采矿活动和气候变化对煤矿区生态环境损失的影响

系统评价煤矿区生态环境损失驱动因素的相对作用力,对矿区土地资源配置和生态环境治理具有重要指导作用。该文从生态学的角度,以徐州矿区为例,选择植被净初级生产力作为统一气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的衡量指标,通过该指标实现气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的可比性。研究结果表明:1)矿区植被净初级生产力NPP变化是气候因素和采矿因素综合作用的结果,气候变化对NPP的影响范围为0.111～3.333g/(m2·月)(以每月每平方米植被生产的C计)之间,采矿活动对NPP影响的范围为90.525～107.892g/(m2·月),采矿活动对NPP的影响大于气候变化对NPP的影响,NPP变化对采矿活动具有敏感性。2)气候变化推动NPP是向正向发展,采矿活动推动NPP向负向发展。1987-1998年采矿活动是推动NPP变化的主导因素,1998-2005年气候变化是推动NPP变化的主导因素,2005-2008年采矿活动成为推动NPP变化的主导因素,同时,随着采矿活动的加剧,采矿活动对NPP推动变成主导因素,并且推动NPP向负向发展的比例在增大。3)在采矿活动破坏区内,采矿活动对矿区生态环境的影响具有主导作用,主要表现为耕地NPP的大幅下降,通过土地复垦措施增加林地的NPP,可改变矿区生态环境的发展方向;在采矿活动的影响区内,气候变化对生态环境的影响具有主导作用。     

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。     

基于综合环境效益的矿山复垦规划研究

根据国家相关规程与法律,结合地方经济发展特点,通过个例阐述矿山复垦规划与地方经济发展的协调问题。结果表明:统筹矿区各类土地的功能并与开采设计相结合,可使矿区土地复垦和生态修复与采矿活动同步进行;对采矿引起的土地功能退化等问题,可通过工程、生物等综合措施来恢复。矿山复垦规划对地方经济科学发展至关重要,有效控制开采有利于矿区土地、生态环境的保护,可使受破坏的土地得到迅速恢复,实现矿山开发利用与经济社会的协调发展。     

基于RS与GIS的平朔露天矿区土地利用类型与碳汇量的动态变化

为了研究矿区土地复垦与生态重建对陆地生态系统碳素生物地球化学循环的影响,以平朔安太堡露天煤矿为研究对象,通过遥感影像解译,对矿区1976-2009年33a期间的土地利用类型与碳汇量变化进行了研究。结果表明:1)由于采矿活动和土地复垦工程的交互影响,矿区5224.98hm2范围内土地利用类型发生了巨大变化:3346.35hm2的耕地和906.45hm2的林地全部转化为工业广场、剥离区、露天矿坑、未复垦的排土场和已复垦的排土场,其中复垦面积为1167.72hm2;2)矿区生态系统的碳汇量和碳汇价值,分别由1976年的602040.22t和63214.22万元,下降为2009年的351173.50t和36873.22万元;3)1990-1996年和2001-2005年期间,矿区生态系统碳汇量分别有所上升。通过设置研究区域在33a间"全部废弃地未复垦"、"全部废弃地常规复垦"以及"全部废弃地生态复垦"3种情景模拟,得出碳汇量分别为62279.57t、961622.2t和1250108.86t,说明采取科学的土地复垦与生态重建措施,有利于整个矿区生态系统碳汇量的增加。     

黄土高原彬长矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系

黄土高原矿区煤炭产量占全国70%以上,大规模开采活动导致区域内生态环境退化与土壤侵蚀加剧。然而,当前鲜有矿区土壤侵蚀时空特征及其与环境变化关系的定量研究,限制了煤矿区土地复垦与生态修复进展。为了探究矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系,为黄土高原煤矿区生态环境治理提供理论指导,该研究以彬长矿区为研究区,利用修订的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)分别模拟了矿区全区2003—2019年及沉陷区2014—2019年土壤侵蚀速率,探究了矿区全区及沉陷区土壤侵蚀特征,定量研究了降雨、地形和植被对土壤侵蚀的影响。结果表明：1)2003—2019年间,彬长矿区土壤侵蚀速率整体呈显著上升趋势(P<0.05),年份间差异较大,2003年土壤侵蚀最为严重,侵蚀速率为85.56 t/(hm²·a),2009年侵蚀程度最低,侵蚀速率为15.54 t/(hm²·a)。微度、轻度侵蚀主要分布于城区、黄土塬和河流阶地等平坦地区,其空间分布在不同年份间基本保持一致,其余侵蚀类型主要分布于煤矿开采区...     

采煤沉陷区土地复垦与生态修复模式探究

以兰州市窑街三矿矿区为例,结合矿区现状、经济以及社会特点,分析研究在不同条件下采煤沉陷区的土地复垦生态修复模式。为合理利用土地、优化土地利用模式,对采煤沉陷区不同特征地块提出不同模式的修复方案,为构建矿区和谐人居环境与生态环境提供理论指导。     

定量评估气候变化与人类活动对西北地区草地变化的相对作用

为了定量区分气候和人为因素在草地动态过程中的相对贡献,基于遥感数据和人为因素数据,结合CASA模型和Thornthwaite Memorial模型,定量评估了气候变化和人类活动对西北地区草地净初级生产力(NPP)的影响,结果表明:(1) 2000—2015年,西北地区83.2%的草地呈现恢复状态,而仅有16.8%的草地呈现退化趋势。NPP的增加量为18 645.56 Tg C,NPP损失量为428.16 Tg C。(2)人类活动是草地恢复的主要成因,其主导恢复的草地面积和NPP总量分别为1.11×10~6 km~2和10 478.4 Tg C。而草地退化主要由气候变化引起,气候变化主导的草地退化面积占草地总面积的9.97%,造成的NPP损失量341.76 Tg C。(3)西北地区草地恢复主要归因于草地保护政策实施,而干旱的缓解是草地呈现恢复的主要气候原因。草地退化主要由区域水热状况不均衡和不合理人类活动(人口增加、过度放牧和草地开垦等)造成。     

淮北市采煤塌陷区土地与生态恢复分析

分析了淮北矿区的生态环境特征和采煤塌陷区土地破坏的现状,根据市场经济发展的要求,指出了淮北矿区塌陷土地复垦的指导思想和原则,并根据淮北矿区的实际情况,提出了采煤塌陷区土地复垦的2大层次、3大类型、6种复垦模式。     

黄河流域矿区充填复垦泥沙供需状况及输沙路径分析

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地是减轻黄河淤积和提升矿区复垦率的有效途径,有助于改善区域生态环境。该文以黄河主要淤积河段及沿岸150km范围内的23个国家规划矿区为研究区,分别采用沙量平衡法和开采沉陷预计法估算了黄河流域矿区充填复垦泥沙的供给量和需求量,初步分析了适宜引黄充填复垦矿区并设计了概略输沙路径。研究结果表明:1950—2013年,黄河主要淤积河段的总泥沙淤积量约为144.31亿t;截至2013年,各规划矿区充填复垦总需沙量约为225.12亿t;综合考虑泥沙供需状况和输沙距离2个因素,包头、义马、焦作、郑州、肥城、黄河北、淄博7个近距离矿区和乌海、平顶山、晋城、鹤壁、新汶5个中距离矿区适宜黄河泥沙充填复垦,需沙量和需调用水量分别为90.19和148.81亿t;各适宜充填复垦矿区的概略输沙路径长度处于21.98～109.02km,总长度约为643km。研究成果可为黄河泥沙充填复垦技术推广提供前期专题性基础数据,为后续可行性研究、规划设计及充填复垦等相关政策制定提供参考。     

黑龙江省大庆地区植被和土壤碳氮储量的最新估算

利用1978年MSS多光谱数据、2008年中国资源卫星数据和野外实验数据,对黑龙江省土壤退化典型地区大庆地区的植被和土壤碳氮储量进行了估算。结果表明:大庆地区的植被平均碳密度1978年为0.58 kgm-2,2008年为0.67 kgm-2;土壤平均碳氮密度分别为(8.18±1.65)kgm-3和(0.37±0.11)kgm-3,土地覆被平均土壤碳氮密度分别为(7.53±2.16)kgm-3和(0.33±0.16)kgm-3。1978和2008年植被碳储量分别为9.38×106 t和1.04×107 t,30年期间植被碳储量增加了1.02×106 t;全区土壤总碳量为(1.65±0.33)×108 t,总氮量为(7.55±2.15)×106 t;全区土地覆被土壤总碳量为(1.52±0.44)×108 t,总氮量为(6.74±3.32)×106t。大庆地区的植被和土壤平均碳密度都低于中国的平均水平,应加强土地保护,防止土壤的进一步退化。     

矿山复垦土壤重构的概念与方法

本文从土壤学角度出发,对矿山土地复垦实践中的土壤重构问题进行了系统研究。提出了复垦土壤重构的概念,界定了土壤重构的内涵,对土壤重构进行了系统分类与概括,并提出了煤矿区土壤重构的一般方法。同时强调指出：土壤重构是土地复垦的核心内容;土壤剖面重构是土壤重构的关键;土壤重构需要与具体采矿工艺相结合：重构土壤的质量是检验土壤重构或农林草复垦成败的主要标准。     

Nematode assemblages indicate soil restoration on colliery spoils afforested by planting different tree species and by natural succession

Soil nematodes were studied in 28 afforested sites on clay colliery spoil from opencast mining in the Czech Republic. The afforestations had four replicate sites and were represented by 20–33-year-old plantations of oak, alder, linden, spruce, larch, pine, and sites left to natural succession. The total abundance of nematodes in deciduous plantations plus natural successions was 1156 × 10³ ind/m² and in coniferous plantations 1236 × 10³ ind/m². The abundance of plant parasites and omnivores was significantly greater in deciduous than in coniferous plantations. The abundance of root–fungal feeders dominated by Filenchus was greater in spruce and pine plantations than in deciduous plantations. Bacterivorous Plectus predominated in larch plantations. Nematode assemblages in deciduous plantations had significantly greater numbers of species and genera, H’gen, MI, ΣMI, EI and SI values, and greater proportions of omnivores plus predators to other trophic groups than the assemblages in coniferous plantations. The nematode fauna indicated most advanced soil restoration on spoils under oak and alder plantations, intermediate under linden and spruce, and least under pine and larch. Nevertheless, some nematodes typical for developed forests were either found in low population densities (e.g. Teratocephalus) or were missing (e.g. Malenchus).     

我国煤矿区生态环境综合评价方法初探

从分析煤矿区生态环境破坏机制入手,综合考虑矿区自然与社会经济环境,提出了煤矿区生态破坏指数的概念,并建立了相应的计算公式。根据我国57个主要煤矿区生态破坏指数的计算结果,对我国煤矿区生态环境破坏程度进行了分级和评价。     

青海江仓圣雄煤矿矸石堆积对周边高寒湿地植被和土壤影响

针对高寒地区露天煤矿开采产生的煤矸石堆积对多年冻土区高寒湿地的影响问题,本文通过地面调查、取样比较,研究分析了矿区周边高寒湿地植被和土壤特征对煤矸石渣山堆积的响应。结果表明,矿区煤矸石堆积的4年时间已经对周边近、中、远不同距离(300m,650m,1000m)高寒湿地植被和土壤产生了一定程度的影响,引起原生莎草类盖度和高度减小,靠近煤矸石渣山区域的牧草高度降低,中距离杂草平均高度比近距离高2.65cm。矸石堆积造成周围土壤容重增加,全氮和有机质含量逐渐减少,远距离0-10 cm土层全氮和有机质平均含量分别是近距离的1.16和1.20倍。高寒湿地土壤真菌和放线菌数量减少, 0-10cm土层近距离样区真菌数量仅为中距离的51.8 %,中距离样区放线菌数量分别是近距离和远距离的4.32和3.4倍。除锌元素和镉元素以外,煤矸石堆积没有显著影响土壤砷、铬、镍、铜、汞、铅等6种重金属元素含量。随机森林算法分析表明,杂草类高度,Zn元素含量,土壤容重、莎草盖度、有机质含量是煤矸石堆积对周围高寒湿地影响的主要因子。     

充填与非充填开采条件下煤矿沉陷区耕地土壤质量空间分布规律研究

为了研究煤矿井下充填开采是否能有效保护地表耕地土壤环境,保持土壤肥力,本文以皖北矿业集团公司五沟煤矿充填开采工作面与非充填开采工作面为试验区,在2个工作面对应上方地表分别划分试验区域和对照区域,进行采样、相关土壤指标检测及结果分析。试验区域(充填开采)包括:地表沉陷区坡脚B1处(点1?~点3?)、沉陷区坡面B2处(点4?~点6?)、沉陷区坡顶B3处(点7?~点9?);对照区域(非充填开采)包括:地表沉陷区坡脚A1处(点1~点3)、沉陷区坡面A2处(点4~点6)、沉陷区坡顶A3处(点7~点9)。每个区域分别在9个采样点内按照0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm 3个土壤深度分层采集土样,对土壤理化性质以及该区域小麦株高和经济产量进行了测定和分析。试验结果显示,充填开采区域土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质在3个土层的平均含量均高于非充填开采区域。试验观测期间,3月份B1处小麦株高小于A1处,5—6月B2和B3处小麦长势均优于A2和A3处,直至收割;小麦成熟时,充填开采区域经济产量高于非充填开采区。充填开采区域地块土壤含水量高于非充填开采区域。因此,本文认为充填开采比非充填开采更能保持开采区域上覆土壤的养分和水分。但与正常土壤背景值相比,充填开采区域上覆土壤仍存在某些营养元素(如有机质及磷元素)含量不足的问题,其作为农耕地需要加强人工活动的影响,如增施肥料、加强田间管理等。     

煤炭开发与环境建设协调发展的初探──华能精煤神府─东胜矿区环境治理进展简介

煤炭开发与环境建设协调发展是世界性问题,尤其对位于生态环境脆弱带的神府─东胜矿区,该问题的解决更为紧迫而艰巨.华能精煤公司自1987年开发煤炭以来,即以此为目标,在环境治理上进行了探讨和实践,已取得重要进展.近期又提出了加快治理力度的2000年治理规划设想,其根本的举措是把环境治理纳入煤炭开发的总体规划,两者同步实施.     

Tardigrade species composition in young soils and some aspects on life history of Macrobiotus richtersi J. Murray, 1911

In an afforested coal-mining site at Berzdorf, Germany, the soil tardigrade community was investigated. Tardigrade densities ranged from 300 to 33,600 individuals m⁻². Tardigrade distribution was very aggregated with standard deviations of up to 220% of mean densities. Fourteen species belonging to five eutardigrade genera were identified. Soils were dominated by the carnivorous tardigrade Macrobiotus richtersi that contributed 60% of overall densities. A comparison between nine soils of different forest ages (4–46 years) and tree species (poplar, alder, pine, mixed deciduous and mixed coniferous) showed no relationship of tardigrade species distribution and abundance to tree species, thickness of organic or litter layer, humus form, pH or soil moisture. Further, no correlation between nematode biomass and Macrobiotus richtersi abundances were detected. The age of afforested soils, however, affected tardigrade densities: younger soils (7–17 years) yielded higher tardigrade numbers compared to 46-year-old sites.Life history investigations on a strain of parthenogenetic Macrobiotus richtersi demonstrated a significant influence of temperature on egg development, survival rate, body growth and generation time. Hatching, first to fourth molts and maturing, on the other hand, were dependent upon body size alone. The simple, new culture method for carnivorous tardigrades described has successfully been utilized for parthenogenetic Macrobiotus richtersi for 6 years.     

榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤理化性质演变

以榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤为研究对象,运用野外调查取样和实验室分析检测方法,研究不同采煤塌陷年限下(1、2、5、10 a和未塌陷区)土壤理化性质演变特征,探讨采煤塌陷过程中土壤理化性质的响应及其机制。结果表明:(1)与未塌陷地相比,采煤引起地表塌陷初期(1~2 a)土壤体积质量、硬度、黏粒含量、含水量、有机质、速效氮、速效钾、有效磷、全磷和全钾含量均有显著减小,而土壤孔隙度、p H和沙粒含量增加,全氮含量变化不明显,土壤质量总体表现出一定的退化趋势;(2)塌陷区自然恢复条件下上述土壤指标在塌陷5 a后呈现出改善的趋势,其中土壤物理性质、全效养分和土壤水分指标恢复较快,在塌陷10 a后即可恢复至塌陷前水平;但土壤速效养分、p H和有机质经过10 a的土壤自修复仍未完全恢复,采煤塌陷对土壤质量的损害具有一定延续性。(3)采煤塌陷后土壤质量演变过程分析表明,自然恢复条件下塌陷区土壤大体经过3个演替阶段,即退化期(塌陷后1~2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢复期(塌陷后10 a)。     

Microbial community structure and relationship with physicochemical properties of soil stockpiles in selected South African opencast coal mines

At present, there is no comprehensive soil quality assessment practice for soil stockpiles in the South African coal mining industry. Soil microorganisms and enzymes are suitable indicators for soil quality monitoring. Therefore, this study investigated the microbial community and enzyme (beta-glucosidase and urease) activities in soil stockpiles of opencast coal mines in the coal-rich region of South Africa. Soil stockpiles of three opencast coal mines were sampled at depths of 0–20 cm (‘topsoil’) and >20 cm (‘subsoil’) across three seasons. Beta-glucosidase and urease activities were mostly higher in soil stockpiles than in unmined soils and were significantly influenced (P < 0.05) by the interaction of site and seasonal factors. However, analyses of PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) profiles of partial 16S rRNA gene and internally transcribed spacer 2 (ITS2) sequences revealed higher microbial diversity in unmined (reference) soils compared to soil stockpiles across all seasons. Redundancy analysis further revealed that microbial communities of topsoil were not significantly (P > 0.05) influenced by soil properties, whereas microbial communities of subsoils were significantly (P < 0.05) influenced by pH, organic carbon, total nitrogen and phosphorus contents. Furthermore, operational taxonomic units (OTUs) belonging to genera of known phytobeneficial species such as Azomonas, Aureobasidium, Phialocephala, Phoma and Sordariomycetes were detected in these soils. Overall, results suggest that the microbial community structure and diversity observed in stockpiles is impaired (compared to the unmined site), although variations in the microbial community structure of soil stockpiles across seasons are site-specific. The impaired microbial community of stockpiles may have negative implications on soil biological processes driven by microbes; especially those that are critical for nutrient cycling and ecosystem sustainability. More importantly, such alteration in soil biodiversity may impair post-mining land use capability of stockpile soils.