本文關(guān)鍵詞：煤炭開采對(duì)植被—土壤物質(zhì)量與碳匯的擾動(dòng)與計(jì)量

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【摘要】：隨著煤炭開采活動(dòng)的不斷深入，煤礦區(qū)與煤炭同位異構(gòu)的各類地表環(huán)境因子不同程度地受到到擾動(dòng)而發(fā)生改變。其中，植被和土壤作為地球的主要碳庫和考量礦區(qū)生態(tài)狀況的關(guān)鍵因子，對(duì)于維持礦區(qū)生態(tài)穩(wěn)定，維持碳匯功能起著不可替代的作用，受開采擾動(dòng)影響，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損失，碳匯功能發(fā)生變化。對(duì)礦區(qū)植被和土壤的物質(zhì)量和碳匯變化進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)度和計(jì)量，是制定環(huán)境治理措施、全面核算煤炭開采環(huán)境成本的必要環(huán)節(jié)。 本文以植被、土壤受擾動(dòng)的理論—機(jī)制—時(shí)空特征—物質(zhì)損害—碳匯變化—成本計(jì)量及生態(tài)補(bǔ)償為主線，運(yùn)用多學(xué)科理論和方法，數(shù)據(jù)分析與模型構(gòu)建結(jié)合，空間信息技術(shù)與環(huán)境經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，尋求揭示及評(píng)價(jià)煤礦區(qū)植被-土壤物質(zhì)量與碳匯的擾動(dòng)規(guī)律，，測(cè)度其物質(zhì)損害量及生態(tài)補(bǔ)償量。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： （1）煤炭開采對(duì)植被-土壤物質(zhì)量與碳匯擾動(dòng)與計(jì)量的理論和方法。結(jié)合生命周期、累積效應(yīng)和生態(tài)礦區(qū)等煤礦區(qū)發(fā)展規(guī)律、理論及相關(guān)實(shí)例，歸納了煤礦區(qū)主要碳匯類型，探討了時(shí)空累積性、時(shí)序滯后性、空間外延性、結(jié)果雙向性等煤礦區(qū)植被、土壤受擾動(dòng)的特征及成因和機(jī)理，提出了擾動(dòng)計(jì)量的理論和方法，分析了擾動(dòng)研究和計(jì)量研究間的辯證關(guān)系。 （2）煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的時(shí)空效應(yīng)，包括植被受擾動(dòng)的時(shí)空變化特征和采煤沉陷對(duì)土壤侵蝕的影響機(jī)理。在對(duì)研究區(qū)土地利用演變分析的基礎(chǔ)上，利用空間數(shù)據(jù)分析中的變差函數(shù)、分維數(shù)、空間自相關(guān)、高/低聚類分析、熱點(diǎn)分析、異常值分析等方法研究植被時(shí)空演變格局，探討其在全局性、局部性和空間方向上的特征，構(gòu)建植被受擾動(dòng)的演化圖譜，討論植被在空間上分布狀態(tài)，對(duì)其驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行詳實(shí)分析。通過實(shí)驗(yàn)研究開采沉陷在全流域不同位置發(fā)生時(shí)引起的坡面匯流變化，分析其對(duì)坡長(zhǎng)乃至土壤侵蝕的空間影響格局、作用機(jī)理和規(guī)律，為煤礦區(qū)土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)。 （3）煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的物質(zhì)量變化計(jì)量，包括植被NDVI受煤炭開采擾動(dòng)的時(shí)間序列分析和采煤沉陷對(duì)流域土壤侵蝕量計(jì)量。在對(duì)礦區(qū)多源多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比保護(hù)區(qū)、沉陷區(qū)和非沉陷區(qū)環(huán)境狀況，構(gòu)建工作面尺度上的長(zhǎng)時(shí)期礦區(qū)植被受采煤作用的擾動(dòng)量，推演出植被變化與煤炭開采的關(guān)系，提取自然因子和采礦擾動(dòng)對(duì)植被NDVI的復(fù)合影響序列。結(jié)合開采沉陷學(xué)和數(shù)字地形分析、土壤侵蝕方程等相關(guān)學(xué)科的方法和技術(shù)，測(cè)度了流域尺度上采煤沉陷引起的地表土壤侵蝕方程中坡度、坡長(zhǎng)、植被覆蓋三大因子在空間上的改變量以及由此導(dǎo)致的礦區(qū)土壤侵蝕變化量，討論了沉陷與侵蝕變化的正負(fù)關(guān)系，驗(yàn)證了采礦對(duì)土壤侵蝕影響的雙向性和空間外延性。 （4）煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的碳匯變化計(jì)量。以植被、土壤侵蝕擾動(dòng)為基礎(chǔ)，以地球碳循環(huán)原理為依據(jù)，探討了煤礦區(qū)碳源/匯機(jī)制，分析了氣候因子和煤炭開采擾動(dòng)因子對(duì)植被影響的貢獻(xiàn)率，進(jìn)而討論了煤炭開采擾動(dòng)下植被對(duì)氣候變化響應(yīng)改變而造成的碳吸收量減少機(jī)制。在此基礎(chǔ)上繪制了植被NDVI對(duì)氣候變化的響應(yīng)曲線，改進(jìn)了CASA模型，測(cè)算了煤炭開采擾動(dòng)導(dǎo)致的生物量和NPP損失量。通過實(shí)地取樣，定量分析測(cè)算沉陷區(qū)土壤的有機(jī)碳匯變化，構(gòu)建了植被-土壤系統(tǒng)受開采影響的有機(jī)碳變化模型，并據(jù)此測(cè)算了生態(tài)系統(tǒng)的碳匯變化量。 （5）煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的價(jià)值量計(jì)量與生態(tài)補(bǔ)償�；诃h(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)，通過實(shí)際價(jià)值評(píng)估、替代價(jià)值評(píng)估等方法將植被、土壤物質(zhì)量及碳匯變化量統(tǒng)一到了經(jīng)濟(jì)（價(jià)值量）指標(biāo)；結(jié)合煤炭企業(yè)開采營(yíng)收，輔以問卷調(diào)查，通過條件價(jià)值法計(jì)量相應(yīng)的生態(tài)補(bǔ)償額度，并討論了生態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞健?通過以上研究，明晰了有關(guān)煤礦區(qū)環(huán)境擾動(dòng)的理論機(jī)制，構(gòu)建了植被受擾動(dòng)的時(shí)空格局，剖析了開采沉陷對(duì)主要土壤侵蝕因子的影響機(jī)理，測(cè)算了植被和土壤受擾動(dòng)的物質(zhì)量和碳匯變化，計(jì)量了環(huán)境價(jià)值量和生態(tài)補(bǔ)償額度，初步建立了煤炭開采擾動(dòng)下的植被-土壤碳匯變化計(jì)量方法。
【關(guān)鍵詞】：煤礦區(qū) 地表碳匯要素 生態(tài)補(bǔ)償 擾動(dòng) NPP 土壤侵蝕 物質(zhì)量 碳匯變化 計(jì)量
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X171
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-23
• 變量注釋表23-24
• 1 緒論24-48
• 1.1 研究背景與意義24-26
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展26-36
• 1.3 研究的目標(biāo)、科學(xué)問題和主要內(nèi)容36-38
• 1.4 研究區(qū)概況38-41
• 1.5 煤礦區(qū)主要地表碳匯類型41-43
• 1.6 植被-土壤物質(zhì)量與碳匯表征量的選擇43-45
• 1.7 研究數(shù)據(jù)45-46
• 1.8 技術(shù)路線46-48
• 2 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)與計(jì)量的理論探索48-65
• 2.1 理論基礎(chǔ)48-51
• 2.2 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)研究與計(jì)量研究的辯證關(guān)系51
• 2.3 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的特征及成因分析51-59
• 2.4 煤炭開采對(duì)植被-土壤物質(zhì)量與碳匯擾動(dòng)的計(jì)量理論與方法59-64
• 2.5 本章小結(jié)64-65
• 3 煤炭開采對(duì)植被-土壤物質(zhì)量表征因子擾動(dòng)的時(shí)空效應(yīng)65-88
• 3.1 大同礦區(qū)土地利用格局分析65-69
• 3.2 植被覆蓋度時(shí)空演化及其影響因素分析69-74
• 3.3 植被擾動(dòng)時(shí)空效應(yīng)的圖譜分析74-81
• 3.4 山地開采沉陷對(duì)土壤侵蝕的空間作用規(guī)律及實(shí)例分析81-87
• 3.5 本章小結(jié)87-88
• 4 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的物質(zhì)量變化計(jì)量88-107
• 4.1 植被擾動(dòng)時(shí)空序列分析與 NDVI 損失計(jì)量88-97
• 4.2 開采沉陷對(duì)土壤侵蝕變化影響計(jì)量97-105
• 4.3 本章小結(jié)105-107
• 5 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的碳匯變化計(jì)量107-121
• 5.1 植被受煤炭開采擾動(dòng)的碳匯變化測(cè)度107-114
• 5.2 土壤受煤炭開采擾動(dòng)的碳匯變化測(cè)度114-116
• 5.3 植被-土壤系統(tǒng)有機(jī)碳匯變化測(cè)度116-119
• 5.4 本章小結(jié)119-121
• 6 煤炭開采對(duì)植被-土壤擾動(dòng)的價(jià)值量計(jì)量及生態(tài)補(bǔ)償121-131
• 6.1 環(huán)境價(jià)值量計(jì)量121-125
• 6.2 生態(tài)補(bǔ)償額度確定125-128
• 6.3 生態(tài)補(bǔ)償方式討論128-130
• 6.4 本章小結(jié)130-131
• 7 結(jié)論與展望131-135
• 7.1 主要研究結(jié)論131-133
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)133-134
• 7.3 研究展望134-135
• 附一 230 景自然因子對(duì)植被 NDVI 影響回歸方程135-137
• 附二 FPAR 8 階傅里葉擬合式137-138
• 附三 土樣測(cè)試數(shù)據(jù)138-140
• 附四 同煤棚戶區(qū)搬遷調(diào)查問卷140-141
• 參考文獻(xiàn)141-155
• 作者簡(jiǎn)歷155-158
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集158

【參考文獻(xiàn)】

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