论露天矿区近自然生态修复

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化、功能化利用构想与实践

高潜水位矿区井工开采往往造成地表大面积沉陷积水,矿区生态环境发生变化,沉陷区国土资源由以土地资源为主转变为水资源为主、水土资源共存的局面。目前,采煤沉陷区水资源开发利用不充分,可再生能源开发、多能互补利用和废弃矿井抽水蓄能等方面具有得天独厚的条件和巨大发展潜力,采煤沉陷区国土空间功能也需结合现有条件重新定位与建构。在此背景下,提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化利用构想。系统阐述了“三化”面临的科学问题,如采煤沉陷水域水资源量和水生态环境演变规律、地表残余变形规律;“三化”涉及的关键技术与模式,包括监测与评价技术,如“天-空-地-水-井”一体化协同监测技术体系、采煤沉陷区水生态环境调查评价方法、采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价方法,以及治理利用技术及模式,如采煤沉陷区水生态环境修复技术模式、采煤沉陷区水资源保持与高效利用技术模式、水资源区域协调开发与高效利用技术模式、风光互补模式、制氢-合成氨-掺氨燃烧发电模式、废弃矿井抽水蓄能模式、农业用地功能构建(复垦地土壤重构)技术、建设用地功能构建(采空区注浆地基加固)技术、生态用地功能构建(地表水系重构与生态湿地建设)技术;并从产业融合、资金筹集、科技创新、区域统筹等方面提出了具体的政策建议。

西北干旱露天煤矿排土场土壤重构与水盐运移机制

矿山排土场生态修复是煤矿露天开采面临的重大环境问题,是制约建设绿色露天煤矿的重要因素。土壤重构是排土场生态修复的重要步骤,以新疆为代表的西北煤炭基地,水资源短缺,盐碱化突出,土壤水盐运移是决定土壤重构是否成功的关键指标。目前研究集中在表层土壤重构改善土壤养分促进植物生长,针对保水控盐的功能化土壤重构的研究甚少,对不同土壤重构方式下的水盐运移机制尚不明晰。研究立足新疆煤炭资源禀赋特征,从煤炭循环经济的角度出发,采用能源化工副产物煤气化渣(CGS)作为重构材料,通过毛细水上升-蒸发试验,分析CGS重构后水盐垂向运移和水分供给能力,通过Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线,分析CGS重构后土壤持水能力,研究CGS作为含水层重构材料的可行性。采用煤矿开采伴生岩石矿物红泥岩作为重构材料,通过土柱入渗蒸发试验,分析红泥岩重构后不同土壤深度的水盐变化情况,研究泥岩作为隔水层重构材料的可行性。结果表明,CGS重构改善土壤质地,优化孔隙结构,促进了土壤水盐运移,毛细作用增强,促进了下层水分向上供给,同时也增加了盐分表聚,重构改变土水特征曲线参数,增加了饱和含水量θ_(s),降低了参数a和n,改善了土壤持水性能。CGS添加量越高,细渣质量分数越大,效果越明显。CGS作为重构含水层材料具有可行性。红泥岩黏粒和次生矿物含量高,孔隙结构丰富,物理吸附性良好,重构后0~24 cm深度下土壤含水率高于对照组,蒸发后的盐分在20~24 cm达最高值,红泥岩有效阻隔了盐分上移。红泥岩作为重构隔水层材料具有可行性。研究以期探索出一条适合西部煤炭基地排土场土壤重构模式。

配施荧光假单胞菌对采煤区复垦土壤化学及生物学特性的影响

为探讨无机肥、有机肥配施荧光假单胞菌对采煤区复垦土壤化学生物学特性的影响,以复垦5 a的土壤为研究对象,设置单施无机肥(CF)、荧光假单胞菌剂配施无机肥(CFB)、单施有机肥(M)、荧光假单胞菌剂配施有机肥(MB)、不施肥(CK)共5个处理。结果表明,MB处理较M处理有机质、碱解氮、有效磷、微生物量碳氮含量显著增加了5.57%~21.30%,碱性磷酸酶、脲酶、转化酶活性显著增加了15.44%~18.68%;而CFB处理较CF处理仅碱解氮含量、脲酶活性分别显著增加了4.77%、12.62%,表明荧光假单胞菌可以在一定程度上提高复垦土壤化学生物指标。复垦土壤的优势菌门为放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门,优势菌属为节杆菌属、芽生球菌属、KD4-96、芽单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属、类诺卡氏菌属、Vicinamibacterales、Vicinamibacteraceae、JG30-KF-CM45。施加荧光假单胞菌对复垦土壤细菌多样性指数和优势菌门、菌属组成无显著影响,但可在一定程度上改变细菌属水平相对丰度。冗余分析结果表明,有机质、碱解氮对复垦土壤细菌群落的影响程度较高,脲酶、碱性磷酸酶、转化酶对复垦土壤细菌群落的影响程度较低。主成分分析表明,与M处理相比,MB处理的综合得分增加了2.92;与CF处理相比,CFB处理的综合得分增加了1.82。综上,荧光假单胞菌的施用有利于采煤复垦区土壤的熟化,且荧光假单胞菌与有机肥配施效果优于荧光假单胞菌与无机肥配施。

西部干旱半干旱煤矿区生态环境损伤特征及修复机制

我国煤炭开发重点已战略西移,实现煤炭资源绿色开采与生态协调发展,成为保障国家能源安全的重要举措之一。西部煤层大多数埋藏浅、上覆基岩薄、煤层厚,有利于一次采全高大规模井工开采或露天开采。但该地区气候干旱少雨、生态条件脆弱,大规模高强度对矿区及周边生态环境造成的损伤大。由于对开采过程中生态损伤演变机制及采后修复机理尚不清楚,没有成熟的修复理论和方法作指导,成为制约该地区煤炭高质量发展的重大难题。针对上述难题开展系统研究,认为精准勘测煤炭开采全周期工作面地质-水文地质条件和矿区生态演化特征,有助于阐明开采诱致上覆土岩破损机理、水资源散失富集与循环调运规律、生态损伤演变机理和承载力,并揭示采后矿区土岩层、水资源循环、生态自适应机理。采用植物-微生物组合修复方法,初步构建井工和露天矿山人工与自然协同的水-土-生立体耦合修复理论,提出了生态修复机制的新思考,在浅埋深矿区开采形成的裂缝发育犹如农田松土一般,成为生态修复新的契机,促进水-土-生再分配,并利用微生物修复技术,可促进矿区生态环境的正向协同发展,实现西部煤矿脆弱生态区开发“金山银山”,再造“绿水青山”的思维转变。

高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002-2021年5期土地利用数据,利用FLUS(Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化,再结合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型,计算了潘谢矿区2002-2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量,并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)2002-2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少,湿地和建筑用地持续增加,其中耕地减少了147.93 km^(2),湿地和建筑用地分别增加了71.01 km^(2)和75.76 km^(2)。在此期间,潘谢矿区碳储量减少了1.62×10^(5)t,减少幅度为3.83%,其中在2018-2021年碳储量下降最快。(2)预测结果显示,2028年2种情景下研究区内土地利用变化均为湿地和建筑用地持续增加,耕地不断减少。但相较于自然发展情景,生态保护情景下矿区内耕地受到保护,面积有所增加,湿地和建筑用地的增长减缓。与2021年相比,自然发展情景下的碳储量减少了0.74×10^(5)t,生态保护情景下的碳储量减少了0.53×10^(5)t。研究结果表明,受采煤沉陷和城镇发展影响,沉陷湿地和建筑用地扩张导致耕地减少是碳储量下降的主要原因,采取生态保护措施能够在一定程度上减缓碳储量的下降。

陕北煤矿区采动地裂缝对土壤抗蚀性的影响规律研究

采动地裂缝作为黄河流域中游陕北煤矿区最突出且典型的采动损害问题,引发的水土流失效应已经不容忽视。为了研究采动地裂缝发育对周边土壤抗蚀性的影响,以陕北煤矿区内宽度分别为0~10,10~20,20~30 cm的采动地裂缝为研究对象,采集周边水平距离80 cm以内,垂直深度40 cm以浅的土壤,测定了土壤水稳性团聚体、微团聚体、无机黏粒、有机黏粒、物理性质类等14个国内外学者普遍关注的用于量化表征土壤抗蚀性的指标,采用层次分析法、敏感性分析和因子分析相结合的方法甄选出陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性的重要量化指标,构建了陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性综合指数模型。结果表明:①综合层次分析法、敏感性分析和因子分析,甄选确定>0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径、<0.001 mm细黏粒含量、土壤团聚度、土壤有机质含量5个指标作为量化表征陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性的重要指标;②采动地裂缝会降低周围土壤的5个土壤抗蚀性重要指标,其中>0.25 mm水稳性团聚体含量变化最为明显;③根据土壤抗蚀性重要指标,基于因子分析原理构建了陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性综合指数模型;④采动地裂缝会降低周围土壤的抗侵蚀综合能力,且该效应随着裂缝宽度的增大和水平距离的减小而增强,当距采动地裂缝的水平距离超过170 cm时,采动地裂缝对周围土壤抗侵蚀综合能力的负效应基本消失,其可作为陕北采动地裂缝发育区土壤侵蚀防控的关键区域。研究结果可为黄河中游陕北矿区水土流失的精准防控提供科学依据。

基于PLSR和LSSVM模型的土壤水分高光谱反演

为对地下采矿扰动区表层土壤水分进行反演,以大柳塔煤矿52501工作面为例,利用无人机搭载成像光谱仪获取高光谱影像,对获取的光谱数据进行对数、倒数对数、一阶和包络线去除变换,结合地面采集的128个土壤水分数据,基于偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量机(LSSVM)构建土壤水分预测模型并验证其预测精度。结果表明,基于一阶变换的PLSR模型和LSSVM模型预测精度相对较好,一阶变换的PLSR模型建模集R^(2)_(c)和预测集R^(2)_(p)分别为0.7021和0.6405,均方根误差RMSE_(c)和RMSE_(p)分别为1.6384%和1.1034%,相对分析误差RPD_(p)为1.7263;一阶变换的LSSVM模型建模集R^(2)_(c)和预测集R^(2)_(p)分别为0.8125和0.5979,均方根误差RMSE_(c)和RMSE_(p)分别为1.2755%和1.3459%,相对分析误差RPD_(P)为1.6323。最终基于PLSR和LSSVM模型完成了土壤水分的制图,实现了土壤水分的空间预测,为该研究区植被引导修复中土壤水分精准提升提供了空间数据支持。

灵泉露天矿生态修复效果及驱动因素分析

煤矿开采通常会破坏土壤、植被,从而造成生态损伤。目前,高寒地区露天矿的生态修复工作尚处在起步阶段,针对高寒地区露天矿开展的生态修复效果及其驱动因素分析的研究较少。以灵泉露天矿为研究区,基于2009—2022年共11期Landsat影像,利用像元二分模型计算植被覆盖度,对矿区生态修复前后开展长时序植被覆盖动态监测,并进行生态修复效果和驱动因素分析。研究结果显示:矿区近十年来的植被覆盖度总体呈上升趋势,2017年大面积修复以后上升趋势尤为显著。气温和降水量是导致高寒地区露天矿植被覆盖度发生波动性变化的关键自然因素,其中,降水量是影响植被覆盖度持续上升的主要自然因素。植被覆盖度和土壤养分含量的变化相辅相成,植被覆盖度上升的同时会使土壤肥力提升,土壤肥力提升后又会促进植被覆盖度的上升。人工修复是高寒地区露天矿生态修复的主要方式,是高寒地区露天矿植被覆盖度上升的主要原因。研究结果表明,多年来的生态修复工作取得了显著效果,同时可为高寒地区露天矿的生态修复提供科学依据。

煤矸石规模化生态利用原理与关键技术

煤炭是我国主要能源,是能源安全的压舱石。煤矸石作为采煤和洗煤加工过程中的必然产物,每年产出量达7亿t以上,亟需规模化、生态化利用技术,以破解煤矸石作为企业发展绊脚石的难题。在分析煤矸石大规模利用中的生态损伤机理的基础上,提出煤矸石规模化生态利用原理,从技术视角探讨了环境安全的规模化生态利用具体解决途径,提出了酸性煤矸石山原位污染控制与生态修复和煤矸石地面充填造地两大规模化生态利用方式关键技术。结果表明:(1)煤矸石规模化生态利用的关键是环境污染的防控,通过对矸石的可利用性和经济性评价,结合风险管控手段,可实现煤矸石规模化生态利用。(2)对已堆积的矸石山采用原位污染控制基础上的植被恢复以实现生态化利用,提出了污染源头诊断-防灭火与污染阻隔-植被恢复一体化的生态利用技术。基于矸石氧化产酸产热导致污染的机理分析,采用热红外与测绘技术相耦合进行煤矸石山深部燃点(氧化点)定位;研发了杀菌剂与还原菌耦合的氧化抑制剂并结合惰性材料覆盖碾压进行抑氧隔氧污染阻隔;对自燃区采用喷浆控火与注浆灭火结合的安全灭火技术;氧化抑制剂结合惰性材料覆盖碾压的长效防火技术;提出以乡土草灌为主的防燃型植被恢复技术,可实现酸性煤矸石山的原位污染控制与生态修复。(3)通过地面充填生态化利用可行性分析、充填生态化利用技术和维护管理长期监测,可实现煤矸石地面充填造地的生态化利用。其关键是矸石材料筛选的污染风险分析、地面充填场地选择的可行性分析以及充填全过程的环保措施,包括充填前的场地底部防渗阻隔、渗滤液导排等安全环保措施,充填中的分层充填技术、防火控酸的污染防控和土壤剖面重构技术,充填后的侵蚀控制、植被恢复等技术。煤矸石规模化生态利用不仅解决了矿区固废堆存带来的生态环境问题,还通过对新、旧矸石的科学合理利用,打造矿区生态修复的新模式。

生态网络构建视角下矿山生态修复重点区域识别——以辽宁省建平县为例

采矿业是矿业城市经济来源的重要组成部分,对矿山进行系统的开发和修复是矿业城市生态安全的关键问题。立足于宏观视角下的矿山开采与修复,旨在通过生态网络构建识别出建平县矿山生态修复的重点区域。运用生境质量模型、生态系统服务价值评价识别生态源地。综合考虑自然因素、干扰因素、国土空间三线、矿山开采风险4个方面因素构建和修正阻力面。采用最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance Model,MCR)提取生态廊道,并结合生态廊道及其缓冲范围内的矿山类型、开采方式等因素,实现矿山开采风险分区,明确矿山开采和修复优先级。结果表明:①研究区共有生态源地28处,共计面积1139.53 km^(2),提取生态廊道1006 km。②矿山开采低、中、高风险区内分别包含生产矿山和废弃矿山的面积分别为17.92、10.62、25.77 km^(2)和22.5、14.10、21.93 km^(2)。③按照矿山空间分布对生态网络的影响程度,划分了生产矿山开采优先级和废弃矿山修复优先级分区;其中,优先开采区、限制开采区、禁止开采区内包含的生产矿山面积分别为17.93、11.80、23.63 km^(2),极重要修复区、重要修复区、一般修复区内包含的废弃矿山面积分别为19.79、16.55、22.48 km^(2)。根据以上分析,提出了矿山开采前、开采中以及开采后的相关监管策略和建议。

煤矿区土壤细菌群落结构及其对不同复垦模式的响应

科学揭示不同复垦模式土壤细菌群落稳定性及其潜在互作关系对于复垦土地差异化管理及可持续利用至关重要。本文以挖深垫浅、煤矸石充填和粉煤灰充填3种模式复垦土壤为研究对象,基于高通量Illumina Miseq 16S rRNA测序技术,采用方差分析、Spearman相关性等分析方法,研究不同复垦模式下的土壤细菌群落结构和多样性。通过构建分子生态网络模型,揭示不同复垦模式下土壤细菌群落的稳定性及菌群间潜在互作关系,明晰对细菌群落结构稳定性起关键作用的微生物种群。结果表明:①不同复垦模式土壤细菌群落的多样性与丰富度水平有显著差异(P<0.05),均表现为挖深垫浅>煤矸石充填>粉煤灰充填;不同复垦模式土壤细菌群落组成相似,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是所有模式土壤中的优势菌门,在各复垦模式土壤细菌群落中的占比之和均达70%以上。②不同复垦模式下土壤细菌群落的显著影响因子不同,部分优势细菌门与影响因子间的变化趋势不同,有机质含量是影响挖深垫浅复垦土壤细菌群落组成的主要影响因素,pH是影响煤矸石与粉煤灰充填复垦土壤细菌群落组成的主要影响因素。③挖深垫浅复垦土壤细菌网络复杂,群落联系紧密,能更好地传递物质、能量和信息;煤矸石充填复垦土壤细菌网络内部节点间的连通度低,但菌群信息交换速度慢,拥有4个关键节点,网络相对稳定;粉煤灰充填复垦的土壤细菌网络规模最小,节点连通度不高,在外界环境发生变化时反应快,网络稳定性最差。3种复垦模式土壤细菌群落间关系均以协同合作为主导,煤矸石充填复垦土壤细菌群落间的协同合作关系占比最高。本文揭示了3种不同复垦模式下土壤细菌群落结构与分子生态网络差异,研究结果可为高潜水位采煤塌陷区土地复垦模式的优选以及人为干预方式的选择提供支撑。

基于景观生态风险评估的景观生态网络的构建:以资源型城市临汾为例

资源型城市景观结构的变化受到多种因素的综合影响,这导致了其景观生态质量的降低的可能性以及生态环境的脆弱性增加,景观生态质量对生态功能的流动与传递具有直接影响,因此在构建景观生态网络时应予以关注。基于2005—2020年中国山西省临汾市的土地利用数据进行分析,建立了一种景观生态风险评估模型,并分析了2005—2020年景观生态风险的时空特征。在充分考虑了生态系统抵抗力受到景观生态质量影响的前提下,以2020年景观生态风险评估为基础,通过MSPA法提取生态源地,运用最小累积抵抗力模型(MCR)构建廊道,并搭建了景观生态网络,并通过复杂网络方法探讨了景观生态网络的拓扑性质。研究区域内高风险地区和极高风险地区的面积呈现先上升后下降的趋势,整体风险水平有所下降。城市建设用地与采矿用地周边地区的风险相对较高,而森林和草地地区的风险则相对较低。研究区风险变化主要受采矿、城市扩张、政府政策、土地利用类型改变以及村落迁移等因素的影响。通过增边策略对景观生态网络进行优化,对比优化前后生态网络鲁棒性,发现增边策略增强了能量传输的畅通性和节点间的互联性,该生态风险评估模型结合潜在生态网络的构建有助于为资源型城市景观结构优化和生态安全体系建设提供理论支持。

沉陷区河堤边采边复治理方式下的动态填方量预计方法

煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一问题的主要技术途径。基于矿山开采沉陷动态过程特征,提出了沉陷区河堤边采边复的设计流程;构建了河堤治理过程中的动态填方量计算模型,并应用于某矿地表河流的河堤采动损害治理工程中。研究结果表明:采用边采边复的治理方式对沉陷区河堤进行治理,可以降低在采动过程中的河水外溢风险,同时减轻了采动损害对河堤的破坏程度;提出的动态填方量预计方法可实现对河堤各治理阶段土方量的准确预计,能够满足实际工程需求,为河堤治理工程设计提供了依据。

广西某露天矿区不同复垦模式下土壤的孔隙特征

广西铝土矿区复垦土壤孔隙结构对土壤复垦质量有重要影响,但其微结构特征尚不明确。为探究当地复垦土壤孔隙结构特征,研究选取草地复垦模式(RG)和裸地复垦模式(RW),利用X射线CT扫描技术扫描40 cm的原状土柱,用Avizo2020渲染功能,结合Image J软件及其插件获得表征土壤孔隙二维分布和三维特征的参数,并对土壤孔隙结构进行三维重构和可视化分析。结果表明,RG处理模式土壤中二维小、中孔隙数量较RW处理模式有所减少,大孔隙数量较RW处理模式明显增多。在0~20 cm土层深度内,RG处理模式下的孔隙面密度相较于RW处理模式降低了近30%;在20~40 cm土层深度内,RG处理模式下的孔隙面密度和孔隙复杂度均大于RW处理模式。RG处理模式下的三维总孔隙数较RW处理模式明显降低,RG处理模式下的孔隙度(3.046%)高于RW处理模式(2.900%),说明RW处理模式的孔隙多但并不是大孔隙。RG处理模式的连通度(0.399)大于RW处理模式(0.273),弯曲度和比表面积(1.329,4.026 mm^(-1))小于RW处理模式(1.342,4.334 mm^(-1))。在三维结构中,因2个处理模式的复垦年限均为2 a,两者孔隙结构均以点状形式分布,同时呈现出倾斜层状结构。但相较于RW,RG处理模式下的孔隙多为大孔隙,存在清晰可见的长条状孔隙,这预示着RG处理模式下的土壤朝着更为稳定的结构发展。因此,在广西露天铝土矿区的土壤复垦过程中,草地复垦模式更能促进土壤结构和水肥运移通道的改善,有利于提高土壤质量。

西部煤矿区微生物修复促进植物水分高效利用策略

西部煤矿区生态环境脆弱,叠加高强度开采致使水土流失、土壤退化、根系受损,植物水分利用效率低,生态恢复困难,提高水分利用效率成为西部矿区生态修复或重建的关键。土壤水是限制干旱半干旱煤矿区生态修复的关键因素,它连接大气水、地表水、地下水与植被生长,是水分循环与养分运输的重要载体。土壤水分的高效与合理利用关系到生态修复的成败,因此探究植物根系水分利用策略对于西部煤矿区生态修复具有重要作用。分析了国内外植物水分利用的主要研究方法,比较了不同方法之间的优缺点及相应研究进展。在干旱半干旱煤矿区受损生态环境中,采用植物-微生物联合的微生物修复技术,能提高植物水分利用效率,改善植物水分利用策略。同时,接种微生物降低了植物从浅层土壤吸收水分的比例,有效地增加植物从深层土壤中吸收和利用水分,提升了植物水分利用效率,使接菌植物在干旱半干旱煤矿区表现出更高的生态适应性。分析了目前西部煤矿区植物水分利用的研究进展和存在的问题,探讨了煤矿区微生物修复对水分利用策略的改善,提出了西部干旱煤矿区生态修复中不同植物组合对水分利用策略的影响及其研究重点,为实现矿区绿色可持续、高质量发展奠定了扎实的基础,具有重要的生态应用价值。

膨胀土边坡水泥基生境基材外掺纤维改性研究

分析外掺纤维对膨胀土边坡水泥基生境基材护坡性能的影响,为膨胀土边坡防护及生态修复提供理论依据。分别外掺聚丙烯纤维、玄武岩纤维和棕纤维制备3种不同的水泥基生境基材,通过边坡模型试验定期测定各边坡生境基材的物理、力学及生态指标。结果表明:①与对照组(CK组)相比,聚丙烯纤维、玄武岩纤维及棕纤维的掺入可显著改善基材的内部孔隙结构,其渗透系数降低范围分别为28.43%~39.39%、5.58%~10.13%、31.36%~43.14%;纤维掺入提高了基材的抗剪强度,其黏聚力提高范围分别为28.37%~32.75%、12.23%~14.82%、32.52%~37.21%,内摩擦角提高范围分别为0.07%~1.62%、0.41%~1.21%、1.31%~2.07%。②纤维的加入通过改善基材的孔隙结构,促进了植物生长,从全期平均含量来看,3组外掺纤维组相较CK组的地下生物量分别提高了26.38%、8.93%、51.06%。③边坡土体在经历自然降雨后,土体含水率随深度的增加而减小,随降雨量的增大而增大,外掺纤维组降雨前后含水率差值明显低于CK组,其作用效果依次为棕纤维>聚丙烯纤维>玄武岩纤维。综合分析得出:外掺纤维对膨胀土边坡水泥基生境基材的护坡性能有明显的提升效果;综合环保及成本因素,棕纤维运用于实际工程更符合可持续发展理念。该研究成果可对膨胀土边坡生态防护提供理论支撑及技术指导,并对其他特殊土边坡生态防护具有借鉴意义。

矿区排土场植物多样性及其与土壤理化指标的耦合关系

探究鄂尔多斯满来梁矿区不同修复年限下植物多样性及其与土壤理化指标的耦合关系,揭示植被与土壤在生态修复中的相互作用,为优化植被恢复策略及评估修复效果提供科学依据。以修复年限在2~12 a的植被与土壤理化指标为研究对象,原始地貌为对照,通过调查不同样地内的植被组成与土壤理化性质,利用相关性分析揭示其相互影响与作用方式。结果表明:1)研究区共调查到51种植物,以菊科、禾本科和豆科为主,三者共占植物种类总数的61%;2)植物多样性随时间变化显著,物种数量先减少后增加,Margalef和Shannon-Weiner指数先降后升,Pielou和Simpson指数无明显变化;3)植物多样性指数与土壤理化指标存在中度及以上关联,其中pH和全磷与物种多样性关联较密切;4)修复初期,植物多样性与土壤理化指标的协调度提高,随修复年限增加,协调度先升高再降低,修复6 a时协调度最高。修复措施对植物多样性及其土壤理化指标的平衡发展有积极作用,需不断优化修复措施,使之达到最佳协调水平。

煤炭生态型露天开采理论与技术体系及其应用

煤炭大规模露天开采会引起土地挖损与压占、地下水疏干、水土流失、植被破坏、大气污染、区域景观破损等生态问题。针对现有露天煤矿生态修复技术较为单一,缺乏从开采源头减损和生态全要素系统性修复技术的难题,提出了“减损开采与生态系统修复”的理念,阐述了露天煤矿生态型开采的内涵与特征,提出了露天煤矿生态型开采关键科学问题和基础理论框架,研发了“采前生态化设计−采中减损开采−生态系统修复”的全生命周期生态减损开采和生态全要素(水、土、大气、植被、景观)系统修复技术,创建了露天煤矿生态型开采理论与技术体系,形成了可推广可复制的露天矿生态型开采模式。研究成果应用表明,半干旱区胜利露天矿生态型开采示范区减少土地挖损和压占面积60003 m^(2)/a,排土场生态修复期提前1 a以上,植被覆盖率较本底值提高41.78%,地面水库(蓄水量40万m^(3))实现了矿井水的分季节、分级分质利用;酷寒区宝日希勒露天矿生态型开采示范区减少土地挖损和压占面积106672 m^(2)/a,新生物种从14种增加到21种,土壤含水率提升10%,土壤年侵蚀率降低59.6%,植被覆盖率较本底值提高37.96%,露天煤矿地下水库(储水容量122万m^(3))实现了矿坑水“冬储夏用”,取得了显著的生态修复效果。

基于文献计量的矿区修复研究现状及趋势分析

以中国知网2003-2023年关于矿区修复的500篇期刊文献为依据,通过Cite Space软件进行可视化分析。结果表明:(1)2003-2023年矿区修复领域期刊发文量总体呈现增加趋势;(2)矿区修复领域各机构交流强度小,作者发表的文章总数不多,作者合作群之间联系较少;(3)在矿区修复中生态修复、重金属、植物修复与土壤是研究的热点与重点;(4)目前矿区修复的研究趋势为研究整个矿区生态系统的修复,研究前沿为研究生物炭、改性污泥、沸石等与植物联合修复矿区的可行性。