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。     

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。     

煤矸石山防自燃隔离层的构建及其效果

露天堆放的煤矸石山极易自燃引发严重的地质灾害和环境污染。为改善传统的土壤覆盖治理方法,结合阳泉自燃煤矸石山综合治理现场,在黄土覆盖前以当地黏土和粉煤灰为原料构建不同设计构型的隔离层,并动态测量隔离层渗透率以及治理1a后试验区覆盖层的地温、紧实度,探讨在煤矸石与覆盖土壤之间添加隔离层防治自燃的效果。结果表明:利用黏土和粉煤灰构建隔离层,改善了传统的覆盖层结构,土壤紧实度随土层深度增加呈逐渐增大趋势,形成"上松下紧"利于植被生长的理想剖面;隔离层可有效阻隔空气,效果为粉煤灰与黏土混合黏土粉煤灰,试验以粉煤灰∶黏土=1∶2(体积比)比例充分混合构成的隔离层效果最佳,监测期间渗透率一直保持在低于50×10-12 m2的水平,地温从表入深基本平稳,在土层深度10~30 cm处温度大致稳定在10~15℃之间。该研究可为自燃煤矸石山综合治理中隔离层的构建提供参考数据及思路。     

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。     

南方红壤区水土流失综合治理模式解析——顶林-腰果-底谷(养殖)立体模式

顶林-腰果-底谷(养殖)立体治理模式是一种坚持山、水、田、林、路综合治理原则,在开发中保护,保护中开发,因地制宜,促农增收的立体开发治理模式,从概念、建设原理、模式构建等方面对该治理模式进行详细解析,并结合建设实践对其进行效益分析,结果表明,该模式在江西以及南方红壤区具有非常广阔的推广空间与前景。     

河北省太行山区小流域综合治理模式研究

划分了河北省太行山区小流域类型及其立地类型,通过对不同类型区相同立地条件下不同治理模式的经济,生态效益分析比较,提出了一套适合河北省太行山片麻岩区,石灰岩区小流域的综合治理模式。     

胡勒斯台东北沟小流域综合治理效益分析

通过对胡勒斯台东北沟小流域综合治理后水土保持带来的直接经济效益的计算和生态效益,社会效益的分析,可见治理成果各项效益非常显著,由此评价出所采用各项治理措施确实适用于浅山丘陵农区的水土流失治理,可作为兴安盟同类地区水土流失治理模式。     

辽西土石山区机械化水平槽整地技术初探

近年来,随着国家对水土流失治理的重视和加大投入,水土流失治理逐渐转入攻坚阶段。在辽宁省西部的低山丘陵区存在大面积的风化及半风化土石质山区,水土流失严重,传统的鱼鳞坑等微地形措施保存率差,发挥年限短,很难实现预期的治理效果。根据近两年的跟踪观察,机修水平槽治理模式适宜辽西低山丘陵区风化半风化土石质山区治理,具有良好的生态效益、经济效益和景观效益,可作为一项新的治理模式进行推广,提高小流域水土流失综合治理的全面性和系统性。     

北方无自燃煤矸石山生态治理技术初探

长期露天堆放的煤矸石山,不仅污染空气,破坏景观,还存在一定的安全隐患。基于煤矸石山堆积体本身不稳定、松散、易发生沉降、滑坡等特点,就北方无自燃煤矸石山生态治理"柔性防护"技术措施进行了探讨,具体有顶部机械平整、坡体调整;构建柔性截、排水系统;构筑柔性坡脚防护体系、坡面防护体系;构建人工土壤层、植被层;铺设保护层等,旨在为煤矸石山生态治理措施设计提供一些参考。     

浅谈阜新市城市矿区水土流失危害及治理对策

阜新市为辽宁的煤城。城区现有水土流失面积58.83 km2,占总面积的33%,城区煤矿年排放煤矸石300万t,且大部分没有《水土保持方案》,处于乱采乱排状态。大部分为中强度侵蚀。其治理对策各矿区应根据地形、储量以及煤矸石量规划设计煤矸石堆放场,实施拦矸坝等防护工程;修建沉淀池,治理煤矿污水;在煤矸石堆客土改造植树种草,恢复植被;充分利用煤矸石作水泥混合材料、火电厂配合燃料,开展煤矸石综合利用;对露天矿和塌陷区开发水产养殖;要强化宣传教育,提高全民生态环境意识;加强监督管理,建立健全严格的申报审批制度;认真贯彻水保法规,对矿区进行综合治理;健全法律法规,加大行政执法力度。     

阜新矿区煤矸石山植被恢复土地适宜性评价

以阜新矿区孙家湾煤矸石山为评价对象,运用主成分分析法确定权重,采取指数和法计算综合指数,对不同排矸年限的立地单元进行植被恢复适宜性评价,结果表明:经过多年风化样地的植被恢复适宜性高于风化年限较短的样地,阴坡的适宜性好于阳坡,与实际情况基本相符,为当地煤矸石山植被恢复的适宜性评价提供了一种方法和思路.     

煤矸石填充对沟道导排水性能和土壤肥力及重金属污染的影响

为探寻适合东北黑土区侵蚀沟复垦的技术方法,该文研究了一种基于复垦后导排水能力最大的侵蚀沟煤矸石填充复垦技术方法,通过模拟一定深度的沟道、应用响应曲面法探究覆土和煤矸石填充厚度的变化对于复垦沟道导排水性能的影响及最优厚度搭配组合预测。同时引入土工布并考察土工布对煤矸石淋溶过程中重金属的隔绝作用。选择一条用煤矸石填充复垦4 a后的侵蚀沟,在耕层(0～20 cm)进行土壤肥力以及重金属污染情况的调查研究。结果表明:1)土层厚度增加减弱沟道导排水能力,混合粒径、大粒径煤矸石层厚度增加增大沟道导排水能力,土层与大粒径煤矸石层组合存在交互作用。覆土、混合粒径及大粒径煤矸石层厚度分别为53.42、38.51、90 cm时,模拟2 m深沟道导排水能力最强。2)沟道复垦4 a后,容重增加、酸度改善、全磷含量持平于对照土壤,全氮、全钾及有机质含量显著低于对照土壤。综合肥力小于对照土壤,略高于黑龙江省第二积温带的土壤综合肥力。3)复垦土壤Pb含量持平于当地对照土壤及背景值,Cr、Cu含量高于当地对照土壤及背景值,但均未超过环境质量二级标准值,3种重金属存在轻度污染及富集现象。研究结果可为土地整理规划提供一定借鉴。     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。     

煤矸石山不同植被恢复模式对土壤侵蚀和养分流失的影响

 针对煤矸石山复垦地水土流失严重的问题,在山西阳煤集团三矿280煤矸石山坡面上选取7种植被恢复模式,以裸地为对照,设置水土流失试验样方,观测不同植被恢复模式对土壤侵蚀和养分流失的影响。结果表明：与裸地相比,不同椬被恢复模式均对矸石山坡面土壤侵蚀和养分流失具有明显控制效果;下坡段的乔灌混交模式防治坡面侵蚀的作用优于上坡段的草本和灌木;减少水土流失的效果上坡段为荆条 > 紫花苜蓿 > 沙打旺 >草木樨,下坡段为刺槐+柠条、刺槐+荆条和榆树+紫穗槐,但这3种植被模式对减少水土流失的差异不显著;通过偏相关分析,影响养分流失的因索依次为土壤侵蚀量 > 径流量 > 坡度 > 坡长;不同植被恢复模式对煤矸石风化物中速效养分质量系数也具有明显的影响。     

利用煤矸石制作水稻育苗基质的研究

以配置合格水稻育苗基质为目标,针对现有水稻育苗基质的生产原材料多以草炭为主对环境影响大的问题,探索利用煤矸石作为水稻育苗基质的可行性研究,在生产育苗基质的同时做到固体废弃物的资源化利用。通过对试验原料进行前处理和各项理化性质的测定及试验前进行的配比试验,确定了适合水稻育苗基质的4个处理作为试验组与对照组进行了水稻育苗试验。结果表明:(1)煤矸石可作为水稻育苗基质的材料;(2)煤矸石的最大添加量可达到80%(体积比),但需要进行活化处理;(3)不经活化处理的煤矸石也可用于水稻育苗,生长情况也较好,但煤矸石的添加量缩减至38%(体积比)。     

神东矿区生态环境综合防治体系构建及其效果

 神东矿区地处毛乌素沙地,具有水资源短缺、生态环境极其脆弱的自然特征。针对神东煤矿土地沙化防治与水土流失治理、地表生态系统优化与开发、煤炭开采中水资源保护与净化、煤矸石减排与利用、煤层自燃预防等问题开展研究,探索采用生态上合理、经济上可行和社会可接受的煤炭资源开发、植被恢复、矸石热能利用等综合技术体系。在煤炭资源开发经济效益不断增长的同时,矿区植被覆盖率由开发前的3%～11%提高到目前的59.4%,矿区风沙危害得到明显扼制,平均侵蚀模数由开发前的1万t/（km².a）左右降低到目前的1500 t/（km².a）左右。矿井水重复使用量为496万t/a,吨煤出矸石率由20%降低到5%,年均发电消耗矸石800万t,发电43.6亿kW.h。     

不同煤矸石厚度及位置对土壤水分入渗过程的影响

矿区土壤煤矸石的存在能够改变土壤的某些物理特性,并影响土壤水分入渗过程。采用一维定水头垂直入渗室内土柱模拟试验,对5种不同煤矸石厚度(0,4,8,12,16cm)及3个位置(上层、中层、下层)的土壤水分入渗过程进行研究。结果表明,煤矸石覆盖土壤表层有利于土壤水分入渗,土壤水分累积入渗量和稳定入渗速率随着煤矸石厚度(0～16cm)的增加呈现增大的趋势,但煤矸石厚度较大(8,12,16cm)或较小(0,4,8cm)时土壤稳定入渗速率差异不显著。当煤矸石位于中层时,煤矸石的存在抑制了土壤水分入渗过程,土壤水分稳定入渗速率随着煤矸石厚度(4～16cm)的增加而变大,但煤矸石厚度为12,16cm时土壤稳定入渗速率差异不显著。煤矸石位于下层时,煤矸石厚度对土壤水分入渗过程影响较小。不同煤矸石厚度情况下,煤矸石位于上层时累积入渗量最大,而位于中层时累积入渗量最小。与Philip方程相比,Kostiakov入渗模型可以更好地反映含有煤矸石土壤的累积入渗量变化过程。     

煤矸石改良盐碱土对马铃薯生长的影响

为探索煤矸石用于盐碱地改良的可行性,拓展大宗固体废物煤矸石的资源化利用途径,该研究采用盆栽法对煤矸石用量影响盐碱土理化性质及马铃薯生长进行研究。试验设置4个处理：85%盐碱土+15%煤矸石（CL15）、70%盐碱土+30%煤矸石（CL30）、50%盐碱土+50%煤矸石（CL50）,以及不添加煤矸石的对照（CK）,分析煤矸石用量对土壤理化性质、马铃薯植株生长生理、产量和品质等的影响。结果表明：1）煤矸石加入能够影响土壤的理化性质,改善盐碱土自身贫瘠、板结的土质,土壤pH值、盐分浓度、容重逐渐降低,土壤结构趋于稳定,同时土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮和速效钾含量显著增加（P <0.05）,增幅分别为15.2%～447.2%、11.7%～27.6%、0.5%～29.5%、43.3%～225.8%、16.6%～216.1%和3.6%～34.9%。2）不同煤矸石添加量对马铃薯植株生长、光合作用以及抗逆性等指标影响效果存在差异,随着煤矸石用量的增加,植株各个时期的生长生理、抗逆境胁迫等指标多数呈现先增加后降低的趋势。CL30处理对马铃薯生长促进效果最佳,CL50则表现出一定的抑制作用,3个品种马铃薯收获后的地上生物量排序均为CL30、CL50、CL15。3）对照中马铃薯植株在幼苗期全部死亡,煤矸石各处理种植马铃薯可完成生长周期并结薯。CL30处理下单株块茎质量最高,为252.37～424.10 g/株,块茎中淀粉、蛋白质和维生素C含量也最高,分别为90.0～110.3 g/kg、13.3～14.1 g/kg和99.0～164.0 mg/kg,但与商品马铃薯品质相比仍有差距,淀粉、蛋白质和维生素C含量分别低于商品马铃薯21.2%～35.7%、45.8%～48.8%和7.9%～44.4%。综上所述,煤矸石可用于盐碱土改良,煤矸石用量为30%时,可有效改善盐碱土壤环境并适合种植马铃薯,因而在盐碱地土壤改良、保障粮食安全领域具有应用前景。     

植被自然恢复对煤矸石堆场Fe/Mn淋溶迁移的影响及其作用效果

[目的] 探讨植被自然恢复下植被类型对煤矸石堆场Fe,Mn淋溶迁移的影响及其作用效果,为煤矿区煤矸石堆场的生态环境治理及生态修复提供科学依据。[方法] 通过对贵州省中部废弃煤矿区不同植被条件下煤矸石堆场地表径流进行采样分析,同时通过移植煤矸石堆场上生长的马尾松、光皮桦和类芦进行盆栽试验以及采集基质渗透水样品。[结果] 马尾松、光皮桦及类芦生长的煤矸石基质渗透水和煤矸石堆场地表径流水中Fe,Mn含量均显著地低于无植物生长的煤矸石,煤矸石堆场植被自然恢复后地表径流水中Fe,Mn含量下降率分别达45.27%~85.60%,60.17%~90.13%,植被作用效果的大小顺序为：马尾松幼林 > 阔叶树幼林 > 类芦草丛。同时,马尾松幼林、阔叶树幼林、类芦草丛煤矸石堆场地表径流水中泥沙含量分别比无植被裸露的煤矸石堆场平均减少了40.18%,30.67%,27.91%。煤矸石中矿物颗粒态Fe,Mn的迁移量也出现明显的降低。[结论] 植被自然恢复能显著地减少煤矸石堆场Fe,Mn向水体的迁移及改善废弃煤矿区地表水环境质量。植物生长,特别是马尾松生长对减少煤矸石中Fe向水体迁移产生的环境效应大于Mn。     

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...