露天煤礦復墾生態系統碳庫研究進展

原野，趙中秋， 2，白中科， 2，牛姝燁. 中國地質大學（北京）土地科學技術學院，北京 00083；2. 國土資源部土地整治重點實驗室，北京 00035

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露天煤礦復墾生態系統碳庫研究進展

原野1，趙中秋1， 2，白中科1， 2，牛姝燁1
1. 中國地質大學（北京）土地科學技術學院，北京 100083；2. 國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035

摘要：露天煤礦開采作為世界范圍內的主要采煤方式，在滿足人類能源需求和促進社會經濟發展的同時，也造成礦區生態環境破壞和生態系統固碳能力退化。研究露天煤礦土地復墾過程中生態系統碳庫動態變化不僅對認識區域碳平衡具有重要意義，該變化過程還可以作為露天煤礦土地復墾效果的重要判斷指標。綜述了國內外露天煤礦復墾林地、復墾草地以及復墾耕地生態系統碳庫動態變化的研究。已有的研究成果表明，（1）露天煤礦復墾林地、復墾草地和復墾耕地生態系統土壤碳庫均較自然恢復地要高，有的礦區甚至比原地貌要高。干旱區煤礦土地復墾初期以草地固碳效果較好，而半干旱和濕潤區煤礦復墾以林地效果較好。同一生態系統，碳儲量隨植物物種及植物配置方式而異。（2）礦區土壤碳庫呈現“U”型動態恢復過程。林地土壤有機碳年均增長量為0.20～6.27 Mg·hm-2；草地為0.30～3.37 Mg·hm-2；林草混合復墾模式為0.31～2.80 Mg·hm-2。（3）復墾林地生態系統碳庫主要存儲在植被中，而復墾草地則主要存儲在土壤中。（4）土壤碳庫主要受土壤理化性質、地上植被、復墾年限、立地條件以及復墾工藝等因素影響。因此，礦區土地復墾中應注重排土場微地形優化，篩選適宜物種，優化植被配置模式和改進復墾措施，以加快礦區復墾生態系統碳庫恢復。針對露天煤礦生態系統碳庫研究現狀，提出未來我國露天煤礦復墾生態系統碳庫的研究重點，包括加強植被碳庫、土壤無機碳庫及總碳庫全生命周期研究，加強荒漠區露天煤礦碳庫研究，以期為全面認識我國露天煤礦復墾生態系統碳庫研究提供科學依據。

關鍵詞：露天煤礦；復墾；生態系統；碳庫

引用格式：原野， 趙中秋， 白中科， 牛姝燁. 露天煤礦復墾生態系統碳庫研究進展［J］. 生態環境學報， 2016， 25（5）: 903-910.

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碳在水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈循環，是自然界中與人類密切相關的重要物質之一（賈宇平，2004）。目前，全球大氣 CO2濃度持續升高，根據世界煤炭組織2005年年度報告估計，到2030年大氣CO2濃度將比2005年增加63%，幾乎比1990年翻一番（World Coal Institute，2005）。因CO2等溫室氣體排放導致的全球氣候變暖已成為全球關注的熱點。陸地生態系統作為重要的碳匯，在全球碳循環中起著重要作用（Shrestha et al.，2006），將大氣中的碳固存到陸地生態系統被認為是降低大氣CO2濃度、緩解全球氣候變暖的一種經濟可行、環境友好的方法（Schimel，1995）。

煤炭開采在推動社會經濟發展和滿足人類能源需求的同時也造成了生態環境的嚴重破壞（李晉川等，2015）。根據《2001中國國土資源公報》顯示，我國礦山生態環境破壞和污染十分嚴重，累積毀壞土地面積約4×106km2，其中采煤破壞土地數量最大（郝蓉等，2003）。露天煤礦開采中對土地資源的挖損、塌陷、壓占導致礦區植被破壞、土壤退化以及生態系統固碳能力衰退（白中科等，1999）。因此，礦區土地復墾和生態重建具有極強的現實緊迫性。通過礦區土地復墾和生態重建，恢復礦區生態系統固碳能力，使礦區生態系統由采礦擾動后的“碳源”向“碳匯”轉變，不僅對促進區域碳平衡和緩解氣候變暖具有重要意義，還可以作為判斷露天煤礦土地復墾效果的重要指示指標。因此，復墾生態系統固碳效應研究成了礦區土地復墾與生態恢復領域的重要發展方向。

目前，美國俄亥俄州立大學碳管理和固存中心（Carbon Management and Sequestration Center）的Lal、Shrestha等學者對美國中西部阿巴拉契亞山煤田復墾過程中碳庫及其動態變化過程進行了較為深入和系統的研究，而國內學者也對平朔露天煤礦及黑岱溝露天煤礦復墾碳庫進行了一定程度研究。總體來說，目前對露天煤礦復墾生態系統碳庫的研究尚不完善：從研究區域上講，美國露天煤礦碳庫研究較為系統，其他國家則尚不充分；從研究內容上講，土壤碳庫研究較多，植被碳庫的研究較少，土壤碳庫中有機碳庫研究較多，而無機碳庫研究較少。鑒于此，本文從露天煤礦復墾生態系統碳庫構成、露天煤礦開采過程中碳損失、土壤碳庫總量研究、土壤碳庫恢復趨勢與累積速率研究、植被碳庫總量及總碳庫分布等角度總結國內外露天煤礦復墾生態系統碳庫研究進展，并展望未來研究重點，以期進一步認識土地復墾中生態系統碳庫變化特征，為礦區土地復墾提供新的研究思路和理論支持。

1　露天煤礦復墾生態系統碳庫構成

露天煤礦復墾生態系統碳庫主要包括植被碳庫和土壤碳庫（圖1），其中，植被碳庫又包括地上植被碳庫、地表凋落物碳庫以及地下植被碳庫；土壤碳庫包括土壤有機碳庫和土壤無機碳庫。從全球范圍來講，濕潤和半濕潤礦區土壤碳庫多以有機碳形式存在；干旱和半干旱礦區土壤碳庫主要以無機碳形式存在（Shrestha et al.，2006；余健等，2014）。

2　露天煤礦開采中的碳損失

露天煤礦開采生態系統碳損失主要表現在植被固碳能力的徹底喪失和土壤固碳能力下降方面，其中，植被固碳能力喪失是由于采煤過程中植被被移除導致，土壤固碳能力下降是由于采煤過程中土壤物理性質（土壤結構、濕度、穩定性）、化學性質（土壤養分及 pH、重金屬、鹽分）等的改變引起土壤團聚體破壞，有機質分解導致。據Akala et al.（2001）和Ghose（2001）等估計，露天煤礦開采中土壤有機碳損失約為80%。

圖1　露天煤礦復墾生態系統碳庫構成圖（改編自Shrestha et al.，2010；Wu et al.，2009）Fig. 1　The composition of carbon pool in opencast coal-mine reclamation ecological systems （modified form Shrestha et al.， 2010； Wu et al.， 2009）

3　復墾生態系統土壤碳庫研究

依據礦區復墾后土地利用方向，露天煤礦復墾生態系統主要有3類：林地生態系統、草地生態系統和耕地生態系統。目前對林地、草地生態系統研究較多，而對耕地生態系統碳庫研究較少。

3.1 林地生態系統

阿巴拉契亞山煤田復墾 37年松樹林地土壤有機碳含量為 148～154 Mg·hm-2，硬木林地為 130 Mg·hm-2；混合林地為118 Mg·hm-2，均小于未擾動區硬木林地（210 Mg·hm-2）（Amichev et al.，2008）。德國勞濟茨露天礦0～10 cm土層土壤有機碳含量變化范圍為26～70 Mg·hm-2，較原地貌（26 Mg·hm-2）要高（Fettweis et al.，2005）。印度Gumgaon礦復墾5年林地土壤有機碳含量為11.77 Mg·hm-2，高于自然恢復地（9.53 Mg·hm-2）；復墾10年土壤有機碳為 22.98 Mg·hm-2，高于自然恢復地（12.3 Mg·hm-2）（Pal et al.，2014）。波蘭南部礦區，復墾 30年松樹林土壤有機碳含量為 41 Mg·hm-2（Pietrzykowski et al.，2010）。我國黑岱溝露天煤礦0～100 cm 土層，喬木林地土壤有機碳碳儲量為22.06 Mg·hm-2，小于未擾動喬木林地（39.72 Mg·hm-2）；和未復墾地相比，復墾樣地的土壤有機碳庫儲量都有所增加；和原地貌相比，部分復墾地有機碳含量高于原地貌樣地（李俊超等，2015）。山西平朔露天煤礦復墾地0～100 cm土層，刺槐×榆樹×臭椿混交林土壤有機碳庫含量高于楊樹純林，而楊樹純林高于刺槐純林（王蕓，2014）。

總而言之，由于植被配置模式、立地條件、人為干擾等因素差異，各礦區復墾林地土壤有機碳含量在幾十到上百Mg·hm-2變動。盡管各復墾林地土壤有機碳含量有差異，但土壤有機碳變化總趨勢為：隨著復墾時間增加，復墾林地土壤有機碳庫不斷增加，且復墾林地土壤有機碳含量要高于未復墾自然恢復地，復墾若干年后，其含量甚至會超過原地貌水平。

3.2 草地生態系統

Akala et al.（2000）發現阿巴拉契亞山煤田復墾25年草地0～30 cm土層土壤有機碳含量為36.7 Mg·hm-2。Jacinthe et al.（2004）發現阿巴拉契亞山煤田復墾地土壤有機碳儲量干草地（79 Mg·hm-2）＞刈草地（68 Mg·hm-2）＞牧草地（65 Mg·hm-2），而Ussiri et al.（2006）的研究結果表明牧草地（89 Mg·hm-2）和干草地（76 Mg·hm-2）土壤有機碳含量顯著高于刈草地（64 Mg·hm-2）和未擾動草地（72 Mg·hm-2）。唐駿等（2015）發現，黑岱溝露天煤礦復墾區人工草地顯著提高了表層土壤有機碳含量，其中0～10 cm土層土壤有機碳含量表現為苜蓿地＞沙打旺 Astragalus adsurgens地＞甘草地＞冰草地，10～100 cm則為甘草地＞冰草地＞苜蓿地＞沙打旺地。苜蓿和沙打旺較大程度地提高了表層土壤有機碳含量，冰草和甘草地0～100 cm各土層有機碳含量均有一定程度的提高。與復墾地相比，未復墾撂荒草地土壤有機碳儲量沒有顯著提高。

總之，復墾草地生態系統土壤有機碳含量變化范圍為0～100 Mg·hm-2，且隨著復墾時間增加不斷累積，和撂荒草地相比，復墾草地土壤有機碳含量增加顯著。此外，草地類型對土壤有機碳含量影響顯著，而同一草種對同一研究區不同土層深度土壤有機碳含量影響也不同。

3.3 各生態系統土壤有機碳含量比較

Shrestha et al.（2007）發現俄亥俄州礦區，0～5 cm土層中土壤有機碳含量表現為干草地＞牧草地＞林地，0～30 cm表現為干草地=牧草地＞林地＞未擾動林地=中度擾動耕地。李俊超等（2015）發現黑岱溝礦區，0～10、10～20 cm土壤有機碳含量表現為草地＞灌木＞喬木＞自然恢復地，而劉偉紅等（2014）發現，山西平朔露天煤礦土壤有機碳含量整體表現為林地＞耕地＞草地。

有學者提出，隨著復墾時間增加，不同生態系統土壤有機碳庫差異可能會越來越小，如Anderson et al.（2008）認為俄懷明州11～26 a復墾地草地、灌木地土壤有機碳（13～40 Mg·hm-2）含量差異不大，其原因是復墾方式在短時間（＜10 a）內對土壤有機碳含量有影響，隨著復墾時間增加，由礦區生態系統過程（植被生長/死亡、根系的腐敗、凋落物的產生、細菌真菌的生長、土壤團聚體的形成、腐殖質形成）及環境因素（降雨、氣候）引起的土壤有機碳差異要遠大于原復墾方式帶來的影響。

此外，復墾后土地利用方向的變化引起的生態系統變化也會對土壤碳庫產生影響。Ussiri et al. （2005）等發現草地生態系統轉換成澳洲松10年后0～50 cm土層土壤有機碳增加6 Mg·hm-2（11%），轉換成刺槐后增加24 Mg·hm-2（42%）。

綜上所述，俄懷明州、內蒙古黑岱溝等干旱區礦區復墾初期草地恢復模式較林地和耕地更有利于土壤有機碳累積（Anderson et al.，2008；李俊超等，2014），而俄亥俄州、山西平朔等降水條件較好的礦區，復墾初期林地恢復模式較草地和耕地有利于土壤有機碳累積（Sperow，2006）。隨著復墾時間的延續，某些礦區不同生態系統間土壤碳庫的總量還可能會趨于一致。此外，復墾方向的改變會引起土壤有機碳總量的改變。

4　恢復生態系統土壤碳庫恢復趨勢與碳累積速率

4.1 露天煤礦復墾土壤碳庫恢復趨勢

Akala et al.（2002）認為草原和森林生態系統復墾前5年土壤有機碳含量在下降；5～10年間，草原、森林復墾地土壤有機碳處于一個迅速增長期；25年后草原地土壤有機碳處于一個穩定水平，而森林地尚未達到穩定水平。復墾林地生態系統土壤有機碳庫達到再穩定時的含量要大于復墾草地，但是在前25年，草地要大于森林。Guzman et al.（2014）認為Muskingum煤礦復墾0～3年過程中土壤有機碳含量是減少的。Pal et al.（2014）認為印度Gumgaon礦復墾5年和10年后土壤有機碳分別較復墾初期增加了22.2%和19.18%。丁青坡等（2007）等認為撫順礦區復墾后0～5年土壤有機碳呈現減低趨勢，5年以后開始呈現升高趨勢。

概括來說，由于露天煤礦復墾是破壞的生態系統重新建立的動態過程，因此，露天煤礦復墾生態系統碳庫總體遵循“U”型動態恢復過程（圖2），即生態系統碳庫由未擾動前的穩定狀態，到煤礦開采后嚴重損失狀態，再到土地復墾后碳庫不斷增加，最后達到再平衡的過程。如圖2所示，露天煤礦復墾后生態系統碳庫再平衡后與擾動前碳庫總量相比，可能高于（A）、等于（B）或者低于（C）后者。露天煤礦復墾生態系統碳庫這種“U”型動態變化特征是其和其他未擾動陸地生態系統碳庫的最大不同之處。

4.2 露天煤礦復墾土壤有機碳庫年均增長量

Anderson et al.（2008）認為俄懷明州露天煤礦土壤有機碳累積速率前十年較快，十年以后增速減緩；Akala et al.（2001）認為俄亥俄州礦區復墾15～20年間土壤有機碳快速增長，之后增速降低，25年以后增速減緩；Shrestha et al.（2009）發現俄亥俄州東北部露天礦復墾10～15年土壤有機碳增速達到頂峰，10～15年后增速隨時間增加而降低；?ourková et al.（2005）發現捷克Sokolov露天礦土壤有機碳復墾15年內增長較快，25年后增速減緩。

圖2　露天煤礦復墾生態系統碳庫動態概念模型（改編自Ussiri et al.，2005）Fig. 2　Dynamic concept model of carbon pool in opencast coal-mine reclamation ecosystems （modified from Ussiri et al.， 2005）

表1　不同復墾模式下土壤有機碳年均增長量統計表Table 1　Table of average annual increment of soil organic carbon under different reclamation modes

綜合各露天煤礦區土壤有機碳年均增長量（表1），可以看出復墾林地土壤有機碳年均增長量為 0.20～6.27 Mg·hm-2；復墾草地為 0.30～3.37 Mg·hm-2；林草混合復墾模式為0.31～2.80 Mg·hm-2。研究表明，復墾過程中改進復墾措施，如植被重建前先進行表土覆蓋（Shukla et al.，2005）或者施用有機肥（Shrestha et al.，2009）可以顯著提高土壤有機碳增長速率。此外，不同生態系統土壤有機碳增速不同，如Ussiri et al.（2005）以及李俊超（2015）等學者所研究的礦區草地土壤有機碳增速要大于林地。

總體來說，復墾初期（約10～20年）土壤有機碳增速較快，復墾后期增速下降。各生態系統土壤有機碳的年均增長量在0.20～6.27 Mg·hm-2，不同生態系統增長量有所不同，復墾過程中改進復墾措施可以顯著提高土壤有機碳累積速率。

5　植被碳庫總量及總碳庫在植被和土壤中的分布

目前露天煤礦復墾中植被碳庫研究較少，從現有研究結果來看，植被碳庫的變動范圍在幾十到上百Mg·hm-2之間，如俄亥俄州復墾25年植被碳庫為82 Mg·hm-2（Shrestha et al.，2010），復墾50年為120 Mg·hm-2（Amichev et al.，2008），南加利福尼亞州為140 Mg·hm-2（Richter et al.，1995），捷克西北部復墾32年露天礦為17～67 Mg·hm-2（Frouz et al.，2009）。

露天礦復墾林地和草地生態系統總碳庫在植被和土壤中分布不同。總體來說，林地生態系統植被碳庫大于土壤碳庫，而草地生態系統則是土壤大于植被。Karu et al.（2009）發現復墾地生態系統碳庫51%存儲在植被中；Shrestha et al.（2010）發現林地復墾1年時，土壤碳庫占總碳庫的94%，復墾時間超過14年時，土壤碳庫的比重下降到36%；草地復墾1年時，土壤碳庫比重為95%，復墾超過25年時則為89%；Frouz et al.（2009）認為礦區自然恢復林地土壤碳庫占植被碳庫的21.8%；復墾林地土壤碳庫占植被碳庫的 98.1%。Amichev et al. （2008）的研究結果顯示，復墾松樹林地總碳庫的7%存儲在土壤中，硬木林地14%存儲在土壤中。

就全球范圍陸地生態系統來講，土壤碳庫較植被碳庫儲量大。Dixon et al.（1994）認為全球2/3碳存儲在土壤中，1/3存儲在植被中；Lal（2005）認為植被碳庫與土壤碳庫之比隨著緯度升高而增大，高、中、低緯分別為1.06～0.15、1.90～0.67、8.70～7.50；Houghton et al.（1985）、Schlesinger（1986）認為全球3/4碳存儲在土壤中。總之，復墾林地生態系統總碳庫在植被和土壤中的分布和全球生態系統總碳庫分布規律不一致，其原因目前尚未有明確結論。

6　露天煤礦復墾生態系統碳庫累積影響因素研究

據Stephenson et al.（2014）的研究，喬木固碳的速率與樹齡有關，即樹齡越大，固碳速率越快。但目前對露天煤礦復墾植被碳庫影響因素的研究并不多，相反對土壤碳庫影響因素的研究則較為成熟。總體來說，土壤碳庫累積影響因素主要有土壤理化性質、地上植被、復墾年限、立地條件以及復墾工藝等。

6.1 土壤理化性質與土壤碳庫

史娜娜等（2015）認為土壤碳儲量與土壤孔隙度、全氮、有機質均呈顯著正相關。王蕓（2014）、劉偉紅等（2014）等認為土壤有機碳與全氮、全鉀含量呈正相關，與土壤pH值、容重呈負相關。王同智等（2014）認為復墾地土壤有機質與土壤水分、土壤孔隙度呈正相關，與土壤容重、土壤黏粒含量和土壤pH值呈負相關，而Shi et al.（2013）認為黏土更有利于土壤有機碳累積，唐駿等（2015）發現土壤有機碳與表層含水量關系不密切，與10～100 cm深層土壤含水量具有極顯著的相關關系。

總而言之，從土壤的化學性質講，土壤有機碳和土壤全氮含量關系最緊密，和其他元素的關系因研究區的不同而不同。從土壤的物理性質講，由于土壤碳輸入來源于凋落物、根系生物量、微生物量而輸出主要通過土壤呼吸、細菌分解（Littlefield et al.，2013；Maclean et al.，1986），因此，土壤孔隙度、團聚體對土壤有機碳的存儲有重要作用，即土壤中團聚體多而孔隙度小抑制了土壤呼吸和細菌分解，從而有利于土壤有機碳存儲；相反，則不利于土壤有機碳儲存（Shrestha et al.，2009）。

6.2 地上植被與土壤碳庫關系

唐駿等（2015）認為苜蓿和沙打旺較大程度的提高了表層土壤有機碳含量，而冰草和甘草對0～100 cm 各土層有機碳含量提高均有一定的作用；Keskin et al.（2009）發現復墾過程中刺槐地雖然沒有日本金松 Sciadopitys verticillata地森林蓄積量大，但刺槐地森林生物量向土壤有機碳轉化率比后者更高；王金滿等（2013）認為土壤質量和植物生物量關系密切，兩者都呈現“S”型變化，且符合Logistic生長演替模型；土壤環境因子與植被生物量二者交互作用明顯，符合Kolmogorov捕食模型。總之，地上植被是土壤有機碳的主要來源，因此，不同植被類型對不同土層有機碳庫的累積影響不同。

6.3 立地條件與土壤碳庫

復墾地立地條件對碳庫也有顯著影響。例如，從坡位上講，土壤有機碳含量表現出坡底＞坡中＞坡頂；從坡度上講，坡度在 0～15°范圍內土壤有機碳含量隨著坡度增加而增加，在 6～15°達到最大值，之后隨坡度增大而減小，當坡度大于 35°時土壤有機碳含量最低；從坡向上講，土壤有機碳含量表現出陰坡＜陽坡＜半陽坡＜半陰坡（王平等，2015）。

6.4 復墾措施與土壤碳庫

復墾措施也會影響土壤有機碳累積。Shi et al.（2013）認為復墾時沙土中摻入黏土可以改變土壤生物量和堿解氮，降低可溶性碳的分解率，從而更加有效地固存養分和有機質。Shrestha et al.（2009）發現復墾時用稻草覆蓋表土對土壤有機碳增加作用不顯著，而施肥和深耕則有利于土壤有機碳累積，其中，施肥尤其是增施有機肥可以顯著提高土壤活性有機碳（范繼香等，2012）。土地復墾時長期表土堆積會引起土壤有機碳的損失，而表土剝離后直接覆表土復墾則不僅有利于保護表土中的有機碳（Anderson et al.，2008）而且還對復墾過程中土壤有機碳的累積起到加速的作用（Akala et al.，2001）。

7　研究評論與展望

總體來說，露天煤礦土地復墾加速了礦區碳庫的恢復，使礦區由“碳源”向“碳匯”演變，這對于礦區尺度碳均衡有重要意義。未來礦區土地復墾中應注重排土場微地形優化，篩選適宜物種，優化植被配置模式和改進復墾措施，以加快礦區復墾生態系統碳庫恢復。從目前研究來說，國內外對露天煤礦復墾生態系統碳庫的研究范圍主要涉及碳庫總量、碳庫累積速率、碳庫分布及碳庫累積影響因素研究等方面的內容，未來的研究可能還需要加強以下幾方面的研究：

（1）加強植被碳庫研究。植被碳庫是礦區生態系統碳庫的重要組成部分（Ma et al.，2015），也是土壤碳庫的重要來源（Zhao et al.，2015）。研究植被碳庫隨復墾時間的動態恢復過程及植被碳庫與土壤碳庫的相互作用機理對充分認識露天礦復墾生態系統碳庫具有重要意義。

（2）加強土壤無機碳庫的研究。土壤無機碳庫是干旱礦區土壤碳庫的主要組成部分，但目前學術界對土壤無機碳庫在露天礦復墾過程中的變化認識仍較淺薄，強化對土壤無機碳庫尤其是干旱區礦區土壤無機碳庫的研究對深入認識礦區碳庫具有重要意義。

（3）加強復墾生態系統碳庫全生命周期監測。露天煤礦復墾生態系統碳庫具有明顯的“U”型動態變化特點，應從礦區土壤有機碳分子屬性變化等新視角（Chaudhuri et al.，2015）引進新方法來加強露天礦采前、采中、采后碳庫生命周期監測，以更好地預測礦區碳庫動態變化規律。

（4）加強荒漠礦區土壤碳庫研究。我國大型露天煤礦主要分布于北方地區的黃土區、草原區以及荒漠區（楊勤學等，2015），目前對黃土區和草原區土壤碳庫研究相對較多，而對荒漠區露天煤礦的碳庫研究嚴重不足，仍需加強對荒漠區露天礦碳庫研究。

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DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.05.025

中圖分類號：X171.1

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）05-0903-08

基金項目：中央高校基本科研業務經費（2652014045）

作者簡介：原野（1989年生），男，博士，研究方向為土地利用工程。E-mail: 1054943649@qq.com

*通信作者：趙中秋（1975年生），女，教授，博士生導師，研究方向為土地退化的環境效應及其生態修復研究。E-mail:zhongqiuzhao@163.com

收稿日期：2016-03-07

Research Advances in Carbon Sequestration of Reclaimed Ecosystems in Opencast Coal Mining Area

YUAN Ye1， ZHAO Zhongqiu1， 2， BAI Zhongke1， 2， NIU Shuye1
1. School of Land Sciences & Technology， China University of Geosciences， Beijing 100083， China；2. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation， the Ministry of Land and Resources， Beijing 100035， China

Abstract：As the main way of mining in the world， large scale opencast mining caused great damage of land， which deteriorates our environment and disturbs the carbon sequestration of the ecosystems in the mining area. The dynamic change of ecosystem carbon pool is important to balance the regional carbon recycle and it is also an important index for judging the effects of land reclamation in opencast coal mine. In this paper， the studies on carbon pool of reclamation ecosystems in opencast coal mines were summarized and discussed. To sum up， we can draw the conclusion that: （1） Compared with the natural restored ecosystems， soil carbon storage of the reclaimed ecosystems， including forest land， grassland and farmland， were much higher. Moreover， soil carbon of few sites was even higher than that of the original landform ecosystems. Grassland was proposed to be a priority reclamation pattern for mines in arid area in terms of carbon sequestration， while reforest was recommended for mines in semi arid and wet regions. In addition，ecosystem carbon storage efficiency varied with plant species and plant configuration. （2） The soil carbon pool showed a “U” type in the whole period. The average annual growth of soil organic carbon in reclaimed forest land is 0.20～6.27， 0.30～3.37 and 0.31～2.80 Mg·hm-2in grassland and forest-grass mixture， respectively. （3） Most carbon was stored in vegetation in reclaimed forest， while most carbon was in soil in reclaimed grass land. （4） The soil carbon sequestration efficiency is affected mainly by the physical and chemical properties of soil， up-ground vegetation， reclamation time， site conditions and reclamation technology. Therefore， measures should be ameliorated to speed up the recovery of carbon pool in the mine area. In addition， the optimization of the micro terrain of spoils， selecting of appropriate species and amelioration of vegetation allocation model should also be applied in the process of reclamation. Finally， the emphases for in the carbon pool research in mining area in the future in China was proposed， including strengthening the study of vegetation and soil inorganic carbon pool， the whole life cycle of total carbon pool and the desert opencast coal-mine carbon etc， which may provide a scientific basis for a comprehensive understanding of the dynamic condition of ecosystems carbon in opencast coal-mine.

Key words：opencast coal-mine； reclamation； ecosystems； carbon pool