露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳的动态变化

为探讨黄土区露天煤矿复垦土壤剖面有机碳的动态变化,以山西平朔露天煤矿排土场不同复垦阶段的耕地、林地和草地为研究对象,通过野外分层采集土样,探讨了不同复垦方向土壤有机碳含量的剖面分布特征及其与土壤pH值、全氮和w(C/N)的相关关系。结果表明:土壤有机碳的剖面分布随土壤深度和复垦方向的变化而变化,不同复垦方向土壤有机碳的垂直分布表现出一定的规律性,即随着土层深度的增加而逐渐递减;与未复垦的排土场相比,复垦2 a和18 a的耕地表层土壤有机碳含量分别增加22.73%和46.06%,复垦18 a和22 a的林地土壤有机碳含量分别增加38.86%和29.55%,复垦14 a的草地土壤有机碳含量增加30.96%,而复垦18 a的草地土壤有机碳含量变化不大;矿区3种复垦方向土壤有机碳含量整体表现为:林地>耕地>草地;复垦后的耕地土壤有机碳与全氮含量之间有显著的正相关性,相关系数R=0.642,林地和草地土壤有机碳含量与全氮之间有极显著的正相关性,相关系数R≥0.812;不同复垦方向土壤有机碳与w(C/N)的相关性都极为显著,相关系数≥0.679;耕地和林地土壤有机碳含量与pH具有明显的负相关性,相关系数分别为-0.685和-0.723,而草地土壤有机C含量与土壤pH没有明显的相关性。本研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦与生态重建提供一定的借鉴和参考。

平朔矿区露天煤矿排土场复垦类型及微地形对土壤养分的影响

研究土地复垦类型及微地形对土壤养分的影响对于指导土地复垦实践,控制复垦土地水土流失等具有重要的理论意义和实际应用价值。以平朔露天煤矿排土场为例,借助数理统计方法分析评价复垦类型与微地形因子（高程、坡度、坡向）对土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷及速效钾含量的影响。结果表明：（1）复垦类型对各项土壤养分含量影响较为显著,不同的复垦类型中,各项土壤养分含量排序均为耕地〉林地〉草地;其中,土壤有机碳、全氮、全磷及速效钾含量,耕地分别为草地的2.15-2.68倍,林地的1.48-1.78倍,对于土壤有效磷,耕地中的含量为71.24mg/kg,为草地的11倍,林地的4倍;（2）坡度与土壤养分含量之间存在显著的相关性（p〈0.05）,而高程、坡向与土壤养分含量的相关性较弱,表明排土场复垦区土壤养分受坡度影响较大,而受高程与坡向的影响较小;（3）复垦类型与坡度的交互作用对土壤养分含量产生一定的影响：同一复垦类型的不同坡度的土地养分含量存在差异,耕地的土壤养分含量随着坡度的增大在降低;同一坡度,不同的复垦类型条件下,土壤养分差异显著,总体趋势为耕地〉林地〉草地。

露天煤矿排土场边坡防护措施减水减沙效益分析

以排土年限为1a的边坡为对象,采用野外径流小区定位观测方法,分析了自然降雨条件下撒播种草、沙柳方格、沙打旺秸秆覆盖、稻草帘子覆盖4种边坡防护措施的减水减沙效果。结果表明,稻草帘子覆盖措施的径流调控效果最好,沙打旺秸秆覆盖措施次之,两者产生的径流量分别较裸地减少65.53%和63.35%;沙柳方格措施的减水效果一般,较裸地减少3.19%;撒播种草措施的减水效果不明显。稻草帘子覆盖措施和沙打旺秸秆覆盖措施的减沙效益分别为93.63%和91.46%,效果良好;撒播种草措施和沙柳方格措施次之,减沙效益分别为36.64%、30.75%。其结果为防治矿区水土流失提供了重要的科学依据。

露天矿排土场不同恢复措施土壤种子库生态特征

采用种子萌发法研究了海州露天矿排土场五种恢复措施的土壤种子库,共发现16种植物,分属5科,16属,以草本植物为主。排土地上植被与土壤种子库物种组成的相似性较低。随着恢复类型、恢复时间的不同,土壤种子库的种类、密度各不相同。选择正确的恢复措施,有利于土壤种子库自我更新能力的增加和排土场生态系统稳定,对排土场的土地恢复和生态重建具有重要意义。

黄土区大型露天煤矿复垦排土场植被恢复立地类型划分——以安太堡露天煤矿为例

露天开采对土地破坏严重,立地条件复杂。只有综合环境因素与植被生态习性,针对不同的立地类型进行植被配置与管护才能达到对矿区生态修复的目的。为此以安太堡露天煤矿西排土场为研究对象,选定58个样点,在样点10m×10m范围内对海拔、坡向、坡位、坡度、坡型、覆土基质、覆土厚度、土壤容重、土壤含水量、有机质含量、全氮含量、植被类型组合、归一化植被指数(NDVI)、地面非均匀沉降、河流动能指数、地形起伏度,共18个立地因子进行调查。分析排土场立地条件及特征,运用SPSS聚类分析法对样点进行立地类型划分。最终划分为平台、边坡2个立地小区;平台小区化分为9个立地类型组、13个立地类型,边坡小区化分为9个立地类型组、20个立地类型。研究结果可以为排土场立地改良、植被恢复与维护及生态系统恢复提供依据。

基于资源配置露天矿土地复垦适宜性评价研究

特大型露天煤矿排土场土地复垦适宜性评价与一般适宜性评价迥然不同,是一种资源配置下对未来空间的土地单元及质量的预测性评价。综合考虑特大型露天煤矿排土场复垦适宜性评价的预测性与动态性,采用极限条件法对其进行适宜性评价分析。选取安家岭露天矿排土场作为实例,将排土场分为平台和边坡两个评价单元,选取5个方面的预选指标,并进一步筛选出具有代表性的7个评价因子(非均匀沉降、坡度、有效土层厚度、地表物质组成、土体容重、有机质含量、岩土侵蚀强度),将适宜性评价结果与原地貌进行对比。结果表明,通过资源配置下的土地复垦,复垦土地质量均可达到原地貌的标准,甚至优于原地貌。由于部分评价因子性状的可变性,同一评价单元体现出不同时段的多宜性。根据适宜性评价结果,可以指导矿区采剥、运输、排弃及造地,使矿区土地复垦及复垦土地的利用有序、高效。

黑山露天煤矿3~#采区实现内部排土可行性分析

在汽车运输的深凹露天矿,为了缩短汽车运距,减少运输成本,在露天矿开采到一定深度时,根据煤层底板倾角变化、采掘现状和台阶到界情况,应尽可能地实现内部排土作业,在内排作业实施过程中,应充分考虑排弃方向、排土运输道路、排土台阶构成和排弃角度是否能满足安全作业要求。通过黑山露天煤矿3#采区的靶区研究,提出了实现内部排土作业的优化设计方案。

基于多时相Landsat遥感影像的海州露天煤矿排土场植被时空特征分析

矿区土地复垦是目前土地整理的一项重要内容,也是矿区可持续发展实现的保障。矿区植被及其恢复状况是矿区土地复垦质量的一种重要的指示器,表征土地复垦的程度与质量。研究基于1975～2000年共4期遥感影像,构建植被覆盖度指数,考察辽宁省阜新市海州露天煤矿排土场25a来植被生长状况及时空变化特征。分析结果表明:1975～2000年间,研究区植被处于不断生长、逐渐恢复的状态,并存在明显的空间差异。时间尺度上,植被覆盖度较高(0.4～0.6)的区域所占面积比例从1975年的14.04%增长到2000年的34.83%;空间分布上,植被覆盖度低(0～0.25)的区域多分布在台地之间相连接的边坡位置上,植被覆盖度较高(0.25～0.6)的区域则分布于台地内部的平坦地面上。

露天煤矿复垦地土壤呼吸的日变化研究——以平朔安太堡露天煤矿排土场为例

采用Li-6400便携式光合作用测量系统连接Li-6400-09土壤呼吸室对安太堡露天煤矿排土场土壤呼吸速率进行了测定。结果表明,该地区土壤呼吸日变化比较明显,呈现单峰型曲线,最大值出现在13:00—15:00,与土壤温度最大值同步,稍滞后于空气温度最大值;土壤湿度与土壤呼吸的相关性较差,在一定范围内,土壤呼吸随土壤湿度的升高而升高。

安太堡露天煤矿排土场土壤种子库

采用种子萌发法研究了安太堡露天矿排土场的土壤种子库,共统计到17种植物种子,分属5科,以1年生草本植物种子为主。排土场土壤种子库具有极大的时空异质性,地上植被与土壤种子库群落组成上的相似性程度较低,复垦后期土壤种子库间相似性系数较低。随着复垦时间、复垦模式或立地条件的不同,土壤种子库的种类、密度各不相同。选择正确的复垦模式,有利于土壤种子库自我更新能力的增加和排土场生态系统稳定,对排土场的土地复垦和生态重建具有重要意义。

黄土区大型露天矿排土场水力侵蚀计算与防治

以黄土区安太堡露天矿未复垦排土场为对象,研究未复垦排土场平台水力侵蚀(沟蚀)状况,通过实地外业采样和内业数据处理,结合数据统计分析平台,计算出了研究区内的沟蚀量分布情况,并分析了平台汇水面、土壤容重、坡度与沟蚀模数的关系,估算研究区水力侵蚀造成的直接经济损失,提出排土场平台复垦和水土流失防治措施。结果表明:(1)研究区水力侵蚀严重,总体沟蚀模数相当于自然地貌土壤侵蚀模数的6.8倍,其中平台汇水面对沟蚀模数的影响巨大;(2)排土场平台表层土壤压实,40cm以内土层压实最为严重,深层土壤土质较疏松;(3)排土场平台坡度和坡长在一定程度上可以反映出土壤侵蚀的高低,在水土流失防治措施中应予考虑。在平台复垦和土壤侵蚀防治中应采用减少平台汇水面积、增大地表水入渗能力和提高植被覆盖度的措施为主,本研究成果可为排土场复垦和水土流失防治提供参考。

干旱矿区排土场不同边坡生态修复模式下减流减沙效益

为探究不同生态修复模式对露天矿区排土场边坡产流产沙规律的影响,采用野外径流小区试验方法,对矿区排土场边坡不同生态修复模式的产流产沙进行了1个雨季的连续观测。结果表明:(1)研究区降雨年内分配不均,主要集中在汛期7—9月,该时期降雨量占到年均降雨量的77.03%,是年内径流泥沙损失最多的时期。(2)不同生态修复模式与对照(只撒播灌草种子)相比均具有减流减沙效果,但是不同生态修复模式的减流减沙效益有显著差异,减流效果从大到小依次为沙柳网格模式(64.35%)>生态棒模式(56.56%)>生态袋模式(52.74%)>铁丝石笼模式(48.70%)>植物篱模式(45.51%)>土壤改良模式(35.89%)>无纺布覆盖模式(33.97%)>砾石压盖模式(8.19%);减沙效果依次为沙柳网格模式(69.41%)>生态棒模式(61.28%)>生态袋模式(55.09%)>铁丝石笼模式(52.43%)>植物篱模式(48.72%)>土壤改良模式(42.09%)>无纺布覆盖模式(38.31%)>砾石压盖模式(19.34%)。(3)不同生态修复模式产沙量对产流量响应特征均呈极显著正相关(P<0.05,r>0),沙柳网格模式产沙量对产流量响应程度较小,生态棒模式次之,对照产沙量对产流量响应程度最大。

粉煤灰、砒砂岩对煤矿排土场土壤水分特性改良的研究

露天煤矿排土场土壤理化特性差直接影响复垦效果,改善土壤水分特性对排土场的复垦具有重要的理论与实践意义。本试验以内蒙古自治区的黑岱沟露天煤矿为对象进行土壤改良试验,将粉煤灰(F)、砒砂岩(S)作为添加物,对排土场土壤(L)进行3种组合处理(LF、LS、LFS)并设置不同的质量比例梯度,试验共设(L3F1、L4F1、L5F1、L1S1、L2S1、L3S1、L4S1、L5S1、L1F1S1、L2F1S1、L3F1S1、L4F1S1、L5F1S1)13种不同质量比的混合处理和(L、F、S)3种对照处理,采用离心机法测定各复配土壤在不同水吸力下的含水量,利用Gardner模型拟合并绘制其水分特征曲线,计算各复配土壤的比水容量、田间持水量、萎蔫系数、有效水含量。结果表明:(1)Gardner模型能够很好地拟合13种复配土壤的水分特征曲线,粉煤灰的添加使排土场土壤中的细土粒含量(黏粒、粉粒)增加了24.11%~37.19%,提高了土壤的持水性和供水性,添加砒砂岩能够改良土壤的持水性但不能改良供水性能。(2)排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1︰1︰1(L1F1S1)时持水性能最好,较排土场土壤提高了47.6%;排土场土壤、粉煤灰质量比为3︰1(L3F1)时其供水性能最好,较排土场土壤提高了40.23%。(3)LF组合处理和LFS组合处理的田间持水量和有效水含量随着添加物比例的增加而提升,当排土场土壤、粉煤灰质量比为3︰1(L3F1)时田间持水量最大为18.02%,排土场土壤、粉煤灰、砒砂岩质量比为1︰1︰1(L1F1S1)时有效水含量最大为13.1%。综上,粉煤灰、砒砂岩综合利用有利于煤矿排土场土壤水分特性的改良,且复配土壤的黏粒、粉粒含量在30%~35%范围时,土壤的持水供水能力较好,在本试验中三者按1︰1︰1的质量比例进行复配效果最佳。

基于无人机与植被指数的排土场DEM模型构建关键技术

露天煤矿排土场具有地形复杂、堆存松散、异质性强等特点,长期存在整体非均匀沉降、边坡失稳变形、蠕动等地质环境问题。因此,掌握排土场精确地形数据是保证其地质稳定性的基础,然而传统地形测量技术难以满足高精度需求;无人机低空摄影测量所获地形数据虽分辨率高,但受地表植被影响导致垂直精度不足。针对这一问题,提出基于可见光植被指数-植被高度回归模型的地形数据获取方法,即利用回归模型对无人机摄影测量获取的地表高程值进行修正以提高垂直精度。以宝日希勒露天煤矿外排土场北坡为研究对象,利用无人机摄影测量技术获取研究区初始地形和正射影像数据,再基于可见光建立植被指数-植被高度回归模型对初始高程值进行优化。实验表明:可见光植被指数与植被高度具有较好的相关关系,基于不同波段建立的植被指数对植被高度的估算精度存在较大差异,其中利用红绿蓝3个波段建立的植被指数EXG模型(R 2=0.952)和RGBVI模型(R 2=0.95)具有较高的拟合精度。结合可见光植被指数-植被高度修正模型可提高无人机摄影测量获取的地形数据精度,研究区检查点均方根误差由0.111 m减小到0.045 m。与传统GPS RTK地形测量技术相比,此方法在地形复杂处精度更高,在中小尺度上获取高精度地形数据具有较大优势。

不同植被恢复模式对露天煤矿排土场土壤抗冲性的影响

为了探究不同植被复垦模式对排土场土壤抗冲性的影响,以辽宁省阜新市海州露天煤矿排土场复垦区内灌木林地(紫穗槐)、榆树林地、刺槐林地、混交林地(刺槐和榆树混交)、荒草地和耕地6种复垦模式为研究对象,采用野外采样和室内改进土壤抗冲槽的方法获取了径流含沙量、抗冲性指数、根系指标和根系对土壤抗冲性的强化值(ΔANS)等评价指标。结果表明:土壤冲刷过程中,不同复垦模式下的径流含沙量在冲刷6 min内变化幅度较大,伴随着冲刷时间的延长,6 min后含沙量相对稳固;不同复垦模式土壤冲刷过程累积径流含沙量表现为耕地较大,荒草地、6986树林地、混交林地和刺槐林地次之,灌木林地较小。土壤抗冲性变化与土壤冲刷过程含沙量呈反比,随土壤冲刷时间延长,土壤抗冲性增强。平均抗冲性指数趋势表现为灌木林地较大,刺槐林地、混交林地、榆树林地次之,荒草地和耕地较小。土壤抗冲性与土壤理化性质的相关性研究表明,在冲刷过程中,土壤容重越小,孔隙度越大,黏粒含量越高,土壤紧实程度越高,土壤抗冲性越强。不同复垦模式土壤抗冲性能强化值(ΔANS)范围为0.06~0.73,强化百分率在28%~630%;植物根系对土壤抗冲性变化特征表现为:灌木林地>混交林地>刺槐林地>榆树林地>荒草地>耕地,植物根系对灌木林地的强化作用最为明显。

安太堡露天煤矿区复垦地不同植被下草本植物群落生态关系研究

为揭示不同植被下草本植物群落与环境因子的关系,本研究采用双向指示种分析(TWl NSPAN)、除趋势对应分析(DCA)、丰富度指数(Pa)、多样性指数(H'、DS)和均匀度指数(JP)方法,对安太堡露天煤矿区排土场复垦地不同植被下草本植物群落进行了数量分类、排序及物种多样性研究。结果显示:(1)TWl NSPAN等级分类将其63个样方划分为11个草本植物群丛,分别位于该矿区复垦地不同植被类型下;(2)DCA第一轴反映了植被恢复年限的梯度变化,沿第一轴从左到右,11个草本植物群丛的恢复年限逐渐缩短;DCA第二轴反映了排土场复垦地地形的梯度变化,沿第二轴从下到上,地形从平台→东北坡,11个草本植物群丛的物种多样性降低;(3)随着植被恢复年限的增长,11个草本植物群丛物种多样性从高到低的变化为:平台>东北坡,乔木林下>灌丛林下>草地。研究表明,植被恢复年限、植物种类和地形是影响安太堡露天煤矿区复垦地不同植被下11个草本植物群丛结构和物种多样性的关键因子。

露天煤矿排土场边坡参数优化

针对露天煤矿排土场的特点,考虑排土场边坡稳定、排土工艺及土地利用率等方面的因素,提出了适合排土场边坡参数的优化方法。该方法主要采用极限平衡计算、数值模拟分析对边坡的稳定状态进行分析,不断调整单台阶排土段高、平盘宽度,得出最优排土参数,并对边坡的极限堆高进行分析,在保证边坡稳定的前提下,最大化地增加排土场的收容能力,提高土地利用率。

露天矿排土场不同草本种植模式和接种AMF对植被生长和土壤改良的作用

本文以内蒙古锡林浩特市胜利露天矿排土场为研究对象,通过设定2种不同豆科与禾本科比例的种植方式、2种接菌处理(接种AMF和无接菌对照)和1个自然恢复对照,分别进行了植被调查与土壤性质分析。结果表明:植物地上生物量在接菌区均显著高于对照区和自然恢复区,且最大生物量出现在1∶2接菌区;硝态氮和铵态氮在1∶2比例下最高,且接菌区高于相应对照区和自然恢复区;土壤硝态氮、铵态氮与植物的地上生物量和植被盖度均成极显著正相关(P<0.01)。接菌处理对不同种植模式下植物的生长和土壤氮累积均有促进作用,不同草本种植比例的生态效应也有差异。

新疆露天煤矿开发对戈壁的影响及生态恢复对策

为破解新疆露天煤矿开发与生态保护的矛盾,实现资源开发与生态保护的协同,围绕该区域干旱少雨、水资源短缺、生态系统极度脆弱的特征,分析了露天煤矿开发对戈壁脆弱荒漠生态系统的主要影响,提出新疆戈壁矿区露天矿恢复应以原生态功能重建为目标,并构建了排土场恢复的四大模式,分别是利用采掘场剥离物中的砾石重构地表、排土场剥离物直接碾压或洒水碾压、构建戈壁沙障、开发性恢复。

露天煤矿区复垦土壤碳库研究进展

土壤是地球陆地生态系统中碳的重要贮藏库。露天煤矿区既是“碳源”,也是“碳汇”,研究其土壤碳的变化对区域碳平衡具有重要意义。本文梳理了当前世界范围内对露天煤矿区土壤碳库的构成、土壤有机碳库的区分测定方法、积累、转化和时空分布的研究。已有研究成果表明:(1)复垦与未复垦排土场中土壤无机碳含量无显著差异。(2)土壤有机碳的含量受复垦植被、年限、地形及土壤理化性质的影响。(3)不同因素通过影响土壤中的矿质态氮和微生物活性而影响有机碳的分解矿化率。(4)不同类型有机碳在土壤剖面中的分布呈不同规律,生物成因有机碳主要积累在土壤表层和亚表层,而地球成因有机碳积累在土壤底层。在此基础上提出深入研究方向:土壤无机碳和有机碳的相互转化关系、土壤碳循环与氮、磷、水循环的耦合关系及与生态系统生物多样性之间的内在联系。