基于温度植被干旱指数的兖州煤田煤炭开采影响边界遥感提取

为识别植被覆盖区煤炭开采的生态影响边界,该文以兖州煤田为研究区域,应用温度植被干旱指数TVDI(temperature vegetation drought index)反演沉陷积水区外围的土壤湿度空间分布特征,利用MATLAB拟合TVDI变化趋势并依据其趋于稳定的渐近线,反解煤炭开采活动对矿区生态的影响边界,将其与采用MSCS(mining subsidence prediction system,MSCS)软件预计获得的下沉10 mm沉陷边界进行对比。结果表明:不同距离的TVDI中位数随距积水区边缘距离的变化表现为先增加后趋于平稳、呈指数变化特征;基于TVDI分析得到的煤炭开采的非积水影响范围,仅相当于沉陷积水面积的2.07倍,预计沉陷非积水面积与预计沉陷积水面积之比为4.63倍。通过模型拟合遥感指数随距离的变化特征,能够获得煤炭开采的影响边界;兖州煤田基于TVDI获取的煤炭开采影响面积,相对小于预计的开采沉陷面积。该研究可为确定煤炭开采对生态影响的边界提供参考。     

矿区生态修复过程中不同立地类型土壤水动力学特性

[目的]揭示矿区不同立地土壤水动力学特性及其影响因素,为矿区生态环境恢复治理提供科学依据。[方法]基于矿区不同立地类型土壤水分特征曲线、非饱和导水率、孔隙度与紧实度等监测试验,揭示不同立地类型土壤持水性、有效水含量和导水特性等变化规律。[结果]土壤持水性和供水性在受损区修复3a区修复5a区修复10a区修复15a区未干扰区,但修复区20—40cm土壤持水性、供水性较0—20cm土壤低,修复效果不明显;土壤结构改善效果遵循受损区修复区未干扰区的变化规律,且修复区亚表层土壤结构改善效果不明显。采用指数函数拟合吸力和非饱和导水率效果较好(r20.95),相同吸力下,容重大而非饱和导水率较小;非饱和导水率和容重呈负相关,和孔隙度呈正相关且相关性随吸力增加降低。矿区0—20cm易有效含水量呈现受损区修复3a区修复5a区修复10a区未干扰区修复15a区,但修复区20—40cm土层易有效水含量较0—20cm小。[结论]土壤易有效水含量和容重、紧实度呈负相关关系,与总孔隙度、黏粒含量呈正相关关系。修复后土壤结构有所改善,持蓄调节水分能力有所提高。     

滕州矿区土壤与玉米籽粒重金属富集特征

[目的]研究土壤重金属对玉米籽粒中重金属含量的影响,为提高玉产质量提供理论依据。[方法]对滕州矿区农田根系土壤及表层土壤和玉米籽粒中5种重金属含量进行分析。[结果]5种重金属含量均低于各自对应的国家标准限值;玉米对Hg的吸收富集能力最强,对As和Pb的吸收富集能力最弱;玉米籽粒与根系土壤间As的相关系数最大,是由于籽粒中As含量随土壤中As含量的增加而增加,其他重金属间的相关性相对较弱;土壤中Cd对植株的影响能力最强,Hg和Pb仅具有一定的潜在影响能力,As和Ni的影响能力相对较弱。[结论]有效控制土壤重金属的输入量、pH和增加有机质含量等,对降低有效态重金属含量具有重要作用。     

废弃矿区大豆根际土壤细菌群落对施肥方式的响应

【目的】从细菌多样性和组成结构角度评估化学肥料与硅酸钠或蚯蚓结合施用对废弃矿区大豆根际细菌群落的影响,为日后矿区复垦和生态恢复提供理论依据。【方法】在广东省梅州市黄畲村废弃矿区种植大豆‘华春9号’,试验设置4个施肥处理:氮磷钾肥结合硅酸钠(3NPK+S和5NPK+S),氮磷钾肥结合蚯蚓20条·m-2(3NPK+E和5NPK+E),以不施肥为对照(3CK和5CK)。在施肥后3和5个月时对大豆根际土壤进行采样。通过提取土壤细菌总DNA、16S rRNA测序和测定土壤基本化学性质,探究该矿区大豆根际细菌群落多样性和结构对不同施肥处理的动态响应过程。【结果】与3CK相比,3NPK+E处理显著增加了Chao1和Shannon指数;与5NPK+E处理相比,5NPK+S处理显著增加了Shannon指数。主坐标分析(PCoA)表明,不同处理下的根际细菌群落组成在操作分类单元(OTU)水平上出现显著分离。从属的相对丰度来看,Uncultured_f_Anaerolineaceae是3NPK+S、3NPK+E、5NPK+S、5NPK+E处理土壤中的优势菌属。基于Mantel检验和典型关联分析(CCA)显示,土壤有机质、有效磷和全碳含量对5NPK+E处理的根际细菌群落有显著影响。【结论】施加NPK+S和NPK+E肥料均能有效提高矿区土壤细菌多样性,从而间接对土壤修复起促进作用。施肥方式和处理时间均会显著影响细菌群落组成,并且施肥处理时间越长对细菌群落组成的影响越明显。Uncultured_f_Anaerolineaceae富集在施肥处理下的土壤中,这类细菌可能在促使碳转化的过程中起重要作用,同时还具有修复土壤污染的潜力。NPK+E施用增加了有机质含量,对细菌群落的生长有促进作用。     

煤矿复垦区不同有机物料的分解特征

  【目的】  研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征，为合理利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。  【方法】  在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙网袋法，将供试的4种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过2 mm筛，均按等有机碳量 (8 g) 称取后装入尼龙网袋埋入试验地15 cm深。在填埋后的第12、23、55、218、280、365天采样，分析4种有机物料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量，计算C/N值和木质素(Lignin)/N值。  【结果】  秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第12天达到最大，然后迅速下降，分解第365天时，小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为49.8%、55.1%、79.2%和54.0%，有机碳残留率依次为48.8%、53.4%、63.9%和51.8%。供试有机物料的养分释放率存在差异，在最初分解的第23天，玉米秸秆的氮、磷养分出现了明显富集，氮、磷养分残留率分别达到了131.0%和152.7%，小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素残留率依次为93.0%、81.3%和67.8%，磷素的残留率依次为92.5%、98.8%和84.3%，分解第365天时，小麦秸秆中养分释放速率大小表现为钾 > 磷 > 氮，其他3个物料中养分释放速率大小均表现为钾 > 氮 > 磷。从整个分解过程来看，玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式，其他3个物料中氮素和磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程，由方程可知，秸秆和粪肥的分解速率常数 (K) 大小顺序为猪粪 > 小麦秸秆 > 玉米秸秆 > 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分的含量相关，全磷、半纤维素含量越高分解越快，木质素含量、C/N和Lignin/N越高分解越慢。  【结论】  秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第12天达到最大值，之后分解速率减缓。与秸秆相比，粪肥的有机碳残留率较高，氮、磷养分释放快，其中以牛粪的分解速率最慢，有机碳残留率最高，因此，牛粪可作为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。     

南方某矿区土壤镉污染及作物健康风险研究

为了评估南方某县土壤镉污染情况、量化当地不同作物镉含量并对不同人群健康风险进行评估，从该县3个镇采集135份土壤样本，入户采集128份自产大米样本，种植区采集7份脐橙样本，对其中镉含量进行测定。结果表明，3镇采集土壤样品镉超标率分别为41.67%、28.81%和21.62%，地累积指数计算得到该县68.9%的土壤样本受到不同程度的镉污染，大米镉含量超标率分别为48.57%、34.48%、8.82%。而脐橙果肉样品中镉含量较低，远低于0.05 mg·kg^-1。计算不同作物的危害商数（HQ）可得，食用自产大米的危害商数（HQ）值普遍大于1，风险较高，而食用脐橙果肉产生的健康风险低。种植脐橙具有一定的经济效益，且当地具有脐橙适宜的生长条件，故考虑在重污染区种植脐橙取代种植水稻。     

铅锌矿区重金属胁迫对野生小花南芥根系特征的影响

为云南会泽铅锌矿区重金属污染土壤治理与植被恢复提供科学依据,通过分析野生小花南芥地下部生物量、根系长度、根系表面积、根系体积和投影面积等根系指标研究重金属胁迫对野生小花南芥的根系特征的影响。结果表明:矿区内不同位置野生小花南芥地上部与地下部的生物量(以干重计)以及根冠比较低,指标保持相对稳定,各样点间差异性不显著,生长情况大致相同;野生小花南芥的根系长度、表面积、体积及投影面积在各径级(根径,mm)分布存在差异,其中,径级0d≤1.5根系长度所占总量的比重较大,根长随根径增大呈不同程度减小且减幅较大;根系表面积和投影面积在各径级下分布相对均匀;小径级0d≤1.5的根系体积占总体积的比重较小,较大径级1.5d≤4.5和d4.5的占比较大。     

不同保水处理下苏丹草光合特性研究

为了研究矿区生态修复过程中植物对不同保水措施的生理响应,以常用修复植物苏丹草为研究对象,利用CIRAS-2型(PP-Systems)光合仪测定苏丹草的光合指标,探讨高温下苏丹草对不同保水措施的生理响应,以期为矿区生态修复中的保水措施提供理论依据。结果表明：不同保水处理下苏丹草的光合速率Pn和瞬间水分利用效率WUE日变化均呈“W”型曲线,蒸腾速率Tr日变化呈“M”型曲线。苏丹草的Pn有“午休”现象存在,主要受非气孔因素的影响。影响苏丹草Pn、Tr的主要环境因子为大气CO₂浓度Ca、大气温度Tc、大气相对湿度RH。在土壤上覆盖火烧石和添加粉煤灰均显著增大了苏丹草的Pn和WUE,增强了苏丹草适应高温环境的能力。从Pn的指标来看,土壤表面覆盖火烧石处理比土壤中添加粉煤灰处理的效果好,但两者同时作用效果略低于单独用火烧石处理,原因有待进一步研究。     

灯光遥感数据在监测建设范围扩张及其影响因素相关性研究中的应用

准确了解区域人类建设扩张动态对于评估生态环境和社会影响不可或缺。基于DMSP/OLS、Landsat等多源遥感数据,采用阈值分割法提取2000—2013年攀西矿区的人类建设活动范围,并结合分形理论研究其动态变化特征,最后采用回归分析法研究其影响因素。结果表明,灯光遥感数据能够较好地提取人类建设活动范围,且分形维数总体呈现出先增加后稳定的变化趋势;灯光遥感数据的像元亮度与人口数量、矿山开采面积及经济等影响因素具有不同程度的相关性。研究结果将为优化土地利用模式,制定人口、经济等政策提供科学依据。     

神东矿区典型植被不同恢复年限对土壤质量的影响

为揭示矿区土壤质量在植被恢复过程中的变化,采用野外调查和室内分析相结合的方法,以神东矿区中心10个矿区不同恢复年限典型植被种植区土壤为研究对象,测定了土壤容重和全氮、碱解氮、有机质、有效磷、速效钾含量等6项理化指标,通过主成分分析确定了各评价指标权重值,并运用土壤质量指数法对土壤质量进行了评价。结果表明:各指标按权重值排序为全氮(0.198)>速效钾(0.187)>碱解氮(0.182)>有机质(0.177)>容重(0.172)>有效磷(0.084);樟子松、山杏和柠条种植区的土壤质量指数与恢复年限呈线性变化关系,油松和小叶杨种植区的土壤质量指数与恢复年限呈对数变化关系,沙棘、沙柳和黑沙蒿种植区的土壤质量指数与恢复年限呈抛物线关系。总体来说,矿区典型植被恢复对土壤质量有较好的改良效果,在今后的生态治理过程中,需要对恢复年限较长的植被类型加强人工管护,防止土壤质量退化。