美丽中国视域下矿山生态修复:逻辑演进、科学内涵和行动方略

矿山生态修复是美丽中国建设的关键难点。基于美丽中国愿景,梳理了矿山生态修复模式的逻辑演进,诠释了其科学内涵,探讨了未来深入探索矿山生态修复的行动方略,研究结果表明:当前中国矿山生态修复已从建国初期的被动消极、改革开放以来的协调提升,逐步形成了绿色发展的新模式,着重强调恢复矿山生态系统的结构与功能。美丽中国愿景从根本立场、价值追求、贯彻原则和发展保障等方面赋予了矿山生态修复人与自然和谐共生、绿色低碳循环发展、系统推进协同治理和多元共治多产融合的科学内涵。未来应从完善顶层设计、整合修复规划、革新技术体系、优化管理体制等层面自上而下推进矿山生态修复变革,践行美丽中国建设。

植被恢复类型对露采矿山复垦土壤丰富和稀有微生物类群的影响

植被恢复可促进重构土壤发育,调控生物地球化学循环和发挥生态系统功能。因此深入研究露天矿区植物恢复下土壤丰富和稀有微生物类群变化对改善矿区生态环境至关重要。采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿东排土场裸地(CK)、苜蓿(GL)、沙棘(BL)、油松(CF)、杨树(BF)和杨树+油松(MF)6种复垦样地土壤,利用高通量测序、共现网络和相关性分析等探测植被类型对土壤丰富、稀有细菌和真菌群落结构组成和多样性的影响机制。结果表明:①不同植被恢复类型对土壤理化性质和酶活性影响存在显著性差异(P<0.05),有机质(SOM)、铵态氮(AN)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)酶活性等均显著高于CK。BL对土壤SOM、硝态氮(NN)和有效磷(AP)积累有优势,显著提高了脲酶(URE)、LAP和碱性磷酸酶(ALP)酶活性(P<0.05)。②植被类型显著影响了土壤丰富和稀有微生物群落结构组成(P<0.05),丰富和稀有细菌种类多于真菌,但真菌丰度变化更为显著,尤其是稀有真菌。不同植被恢复类型的丰富和稀有细菌,及稀有真菌群落Shannon指数高于CK,且与CK的群落结构间存在显著差异(P<0.05)。③不同植被恢复类型均提高了丰富和稀有细菌、真菌的网络拓扑参数和复杂度。移除节点改变自然连通性的幅度测试结果表明BL增强了土壤丰富细菌、丰富和稀有真菌网络的稳定性和对外界干扰的抵抗力。④土壤URE、SOM和ALP是土壤微生物群落结构变化的主导因子。BL处理组中pH、SOM、AP、BG(β-葡萄糖苷酶)、URE和ALP均显著影响丰富和稀有微生物群落(P<0.05)。综上认为,BL恢复模式对矿区复垦土壤质量改善效果更好,研究结果可为植被修复受损矿山复垦土壤及微生物资源的开发利用提供理论依据。

采煤沉陷区复垦对土壤细菌群落组装及固碳功能的影响——以东滩矿区为例

复垦能有效提升矿区生态服务功能,但复垦土壤功能重建的微生物学机制尚不清晰。厘清复垦如何影响土壤细菌群落特征、组装机制及固碳功能,对重塑矿区生态自维持能力至关重要。为此,结合零模型分析,采用MiSeq高通量测序及q PCR芯片技术,探索东滩矿区9 a、12 a、15 a和18 a等4个复垦年限土壤细菌群落组装过程及固碳功能变化。结果表明:(1)复垦和复垦时间对土壤理化和酶活性影响显著,复垦土壤pH、铵态氮(AN)、过氧化氢酶(CAT)及磷酸酶(PO)随复垦时间增长呈显著增加(P<0.05),有机碳(SOC)、有效磷(AP)、硝态氮(NN)及脲酶(UE)、β-葡萄糖苷酶(BG)、蛋白酶(PRO)则相反(P<0.05);(2)随机性过程主导了复垦土壤细菌群落的组装过程,且扩散限制的贡献最大;(3)有机碳、硝态氮、铵态氮、有效磷、β-葡萄糖苷酶及过氧化氢酶与碳循环功能基因丰度有显著性相关,复垦改善土壤理化从而增强固碳功能;(4)结构方程模型显示,复垦年限增加直接影响土壤理化性质,进而间接影响土壤微生物群落的组装过程,这可能是导致碳循环功能基因丰度变化的主要原因。研究结果为矿区复垦土壤生产力改善和固碳功能提升提供理论依据。

水热法制备TiO_2纳米线薄膜的光生阴极保护性能

应用水热法在钛箔表面制备TiO2纳米线薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见分光光度法对薄膜进行表征,用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO2光生阴极保护性能.结果表明:薄膜由纵横交错的锐钛矿型TiO2纳米线组成,纳米线的直径约10nm.在150℃下反应6h生成的TiO2纳米线薄膜在0.3mol·L-1 Na2SO4溶液和0.3mol·L-1 Na2SO4+0.5mol·L-1 HCOOH混合溶液中对与TiO2薄膜耦连的403不锈钢均有良好的阴极保护效应.TiO2膜所在溶液中含有HCOOH时,可使耦连的403不锈钢在0.5mol·L-1 NaCl溶液中电极电位负移约545mV,界面反应电阻显著变小,表明电解质溶液加入HCOOH可以增强TiO2纳米线薄膜对403不锈钢的光生阴极保护效应.

溶胶-凝胶法制备改性TiO2纳米薄膜及其防腐蚀性能

应用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢表面分别制备TiO2纳米膜和 B-Fe-Ce改性的TiO2纳米膜. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱法和能量分散谱(EDS)对薄膜进行表征,通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位阳极极化曲线的测试考察薄膜的耐蚀性及对不锈钢的保护性能. 结果表明:两种纳米薄膜均含锐钛矿型的TiO2纳米颗粒,纯TiO2纳米膜与改性后的纳米膜中颗粒直径分别约为15和10 nm. TiO2/316L不锈钢和 B-Fe-Ce-TiO2/316L不锈钢膜电极浸泡在0.5 mo.lL-1 NaCl溶液后,后者的电化学反应电阻较大,动电位阳极极化曲线的稳定钝化区较宽,击穿电位更高,说明改性的纳米膜的耐蚀性及其保护性能更好.

TiO_2纳米管阵列膜的制备及对304不锈钢的光生阴极保护效应

应用电化学阳极氧化法在Ti表面构筑不同的TiO2纳米管阵列膜。采用XRD、SEM、XPS表征薄膜的结构、形貌和组成。通过电化学阻抗谱及电位随时间变化的测试,考察TiO2薄膜的光生阴极保护效应。结果表明薄膜主要由锐钛矿型的TiO2纳米管阵列组成,当304不锈钢耦连于紫外光照下的TiO2薄膜电极时,其界面反应电阻变小,电极电位显著降低,说明TiO2纳米管薄膜能够对不锈钢产生良好光生阴极保护效应,特别是掺Fe的TiO2薄膜在光照时可使不锈钢电位降低约450mV,而且在暗态时也能较长时间保持对不锈钢的阴极保护作用。

黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

黄土高原矿区生态环境脆弱,科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此,需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程,修复的适应性和恢复力及增汇潜力,揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制,最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明:(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等;(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低,适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林(43.2%~100.0%)>阔叶林(49.2%~83.2%)>针叶林(47.9%~76.5%)>草地(39.1%~70.7%)>灌木草地(43.0%~69.0%)。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系,修复10~15年时最高,混交林生态恢复耗时最长,但固碳潜力最大;(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关;(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径,有利于碳汇的长期稳定和提升。

东部平原采煤沉陷区降污固碳协同修复机制与关键技术

东部平原采煤沉陷区水体污染严重,极大地限制了湿地自净和碳汇功能的形成。为此,从东部平原采煤沉陷区积水污染成因着手,阐明降污固碳协同修复的现实需求,剖析新成湿地降污固碳的关键过程及碳汇形成机制,估算协同修复的潜力,提出协同修复的适应性管理方法和关键技术体系。结果表明:(1)复杂来水、多样化污染源和生态系统转换失稳是引发东部平原矿区采煤沉陷新成湿地水污染的主因,氮、磷、有机物降解和重金属移除过程中可以实现降污固碳协同修复,光合固碳、碳分配、碳沉积和碳损失等关键过程影响新成湿地的碳汇形成;(2)采煤沉陷新成湿地的碳库稳定性与植物根系分泌物、植物死亡残体、湿地水文过程、活性有机碳组分以及微生物群落结构显著相关;(3)东部平原采煤沉陷新成湿地现有碳汇潜力为4.43×10^(6) t/a,至2060年可达3.27×10^(7) t/a。新成湿地人工修复后可以分别提升氮、磷污染修复能力32.7倍和42.5倍;(4)构建资源与保护统筹立标、治污与固碳协同和效果与方案动态调整的适应性管理策略是落实东部平原采煤沉陷区固碳降污协同修复的重要保障;(5)未来应逐步形成环境材料强化微生物恢复技术、优势植被/功能菌筛选技术和固碳微生物定向增殖关键技术体系,为东部平原采煤沉陷区生态修复、耕地保护和高质量发展提供科学支撑。

电解质对TiO_2纳米管阵列膜光生阴极保护效应的影响

基于光电化学测试考察了光电解池中电解质(NaNO3,NaCl,Na2SO4,Na2S和NaOH)的种类和浓度对阳极氧化法制备的锐钛矿型TiO2膜电极光电性能的影响,并解释了其作用机理.结果表明,电解质捕获空穴的能力顺序为Na2S>NaOH>Na2SO4>NaCl>NaNO3.Na2S和NaOH在溶液中具有协同作用,当两者组成混合溶液并且浓度均为0.5 mol/L时,更有利于TiO2膜光生电子-空穴对的分离和光电转化性能的提高.当0.5 mol/L NaCl溶液中的403不锈钢(403SS)与0.5 mol/L Na2S+0.5 mol/L NaOH混合溶液中的TiO2膜电极耦连时,光照膜电极可使403SS的电极电位负移约650 mV,具有良好的光生阴极保护效应.当切断光源时,在该混合液中TiO2膜也能对403SS起到一定的阴极保护作用.

露采矿山复绿对土壤微生物群落及其组装过程的影响

植被恢复是矿区生态系统健康的重要标志,厘清植被恢复对土壤微生物群落特征及其组装过程的影响,对探索矿区生态恢复弹性及自维持机制至关重要。为此,采用MiSeq高通量测序并结合零模型分析技术,探测黄土高原平朔安太堡露采矿排土场已复垦18 a的灌木丛(BL)、针叶林(CF)、阔叶林(BF)、混交林(MF)和控制样地(CK,已持续生长大于30 a未受干扰的周边杨树林)土壤微生物群落组成、分子生态网络特征、关键菌群及其组装机制。结果表明:(1)不同植被恢复类型对细菌群落α多样性具有显著性影响(P<0.05),与CK相比,MF和CF的Sobs和Shannon指数分别增加了35.29%、3.50%和25.18%、1.05%,但不同植被恢复类型间真菌群落α多样性差异不显著;(2)放线菌门、绿弯菌门、变形菌门和酸杆菌门是细菌群落优势菌门,且前2者显著高于CK,后2者则相反(P<0.05)。子囊菌门和担子菌门是真菌群落优势菌门,前者显著高于CK,后者则相反(P<0.05);(3)随机性过程主导了土壤细菌群落构建过程,除MF土壤真菌群落由确定性过程主导外,其他真菌群落也由随机性过程主导。但无论哪种植被恢复类型,随机性过程对细菌群落组装的主导作用均远高于真菌群落。其外,变形菌门和酸杆菌门是细菌网络中的关键类群,被孢霉目、寡囊盘菌目、刺盾炱目、肉座菌目是真菌网络中的关键类群。植被恢复影响微生物群落多样性,BL、CF和MF增加了细菌网络的稳定性,MF使真菌网络更复杂;土壤细菌组装过程由随机性过程主导,除MF外真菌组装过程也由随机性过程主导。

黄淮平原矿区土地复垦对微生物群落结构和功能的影响

黄淮平原矿区复垦土壤肥力低,与养分循环密不可分,但复垦对土壤养分循环影响的微生物学机制尚不清楚。为此,于山东省邹城市东滩矿区4个复垦区和1个对照区共采集65个表土样,利用高通量测序及PICRUSt2和FUNGuild分析工具探测复垦对土壤微生物群落结构和功能的影响及其区系演替的环境驱动机制。结果表明:(1)复垦对土壤理化性状和酶活性影响显著(P<0.05),随复垦年限增加,铵态氮(AN)逐渐上升,硝态氮(NN)、有效磷(AP)、有机碳(SOC)、β-葡萄糖苷酶(BG)及蛋白酶(PRO)活性下降,pH、亮氨酸氨肽酶(LAP)活性则先升后降。(2)复垦显著影响了土壤微生物群落结构和组成(P<0.05),丰富度和均匀度随复垦年限增加而上升,所有处理优势菌门保持不变,但相对丰度变化显著。(3)土壤pH、铵态氮及磷酸酶是群落结构变化的主导因子。(4)PICRUSt2功能预测显示细菌群落基因功能相似,与代谢相关功能最活跃。FUNGuild功能预测结果显示真菌群落包含2个单营养型和3种混合营养型及4个单一功能群和14个混合功能群。本研究丰富了对复垦土壤发育的微生物学机制认识,为黄淮平原采煤沉陷治理提供科学依据。

耕地系统增产—降污—固碳多效协同:机制、潜力及技术路径

研究目的:阐释耕地系统增产—降污—固碳多效协同的科学内涵与提升机制,系统评估增产—降污—固碳潜力,拓新多效协同的技术路径。研究方法:理论分析法,归纳演绎法。研究结果:(1)增产—降污—固碳多效协同是新时代耕地系统健康、永续利用的客观要求,增产为主导,降污—增汇共同发挥生态系统多功能协同潜力;(2)耕地系统增产—降污—固碳具有高度的协同性和一致性。土壤碳汇形成中物质与能源转化,既是降污自净过程,也是土壤肥力提升过程;(3)耕地系统增产—降污—固碳多效协同潜力巨大,分别可达1.40亿t/a、720.0万t/a和1.49亿t/a,但多效协同应因地制宜、突出重点,满足适应性管理和永续利用准则;(4)未来应充分利用生产障碍消减技术、农艺管理革新技术和环境材料交互微生物强化技术,稳妥推进多效协同。研究结论:耕地系统增产—降污—固碳多效协同,既夯实自主粮食增产,又促进生态健康与固碳,有力推动耕地保护转型和技术创新。

《能源工程概论》教学改革探索与实践

《能源工程概论》是一门信息量大、内容丰富、注重学科前沿的专业必修课。结合教学实际,从教学内容、教学方法和考核方式三方面介绍能源工程概论的教学改革和实践经验。教学内容方面,突出重点内容,培养学生实际应用能力。教学方法方面,采用多元化的教学手段,激发学生学习的积极性。考核方式方面,采用"任务驱动"方法。实践表明,此教学改革不仅调动了学生的积极性,也提高了学生的实践能力。

植被恢复对黄土高原露天矿区土壤碳氮磷功能微生物类群的影响

黄土高原矿区生态脆弱,植被恢复与土壤微生物介导的养分循环密切相关。厘清植被恢复对土壤碳氮磷功能微生物类群的影响及调控作用,对重建矿区生态恢复力及自维持机制至关重要。采用高通量qPCR芯片技术、随机森林模型和结构方程模型揭示黄土高原安太堡露天矿复垦排土场柠条(灌丛,BL)、油松(针叶林,CF)、刺槐(阔叶林,BF)、油松+榆树(混交林,MF)等4种植被恢复模式及毛白杨林(CK)对土壤理化性质、酶活性、碳氮磷功能微生物类群的影响及互馈机制。结果表明:BL、BF和MF对土壤养分积累优于CF,不同恢复处理过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于CK,但β-葡萄糖苷酶(BG)活性和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性却显著下降;植被恢复显著改变碳氮磷相关功能微生物类群丰度,但变化趋势几乎一致;碳氮磷相关功能微生物类群与土壤硝态氮(NO3–-N)呈显著正相关,与铵态氮(NH_(4)^(+)-N)呈显著负相关,参与碳循环、硝化过程和有机磷矿化的功能微生物类群与有效磷(AP)呈显著正相关;植被恢复通过直接影响CAT和AP来调控碳氮磷循环,或间接影响AP并与NO_(3)^(–)-N、NH_(4)^(+)-N等共同调节碳氮磷功能微生物类群的丰度变化。本研究深化了对植被-土壤恢复的微生物学机制的认识,可助力黄土高原受损矿山生态修复。

植被类型对露天矿复垦土壤微生物固碳潜力及路径的影响

半干旱露天采矿严重破坏生态环境,亟需厘清植被、土壤和微生物之间互作机制,从而挖掘微生物固碳潜力和路径,激发退化生态系统的恢复能力,实现基于自然的解决方案对受损矿山大规模生态修复具有重要意义。为此,采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿排土场油松(YS)、油松+杨树(DYS)和油松+杨树+苜蓿(DYX)3种典型复植类型共18个表土样品,利用高通量测序和实时荧光定量PCR技术测定土壤微生物固碳基因丰度和群落结构变化。结果表明:(1)植被类型对复垦土壤理化性质影响显著(P<0.05)。植被类型越复杂,土壤pH和含水率下降越显著,同时有机碳、全氮和硝态氮含量增加也越显著。(2)植被类型对复垦土壤细菌群落组成影响不显著,但对固碳基因丰度影响显著,即rbcL、korA、acsA、acsE、pccA、smt和frda基因丰度随植被种类增加显著上升(P<0.05)。(3)土壤含水率、有机碳、全氮和硝态氮是细菌群落结构变化的主导因子,不同植被组合改变环境因子进而调控固碳潜力及路径。该研究有助于理解多样化植被组合对矿区复垦土壤碳循环的影响,为黄土高原生态修复及固碳增汇提供理论依据。

东部平原矿区复垦对土壤微生物固碳潜力的影响

东部平原矿区复垦土壤受高潜水影响易返碱、肥力低,固碳菌群可有效提升土壤养分。但复垦如何调控微生物固碳能力及影响机制尚不清晰。为此,选取山东邹城东滩矿8,14,17 a复垦年限和对照样为研究对象,利用功能基因芯片和高通量测序技术探究6个固碳相关菌门和12种固碳基因的变化。结果表明:①复垦土壤pH值、溶解性有机碳、土壤β-葡萄糖苷酶和过氧化氢酶活性等均显著高于对照土壤(P<0.01)。复垦17 a后土壤有机碳、微生物量碳、多酚氧化酶活性显著高于对照样,复垦时间效应极显著(P<0.001);②12种固碳基因信号强度随复垦时长不断增大,复垦17 a后已高于或持平对照样,主要分布于酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria);③固碳菌群丰度与pH、溶解性有机碳、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性之间呈显著相关(P<0.05),多数固碳基因信号强度与pH、微生物量碳、溶解性有机碳及过氧化氢酶活性等环境因子之间也存在一定的相关性。长时间复垦活动影响富集和稀有固碳菌群组成及其功能基因丰度,可通过调控土壤pH、微生物量碳或多酚氧化酶酶活等相关环境因子,提升复垦土壤固碳增汇能力。

生物炭+速生植物对工业场地周边土壤镉污染原位修复

黄河流域许多地区由于规划不科学、环保措施不足、监管不严等原因,工业场地往往与农田直接镶嵌,极易造成周边土壤重金属污染。为高效快速低成本修复工业场地周边大范围农田土壤镉污染,选择河南省新乡市凤泉区大块镇工业聚集区周边受污染农田开展大田修复实验,利用2种速生植物3连茬种植(即小白菜-黑麦菜-小白菜)联合2种生物炭(即杨树皮生物炭(PBC)和硫脲改性杨树皮生物炭(TPBC))原位修复土壤镉污染,测定连茬种植下土壤镉的浸出特性及其化学赋存形态,评估2茬小白菜食用健康风险,并揭示生物炭+速生植物联合修复土壤镉污染的潜力。结果表明:①添加2%杨树皮生物炭(PBC)和2%硫脲改性杨树皮生物炭(TPBC)在60 d后土壤镉浸出量低于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)规定的III级标准,添加1%TPBC在90 d后土壤镉浸出量低于III级标准。②连茬第3季修复实验后,与CK比,施用1%和2%TPBC的土壤残渣态镉分别增加了71.73%和75.75%;弱酸溶态镉分别下降了130.86%和160.62%。添加1%和2%PBC的土壤残渣态镉分别增加了45.82%和50.07%。弱酸溶态镉分别下降了56.34%和109.27%。联合修复可使弱酸溶态镉和可还原态镉向可氧化态镉和残渣态镉转化,有效降低镉的生物可利用性。③联合修复可在90 d内将小白菜的食用健康风险降至人体可接受的阈值。由此认为,生物炭+速生植物联合可减少土壤镉浸出量,有效降低镉的生物可利用性,减少镉在小白菜中的转运。“生物炭+速生植物”修复技术克服了原位修复土壤镉污染低效耗时难题,为大范围高效快速低成本原位修复工业场地土壤污染提供了技术支撑。

280系列柴油机前油封组装调整操作法

对280系列柴油机前油封组装调整工艺进行了深入分析,并总结出了方便可靠的操作法,经过实施验证,效果良好。

鸡毒支原体防疫不容忽视

支原体是介于细菌和病毒之间的一种病原微生物,其特点是多形性,无细胞壁,革兰氏染色阴性,对环境抵抗力较差,对热比较敏感,但在低温条件下可长期存活。鸡毒支原体（MG）可引起鸡慢性呼吸道疾病，俗称“鸡慢呼”，在我国商品代养鸡场污染率100％，鸡群感染率可达50％～80％，是对养禽业危害最为严重的疾病之一。