煤基固废协同矿山土壤生态修复的理论解析与实践探索——以陕西榆林市为例

矿山环境修复治理与固体废弃物综合利用均是北方能源富集区亟待解决的生态问题。笔者基于“理论解析−案例研究−协同治理”的思路,以陕西榆林市为例,在系统分析工业固废与矿山生态受损现状的基础上,全面解析煤基固废协同修复矿山生态的政策优势、技术可行性及市场潜力,并提出基于固废结构、营养和环境功能改性制备土壤调理剂的路径技术。通过将土壤调理剂应用于风沙地治理、盐碱地改良和露天煤矿排土场土壤生态修复实践,发现施用土壤调理剂后风沙地、盐碱地和排土场土壤养分含量显著增加,植物生物量平均增幅分别为50.3%、36.0%和39.9%。研究成果为北方能源型城市煤基固废协同修复矿山土壤生态提供科学支撑。

陕北侏罗纪煤田煤矸石的特性与研究进展

大宗固体废弃物是资源综合循环利用的核心领域,煤矸石作为国内排放量最大的工业固体废弃物,其综合利用是新时期无废城市及生态文明建设的必然要求。采用资料查阅、调研实践及统计分析相结合的研究方法,在了解陕北侏罗纪煤田煤矸石的主要来源及危害以及煤矸石基本特性的基础上,系统剖析煤矸石的研究与应用现状。同时,立足陕北实际,基于产业生态化和生态产业化循环发展理念,结合调研,提出煤矸石掺烧协同工业发电,煤矸石回填协同地质环境治理,煤矸石破碎协同土壤生态修复,煤矸石制备协同建材应用,地上-地下生态修复利用的思路和路径,为煤矸石大宗固废的综合利用及产业绿色低碳发展提供参考。

留茬高度对陕北采煤沉陷区饲料桑生长特性的影响

为明确不同留茬高度对饲料桑(Morus alba L.)生长性状和生产性能的影响,寻求适宜的留茬高度,本研究以‘丰驰2号’为研究对象,设置5个留茬高度分别为5 cm(C5),10 cm(C10),15 cm(C15),20 cm(C20),40 cm(C40)以及留全株为对照组(CK),测定各处理的农艺性状、荧光参数、光合及单株干鲜重。结果表明:C20,C15,C10处理下的农艺性状和生产性能均显著高于其它处理(P<0.05);C5的最大光合效率、净光合速率最高;C10的胞间二氧化碳浓度、气孔导度显著高于其他处理(P<0.05);C15的叶片叶绿素相对含量、实际光合效率、光化学荧光淬灭系数、第一茬茎叶鲜重、全年叶鲜重、全年总生物量均高于其它处理,年度茎叶比低于其它处理;C20的全年茎、根鲜重、根干重高于其它处理。对各处理进行量化评价表明在C20,C15,C10处理下,饲料桑的综合生长指标和生产性能较好,排序为C15>C20>C10。

陕北风沙草滩区沙地蛋白桑最优氮、磷、钾配比的筛选

为研究不同施肥处理对沙地蛋白桑叶片光合特性、水分利用效率、产量和品质的影响,进而探索适合沙地蛋白桑生长的最优肥料配比模式。以适应性较强的沙地蛋白桑‘榆引桑-1’3年生幼苗为材料,设置8个不同氮、磷、钾施肥处理(T_(0)、T_(1)、T_(2)、T_(3)、T_(4)、T_(5)、T_(6)和T_(7)),通过测定生理特性、产量和品质等,综合分析并筛选出陕北风沙草滩区沙地蛋白桑种植的最优施肥量。研究结果表明:不同氮、磷、钾施肥处理对沙地蛋白桑光合特性影响显著,随着施肥量的逐渐增加,叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率呈现出先增大后减小的趋势,并且在T_(5)处理各生理特性均显著高于对照(P<0.05);不同施肥处理对蛋白桑株高和单株茎杆重无显著影响(P>0.05),而对单株干叶重、单株生物学产量和总产量产生较大影响(P<0.05);粗蛋白含量随着施肥量的增加呈现出先增高后降低的趋势,并且在T_(4)和T_(5)处理下的桑树叶片粗蛋白质含量较高,显著高于对照处理(P<0.05),粗脂肪含量在T_(4)、T_(5)和T_(6)处理下均显著高于对照(P<0.05),分别是对照处理的1.80、1.90、1.78倍。相关分析结果表明,桑树产量与叶绿素含量、净光合速率、水分利用效率、粗蛋白含量和粗脂肪含量呈极显著正相关(P<0.01)。利用隶属函数法综合比较沙地蛋白桑光合特性、水分利用效率、产量及品质指标,T_(5)处理(氮肥150 kg/hm^(2)、磷肥90 kg/hm^(2)和钾肥60 kg/hm^(2))光合能力较强、产量高、品质优,并可获得较高的水分利用效率。因此,T_(5)处理是陕北风沙区沙地蛋白桑种植中较适宜的最优肥料配比。

栎黄枯叶蛾在陕西省榆林市的风险性分析及管理对策

栎黄枯叶蛾(Trabalavishnougigantina Yang)是一种危害严重的食叶害虫。目前,该虫在陕西省延安市吴起等地危害严重,陕西省榆林市与吴起毗邻,自然气候条件类似,如不制定科学有效的管理对策,将会有进一步扩散危害的风险。研究采用国际上通用的标准有害生物风险分析方法和程序,对该虫在陕西省榆林市的传播及扩散的风险性,进行了定量和定性的评估。结果表明:栎黄枯叶蛾在榆林市的风险性R值为2.09,属于具有高度危险性的有害生物。针对该虫的高度危险性,提出了相应的管理对策。

柳枝稷研究现状及其在陕北榆林的应用潜力分析

榆林地处毛乌素沙地东南缘,是陕西省能源产业和畜牧业比较发达的地区,然而经济发展的同时也给该地区原本十分脆弱的生态环境带来了巨大压力,严重影响着榆林地区的生态畜牧业高质量发展。柳枝稷抗逆性强,是近年来我国北方引种热门的“草畜两用”物种。随着产业生态化与生态产业化循环发展理念的深入和“双碳”目标约束,榆林地区的生态产业可持续发展成为重要的研究课题。为此,本文采用资料查阅、调研实践与试验分析相结合的研究方法,在了解柳枝稷基本特性的基础上,系统剖析了我国北方柳枝稷研究与利用现状。同时,基于柳枝稷的生态适应性,结合笔者实践调研和SWOT分析方法,进一步研究了柳枝稷在陕北榆林生态修复及饲料方向的应用潜力,为柳枝稷榆林引种用于生态修复及乡村振兴提供参考。

不同施肥处理对风沙土及柳枝稷生长的影响

研究以柳枝稷为指示作物,在田间小区种植,实验设置了CK(空白对照)、生物菌肥(ET1)、赛众土壤调理剂(ET2)、自研土壤调理剂(ET3)四个处理,通过施用不同的土壤调理剂,探讨不同土壤调理剂对柳枝稷生长性状及风沙地土壤理化性质的影响,为该地区柳枝稷科学合理的栽培及风沙土改良提供理论依据。结果表明:(1)施用不同的土壤调理剂可以改善风沙土的物理性质。相比之下,ET1、ET2和ET3的土壤含水率均有提升,容重7月、8月和9月分别下降10.12%、4.38%和6.49%。(2)施用不同的土壤调理剂可以改善风沙土的化学性质。实验各项处理中的有机质均有提高,碱解氮的含量增加,处理ET3较ET1和ET2速效磷的含量分别增加了7.37%和37.8%。(3)施用不同的土壤调理剂能显著增加柳枝稷的株高、生物量和叶面积。

气化渣复配调理剂对风沙土土壤性质及高羊茅生长的影响

使用高羊茅作为指示作物,采用田间小区及随机区组的试验方法,研究施用不同含量的气化渣复配土壤调理剂ET1(1000 kg/667 m^(2))、ET2(2000 kg/667 m^(2))、ET3(4000 kg/667 m^(2))、ET4(8000 kg/667 m^(2))对风沙土土壤性质的影响。结果表明:(1)施用气化渣复配土壤调理剂可有效改良风沙土的物理性状。与CK相比,土壤含水量平均增幅18.12%;土壤容重平均降幅3.23%;地温平均增幅2.68%;(2)施用气化渣复配土壤调理剂可有效改良风沙土的化学性状。(3)施用气化渣复配土壤调理剂可有效改良高羊茅的农艺性状。土壤地温的增加可以使作物安全越冬、提高种子存活率。因此,气化渣复配土壤调理剂能有效改善风沙土土壤的理化性状,显著改善高羊茅的农艺性状,并且使用8000 kg/667 m^(2)的气化渣复配土壤调理剂为最佳选择。

基于MaxEnt模型的甘草潜在适生区预测

甘草(Glycyrrhiza uralensis)是一种具有较高经济价值的多年生豆科(Leguminosae)草本中药材植物。本研究基于MaxEnt模型与甘草野生分布数据,模拟了甘草当代的适生分布区,以及甘草未来(2050年、2070年)不同情景下在中国的适生区分布,包括中等社会脆弱性和中等辐射强迫的折中碳排放情景(SSP2-4.5)、高等社会脆弱性和高等辐射强迫的折中碳排放情景(SSP5-8.5),并利用ArcGIS软件分析未来甘草适生区的分布及变化情况,影响甘草潜在适生区变化的环境因子。结果显示:(1)当前,甘草适生区位于内蒙古中西部、甘肃、宁夏、陕西北部、新疆和吉林东北部,即降水量少的中高纬度地区;未来不同情景下(SSP2-4.5和SSP5-8.5),甘草高适应区主要集中分布于内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、吉林、新疆等地,且适生区面积发生扩张。(2)在全球气候变化背景下,甘草适生区迁移路线整体呈现由东向西、由北往南偏移,且均有向低降水量地区移动的趋势。(3)最冷季度的平均降水量、年均降水量、紫外线季节性变化是影响甘草适生区变化的主导环境因子。

气候变化下革苞菊属在中国的潜在适生区预测

目的:预测革苞菊属(Tugarinovia Iljin)植物不同时期下在中国的潜在适生区,并探究影响革苞菊属植物潜在适生区变化的环境因子。方法:基于革苞菊属植物的40个实际地理分布点以及29个生物气候变量数据,运用MaxEnt模型和ArcGIS技术进行研究。结果:本研究使用的MaxEnt模型AUC检验值均高于0.94,其模拟可信性极高;影响革苞菊属植物分布的重要环境因子有海拔、温度季节性变化、紫外线的季节性、最湿月降雨量、最干月降雨量和最高月份的平均UV-B值;从末次冰盛期到当代革苞菊属植物在中国的分布是高纬度往低纬度迁移,整体往东迁移。当代到2050年两种不同情景下革苞菊属植物分布区均是低纬度往高纬度迁移,整体向东北扩张,2050年到2070年两种不同情景下苞菊属植物分布区呈现扩张的趋势由高纬度往低纬度迁移,整体往西南方迁移,均有向高海拔迁移趋势。在未来2050年两种不同情景下,革苞菊属植物适生区都将集中于内蒙古呼和浩特市、鄂尔多斯、巴彦淖尔。而在未来2070年两种不同情景下,革苞菊属植物适生区主要集中在内蒙古鄂尔多斯市和包头市。革苞菊属植物未来在中国的整体迁移路线呈现由北往南、由东向西偏移,且均有向高海拔地区移动趋势。结论:本研究结果可为珍稀濒危植物的保护及引种栽培提供一定的理论依据。

木醋液改良盐碱土壤的研究进展

盐碱土因碱性高、透气性差透水性差、表面容易板结、养分含量低、含有害盐分等导致植物生长受到限制,但是国家粮食安全战略则要求必须加大力度“向盐碱地要粮”。大量研究证明,适宜浓度木醋液可以有效改善盐碱土理化性状,从而提高盐碱土生产力。文章列举了不同种类木醋液理化性质和成分含量,描述了木醋液施用浓度的范围,总结了木醋液施入盐碱土后,土壤物理、化学、微生物、酶活性以及植物生长情况的变化,以为木醋液应用于盐碱土壤中提供理论参考。

不同浓度腐殖酸对小白菜生长及生理特性的影响

本试验以“玲珑黄515”新型小白菜为试验材料,研究腐殖酸对小白菜生长发育与品质的影响。结果表明:椰糠基质栽培下,施用腐殖酸能不同程度地促进小白菜叶片和植株的生长,促进了株高和产量,增加了植株鲜重、植株干重和主根直径,提升了还原糖、可溶性蛋白及可溶性糖含量,从而有效提高产量和品质;采用隶属函数分析法得到腐殖酸不同浓度处理下小白菜生长和品质指标综合评分为:T2(0.78)>T1(0.68)>T3(0.50),因此,与T1和T3处理相比,T2处理对小白菜生长和品质指标促进作用更为明显,腐殖酸“最适”添加浓度为2.5%。本研究通过腐殖酸肥效试验结果,揭示其小白菜农艺性状和生理特征的影响,以期为推广腐植酸的使用和小白菜绿色高效生产提供一定的理论依据。

土壤调理剂添加对风沙土质量及紫花苜蓿生长的影响

土壤调理剂是矿产固体废弃物的生态化和资源化利用的重要途径。采用室内盆栽试验,试验处理包括S(不施肥)、SF(施复合肥)、S10(施10 g土壤调理剂)、S50(施50 g土壤调理剂)和S100(施100 g土壤调理剂),水分处理包括D(干旱)和CK(对照),研究土壤调理剂添加对风沙土质量及紫花苜蓿生长的影响。结果表明:(1)土壤调理剂的施加显著降低了土壤的pH;随着土壤调理剂施加量的增加土壤电导率、脲酶活性、过氧化氢酶活性以及蔗糖酶活性均显著增加。土壤有效磷、碱解氮含量相对S处理有所提高,但未达到显著水平。(2)土壤饱和含水量随着添加量的增加显著增加,但水分散失量正好相反。(3)紫花苜蓿株高和植物干重均在处理S10最高,显著高于SF,但随着土壤调理剂施加量的增加呈现逐渐降低趋势。结果表明,施加粉煤灰土壤调理剂对榆林风沙土的质量有较为明显的改良效应,特别是保水效果显著,且施加10 g土壤调理剂时对苜蓿生长效应最佳。

矿区改扩建工程排矸场水土流失量预测研究

煤矿改扩建工程的实施,造成原地貌被破坏、扰动,水土保持设施被破坏,弃土弃渣量的增加,从而使项目区水土流失量加剧。本文针对石圪台煤矿改扩建期间排矸场的水土流失量进行预测研究,结果表明:在预测期内水力侵蚀为1.5万t,占新增水土流失量的58%;风力侵蚀为1.1万t,占新增水土流失量的42%。结果可为其它地区的开发建设项目水土流失预测提供借鉴作用,为工程侵蚀的评价与水土保持方案的编制提供科学依据。

采用灰色关联度法评价施用土壤调理剂后的盐碱沙荒地土壤质量

针对盐碱沙荒地土壤肥力低、保水保肥性差的问题,以中科羊草为指示作物,研究碳基土壤调理剂不同施用量0(CK)、1.0(SC-T1)、1.5(SC-T2)、2.0(SC-T3)、2.5(SC-T4)、3.0(SC-T5) t/667 m^(2)对盐碱沙荒地土壤性状和植物生长的影响。通过相关分析和灰色关联度分析,评价碳基土壤调理剂对盐碱沙荒地土壤质量的作用。结果表明:(1)施用碳基土壤调理剂能有效改善盐碱沙荒地土壤的理化性状和微生物性状,与CK相比,施用调理剂处理的土壤孔隙度均有所提升,其中SC-T1、SC-T4较CK分别高7.65%、7.04%。与CK相比,SC-T1、SC-T2、SCT3、SC-T4、SC-T5的Chao1指数分别高1.65%、10.9%、4.72%、0.48%、6.21%;Shannon指数分别高1.60%、5.34%、3.10%、1.07%、4.27%。施用调理剂处理的土壤pH有所降低,有机质质量比显著增加,其中SC-T4、SCT5的有机质质量比较CK高51.85%、73.99%。(2)施用碳基土壤调理剂改良盐碱沙荒地土壤质量的关键影响因子有pH(0.95)、Shannon指数(0.95)、土壤孔隙度(0.93)、土壤容重(0.91)。(3)由灰色关联度分析得出,施用碳基土壤调理剂处理的土壤质量综合评价得分均高于CK,其中SC-T2的评分最高,其综合改良效果最好。

煤基固废生态化利用研究进展

煤基固废大量堆存的现状不仅是对资源本身的浪费,而且会对周边环境造成污染,从而对人类生存环境造成威胁。在环保政策的压力下它的处置已成为倒逼企业运行的重要压力之一。以产生量大、利用受限、污染严重的煤基工业固废为切入点,以实现煤基固废高值化、规模化消纳和资源化利用为目标,综述了煤基固废产生、性质及其综合利用现状,重点阐述了煤基固废在土壤改良、共堆肥、环境污染修复等生态利用方面的研究现状,对其生态化利用潜力进行了分析,并对煤基固废未来在环保材料及矿区生态修复治理技术等方面的应用前景进行了展望。

碳达峰碳中和约束下北方能源型城市低碳发展路径

应对“双碳”目标,国家鼓励突出区位优势,形成各具特色的地方低碳发展模式。作为北方能源型城市之一,榆林市面临碳排放基数大、生态治理形势严峻、重煤依煤度持续增长等问题。为此,通过剖析榆林市产业结构特征及影响,结果表明:榆林市2020年CO_(2)排放量2.11×10^(8)t,以电力(39.9%)、兰炭(24.0%)和煤化工(17.1%)行业为主,生态碳汇仅占排放量的6.5%,开发潜力较大;提出了“1个思路、6项工程”的碳中和实现路径,即优化管理思路,实施节能降碳技改,生物质碳转化利用,碳捕获、利用与封存,农林(草)业碳增汇,清洁能源开发利用和碳金融服务6项工程;基于“以废治废”理念,提出了将固体废弃物改性无害化处置后制备土壤改良剂,用于碳汇林(草)业建造及绿色矿山建设的行动方案。研究可以为北方能源型城市中长期碳中和政策制定提供参考依据。

蚯蚓肥复配土壤调理剂对盐碱地土壤性质及中科羊草生长的影响

通过大田试验,研究不同蚯蚓肥复配土壤调理剂(SA1(蚯蚓肥1.50 kg/m^(2),土壤调理剂3.00 kg/m^(2))、SA2(蚯蚓肥2.25 kg/m^(2),土壤调理剂2.25 kg/m^(2))和SA3(蚯蚓肥3.00 kg/m^(2),土壤调理剂1.50 kg/m^(2)))和空白对照对盐碱土理化性质和中科羊草生长的影响,以期为蚯蚓肥复配土壤调理剂改良盐碱地提供一定的理论支撑。结果表明,蚯蚓肥复配土壤调理剂能有效改善盐碱土物理性质,与空白对照相比,SA1、SA2、SA3处理土壤含水率得到显著提升,分别提高3.32%、12.96%和27.68%,容重分别降低4.61%、3.31%和6.62%;蚯蚓肥复配土壤调理剂能够有效改善盐碱土化学性质,与空白对照相比,SA1、SA2和SA3处理的pH值分别降低5.18%、8.15%和5.73%,有机质和速效养分相较于空白对照得到显著提升,其中,有效磷提升最为显著,SA1、SA2和SA3处理分别提升54.67%、105.95%和129.76%;与空白对照相比,SA1、SA2和SA3处理的株高、生物量和叶面积均得到显著提升,其中,SA3处理的株高、生物量及叶面积提升最为明显,且均达到显著水平,分别增加12.36%、136.34%和96.53%。由主成分分析可知,SA3处理的得分为2.70,综合改良效果最佳。综上,施用蚯蚓肥复配土壤调理剂可以作为改善盐碱土理化性质、促进中科羊草生长的有效措施。

黄瓜β-酮脂酰辅酶A合成酶基因CsKCS11的功能初步分析

为了鉴定和挖掘黄瓜β-酮脂酰辅酶A合成酶(β-KetoacylCoAsynthetase,KCS)编码基因,以设施黄瓜为材料,通过转录组测序鉴定、基因克隆与表达载体的构建、干旱胁迫下的表达分析和转化拟南芥等方法,研究了CsKCS11的生物学功能。结果表明,黄瓜CsKCS11基因(NCBI登录号OL660537)的开放阅读框为1542 bp,编码513个氨基酸;序列分析表明,CsKCS11蛋白亲疏水性平均值(Gravy)为-0.083,为亲水性蛋白,二级结构中α螺旋、无规则卷曲、延伸链和β转角所占比例分别为44.64%、35.48%、15.20%和4.68%;系统进化分析表明,CsKCS11与冬瓜KCS11蛋白亲缘关系最近;同时将CsKCS11转化拟南芥,转基因拟南芥后代植株具有抵御干旱胁迫的能力;干旱胁迫下的表达分析表明,黄瓜CsKCS11能够被干旱胁迫诱导表达,且随着干旱胁迫时间的延长,其表达量呈现出先升高后降低的趋势,并且在干旱胁迫12h时达到最高。研究结果为进一步阐明黄瓜CsKCS11参与蜡质合成的机制奠定了基础。

气化渣复配沙土对苜蓿生长及其越冬返青的影响

新时期环保高质量发展迫使煤化工固体废弃物的综合利用成为当前亟待解决的课题。本文通过对比不同比例气化渣复配沙土对苜蓿生物学特征及越冬返青的影响,以期为气化渣生态化利用提供一定的科学依据。结果表明:(1)与CK相比,气化渣复配沙土处理的苜蓿株高增幅介于43.9%-56.5%,平均增幅为50.3%,其中处理15%苜蓿株高提升效果最好且达到显著性差异水平,增幅为56.5%,但随着气化渣施用量的增加,处理35%和45%的苜蓿株高逐渐降低;(2)与CK相比,气化渣复配沙土处理的苜蓿生物量增幅为14.6%-39.7%,平均增幅为28.5%,且均达到显著性差异水平,其中处理25%生物量最高,相较于CK增加了50.27%,处理15%次之,相较于CK增加了41.94%;(3)与CK相比,不同气化渣复配沙土处理的积温均有所提升,有效保证苜蓿的正常越冬,处理15%积温最高,相较于CK提高37.71%,与CK相比,处理25%返青率提升41.11%。因此气化渣复配沙土可以有效提高苜蓿返青率。