矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展

矿山开采破坏环境、挤占耕地,诱发严重的社会问题.近几十年来,矿山废弃地土地复垦和生态恢复已成为跨学科研究热点,然而,和欧美发达国家相比,我国矿山废弃地工作存在土地复垦比率低与复垦质量差的特点.矿山废弃地土地复垦和生态恢复主要包括3方面:土壤重构、生物恢复和废水控制与处理.土壤重构技术主要包括物理、化学和工程措施,目标是重构适宜的土壤剖面和理化性质,重金属污染去除技术也是土壤重构的重要内容.生物修复可以划分为植物修复、土壤动物修复、土壤微生物修复以及菌根生物修复技术.就生态恢复和土地复垦的内涵、目标、基础理论和技术体系展开评述,并指出建立健全管理机构、明确资金来源对矿山废弃地复垦的重要性.同时认为应当加强矿山废弃地生态环境影响机制机制研究,采用3S技术和信息系统技术监测、评估和监管复垦工作,努力实现矿山废弃地环境损害减缓技术突破,建立矿山废弃地土地复垦和生态恢复的理论体系与技术规范.     

煤矸石废弃地复垦研究进展

 从煤矸石风化物性质、水体污染、废弃地基质改良、植被对废弃地的反馈作用、废弃地植被演替及复垦物种选择等方面,介绍国内外的主要研究成果。同时,结合国内煤矸石废弃地的研究现状和实践需要,提出我国近期在该领域的研究方向。     

攀枝花矿区废弃地复垦现状及发展对策

攀枝花市位于长江上游,拥有全国最大的钒钛磁铁矿。主要探讨了攀枝花市近年来在矿业废弃地的土地复垦方面的现状,大量数据表明土地复垦已经在该市取得显著的经济和社会效益;然而多年的矿业开发带来的环境影响尚未完全消除,就此亦提出了可行性建议,可供政府决策参考。     

昆明磷矿废弃地复垦探讨

昆明市是云南省最大的磷矿生产基地,随着国内外市场对磷需求的扩大,磷矿资源开采的强度与范围及矿区废弃土地资源数量呈大幅度增加之势,致使矿区生态环境遭到严重破坏。在对昆明地区磷矿开采区生态环境进行调查的基础上,指出了磷矿废弃地复垦中存在的问题及复垦难点,提出了强化水土保持措施的建议。     

采煤沉陷地一种复垦基质植物生长试验研究

将粉煤灰分别与污泥、酒糟按4∶1的质量比混合组成新型复垦基质,利用盆栽试验研究了该基质上苜蓿、棉花、高羊茅、早熟禾的生长情况以及基质主要化学性质变化。结果表明：4种植物均可在基质中生长,而且基质中生长的植物叶绿素含量均超过对照;种植前后基质中的有机质含量变化不大,而速效养分含量由于灌溉和雨水的淋洗有所降低,但仍维持较高水平,盐分含量明显降低;从测定的As、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn的含量来看,除Cd外均低于土壤环境质量二级标准值。总之,该基质能够基本满足植物生长的需要,但最好种植非食用植物。这不仅开辟了粉煤灰、酒糟、污泥农业利用的新途径,而且为采煤沉陷地的修复提供了以废治废、节土造田的新理论与模式。     

煤矸石山废弃地不同植物复垦措施及其对土壤化学性质的影响

 为了筛选出适合煤矸石山废弃地的造林树种和复垦措施,在辽宁省抚顺市,初步研究了不同植物复垦措施对煤矸石山废弃地土壤化学性质和植物生长的影响。结果表明:不同供试植物在煤矸石山废弃地的成活率在21%～85%之间,其中白榆和沙打旺的成活率分别为81%和85%,而小叶杨、刺槐、栾树的成活率均在70%左右,这些植物均适合于在煤矸石山废弃地生长。植物措施能明显提高煤矸石山废弃地不同土层的有机质、全N、全P和全K含量,但提高程度随土壤层厚度和养分种类而不同。在植物复垦中,配合应用生物复合肥料、生物菌剂和保水剂,能改善主要造林树种的生长状况。     

南方高岭土采矿废弃地生态恢复试验研究

通过对高岭土矿废弃地土壤理化性质测定,选择了马尾松、胡枝子和香根草3种植物作生物复垦的先锋植物,并采取不同试验处理。结果表明,马尾松、胡枝子和香根草乔灌草相结合的群落配置,结合废弃地熟土回填的处理,有利于植物较快生长,能较快地达到培土熟化效果,恢复受损的生态环境。     

煤矿区沉陷土地复垦与生态重建试验研究

随着社会经济的快速发展,土地资源的约束问题日益凸显。由于历史的原因．长期高强度开采,使地表下沉．农田毁坏严重。据测算,井下开采每万吨原煤造成的沉陷地,少的0．033公顷,多的达0．533公顷,平均0．2—0．33公顷,按我国煤炭产量推算,到1993年底累计沉陷地已达40—66万公顷,而且以每年约2万公顷的速度递增;另据资料,我国目前仅煤矸石堆放存量达20亿吨之多,占地6670公顷。就新汶矿业集团而言,每年排放的煤矸石达240万吨,累计存放量已达5088万吨,24座煤矸石山占地面积923．8公顷,业已造成其周边大气及地下水的污染和土地退化。     

采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤元素淋溶特性实验研究

以采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤的污染问题为研究背景，从措施的实地可操作性出发进行实验设计，采取了灰土，灰矸不同比例混合和隔层排列处理措施，对淋溶液中各检测元素的含量进行了分析和比较。结果表明，粉煤灰中大部分元素在淋溶液中含量高，淋溶作用强烈，在各种元素中，大多数污染重金属元素在淋溶液中的含量极低，只有铬的含量略高。不同处理设施对粉煤灰的淋溶特性有显著影响。     

采煤沉陷地新型修复材料研究

采煤引起的土地不均匀沉陷是造成水土流失、环境污染和土地荒芜的主要原因，但在目前的复垦工作中，矿区覆土来源的缺乏严重影响着复垦的进度。本研究利用有机、无机废渣混配的一种新型复垦材料(基质)进行了试验分析。研究结果表明：粉煤灰和糠醛渣以4：1～9：1的质量比混配的新型基质适合苜蓿、黑麦草和其它类似植物正常生长的肥力标准，为沉陷地的修复提供了新的理论与途径，而且以废治废，大大降低了复垦成本。同时，对有效控制水土流失，扩大耕地面积，促进经济、社会及生态环境的持续健康发展具有重要作用。     

毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间变异研究

探讨毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间分布及变异特征,为矿区生态恢复提供理论依据。通过线性取样方式,采用经典统计与地统计学方法,研究了塌陷区及非塌陷区(对照)沙丘典型位置0—100cm范围内土壤水分空间分布特征及变异规律。结果表明:非塌陷区(对照)沙丘典型位置纵横向各层次的土壤水分变化,其概率曲线分布均为正态分布,符合毛乌素沙地常规沙丘土壤水分时空变化特征,而采煤塌陷2年后,其纵横向各层次土壤水分的变异程度差异较大,土壤水分流失严重,比对照沙丘减小了近10%~30%,标准差变化在0.54~1.05,比非塌陷区(对照)增大了52.08%,正负偏离程度大于1的概率超过50%,变异系数变化在0.14~0.28,比非塌陷区(对照)增加80%;采煤塌陷后各层次土壤水分均值、标准差、方差及变异系数都有很大变化,尤其对中层(30—70cm)的土壤水分影响最大,而对表层(0—20cm)和下层(80—100cm)土壤水分影响不明显。采煤塌陷区纵横向各层次土壤水分离散程度大大提高,增强了土壤水分的空间变异。     

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。     

采煤沉陷区裂缝边缘带土壤、作物、微生物响应

[目的]研究采煤沉陷区裂缝边缘带土壤、作物、微生物变化特征,为开展沉陷区生态减损与自修复提供理论依据。[方法]以神东矿采煤沉陷区作为研究对象,采用野外监测结合室内分析从裂缝产生初始阶段(LFC)至裂缝发育相对稳定阶段(LFW)15 d内,裂缝边缘带土壤、作物、微生物响应特征。[结果]裂缝边缘带表层10 cm深度范围内土壤含水率在裂缝产生3 d后损失殆尽且后期无法恢复,20 cm以下深度的土壤含水率虽受影响,但并不显著。沉陷区裂缝对土壤理化指标及酶活性产生了扰动影响,但并不显著。沉陷区裂缝发育对边缘带土壤微生物造成了扰动影响,使得土壤微生物群落均匀度、相对丰度降低,细菌相对丰度大于1%的优势菌门少了装甲菌门(Armatimonadetes)、和厚壁菌门(Firmicutes); 真菌相对丰度大于1%的优势菌门少了芽枝霉门(Blastocladiomycota)。RDA分析表明,土壤T,OM,AK,AP,pH,AN是驱动土壤微生物群落结构变化的核心因子。Pearson相关性分析表明裂缝边缘带作物遭受土壤水分和温度胁迫显著,体内可溶性糖SS、超氧化物歧化酶SOD、可溶性蛋白SP、丙二醛MAD含量上升,且受胁迫程度为:玉米>卷心菜>土豆。[结论]沉陷区裂缝发育是推动裂缝边缘带土壤环境因子、微生物群落及作物产生联动响应的源动力。     

多源多时相遥感数据融合在煤矿塌陷地中应用研究

因地下煤炭开采导致的矿区塌陷是目前矿区的主要问题之一,这些塌陷造成土地资源破坏,在高水位甚至出现积水。为此,需要掌握塌陷地随开采活动的扩展规律、塌陷区面积、破坏程度和积水区范围等数据资料。对于这些资料的采集,常规的技术方法已无法满足需要,而通过遥感数据融合能快速、准确地反映相关信息。因此采用HIS,PCA等几种不同增强信息的遥感融合方法对山东省某矿区的塌陷地进行试验研究,并对实验结果从定性和定量2个方面进行融合评价。结果表明:HIS变换融合不仅能增大影像信息量和提高空间分辨率,减少模糊性,还能很好地保持光谱特征,提高影像数据的利用率。     

Geomorphological and Hydrological Effects of Subsidence and Land use Change in Industrial and Urban Areas

Land subsidence caused by mining activities is an example of human transformation of the natural environment and leads to changes in land use. The study covers an area of 958 ha in the Silesian Upland, southern Poland. Records from the period 1890–1990 document the presence of subsidence effects in 82.9% of the study area and the maximum displacement figure is more than 30 m which translates to an average rate of 0.3 m per year. It was found that subsidence basins serve as the new local erosion base and new sedimentation basins. They are filled with sediments whose level of pollution ranges from moderate to heavy and extremely heavy. Subsidence has caused a dramatic change in the local hydrology, including the quality and quantity of the water. The specifics involve: the emergence of new closed drainage catchments with a total area of 651.1 ha; an increase in the total watercourse length (from 0.9 to 5.7 km); an increase in the river network density (from 0.09 to 0.56 km km⁻²); a decrease in the number (from 81 to 48) and an increase in the area (from 23.8 to 58.4 ha) of lakes and ponds; an increase in the lake coverage ratio (from 2.5% to 6.1%) and in water pollution. Subsidence has limited the potential land uses, which led to a decrease in arable land from 619.0 to 122.5 ha that gave way to other land uses, including those equivalent to wasteland. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

采煤沉陷区土地利用变化及其景观异质性分析——以山西省东大煤矿为例

以山西省东大煤矿为例，对采煤沉陷区沉陷前后土地利用状况的变化以及景观异质性进行了初步研究。主要分析了不同土地利用类型斑块数量、面积的变化，以及景观破碎度、多样性、均匀度、优势度等指标。研究结果表明，采煤沉陷造成地表移动变形产生的裂隙、陷坑、塌方或滑坡等，致使土地被分割破碎，斑块数量增加而面积减小，植被毁坏，生态环境向着不合理的方向发展。     

多源多时相遥感数据融合在煤矿塌陷地中应用研究

因地下煤炭开采导致的矿区塌陷是目前矿区的主要问题之一,这些塌陷造成土地资源破坏,在高水位甚至出现积水。为此,需要掌握塌陷地随开采活动的扩展规律、塌陷区面积、破坏程度和积水区范围等数据资料。对于这些资料的采集,常规的技术方法已无法满足需要,而通过遥感数据融合能快速、准确地反映相关信息。因此采用HIS、PCA等几种不同增强信息的遥感融合方法对山东省某矿区的塌陷地进行试验研究,并对实验结果从定性和定量两个方面进行了融合评价。结果表明,HIS变换融合不仅能增大影像信息量和提高空间分辨率,减少模糊性,还能很好地保持光谱特征,提高了影像数据的利用率。     

淮南煤矿复垦区土壤腐殖质特征及其与重金属的关系

选择淮南典型煤矿复垦区不同土地利用方式下（菜地、玉米—小麦地、林地和荒地）的土壤作为研究对象,运用单因素方差分析和内梅罗综合污染指数调查了其腐殖质组成特征与重金属污染状况并探究两者间关系,为修复矿区复垦土壤提供依据。结果表明:土壤腐殖质含量、腐殖化程度和稳定性依菜地 > 玉米—小麦地 > 林地 > 荒地的次序从最佳向最差过渡。不同土地利用方式下土壤胡敏素（HM）的组成不同,HM各组分有机碳含量为HMr > HMi > HMc;且施用有机肥土壤较不施肥土壤中HM各组分的含量明显增加。复垦区土壤中Cu和Cd含量均高于土壤背景值,Zn含量低于土壤背景值,土壤处于轻度污染状态。施用有机肥提高复垦土壤肥力的同时,需控制有机肥中重金属含量,以降低土壤重金属污染风险。     

基于多项式分布滞后模型的上海市地面沉降验证与预测

[目的]对上海市地面沉降进行验证与预测,为地下工程建设和地下水开采格局的科学调整提供参考。[方法]基于地下水抽灌量、地面沉降和土层分层变形等长期监测数据,研究地面沉降量与地下水开采量、土层分层变形量之间的相关性,并结合上海市地面沉降特性及原因,建立考虑地下水开采量和第4含水层变形量的地面沉降多项式分布滞后模型(PDL模型)。[结果]①上海市累计地下水开采量、第4含水层累计变形量与累计地面沉降量之间均具有高度的正相关性,但由于砂土蠕变、弱透水层释水缓慢等原因,地面沉降相对于地下水开采量和第4含水层变形都有着一定的滞后性;②采用考虑滞后效应的多项式分布滞后模型预测地面沉降,其计算结果相对误差较小、拟合效果较好;③若以当前采灌格局及第4含水层变形量作为参考进行预测,地面沉降在2019—2024年间将会发生稳定的轻微回弹现象。[结论]上海市地面沉降与地下水开采量和土层变形量之间有着较高的相关性,且控制地下水开采能够有效缓解地面沉降的发展。