复垦矿区景观格局指数的粒度效应研究

以徐州市九里矿区复垦前（2000年）后（2013年）1∶1万的矿区土地利用数据为数据源,采用基于GIS的景观格局分析方法,研究了九里矿区复垦前后17个景观格局指数在10~300m范围内的粒度效应,并对复垦前后景观格局指数的变化规律、拟合函数、变异系数和最佳景观粒度范围进行了分析。结果表明：17个景观指数随着景观粒度的增加呈现出：逐渐降低型、逐步增加型、局部尺度效应型和随机变化型共4种变化类型,其中,10个景观指数随景观粒度的变化趋势可以用不同的函数模型进行拟合（R^2〉0.94）。从复垦前后景观格局指数的变化来看,复垦前后景观格局指数的变化趋势基本趋于一致,但拟合函数和变异系数均有一定的变化,如拟合函数不一致,变异系数降低等;适宜徐州九里矿区1∶1万土地利用数据进行景观指数分析的最佳景观粒度范围为20~40m。

复垦矿区土壤有机碳和微生物活性变化及其解析

以适当比例混合煤矸石、粉煤灰和活性污泥并种植黑麦草构建植物-矿区复合基质体系,测试复合基质有机碳及酶活性变化,利用群落水平生理结构(CLPP)对复合基质微生物功能多样性进行解析,分析了矿区复合基质中有机碳动态变化及其与酶活性、微生物多样性关系。结果表明:植物-矿区复合基质体系3种基质中有机碳随复垦年限增长而增加,且在第3年煤矸石+粉煤灰+污泥(F+G+S)区有机碳达到最大,分别是煤矸石+粉煤灰(F+G)区和对照区的1.1和1.2倍。3个复垦区域复合基质中蔗糖酶、脱氢酶、酸性磷酸酶酶活性随复垦时间增长而增加。微生物多样性CLPP解析结果表明,微生物种类在复垦1年时最多,微生物优势度和均一性随复垦时间逐渐变大;同时3个区域基质微生物多样性与营养元素相关性不大,可能有机碳可获得性低成为微生物生长的限制因子。

复垦矿区重金属对土壤微生物群落的影响

为研究矿区复垦土壤重金属污染水平与土壤微生物群落多样性的关系,以及重金属污染对人体的潜在健康风险,该文以淮北朔里矿周边土壤为研究对象,采用高通量测序方法,研究土壤微生物群落结构的变化,并分析其结构与重金属污染及土壤环境要素的相关性,并对土壤重金属污染进行健康风险评价。结果表明:(1)朔里矿周边土壤重金属含量普遍偏高,内梅罗综合污染指数属于轻度或中度污染,主要污染物为Cd,平均含量为0.27 mg/kg;(2)复垦土壤pH值、有机质、硝态氮以及有效磷含量明显高于未复垦土壤含量,有效钾含量为复垦土壤低于未复垦土壤,氨氮与电导率则无显著差别;(3)高通量测序分析结果显示,复垦土壤与未复垦土壤细菌群落结构有显著差异。各样点中变形菌门丰度最大,未复垦土壤中变形菌门丰度略小于复垦土壤,酸杆菌、浮霉菌、蓝细菌则完全相反,同时在复垦土壤中发现了少量的NC10,该菌种在未复垦土壤中几乎没有。此外,Alpha指数显示未复垦土壤和复垦土壤的群落丰富度和群落多样性略有差异,但不显著。冗余分析表明,丰度较高的变形菌(Proteobacteria)、放线菌(Actinobacteria)、蓝细菌(Cyanobacteria)等与重金属之间呈负相关,酸杆菌(Acidobacteria)和其他细菌与重金属呈正相关,pH值、有效钾、硝态氮、有机质与重金属呈负相关,氨氮与重金属呈正相关;(4)矿区未复垦地与已复垦地非致癌风险儿童明显大于成人,As和Cd对儿童的非致癌风险明显。未复垦地的非致癌风险明显大于已复垦地,但两者的非致癌风险均未超过阈值,对儿童和成人的潜在健康风险都处于可接受水平。综上所述,土壤重金属含量增加会影响土壤微生物群落结构,土壤复垦可以改善土壤质量,但存在的潜在致癌风险,应引起足够的重视。

植被类型对煤矿区复垦土壤根际微生物的影响

煤矿开采改变了矿区土壤条件、地表植被覆盖和微生物生存环境。植被由于生长条件和根际分泌物的不同,影响根际土壤微生物的组成和多样性。以山西省晋华宫煤矿复垦区侧柏、云杉、樟子松、油松、桧柏5种复垦植被为研究对象,分析其土壤理化性质、根际土壤酶活性和微生物群落结构的差异性,并计算综合土壤肥力指数以反映不同复垦植被的生态恢复效果。结果表明:不同植被对土壤物理和化学性质、土壤酶活性、根际微生物多样性和群落结构具有显著影响,樟子松林具有最高的全碳、全氮含量,为微生物提供更多的碳氮等养分,导致其具有显著高的微生物丰度和多样性;不同植被类型间微生物群落差异性显著,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是优势菌门,全硫、容重和碱性蛋白酶是影响土壤根际微生物群落结构的关键因子;土壤综合肥力指数表明樟子松林和云杉林优于其他植被。综上,不同植被对矿区生态恢复的效果具有一定差异,樟子松林和云杉林有助于提高根际土壤细菌多样性和土壤肥力,研究可为半干旱区煤矿复垦区生态恢复的植被选择提供科学依据。

隆化某矿区复垦土地再利用适宜性分析

矿区产业的建设影响了土地的利用和环境的发展,为了提高矿区复垦土地再利用适宜性分析结果的客观性,以隆化某矿区作为研究背景,通过分析矿区复垦土地的实际情况选取评价因子,采用层次分析法计算评价因子权重,再根据评价因子权重构建出完整的适应性分析体系。分析结果表明,该方法从多个维度给出分析结果,能够对矿区复垦土地适宜性进行科学准确的分析,为有效利用矿区复垦地资源提供积极的支持,为环境的可持续发展带来重要作用。

矿区复垦地人工生态系统碳汇能力与生物多样性功能协同效益解析

矿区土地复垦是加快生物多样性恢复,推动矿区转型发展,实现碳源向碳汇转化的必然措施。当前关于复垦地人工生态系统碳汇能力和生物多样性恢复的定量评估以及二者协同增效作用的研究仍较少。以准格尔旗黑岱沟露天矿区的各排土场为研究区域,结合样地调查与遥感数据,计算复垦土地植被与土壤的碳汇量,对不同恢复模式下各区域进行灰色关联分析,评估复垦地人工生态系统生物多样性维护功能与碳汇能力协同效益的规律。研究结果表明:①研究区域生物多样性极重要、高度重要、重要、一般和不重要区域的面积占比分别为2.28%、8.29%、15.67%、25.27%、48.50%。复垦区人工生态系统中,乔木+灌木+草本配级的生物多样性指数高于其他恢复模式,主要位于内排土场、北排土场中部,以及东沿帮排土场中部和南部。人工生态系统有林地的生物多样性维护功能的重要值较高,多数区域位于边坡或平台边缘。②植被碳汇量排名前9位的区域均为乔木+灌木+草本的植被类型,且该种植被恢复模式的平均碳汇量(32.224 g/(m^(2)·a))高于其他植被恢复模式。乔木+草本植被恢复模式的平均土壤碳汇量最高(18.164 g/(m^(2)·a)),其次为乔木+灌木+草本恢复模式(16.909 g/(m^(2)·a))。草本植被恢复模式下(主要位于东排土场和北排土场)的植被碳汇量(5.897 g/(m^(2)·a))和土壤碳汇量(6.237 g/(m^(2)·a))均是所有恢复模式中最低的。复垦地碳汇能力整体上呈现出森林生态系统>农田生态系统>草地生态系统的规律。③植被、土壤碳汇量与生物多样性维护功能评估结果的灰色关联指数分别为0.735和0.710,均显著相关。影响因子分析结果表明,随着物种丰富度指数和多样性指数值的增加,植被碳汇量也逐渐增加;随着海拔的升高和复垦年限的增加,土壤碳汇量呈上升趋势。

矿区土壤氮磷形态变化及对复垦措施响应研究进展

氮磷等大量养分是衡量土壤肥力高低的重要指标,矿区由于受到开采和复垦措施的干扰,土壤氮磷养分的变化显著影响其生态系统恢复进程。开展废弃地复垦土壤氮磷养分动态变化研究,对矿区复垦及生态系统恢复具有重要意义。综述了矿区复垦土壤氮磷含量及形态的时空变化特征及其对复垦模式和培肥措施等因素的响应。整体上,矿区土壤总氮、硝态氮、氮磷活性组分含量及总氮储量与复垦年限成正相关,且有明显的表聚特征,但铵态氮和全磷的变化趋势不稳定,总氮固存速率前期增加快速,随后趋于稳定,而施肥有利于氮磷活性组分的增加。随时间推移,复垦土壤质量、结构和功能不断改善。今后应加强组分间循环转化机制及影响因素作用机制的研究,为矿区复垦提供理论依据和技术支持。

有机肥对矿区复垦土壤团聚体活性有机碳含量的影响

土壤团聚体作为土壤最重要的结构单元,储存着土壤中大多数的有机碳,对复垦土壤质量和肥力产生重要影响。为了研究不同有机肥对土壤团聚体活性有机碳的影响,依托山西省孝义市采煤塌陷区定位培肥试验平台,研究施用不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥对复垦土壤团聚体分布、活性有机碳含量的影响。结果表明,施肥处理和复垦年限影响着土壤团聚体的分布,随着复垦年限的增加,施肥处理提高了土壤>2.00 mm和0.25~2.00 mm团聚体数量,显著降低了<0.25 mm团聚体数量(36.34%~76.46%)。施肥处理和复垦年限均影响土壤各粒径团聚体总有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳和轻组有机碳含量(<0.25 mm团聚体易氧化有机碳除外),而施肥处理和复垦年限互作仅影响0.25~2.00 mm团聚体总有机碳含量、>2.00 mm和0.25~2.00 mm团聚体微生物量碳及轻组有机碳含量;随着复垦年限的增加,有机肥均显著提高了各粒径团聚体活性有机碳含量,其中猪粪处理更显著,且在0.25~2.00 mm团聚体中活性有机碳含量最高。总之,随着复垦年限的增加,有机肥处理下>0.25 mm团聚体数量增加,并且提高了土壤团聚体活性有机碳含量。

半干旱区复垦煤矿不同土地利用类型对土壤结构和水力学特性的影响

为探究半干旱区复垦煤矿土壤的水分特征,使复垦矿区土地得到更好的利用,选取复垦矿区还田、还草、还林、自然恢复等4种土地利用方式后的耕地、草地、林地、裸地等4种土地利用类型的土地,对土壤基本物理性质、水分特征曲线、非饱和导水率、水分扩散率进行研究。结果表明:复垦矿区内土壤为砂壤,林地孔隙度、含水量最高,容重和黏粒含量最低,耕地有机质含量最高,裸地有机质含量最低。裸地砂粒含量相对较高,耕地、草地、林地粉粒含量较高,可见通过还田、还草、还林这3种土地利用方式能改善矿区土壤的机械组成。Van-Genuchten(V-G)模型能够较好地拟合矿区土壤水分特征曲线,决定系数R2均大于0.99,土壤毛管重力水随水吸力增加显著下降,在2.5 kPa之前的吸力段持水能力呈现为耕地>草地>裸地>林地,随吸力增大,林地持水能力表现优于其他地类;释水过程主要出现在0~4.8 kPa吸力段,耕地释水能力最好,林地最差。土壤孔隙度与非饱和导水率呈现显著正相关,4种地类非饱和导水率林地>裸地>耕地>草地,林地的土壤结构性最好。土壤体积含水率与水分扩散率均符合D(θ)=Aexp(Bθ)的经验公式并呈指数曲线变化(A为当含水量为零时的土壤水分扩散能力;B为水分扩散率随含水量的变化速率),水分扩散率D(θ)随土壤体积含水率θ呈指数递增,决定系数R2均大于0.92,林地潜在传输水分的能力最好,裸地水分扩散率随含水率变化最快。研究结果可为半干旱区复垦煤矿的土地利用和生态修复提供理论及数据支持。

菌剂配施有机肥下植物-土壤-微生物生态化学计量特征及内稳性——以内蒙矿区排土场中药复垦模式为例

生态化学计量学是研究生态系统与多重化学元素平衡的有效方法,明确不同施肥制度对植物—土壤—微生物连续体碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示生态系统养分循环、实现矿山复垦农业系统元素平衡及可持续发展提供参考依据。以武家塔露天煤矿排土场复垦地为研究对象,设置微生物菌剂配施不同有机肥(A1B0、A2B0、A3B0、A1B1、A2B1、A3B1)6个施肥处理,结合苦参的种植,研究其植物—土壤—微生物碳氮磷特征及内稳性。结果表明:(1)与单施有机肥相比,有机肥配施微生物菌剂对茎叶磷、土壤碳氮磷和微生物量氮影响显著(p<0.05),但对根系养分影响不显著。其中,微生物菌剂与A1有机肥配施下对土壤全磷影响最大,增加90.06%;与A2有机肥配施下,对土壤有机碳和生物量氮影响最大,分别增加104.60%和71.95%;与A3有机肥配施下,对茎叶全磷和土壤全氮影响显著,茎叶全磷减少183.96%,土壤全氮增加29.14%。(2)施肥处理下,相比于茎叶和微生物,苦参根系内稳性较弱,对于外源养分的输入比较敏感。(3)施肥处理下,植物根系养分与土壤及土壤微生物之间相关性较强,因此可通过根系敏感协调各组分的养分平衡,以维持植物体的稳定。研究结果可为矿山复垦农业系统的养分管理提供科学依据和技术支撑。

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。

矿区土地复垦与土壤修复研究进展

矿山废弃地对生态环境破坏严重,矿区土壤修复是确保生态环境安全和可持续发展的关键.从开采方式、复垦理论、土壤类型、修复技术、生态效益评估方面总结了国内外矿区土地复垦的研究进展,并对我国矿山土地复垦工作进行了展望.结果表明:(1)在矿区土地复垦程中,应关注前期的准备工作与后期生态恢复的最佳结合;实现水土保持和植被恢复治理,对促进矿区土地快速修复起到关键作用.(2)土壤修复措施需要实现进一步创新,要开展多领域、多学科协作发展物理、化学和生物修复方法;加快土壤理化性质的恢复,提高植被覆盖率,改善小气候.(3)需要对矿区进行修复生态效应评价,建立较为一致且完善的质量评价体系,对矿区土地复垦治理方案的建立与实施均有指导作用.

抚顺西露天矿矿区土壤肥力评价研究

为了明确抚顺西露天矿土壤肥力现状,考虑土壤主要理化性质,选取土壤容重、土壤含水率、土壤孔隙度、土壤机械组成、pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、有效磷作为土壤肥力评价指标,采用修正的内梅罗指数法对矿区土壤进行综合评价。评价结果表明,北帮滑坡区样地、南帮变形区样地及西帮修复区样地土壤肥力综合指数为0.4~0.6,肥力分级为Ⅲ级,土壤肥力水平表现为一般;东帮采矿区样地土壤肥力综合指数为0.2~0.4,肥力分级为Ⅱ级,土壤肥力水平表现为较贫瘠。土壤肥力大小顺序为北帮滑坡区样地>南帮变形区样地>西帮修复区样地>东帮采矿区样地,可以看出西露天矿东帮土壤肥力较为缺乏,西帮土壤稍缺,北帮和南帮土壤肥力较为丰富。

矿区土地复垦对耕地社会价值的影响研究

矿区耕地的复垦价值和复垦工程可行性关系密切,如果出现问题,极易给复垦工程效率带来严重影响。因此,本文将武安市矿区土地复垦项目作为主要研究对象,通过查询文献分析矿区土地复垦给复垦耕地社会价值带来的影响,结果显示探究复垦耕地价值,可以准确计算出工程可行性。同时,利用条件价值评估法分析矿区土地复垦和耕地社会价值相互联系。

基于生态修复理念下的矿山废弃地景观重塑——以太原杏花岭东山复垦生态园设计为例

矿业开采和利用促进了中国经济建设的快速发展,但是矿产资源的开采后遗留下的大量矿山废弃地,对周边生态环境造成了深刻的影响。矿山废弃地所造成生态破坏已成为矿山废弃地面临主要环境问题。论文以太原杏花岭东山复垦生态园设计为例探讨基于生态修复理念下的矿山废弃地景观重塑,通过水系的梳理、边坡修复、土壤改良、植被种植及功能激活等方面对东山矿区弃土区进行景观重塑。在设计中充分尊重了场地现状,融合了周边特色,通过景观设计的手法恢复场地生态与活力,带动周边,并且项目所采用的设计方法在矿区复垦,生态修复等方面具有重要的借鉴意义。

安太堡矿区复垦地植被恢复过程多样性变化

植被生态系统的重建是矿区复垦地恢复的主要环节之一。通过群落调查和实验分析,采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,结合DCCA排序、多元线性回归和相关分析,研究了平朔安太堡矿区复垦地植被恢复过程中多样性的变化。群落多样性分析结果表明:(1)直接种植植被演替后期的植物种大大加速了原始植被演替进程;(2 )多样的人工配置群落比单一的人工配置群落更能促进群落向正向演替的方向发展;(3)能够适应矿区特殊生境的植被配置方式在恢复进程中与自然植被表现出一定的差异,这种差异只持续发生植被恢复的前3a,3a之后群落的演替与自然植被的演替表现出趋同性;(4)森林群落是较灌丛群落更适合安太堡矿区特殊生境的植被配置方式,其中刺槐和油松的混交效果较好。物种多样性的分析表明:(1)多样性偏高的群落与有机质和时间联系较为紧密,而多样性偏低的群落则与锰的联系较为紧密;(2 )制约矿区物种多样性变化的主要因素是土壤水分和演替时间;(3)锌对各多样性指数都有一定的影响(4)有机质、时间与丰富度指数相关显著;(5 )海拔与综合多样性指数相关显著;(6 )铜对均匀度指数的影响较大。方法的比较结果表明:(1)多元线性回归的灵敏度比相关分析高;(2 ) DCCA可以作为对定量分析的补充。

丛枝菌根和根瘤菌双接种对矿区土地复垦的生态效应

通过盆栽试验研究了山西省襄垣县矿区复垦土壤中接种丛枝菌根真菌和根瘤菌对三叶草的生长状况及土壤养分的影响。结果表明,双接种丛枝菌根和根瘤菌能显著提高菌根侵染率和土壤中孢子密度,促进三叶草干物质的积累和对氮、磷元素的吸收,促进三叶草对土壤养分的活化,提高土壤养分利用率,加速矿区生态恢复。

我国南方红壤矿区复垦土壤的微生物生态特征研究Ⅰ.对土壤微生物活性的影响

通过对浙江哩浦铜矿废弃地土壤微生物、土壤酶活性及生化作用强度研究表明 ,与对照土壤相比 ,矿区土壤微生物总数下降 6 8.4 3%～ 80 .32 % ,细菌、放线菌数量减少 ,但真菌变化不明显 ,各主要生理类群硝化细菌、氨化细菌、固氮菌、纤维素分解菌数量均呈下降趋势 ,土壤基础呼吸速率下降 ;土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶酶活性均有不同程度减弱 ;土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用和纤维素分解强度降低 ,抑制了矿区土壤C、N的周转速率和能量循环 .

菌剂与肥料配施对矿区复垦土壤白三叶草生长的影响

采用盆栽试验研究了矿区复垦土壤菌剂与肥料的不同配施对白三叶草(Trifolium repens Linn)生长的影响。结果表明:双接种VA菌根真菌(Glomus mossea)和根瘤菌(Rhizobium)能显著提高白三叶草根瘤数、根瘤鲜重和固氮酶活性,根瘤数在有机肥双接种与无机肥双接种处理之间差异不显著,而根瘤鲜重和固氮酶活性差异显著;肥料与各菌剂组合处理中,有机肥双接种处理的白三叶草分枝数、干物质重最大;在白三叶草生长40 d和150 d时,双接种处理的叶片数均为各处理中最大值;接种VA菌根真菌、根瘤菌和双接种均可增加白三叶草根系的菌根侵染率和土壤孢子数,总体表现为双接种处理>接种VA菌根真菌>接种根瘤菌,有机肥相应处理>无机肥相应处理>对照;肥料与菌剂的配合施用可有效提高植物对土壤氮、磷、钾养分的吸收。在矿区复垦土壤上有机肥与VA菌根真菌和根瘤菌菌剂配施能显著促进白三叶草的生长,是提高矿区复垦土壤植被恢复中比较适宜的组合方式。

矿区复垦土壤的微生物活性变化

在由煤矸石、粉煤灰和污泥构成的矿区复合基质上种植黑麦草进行矿区复垦试验,分析了不同复垦阶段土壤微生物功能多样性和酶活性的差异,以揭示矿区复垦过程中免施肥的可行性。结果表明,矿区复垦土壤微生物功能多样性和酶活性随复垦时间的延长而显著提高。复垦23个月后,矿区复垦土壤的全氮、速效磷和速效钾含量分别比复垦种植前降低72.05%、67.86%和60.19%,蔗糖酶、脱氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性增加1.30～7.56倍。Biolog微平板培养测试结果显示,矿区复垦16和23个月的土壤微生物群落AWCD(average well colour devel-opment)值,微生物Shannon多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数均显著高于复垦种植前(P<0.05)。微生物多样性相关参数与土壤酶活性及土壤有机质含量之间呈显著正相关(P<0.05或P<0.01),与土壤全氮、速效磷、速效钾含量之间呈显著负相关(P<0.05或P<0.01)。在矿区复垦过程中污泥作为有机添加物有助于促进植物生长和提高微生物活性。