基于GIS与分区Kriging的采煤沉陷区土壤有机碳含量空间预测

中国煤炭产量占世界煤炭总产量的46.9%,年塌陷的耕地面积约为200 km~2,对农田土壤有机碳库扰动十分剧烈。由于农田的土壤有机碳库是减少陆地生态系统碳排放的最大潜在因素,中国以及世界上的其他煤炭开采大国必须更好地对煤炭开采区的土壤有机碳库进行科学管理,这也是煤炭低碳开采的重要途径。而预测精度好的煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量空间预测方法是科学管理煤炭开采沉陷区土壤有机碳库的前提。该文以徐州九里煤炭开采沉陷区作为研究区,通过普通Kriging插值法和以结合沉陷积水情况为辅助变量的分区Kriging插值法这2种方法来对研究区的土壤有机碳含量进行了空间预测,并通过比较验证样点的预测值与实测值来对比2种方法的预测精度,确定每种方法的可行性。研究发现,结合区域内部积水情况来进行的分区Kriging插值法求得到的预测值与实测值的相关系数为0.7564,远高于直接进行Kriging插值得到的预测值与实测值的相关系数0.5086,并且两者的均方根误差分别为0.35和0.55,说明前者的预测精度更高。因此结合沉陷积水情况的分区Kriging插值模式是更适宜煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量的空间预测模型。     

南方红壤严重侵蚀地不同恢复年限马尾松人工林生态系统碳储量特征

[目的]研究南方红壤侵蚀地不同恢复年限植被生态系统碳库储量,为该地区马尾松人工林制定合理的森林经营方式提供理论支持。[方法]以福建省长汀县河田镇裸地、不同恢复年限(10,20,30a生)马尾松人工林和天然次生林为研究对象,测定不同恢复阶段林地植被和土壤碳库储量。[结果]马尾松人工林植被恢复能够显著提高植被和土壤碳库储量。10a,20a,30a生马尾松人工林与裸地相比生态系统碳库储量分别增加2.80,3.54,8.56倍,但依然低于天然次生林;马尾松人工林植被恢复能够显著提高表层(0—10cm)土壤碳库储量,而对深层土壤碳库储量影响不显著;不同恢复阶段植被和土壤碳库增加速率不同,呈现非线性增加。[结论]南方红壤严重侵蚀地植被恢复能够增加生态系统碳库储量,但该地区土壤碳库的恢复是长期的缓慢过程。今后应加强南方红壤地区森林植被的保护,避免植被过度干扰和破坏而引起严重土壤侵蚀。     

基于温度植被干旱指数的兖州煤田煤炭开采影响边界遥感提取

为识别植被覆盖区煤炭开采的生态影响边界,该文以兖州煤田为研究区域,应用温度植被干旱指数TVDI(temperature vegetation drought index)反演沉陷积水区外围的土壤湿度空间分布特征,利用MATLAB拟合TVDI变化趋势并依据其趋于稳定的渐近线,反解煤炭开采活动对矿区生态的影响边界,将其与采用MSCS(mining subsidence prediction system,MSCS)软件预计获得的下沉10 mm沉陷边界进行对比。结果表明:不同距离的TVDI中位数随距积水区边缘距离的变化表现为先增加后趋于平稳、呈指数变化特征;基于TVDI分析得到的煤炭开采的非积水影响范围,仅相当于沉陷积水面积的2.07倍,预计沉陷非积水面积与预计沉陷积水面积之比为4.63倍。通过模型拟合遥感指数随距离的变化特征,能够获得煤炭开采的影响边界;兖州煤田基于TVDI获取的煤炭开采影响面积,相对小于预计的开采沉陷面积。该研究可为确定煤炭开采对生态影响的边界提供参考。     

半干旱采煤塌陷区植被土壤碳循环及源、汇功能转换特征

以大柳塔矿区采煤塌陷前后不同草地为研究对象,以区域实测数据为基础,分析了0—80cm土层土壤有机碳储量变化以及春季、夏季、冬季3个季节不同植被部位以及土壤碳循环差异及碳源/汇功能转换特征。结果表明:(1)对照区和沉陷区不同季节土壤碳储量都具有明显的垂直分布特征,采煤沉陷造成春季草地生态系统土壤碳储量显著下降(P=0.001),随季节变化呈现出冬季夏季春季的趋势;(2)采煤沉陷造成草地生态系统春季地上立枯和枯落物碳储量显著上升(P=0.000,P=0.004),冬季枯落物和根系碳储量下降(P=0.016,P=0.015),沉陷区不同植被部位碳储量随季节变化均呈现出春季夏季冬季的趋势;(3)相较对照区,沉陷区植被碳储量随季节变化均表现为碳源过程,土壤碳储量随季节变化由碳源—碳汇过程转变为碳汇过程;(4)相关分析显示,对照区地上新鲜植被碳储量和立枯碳储量呈现出显著的负相关性(P0.05),而沉陷区地上新鲜植被碳储量和立枯碳储量呈现出极显著的正相关性(P0.01)。     

土地利用变化与长期施肥对黑土有机碳密度的影响

土壤管理方式影响土壤碳库储量,进而影响土壤的源汇功能。该研究通过测定草地(GL)、裸地(BL)、农田无肥(NF)、化肥(NP)和化肥配施有机肥(NPM)处理的有机碳含量和土壤容重,估算了不同土地利用和施肥管理方式下的土壤有机碳密度的变化及农田的固碳潜力。结果表明,土壤有机碳含量表层最高而且变化较大,向下逐渐降低且变化较小。对于不同植被覆盖的3个处理,草地0-20cm土层土壤有机碳含量比裸地和无肥分别高出20.6%和16.4%。对于不同施肥管理方式,化肥有机肥配施土壤有机碳含量比无肥和化肥分别高出25.4%和15.5%,所有处理有机碳含量在160-200cm土层没有显著差异。0-40cm土层及0-100cm土体有机碳密度的变化趋势是NPMGLNPNFBL;40cm以下有机碳储量无规律性变化,表现出较大的变异性,这可能与土壤本身的空间异质性有关。草地100cm土体有机碳储量比裸地和无肥分别增加6.8%和5.7%,裸地和无肥无显著差异;化肥加有机肥100cm土体有机碳储量比化肥和无肥分别增加10.4%和5.9%。经估算,松嫩平原黑土区0-100cm土体有机碳库储量约为1.35Pg,农田有机培肥后碳库储量可达到0.96Pg,其固碳潜力约为0.05Pg。0-100cm土体有机碳密度与0-20cm土层有机碳含量及有机碳密度呈极显著正相关(r=0.99;r=0.97,P0.01),表明土壤表层有机碳含量及密度对0-100cm土壤有机碳库具有决定作用。     

兴隆庄采煤对农田景观格局的影响及景观重建

通过对兖州兴隆庄矿区农田在采矿前后、复垦前后的景观格局变化情况的分析，得出如下结论：煤矿区农田在井工开采干扰下，农田景观过程及格局变化取决于采空区的形状、采厚、采深、煤层倾角、地表潜水位和顶板管理方法等，采矿区农田景观格局变化的范围远大于其对应的井工开采对应的采空区范围；采矿条件是影响矿区农田景观格局变化的主要因素，积水、坡地、裂缝是开采后农田景观主要格局；农田景观格局一般随着开采进度的开展，地表逐渐沉陷，由平坦农田转为坡耕地、积水，并且随着开采进度范围逐渐增大，斑块密度减少，斑块面积和斑块周长增加，农田集约程度下降；沉陷农田的景观形状指数较大，形状不规则，斑块形状指数仍然接近1，斑块沉陷边界规则，与区域地下煤层地势平缓相关。     

不同植被下中国土壤有机碳的储量与影响因子

基于第二次土壤普查和新疆土壤调查等 2 4 4 0个典型土壤剖面数据和 1∶4 0 0万中国植被图 ,对中国不同植被类型下的 1 0 0cm和 2 0cm厚度土壤有机碳密度和储量进行估算 ,绘制了土壤有机碳储量的地理分布图 ,并且对土壤有机碳储量与生境条件之间的关系进行统计分析。结果表明 :不同植被类型下的土壤有机碳密度存在显著差异 ,草甸和森林最高 ,灌木和农田次之 ,再其次是草原 ,最低的是荒漠 ;基于植被分类计算的我国 1 0 0cm和 2 0cm厚度土壤有机碳总储量分别为 6 9.38Gt和 2 3.81Gt。 1 0 0cm深度土壤碳储量在森林、农田、灌丛、草甸、草原、荒漠植被下分别为 1 7.39Gt、1 4 .6 9Gt、1 3.6 2Gt、1 2 .2 2Gt、7.4 6Gt、3.93Gt;土壤有机碳储量的空间分布差异明显 ,具有明显地域性 ,青藏高原东南地区、阿尔泰山和天山山地等高寒草甸、灌丛草甸区是土壤有机碳储量最高的地区 ,其次是东北地区北部的针叶林、草甸区和我国南方的亚热带阔叶林区 ,土壤有机碳储量最低的地区是西北地区和藏北高原的荒漠、草原干旱区 ;在不同生态系统中环境变量对土壤有机碳储量的影响是不同的 ,在温带草原年平均温度是土壤有机碳储量主要控制因素 ,而对于针叶林海拔是导致土壤有机碳储量变异的主导因子 ;随着研究尺度的细化 ,环境变     

矿山废弃地生态修复区植被碳库研究

[目的]对甘肃省金川矿山废弃地修复区内主要的林分进行植物含碳率测定,估算修复区内的植被碳储量,为矿区生态修复系统纳入中国温室气体自愿减排提供科学依据。[方法]利用干烧法对修复区主要物种进行有机含碳率测定,估算修复区内主要物种的平均含碳率、植被储碳密度和碳储量,并对其特征进行分析。[结果]在修复区,乔木的含碳率在0.462 9~0.403 8,灌木的含碳率范围为0.413 9~0.453 6,8种草本植物的平均含碳率为0.144 5,整体上表现为:乔木灌木草本植物。金川矿山废弃地生态修复区植被平均储碳密度为6.209 2t/hm~2,总碳储量为635.10t,在总碳储量分配中,乔木较高,占86.71%,灌木次之(占12.65%),草本植物在总碳储量中所占比例不大。[结论]对矿山废弃地进行生态恢复,能够增加矿区植被储碳量,在纳入中国温室气体自愿减排上有很大的潜力空间。     

辽宁省农田土壤有机碳变化的模拟研究

农田土壤长期受到人类干预,与自然土壤相比,其与大气之间的碳交换强度更大。以辽宁省农田生态系统为研究对象,采用生态系统碳循环模型-CENTURY模型模拟辽宁省农田耕层土壤有机碳(0~20 cm)在1951~2005年的动态变化,并以2005年大量样点的分析结果为基础,估算有机碳储量。研究表明:全省2005年农田耕层土壤有机碳密度平均为2.66kg m-2,其中辽东山区辽中南平原区辽西低山丘陵区,全省农田耕层土壤碳储量为112.15 Tg;CENTURY模型模拟的农田土壤有机碳与实测值有较好的一致性。     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

农用地整理对碳储量和粮食产能的影响

农用地整理对区域生态系统的空间格局和功能产生的影响需要持续不断的予以关注和调节。该文以福建省建溪流域为例,采用碳储量多源模型和耕地生产潜力模型估算了建溪流域的碳储量和粮食产能,分析了区域尺度农用地整理对碳储量和粮食产能的影响。研究表明:与2010年相比,2016年碳存储总量降低了38.28×10~6 t,为369.29×10~6 t;整理区以1.41%的土地贡献了整个建溪流域1.70%的碳储量减少量,农用地整理对建溪流域生态系统的固碳服务有负作用;2016年建溪流域的粮食产能提高了10.83×10~4t,为124.46×10~4t;农用地整理项目区占建溪流域耕地面积的14.61%,贡献了20.87%的粮食产能提高值,有效提高了建溪流域耕地的粮食产能。农用地整理所产生的碳效应不容忽视,在农用地整理中需要注重生态措施的运用。     

矿区土地复垦景观格局变化和生态效应

为了揭示矿区土地复垦对项目区景观格局的影响及生态效应,应用GIS和景观生态学方法,以徐州市九里矿区土地复垦项目为例,分析了该区土地利用结构和景观格局变化。结合景观格局优化目标建立了相应的评价指标体系并利用层次分析法对各评价因子赋以权重,对矿区复垦的生态效应进行评价。结果表明,矿区土地复垦项目的实施对区域生态环境起到一定的改善作用,但部分评价因子呈现出正效应或负效应,如:平均斑块面积增加、生态服务价值增加、生态廊道的密度和面积增大使生物多样性提高等为正效应,但由于生态廊道的建设,宽度的增加和密度的增加,对景观斑块进行切割,降低了最大斑块面积,使斑块破碎度提高而对矿区生态系统造成负面影响。因此在土地复垦过程中应采取生物、工程、技术措施来进行生态补偿。     

三峡库区低碳农业发展模式与减排对策

在对三峡库区自然环境及生态农业发展存在问题分析的基础上,运用类比方法估算了三峡库区农业系统温室气体的排放量,结果显示2008年三峡库区耕地CO2,CH4,N2O的排放量分别为10,7,0.5万t/a。在此基础上进一步提出了山地综合立体开发模式、立体生态渔业养殖模式、水土流失综合防治模式、特色循环生态农业复合模式4种低碳农业发展模式及相应的减排对策。     

2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征及碳汇区识别

淮海经济区垦殖率约70%，是中国粮食主产区之一，掌握其耕地碳储量时空变化规律、识别耕地碳汇碳源区，对保护区域耕地质量和发挥耕地生态系统碳汇功能，助力"双碳"目标实现有重要意义。该研究基于淮海经济区土壤类型碳密度计算耕地土壤碳储量，再运用NEP（Net Ecosystem Productivity）模型计算耕地植被固碳量，同时借助ArcGIS空间分析和地理探测器等方法研究2005-2020年淮海经济区耕地碳储量时空演变特征、耕地"碳"属性及其驱动因子。结果表明：1）2005-2020年淮海经济区耕地土壤碳储量由于地类转移总体减少了1.393×107 t，在空间上呈"东高西低"分布；耕地植被固碳量则呈现出以2015年为拐点"先增加后减少"变化趋势，NEP在空间上呈现出"东南高，西北低"分布特征；随时间推移，耕地总碳储量空间分布集聚性呈下降趋势，其"高-高"类型区数量也逐渐减少，主要向不显著区和"低-高"离散区转变；2）淮海经济区耕地碳汇区县数32个，中强度碳汇区21个主要分布于淮海经济区西部，高强度碳汇区5个集中分布于东北部；3）驱动淮海经济区耕地碳储量时空分异的因子中，主要因子是交通通达度、粮食产量、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）、高程、坡度和坡向，次要因子是人口。未来耕地保护过程中，耕地碳源区县可借鉴碳汇区耕地保护政策和管理措施，以减少耕地碳储量的流失、维持耕地质量，同时也让更多区县的耕地生态系统发挥碳汇作用。     

泥炭湿地碳储量核算与其影响因素分析

泥炭湿地占全球陆地表面积的2%~3%和全球湿地面积的40%~70%,却存储3.0×1017~6.0×1017g碳。以前有关泥炭湿地碳储量的研究主要偏重于土壤,尤其在北方,缺乏对植被和枯枝落叶层的综合报道。本文综述了近些年来全球泥炭地碳储量(土壤碳储量、植被碳储量和枯枝落叶层碳储量)核算的研究进展。目前,全球泥炭地碳储量的核算仍存在较大的不确定性,其主要原因是全球泥炭地碳储量核算方法的数据信息不足,缺乏植被生物量、地表凋落物、碳质量分数、深度、容重和面积等全面数据,尤其是关于全球泥炭地面积较大的地区或国家;其次,人为干扰活动也进一步增加了全球泥炭地碳储量估算的不确定性,使得碳储量估算变得更困难。我国湿地面积居亚洲第一,世界第四,然而泥炭地/湿地有机碳储量估算与其他国家比较,相差较大,数据信息不足且存在较大波动。因此,为了提高泥炭湿地碳储量的估计精度和预测陆地生态系统应对气候变化响应机制的准确性,进一步加大泥炭地碳储量研究是非常必要的。     

Examining the relationship between coal mining subsidence and crop failure in plains with a high underground water table

Journal of Soils and Sediments - The underground mining of coal leads to land subsidence and changes agricultural land into a water-logged area. This study aims to examine the relationship between...     

采煤塌陷区土壤碳储量变化及其影响因素分析

采用因子分析、相关分析等方法揭示大柳塔矿区采煤塌陷前后土壤碳储量的变化及其影响因素。结果表明:（1）在不同土层深度上,土壤碳储量含量差异不显著（p < 0.05）,但在空间分布上差异显著。（2）在不同坡位上,对照区和沉陷区均表现出坡底 > 坡中 > 坡顶的规律,采煤塌陷对坡底部位的土壤碳储量影响差异显著（p < 0.05）。（3）土壤碳储量与土壤孔隙度、全氮、有机质均呈显著正相关,相关系数分别为0.943,0.864,0.967（p < 0.01）,并且,主导影响因子为土壤有机质和土壤孔隙度。     

淮南采煤沉陷区积水过程地下水作用机制

高潜水位采煤沉陷区容易积水,地下水在其中所起的作用相关研究不足。该文借助相关水文推理和数值模拟分析,对淮南典型孤立采煤沉陷区的地下水作用机制进行了辨析,取得的主要研究结论为:当地降水、蒸发水文条件是孤立沉陷区积水的控制性因素,一般年份下没有地下水的补给作用其积水面积比也能达到71%左右;由于淮北平原地势平缓,地下水径流微弱,水平衡定量分析表明典型沉陷区的地下水补给量仅占其积水来源百分之几的数量级;在一个水文年内,地下水与采煤沉陷区积水间的作用过程具有明显的阶段性特征,在汛期基本上表现为沉陷区积水向地下水的净渗漏,在非汛期基本上表现为地下水净补给。该文可为淮南矿区及中国华东类似采煤沉陷区的水资源利用研究提供一定的参考。