碳中和背景下煤礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究進展及其減排對策

楊博宇，白中科,2,3

(1.中國地質(zhì)大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083；2.自然資源部土地整治重點實驗室，北京 100035；3.自然資源部礦區(qū)生態(tài)修復工程技術創(chuàng)新中心，北京 100035)

化石燃料使用和土地利用變化是影響全球氣候變暖的主要原因，工業(yè)革命以來的累計碳排放使全球平均氣溫上升2 ℃[1]，氣候變化將會導致全球生態(tài)安全迅速下降，嚴重威脅人類的可持續(xù)發(fā)展[2]。當前CO2排放導致的氣候變暖已成為人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一，全球許多國家都在制定緩解和適應氣候變化的計劃和政策[3]。而我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標，使得節(jié)能減排工作面臨前所未有的重大挑戰(zhàn)。我國是全球最大的礦產(chǎn)資源生產(chǎn)國、消費國和貿(mào)易國，是世界上舉足輕重的礦業(yè)大國[4]。能源消耗主要來源于煤炭，煤炭使用產(chǎn)生的CO2排放占我國CO2排放量的72%，占全球CO2排放量的19%[5]。1987—2020年，我國因煤礦開采產(chǎn)生損毀土地2 700.12萬畝(1)1畝=666.67 m2。[6]。礦產(chǎn)資源開發(fā)在帶動礦區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和滿足能源需求的同時，產(chǎn)生了大量極度退化的損毀土地，使區(qū)域碳平衡遭到嚴重破壞，導致礦區(qū)碳固存能力下降甚至喪失[7]。在碳達峰和碳中和背景下，礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生的溫室氣體排放必然會引起國內(nèi)外學者的關注和重視。

礦產(chǎn)資源開發(fā)形成的碳源/匯與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)機制交織耦合，構(gòu)成了獨特的礦區(qū)碳循環(huán)系統(tǒng)。眾多學者從不同領域、不同角度對礦區(qū)碳源/匯展開研究，如礦區(qū)低碳土地利用[8-9]、基于遙感手段核算礦區(qū)碳匯量[10-11]、露天礦碳源構(gòu)成[12-14]、礦區(qū)節(jié)能減排對策[15]等。作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國能源消費量大，礦產(chǎn)資源開發(fā)強度大，土地損毀、土地退化問題嚴重，亟需厘清礦區(qū)碳源/匯研究進展。學術界關于森林[16]、草地[17]、農(nóng)田[18]等自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯研究起步較早，已形成成熟的研究體系，但礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究尚處于起步階段。本文在已有研究基礎上，梳理礦區(qū)碳源/匯構(gòu)成，分析礦區(qū)損毀土地生態(tài)系統(tǒng)碳排放和礦區(qū)復墾土地生態(tài)系統(tǒng)碳固存，總結(jié)礦區(qū)減排増匯途徑，并提出未來礦區(qū)碳源/匯研究重點，以期為我國碳中和目標實現(xiàn)提供理論支持。

1 礦區(qū)碳源/匯構(gòu)成

礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生的碳排放和已復墾排土場固存的碳匯與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)交織耦合，形成了相對外界開放的碳循環(huán)系統(tǒng)。礦產(chǎn)資源開發(fā)碳源主要來源于地表植被破壞、土壤質(zhì)地改變和“剝離—開采—運輸—排棄—復墾”中化石能源、炸藥、電力等使用；礦區(qū)碳匯來源于已復墾的排土場，通過光合作用將大氣中CO2固定在植被和土壤中(圖1)。礦產(chǎn)資源開發(fā)導致原有耕地、林地、草地等高碳匯型用地轉(zhuǎn)為礦坑、工業(yè)場地、排土場等碳源型用地，造成區(qū)域固碳能力的損失；采礦過程會對土壤物理、化學、生物特性有不同程度影響[19]，致使土壤質(zhì)地變化(如微生物、有機質(zhì)含量變化)導致土壤碳匯降低甚至喪失[20]。礦區(qū)“剝離—開采—運輸—排棄—復墾”過程中碳排放分為直接和間接碳排放[12,14]，直接碳排放包括：化石能源使用(柴油和汽油的使用)、炸藥碳使用、煤層氣逸散、原煤和煤矸石非受控自燃；間接碳排放指電力消耗屬于其他公司擁有或控制的碳排放源。碳排放核算方法主要有排放因子法、質(zhì)量平衡法和實測法[21]。礦區(qū)碳排量核算普遍使用的是排放因子法，主要參考IPCC溫室氣體清單指南給出的碳排放因子，核算難點在于不同碳排放源之間碳排放因子的選擇[22]；質(zhì)量平衡法是一種新的測量方法，明確區(qū)分各類實施設備和自然排放源之間的差異；實測法是根據(jù)碳排放源特點進行實測，結(jié)果精確，但獲取難度較大，如礦區(qū)煤和煤矸石的自然量很難估計。

圖1 礦區(qū)碳源/匯交換過程Fig.1 Process of carbon source/sink exchange in mining area

礦區(qū)土地復墾可以提升礦區(qū)碳匯功能，改變生物地球物理過程，緩解礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中產(chǎn)生的碳排放[23]。礦區(qū)碳匯構(gòu)成主要包括植被和土壤碳匯，通過植物光合作用將大氣中CO2固定在植被和土壤中，主要來源于礦區(qū)已復墾排土場的樹木、草、農(nóng)作物等，當植物枯死或凋落后，通過異養(yǎng)呼吸和分解過程將碳輸送到植被和土壤中[24]。土壤碳匯是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，包括土壤有機碳匯和無機碳匯，其容量是植被和大氣碳固存能力的3～4倍[25]；對于濕潤和半濕潤礦區(qū)而言，土壤碳匯多以有機碳形式存在，而對于干旱和半干旱礦區(qū)而言，土壤碳匯主要以無機碳形式存在[26-27]。植被碳匯包括地上、地下植被和地表凋落物中固存的碳。碳匯量的計算方法主要包括樣地清查法、渦度相關法、GIS方法以及模型模擬法[28-32]。在植被碳匯量估算中主要應用的方法包括生物量法、蓄積量法、生物量清單法、渦度相關法、箱式法；土壤碳匯量估算主要方法包括土壤類型法、生命帶類型法、GIS估算法、相關關系統(tǒng)計法。已有學者應用遙感技術和野外實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法監(jiān)測礦區(qū)復墾土地植被恢復狀況[33]，未來如何通過實地監(jiān)測和高分辨率遙感數(shù)據(jù)核算碳排放和碳匯將成為研究的重點。

2 礦區(qū)損毀土地生態(tài)系統(tǒng)碳排放

2.1 礦區(qū)損毀土地碳排放

采礦前陸地生態(tài)系統(tǒng)大氣碳庫、植被碳庫和土壤碳庫彼此遷移轉(zhuǎn)化，完成碳循環(huán)過程；在未受擾動的情況下，生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)近似于平衡狀態(tài)[34]。在“植被移除—表土剝離—采礦—運輸—排棄”采礦活動的劇烈擾動下產(chǎn)生大量損毀土地，由于土地利用類型發(fā)生變化、土壤理化性質(zhì)改變、化石能源使用、自燃、煤層氣逸散等導致生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程發(fā)生改變，使得礦區(qū)碳固存能力下降甚至喪失(圖2)[35]。采礦前原地貌林地、草地、耕地等固碳能力較強，植被移除后導致固碳能力喪失，由碳匯型用地轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚葱陀玫?；采礦過程導致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，進而造成土壤團聚體破壞、有機質(zhì)分解[36]。采礦過程中柴油、汽油等化石燃料使用是礦區(qū)碳排放的主要來源；對于煤礦區(qū)而言“采礦—運輸—排棄”過程有時會發(fā)生煤和煤矸石自燃現(xiàn)象。采礦后損毀土地與采礦前原地貌相比，具有巖石比例高、土壤侵蝕敏感、滲透性低、營養(yǎng)不良等不利特性[37]，制約礦區(qū)資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。采礦活動看似是對相對較小的地區(qū)造成干擾，實際上對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、碳循環(huán)過程造成巨大的壓力。礦區(qū)通常處于特殊的地理位置，比鄰城區(qū)和農(nóng)區(qū)形成“礦—農(nóng)—城”復合區(qū)，礦產(chǎn)資源開發(fā)由點—線—面—網(wǎng)逐漸向外擴展，嚴重影響周邊地區(qū)大氣、土壤和植被的碳交換過程[38]。

圖2 礦區(qū)損毀土地碳排放Fig.2 Carbon emissions from damaged land in mining area

礦產(chǎn)資源開發(fā)對區(qū)域碳循環(huán)產(chǎn)生的影響，具有外部性、長期性和無形性特征[39]。外部性是指礦產(chǎn)資源開發(fā)對外部碳循環(huán)產(chǎn)生的影響，包括有利影響(正外部性，如土地復墾、土地整治工程)和不利影響(負外部性，如溫室氣體排放、水土流失)；長期性是指礦產(chǎn)資源開發(fā)對碳循環(huán)產(chǎn)生的影響是一個長期過程；無形性是指礦產(chǎn)資源開發(fā)對碳循環(huán)的破壞無法被明確界定，同時會給礦區(qū)帶來一些隱性成本。2003年，中國工程院院士錢鳴高提出“綠色開采”理念，即考慮環(huán)境與資源保護的礦產(chǎn)資源開采方法。在開采過程中應防止或減輕礦產(chǎn)資源開發(fā)對環(huán)境和其他資源的破壞，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合效益最佳。

2.2 礦區(qū)碳排放影響因素

我國是礦業(yè)大國，探尋礦區(qū)碳排放影響因素對于減緩溫室氣體排放具有十分重要的現(xiàn)實意義。當前，我國碳排放整體呈現(xiàn)東部地區(qū)排放量最大、中部地區(qū)次之、西部地區(qū)最少的地域特征[40]，煤炭城市、有色金屬和非金屬型城市碳排放與經(jīng)濟發(fā)展呈正相關。隨著采礦強度的提高和開采規(guī)模的擴大，礦區(qū)的碳固存能力不斷降低[41]。開采方式會對礦區(qū)碳排放產(chǎn)生影響，如對煤礦開采過程中的甲烷氣體進行先抽后采，提高瓦斯氣體利用率可以在一定程度上減少溫室氣體排放；在排土場設計時考慮運輸距離，以減少化石燃料消耗產(chǎn)生的碳排放[42]。加拿大已有研究表明碳排放與人口和技術存在U型關系[43]，人口的增長將會導致更大的能源需求，進而產(chǎn)生更多的碳排放；印度正在嘗試通過提高能源效率、使用清潔能源和先進技術減少對礦產(chǎn)資源的消耗強度，進而減少CO2排放[44]。研究礦區(qū)碳排放影響因素及各影響因素作用力的大小可以更好地制定礦區(qū)減排政策，研究表明，碳排放量的大小受經(jīng)濟發(fā)展水平、采礦強度、開采規(guī)模、開采方式、技術水平等因素影響。

眾多學者采用分解法確定碳排放隨時間變化的驅(qū)動因素，結(jié)構(gòu)分解(SDA)和指數(shù)分解(IDA)是被廣泛應用的兩種方法[45]。SDA基于投入產(chǎn)出分解驅(qū)動力，能夠?qū)夹g和需求變化進行更詳細的分解；IDA是用于量化驅(qū)動因素對指標變化影響的另一種分解方法，其在環(huán)境政策領域的應用更為廣泛，分解形式更加多樣化，具有數(shù)據(jù)獲取容易和可以分解連續(xù)年度數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。

3 礦區(qū)復墾土地生態(tài)系統(tǒng)碳固存

3.1 礦區(qū)復墾土地碳固存恢復

采礦活動導致礦區(qū)產(chǎn)生了大量極度退化的損毀土地，土地復墾是改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和修復礦區(qū)損毀土地的重要途徑，通過“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)、生物多樣性重組與保護”工程技術對礦區(qū)損毀土地進行修復，使其達到可供利用狀態(tài)。礦區(qū)土地復墾應采取“前期人工誘導，后期自然恢復”的修復模式，加強對損毀土地的形態(tài)恢復和功能恢復，提升礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳固存能力。研究發(fā)現(xiàn)土地復墾工程實施可以較好恢復礦區(qū)開采造成的碳損失，復墾后土地的碳固存能力明顯優(yōu)于原地貌[15]。

礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳固存一般經(jīng)歷4個階段(圖3)：第一階段為原地貌未擾動狀態(tài)，礦區(qū)碳庫經(jīng)過長期演變處于一個相對平衡狀態(tài)；第二階段為開采擾動階段，地表植被遭到破壞產(chǎn)生碳損失，同時采礦活動中使用化石燃料產(chǎn)生大量CO2；第三階段為采礦后復墾階段，對礦區(qū)損毀土地采取相應措施使其恢復到原地貌狀態(tài)；第四階段為平衡階段，復墾后的耕地、林地、草地經(jīng)過長時間的演變碳庫再次達到相對平衡態(tài)，科學高效的復墾措施可以增強礦區(qū)碳匯，縮短復墾后碳固存達到平衡態(tài)的時間。圖3中A為低碳開采科學復墾模式，此情景下由于當?shù)卣⒌V山企業(yè)對節(jié)能減排工作重視，在開采過程產(chǎn)生更少的碳損失，及時復墾更早的固定碳匯；B為常規(guī)開采常規(guī)復墾模式，按照常規(guī)方法進行采礦作業(yè)和復墾工作；C為高能耗開采自然恢復模式，在采礦過程中由于機械陳舊、駕駛員操作不專業(yè)等導致高排放現(xiàn)象發(fā)生，在采礦結(jié)束后沒有對損毀土地進行及時修復。

圖3 礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳固存演變Fig.3 Evolution of carbon sequestration in land ecosystems in mining area

近年來，我國土地復墾事業(yè)蓬勃發(fā)展，土地復墾工程實施能夠改良土壤、重建植被，提升礦區(qū)碳固存能力，可以有效彌補采礦活動產(chǎn)生的碳排放。對于絕大數(shù)礦區(qū)而言，主要將礦區(qū)損毀土地復墾為耕地、林地、草地，植被模式、立地條件、技術手段、管理方式等差異會導致礦區(qū)復墾土地碳固定能力存在偏差。對于降水條件好的礦區(qū)，復墾初期土壤碳固存林地優(yōu)于草地和耕地[46]；對于干旱降雨量少的礦區(qū)，復墾初期土壤碳累計草地優(yōu)于林地和耕地[47]。總的來說，隨著復墾年限增加，礦區(qū)復墾土地固碳能力不斷增加，且復墾土地固碳能力高于未復墾土地，在科學的土地復墾工程實施下礦區(qū)固碳能力甚至可以優(yōu)于原地貌。

3.2 礦區(qū)碳固存影響因素

通常情況下，植被和土壤可以更好地吸收大氣中的CO2，礦區(qū)碳匯主要來自于土壤和植被，礦產(chǎn)資源開發(fā)改變土壤理化性質(zhì)、對地表植被群落造成破壞，導致礦區(qū)土壤和植被碳固存能力降低。土壤理化性質(zhì)改變會對土壤碳固存產(chǎn)生影響，如土壤水分供應會間接影響植物的呼吸和光合作用；土壤侵蝕會加劇土壤有機質(zhì)的氧化和礦化過程，導致CO2溫室氣體排放[48]；開采過程中大型機械壓實將阻礙土壤空氣和水的交換，從而產(chǎn)生長期的、嚴重的、有時不可逆的破壞，從而對礦區(qū)碳庫和生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生負面的影響[49-50]。土壤碳固存能力和土壤中氮含量、土壤孔隙度、土壤團聚體關系最為密切，當土壤中團聚體多而孔隙度小時，土壤呼吸會受到抑制從而利于礦區(qū)土壤有機碳的固定[51]。黃土丘陵區(qū)復墾土地的坡位、坡向和坡度會對碳固存產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為坡底>坡中>坡頂，半陰坡>半陽坡>陽坡>陰坡，坡度為6°～15°土壤有機碳固存達到峰值[52]。復墾措施的不同也會對礦區(qū)碳固存能力產(chǎn)生影響，如在沙土中摻入黏土可以更好地固存養(yǎng)分和有機質(zhì)[53]，施有機肥和深耕可以提高土壤有機碳含量[9]，表土剝離后直接用于復墾土地上可以對土壤有機碳累計起到加速作用[54]。

植被類型可通過影響植物殘體分解速率影響土壤有機碳含量及分布，不同植被類型對不同土層有機碳庫的累計影響不同，礦區(qū)復墾土地植被選擇上要結(jié)合礦區(qū)實際情況選擇合適的物種[55]。隨著復墾年限的增加，礦區(qū)土壤和植被固碳能力不斷提升，復墾初期碳固存增速較快，復墾后期碳固存年均增速會有所下降并逐漸趨向穩(wěn)定[56]。土地復墾需要長期的監(jiān)測監(jiān)管，注重復墾后期管護，防止過度放牧和管理不當導致土地退化、沙化等造成碳損失。

4 礦區(qū)減排增匯途徑

4.1 節(jié)約集約用地

礦區(qū)節(jié)約集約指將土地損毀的數(shù)量及程度降到最低，強調(diào)“少占地、少損毀、多造地、快復墾”(圖4)?！耙?guī)劃設計、剝離、運輸、排棄、復墾利用”階段全程協(xié)同實現(xiàn)礦區(qū)節(jié)約集約用地，做到整體保護、系統(tǒng)修復、綜合治理。在規(guī)劃設計環(huán)節(jié)通過工業(yè)場地選址、采區(qū)空間優(yōu)化、排土場空間優(yōu)化等實現(xiàn)少占地、少損毀；在“剝—運—排”環(huán)節(jié)通過“基地、主體、平臺、邊坡構(gòu)筑”一體化地貌重塑工藝，實現(xiàn)少損毀、多造地；在復墾利用環(huán)節(jié)通過復墾技術優(yōu)化、功能劃分等實現(xiàn)快復墾。

圖4 礦區(qū)節(jié)約集約用地途徑Fig.4 Saving and intensive land use in mining area

礦區(qū)土地節(jié)約集約利用可以在很大程度上緩解礦區(qū)溫室氣體排放，其應遵循的5個原則即：減量化、再利用、再循環(huán)、再開發(fā)、再修復[8]。在“規(guī)劃設計”階段減少礦產(chǎn)資源開發(fā)對耕林草“高碳匯”用地類型的擾動，在“剝—運—排”階段以發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟為導向?qū)嵤┕?jié)能、減排、降耗工程，根據(jù)“因地制宜”原則對礦區(qū)損毀土地進行及時有效的復墾。通過土地利用結(jié)構(gòu)、規(guī)模、方式和布局優(yōu)化實現(xiàn)礦區(qū)土地節(jié)約集約利用，根據(jù)礦產(chǎn)資源分布特征及礦產(chǎn)類型科學制定復墾方案；礦區(qū)開采過程全程協(xié)同，從利于減排角度采取相應措施，實現(xiàn)平面布局合理、空間設置適宜、時空安排有序的空間布局。

探索礦區(qū)節(jié)約集約用地模式有助于合理配置土地資源，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，如何在礦產(chǎn)資源開發(fā)強度不變的情況下少占地、少損毀成為國內(nèi)外學者關注的焦點。礦區(qū)開采通過“少占地、少損毀、多造地、礦復墾”技術手段，使得礦區(qū)土地利用實現(xiàn)“低排放、高碳匯、高效益”的發(fā)展狀態(tài)。自然資源部國土整治中心與德國聯(lián)合開展“中德低碳土地利用項目”，借鑒德國低碳土地整治經(jīng)驗，為我國低碳土地整治提供了參考[57]，也有學者試圖通過降低能源消耗、植樹造林、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)等手段研究推行低碳土地利用[58]。隨著我國對低碳發(fā)展要求的不斷提升，在現(xiàn)有思維、技術手段、管理措施下加強對礦區(qū)土地節(jié)地技術研究，成為礦山企業(yè)必須要面對的重要問題，礦區(qū)土地節(jié)約集約利用是實現(xiàn)礦區(qū)土地可持續(xù)的重要保障。

4.2 礦區(qū)減排措施

采礦行業(yè)在實現(xiàn)節(jié)能減排方面承受著巨大壓力，清潔生產(chǎn)是實現(xiàn)礦區(qū)節(jié)能減排的有效途徑。在采礦業(yè)中，清潔生產(chǎn)通常被解釋為環(huán)境“最佳實踐”與改善社會經(jīng)濟績效水平的結(jié)合，從而實現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展[59]。我國礦山企業(yè)已開始制定礦區(qū)的節(jié)能減排計劃，以應對全球氣候變化。當面臨氣候變化和未來資源短缺時，探索減少碳排放的途徑而不是依賴進口其他國家的能源至關重要[60]。

為了在采礦過程中實現(xiàn)節(jié)能減排，首先應從管理手段著手，通過管理改革提高整體運營效率。礦區(qū)碳管理是在采礦過程中通過專業(yè)手段實現(xiàn)CO2排放最小化，是一種新型管理模式，也是應對氣候變化實現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的有效管理手段[61]。礦區(qū)碳管理研究框架見表1，從宏觀尺度、中觀尺度、微觀尺度進行管理。宏觀上了解礦產(chǎn)資源開發(fā)強度、土地損毀現(xiàn)狀及未來開采規(guī)劃，從宏觀層面采取相應措施制定碳管理政策，形成礦區(qū)碳管理指導方針；中觀層面明晰礦產(chǎn)資源開發(fā)對區(qū)域發(fā)展的影響，對碳匯量、碳排放量進行核算，對影響因素進行分析，并對未來情景進行預測，在中觀層面對礦區(qū)碳排放進行控制；微觀層面闡明碳管理的干預、對策及權衡的途徑，礦區(qū)是一個涉及“礦區(qū)—農(nóng)區(qū)—城區(qū)”的復合生態(tài)系統(tǒng)，需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)多方利益主體，在微觀層面可以通過具體的操作實現(xiàn)減排增匯目標，如能源選擇、排土場設計、開采方式選擇等[62]。

表1 礦區(qū)碳管理研究框架Table 1 Research framework of carbon management

其次，必須通過政策手段要求礦區(qū)盡量減少能源消耗。礦山開采除了產(chǎn)生大量溫室氣體外，化石燃料的使用不僅對人體健康產(chǎn)生不利影響，還釋放出大量CO2到大氣中；政府部門應制定相應政策鼓勵礦區(qū)尋找可替代燃料，如生物柴油和天然氣/柴油混合物[63]。與此同時，政府部門要加強資金投入，鼓勵礦區(qū)使用綠色能源(如風能、太陽能)，對復墾后耕地實施撂荒、輪作或免耕，施加有機肥，推行秸稈還田，引領礦區(qū)向綠色、低碳開采轉(zhuǎn)型。

最后，通過技術創(chuàng)新減少礦區(qū)碳排放。在設計排土場、工業(yè)場地時，將運輸距離最小化，通過提高運輸效率和縮短運距來實現(xiàn)礦區(qū)減排[42]。對于露天礦區(qū)而言，運輸占碳排放量的80%，使用傳送帶可以降低碳排放量和能源消耗[64]。對于煤礦開采產(chǎn)生的瓦斯氣體，做到“先抽后采，抽采達標”，提高瓦斯綜合利用率，減少溫室氣體排放[9]。礦區(qū)復墾植被選擇上，應優(yōu)先選擇生長速率快、生命周期長的物種；在植被配置模式上要考慮樹種耐陰程度、演替次序等屬性。復墾過程中，煤矸石充填技術可有效降低煤矸石自燃產(chǎn)生的碳排放；注重復墾后礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的長期監(jiān)測監(jiān)管，防止過度放牧導致復墾土地退化問題。

5 結(jié)論與展望

礦產(chǎn)資源開發(fā)造成溫室氣體排放主要源于化石能源使用和植被破壞產(chǎn)生的碳損失，土地復墾工程加速了礦區(qū)碳庫的恢復。 礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究是減少能源消耗、提升碳匯、實現(xiàn)我國碳中和目標的有效途徑，應從更宏觀的研究尺度，指導綠色、低碳礦區(qū)建設；從更豐富的科學內(nèi)涵，確定礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯構(gòu)成；從更具體的目標設定，優(yōu)化礦區(qū)開采方案和復墾方案；從更合理的技術篩選，實現(xiàn)礦區(qū)減排增匯；從更精確的監(jiān)測監(jiān)管，減輕采礦活動和人類活動對區(qū)域碳循環(huán)的影響。因此，未來礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究可以從以下幾個方面展開。

1) 建立科學的碳源/匯核算體系。目前礦區(qū)碳源/匯核算多是利用遙感、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、IPCC清單指南等，從不同時間尺度、空間尺度對碳儲量和碳排放量進行核算。未來應加強對核算方法的創(chuàng)新，探尋適合我國礦區(qū)的碳排放核算因子；應用高分辨率遙感數(shù)據(jù)與野外數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法預測未來礦區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯對全球氣候變化的響應等。

2) 構(gòu)建礦區(qū)碳循環(huán)模型。對礦區(qū)碳循環(huán)機理進行分析，力求少占地、少損毀、多造地、快復墾，建立科學的礦區(qū)碳循環(huán)研究范式。碳循環(huán)研究具有較強的空間異質(zhì)性，未來應開展不同氣候帶、不同地貌類型、不同復墾模式之間的礦區(qū)碳循環(huán)差異比較。

3) 加強對“礦—農(nóng)—城”復合生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究?，F(xiàn)有研究分析了采礦活動對礦區(qū)層面的碳循環(huán)影響，沒有綜合考慮礦區(qū)位置的特殊性和礦產(chǎn)資源開發(fā)點—線—面—網(wǎng)的擴展過程，應綜合考慮采礦活動對周邊的農(nóng)區(qū)、城區(qū)碳循環(huán)影響情況，統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)、生活、生態(tài)問題。

4) 加強多尺度礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究。目前關于礦區(qū)碳循環(huán)研究多集中在區(qū)域?qū)用妫瑧訌妼θ珖叨忍佳h(huán)的研究，注重國家頂層設計，立足國內(nèi)實際，土地復墾工程的實施要順應自然、尊重自然、保護自然。

5) 加強礦區(qū)碳排放和碳固存影響因素研究。影響礦區(qū)碳循環(huán)的因素眾多，如開采方式、開采規(guī)模、土壤理化性質(zhì)、植被配置模式等，亟需加強礦區(qū)層面碳循環(huán)影響因素研究，對各種影響因子作用力的大小和形式做出評估，從而提出更有針對性的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的增匯減排措施。