矿区损毁土地低碳型复垦模式优化与调控研究

矿区土地利用过程是碳源增加过程,如何采取有效的矿区复垦模式增加矿区碳汇能力成为矿区可持续发展亟待解决的问题。尝试利用马尔科夫（Markov）过程优化用地结构方式提高矿区碳汇能力。研究得出矿区碳汇能力流失的主要原因是当前我国矿区土地复垦顶层设计目标模糊、矿区损毁土地复垦方案针对性弱。按照鼓励、限制、禁止开发的区域划分要求,在各类不同区域,以效益最大化和不降低矿区的碳汇水平为目标,根据地类特点,进行增减浮动的土地利用结构调整来提高矿区土地汇碳能力。     

碳中和背景下煤矿区土地生态系统碳源/汇研究进展及其减排对策

我国是煤炭生产大国和消费大国,梳理和总结国内外有关煤矿区土地生态系统碳源/汇研究,对于我国碳达峰和碳中和目标的实现具有重要意义。本文综述了矿区碳源/汇构成、损毁土地生态系统碳排放、复垦土地生态系统碳固存及矿区减排增汇途径。研究结果表明:矿区碳源包括植被破坏、土壤质地变化产生的碳损失和开采中化石能源使用产生的碳排放,碳汇主要来源于已复垦排土场;矿产资源开发由点—线—面—网逐渐向外扩展,碳排放量大小受经济发展水平、采矿强度、开采规模、开采方式、技术水平等影响;矿区碳固存一般经历4个阶段即原地貌未扰动阶段、开采扰动阶段、采矿后复垦阶段和平衡阶段,碳固存大小受植被类型、复垦措施、土壤理化性质、坡度等影响;矿区通过节约集约利用土地和及时有效的复垦,实现"低排放、高碳汇、高效益"的发展状态。针对煤矿区土地生态系统碳源/汇研究现状,提出未来矿区土地生态系统碳源/汇的研究重点,以期为我国减排增汇研究提供科学依据。     

露天煤矿区低碳土地利用途径研究

在我国生态文明建设战略背景下,遵循"山水林田湖草"这一生命共同体理念,探寻适合矿区的低碳土地利用方式显得尤为重要。露天矿开采产生了大量扰动剧烈的损毁土地,破坏地表原有植被造成碳储量部分丧失或全部丧失。本文结合国内外有关低碳土地利用的研究背景与实践,从矿区低碳土地利用的原则、目标、途径三方面,寻求矿区"减排增汇"的方法,并在现有"5R"原则上依据矿区特殊性进行优化。通过地貌重塑、土壤重构、植被重建等土地复垦工程的实施,将矿区生态系统内"碳源"型用地逐渐向"碳汇"型用地转变。从土地利用空间布局、方式进行重新规划与重组,使结构合理、功能高效、时空安排有序。在煤炭开采、土地复垦工程实施过程中,通过采取相关措施减少能源消耗、降低碳排放强度、提高土地复垦率、提升矿区碳汇功能。     

时间序列下煤矸石充填复垦耕地和林地的土壤碳动态特征

为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理，揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律，研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象，并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作为对照。通过实地采样并检测土壤总碳(TC)、总氮(TN)、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤理化性质(pH、AN、AP)，探究时间序列下复垦重构土壤在耕地和林地2种不同利用方式下的土壤碳动态特征，及其与土壤理化性质的相关性关系。研究结果表明：复垦后耕地和林地利用方式下土壤有机碳含量均随复垦时间的增加而逐渐增加，复垦3 a和12 a的耕地和林地相比，耕地各土层深度下土壤有机碳含量均高于相应深度林地土壤；复垦12 a的耕地土壤0～20 cm有机碳含量已与对照无显著差异，复垦12 a的林地土壤40～60 cm能达到对照水平。各复垦年限耕地和林地土壤中总碳含量均高于对照，这与复垦土壤中较高比例的土壤无机碳含量有关。复垦后土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，相同复垦年限的耕地和林地土壤相比，耕地土壤微生物量碳含量均显著高于林地，且增速更快；复垦9 a的耕...     

基于遥感影像的平朔矿区植被碳库变化分析

选取中国最大的露天煤矿平朔矿区为研究区,基于遥感影像数据,利用ENVI、ARCGIS等软件平台,研究该区域1987—2010年植被碳汇量的时空变化,并对其碳汇价值进行估算。研究表明,1987年林地碳汇量约占整个矿区植被碳汇量的8995%,随着矿区的发展,林地碳汇量不断减少,之后由于退耕还林政策和矿区复垦,林地碳汇量开始有小幅回升;草地碳汇量在整个矿区植被碳汇量中所占比重较小,呈现先减少、后增加的发展趋势,2010年草地碳汇量与1987年相比,增加了298%;耕地碳汇量持续下降,截至2010年耕地碳汇量减少了2130%,这与矿区开采力度加大、退耕还林政策的实施有关。此外,碳汇价值分析表明,不同的土地利用类型,其碳汇价值不同,林地、耕地、草地的碳汇价值的增减和它们的碳汇量的变化呈正相关关系。     

高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002—2021年5期土地利用数据,利用FLUS (Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化,再结合InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型,计算了潘谢矿区2002—2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量,并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明：(1) 2002—2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少,湿地和建筑用地持续增加,其中耕地减少了147.93 km²,湿地和建筑用地分别增加了71.01 km²和75.76 km²。在此期间,潘谢矿区碳储量减少了1.62×10⁵ t,减少幅度为3.83%,其中在2018—2021年碳储量下降最快...     

古交市矿区土地覆盖时空动态变化研究

为了研究矿区土地覆盖的动态变化规律,以古交矿区为研究区,通过监督分类解译获取矿区1990年、2000年、2010年相同季节的土地覆盖类型图。运用转移矩阵和CA-Markov模型方法分别对研究区土地覆盖类型动态变化进行了研究和预测,结果表明:1)1990—2010年林地的面积持续增加,年增长率达到了5.49%,耕地和草地的面积大幅度减少,尤其是草地的面积,此外城镇建设用地和水域轻微减少。2)2010—2020年耕地和草地的面积进一步减少,城镇和工矿用地以及水域的面积小幅度增加,林地的面积继续大幅度增长,年增长率达到了2.18%。     

煤矿区土地利用变化对生态系统植被碳储量的影响——以徐州垞城矿为例

以徐州垞城矿为例,通过RS和GIS技术,采用改进的CASA模型对煤矿区1987年、1998年、2005年、2008年的植被碳储量进行了测算研究,结果表明：矿区碳储量的年平均值的变化量与采矿生产能力呈高度负相关,相关系数为-0.902,随着矿区生产能力从45万t/a提高到100万t/a,植被碳量的年平均碳密度值从181.24 g/m 2下降到111.43 g/m 2,矿区总碳储量从443.53 Pg下降到272.68 Pg;不同土地覆盖类型植被碳密度分析得出,耕地的碳密度降低了43.91 g/m 2,林地碳密度降低了53.52 g/m 2,水域用地碳密度降低了81.44 g/m 2;分析矿区采矿活动导致的土地利用变化对矿区碳储量的影响表明,在1987-2008年间矿区碳总量降低了170.85 Pg,其中耕地碳总量降低了203.90 Pg,是矿区碳总量降低的主要原因,是因为采矿活动导致矿区耕地面积的减少和耕地碳密度降低所导致的,林地碳总量增加了25.39 Pg,是因为采矿活动导致耕地转变为林地,林地面积增大所引起的。     

露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳的动态变化

为探讨黄土区露天煤矿复垦土壤剖面有机碳的动态变化,以山西平朔露天煤矿排土场不同复垦阶段的耕地、林地和草地为研究对象,通过野外分层采集土样,探讨了不同复垦方向土壤有机碳含量的剖面分布特征及其与土壤pH值、全氮和w(C/N)的相关关系。结果表明：土壤有机碳的剖面分布随土壤深度和复垦方向的变化而变化,不同复垦方向土壤有机碳的垂直分布表现出一定的规律性,即随着土层深度的增加而逐渐递减;与未复垦的排土场相比,复垦2 a和18 a的耕地表层土壤有机碳含量分别增加22.73%和46.06%,复垦18 a和22 a的林地土壤有机碳含量分别增加38.86%和29.55%,复垦14 a的草地土壤有机碳含量增加30.96%,而复垦18 a的草地土壤有机碳含量变化不大;矿区3种复垦方向土壤有机碳含量整体表现为：林地>耕地>草地;复垦后的耕地土壤有机碳与全氮含量之间有显著的正相关性,相关系数R=0.642,林地和草地土壤有机碳含量与全氮之间有极显著的正相关性,相关系数R≥0.812;不同复垦方向土壤有机碳与w(C/N)的相关性都极为显著,相关系数≥0.679;耕地和林地土壤有机碳含量与pH具有明显的负相关性,相关系数分别为-0.685和-0.723,而草地土壤有机C含量与土壤pH没有明显的相关性。本研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦与生态重建提供一定的借鉴和参考。     

灰色预测模型在矿区土地利用变化研究中的应用

利用平朔矿区3个时相的TM影像数据,结合矿区土地利用的实际特点,划分了耕地、林草地、工业及住宅用地、水域、交通用地、待复垦地和未利用地7种矿区土地利用类型,分析并研究了平朔矿区土地利用中灰色建模的方法以及求解过程。预测结果表明：矿区耕地逐渐下降,到2023年预计耕地面积18 173.21 hm²,占矿区总面积的45.4%;同时由塌陷地和排土场形成的待复垦地逐渐增多,预计2023年将达到3 849.62 hm²。因此,应该加大土地复垦的力度和进度,促进已复垦地尽快转为耕地,协调生产建设和生态建设对土地利用的改变速度,保证矿区各类土地的可持续利用。     

广西木圭锰矿区复垦效果及生态恢复治理对策

广西木圭锰矿历经数十年露天开采,生态环境遭到严重破坏。通过对复垦区的桉树林、水稻田、花生地、木薯地的土壤进行营养状况和重金属含量的检测分析,总结了前阶段取得的复垦效果,探讨了复垦区的重金属污染情况及生态恢复途径。结果表明,复垦区土壤为强酸性土壤,土壤肥力较低,土壤中镉的含量为2.30~4.46 mg·kg-1,超过了土壤环境质量三级标准的2~4倍。针对该矿区的环境现状,提出了生态恢复治理对策和建议。     

高潜水位矿区不同土地利用方式下复垦土壤颗粒与分形特征

以徐州市柳新镇高潜水位采煤塌陷区林地、稻麦轮作、棉豆轮作复垦地为研究对象,并与相同利用方式的未塌陷地（林地、稻麦轮作、棉豆轮作）进行对比,分析了不同土地利用方式下复垦土壤的团聚体稳定性、颗粒分布、分形维数以及土壤容重、紧实度、孔隙度的变化特征,探讨了不同土地利用方式对复垦土壤的影响。结果表明：①在0~20 cm土层深度,与相同利用方式的未塌陷地相比,塌陷区复垦土壤耕作层的土壤黏粒、粗黏粒含量明显降低;与未利用的塌陷地相比,塌陷区复垦土壤的黏粒、粗黏粒含量均有所升高,其中以稻麦轮作地表层土壤的黏粒、粗黏粒含量最高;②不同土地利用方式对复垦土壤的团聚体结构性状均具有不同程度的改善作用,即直径大于0.25 mm 的湿团聚体数量、湿团聚体平均质量直径增大,团聚体破坏率下降,稳定性增强,其中,稻麦轮作方式对复垦土壤团聚体结构的改善效果较好;③复垦土壤颗粒分布、分形维数、直径大于0.25 mm 的湿团聚体数量、湿团聚体平均质量直径、团聚体破坏率及土壤容重、紧实度、孔隙度之间存在密切联系,土壤分形维数对土壤团聚体结构及其稳定性具有良好的指示作用。上述分析结果对于进一步制定高潜水位采煤塌陷区复垦土壤质量恢复措施有一定的参考价值。     

我国矿区废弃区土地复垦技术研究

矿区土地复垦是为了缓解资源开采和环境破坏之间的矛盾。文章介绍了矿区土地复垦技术的研究进展;介绍了土地复垦工程的实施过程,并提出了土地复垦实施中遇到的问题,对具体工程实施有一定的借鉴意义。     

土地复垦对矿区土地资源可持续利用的影响

运用生态足迹法分析了平朔矿区2005年生态承载力状况;通过改变土地利用结构,模拟出3种不同条件下的生产性土地配置情景：①破坏土地无复垦措施情景,②破坏土地采取生态效益优先情景,③破坏土地实行耕地优先情景,计算得出矿区煤炭资源开发对生态承载力的影响和人为干预下生态承载力的恢复程度。通过设置4种模式：土地适宜模式、提高生态生产性土地面积模式、提高单位土地面积产量模式、不同程度的资金投入模式,计算矿区生态承载力,为矿区土地复垦和复垦土地的可持续利用提供了理论依据。     

采煤塌陷区复垦与矿业城市生态经济发展战略研究——以安徽省淮北市为例

由于矿山企业常常只重视生产而忽视环境保护和生态修复 ,致使中国矿山破坏土地的复垦率仅为12 %。淮北市作为年轻的采煤型矿业城市 ,应发挥其煤炭资源优势 ,实施“采煤与塌陷地生态修复”同步工程 ,为将来“矿竭”时城市转型奠定基础。为此 ,在生态修复的同时 ,发展生态经济 ,是淮北市未来发展的必然选择     

碳酸盐岩默默地献身于“双碳”目标

碳酸盐岩是全球最大的碳库,碳酸盐岩-水-CO₂(气)-土-生构成岩溶碳循环过程,积极参与全球碳循环。碳酸盐岩风化碳汇是“剩余陆地碳汇”的重要组成部分。水和CO₂是碳酸盐岩风化的主要驱动力,碳酸盐岩风化是岩溶碳循环的驱动力,在地质时间尺度上调节大气CO₂浓度,具有显著的碳汇效应,在我国碳汇系统中发挥着重作用。     

城郊型矿区复垦功能分区研究——以鹤岗市益新煤矿为例

益新煤矿作为鹤岗市唯一一座城郊型矿区,矿区范围内城市居民点用地分布较广,占矿区总面积的60%以上。由于开采历史悠久,地表建筑物破坏严重,随着煤炭资源的进一步开采,势必造成更加严重的生态破坏,必须通过土地复垦工程来改善矿区生态环境。考虑省级生态功能区划、园林城市建设及城市可持续发展的需要,将研究区建设用地复垦为生态用地,作为过渡性用地类型。同时根据道路状况及周边环境状况等区位因素,将矿区内废弃居民点建设用地划分为3大主体生态功能区：观赏林区、生态林区、经济林区;对原土地利用类型为农用地的仍复垦为农用地。通过复垦功能分区研究,可以指导矿区复垦工程投资,改善鹤岗市生态环境,促进鹤岗市的可持续发展。     

山东龙铟矿某单一工作面边采边复时机优选

我国传统采煤沉陷地复垦多采取沉陷后再复垦的模式,复垦时间长、复垦率低。近年来,有学者提出了边采边复的理论,并取得了一定的成果,但该类研究多针对多煤层或单一煤层开采造成的大范围损毁区域,并且相应的边采边复技术研究也是根据大范围内各阶段的地表变形情况来制定复垦方案,无法有效体现出地面复垦与地下开采的动态结合机理。以山东龙堌矿的某一工作面开采形成的沉陷地为例,进行单一工作面的边采边复技术研究。根据所选工作面的推进速度,划分了8个阶段,对各个阶段的开采进行了土地损毁情况分析,按照损毁程度及损毁地类型划分为9个评价单元,分别进行了土地复垦适宜性评价。结合适宜性评价结果将各单元合并为不同的复垦单元分别进行复垦规划,合理安排复垦施工工程,通过对比每个阶段可复垦出的耕地面积与相应的复垦成本,优选出了最佳复垦时机,以较低的成本尽可能复垦出更多的耕地。