基于朴门设计的煤矿废弃地生态修复规划研究

为探索可持续发展观下矿区生态修复规划模式,推动矿区生态修复技术革新,论文引入朴门设计理论,研究其在煤矿废弃地生态修复中的可持续性设计策略及运作过程;结合王石凹煤矿生态修复实践案例,分析了分区规划、扇形分析及循环布局等设计模式的应用现状,并对2014-2016年间王石凹煤矿生态系统服务价值进行测算。结果发现,朴门设计能够把煤矿土壤重金属污染区纳入生态建设分区规划中,加快煤矿废弃地生物多样性恢复,促进生态平衡建设,推动煤矿废弃地生态系统融入生物地球化学循环,实现煤矿废弃地生态、经济和社会复合系统可持续发展,是适用于煤矿废弃地生态修复的有效规划设计模式。研究结果能为矿区生态修复规划设计理论研究和实践活动提供参考。     

矿山恢复过程及前期恢复时限分析

目前矿山生态环境防治原则“谁开发谁保护,谁污染谁治理,谁破坏谁恢复”对矿山恢复到特定程度还没有明确的时间要求。矿山恢复可分为前期和后期两个阶段,前期恢复以水土保持为目的,后期恢复以建立稳定的生态系统为目的。草本植被在前期恢复中具有显著的水土保持功效。不同区域的草本植被恢复到特定盖度有明显的时间分异,所需时间与区域NPP(植被净第一性生产力)值呈负相关。据估计,草本植被恢复到70%的盖度,热带林区大致需要5~9个月,亚热带常绿阔叶林带需要9~15个月,温带林区需要15~24个月,寒带针叶林带和温带草原则需要超过两年的时间。建立的盖度-T(时间)-NPP曲线,结合区域植被有效盖度,为矿山前期恢复的时限制定提供依据。     

矿区土地复垦与生态重建效益演变与配置研究

矿区复合生态系统的重建是对未来空间系统结构和功能的超前安排,其效益的演变极大地受到自然、社会、经济的影响。论文从资源经济、生态经济角度,讨论了矿区土地复垦与生态重建效益的概念和内涵,分析了矿区生态系统演变、矿区生态重建目标、矿区生态系统类型、矿区生态重建措施及矿产资源综合利用对矿区生态系统“三大效益”配置的影响;并以平朔安太堡露天煤矿1985～2015年土地复垦与生态重建过程中的土地资源利用结构动态演变为实例,初步揭示矿区生态重建过程中“三大效益”的有序配置和高度统一问题;为优化矿区土地资源利用结构和建立矿区复合生态系统重建的效益评价指标体系提供理论基础。     

矿山恢复的过程及前期恢复时限分析

矿山恢复可分为前期和后期两个阶段,前期以水土保持为目标,后期以建立稳定的生态系统为目标。草本植被在前期恢复中具有显著的水土保持功效。不同区域草本植被恢复到特定盖度有明显的时间分异,所需时间与区域NPP(植被净第一性生产力)值呈负相关。根据前人所做工作,建立了盖度—T(时间)—NPP曲线,结合区域植被有效盖度,可为矿山前期恢复的时限制定提供依据。据估计,草本植被恢复到70%的盖度,热带林区大致需要3~5个月,亚热带常绿阔叶林带需要5~10个月,温带林区需要10~18个月,寒带针叶林带和温带草原则需要超过两年的时间。     

黄土丘陵区小流域生态经济系统健康评价

建立健康的流域生态系统是恢复退化的生态系统、实现黄土高原山川秀美的目标。论文以安塞纸坊沟小流域为对象,利用层次分析法,选取林草覆盖度、基本农田面积、土壤抗冲性、土壤有机质含量、农业产投比、粮食单产、人均纯收入和综合治理减沙效率等反映流域生态经济系统功能评价指标,定量分析了黄土丘陵区安塞纸坊沟小流域进行水土保持型生态农业的建设中生态系统恢复的过程。研究表明,该小流域经过近20年治理,经历了起始恢复、稳定发展阶段,开始进入良性循环。其健康指数由1985年的0.178增加到1999年的0.707。研究中首次引入土壤抗冲性和有机质指标,并在评价中对生态系统恢复不同阶段给予各指标不同权重值,对方法进行了改进。     

基于GIS的陕西省水土保持自然生态修复区研究

水土保持自然生态修复作为生态建设的一项主要任务,需要进行水土保持生态修复适宜区研究。论文以陕西省为例,应用ArcGIS 9.2空间数据分析工具,综合分析土地利用类型、年降雨量、土壤侵蚀、人口密度等指标,划分出陕西省水土保持自然生态修复适宜区域,并分析了陕西省水土保持综合治理实施情况。结果表明,陕西省水土保持自然生态修复区面积为23 911 km²,秦岭大巴山区适宜自然生态修复的面积最大,研究为水土保持综合治理下一步实施提供借鉴意义。     

丘陵林地土壤酸化改良剂的集中施用-自然扩散修复技术研究

丘陵林地土壤酸化修复在维持林地生态系统生产力稳定中具有重要地位.本试验通过在丘陵林地坡顶集中施用石灰、污水污泥和联合施用石灰+污水污泥3种土壤酸化改良剂,研究了3种改良剂对丘陵林地酸化土壤的修复效果.结果表明:①联合施用污水污泥+石灰能够显著(P<0.05)降低土壤酸度,促进土壤有机质和氮素含量快速上升,增加土壤阳离子交换量(CEC),从而有效改良丘陵林地酸化土壤;②土壤改良剂在丘陵林地上坡位集中施用,能够通过径流和泥沙随坡体向下坡迁移的自然扩散机制,使丘陵大面积酸化土壤得到修复;③将城市污水污泥用于丘陵酸化土壤的修复,有利于解决城市污水污泥的污染问题,但只限于非经济林酸化土壤的恢复.     

栾树对湘潭锰尾矿土不同处理方式下植被修复盆栽实验

锰矿废弃地植被修复可促进矿区生态环境的改善和经济的可持续发展,植被修复方法和技术措施对锰矿废弃地的修复至关重要,混合基质中尾泥和尾渣的配置比例与配置方式也是提高植物存活率的关键技术措施.本研究采用栾树进行锰矿废弃物(尾泥和尾渣)盆栽试验,探讨不同混合比例处理方式下锰尾矿废弃物的特性以及栾树对重金属锰的植物修复效果.结果表明:(1)锰矿尾泥呈酸性,尾渣呈碱性,尾渣中全Mn和有效Mn含量高于尾泥,二者混合基质的p H值和全Mn含量则随着尾渣含量所占比例的增加而升高,但有效Mn含量则逐渐降低.(2)不同比例的尾泥和尾渣混合基质可以有效改善土壤的物理性质,提高栾树的存活率和改善植物的生长状况;随尾泥含量的增加,栾树总生物量增多,生产力提高,当V(尾渣)∶V(尾泥)=3∶1时的栾树生产力与对照土壤中的栾树生产力相当.(3)从栾树各器官的Mn富集量、生物富集系数和转移系数来看,栾树不属于Mn超富集植物,但作为Mn的低积累植物,属于Mn的耐性树种,具有较强的适应性,可用于锰矿废弃地的植物稳定修复.     

稀土矿废弃地植被恢复过程中土壤微生物演变

以福建长汀典型离子型稀土矿堆浸冶炼废弃地作为研究对象，采取"空间代时间"的方法，对堆浸废弃地不同植物恢复年限样地土壤理化性质及微生物进行调查测定，分析植物恢复对稀土矿堆浸废弃地土壤理化特性及微生物的影响.结果表明：在植被恢复第3a和4a土壤理化性质显著高于未治理废弃地，但仍显著低于矿区周边未开采对照（P<0.05）.植被恢复年4a以后，长汀稀土矿废弃地土壤理化性质则呈下降趋势，但仍显著高于未治理废弃地（P<0.05）.长汀稀土矿堆浸废弃地不同植被恢复年限土壤细菌丰度及多样存在一定差异.随植被恢复年限的增加，土壤细菌多样性及丰度降低，但一些特殊细菌群如γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、a-变形杆菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、蓝藻菌门（Cyanobacteria）等在不同植被恢复年限样地中其相对丰度明显增加.具有固氮作用的蓝藻菌门（Cyanobacteria）随着植被恢复年限的增加，其相对丰度降低.广古菌门（Euryarchaeota）仅存在于未开采对照样地；土壤寡营养细菌酸杆菌门（Acidobacteria）随植被恢复年限的增加，相对丰度呈增大趋势.土壤中优势菌群广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）、β-变形菌门（Proteobacteria）、Methanobacterium属、罗尔斯通菌属（Ralstonia）与土壤pH、全磷、全钾、速效磷等呈正相关.土壤pH值、全磷、全钾等是影响广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）等细菌菌群多样性及相对丰度变化的重要因素.以上结果表明，离子型稀土矿堆浸废弃地植被恢复治理到3~4a时，应采取防治措施对其进行人工抚育管理，否则可能会出现前期恢复后期退化的问题.     

矿山生态修复及市政污泥稳定化产物应用潜力

对矿山土地的破坏、污染与危害进行了调研和回顾,详细介绍了矿山土地的物理修复、化学修复和植物修复技术,以及含硫矿山所特需的酸性矿山废水（AMD）原位阻断技术,分析其优缺点及使用条件.研究得出矿山土地生态修复技术的选择依据,通过一系列技术阻断污染,修复与改良表层土壤后建立植被,最终实现生态修复.指出提供足够的、符合需求的植物生长基质是矿山土地生态系统修复的关键要素.进一步提出符合标准要求的市政污泥稳定化产物具有替换客土、预防AMD产生、阻断矿山重金属污染、为矿山土地补充维持植物生长所必需的养分、强化矿山土地保水保肥的作用.同时,对于我国目前待修复的矿山面积,市政污泥稳定化产物施用在时间维度上具有长期的可持续性.因此,市政污泥稳定化产物在矿山土地生态修复的应用上具有潜力和优势.     

平庄煤矿排土场植被恢复与重建研究

本文在认真分析、总结国内外露天煤矿土地复垦理论和工程实践的基础上,应用了土壤学、微生物学、采矿学、农林学、环境工程学等多门学科的理论,研究分析了排土场的土壤理化性质及林木生长的适应性。在此基础上确立了排土场植被特征和植被恢复措施。排土场以保护为主。并通过比较不同生境、不同植被配置模式对主要复垦植被的影响,以及主要复垦植被之间的相互影响,提出平庄矿区露天煤矿人工植被的模式。     

缙云山不同林分下土壤有机碳及矿化特征

土壤有机碳库是陆地最大的有机碳储存库,其微弱的变化就能影响大气CO2浓度的显著变化,其中森林土壤碳库约占全球土壤碳库的70%,因此如何实现森林生态系统土壤有机碳库的高效管理成为目前的研究热点.本研究以缙云山5种典型林分:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林及研究区内弃耕15 a的荒草地(对照土壤)为对象,采用矿化培养实验,分析了不同林分的土壤在不同土层(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)中的有机碳矿化特征.结果表明,林分类型、培养时长和土层深度均对土壤有机碳矿化速率有显著影响.不同林分土壤有机碳矿化速率均随着土层加深而降低,其中0～20 cm土层的矿化速率[11. 97～25. 12 mg·(kg·d)-1]均显著高于其他土层(P 0. 05),其他土层间矿化速率[4. 79～6. 51mg·(kg·d)-1]无显著性差异. 5种林分的土壤有机碳累积矿化量均随着土层加深而降低,0～20 cm土层中竹林和阔叶林土壤有机碳累积矿化量最高,分别为177. 66 mg·kg~(-1)和120. 38 mg·kg~(-1),随着土层加深在60～100 cm土层中,针叶林累计矿化量最高达到了46. 96 mg·kg~(-1).双库一级动力学方程可以较好地拟合缙云山不同林分下土壤有机碳矿化过程,不同林分下土壤易分解有机碳含量均随土层加深而降低,针叶林土壤矿化能力较强,对难分解有机碳库的利用程度较高,而竹林和阔叶林土壤微生物活性较高,可以有效促进碳循环,提高土壤固碳能力.     

金属矿山废弃地类型划分与生态退化特征

由于矿山开采中地表结构扰动、环境污染等因素导致矿山废弃地生态系统极度退化。通过对其产生原因和占地现状、特征的分析,将金属矿山废弃地划分为5大类15个类型,对其生态退化特征进行了评价;其中地表结构的不稳定性、土壤和植被的缺失及重金属离子污染是生态退化的主要限制性特征,也是生态恢复的难点和重点,并对不同类型金属矿山废弃地的生态治理措施进行了探讨。     

Assessment of the maximum allowed acid deposition load at current stage in China

Soil acidification caused by acid deposition has been significant in some forests in southern China. We present an approach for assessing the current stage maximum allowed load (SML) of acid deposition for terrestrial system in the country. The main idea was that soil base cation exchange as a finite buffer to acidity was included in the soil acidity mass balance calculation at current acidification stage. We calculated the SML for five forests in southern China. The usual critical loads for the same forests were also calculated by the steady state mass balance model for comparison. The results showed that the SML is a more tolerant limit than the critical load for the forests with soils not acidified seriously at current stage. However, the SML become a more stringent limit to acid deposition when the forest soils have acidified seriously to very low base cation saturation. In this case the SML assessment is beneficial for the soils recovering from a serious acidified state. Based on a national scale database, the SML mapping for non-agricultural soil system in China was carried out.     

The legacy of surface mining: Remediation,restoration, reclamation and rehabilitation

Surface mining is a global phenomenon. When dealing with the land disturbances caused by surface mining operations, the terms remediation, reclamation, restoration and rehabilitation (R4) are commonly used interchangeably or otherwise vaguely defined. Expectations associated with these terms may differ significantly from one stakeholder to another, however. Regulators, industry, environmental practitioners, local communities and the general public therefore stand to benefit from a precise terminology based on agreed-upon end-goals. The latter range from the avoidance of exposure to pollutants (remediation) to the full recovery of the original ecosystem (restoration). Although frequently claimed as the end-goal, restoration may often not be unachievable, because of altered hydrology, habitat fragmentation, contamination, climate change, prohibitive costs and other environmental and socio-economic boundary conditions. Mostly, the definitions of reclamation and rehabilitation may overlap in their definitions and approaches. Here we attempt the creation of a road-map that can clearly translate end-goals for each of the R4 terms. According to the definitions encountered and exposed here, reclamation, which aims to recover key ecosystem services and biogeochemical functions within a replacement ecosystem or rehabilitation, which implies a repurposing of the landscape, may be the best approaches to deal with surface mining legacies.     

黄土区露天矿排土场生态建设中水分调控技术的研究

平朔露天煤矿位于半干旱的黄土高原区，经过15年的土地复垦与生态重建，已建成比原有生态系统结构更合理，功能更有效的人工生态系统，形成了一套以水分调控技术为核心的比较良好的生态建设技术体系，水分调控技术的提出，形成和发展是针对矿区生态建设的目标而产生的。本文从矿区可持续发展角度，依据露天矿生态建设中水分调控技术的作用和内容，将水分调控技术分为三个阶段；一是水环境安全调控阶段，二是水土保持阶段；三是水分的资源化利用阶段。水资源化利用是今后露天矿生态建设中水分调控技术发展的趋势，为此着重探讨了其技术内容。     

西部生态脆弱区矿山不同开采强度下生态系统服务时空变化——以神府矿区为例

以神府矿区为例,选取土地利用、植被覆盖、土壤、气象等生态环境与统计数据指标,利用RS和GIS技术构建生态系统服务遥感测量评估指标体系,评估研究区2005-2015年生态系统服务变化及时空分布特征,进一步探究神府矿区不同开采强度对生态系统服务的影响并进行驱动力分析。研究结果表明：（1）2005年、2010年、2015年研究区的总生态系统服务分别为1.598×10¹⁰元、1.905×10¹⁰元、2.134×10¹⁰元,呈现逐年递增的趋势;（2）生态系统服务功能中水土保持价值比例最大,草地的单位面积生态系统服务价值最高,耕地、草地生态系统为该地区贡献了最多的生态系统服务价值;（3）研究区生态系统服务分布表现为由东北向西南逐渐降低的趋势,不同开采强度下的生态系统服务增长变化较为相似,煤炭开采区域生态系统服务未显著下降,整体较为平稳。对生态系统服务变化的驱动分析表明在近年来相对改善的气候环境与人工修复共同作用下,神府矿区生态系统服务未发生明显的缩减。此类半干旱生态脆弱矿区国土空间生态修复适宜通过主动的“保护性开发”以及“人工诱导+自然修复”为主的方式,避免大范围与高强度的水土扰动型治理,通过适度的人为干预保证与维持区域内生态系统服务的功能。研究成果不但揭示高强度煤矿开采下的生态环境变化,也对西部生态脆弱区环境做了定量评估;同时,为将来的矿区重建提供了重要的依据。     

不同植被恢复模式对黄土丘陵区侵蚀土壤微生物量的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤微生物量的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复30年植被长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为参照,分析了植被恢复过程中土壤微生物量、呼吸强度、代谢熵及理化性质的演变特征。结果表明,侵蚀环境下植被恢复后土壤微生物量碳、氮、磷显著增加,增幅分别为109.01%～144.22%、34.17%～117.09%和31.79%～79.94%,微生物呼吸强度增加26.78%～87.59%,代谢熵降低57.45%～77.49%,微生物量的增大和活性增强进一步促进了土壤性状的改善。相关性分析结果显示微生物量碳、磷、呼吸强度与土壤养分相关性极为密切,显然,土壤微生物量可以作为评价土壤质量的生物学指标。不同植被恢复模式对土壤质量改善作用不同,总体来说混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林较差,在人工促进生态恢复过程中应持以混交林为主,纯林为辅的原则。     

陕西大柳塔煤矿复垦地植被群落与土壤因子的关系

以陕北风沙区大柳塔煤矿的复垦地为研究对象,通过样方调查与土壤采集,调查复垦地人工植被的种类与多样性,并运用典范对应分析(CCA)探讨了物种分布与土壤因子之间的关系。结果表明:(1)研究区内共发现植被11科20属21种。草本植被在区内占优势,其中豆科、菊科和藜科植被占种数的47.63%;草本植被以多年生为主,占调查种数的52.38%。(2)物种多样性测度表明,Simpon多样性指数、Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数均是草地>灌丛>林地;Simpon优势度指数的变化则是林地>灌丛>草地,说明人工草地的物种多样性最高,其次为灌丛,林地最低。(3)CCA排序结果显示,土壤有机质和粗沙含量是制约研究区人工植被分布的主要因子。此外,土壤中0~20 cm粘粉粒含量影响草本植被的分布;而40~60cm的土壤含水量对乔、灌木的分布影响显著。     

不同生态修复模式下土壤水文性质及其对溶质运移的影响

煤矿区生态修复过程中不可避免地改变了土壤水和溶质运移过程.土壤水是溶质运移的主要载体,溶质运移受土壤水文性质与植被状况影响.以我国北方典型半干旱区山西古交矿区草本、灌草和乔灌草3种不同生态修复区和撂荒地的土壤为研究对象,揭示不同生态修复模式下土壤水文性质变化规律及其对溶质运移的影响.结果表明,土壤持水性从大到小依次为乔灌草地灌草地草地撂荒地,草本、灌草和乔灌草3种植被修复区的土壤持水量相对于撂荒地分别增加了33.79%、59.19%和62.71%,植被修复有助于增加土壤层蓄水能力.土壤饱和导水率由大到小依次为草地(1.736 mm·min~(-1))灌草地(1.678 mm·min~(-1))乔灌草地(1.564 mm·min~(-1))撂荒地(1.012 mm·min~(-1)),非饱和导水率随吸力增大而呈指数下降,植被修复过程中降低容重的同时提高了土壤持水性,改善土壤持水性能.不同生态修复区土壤中溶质穿透时间呈草地灌草地乔灌草地撂荒地的趋势.CDE、SC和TRM模型均可对矿区不同生态修复模式土壤的溶质运移过程进行较好的表达,其中CDE模型拟合效果最好.结果表明研究区溶质运移方式以对流为主,而且土壤容重和砂粒含量是影响溶质运移的主要因素.