绿色矿山建设碳源/汇与减排增汇研究进展

为应对长期以来矿业开采导致的环境问题,绿色矿山理念及配套政策逐步发展。碳达峰碳中和目标导向下,绿色矿山倡导低碳化生产、生态开采等新的发展要求。为探究新时期绿色矿山建设在节能减排目标下的重要方向和关键问题,助力碳中和目标与绿色矿山建设的协同发展,该研究以绿色矿山、碳源/汇与减排增汇为关键词开展文献计量分析,总结“双碳”目标下绿色矿山建设内涵与要求,分析绿色矿山建设背景下碳源/汇与减排增汇研究进展,梳理矿区碳源与碳汇核算方法,探究绿色矿山减排增汇策略。得出:绿色矿山在理论与应用方面均具有较为丰富的研究及实践成果,具有良好基础以面对新的发展挑战;绿色矿山现存管理方案与考评体系成果完整,整体偏定性和基础推荐性要求;矿山碳足迹核算中,基于生命周期理念、采用排放因子法的核算模式已较为成熟,但在生命周期划分与核算因子选取过程中仍需慎重,注意加强因子的本地化选取;针对减排增汇目标,绿色矿山在策略上需重视能源与技术视角。在“双碳”目标下,当前绿色矿山相关验收标准在减排方面的关注度有待增强,指标体系的定量化程度与执行力有待提高;煤炭矿山的碳足迹核算与减排潜力分析是未来绿色矿山研究的重点之一;矿山减排研究中,由复垦产生的碳源与碳汇核算及矿山全生命周期的减排方案设计需得到更多关注。

矿区践行生态文明建设高质量发展总体设计及案例

科教融合、产教融合立体化平台已成为推动生态文明建设和高质量发展的重要途径,各地政府出台了一系列支持政策,鼓励企业与高校合作,加强人才培养和科技创新。本文采用文献资料法、案例分析法和比较研究法等,在对国内外科教融合、产教融合实践进行梳理和分析的基础上,以中煤平朔矿区黄土高原矿区土地复垦野外科学观测研究站为基础构建的数据观测-规律发现-技术转让-政策制定一体化产学研协同平台为案例,分析了科教融合、产教融合发展的历程和成效,系统设计了基地在科学研究、教育教学、科学普及和文化建设等功能方面提升的内容和路径,旨在为我国同类企业提质增效、高校复合型人才培养及资源型城市绿色转型提供本土化可借鉴模式。

“土地整治学”课程教学创新与效果

“土地整治学”课程立足教学实践的真实问题,课程教学团队一直致力于教学内容、教学方法、课程思政等方面的改革创新,实现“知识获取-能力提升-价值塑造”三位一体式教学。通过近5年的建设,“土地整治学”课程教学创新主要体现在5个方面:一是思政引领,凸显立德树人;二是行业导向,优化教学体系;三是金课标准,提升课程内涵;四是科产促进,丰富教学过程;五是实践融入,激发创新意识。通过课程教学创新实践,教学效果表现为学生与同行评价高、学生实践能力提升明显、教学创新成果被相关高校借鉴应用等。2022年“土地整治学”获批北京市优质本科课程。

干旱半干旱煤矿区土壤水分研究进展

本文重点评述了干旱半干旱煤矿区土壤水分与生态环境效应研究进展,系统总结了土壤水分运移机理与动态模拟方法。采煤塌陷会破坏土壤含水层构造并导致地下水位下降,间接改变土壤含水率空间分布特征;露天采矿与复垦过程中机械压实导致土壤孔隙数量减少,连通性减弱,土壤水分入渗受阻;土壤重构与植被重建技术能够有效改善土壤结构,缓解土壤水分流失。在未来研究中,首先应进一步丰富势能理论体系,完善数值模拟技术并引入动态指标;其次应结合干旱半干旱煤矿区环境的特殊性,加强土壤水分运移规律及其机理研究;最后应基于土壤–植被–水分间耦合关系优化调控措施,促进干旱半干旱煤矿区复垦与生态修复。

黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律

恢复受损的土壤和植被是矿区生态恢复的关键,植被恢复过程的实质是植被-土壤复合生态系统相互作用的过程。该文通过典型小区调查的方法,选择山西平朔州安太堡露天煤矿复垦排土场为研究区,分析了不同复垦年限(3、5、10、12和17 a)土壤环境因子和乔木林地植被生物量的动态演变规律,建立了黄土区露天煤矿排土场复垦土壤环境因子和乔木林地植被生物量Logistic演替模型,并构建了土壤-植被交互影响的偏微分方程组。相关系数及显著性检验表明所建立的土壤各环境因子演变模型和乔木林复垦地的植被生物量演变模型有效,能够很好地反映排土场的土壤因子和植被生物量的动态演变过程;随着复垦年限的增加,研究区土壤环境因子质量不断提升并逐渐接近原地貌,土壤因子和植被生物量都呈S型变化,符合Logistic生长演替模型;土壤环境因子与植被生物量二者交互作用明显,符合Kolmogorov捕食模型。该研究可为黄土区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。

烟气脱硫副产物改良碱性土壤过程中化学指标变化规律的研究

通过土柱淋洗试验的方法,研究了脱硫副产物在改良碱性土壤过程中对碱性土壤化学指标(代换性钠、ESP、SAR、pH值)的影响。本研究采用两种碱性土壤(强度碱化土和碱土),两种土壤各分两个脱硫副产物施用水平(强度碱化土为3 g kg-1和3 6 g kg-1;碱土为7 g kg-1和8 4 g kg-1)。结果表明,经过施加烟气脱硫副产物和淋洗各种试验处理的代换性钠、ESP、SAR和pH值都有了明显的降低,碱性土壤得到了改良;同时,高烟气脱硫副产物施加水平的碱性土壤改良效果要优于低施加水平的碱性土壤;强度碱化土和碱土分别施加3 6 g kg-1、8 4 g kg-1烟气脱硫副产物后,在强度碱化土表层(0~40 cm)和碱土表层(0~20 cm)ESP<15、SAR<13和pH<8 5,已经降至中度碱化土水平,改良效果显著。

黄土区露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成的多重分形特征

排土场复垦土壤是由人为方式通过不同重构工艺构成的复杂整体,其由不同颗粒组成、具有不规则形状的特性,其核心工作是重构一个适合植被生长的土壤结构。为了更好地对排土场重构土壤结构进行定量表征,该文通过引入土壤多重分形理论,对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场4种重构土壤方案(含砾石黄土母质覆盖、含煤矸石黄土覆盖、全黄土母质覆盖、含料姜土黄土覆盖)的2 mm以下土壤粒径分布进行了多重分形参数计算,计算参数包括广义维数谱D(q)、多重分形奇异性指数α(q)以及多重分形谱函数f(α(q))等,并对不同分形参数之间的关系进行了计算。通过研究发现:该研究区大型露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成具有明显的多重分形特征,D(0)、D(1)、D(1)/D(0)、Δα和Δf反映了土壤颗粒分布的非均匀质特征;该研究区黄土重构剖面的土壤粒径分布范围较小、测度集中程度较高、离散程度较小,土壤粒径组成非均匀性低;多重分形参数之间具有较好的相关性,可以简化选择D(0)、D(1)/D(0)和Δα或D(0)、D(1)和Δf 3个参数实现对黄土区重构土壤颗粒组成分布的定量表征;黄土重构剖面0～90 cm内土壤多重分形参数变化明显,黄土区表层土壤覆盖厚度应在90 cm以上,煤矸石和砾石对重构土壤颗粒的离散程度有一定的影响,应排弃在90 cm以下土层。该研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦以及重构土壤质量的量化提供理论依据。

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。

脱硫副产物对改良碱化土壤的理化性质与作物生长的影响

由于脱硫副产物的主要成分为CaSO4,因此可以用来改良碱化土壤。通过盆栽试验研究了脱硫副产物对碱化土壤的改良效果,试验设8个处理,4个脱硫副产物水平(0,7 5,15,22 5t/hm2)和2个淋洗水平(750,1200m3/hm2)。研究表明:施加脱硫副产物增加了葵花的出苗率,降低了碱化土壤的碱化度(ESP)、pH、全盐量(TDS)和Na++K+/Ca2++Mg2+,但过量施加脱硫副产物也会抑制作物的出苗和生长;淋洗可以提高脱硫副产物的改良效率。根据试验结果推测当ESP=63 5,pH=9 15时,获得最佳产量的脱硫副产物用量13 05t/hm2。脱硫副产物用量7 5t/hm2和淋洗水量1200m3/hm2的处理组合对碱化土壤改良效果最佳,葵花出苗率和单株产量分别达到了92 5%和36 40g。

脱硫石膏改良碱化土壤过程中的向日葵苗期盐响应研究

由于脱硫石膏的主要成分为CaSO4,可以用来改良碱化土壤,但施加脱硫石膏同时也增加了土壤中的盐分含量。该文通过盆栽试验研究苗期向日葵在不同脱硫石膏水平和不同淋洗水平条件下向日葵出苗、土壤化学性质和土壤淋出液性质的变化规律。试验设计8个处理,4个脱硫石膏水平(0、7.5、15和22.5t/hm2)和2个淋洗水平(750和1200m3/hm2)。研究表明:施加脱硫石膏增加了向日葵的出苗率,降低了土壤的碱化度(ESP)、pH和全盐量(TDS),但过量施加脱硫石膏也会抑制作物的出苗和生长;淋洗可以提高脱硫石膏的改良效率。根据试验结果推测当ESP=63.5、pH=9.15时,最佳脱硫石膏的投放量为13.65t/hm2。该试验脱硫石膏用量7.5t/hm2、淋洗水量1200m3/hm2的处理碱化土壤改良效果最佳,向日葵出苗率达到了92.5%,ESP、pH值和TDS分别由初始的63.5%、9.15%和0.65%降到了15%、7.7%和0.15%以下。

基于专业序列的中国多层次土地复垦标准体系

技术标准体系建设与法制建设,有着同等重要的地位和作用。为推动中国土地复垦事业健康发展,该文根据标准体系以及土地复垦行业的具体特点初步阐述了土地复垦标准体系的内涵,提出了土地复垦标准体系构建的基本原则;同时在分析中国土地复垦标准建设现状的基础上,根据土地复垦标准体系的内在联系,按土地复垦的专业序列(包括调查、评价、规划、设计、预算、施工、监测与管理)从基础标准、通用标准和专用标准3个层次初步构建了土地复垦标准体系框架,制定了中国土地复垦标准体系表,提出了27个标准,可为土地行政主管部门加强土地复垦管理提供技术支撑。

草原区露天煤矿排土场复垦土壤质量演替规律与模型

土壤质量变化是衡量排土场复垦土壤生产力大小和土壤环境质量优劣的量度。该文通过典型小区调查的方法,总结了内蒙古伊敏矿区排土场不同复垦年限土壤质量(体积质量、有机质、有效磷、速效钾、全氮、碱解氮、pH值、电导率)的动态演变规律,并运用指数和法构建了研究区土壤演替模型。结果表明:研究区土壤中有机质、速效钾、全氮、碱解氮的含量均呈递增趋势,土壤质量逐渐接近原地貌含量。运用指数和法得出的土壤演替模型表明研究区土壤质量状况已得到改善,逐渐接近原地貌土壤质量。该研究可为草原生态脆弱矿区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。

脱硫副产物改良苏打碱土的田间效应分析

通过2年的田间小区向日葵种植试验,分析了脱硫副产物改良苏打碱土对ESP、SAR、pH值和向日葵产量的影响,提出了脱硫产物改良苏打碱土的合理施用量和施用方式。研究设4个脱硫副产物水平(18750、22500、26250和30000kg/hm2)。研究结果表明:施加脱硫副产物后各处理的ESP、SAR和pH值都明显降低,向日葵产量明显提高;经过2年的改良后,耕作层土壤的ESP、pH和SAR分别小于15、8.5和13,向日葵产量达到1100kg/hm2;脱硫副产物存在利用效率问题,实际选用的脱硫副产物用量应在理论计算量的基础上乘以修正系数1.32;对于碱化度较高的土壤,应选用分批连续施用的方式,以避免形成盐害。

人工林长白落叶松木材材质早期预测模式(Ⅱ)——材质早期预测与木材品质评价

以人工林长白落叶松木材生长轮材性变异规律和其幼龄期与成熟期的划分为基础，采用现代统计预测理论，提出木材材质早期预测研究的理论与方法。采用多种形式的回归分析，优选出反映材性指标生长过程变异规律的模式。仅采用幼龄期测试数据，以优选模式重新回归建模，并以此模型的曲线外延实现材性指标的早期预测，同时采用相应的数理统计方法评价预测的精度。对人工林造纸性能进行了品质评价，提出了人工林材质早期预测研究的理论模式。研究结果表明，预测值与实测值十分接近，可以应用该理论和方法有效地实现木材材质早期预测。

基于人工神经网络的土壤溶质运移模拟与预测

在土壤质地、土壤容重和含水量一定的情况下 ,把土壤溶质运移时间和运移距离看作影响土壤溶质运移的主要参数 ,建立2个输入单元和 1个输出单元的三层BP网络 ,对一维垂直土柱Cd2 + 的穿透试验进行了模拟和预测。其预测结果同数值解相比 ,R2 =0 .94 9,精度基本一致。可见BP网络预测模型反映了溶质穿透过程中 ,土壤溶质含量与运移时间和距离的动态关系 ;用BP网络预测土壤溶质含量的时空变化具有可行性 ,而且不需要建立具体的数学模型 ;工作量大大减小 ,不需要测定水动力弥散系数、阻滞系数等 。

山地丘陵区坡式梯田土地整治工程量快速测算方法

研究目的:提出山地丘陵地区坡式梯田土地整治工程的快速测算方法。研究方法:根据山地丘陵区土地整治规划设计基础图件的特点,结合GIS软件的坡度分区等统计功能,应用数字高程模型(DEM)原理,根据推导的坡式梯田土地平整工程量公式,提出山地丘陵区土地整治项目坡式梯田土地整治工程量的快速简捷测算方法和流程,并以湖北省阳新县三溪镇低丘岗地改造项目为案例验证该方法的可行性。研究结果:运用GIS进行坡式梯田土地整治工程量的测算具有可行性,只需运用GIS统计获得整治区不同坡度分区的面积,就可依据坡式梯田断面设计要素(田坎高度、田坎坡度和降坡后地面坡度)快速测算不同坡度范围的土地平整量。研究结论:该方法具有简便、快捷的特点,具有较强的实用性,可大大提高土地整治工程规划设计的效率。

木材构造计算机视觉分析方法

讨论了目前国内外现有木材构造分析与测量技术的研究现状,提出了计算机视觉分析方法是一种自动化程度高、速度快、精度高的木材生长轮材质分析技术,同时介绍了新的分析方法。结果表明:该方法比以往木材构造分析方法具有明显的优越性,能客观、全面地分析和测量木材生长轮材质变化,可广泛应用于木材科学研究中。

抽提物对木材渗透性影响的研究

本文研究了我国东北四种常见木材的抽提物对渗透性影响的变化规律,测量了木材抽提前后渗透性的改变,应用电子显微镜观察了木材抽提后微观结构的变化,分析和探讨了未材抽提对渗透性影响的机理。结果表明,木材经过四种方法的抽提以后渗透性均有不同程度的提高。木材渗透性的提高与抽提时间成线性关系。抽提改善了木材内部流体流动的通路,提高木材渗透性的内在原因是除去了纹孔膜上的结壳物质。

CaSO4改良苏打碱土的离子吸附交换过程分析与数值模拟

分析CaSO4改良苏打碱土的机理可以为其替代品(脱硫石膏、粉煤灰和磷石膏等)的田间应用提供理论依据。本文通过土柱试验构建了综合考虑离子吸附交换以及土壤水力传导度动态变化的多离子溶质运移方程,并利用UNSATCHEM软件进行了数值模拟。结果表明:CaSO4改良碱化土壤是一个伴随着离子吸附交换反应的复杂过程,同时受到土壤理化特性动态变化的影响,利用UNSATCHEM多离子溶质运移模型能够准确地模拟土壤溶液中Ca2+和Na+的迁移转化、土壤胶体Na+和土壤溶液中Ca2+的吸附交换过程,且其精度较高。同时,CaSO4改良苏打碱土并不是一个短期过程,要想使其彻底改良,一是需要不断淋洗,二是通过分次施加CaSO4,使碱化土壤在长期的一段时间内都保持一定的Ca2+源,以增加CaSO4的持续改良效果。

傅立叶变换图像处理方法在木材解剖特征研究上的应用

快速傅立叶变换（ＦＦＴ）图像处理方法是近几年来应用于木材解剖特征研究上的一种先进技术。木材横切面细胞排列具有显著的规律性和周期性，用ＦＦＴ方法得到的ＦＦＴ图谱可以将这些周期性的特征量化提取出来，以便于定量地比较、识别和分类等。因此，木材解剖特征ＦＦＴ图谱的研究对于木材的鉴别、分类及演化规律的研究都具有十分重要的意义。本文总结了ＦＦＴ方法在木材科学领域中的应用，并简要介绍了ＦＦＴ用于木材解剖研究的一般方法。