上、坡中、坡下土壤有机碳储量显著低于正常农田,分别比未塌陷地土壤有机碳储量减少了8.19 t/hm2、8.21 t/hm2、9.11 t/hm2、11.34 t/hm2,煤炭开采引起的采煤沉陷对土壤有机碳库造成了不同程度的损失,并在一定程度上加剧了温室效应。     

采煤沉陷对土壤团聚体及其有机碳的影响

为了更好地了解采煤沉陷坡地土壤结构及其有机碳库的变化特征,以典型的焦煤集团九里山矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位土壤团聚体的组成及其有机碳的空间分布特征。结果表明：采煤沉陷坡地大团聚体含量自坡顶至坡底不断下降,微团聚体含量不断增加,土壤结构和稳定性自坡顶至坡下越来越差,在坡底则有所好转。采煤沉陷坡地不同坡位＜0.25 mm 土壤团聚体有机碳含量最高,各粒级土壤团聚体有机碳含量自坡顶至坡下不断减少,在坡底则有所增加。采煤沉陷坡地土壤有机碳含量自坡顶至坡下不断减少而在坡底显著增加。采煤沉陷减少了不同坡位＞5 mm土壤团聚体有机碳储量,增加了不同坡位＜0.25 mm土壤团聚体有机碳储量,但对0.25~2 mm、2~5 mm土壤团聚体有机碳储量的影响没有明显规律性。采煤沉陷坡地坡顶、坡上、坡中、坡下土壤有机碳储量显著低于正常农田,分别比未塌陷地土壤有机碳储量减少了8.19 t/hm2、8.21 t/hm2、9.11 t/hm2、11.34 t/hm2,煤炭开采引起的采煤沉陷对土壤有机碳库造成了不同程度的损失,并在一定程度上加剧了温室效应。     

煤炭开采导致的农田生态系统固碳损失评估

煤炭开采活动损坏了原生地貌和地表植被,造成了矿区及其周边环境的破坏,引起植被-土壤碳汇量减少,导致了农田生态系统碳储量的大量流失。为了量化煤炭开采对矿区农田的生态影响范围,评估矿区农田生态系统固碳损失,本研究以长河流域矿区为例,构建了一种估算煤炭开采导致农田生态系统固碳损失的方法。利用矿区数据、遥感数据、气候数据、地理数据等确定农田直接受损区和参照区,通过测算直接受损区周边归一化植被指数(NDVI)的变化趋势确定间接受损区;采用增强自适应的遥感图像时空融合方法(ESTARFM)和CASA模型计算农田植被固碳量,实地采样并测试了农田土壤有机碳;结合矿区土地利用变化计算矿区农田生态系统固碳损失量。结果表明:2000—2015年,长河流域矿区因煤炭开采导致的农田直接受损面积为5.06 km~2,间接受损面积为18.99 km~2;矿区农田植被固碳量为3 936.16 t/km~2,土壤碳储存量为6 737.05 t/km~2;矿区农田生态系统固碳总损失量为30 737.68 t,其中直接受损区固碳损失量占总损失的42.12%,间接受损区固碳损失量占总损失的57.88%,表明间接受损区也应纳入煤炭开采导致的生态破坏的评估中;煤炭开采对矿区农田生态系统固碳量的影响属于失碳效应。     

稿号: xdky-140129 高潜水位采煤沉陷区有机碳库演替特征研究

根据对徐州九里采煤沉陷区不同地带土壤有机碳密度取样对比分析,沉陷区坡面区有机碳库出现了明显流失,而矿区沉陷积水区域碳汇功能显著,为采煤沉陷区生态修复提供了保护碳汇功能的依据。     

高潜水位开采沉陷区土地利用及其碳储量变化遥感监测

利用遥感影像分类技术监测分析了高潜水位开采沉陷区土地利用覆盖变化情况,并基于已有的不同地类下植物和土壤的碳密度统计数据,对2000—2006年高潜水位矿区土地利用覆盖变化驱动影响下的碳储量变化进行了分析,对比发现土壤碳储量、植物碳储量都有不同程度的减少,研究区总的碳储量减少了约16%;由此说明高潜水位矿区开采沉陷不仅引起了区域土地利用与地表覆盖类型改变,同时还引起了区域总碳储量的减少,应该加强对采煤塌陷区土地的管理和生态治理。     

煤炭开采沉陷与积水对土壤特性的影响研究

在高潜水位矿区,研究煤炭开采造成的土壤退化规律为耕地报损提供理论参考。通过野外原位监测和室内实验分析,对开采沉陷水域周围不同位置土壤的含水率、p H值、养分含量、酶活性进行了研究。结果表明:采煤沉陷水域周围土壤受到地下水和侧渗水的侵蚀,同时又处于沉陷坡的底部,土壤肥力呈现沉积效应;土壤的物理化学特性影响着土壤的酶活性,土壤蔗糖酶与有机碳、脲酶与全氮表现出相同的规律性;开采沉陷与积水改变了土壤的特性。该研究对于指导矿区土地复垦和维护国家粮食安全具有重要的意义。     

北方大型露天矿区土壤有机碳库扰动与恢复研究

大规模露天煤矿开采严重扰动了矿区地形地貌和土壤碳循环过程。露天矿区土壤有机碳恢复提升符合“双碳”目标,对土壤肥力改善和生态系统自维持具有重要意义。为揭示露天采矿引起的土壤有机碳库的损失扰动特征,掌握矿区土壤有机碳恢复的影响因素及其提升策略,以我国最大的露天煤矿群准格尔矿区为研究区域,通过哨兵二号遥感影像提取了采损区域,采用了149个土壤采样和统计插值、影响因素回归分析等方法。研究结果表明,半干旱地区露天矿排土场矿山土与自然土壤的理化性质、生物活性等都具有明显差异,缺少自然表土覆盖的新复垦排土场矿山土有机碳含量极低,平均为0.19%;由于自然表土剥离不规范,无序混排等,据测算该区域表层土壤有机碳损失累计超过62万t;回归分析表明影响矿山土有机碳的恢复的因素依次是全氮（0.559）、复垦年限（0.225）和植被NDVI(0.172);调查表明复合植被恢复模式的土壤有机碳含量显著高于单一植被恢复模式,其中沙棘、苜蓿、草木樨构成的草灌群落土壤有机碳含量接近自然土壤。在单一植被恢复模式下,土壤有机碳含量恢复表现为：以沙柳等为主的灌木>以油松等为主的乔木>以火炬树等为主的小乔木>...     

煤炭开采沉陷对矿区植物多样性的影响

文中采用"空间分布代替时空变化的研究方法",分别调查了兖矿集团煤矿开采影响到的平阳寺镇、中心店镇、北宿镇采煤沉陷区的植物多样性.调查阶段分为煤炭开采前、采煤沉陷后、复垦治理后三个阶段.结果表明:较煤炭开采前相比,采煤沉陷后的植物多样性提高了:土地复垦再次改变了土地利用结构和功能,因人为干扰复垦耕地的植物多样性较低、林地和塘坝的植物多样性较高.     

矿区生态破坏碳扰动研究——以徐州九里矿为例

矿区煤炭开采对生态系统碳储量造成极大的干扰.以徐州九里矿区为例,运用遥感手段对矿区1995、2001、2009年各土地利用类型进行提取,集中分析矿区植被碳和土壤有机碳的变化情况.结果发现,1995年至2009年九里矿区土地利用变化明显;2009年矿区植被碳储量为3525吨碳比2001年有所减少;1995年、2001年、2009年土壤有机碳储量以2001年最小为174334.1吨碳,2009年土壤有机碳储量为182329.1吨碳,比2001年增加了7995吨碳储量.最后得出结论,矿区生态破坏对生态系统碳扰动明显.     

风沙区井工煤炭开采对土地生态的影响及修复

能源“金三角”地区已成为我国能源开发的主战场,该区域大都位于风沙区,煤炭开采对该区域生态影响直接关系到矿业和区域的可持续发展.本文基于多年的监测并结合前人研究成果,系统探讨了该区域煤炭开采对土地生态的影响和修复方法.研究表明:土地生态的监测方法是揭示煤炭开采对土地生态影响的关键,以井下开采信息为先导的多源信息采集与处理以及定位、动态和长期的监测方法更具有说服力;煤炭开采对风沙区土地生态具有一定影响,主要表现在地表形变、裂缝、土壤水分、土壤理化特性和植物生长的影响,这些影响除沉陷盆地边缘裂缝外,都能在较短时间内由于自修复和自然修复而逐渐消除;该区域的生态修复应采用分区修复模式,即均匀沉陷区的自然封闭修复和非均匀沉陷区的植物修复为主、工程修复为辅的人工诱导修复模式;同时要尽可能采用超大工作面和边沉陷边充填裂缝的边开采边修复模式,从源头减轻土地生态损伤和及时修复.     

黄河中游煤矿区沉陷黄土坡面土壤养分空间变化规律研究

为了解决煤炭开采沉陷土壤养分损害及修复问题,通过室内外实验和数据分析等方法,以黄河中游煤矿区陕北张家峁井田沉陷黄土坡面土壤为研究对象,分析土壤养分空间变化特征与规律。研究结果表明,沉陷坡面土壤的有机质、铵态氮、速效钾含量在不同坡面、不同土层垂直深度存在明显差异,且呈现出不同的空间变化规律,但速效磷含量差异不明显;开采沉陷会造成土壤有机质、铵态氮、速效磷等养分全坡面性的损失,速效钾局部性损失和富集;在沉陷坡面修复过程中,坡顶和坡中土壤的养分最为贫瘠,应以人工修复为主,而坡脚土壤养分较丰富,应以自然恢复为主;坡顶20～40 cm土层、坡脚0～10 cm土层、坡中40～60 cm土层、全坡面0～10 cm土层应依次作为沉陷坡面土壤有机质、铵态氮、速效磷、速效钾修复的重点部位。     

陕北采煤沉陷区不同沉陷年限黄土坡面土壤可蚀性的变化规律

土壤可蚀性不仅可以定量刻画土壤自身抗侵蚀能力,还能反映人类活动产生的水土流失效应,研究煤炭采动损害对土壤可蚀性的影响有利于煤矿区生态环境保护.以陕北煤矿区沉陷年限分别为1～5、6～10 a的典型沉陷坡面土壤(垂直深度20 cm以浅)为研究对象,分别用MS2000激光粒度仪和总有机碳分析仪测定了土壤机械组成和有机质含量,...     

巴拉素煤矿煤炭开采对地表水的影响分析

为了探明巴拉素煤矿煤炭开采与地表径流量减少之间的关系,在对项目调查评价区水文地质条件分析的基础上,利用GMS地下水数值模拟软件建立评价区地下水数值模型,定量分析评价区内主要地表径流量随煤炭开采地下径流补给衰减变化曲线,结果表明:各河谷地下水总溢出量衰减率均小于12.00%,且在煤炭开采第49年后,地表径流量衰减明显上升,其主导因素为评价区内煤炭开采引起地表沉陷明显下降,第四系潜水水位抬升,造成无效蒸发量增大,从而造成补给地表水体水量减少。     

开采沉陷对关键土壤物理性质影响的相似模拟实验研究

开展了针对沉陷移动变形对土壤物理性质影响的三维相似材料模拟实验研究,主要包括实验装置设计、相似常数分析、相似材料配制与铺设等关键内容,并分析了沉陷变形对土壤水分、土壤密度这两个关键土壤物理参数的作用规律。结果表明：为克服现场土壤取样客观存在的空间异质性问题,利用相似材料模拟实验研究开采沉陷对地表土壤关键物理性质的影响规律是可行性的;开采沉陷降低了整个沉陷区的土壤含水量,并增加了其空间离散程度;拉伸区土壤水含量受沉陷变形影响最为明显;土壤含水量降低程度与地表移动变形值具有较好的自然对数模型关系;开采沉陷同时也增加了沉陷区土壤密度的离散程度,在压缩区增大土壤密度,在拉伸区降低土壤密度,且土壤密度降低程度与水平变形值呈较好的负相关关系。     

煤炭开采扰动区农田低碳耕作模式优化模拟研究

利用山西省晋煤集团某煤矿沉陷坡面的作物产量和温室气体排放量田间观测数据,对DNDC模型进行了验证。采用验证后的模型模拟了采煤沉陷坡面2.2°~25°下的玉米产量和单产增温潜势,分别选取2.2°、5°和12°这3个坡度,研究了不同坡度下不同耕作措施和施肥措施对玉米产量和单产增温潜势的影响,以此提出了兼顾作物产量和温室气体排放量的农田管理调控措施。结果表明:(1)当沉陷坡面坡度大于12°时,坡面作物产量下降迅速,且单产增温潜势急剧上升,因此,本研究提出应将采煤沉陷坡度控制在12°以内,以减小采煤沉陷坡面对产量和温室气体排放的影响;(2)综合考虑产量和单产增温潜势,提出了适合采煤沉陷坡面的低碳高产的农田优化管理措施,即将常规氮肥施肥量提高到306 kg/hm2,耕作深度由原来的耕深20 cm提高为30 cm,秸秆全部还田。     

西部山区某矿开采扰动下地形变化特征及致灾点分析

开采后地形变化是煤炭生产面临的现实问题,东部平原地区的开采沉陷问题已经得到了较为细致的研究,但西部山区受地形因素影响,如何准确地获取沉陷数据及地表变化规律仍需进一步探讨。为确定开 采扰动下山区地形变化规律,为矿区地质灾害防治提供技术支撑,以西部山区某矿工作面开采扰动区为例,首先利用无人机快速获取研究区域数字影像,生成多期数字高程模型（DEM）,得到测区下沉盆地,研究地表 随工作面开采的沉陷情况。然后利用DEM提取研究区域的坡度、坡向和起伏度信息,得到该工作面开采前后的地形整体变化情况。研究表明：研究区地表变化受地下采煤活动影响明显,具体表现为工作面开采过后,坡 度整体变缓,起伏度减小,随着后续工作面的开采,坡度和起伏度均有所变大,但是变化较小。利用坡度变化这一特征获取地下开采导致的地表致灾点,结合原始高程、原始坡度和开采沉陷情况分析致灾点的分布形 态,发现致灾点多位于海拔较高、原始坡度较小、植被覆盖率较低的沟谷、道路两侧,通过分析致灾点的位置可为矿区后续边坡治理、道路养护与土地复垦提供技术参考。     

榆神府矿区开采沉陷的灰色关联分析及其回归预计

根据陕西榆神府矿区15个典型矿点的煤炭地质赋存条件和开采设计以及地表岩移观测数据,采用灰色关联分析法研究了地表最大下沉系数与其影响因素之间的关系,分析结果表明:覆岩综合普氏硬度、扰动系数、深厚比、采高等是影响该矿区开采沉陷的关键影响因子;用逐步回归分析方法,建立了开采沉陷回归方程,对煤矿区开采沉陷的采前预计提供了科学依据。