菌根真菌对煤矿区生态修复作用的研究进展

煤矿开采对地表的土壤理化性质、结构和植被生长、群落多样性造成了极大的破坏,同时,土壤微生物也受到严重扰动,导致人工栽种的植被生物多样性低、群落稳定性差。菌根真菌是一类重要的功能微生物,既能与植物互惠共生促进宿主生长,又能通过地下菌丝网络影响土壤理化性质、改善土壤微粒结构以及调节植物群落结构,对矿区生态修复具有显著作用。文章综合归纳了近年来关于菌根真菌在矿区生态修复中的研究进展,包括菌根真菌的分类、生态学特征及其在矿区土壤改良、植被恢复和环境保护方面的应用。同时,针对目前存在的问题与挑战,提出了未来研究的发展方向和重点。

鄂尔多斯市矿区生态修复治理方法初探

近年来,鄂尔多斯市矿区开采的规模不断扩大,严重破坏了当地脆弱的生态环境。作为山水林田湖草沙一体化治理和修复的重要一环,组织实施矿山生态修复工程能够切实增强生态系统稳定性与承载力,拓展绿色生态空间容量。为使区域地表植被逐渐恢复,修复受损山体,初步构建结构完整、功能完备、景观效益明显的废弃矿山生态防护林体系,减少次生地质灾害,促进资源永续利用,该文从种植设计、边坡治理等方向对矿区生态修复治理方法进行初步研究,为矿区生态治理提供参考。

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。

DSE及其代谢物对紫花苜蓿促生作用及其矿区生态修复潜力

煤炭开采造成矿区土地生产力降低,生态脆弱问题加剧,微生物联合植物复垦技术是矿区生态修复常用手段,合适的菌剂接种方式对加快矿区生态修复具有重要意义。深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes,DSE)是一类普遍存在于植物根系的内生真菌,其代谢物具有植物生长刺激素的功能。以紫花苜蓿为研究对象,在浸根方式和模拟土培方式2种接种方式下,设置DSE菌丝(HD)、代谢物(MD)、菌丝及其代谢物(HD+MD)及空白对照(CK)4个处理,探究DSE及其代谢物对紫花苜蓿的促生作用机制。结果表明:浸根方式下菌丝及其代谢物联合处理的紫花苜蓿长势最佳,总生物量、总叶绿素、根体积、全氮含量分别比对照组增加了83.78%、35.54%、132.12%、82.16%,DSE在紫花苜蓿根系定殖率可达68.89%,且以菌丝结构定殖为主。模拟土培方式下DSE代谢物对紫花苜蓿的促生作用显著,定殖以微菌核结构为主。相关性分析表明,与接种方式相比较,DSE接种处理与菌丝定殖率、微菌核定殖率、总定殖率、根长、根表面积、根投影面积呈显著正相关(P<0.05),与地上部鲜重、根鲜重、总鲜重、根体积、全氮、全钾呈极显著正相关(P<0.01)。DSE及代谢物通过定殖率和光合作用调控紫花苜蓿的生长,为矿区生态修复绿色菌肥的的开发利用提供了理论依据。

干旱胁迫及复水对4种矿区生态修复草本植物生理特性的影响

用盆栽法研究干旱和复水后八宝景天、沙打旺、紫花苜蓿和早熟禾4种植物实生幼苗对水分胁迫的生理响应,测定叶片相对含水量(RWC)、相对电导率、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量的变化。结果表明:干旱胁迫使4种植物的RWC显著下降,相对电导率、MDA、Pro和可溶性糖含量明显升高;复水后,4种植物受到的伤害显著缓解,RWC有明显上升,相对电导率、MDA和渗透调节物质含量有所下降,但各指标含量都没有完全恢复到胁迫前的水平;八宝景天的各生理指标在干旱胁迫下变化幅度相对较小,复水后各指标恢复程度较高,具有较强的耐旱能力。

碳中和背景下矿区生态修复减排增汇实现对策

我国是矿产资源消耗大国,在保障工业化进程和城市化进程的推动过程中,能源消耗所产生的温室气体已造成严重的生态问题。我国于2021年对国际作出承诺,将于2060年实现碳中和,以高质量发展改变高耗能的粗放发展模式。我国能源消耗的主要来源是煤炭资源,在全球"碳中和"背景下,实现矿区碳中和已成为我国为实现我国社会主义新时代生态文明建设整体布局的一项重要途径。本文在分析了矿区开采引发的生态系统碳排放问题基础上,揭示了我国目前在矿区生态修复中存在的不足,并针对性的提出"树立固碳增汇意识,深化固碳机理研究"、"节约集约用地,降低碳排放当量"、"优化复垦技术,提升碳固存能力"以及"创新矿区土地综合利用模式"等矿区碳中和的实现对策,为新时代碳中和背景下矿区生态修复工作指明方向,以期为我国实现"碳达峰、碳中和"提供必要借鉴。

植物根系在矿区生态修复中的应用研究进展

矿山开采在最大规模改变地形地貌的同时也严重破坏了地表的植被生境,为矿山生态环境治理带来巨大的困扰。绿色植物作为生物圈的初级生产者,是矿区生态修复的主导力量。通过分析矿区生态修复中重金属污染、干旱、高温、岩土体结构等逆境条件下植物根系的研究现状,以及根系分泌物改善根际环境,强化植物抗逆性能的特点,指出矿区生态修复应把握矿区水分、养分等限制条件,从植物根系构型、生理及结构特征等角度出发,考虑植物根系的反馈调节作用与环境因子胁迫,为未来生态修复的研究提供明确的研究方向。

生态学理念在益阳宏安南坝煤矿区生态修复工程中的应用

指出了生态学理念的内涵就是在协调好人与环境的关系的同时,促进环境可持续发展,以最小的投入获得最大的收益。解读了在煤矿区生态恢复过程中生态学理念在地形处理、植物种类选择、植物群落构建、景观设计和成本控制等方面的体现。以益阳郝山区泥江口镇安南坝矿为对象,解析了生态恢复过程中生态学理念在地形处理、植物种类选择、植物群落构建、景观设计和成本控制中的应用,其结果对于煤矿生态恢复具有较强的参考价值和指导意义。

乡村振兴视角下民族地区矿区生态修复的思考--以霍林河矿区为例

乡村振兴和生态修复对我国生态文明建设意义重大。随着国家对矿山生态修复重视程度的提高,我国矿区生态修复工作取得了显著成效。从“资源诅咒”假说出发,以内蒙古自治区霍林河矿区为例,剖析民族地区矿区乡村衰退和环境恶化的根源。通过调查草原露天矿区生态修复现状,发现当前民族地区矿区生态修复存在参与主体较为单一、经济考量缺乏、农牧民安置方式欠妥以及生态文化传承延续困难等问题,并探索提出鼓励多元主体参与生态修复、推行“矿山修复+生态产业”模式、妥善安置拆迁农牧民、重塑“草原煤城”生态文化等民族地区矿区生态修复路径。

“矿区生态修复徐州模式”复制机制研究

在对徐州矿区生态修复实例分析的基础上,提出了"矿区生态修复徐州模式",并对该模式的内涵与特征进行解析,从技术转移视角对"矿区生态修复徐州模式"的复制机制进行探究,提出了相关政策建议,对该模式在其他资源枯竭型城市的复制推广具有显著的现实意义与借鉴价值。

淮南矿区的生态修复及城市转型

本文对淮南现存矿区类型以及面临的问题进行分析。淮南现存矿区以矿区生态修复为基础,通过大力发展文化旅游、生态旅游等有效途径实现城市转型,寻求城市可持续发展。根据淮南不同矿区的生态环境特点,将矿区和城市作为一个关联体进行统筹考虑,将生态转型作为城市与矿区共同的转型方向,建设多层次、多形式的生态循环系统,完善生态转型的模式与策略。

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。

我国矿区生态环境修复法律制度研究

论述了我国现行的矿区生态环境修复法律制度存在的立法分散、笼统,可操作性差;管理体制庞杂,协调性不足;资金匮乏,融资渠道不畅通等问题。在借鉴国外矿区生态环境修复法律制度的基础上,提出了完善现行法律规定、成立专门管理机构和建立矿区复垦履约保证金制度等建议。

浅析矿区生态环境的修复与保护

结合紫金山矿区,本文通过开展矿区开采对土地、水、空气和生物多样性的影响研究,分析矿区生态系统修复的必要性和迫切性,并系统阐述多元化的修复技术和修复效果。最后,提出制定恢复标准、建立恢复基金、合理规划矿区、采用园林式和生物复垦技术等建议。研究成果可为同类矿区生态环境的修复和保护提供经验参考。

矿区生态环境定量遥感监测研究进展与展望

矿区生态环境的科学有效监测是矿区生态环境保护与治理的前提,对于促进生态文明建设具有重要意义。遥感技术已经成为矿区生态环境监测的重要手段,特别是近年来遥感技术在数据、算法、算力方面的迅速发展极大地促进了国内外矿区生态环境定量遥感监测研究的进步,涌现出了一系列优秀的研究成果。从矿区地表要素类型识别以及矿区植被、土壤、水体、大气、生态系统的参数反演与监测方面归纳和剖析了矿区生态环境定量遥感监测的研究进展。结果表明:新兴遥感数据的应用提升了监测的时空分辨率,矿区地表要素识别以及参数反演方法得到了优化改进,提升了识别和反演的精度;深度学习和遥感云计算平台在矿区应用中崭露头角。但是也存在一些不足:①深度学习在矿区地表要素识别的应用尚未完全展开,缺乏矿区遥感地表分类体系标准与大规模高分样本库,矿区地表要素识别的自动化与智能化水平有待提高;②矿区定量遥感参数反演的广度有待拓展,反演与监测方法研究有待深入;③矿区多要素参数的中高分辨率、长时序、高频次同步观测与协同分析的研究还相对缺乏。在此基础上,对未来的研究方向进行了展望:①构建矿区遥感地表分类体系与大规模高分样本库,跟踪最前沿的深度学习算法,实现矿区地表典型要素的高精度识别;②研究矿区场景下的定量遥感物理机理建模方法,拓展遥感反演的矿区要素参数,提升反演方法的精度和稳定性;③融合矿区多源大数据,实现参数的中高分辨率、长时序、高频次的体系化同步定量遥感反演与监测。

黄河流域典型矿区生态空间网络优化——以鄂榆地区为例

如何保障黄河流域煤矿开采与生态环境的协同发展,建设黄河流域生态文明,是当前研究的重要课题。选取黄河流域典型矿区——鄂榆矿区为研究区,基于复杂系统与景观生态理论,结合景观生态风险评价与复杂网络分析2种方法,从宏观角度探究矿区生态修复策略。首先对研究区进行潜在复杂生态网络的提取与景观格局生态风险评价;然后识别研究区潜在复杂生态网络中处于中高生态风险区且其度中心性较低的生态节点,进而基于复杂网络增边优化理论,结合研究区当地的矿区与景观分布情况,进行模拟增边优化,最后通过对比分析模拟增边优化前后研究区潜在复杂生态网络的鲁棒性,验证模拟增边优化的效果。得出:中高生态风险区域主要分布在南部、北部的耕地区域与东北部的矿区;提取得到潜在复杂生态网络生态源地共77个,生态节点109个,生态廊道193条;识别增边优化节点共10个,最终成功为其中7个节点进行模拟增边共6条,另有3个节点模拟增边失败;模拟增边优化后,网络的连接鲁棒性较优化前有显著提升,网络的节点恢复鲁棒性与边恢复鲁棒性略有提升。从结果来看,模拟增边优化能够有效加强研究区生态质量,为矿区生态修复区域提供宏观上的参考与借鉴。

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。

一等奖：重生之愿景--玉华煤矿生态景观修复策略

介绍了2014年第51届国际风景园林师联合会(IFLA)国际大学生设计竞赛一等奖作品的创作过程和主要内容。该方案选取陕西省铜川市废弃的玉华煤矿为设计对象,针对其所面临的水土流失、泥石流灾害、煤矸石和矿坑水体污染、山体剥离等问题,通过分区规划与景观设计的手段,结合多学科理论,提出了综合性的修复策略,以期在玉华煤矿实现循序渐进的生态修复和可持续发展的景观模式。

基于多光谱遥感生态环境调查的黄河中游矿群地表覆盖及景观格局研究

黄河中游拥有中国最大的井工煤矿基地,井下采煤影响地表覆盖及景观格局的规律尚不明确,生态修复工作缺乏理论支撑。利用多光谱遥感数据结合现场调查,研究矿群裸地、草地、林地和人造地表等的空间分布规律,讨论生态修复措施对景观格局的影响。研究发现,该矿群最主要的植被类型是灌木和草本植物互生形成的灌木草地,占总面积的63.1%,乔木林占比11.8%,主要呈带状,沿冲沟、沉陷区、河流分布,在地表形成“绿脉”,香农多样性指数高,是天然的生态廊道;矿区地表水资源利用程度高,主要河流乌兰木伦河渠化程度高,部分河段蓄水形成水库,部分河床裸露,遥感影像呈现人造地表的特征,表明经过防渗处理;2022年5月30日拍摄的卫星影像显示,矿区植被覆盖度均值0.45,乌兰木伦河西岸和东岸南部植被覆盖度主要呈现高—高聚类特征,乌兰木伦河东岸大部分区域呈现低—低聚类特征。研究成果可为井工矿区生态修复和环境保护工作提供理论依据。

安徽矾矿土壤重金属污染源解析模型对比与优选

矿区资源开采导致土壤污染日益严重,直接影响周边土壤、水体环境的稳定性,精准预测重金属污染源解析对矿山修复、治理具有重要指导作用。在前期研究基础上,为提升土壤介质模型的解释度,进一步选取了土壤重金属源解析评价中成熟度高且精准性好的正定矩阵因子分析法(positive matrix factorization, PMF)及绝对因子分析-多元线性回归(absolute factor analysis-multiple linear regression, APCS-MLR)模型,以充实前期UNMIX多元受体模型分析矾矿土壤重金属污染来源及源贡献率的结果,结合生态风险评价方法,对比定量条件下最适宜解析研究区域源的模型。结果表明:1)生态高风险区域主要集中在研究区南部和东部,Cd是矿山主要风险元素,地累积指数(index of geoaccumulation)均值3.75与潜在生态风险指数(potential ecological risk index)均值731.22解析结果高度一致,但潜在生态危害指数的结果综合性更好。2)对比3种模型的污染源解析结果,PMF模型解析出4个污染源:分别为燃煤源、自然-交通综合源、自然源和大气沉降源,源贡献率分别为38.15%、20.62%、24.28%、16.95%。3)PMF模型的总体变量拟合优度R2达到了0.96,拟合效果最好。PMF模型模拟数据会集中采样点误差,确定最适污染源数目及相应污染物贡献率,使得源解析结果更精准,更适用于复杂的矿山污染土壤情况,符合实际研究情况。该研究结果可为后续矿区开采后污染土壤的修复治理工作提供溯源依据参考。