矿区土壤裂隙优先流对土壤铵态氮迁移及土壤结构的影响

针对煤矿地下开采对矿区土壤土壤质量的影响问题,采用构建原状土壤二维模型的物理模拟试验研究方法,模拟研究煤矿开采过程中,由降水引起土壤铵态氮迁移及土壤结构的变化特征。结果表明,煤矿地下开采过程不仅引起地表沉陷,改变地面坡度,加剧了地表径流对土壤铵态氮养分的水平方向和剖面方向的运移强度,同时因沉陷作用伴生的土壤裂隙而加剧了铵态氮由表层向深部的迁移流失。在试验区地面沉陷长度为1.2 m的范围、坡度为2.1°,模拟降水强度60 mm/h,总降水122 mm的试验条件下,坡地表层土壤铵态氮含量平均降低了14%;在剖面上,表层铵态氮质量分数8.8 mg/kg的峰值迁移至30 cm深度,含量峰值深度下移;沉陷区不同部位的土壤颗粒结构组分发生变化。其中坡顶的细颗粒组分黏粒(≤2μm)含量减少,粗颗粒砂粒组分增加。位于沉陷坡地坡顶的土壤黏粒组分由原来的2.5%下降到2.1%,在沉陷坡地1.2 m的距离范围内,土壤黏粒含量平均流失率为16%。而粗颗粒组分(≥50μm)的砂粒组分由原来的3.2%变为3.8%,砂粒组分含量增加率为3.6%。与此同时,位于坡底土壤黏粒由原来2.5%增加到2.8%,黏粒含量累计增加率为12%。土壤裂隙优先流成为煤矿开采沉陷区水土流失重要的驱动因素。该研究可为提高矿区耕地质量和利用效率提供参考。     

烘焙生物质与煤不同配比混合物的流动及下料特性

在BT-1000粉体综合特性测试仪和有机玻璃下料试验系统上,分别进行了烘焙生物质与煤粉二元混合物的流动及下料特性试验,重点探讨了烘焙生物质质量分数对烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的影响规律,并对不同烘焙生物质与煤粉混合物流动特性的差异进行了比较;进而考察了烘焙生物质质量分数(0~100%)和下料口直径(15、17、21、24和27 mm)对烘焙生物质与煤粉二元混合物下料特性的影响规律,并提出了预测烘焙生物质与煤粉二元混合颗粒系统下料质量流率的经验公式。结果表明:随着烘焙生物质质量分数的增加,混合物的休止角和压缩度逐渐增大,Carr流动性指数(FI)逐渐减小,混合物的流动特性逐渐变差。与休止角法和压缩度法相比,采用Carr流动性指数法对于烘焙生物质与煤粉二元混合物流动特性的评价更加细致全面。该文所研究的4种原料的FI从大至小依次为:无烟煤1无烟煤2烘焙生物质1烘焙生物质2。对于4种不同烘焙生物质/煤粉混合物,其流动特性由一般(common)过渡至较差(poor)的转折点(即FI=60)所对应的烘焙生物质质量分数从小到大依次为:无烟煤2(平均粒径为120μm)/烘焙生物质2(平均粒径为115μm)(34%)无烟煤1(平均粒径为250μm)/烘焙生物质2(52%)无烟煤2/烘焙生物质1(平均粒径为230μm)(70%)无烟煤1/烘焙生物质1(85%)。随着烘焙生物质质量分数的增加,不同烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐减小。混合物的下料过程是否能够正常进行主要取决于混合物中烘焙生物质的添加量,即烘焙生物质的质量分数,其下料极限生物质添加量可以通过测定烘焙生物质/煤粉混合物的FI进行预测。当烘焙生物质的添加量使得烘焙生物质/煤粉混合物的FI55时,即流动特性处于较差(poor)且接近非常差(bad)的区域,甚至进入非常差(bad)范畴时,混合物的下料过程将无法进行。随着下料口直径的增大,不同配比的烘焙生物质与煤粉混合物的下料质量流率均逐渐增大。该文所获得的不同配比烘焙生物质与煤粉混合物下料质量流率经验公式可以在-15%到+25%的误差范围内对烘焙生物质与煤粉二元混合物的下料质量流率进行较好地预测。     

矸石添加对铜尾矿中香根草生长及生理生态的影响

为了探索矸石作为改良剂用于尾矿生态修复,通过盆栽试验,将矸石按一定比例(0,1%,2.5%,5%,10%和15%)添加入铜尾砂,基于铜尾砂理化性质变化,探索矸石对尾砂中香根草生理生态的作用特点。结果表明:矸石添加入铜尾砂后,提高了基质pH、有机质和营养元素含量,降低了有效态重金属浓度(Cd、Cu、Pb和Zn),改善了尾矿贫瘠环境。随矸石添加比例增加,香根草体内重金属浓度呈下降趋势,生物量和光合色素含量呈现低促高抑性变化。同时,可溶性蛋白质和脯氨酸含量随矸石添加比例增加而增加,MDA随添加比例增加而降低,低添加比例的矸石选择性提升了SOD和CAT酶活性,增强了香根草清除体内多余活性氧的能力。矸石加入铜尾砂可稳定铜尾矿中有效态重金属,也能在一定添加比例内,提高香根草抵御铜尾矿胁迫环境的能力。     

西北干旱荒漠区煤炭基地生态安全保障技术

"西北干旱荒漠区煤炭基地生态安全保障技术"项目(2017YFC0504400)是国家重点研发计划项目,贯彻包括《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》(2015)、《全国造林绿化规划纲要(2011—2020年)》以及国家"十三五规划"—煤炭清洁高效工程等关于矿区生态修复的各项国家相关政策,加强项目实施与创新发展战略、"一带一路"战略的密切结合。项目从基础理论研究、关键技术研发、工程示范等多个层面出发,明确西北干旱荒漠区煤炭基地生态退化机制,研发水土资源保护与高效利用、沙尘防控、植被恢复关键技术,并进行煤炭基地生态恢复工程示范,旨在为西北干旱荒漠区煤炭基地生态恢复与生态保障提供技术支撑。     

基于推理条件和规则的废弃露天矿坑再利用方式选择

为了更好地实现废弃露天矿坑的再利用,并对再利用方式进行科学的选择,该文以废弃露天矿坑为研究对象,从限制性角度着手提取了矿坑条件、自然条件、其他条件3类17个条件项,形成58个推理条件和13条推理规则,构建了基于"推理条件-推理规则"的废弃露天矿坑再利用方式选择方法,并运用此方法对平朔煤矿露天矿坑再利用方式进行选择。研究结果表明:经过初步推理,研究区可用于生态保护基地、垃圾填埋场、旅游文娱、光伏发电基地,且这4种再利用方式可进行组合与协调;决策结果需通过更加详细的分析及多方案比选后确定,一般情况下为推理结果的子集,也可能为空集。该研究可为闭矿或即将闭矿的露天矿坑再利用提供参考。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳储量的影响

植被恢复是既能保持磷矿开采同时又能有效扼制矿区生态环境的退化,并逐步恢复已退化的矿区生态系统最有效的生物措施。为揭示植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳和碳素积累的影响,研究探讨了昆阳磷矿不同恢复林地的土壤有机碳储量变化。结果表明:（1）不同恢复林地的土壤有机碳含量存在显著差异（p < 0.05）,7种不同植被恢复人工林土壤平均有机碳含量分别是废弃地的14.29倍、11.83倍、11.40倍、5.89倍、15.48倍、15.59倍、18.53倍。（2）土壤有机碳在剖面的含量表现出明显的“表聚作用”,均以表土层（0—20 cm）最大,且随土层厚度的增加,呈下降趋势。（3）不同恢复林地的土壤有机碳密度差别较大,变化趋势和土壤有机碳含量的变化趋势一致,且在同一林分土壤中,单位深度土壤各土层平均有机碳密度均以表层最大,随土层的增加而降低。（4）土壤有机碳主要存储于0—20 cm土层中,平均含量为53.60%,随着土层的加深,土壤有机碳所占比重急剧下降,经过植被恢复,7种人工林土壤有机碳储量较废弃地0—20 cm土壤有机碳储量提高了26.53%,20.39%,34.48%,10.81%,28.62%,39.52%,36.71%,说明目前矿区通过植被恢复后的土壤状况显著优于未进行恢复措施的废弃地。     

基于Meta分析的神府榆采煤塌陷区植被变化研究

采煤塌陷是发生在井采矿区的一种严重的地质灾害。为了定量评估采煤塌陷对植被的影响,在收集有关神府榆采煤塌陷区植被研究文献的基础上,采用Meta方法对现有的20多份研究结果进行了整合分析。结果表明:植被盖度在塌陷发生初期有所下降,塌陷两年后又呈上升的趋势,并超过塌陷前水平。经塌陷干扰后,矿区主要优势种有一些变化,一般而言,地表植物种数在塌陷发生1~2 a后有一定程度的增加,且塌陷区新增的植物种多是以沙米（Agriophyllum squarrosum（Linn.）Moq.）、角蒿（Incarvillea sinensis Lam.）等为主的短命或类短命荒漠植物。塌陷区植被变化特征展示了自然恢复在植被建设中的重要作用。神府榆矿区,以至黄土高原的生态建设需要采取自然修复为主与人工修复相辅的方式整体推进。     

基于Landsat TM/OLI影像的兖州煤田水域面积动态监测

为揭示东部高潜水位矿区地表水体的时空演变规律,该文以兖州煤田为研究区,在比较改进归一化差异水体指数法、单波段阈值法、谱间关系法、K-T变换4种水体提取方法的精度及优缺点基础上,采用基于阈值分割的改进的归一化差异水体指数法提取了研究区1990-2014年的水体信息并分析了其时空变化特征.研究结果表明:从1990-2009年,兖州煤田地表水域面积增加了1 696.14 hm2,且2001-2005年水域面积扩张速度较快,年均增长率达14.0％,2009-2014年水域面积减少,年均下降率为3％:煤炭开采是研究区内水域面积变化的主要驱动因子.该文实现了煤矿区地表水体变化的动态监测,并分析了其变化原因,有助于客观与定量地评估煤炭开采的生态累积效应.     

Variations in pore distribution of reconstructed soils induced by opencast mining and land rehabilitation based on computed tomography images

Opencast coal mining is an anthropogenic activity that changes the antecedent soil profile, and it was important to understand the distribution characteristics of soil pore and then select suitable land rehabilitation measures. To better quantify the pore distribution characterization of reconstructed soils in opencast coalmine dumps, high-resolution and non-destructive computed tomography (CT) method was used to study the effect of opencast coal-mining and land rehabilitation on the soil pore distribution by scanning soils from the Antaibao Opencast Coal-mine in China. The soils were taken from the dump platforms with different rehabilitation time and an unmined site. ImangeJ 2 was used to process the scanned images and the soil pore densities and porosities of different pore sizes were used to analyze the distribution characteristics of soil pore. Opencast mining activities decreased soil pore density and soil porosity, especially in macropores. Compared to unmined soils, the total porosity of the non-rehabilitated soils reduced by 25.0%, 20.5%, 17.7% at the depths of 0–25, 25–50, 50–75 cm, respectively. Vegetation rehabilitation should be used to develop soil pore structure and improve the proportion of different pore sizes.