煤矸石山生态恢复理论研究和工程实践的进展初探

我国煤矸石山的生态恢复研究开展了近30年,取得了巨大的成就。通过对煤矸石山生态恢复的背景理论以及煤矸石山立地条件方面所进行的研究进行分析,结合我国工程实践应用,指出煤矸石山生态恢复仍需在以下几个方面作进一步的研究,即:煤矸石山植被恢复体系的构建、立地条件的系统研究、煤矸石山植被恢复的演替规律研究以及生态治理的评价体系构建。     

煤矸石山生态恢复研究进展

通过介绍煤矸石山对环境的污染,以及对矸石的利用率与排放量的对比,说明了煤矸石山生态恢复的必要性,并从立地条件、生态恢复技术等方面介绍了矸石山生态恢复研究现状,提出了今后矸石山生态恢复的方向。     

基于DIVINER2000的自燃煤矸石山水分特征研究

利用D IVINER2000含水量测定仪定位测定了自燃煤矸石山深度为0—100 cm的黄土矸石复合层、黄土层和裸露矸石层水分体积含水率的季节变化和垂直变化,根据水分含量变化规律将自燃煤矸石山的水分季节变化分为4个时段:土壤水分消耗期(3—6月)、土壤水分积累期(7—8月)、土壤水分消退期(9—11月)和土壤水分稳定期(12—2月);通过标准差将自燃煤矸石山土壤水分的垂直变化分为速变层、活跃层和相对稳定层。上述研究结果可以为自燃煤矸石山的生态构建提供重要理论依据,为以水分动态平衡为基础的植被恢复和建设提供数据支持。     

煤矸石山复垦的恢复生态学研究

煤矸石山是矿业废弃地中对矿区环境破坏最为典型的一种类型,其立地条件极其恶劣,植物生长困难。煤矸石山生态治理及其存在的主要问题:缺乏对植物生长限制因子的系统研究和立地条件评价指标体系的建立;对生态恢复中的新方法、新技术的应用缺乏理论上的总结和提高;现有的研究中缺乏对生态系统及生态恢复具有可操行作性的监测、评价指标;煤矸石山本身的立地条件极端恶劣——高温、干燥、土壤贫瘠。论述了恢复生态学的主要理论及煤矸石山生态恢复中的整形整地技术、酸性改造技术、覆土技术、绿化技术及要点。简要介绍了煤矸石山复垦中的恢复生态学研究领域。     

温度对煤矸石山水分及植物生长的影响——以山西省阳泉市煤矸石山为例

 采用野外调查试验、取样和室内分析的方法,研究煤矸石山温度对水分及植被生长的影响。结果表明:煤矸石山温度在垂直方向随着深度的增加有上升趋势,与自然黄土荒坡变化趋势相反,且覆土后的煤矸石山较自然恢复煤矸石山温度变化剧烈;在垂直0～80cm的范围内,自然恢复、覆土50 cm和覆土100cm煤矸石山相邻土层（10cm）温度升高值分别为0.68、2.20和2.97℃;覆土煤矸石山水分含量在垂直方向因温度升高逐步下降,其水分含量较自然恢复煤矸石山平均高出10%～15%;在山西省阳泉市煤矸石山适宜生长的耐高温植物有灰绿藜、茵陈蒿、蒺藜、马齿苋、臭蒿、狗尾草、沙打旺和鬼针草,4种植物对温度敏感程度由高到低依次为紫穗槐>刺槐>臭椿>侧柏。     

大型煤矸石山植被重建的土壤限制性因子分析

煤矸石是我国第一大固体废弃物,巨量煤矸石堆积压占了大量土地,并影响矿区及周边水土环境,煤矸石山的植被重建是解决上述问题的经济而有效的途径。国内外研究与实践表明,表层土壤特性是矸石山植被重建成功与否的决定性因素。由于表层物料组成以及所处地域等因素,目前对煤矸石山各限制性因子及其重要性看法有所不同,从而影响了措施设计及植被效果。本文以抚顺西露天煤矿等煤矸山为例,对大型煤矸石山植被恢复的诸多限制性因素进行了分析论述,认为表层风化物的主要限制性因子依次为质地、水分、养分、pH、盐分、表层温度、重金属等,这与以往研究有所不同,体现了该煤矸石山的区域特色。研究结果可为制定适宜的煤矸石山及其类似废弃物堆场的植被恢复措施提供依据。     

不同恢复方式煤矸石山植物群落差异及影响因子

为探究不同恢复方式下煤矸石山植被恢复情况,选取大同市晋华宫人工修复煤矸石山和自然恢复煤矸石山以及忻州窑自然恢复煤矸石山为研究对象,对三座煤矸石山的植物群落状况进行调查分析,并探讨其土壤方面的驱动因素。结果表明,晋华宫人工修复煤矸石山分布有4科4属4种植物;晋华宫自然恢复煤矸石山分布有6科10属10种植物;忻州窑自然恢复煤矸石山分布有5科7属8种植物;由置换多元方差分析和非度量多维度分析结果可知,忻州窑自然恢复煤矸石山的植物群落与晋华宫人工修复、晋华宫自然恢复煤矸石山植物群落差异显著,而晋华宫人工修复和自然恢复煤矸石山间植物群落差异不显著,晋华宫人工修复和自然恢复煤矸石山优势植物均为中华草沙蚕,忻州窑自然恢复煤矸石山的优势植物为菊叶香藜,表明地理位置显著影响煤矸石山的植物群落构建;人工修复10～20年的植物群落可达到与自然恢复50～60年较一致的效果,即人工修复可以缩短煤矸石山植物群落恢复的时间;土壤全氮、有效磷和丛枝菌根真菌孢子密度是影响植物群落差异的重要因素。     

水肥条件对煤矸石土壤上两种牧草光合及生物量的影响

西北干旱荒漠区煤矸石排放数量巨大,占用了大量土地且造成了多种污染,为了解决植被恢复面临的水分短缺、蒸发力强和养分贫瘠等困难,保证煤矸石山土壤上典型牧草能够正常存活和生长良好,试验采用二次通用旋转组合设计,测定了不同水肥条件下草木樨和蒙古冰草的光合及生物量并建立了水肥耦合回归模型,得到了煤矸石山植被恢复中2种牧草的最优水...     

极端干旱地区绿洲边缘带天然植被的保育策略--以新疆鄯善绿洲为例

以山西省阳泉市280煤矸石山为研究对象,通过对煤矸石物理性质、水分入渗特性和水分含量的分析,初步研究了煤矸石山风化堆积物水分的动态特征.研究结果表明,煤矸石质地较差,砾石和块石平均含量达86.07%.煤矸石山孔隙组成以非毛管孔隙为主,其剖面4个深度(0-15 cm,15-30 cm,30-45cm,45-60 cm)的毛管孔隙度平均值分别为1.40%,1.36%,1.32%和1.17%,导致土壤持水量常年维持在较低水平,0-60 cm的平均土壤持水量为19.7 t/hm2.Kostiakov人渗模型能较好地反映研究地区煤矸石风化物的入渗过程,且在入渗过程中煤矸石风化物一直保持着较高的渗透速率.煤矸石风化堆积物水分季节性变化主要受降水量及其季节分配的影响,随着季节性降水量的增加,矸石风化物水分平均含量也相应升高.煤矸石山的储水量与降水量之间,表现出较好的一元线性正相关关系.在降雨量较少,或是降雨次数多,雨强较大的情况下,裸露煤矸石地的储水量往往大于覆土煤矸石地的储水量.一般情况下,煤矸石山30-40 cm深处有明显的干层,使得煤矸石山下层在旱季保持有较多的水分.     

晋华宫矿煤矸石山植物群落分布特征及驱动因素

为明确煤矸石山植物群落分布特征及其环境驱动因素,以山西省大同市晋华宫矿自然恢复煤矸石山(恢复年限约50~60年)为研究对象,对该煤矸石不同部位植物群落的空间变化及土壤驱动因子进行了分析。结果表明,该煤矸石山共分布有9科14属18种植物,优势种为万年蒿,亚优势种为白茅、狗尾草和猪毛菜;煤矸石山不同部位间植物群落的生物量、密度和盖度差异均达到显著水平,植物总生产力、总盖度和总密度从煤矸石底部到顶部呈现逐渐降低的趋势,表明植物群落存在明显的空间变异;有机质是影响植物群落多样性及生产力的主要环境因子,土壤含水量、速效磷和AM真菌是影响植物群落的重要因素。相关结果可为今后煤矸石山的生态恢复提供理论参考。     

不同地点和复垦方式煤矸石山土壤中丛枝菌根真菌群落变化

以山西省大同市晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山以及忻州窑自然恢复煤矸石山为研究对象,采用IlluminaMiSeq高通量测序技术对三座煤矸石山土壤AM真菌群落组成进行分析,并测定其土壤理化性质,以探究不同地点煤矸石山不同复垦方式下土壤中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AM真菌）群落组成的差异及其土壤影响因子。结果表明：晋华宫人工复垦煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山AM真菌多样性指数（Chao指数和香农-威纳指数）存在显著差异,但晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山AM真菌群落的多样性指数差异不显著。试验共检测到67个AM真菌OTUs,可鉴定到3个AM真菌属级分类单元,其中球囊霉属（Glomus）在晋华宫人工复垦煤矸石山、晋华宫自然恢复煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山中均为最优势菌,多样孢囊霉属（Diversispora）、类球囊霉属（Paraglomus）仅出现在晋华宫自然恢复煤矸石山。多元置换方差分析和多维尺度分析结果表明,晋华宫两种恢复方式的煤矸石山之间AM真菌群落组成差异不显著,而晋华宫与忻州窑两个地点的煤矸石山AM真菌群落组成差异显著。AM...     

阳泉煤矸石山治理后土地利用环境影响评价

为更加有效地对矸石山进行场地治理和生态修复,山西省阳煤集团拟在覆土治理后的煤矸石山上修建生态休闲公园。为评价拟建项目对环境的影响,分析了阳泉一矿煤矸石的物化特性并现场调研了矸石山堆存现状,监测并评价了煤矸石山区域内的大气、水体、声音和固体废弃物环境质量,对该项目建设过程中潜在的环境影响进行了预测,并给出了对应的污染防治措施。研究结果表明,在煤矸石山实施生态修复项目具有优良的生态效益和社会效益。     

河南平顶山煤矸石山植被恢复的适宜性评价研究

煤矸石山植被恢复适宜性评价是对煤矸石山植被恢复适宜程度进行的评价,同时是开展煤矸石山植被恢复的工作基础。以河南平顶山一矿煤矸石山为评价对象,将不同海拔高度、不同光照条件下的矸石山划分为6个单元,因地制宜地选择了土层厚度、田间持水量等7个评价因子,应用主成分分析法对研究对象进行植被恢复适宜性评价。评价结果表明：一矿煤矸石山植被恢复的主要限制因子为土层厚度、田间持水量和有机质含量,各评价单元适宜性得分分别为：A1区域为2.68、A2区域为1.84、B1区域为2.97、B2区域为1.98、C1区域为3.11、C2区域为2.97,由此得出海拔低的区域比海拔高的区域更适宜植被恢复,矸石山阴面区域比阳面区域更适宜植被修复的结论。     

华北地区煤矸石绿化基质配比试验研究

以煤矸石山的生态恢复为目的,将煤矸石粉粒作为改良煤矸石山绿化基质的主要组成部分,同时添加土壤、保水剂、缓释肥和菌肥,作为基质组成的4个因素,各因素均设4个水平,选用L16（44）正交表安排每类基质中各组成部分的水平,在各基质中播种紫穗槐,通过分析紫穗槐的出苗率和壮苗指数,判定得到适合于煤矸石山绿化的基质为：煤矸石粉粒和土壤的体积比为2：1,每m3的煤矸石粉粒和土壤的混合物中添加保水剂和菌肥的质量分别为2kg和680g。采用这种基质配比方式,对于满足植物正常生长,降低煤矸石山改良的成本,具有一定的参考意义。     

煤矸石山植被恢复影响因子初探——以山西省阳泉市280煤矸石山为例

对山西省阳泉市280煤矸石山小气候特征、地形条件、煤矸石理化性质、水分和生物特点进行了调查分析.结果表明.煤矸石山的小气候特征表现为以干热和干旱为主.煤矸石自燃致使地温产生较大异常,局部自燃的煤矸石坡面地表温度远高于植物生长的正常温度范围.煤矸石山坡度大,堆积松散,易产生坡面侵蚀.表层煤矸石经侵蚀后,植被根系周围缺乏附着物,生长势逐渐变弱.煤矸石物理特性与黄土相比,其持水能力差,有效水分含量低,缺乏下层水分补给,直接影响到植物正常生长.自燃后的煤矸石pH值降低,表层煤矸石养分状况差,微生物种类和数量均偏少.煤矸石山植物生长状况显示,地表温度、侵蚀状况、酸性和含水量是影响植物生长的重要因子.地温高于50 ℃或pH值小于5的地区植物均不能生长.植物盖度在含水量小于15%的区域较含水量为20%的区域下降约10%～20%.在侵蚀区植物盖度下降约30%.     

基于植被重建的宁东矿区煤矸石山立地类型及其特征

[目的]研究煤炭开采形成的煤矸石山占压土地并造成的地表植被破坏,正确划分煤矸石山立地类型,为矿区生态恢复与重建提供依据。[方法]以宁东矿区煤矸石山为研究对象,选取微地形、海拔、覆土厚度、土壤质地等10个立地因子进行调查分析,利用主成分分析和聚类分析等方法,划分煤矸石山立地类型。[结果]应用主成分分析法确定出主导立地因子为:微地形、覆土厚度、土壤质地;再依据主导因子对研究样地进行聚类分析划分出宁东矿区煤矸石山3个立地类型组,5个立地类型亚组,8个立地类型。煤矸石山平台面积较大,边坡坡度32°～40°之间,覆土厚度多在30 cm以上,土壤田间持水量16.82%～34.85%,全K含量34.29～46.61 g/kg,属于极高水平,全P含量0.31～0.62 g/kg,为中下或低水平,而土壤有机质、全N含量均属于极低水平,煤矸石山土壤偏碱性。[结论]在宁东矿区煤矸石山重建时应因地制宜,覆土砾石含量较少时,选择以乔木为主的乔灌型混交模式,或以灌木为主的灌木林或灌草型;砾石含量较多时,选择以草本为主的灌草型;土壤为轻砾石土时,撒播草籽。     

煤矸石山重金属元素研究进展

对煤矸石及其周围土壤、水体、大气,以及煤矸石山上植物体中重金属元素的有关研究分析表明1)我国大多数矿区煤矸石属于普通固体废弃物,重金属元素超标倍数不大;2)煤矸石山对周围土壤、水体、大气影响较小,但其本身不宜生产具有食用价值的植物产品;3)煤矸石植被恢复后,大多数植物体内重金属元素含量超过蔬菜限量物质指标.     

煤矸石山综合治理技术模式与实践

煤矸石对环境有严重的污染,是井采煤矿废弃物治理的难点.通过对煤矸石山治理技术进展的分析综述,提出煤矸石山综合治理新技术模式以及成功经验,并以山西某矿务局煤矸石山综合治理工程案例进行验证,表明浅层喷射注浆灭火与客土喷播恢复植被是煤矸石山综合治理的有效模式.     

煤矸石重金属释放活性及其污染土壤的生态风险评价

通过野外采样与室内实验分析煤矸石重金属的释放活性,并利用潜在生态风险评价法分析煤矸石山周边土壤污染及其潜在生态风险特征。结果表明,实验用煤矸石中重金属主要以残渣态存在,Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的残渣态分别占其总量的56.86%,53.27%,72.01%,68.61%和75.93%,不易发生释放迁移,但少量酸溶态和氧化物结合态重金属易被淋溶后在矸石山周围土壤中累积并造成重金属污染。煤矸石山周边土壤重金属含量随着距离的增加呈现减少趋势,表明周边土壤受到煤矸石重金属污染,并且在土壤表层重金属含量最高,加大了重金属进入食物链危害人体健康的风险。通过潜在生态风险评价研究,采样区属于重金属Cd和Pb风险突出区,煤矸石距离5～10 m处潜在生态风险指数为272.34和164.34,属于中等潜在生态风险,其他各点潜在生态风险指数范围为94.62～141.79,属于轻微生态风险。     

煤矸石渣土改良及其效果研究

自燃煤矸石山渣土具有高盐强酸性,严重制约了植物的生长,因此在对自燃煤矸石山进行植被恢复时,首先要对煤矸石山渣土进行改良。以研究区内黄土作为改良剂,研究了其对自燃煤矸石渣土的改良方法和效果。选取高羊茅、刺槐、紫穗槐、侧柏、山皂角在改良后的渣土中进行种植实验,测试改良效果,筛选适宜在煤矸石山上种植的植物,并确定黄土作为改良剂的施用比例。改良实验结果表明,黄土作为改良剂对自燃煤矸石渣土的强酸性改良效果良好,在pH值为2.8的强酸性渣土中,加入25%的黄土,pH值可提高到6.8。对自燃煤矸石渣土的高盐性改良效果较差,在盐分为3.8%的煤矸石渣土中,加入62.5%的黄土,盐分可降低至0.97%。种植实验也表明,高羊茅、紫穗槐、山皂角对改良后煤矸石渣土的适应性较强,刺槐、侧柏的适应性则较弱。