采煤沉陷对植被土壤容重和水分入渗规律的影响

为研究采煤沉陷对土壤水资源的影响,针对神东补连塔矿区3种主要植物(沙柳、沙蒿、杨树)群落类型,通过野外调查、实地试验和室内测试,研究了采前、采中、采后及稳定期土壤容重的变化规律及稳定期不同植被类型水分入渗特征.结果表明,随着开采的进行,不同土层之间土壤容重的差异减小,土壤容重分层现象减弱；不同植被覆盖条件下土壤容重在不同时期表现出一定的差异性,开采期间,3种不同植被类型表层土壤容重均减小；在采煤沉陷稳定期,沙柳、沙蒿0～100 cm土层平均土壤容重增大,而杨树则减小.开采后不同植被覆盖条件下稳定入渗率从大到小表现为杨树、沙蒿、沙柳,且与土壤容重有一定相关性.     

采煤塌陷对黄土丘陵区土壤物理特性的影响

为了给采煤塌陷区土地复垦治理提供理论依据,以神府-东胜煤田大柳塔煤矿为例,运用土壤学基本理论和方法,对塌陷黄土丘陵区土壤进行了研究,揭示了采煤塌陷对土壤物理性质影响的变化规律.统计学分析结果表明,降雨后土壤的入渗深度在40～50cm,不同坡位土壤含水量由大到小的顺序为坡底、坡中、坡顶;对土壤密度影响较大的因子是坡位及土壤深度,塌陷对土壤密度影响很小;与对照区相比较,塌陷使土壤总孔隙度明显变小,毛管孔隙度变大,非毛管孔隙度变小;塌陷区不同坡位处粉砂粘粒比值Kd值明显高于对照区,土壤物理性砂粒含量增加,有砂化趋势;塌陷对黄土丘陵区土壤含水量影响最大,其次是物理性砂粒含量,再次是土壤密度和孔隙度.     

煤矸石山植物物种多样性与土壤化学因子的关系 ——以灵武矿区生态修复初期为例

为了得到灵武矿区枣泉煤矸石山生态修复初期优化的植被配置模式,以及影响植物物种多样性的土壤化学因子。通过野外调查结合重要值、α多样性指数和群落相似性系数,对枣泉煤矸石山平台人工重建的乔木林、乔灌木混交林和灌木林3种植被配置类型的植物种类组成、群落结构及α多样性指数的变化,以及各指数与土壤化学因子间的相关关系进行研究,并以矸石山周边自然地貌上的植被为对照。结果表明:①枣泉煤矸石山3种植被配置类型的样地共有植物8科22属24种,菊科植物7种,占总物种数的29.17%;藜科植物6种,占总物种数的25%;豆科和禾本科植物均为4种,各占16.67%。②3种植被配置类型林下多年生草本植物种数占草本层总数的比例大小顺序为:乔木林地(50.00%)灌木林地(46.67%)乔灌混交林(38.46%),自然地貌的多年生草本植物占其草本层的比例为68.75%。③3种植被配置类型中灌木林地草本层植物种Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数、Patrick丰富度指数和Pielou均匀度指数数值均为最高。④土壤碱解氮与各指数间相关性最高,说明土壤碱解氮含量对植物物种多样性的影响作用较大。⑤3种植被配置类型中乔木林地草本植物种类组成在科、属及种的层次上与自然地貌草本植物组成相似性最高,其林下草本植物盖度、密度、生物量、土壤含水量、土壤有机质和全氮含量均高于乔灌木混交林和灌木林。枣泉煤矸石山生态修复初期3种植被配置类型中乔木林地配置模式较为适宜,且影响植物物种多样性的土壤化学因子主要为土壤碱解氮。     

植被恢复类型对露采矿山复垦土壤丰富和稀有微生物类群的影响

植被恢复可促进重构土壤发育,调控生物地球化学循环和发挥生态系统功能。因此深入研究露天矿区植物恢复下土壤丰富和稀有微生物类群变化对改善矿区生态环境至关重要。采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿东排土场裸地（CK）、苜蓿（GL）、沙棘（BL）、油松（CF）、杨树（BF）和杨树+油松（MF）6种复垦样地土壤,利用高通量测序、共现网络和相关性分析等探测植被类型对土壤丰富、稀有细菌和真菌群落结构组成和多样性的影响机制。结果表明：(1)不同植被恢复类型对土壤理化性质和酶活性影响存在显著性差异（P <0.05）,有机质（SOM）、铵态氮（AN）和亮氨酸氨基肽酶（LAP）酶活性等均显著高于CK。BL对土壤SOM、硝态氮（NN）和有效磷（AP）积累有优势,显著提高了脲酶（URE）、LAP和碱性磷酸酶（ALP）酶活性（P <0.05）。(2)植被类型显著影响了土壤丰富和稀有微生物群落结构组成（P <0.05）,丰富和稀有细菌种类多于真菌,但真菌丰度变化更为显著,尤其是稀有真菌。不同植被恢复类型的丰富和稀有细菌,及稀有真菌群落Shannon指数高于CK,且与CK的群落结构间存在显著差异（P &l...     

GIS支持下的矿区土壤含水量遥感反演及变化规律

遥感方法可以开展大范围土壤含水率的连续监测,其技术关键是建立土壤含水率的遥感信息模型.针对矿区采动影响特征,提出了应用归一化植被指数NDVI=0.3作为判别高、低植被覆盖条件的阈值;裸地或低植被覆盖条件(NDVI≤0.3)采用基于热惯量理论的表现热惯量法(ATI)、高植被覆盖条件(NDVI＞0.3)采用作物供水指数法(VSWI)来反演土壤含水量.并根据采后"三带"高度和植被覆盖情况,将矿区分为6种不同的研究区域,提出应用MODIS数据和TM/ETM 数据定量反演矿区土壤含水量,进一步提出了在GIS支持下,由非采煤区推算采煤区采矿前的土壤含水量以及分析采矿前后土壤含水量变化规律的理论和方法.     

基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明:土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化.采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.     

基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明：土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化,采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.     

神农架林区大九湖湿地生态地质剖面调查研究

为系统研究湿地生态地质环境现状及赋存的基础地质环境条件，以神农架林区大九湖湿地为研究对象，通过开展区域地质及典型植被样方调查，选取典型生态地质剖面，获取大九湖湿地岩石—风化壳—土壤—水—植被完整的地表与地下一体化数据，绘制其生态地质垂向剖面图，探究生态环境和地质环境特征及其相互作用规律。结果表明，根据区内主要植被群落类型及其生长环境状况，大九湖湿地生态地质垂向剖面类型主要分为湿生泥炭沼泽剖面、湿生草本沼泽剖面、湿生—中生草甸剖面、中生—旱生草甸剖面、旱生草甸剖面、典型森林剖面6种；影响区内生态地质剖面状况的关键因子是地下水水位，随着地下水水位的变化，剖面上的植物生物量及土壤理化性质也随之改变；大九湖湿地的环境现状是地质环境与生态环境相互作用的结果，充分调查区域地质状况是全面保护和治理该地区生态地质环境的必要前提。研究结果可为区域湿地生态地质环境恢复与保护提供科学依据。     

京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质含量分布及影响因素

在京山市土地质量地球化学评价(二期)的基础上,通过分析表层土壤有机质含量分布及影响因素,发现京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质资源较为丰富,含量为1.68~177.39 g/kg,平均值为30.74 g/kg,是全国土壤有机质含量的1.53倍。区内不同土壤类型对表层土壤有机质含量有明显影响,石灰土含量最高,潮土含量最低。不同土地利用方式对表层土壤有机质含量有明显影响,林地含量最高,草地含量最低。研究结果可为今后本区农业种植适宜性评价提供评价指标,并为后期土壤改良提供科学依据。     

北方大型露天矿区土壤有机碳库扰动与恢复研究

大规模露天煤矿开采严重扰动了矿区地形地貌和土壤碳循环过程。露天矿区土壤有机碳恢复提升符合“双碳”目标,对土壤肥力改善和生态系统自维持具有重要意义。为揭示露天采矿引起的土壤有机碳库的损失扰动特征,掌握矿区土壤有机碳恢复的影响因素及其提升策略,以我国最大的露天煤矿群准格尔矿区为研究区域,通过哨兵二号遥感影像提取了采损区域,采用了149个土壤采样和统计插值、影响因素回归分析等方法。研究结果表明,半干旱地区露天矿排土场矿山土与自然土壤的理化性质、生物活性等都具有明显差异,缺少自然表土覆盖的新复垦排土场矿山土有机碳含量极低,平均为0.19%;由于自然表土剥离不规范,无序混排等,据测算该区域表层土壤有机碳损失累计超过62万t;回归分析表明影响矿山土有机碳的恢复的因素依次是全氮（0.559）、复垦年限（0.225）和植被NDVI(0.172);调查表明复合植被恢复模式的土壤有机碳含量显著高于单一植被恢复模式,其中沙棘、苜蓿、草木樨构成的草灌群落土壤有机碳含量接近自然土壤。在单一植被恢复模式下,土壤有机碳含量恢复表现为：以沙柳等为主的灌木>以油松等为主的乔木>以火炬树等为主的小乔木>...     

铜尾矿库土壤修复效应及周边植被恢复模式研究

基于山西省南部某铜尾矿库出现的土壤贫瘠和金属污染问题，采用经典样方法共设置36个20 m×20 m的调查样方，进行植物多样性和重要值分析，针对土壤理化性质分别提出不同的修复方法，运用ArcGIS绘制营养元素和污染元素的空间分布，进行修复效果检验，并结合AHP层次分析法进行生态适宜性评价。结果表明:研究区内灌草层较乔木层植物更加丰富，且重要植物以玉米、苜蓿、茼蒿、雏菊为主；松土、深翻、客土和植物覆盖对于土壤物理性质的改善具有明显效果，而种植常年生长且落叶多的豆科植物可明显提高矿区土壤的有机质、全氮、全磷等营养物质含量；种植红三叶对于铜金属污染具有良好的治理效果。研究区范围内采样和排土场宜草、西部区域宜林、南部和东部区域宜耕。本研究为今后因地制宜生态恢复提供科学依据，并为其他类似矿区提供参考价值。      

矸石废弃地栽植金银花的绿化可行性分析

在梯田整地法应用栽植模式下,采用野外调查取样结合室内分析测试方法,调查研究金银花栽植的门头沟矸石废弃地土壤基本性状及金银花的生长情况。结果表明：矸石废弃地表层土壤水分含量较低,不存在盐化、酸化危害,土壤养分状况整体处于适宜、较适宜水平,金银花对N、P养分的吸收量较大;金银花长势良好,成活率高,生长速度快,能够快速覆盖地表;金银花地植被种类由2010年11种增加至2011年17种,且增加2种本木植物,生态群落植被演替进程较快,初步形成了10余种伴生物种的灌木层、草本层生态群落,生态修复效果良好。研究表明金银花可用于矸石废弃地的绿化。     

金属矿山污染土地修复技术及实例研究

废弃金属矿山一般不可避免地造成矿山土地的污染。为探讨金属矿山污染土地修复技术，在英国康沃县Geevor废弃铜矿山进行了土地污染的程度和固定修复法、去除法、隔离法3种污染修复技术的效果试验研究。研究表明，铜污染和强酸性是该矿山土地的最主要问题。将污染土壤表层剥离的修复技术并不能达到预期的效果，用非污染的心土覆盖的修复技术可以达到修复污染的目的，但成本高且土壤中石块含量大；用工业矿物作为改良剂的修复技术，操作相对简单，且能达到修复部分污染、中和土壤酸性和加速自然植被生长的效果。     

时间序列下煤矸石充填复垦耕地和林地的土壤碳动态特征

为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理，揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律，研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象，并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作为对照。通过实地采样并检测土壤总碳(TC)、总氮(TN)、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤理化性质(pH、AN、AP)，探究时间序列下复垦重构土壤在耕地和林地2种不同利用方式下的土壤碳动态特征，及其与土壤理化性质的相关性关系。研究结果表明：复垦后耕地和林地利用方式下土壤有机碳含量均随复垦时间的增加而逐渐增加，复垦3 a和12 a的耕地和林地相比，耕地各土层深度下土壤有机碳含量均高于相应深度林地土壤；复垦12 a的耕地土壤0～20 cm有机碳含量已与对照无显著差异，复垦12 a的林地土壤40～60 cm能达到对照水平。各复垦年限耕地和林地土壤中总碳含量均高于对照，这与复垦土壤中较高比例的土壤无机碳含量有关。复垦后土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，相同复垦年限的耕地和林地土壤相比，耕地土壤微生物量碳含量均显著高于林地，且增速更快；复垦9 a的耕...     

东部草原露天开采对植被与土壤养分空间异质性影响

东部草原露天煤矿开采多年后，矿区周边草原生态系统植被种群与土壤养分逐渐发生变化，为揭示矿区周边植被种群密度与土壤养分的空间异质性分布规律，以宝日希勒露天矿坑周边2 km为半径的草原草场为研究区，在矿坑周边不同方向布设了4条采样线，运用经典统计学和地统计学方法对矿区植被种群密度和土壤有机质、速效磷、速效钾含量的空间异质性进行了分析。研究结果表明：矿区周边天然草地土壤有机质的平均含量为56.44 g/kg；速效磷的为7.89 mg/kg；速效钾的为181.50 mg/kg；植被种群密度的平均值为198.13株/m2；有机质、速效磷和速效钾含量分布呈现从西向东逐渐增加的趋势，植被种群密度在西部与东部较高、中部较低。变异系数范围为19.81%～37.62%，均为中等变异。有机质、速效磷的最佳拟合模型均为高斯模型，速效钾的最佳拟合模型为球形模型，植被种群密度的最佳拟合模型为线性模型；块金值与基台值比值范围为12.67%～94.17%。速效磷和速效钾的空间变异主要由随机性因素引起，且空间相关性较弱；有机质属中等强度的空间变异性，其空间变异由随机性因素和结构性因素共同作用引起；植被种群密度空间变异受人类活动主要是对资源的开发利用、放牧等结构性因素影响较大。在小尺度范围内，受煤炭开采与放牧干扰，草地出现不同程度退化，草地植被类型改变，土壤养分与植被种群密度呈负相关变化。     

采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律影响数值模拟研究

采煤塌陷裂缝，影响包气带水分运移规律，诱发矿区生态地质环境问题。当前研究集中于塌陷裂缝对包气带含水率影响，往往忽略塌陷裂缝对包气带水分运移方向及其速度的影响。为此，综合考虑裂缝宽度、裂缝密度和土壤质地类型，基于HYDRUS 2D建立采煤塌陷区包气带水分运移数值模型，研究采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律。结果表明：单一裂缝时，含水率差距与裂缝宽度呈正相关关系；土壤水分运移方向向裂缝处偏转，同一土壤深度越靠近裂缝的区域偏转角度越大，最大偏转角度和发生运移方向变化的区域大小随裂缝宽度变大而变大；裂缝边缘与远离裂缝区域的平均水分运移速度差值随裂缝宽度变大而变大；裂缝密度增高时，同一土壤深度含水率会随之降低，裂缝之间区域的最大偏转角度与发生偏转的区域变小；采煤塌陷裂缝影响下壤土的含水率高于风沙土、水分运移速度低于风沙土，但土壤质地类型不影响水分运移方向。     

顾及“岩土差异”和植物多样性的矿区生态环境遥感监测模型

矿区生态环境遥感可为矿区土地复垦或生态修复活动提供必要的监测数据，也可为相关部门提供便捷的监管工具，具有重要的实用价值和研究意义。然而，面向矿区或矿山场景，大多数生态环境遥感综合指数还未能有效顾及稀疏植被区裸土和裸岩的质量差异问题(简称“岩土差异”),以及浓密植被区植物多样性导致的生态质量差异问题(简称植物多样性)。为了更全面、准确地监测与评价矿区生态环境，建立了矿区植被-土壤-不透水层(或裸露岩石)框架，并据此发展出一种面向矿区环境的遥感综合生态指数(简称REM)。研究以Sentinel-2多光谱数据为驱动，以抚顺西露天矿为研究区域，实现了2016—2021年10 m分辨率的年度REM监测，并结合野外调查数据(95个采样点)和地表覆盖类型分类数据对比分析了REM模型的性能。结果表明：(1) REM值与土地覆盖类型表征的生态环境质量具有较强的一致性，并能够区分裸土和不透水层(或裸露岩石)的质量差异；(2) REM值与野外采样点调查的生态环境质量也具有较强的一致性(相关系数0.899 4,显著性水平P<0.01),并能够顾及植物多样性问题；(3) REM值有效表征了2016—202...     

湖北省红安县基于生态地质单元的土壤重金属分布规律对比研究

为探索生态地质单元对土壤重金属分布规律的控制作用，参考生态地质单元三级分区标准，在红安县划分出8个生态地质单元，筛选金沙湖长英质变质岩缓丘陵(JSH)、永佳河基性—超基性岩低丘陵(YJH)和觅儿寺第四系缓丘陵(MES)3个重点生态地质单元，系统采集740件表层土壤样，开展8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)分布特征及来源的对比分析。研究表明，不同生态地质单元内土壤重金属含量的数理统计特征差异较大，YJH生态地质单元土壤的As、Cr、Cu、Ni、Zn, MES生态地质单元土壤的Cd、Hg、Pb的平均含量和中位数相对较高；JSH、YJH、MES生态地质单元土壤的超标重金属分别为Cd、Cr、Ni, Cd、Cr、Cu、Ni、Zn, As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn,并分别表现出存在少量Cd、Cr、Ni轻微污染，以Cd、Cu、Ni轻微污染为主，以Cd、Cr、Cu、Ni轻微污染为主的特征。综合超标重金属空间分布特征及主成分分析结果，认为不同生态地质单元土壤中重金属的来源不同，YJH和JSH生态地质单元土壤的Cr、Cu、Ni可能主要来源于自然界的基性—超基性岩及萤石矿...     

锡林浩特矿区土壤水分特征曲线和有效含水量预测

露天矿开采导致大面积的地貌改变和植被破坏,进行土地复垦是重建原有生态系统的有效手段。为改善锡林浩特矿区生态脆弱、且矿区表土稀缺的现状,利用上覆岩层进行表土替代材料的开发,上覆岩层土壤的持水能力是选择表土替代材料的重要指标,对于指导排土场复垦具有重要意义。基于此选取了AP(Arya and Paris模型)、MV(Mohammadi and Vanclooster模型)和MVVG(MV model with the van Genuchten模型) 3种模型对锡林浩特矿区上覆岩层(L1—L5,共5层)土壤水分特征曲线与土壤有效含水量的预测精度。结果显示:MVVG对于土壤水分特征曲线(R~2=0.940)与有效含水量(R~2=0.7409)的预测精度均较好,AP对于土壤水分特征曲线的预测结果最好(R~2=0.950),且对于剖面有效含水量的预测趋势与实测值一致,但是有效含水量的预测值与实测值R~2较低(R~2=0.491),MV预测结果最差。AP模型对壤质沙土、砂之壤土和粉砂壤土的水分特征曲线预测效果好于MV和MVVG,但是各模型对沙土的预测预测效果均较差。除L5层,其余4层随着土壤层次深度的增加,其田间持水量、凋萎系数和有效水含量均呈减少趋势。L2—L4的有效水含量均低于L1(18%),且L4(8%)L3(11%)L2(15%)。研究结果显示AP和MVVG模型可以准确地预测研究区土壤水分特征曲线和水分常数,适合用于锡林浩特矿区上覆岩层土壤持水能力的预测。同时结果表明,L5层的有效含水量最大(20%),且土层较厚,具有在土地复垦过程中作为表土替代材料的潜力,而L2—L4可以考虑作为中和L5质地过黏的材料,使其土质更加接近腐殖层土壤(L1)。     

核桃岩沟南区煤矸石堆场生态修复实践

煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物，也是煤矿区环境整治的一大难题。以阳泉市南庄矿核桃岩沟南区煤矸石堆场生态修复实践为例，介绍了煤矸石堆场整形整地技术要点:整理后的地形坡度为28°左右，平台覆土厚度50~100 cm，施工中机械自然碾压；边坡覆土厚度30~50 cm，实施分层覆土并人工压实，土壤密度底层1.60~1.80 g/cm³、表层1.25~1.35 g/cm³。同时介绍了项目区生态修复适宜物种的选择、植被群落配置及其栽植技术要点。项目实施后，绿化效果明显（干旱春季植被覆盖率约70%）。煤矸石堆场生态修复实践可为同类项目尤其是气候干旱地区的矿场绿化提供经验及参考。