开采与治理强干扰下高潜水位煤矿区沉陷湿地土壤有机碳库的演变机制研究

The coal mining areas with high ground water table distributed in 5 provinces in China, cover 4 coal bases. The coal mining subsidence induced large scale of water logging, the former farmland changed into subsidence wetland. The subsidence wetland restoration has already been highlighted and accumulated experience during the practices. Therefore, the soil carbon pool has been intensive disturbance by coal mining and restoration activities. However, the change amount and the evolvement mechanism of soil carbon pool is still ambiguous. Based on the theory of mining subsidence, hydro-geology, land science, and pedology, and choose the Yanzhou coalfield in Jining, Shandong Province as the research area, to study the evolvement mechanism of soil carbon storage in the subsidence wetland by the test and analysis of liable organic carbon which is more environmental sensitive under the intensive disturbance, to reveal the impact of mining on the soil carbon storage, and the influence of restoration time and types on the soil carbon accumulation process, in order to better understand the formation process of subsidence wetland and the carbon storage potential, provide basis for the emission reduction and accurate data for the regional carbon assessment. Meanwhile, the research results could offer reference for the optimism mining activities with minor eco-environment impact and the better subsidence wetland restoration.

高潜水位煤矿区分布于我国中东部五省，涵盖四大含煤区。地下开采活动导致该区域产生大面积的沉陷积水，原有农田转变为沉陷湿地。沉陷湿地的治理工作也逐渐受到重视，并形成了多种模式。开采和治理活动对沉陷湿地土壤有机碳库产生了强干扰，但在此过程中，土壤有机碳库的变化程度和演变机制尚不明确。针对这一问题，本项目借助开采沉陷学、水文地质学、土地科学、土壤学等理论，以典型高潜水位煤矿区山东济宁兖州矿区为研究对象，选取对环境较为敏感的土壤有机碳库，研究在开采和治理活动的强干扰下沉陷湿地土壤有机碳库的演变机制，揭示沉陷湿地形成过程中土壤有机碳库的变化规律，分析沉陷湿地的治理对土壤有机碳积累的影响机制，有助于理解沉陷湿地的演变过程与固碳潜力，为国家节能减排工作提供研究基础，为该类区域的碳核算提供依据。同时，也为该类区域减少开采活动对生态环境的损害和沉陷湿地的治理及合理利用提供参考。

高潜水位煤矿区分布于我国中东部五省，涵盖四大含煤区。地下开采活动导致该区域原有农田转变为沉陷湿地，并在治理过程中形成了多种类型。开采和治理对土壤有机碳库产生了强干扰，但变化程度和演变机制尚不明确。因此，本项目以山东济宁兖州矿区为研究对象，选取对环境较为敏感的土壤有机碳库和活性有机碳组分，研究在开采和治理活动强干扰下沉陷湿地土壤有机碳库的演变机制。研究结果表明：（1）1985-2020年研究区沉陷湿地增加了2601.91公顷，其中，82.54%由农田转入，而仅11.80%得到复垦。因此，农田生态系统转为水生生态系统是是影响该区生态系统碳循环最重要的方式。沉陷湿地形成的范围及深度主要受井工开采方式和时序的影响处于动态变化状态，此外，还受到土壤质地、气候条件、地表植被和人为活动等多重因素的影响。（2）土壤条件在沉陷湿地形成过程中发生了改变，0-50cm土壤有机碳流失降近10%，在0-10cm最为严重。土壤有机碳的空间分布呈现中部高、边缘低的特点，主要原因是地形变化造成的有机碳重新分布和土壤侵蚀。活性碳组分中轻组有机碳和颗粒有机碳与总有机碳呈极显著相关且受水深影响较强。不同植被对有机碳的积累效应差异显著，蒲草的碳积累作用相对较强。（3）根据形成和修复情况将沉陷湿地分为自然演替和人工修复两类。在0-50cm土壤，各类型有机碳积累作用差异明显，自然演替类型对土壤扰动较少，植被相对丰富，水分增多降低了分解速度有利于有机碳积累。因此，在修复过程中，应尽量减少对土壤扰动并有针对性的改善土壤条件。本研究成果有助于理解沉陷湿地的演变过程与固碳潜力，为该类区域的碳核算提供依据，为国家实现“双碳”目标提供研究基础，为减少开采活动对生态环境的损害和沉陷湿地的治理及合理利用提供参考。项目执行期间发表论文三篇，其中，SCI收录两篇，EI收录一篇，仍有5篇成果论文计划在高水平期刊发表。培养硕士生8名，已毕业2人，在读6人。国内外学术交流方面，课题组参与国际学术交流2次，国内学术交流1次。