露天煤矿排土场不同植被土壤水分特征及其时间稳定性

选择晋陕蒙接壤区永利煤矿排土场沙打旺草地、紫花苜蓿草地、沙棘林地和原地貌草地土壤水分为对象,研究其蒸散、剖面分布、时间变化等特征,以期揭示土体重构及不同复垦植被模式对土壤水分及其时间稳定性影响。结果表明:排土场3种人工植被条件下土壤平均含水量同原地貌草地相比提高了50.7%~62.3%,另外,沙打旺复垦草地土壤含水量显著低于苜蓿复垦草地和沙棘复垦灌木林地(均降低了7.2%)。沙打旺和苜蓿会导致深层(120—260,120—220 cm)土壤水分亏缺,但有利于20—80 cm的土壤水分的保持;而沙棘易导致浅层(20—80 cm)土壤水分亏缺,但对深层(100—280 cm)土壤水分影响较小。上述结果说明,矿区排土场土体重构过程能够改善排土场土壤的水分条件,并且在进行植被重建的过程中,不同复垦植被对土壤水分的保持与利用形式有所不同,在本研究中,苜蓿和沙棘更有利于缓解土壤水分亏缺。     

矿区复垦土壤与植被交互影响的研究进展

土壤与植被作为煤矿区土地复垦主要成员,在生态恢复与重建方面扮演着重要角色。同时,土壤与植被之间存在着密切的交互影响关系,认识土壤与植被恢复间的交互影响关系及其作用规律与机理对土地复垦与生态恢复具有重要意义。本文系统梳理了复垦土壤与植被演替规律、交互影响研究方法以及交互影响机理。发现研究方法多为缺乏创新性的线性方法,且未能做到对植被与土壤交互影响的连续、动态研究和全面综合分析。在此基础上,提出了深入研究方向:创新植被与土壤交互影响的方法,加强植被与土壤交互影响的动态分析,强化交互影响机理的综合研究,以期为土地复垦与生态恢复研究提供新的视角。     

马家塔露天煤矿复垦区不同土地利用类型的土壤水分入渗过程研究

煤矿复垦区土壤结构重组,严重改变了其某些土壤物理性质,入渗过程也必然受到影响,因此以马家塔露天煤矿为研究对象.利用圆盘入渗仪研究分析复垦区4种土地利用类型(荒地、草地、灌木、林地)下土壤在3种负压(-15 cm,-3 cm,0 cm)下水分入渗过程及其影响机理,探讨了土地利用类型及复垦方式对煤矿复垦区土壤的水分运动过程的影响,为矿区土壤复垦及植被恢复提供理论基础.     

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。     

干旱、半干旱地区土壤水分研究进展

土壤水分在干旱、半干旱地区生态系统中起着重要的作用。在简要总结土壤水分与植物关系、土壤水分与土壤呼吸关系、生物土壤结皮对降水再分配过程的影响、土壤水分时空动态、土壤水分监测技术五个方面研究进展的基础上,认为未来干旱、半干旱地区土壤水分研究在土壤水分平衡、土壤水分与土壤呼吸作用、土壤水分监测技术的改进等几个领域还有待于深入。     

季节性冻土区包气带水汽热耦合运移研究进展

季节性冻土区占据中国超过一半的国土面积,冻融作用会显著改变土壤性质与包气带水、热传输过程,并且由于季节性冻土广泛分布在干旱半干旱地区,温度与气态水对于土壤水分运移影响显著,开展水汽热耦合研究不仅更符合季节性冻土区实际情况,同时对于揭示土壤水循环机制十分关键。本文综述了包气带水汽热耦合运移理论的提出与发展历程,阐述了季节性冻融作用对水汽热耦合运移研究中水力参数及水分相态转化过程的影响,探讨了水汽热耦合模型适用性,并归纳总结了温度梯度驱动下气态水运移规律及其重要性。最后,对该领域尚需加强研究的方向提出看法与建议,以期为深化包气带水汽热耦合运移理论以及解决季节性冻土区相关实际问题提供科学依据。     

土壤干化的水文生态效应

应用土壤-植被-大气传输模型(SVAT-model)——CoupModel,对黄土丘陵沟壑区农地(马铃薯)、林地(刺槐林)、采伐迹地(刺槐被砍伐)和荒草地(天然灌草)的土壤水分变化进行了模拟。分析了不同植被覆盖条件下土壤干化程度、气候干旱和植被耗水对土壤干化的贡献率以及土壤干化的水文生态效应。研究结果表明:农地不存在土壤干化现象,刺槐林地、采伐迹地和荒草地均存在明显的土壤干层,以刺槐林地最为严重;气候干旱和植被过度耗水对土壤干化的贡献率分别为70.74%和29.26%,气候干旱是导致土壤干化的主要原因;土壤干化可以导致土壤剖面水分交换深度变浅,土壤剖面水分的移动性变差,使土壤水库丧失77.58%~93.55%的调节能力,形成土壤水分循环的隔离层,增加植被生长对年度降水的依赖性。总之,土壤干化恶化了陆地土壤水文循环环境,影响植被的正常生长,不利于黄土丘陵沟壑区的生态环境建设。     

半干旱黄土丘陵区雨季土壤水分动态分析

降水是半干旱黄土丘陵区土壤水分的主要来源,雨季又是该区域降水发生的主要时期,因此对该区域雨季土壤水分进行研究具有一定意义。通过对半干旱黄土丘陵区雨季土壤含水量实施定位监测,对比分析雨季降雨量与近5年不同植被类型土壤含水量的关系,得到如下结论:(1)不同植被类型在雨季的土壤含水量主要受雨季以及雨季前一个月降雨量的影响;(2)雨季各个植被类型30~70 cm的土壤水分含量均较低;(3)干旱年雨季土壤含水量的变异性较普通年份和湿润年份高;表层土壤含水量变异系数最小,土层越深变异系数越高。对不同植被类型下雨季降雨与土壤水分相关关系的研究,旨在为今后该区域退耕地营林造林中的植被选取、低效林改造以及植被恢复重建提供理论依据。     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

退耕还林(草)对黄土高原不同土地利用方式下土壤剖面水分含量的影响

为了评估退耕还林(草)工程对黄土高原坡耕地土壤剖面水分含量变化的影响,通过整合分析研究了退耕还林(草)工程中,不同土地利用方式对土壤水分含量的影响。结果表明:退耕还林(草)使草原区和森林草原区土壤含水量显著降低,且随深度增加土壤水分含量呈下降趋势;而森林区土壤含水量未发生显著变化,且随深度增加,土壤含水量先增大再减小;退耕还林(草)导致3个分区中森林草原区土壤水分亏缺最严重。因此,干旱半干旱区进行植被恢复应依据当地自然条件和树种特性,选择合适植被恢复模式。     

干旱半干旱煤矿区联合接菌对土壤改良动态生态效应

针对干旱半干旱地区煤炭开采造成的生态破坏问题,利用微生物-植物-土壤的综合作用效应,可加快矿区受损生态的修复进程。为评价不同接种微生物在矿区生态修复过程中的动态作用效果,以神东矿区大柳塔采煤塌陷区的紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)为研究对象,通过原位监测,研究接种不同菌根真菌、解磷细菌或同时接种不同微生物处理对不同复垦年限下紫穗槐植株生长(株高和冠幅)、菌根效应(菌根侵染率和菌丝密度)、土壤养分及性质和复垦4 a不同生长季叶片养分和抗逆性的影响规律,以确定接种不同微生物菌剂对紫穗槐生长的影响和对土壤的改良效果。结果表明,与不接种相比,接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)、根内球囊霉(Rhizophagus intraradices)及解磷细菌(Bacillus megaterium)均能显著增加紫穗槐的株高和冠幅(P0.05),提高其生长旺盛期叶片的氮、磷和钾浓度,提高叶片氮钾的再吸收,降低叶片相对含水率,提高7-9月份叶片脯氨酸、可溶性糖的积累,显著降低土壤pH值(P0.05),提高土壤易提取球囊霉素、总提取球囊霉素、碱解氮、速效磷和速效钾等指标的含量。不同接种处理对紫穗槐生长、菌根侵染率、叶片抗逆性、土壤氮磷钾养分、易提取球囊霉素和总提取球囊霉素含量的影响随着复垦时间的延长具有显著的协同作用。摩西管柄囊霉与解磷细菌同时接种在复垦4 a后仍能促进紫穗槐菌根效应的发挥,促进植物生长,提高植物的养分和抗逆性,改良土壤,在干旱半干旱煤矿区生态修复进程中具有积极作用。     

黄土沟壑区采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征

  目的  探究半干旱榆神府矿区采煤塌陷地不同土地利用类型地表土壤损害程度和机理。  方法  选择榆神府矿区黄土沟壑地貌下林地、耕地、园地和草地4种不同土地利用类型,分析地表塌陷前后土壤物理、化学和生物学性质的变化特征,通过主成分分析和排序探讨采煤塌陷对不同土地利用类型土壤性质的影响。  结果  4种土地利用类型地表塌陷1 ~ 2年内土壤性质均朝着水分、养分减小的方向发展,但不同土地利用类型塌陷地土壤损害特征具有明显差异,其中草地的土壤机械组成和养分含量、林地的速效养分特征、园地的砂粒含量各自变化较显著;土壤机械组成、有机质和水分含量是影响榆神府矿区土壤质量变化的关键因子;在矿区损害地土壤系统修复过程中,除必要的塌陷地充填外,草地还需采取人工施肥、补水和微地形改造等措施,林地还需施加氮磷肥辅以相应的微生物菌剂,园地和耕地损害较小可减小人工干预。  结论  半干旱或干旱区煤炭开采塌陷地在生态修复过程中,针对不同土地利用类型土壤损害程度与成因采取对应的恢复措施,有利于矿区生态环境高效和高质量恢复。     

基于区域特征的煤炭开采沉陷对土壤特性影响研究进展

  目的  从区域特征的角度出发,对我国采煤塌陷区土壤特性的现有研究进行分析,并尝试总结出区域间研究结果的异同点,以期为采煤塌陷地的修复与综合治理提供依据。  方法  采用CiteSpace和VOSviewer软件,自CNKI 和Web of Science核心数据库中选取1993 ~ 2021年采煤塌陷区土壤特性领域的相关文献,从关键词、研究区域等方面进行可视化分析。  结果  ① 近年来该领域发文数量总体呈增长趋势。② 研究区域的选择有明显的区域集中特征,依据其区域特性可划分为中东部平原区、西北风沙区、黄土沟壑区、西南山地丘陵区四个类型。③中东部平原矿区地势平坦,多位于高潜水位地区,土壤含水量受开采沉陷影响较大;黄土沟壑矿区地形多起伏,塌陷区地表变形严重,物理性黏粒减少,土壤容重减少;西北风沙矿区多位于干旱半干旱地区,生态环境脆弱,开采沉陷使得土壤细小颗粒流失,土壤容重显著降低;西南山地丘陵矿区主要分布在山区,雨量充沛,塌陷区土壤容重显著增加。  结论  煤炭开采沉陷对土壤特性的影响受多种因素的限制,使得土壤颗粒与结构、土壤含水量、土壤养分等特性发生变化,且在不同区域呈现出不同的变化规律。     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

土壤墒情自动测报系统在绿洲农业区的应用

目前对采用水文干旱方法，即通过监视农田墒情的变化来建立抗旱决策信息系统研究还很少，文章阐述在干旱灌区建立土壤墒情监测预报和灌溉决策信息系统的重要性，提出适用于干旱灌区的土壤墒情监测方法和作物灌水预报模型，对土壤墒情自动测报及灌溉决策系统的信息传输、结构及功能作了详细论述。研究表明，通过计算机信息技术对农田墒情、气象信息、灌溉用水以及农业生产等综合信息实行一体化系统管理，提高了灌溉管理水平，节约了水资源。研究成果在干旱、半干旱地区具有参考和应用价值。     

风化煤对晋陕蒙矿区排土场新构土体土壤呼吸的影响

为探讨风化煤添加对晋陕蒙矿区排土场沙黄土及砒砂岩掺混沙黄土等新构土体土壤呼吸特征的影响,该文设置沙黄土、沙黄土+风化煤、沙黄土+风化煤+砒砂岩掺混、沙黄土+砒砂岩掺混的4种新构土体,采用Li-8100土壤呼吸测量系统测定田间土壤呼吸,分析了不同土体重构方式土壤呼吸特征及其与土壤水热因子的相互关系。结果表明：1）风化煤添加后沙黄土+砒砂岩土体与沙黄土土体土壤呼吸速率分别提高了35.2%（P<0.05）和17.1%,沙黄土土壤呼吸日变化为单峰曲线,风化煤添加后日变化呈双峰曲线。2）各土体土壤呼吸与土壤温度均呈极显著的指数函数关系,vant' Huff模型可用来模拟各土体土壤呼吸对土壤温度的响应。3）监测期内土壤含水率整体较高,土壤呼吸与土壤水分具有一定的线性关系,但不显著。土壤呼吸与土壤温度、水分多元线性分析结果也表明,监测期内新构土体土壤呼吸与土壤温度显著相关,与土壤水分相关性不显著,土壤温度可以解释土壤呼吸的大部分变异。综合研究结果表明风化煤促进了新构土体土壤呼吸,提高了碳释放速率,同时也改变了土壤呼吸日变化格局。研究阐明了添加风化煤对矿区新构土体碳通量释放的影响,对评估风化煤添加土体优缺点,估算未来局部碳变化具有积极意义。     

干旱-半干旱地区不同植被条件下土壤含水量变化及植被建设途径分析

以黄土高原中北部丘陵沟壑区至风沙滩区这一特殊的过渡区域为例,对干旱-半干旱地区土壤含水量空间分异进行了分析,并对该区植被恢复途径进行了探讨.研究结果表明:(1)土壤含水量具有由北向南递增的趋势,这种趋势主要受控于降水的地带性格局,越向干旱地区,土壤含水量越不稳定;(2)不同植被类型下,草地土壤含水量较高,随土壤深度增加呈上升趋势;林地含水量较低,随深度增加呈下降趋势,且土壤干层广泛发育.草地水分的变异程度小于林地,其土壤水分较为稳定;(3)榆林样点位于古湖盆滩地的环境条件下,其土壤含水量较高,超过了半湿润地区的土壤含水量.干旱-半干旱地区进行生态恢复过程中,大面积进行植树造林是不可取的,应以草地建设为主,在某些特殊的古湖盆地质条件下,可进行部分植树造林.     

粮食主产区煤炭资源开发与农用地生态补偿机制

[目的]定量测算煤炭资源开采对农用地生态环境影响,构建矿产资源开发与农用地生态补偿新机制。[方法]以黑龙江省粮食主产区鸡西市东山煤矿为例,采用市场价值法、排污费及机会成本法。[结果](1)煤炭资源开发直接影响农用地完整性及粮食生产,间接影响生态环境及矿区居民健康。(2)资源开发企业造成生态损失由破坏及受益企业承担补偿,不明确破坏主体及历史遗留矿山生态环境损害由政府作为生态补偿主体;矿产资源开发对现代农业产区水土资源造成长期及不可逆转性的生态环境损害,土地整理复垦及高标准农田建设是粮食主产区重要补偿客体,生态环境治理区及矿区居民也是补偿客体。(3)鸡西市东山煤矿开采与农用地生态补偿为947.20万元/a,补偿标准为煤炭产值的2.92%。(4)政府以财政转移支付作为生态补偿方式,矿产开发企业以资源开采与农业生态补偿标准形成保证金制度,保证履行生态治理义务。[结论]粮食主产区煤炭资源开发与农用地生态补偿机制应构建以受益企业及政府为补偿主体、土地整理复垦及高标准农田建设项目区、生态环境治理区及矿区居民为补偿客体,测算煤炭开发对农用地的直接及间接影响作为补偿标准,建立多元化的补偿方式。     

基于生态风险评价的采煤矿区土地损毁与复垦过程分析

煤炭开采和复垦活动带来强烈的地表变化和生态环境扰动。该文以山西省平朔矿区为例,通过构建评价模型分析采煤矿区的生态风险动态变化。通过采用最小损毁累积模型测算风险源累积损毁影响值,利用遥感影像结合野外实测数据计算生态脆弱度指数,得出矿区2001年和2010年矿区生态风险值,分析不同开采年份中矿区由于采矿和复垦活动带来的生态风险变化。结果表明:随着煤炭产量的增加,2010年土地损毁的累积影响范围比2001年增长了7 095.17 hm2;但是已复垦排土场的损毁累积危害下降明显,并且随着矿区扰动区域的东移,采矿对研究区西部的影响也在减弱。经过10年的土地复垦与生态重建措施,已复垦的排土场生态风险值呈下降趋势,生态系统趋于稳定。在采矿扰动区中,2001年处于中等风险及以下的区域占比为0.02%,到2010年为16.77%。特大型采煤矿区扰动范围较大,但是采后土地复垦有助于降低局部生态风险的影响。通过研究矿区土地损毁情况、复垦过程和复垦后的状态,分析不同区域生态风险的动态变化,可以为矿区的生态环境治理和区域发展规划提供参考,为矿区管理和相关决策提供科学依据。     

矿区土地利用分形特征动态变化

为了揭示矿区土地利用结构的空间行为和迁移状况,以徐州城北矿区3期遥感数据为数据源,利用GIS空间分析技术,选取土地利用形状分维数、计盒维数、半径维数、分枝维数4个指标对3个时期（1978年、2000年和2011年）矿区土地利用结构的复杂程度、稳定程度、空间占比、衰减状况和相互渗透程度进行多角度分析。结果表明,矿区土地呈现明显的分形特征,由于煤炭资源的开采、复垦项目的实施和城市化进程的加快,各地类的分形特征均发生了不同程度的变化：5种土地利用类型中,水域和耕/园地受煤炭开采和复垦活动的扰动较大,形状分维数和分枝维数均呈现先增加后降低的趋势,而城镇/工矿用地受城市化进程的影响,形状分维数持续增大,趋于不稳定;由于煤炭资源的开采,占用了大量耕地,使原本规整的耕地变得支离破碎并形成零星的塌陷积水区,使耕/园地的计盒维数和半径维数降低,而由于复垦项目的实施,使得水域斑块面积增大,使水域的计盒维数和半径维数增大;相关分析结果表明4个指标中计盒维数与半径维数和形状分维数与分枝维数两两间存在较弱的相关性。综上所述,煤炭资源的开采、矿区土地复垦和城市化是区域土地利用分形特征与结构稳定变化的主要驱动因素。