Distribution pattern and limiting factors of vegetation in coal waste pile of Xinzhuangzi coal mine in Huainan

In China, coal mine spoils have traditionally been dumped in cone-shaped heaps that have the potential to pollute air, soil and water environments. The coal waste pile occupies lots of arable land and endangers the ecological system in the coal mine district. Vegetation restoration is an efficient approach for controlling the environment pollution of coal waste pile, and is also a topic of current interest in restoration ecology and degradation system ecology. This study focused on the distribution pattern and limiting factors of vegetation in coal waste pile of Xinzhuangzi Coal Mine in Huainan. The results show that two stable plant communities (Synodon dactylon+Erigeron bonariensis.L+Setaria viridis community and Humulus scanden+ Erigeron bonariensis. L community) exist at the bottom of the pile. Synodon dactylon and Erigeron bonariensis. L have much higher values of summed dominance ratio, which denote that these two species can be used for restoration of coal waste piles. The high levels of pH (8.77) and salinity, low levels of total P and total K in coal mine spoil can be the limiting factors for the residence and growth of vegetation.     

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。     

草原区露天煤矿开发对土壤环境质量的影响

矿区土壤环境质量直接关系到矿区周边草原质量状况和矿区土地复垦与生态修复工作。本文以胜利一号露天矿为例,通过煤矿开发前与开发后土壤质量、再造土壤与原地貌典型草原土壤质量、剥离表土和其他再造土壤,以及有人工种植和无人工种植的再造土壤的对比等多角度研究草原区煤田开发对矿区土壤质量的影响,结果表明:(1)与采矿前相比,胜利一号露天矿开采5年后周边原地貌典型草原土壤pH值略有升高,重金属元素As、Hg、Cu、Cd等含量均高于采矿前水平,有机质、速效钾和速效磷等营养元素含量也较采矿前有所升高;(2)与原地貌典型草原土壤相比,露天煤矿排土场再造土壤重金属含量明显增加,有机质和营养元素含量有所降低;(3)剥离表土有机质和营养元素较其他再造土壤丰富,而且小型分散表土堆较大型表土排放场更有利于保持表土的营养成分;(4)人工种植会显著增加再造土壤有机质和多数营养元素的含量。     

关闭矿山生态修复植物选择与施工技术

矿山的过度开采会加速水土流失、降低植被存活率,导致矿山区域生态环境变差,急需进行矿山区域生态环境修复。提出了关闭矿山生态修复植被选择与施工技术,分析矿山区域的地层岩性及水文地质,获取土壤有机物质的性质指标,分析了土壤物质的总体含量会对生态环境修复效果的影响。根据分析结果,选取不同种类的植物指进行调查、筛选测试,得到适应力强、成活率高、覆盖率广的植被,实现生态修复植物的选择。以修复植物选取结果为基础,对矿区的道路、边坡、生产环境等进行治理防护,完成关闭矿山生态修复植物的选择与施工技术研究,改善了矿区生态环境。     

煤矿矸石山环境治理及生态修复技术研究

煤矿矸石山中包含大量的固体废弃物,对矿区环境产生污染,破坏生态环境。而固体废弃物处理能够通过环境治理与生态修复实现,可以促进煤矿矸石山生态环境的可持续发展。为了提高煤矿矸石山的环境治理与生态修复效果,减少煤矿矸石山中固体废弃物的环境污染,提出了煤矿矸石山环境治理及生态修复技术研究。以S煤矿为研究对象,根据研究区内降雨状况和植被生长情况,以造林结构、密度和时间为基础,建造了林地,通过绿化造林的方式,制定了煤矿矸石山环境治理方案,测试了煤矿矸石山的生态修复效果。结果表明,通过绿化造林,不仅可以有效降低煤矿矸石山近地层空气中的SO₂、NO_x和粉尘含量,对矸石山的空气起到了净化的作用,还可以降低土壤和水体中微量元素和有毒元素的含量,具有较好的修复效果,降低煤矿矸石山中固体废弃物对环境的影响。     

采煤扰动下矿区土壤质量时空变化规律研究

为了研究我国西部煤矿高强度开采扰动下,土壤质量变化规律,以纳林河二矿为研究对象,选取10cm、20cm和30cm表层土壤的含水率、pH、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质作为土壤环境质量的评价指标,分析高强度煤炭开采对土壤质量时空变化规律的影响。结果显示：各深度未采区含水量均高于沉陷区,1年沉陷区在10cm深度土壤含水量略高于2年沉陷区,而在20cm、30cm深度含水量则低于2年沉陷区,表明2年沉陷区含水量与1年沉陷区相比有所恢复|区域内pH变化幅度较小,采煤沉陷对土壤pH影响较小。从空间分布上来看,pH较小区域主要分布在2年沉陷区与其他两区域的交界处,这与采煤巷道的方向一致|采煤扰动对土壤肥力的影响较小。碱解氮、有效磷、速效钾、有机质空间分布具有一致性,低值区域主要集中在未开采区中部和1年沉陷区的西北部、中部和南部,高值区域主要集中在2年沉陷区与1年沉陷区和未采区的交界处,但覆盖面积有所不同。     

A brief procedure to fabricate soils from coal mine wastes based on mineral processing,agricultural, and environmental concepts

The objective of this work was to propose a procedure to fabricate topsoils from coal mine wastes. It comprises the following steps: gravity processing, comminution and classification, amendments (pH adjustment and addition of active organic matter), soil analysis, and plant growth (macro- and micro-nutrients and metals concentration). Validation was conducted with a coal mine waste amended with steel slag and sewage sludge, which was successfully applied for Sorghum bicolor growth.     

Heavy metal pollution diagnosis and ecological risk assessment of the surrounding soils of coal waste pile at Naluo Coal Mine,Liupanshui, Guizhou

In accordance with the National Soil Environmental Quality Standards of China, Grade I and Grade II (GB15618-1995), this study adopted single pollution index (SPI) and Nemeiow synthetical pollution index (NSPI) methods to analyse and assess the ecological risk of the seven heavy metals, namely Cd, Hg, As, Cu, Pb, Cr and Zn, contained in the surrounding soils of one coal waste pile at Naluo Coal Mine, Liupanshui, Guizhou, China. The results revealed that (1) Cd had higher SPI than any other heavy metal and the maximum Cd SPI, indicative of serious pollution, was found in the soil sample collected from the 150 m distant from the centre along possible coal gangue alluvial flow; (2) synthetical pollution assessment of heavy metals per Grade I found that soil sample collected from sites 150 m from the centre along possible coal gangue alluvial flow had the maximum NSPI, which suggests that the soil is seriously polluted, and that there is a link between heavy metal pollution level in the surrounding soils of the coal waste pile and the sampling direction; (3) synthetical pollution assessment of heavy metals per Grade II revealed that sampling distance had a bearing on the pollution level in the surrounding soils of the coal waste pile, and the soil samples collected from 100 or 150 m distant in all the sampling paths had minor pollution.     

Surface Soil Water Content Before and After Coal Mining and its Influencing Factors—A Case Study of the Daliuta Coal Mine in Shaanxi Province,China

The spatial variability in soil water content in the Daliuta mining area in western China was studied before and after coal mining using ground penetrating radar and geostatistical methods. The relationships among soil water content, soil physical properties, topographical factors, and vegetation density were analysed using classical statistics. The average surface soil water content changed slightly between the two detection events at the centre of the subsidence, from 0.084 cm³/cm³ to 0.079 cm³/cm³; there, the distribution of the soil water content was more closely related to terrain than any of the other factors being considered. Along the subsidence boundary, the surface soil water content decreased significantly after mining, from 0.099 cm³/cm³ to 0.083 cm³/cm³ at one location. The total soil porosity, soil organic matter, and soil clay content were positively correlated with soil water content before mining. However, after mining, the relationship between total soil porosity and soil water content significantly strengthened while the relationships between other soil physical and chemical properties and soil water content weakened. Vegetation was determined to be the main factor controlling the surface soil water content before and after coal mining at one location in a small (1,600 m²) area of the subsidence boundary.

     

神木北部采煤塌陷区土壤与植被损害过程及机理分析

通过对神木北部矿区塌陷1,2,5,10 a和未塌陷区植物群落调查和土壤因子的测试,采用因子分析法评价不同塌陷年限下土壤质量和植被群落结构优劣,同时利用冗余和聚类分析研究植物与土壤之间的相互关系及其演变过程,并基于植被—土壤耦合模型判定不同塌陷年限土壤因子与植物群落耦合协调性。结果表明:1采煤塌陷导致土壤质量与植被群落结构退化,随塌陷时间的推移呈自然恢复趋势,但10 a后植物群落结构和土壤因子仍不能恢复至塌陷前水平;2塌陷区土壤有机质、水分和微生物是决定土壤质量和植物群落特征的关键因素,土壤硬度、速效养分和酶类是影响植物群落生产力和多样性的主要因子,而全效养分影响力相对较小;3塌陷区植物群落和土壤质量大体经过退化、改善和初步恢复3个不同的演化阶段;4植被与土壤的耦合协调性塌陷2 a后逐渐恢复,但至塌陷10 a仍未达到未塌陷地良好的耦合协调水平。神木北部矿区采煤对生态环境损害具有一定延续性,且生态系统自修复能力较弱,因此减少采动损害、实行自然与人工修复相结合应作为该区生态环境保护的指导原则。     

煤矸石对铜尾矿中重金属(Zn,Pb,Cd,Cr和Cu)形态及生物有效性的影响

铜尾砂堆积在地表会随着淋溶和风化作用溶出重金属元素,对环境产生一定危害,其生态修复的关键是进行基质改良,进行植物修复。通过黑麦草盆栽实验,将淮南煤矸石添加入铜尾砂,探讨矸石对铜尾砂中重金属行为的影响。结果表明:矸石添加能显著提高铜尾砂p H、有机质和养分水平(总氮、总磷和总钾),缓解尾矿砂贫瘠环境。矸石添加后,铜尾砂中Zn,Pb,Cd和Cu的交换态和碳酸盐结合态重金属逐步向铁锰结合态、有机结合态和残渣态转化(除个别处理Pb和Cu残渣态),铜尾砂中有效态Zn,Pb,Cd和Cu浓度不断降低,从而降低了黑麦草中相应重金属浓度,总体表现为铜尾砂-黑麦草系统内Zn,Pb,Cd和Cu生物活性降低效应。然而,由于矸石中Cr浓度相对铜尾砂偏高,其添加会引起尾矿砂中有效态Cr浓度及Cr迁移性增加而增大黑麦草对Cr的吸收。因此,煤矸石可对尾矿砂中Zn,Pb,Cd和Cu产生一定稳定化作用,而虽然矸石内源性Cr会释放到铜尾砂,其也可被黑麦草富集,由此,煤矸石可视为一种潜在的废弃物改良剂,对铜尾砂具有一定生态改良潜力。     

草原露天矿区重构土壤含水率差异性分析

为揭示不同重构土壤配比及不同植被生长等级对重构土壤含水率影响的差异性,探寻最适宜的重构土壤材料配比。本文以内蒙古胜利矿区内排土场为研究区,对重构土壤复垦地进行了调查和取样,采用单因素方差分析法对重构土壤的土壤含水率进行差异性分析,并讨论了形成差异的原因。结果表明：（1）在不同的植被生长等级下,土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石：粉煤灰=3：4：3时土壤含水率均较高。（2）当土壤重构方式相同时,不同植被生长等级下土壤含水率并不是植被生长等级越高越好。当土壤重构方式为岩土剥离物时,大田块一（15天翻耕靶地一次）和大田块二（30天翻耕靶地一次）在植被生长等级为1、2时土壤含水率较高;当土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石=2：3时,大田块三（60天翻耕靶地一次）和大田块四（当年翻耕处理并种植苜蓿）在植被生长等级为3时土壤含水率较高;当土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石：粉煤灰=3：4：3时,大田块一（15天翻耕靶地一次）和大田块三（60天翻耕靶地一次）在植被生长等级为3时土壤含水率最高,大田块二（30天翻耕靶地一次）和大田块四（当年翻耕处理并种植苜蓿）在植被生长等级为1时土壤含水率最高。煤矸石、粉煤灰、岩土剥离物作为表土替代材料其不同配比在重构土壤上的研究为表土稀缺矿区的复垦工作提供了支撑,为全球草原露天矿区的生态修复工程提供参考。     

先锋植物修复介导的根际微域对铅锌冶炼废渣中重金属的形态分异特性影响

为研究金属冶炼废渣堆场内典型先锋草本植物对废渣养分及重金属形态的影响,以开展植被重建5年的铅锌冶炼废渣堆场上先锋草本植物（三叶草,Trifoliumrepens;黑麦草,Loliumperenne）根际微域为研究对象,分析在生态修复过程中两种草本植物根际微域不同粒径废渣（<0.25、0.25~0.5、0.5~1、1~2、2~5、>5 mm）中重金属含量与赋存形态及养分的分异特征。结果表明:废渣内植物养分主要分布在<1 mm的小粒径废渣中;植物根际与非根际废渣中有机质与全氮含量总体上随废渣粒径增加呈先升高后降低的趋势,而有效氮、有效磷含量则随废渣粒径增加呈降低趋势;两种草本植物对废渣养分的改善效果主要表现为三叶草>黑麦草>对照,并表现出明显的根际效应（根际>非根际）。两种植物修复作用显著影响废渣重金属含量及其赋存形态在不同粒径中的分布:（1）三叶草根际废渣Pb、Cu含量显著低于对照,并促使Cd向残渣态转化;（2）黑麦草根际不同粒径废渣Cu、Cd含量发生再分配,在细小粒径（<0.5 mm）废渣中的含量显著降低;（3）两种植物根际废渣酸可溶解态Cu、Pb、Cd、Zn的比例明显降低,且比例随废渣粒径增加而上升。综上,三叶草和黑麦草作为废渣堆场生态修复的先锋植物,可为外来优势植物的自然定居创造良好的植生条件,并对细小粒径废渣扩散迁移生态风险的控制具有重要意义。      

张集矿区复垦土壤养分变化研究及评价

煤炭开采引发土地沉陷,耕地资源严重破坏,土地复垦是恢复耕地的重要措施。开展矿区复垦土壤养分变化研究及评价,对于指导矿区土地复垦工作有着重要意义。以淮南张集矿区不同复垦年限的土壤为对象,系统研究了土壤养分的变化。结果表明:随着复垦时间的增加,土壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾呈现增加趋势;复垦土壤在垂直层次上表现出随深度的增加,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾有下降的趋势;以正常耕地土壤养分水平作为评价标准时,复垦土壤养分恢复指数呈现增加趋势。     

张集矿区复垦土壤养分变化研究及评价

煤炭开采引发土地沉陷,耕地资源严重破坏,土地复垦是恢复耕地的重要措施。开展矿区复垦土壤养分变化研究及评价,对于指导矿区土地复垦工作有着重要意义。以淮南张集矿区不同复垦年限的土壤为对象,系统研究了土壤养分的变化。结果表明：随着复垦时间的增加,土壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾呈现增加趋势;复垦土壤在垂直层次上表现出随深度的增加,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾有下降的趋势;以正常耕地土壤养分水平作为评价标准时,复垦土壤养分恢复指数呈现增加趋势。     

Determination of suitable plant species for reclamation at an abandoned coal mine area

This study was conducted to determine suitable plant species for reclamation of an abandoned coal mine area at Ovacik village within the borders of Yaprakli town in the province of Cankiri, Turkey. The paper comprises three basic parts: (i) sampling and analyses of several chemical–physical properties of the soil; (ii) sampling and identification of the natural plant species; and (iii) determination of topographic features of the study area by spatial analysis tools. Soil samples were taken from 0 to 30?cm depth at 15 sampling sites. Soil textural separates (percent sand, silt and clay), calcium carbonate (CaCO₃), soil pH, electrical conductivity and soil organic matter (SOM) were measured. Soil properties, especially SOM content, pH and textural separates, exhibited significant variations at the sampling site. SOM content was considerably high and pH was low in the coal storage area. The plant composition of the study area was studied based on the plants collected during the period of vegetation from 2010 to 2011. The collected plants were suitably transformed to herbarium materials and identified according to modern systematic techniques. A total of 54 taxa belonging to 23 families were determined in the study area. The average slope of the study area is approximately 24% and the dominant aspect is south-east. By considering all features of the study area, a total of 28 taxa, excluding natural plant species identified on the site, were suggested for reclamation.     

煤矸石多孔土壤与天然土壤特性对比研究

煤炭矿区开发会产生和堆存大量的废弃物,占用大量的土地资源并引起环境污染、土地荒漠化、水土流失等问题。使用煤矸石等废弃物制作多孔土壤应用于矿区的生态修复,既解决了煤矸石等废弃物的堆存问题又可以恢复生态环境,是矿区生态修复重要的研究方向。该文章考察了煤矸石发泡制备多孔土壤特性,包括松装密度、粒级分布、pH、保水性、流失率、保温性等,并与天然土壤特性进行对比。试验表明,与天然土壤相比,煤矸石多孔土壤松装密度降低约36%,保水量增加约51%,流失率降低约63.1%,且保温性更优,但pH偏高,适于种植耐碱性植物,需进一步加工处理后方可用于大宗植物生长。      

高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术

矿山的生态治理与环境修复是保证资源开采可持续发展的必要条件。高原高寒煤矿区生态修复涉及煤炭资源勘查开发与保护、冻土、水资源、草甸湿地、土壤、植被、生态环境等多方面的科学问题,难度较大。根据问题导向、科学精准、集中整治、分类施策的要求,遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念,对青海木里矿区煤炭露天开采存在的生态环境问题研究发现,目前矿区存在的生态环境问题有地貌景观破坏、植被破坏、土地挖损和压占、冻土破坏、水系湿地破坏与采坑积水、地下水含水层破坏、土地沙化与水土流失、不稳定边坡8种类型。针对以往煤矿开发造成的八大生态环境问题,以煤炭生态地质勘查理论为指导,综合研究并形成了地形地貌重塑技术、土壤重构及植被恢复技术、水系自然连通技术、煤炭资源保护技术、边坡稳定性综合监测技术五大关键技术。综合运用以上技术,系统对采坑渣山治理、植被恢复、水环境和资源等进行统筹规划,对矿区生态环境进行综合整治,形成4种具有高原高寒特色的生态修复重点治理模式,分别为水系连通、引水代填、关键层再造以及依山就势。治理工程实践中按照“地质+生态”、“自然恢复+工程治理”的综合治理思路,通过与各井渣山边坡稳定程度、水系传输与采坑积水情况、资源赋存状态等相结合,最终形成“一坑一策”的7种治理方法:边坡阶梯整治+坑底部分复绿+引水代填形成高原湖泊(聚乎更三号井)、保留采坑积水形成的高原湖泊+边坡与渣山整治+覆土恢复植被+水文定期监测(聚乎更四号井)、采坑部分回填形成梯田+边坡与渣山整治+植被复绿+地表水系自然连通(聚乎更五号井)、资源保护+边坡与渣山整治+采坑形成高原湖泊+水系自然连通+植被复绿(聚乎更七号井)、边坡与渣山平整+植被复绿+保留高原湖泊+水系自然连通(聚乎更八号井)、资源保护+采坑回填+削坡整治美化+地貌恢复与周围环境相协调(聚乎更九号井)、采坑回填+边帮整形+坑底就势整平+景观协调(哆嗦贡玛区)。探索了露天煤矿区生态环境一体化修复治理路径,在木里矿区生态修复治理实践中得到有效的应用。     

废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势研究

为了研究废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势,以郑州市矿区为例,结合无人机遥感调查、野外实地调查等技术,明确了研究区域生态修复治理现状,即当前矿山土地资源破坏总面积约为19 105 000 m²,仅有9%的土地资源完成了生态修复。经过治理的矿区土壤有机质含量为6.6 g/kg,植被资源覆盖度为25.07%,空气达标率为80%,区地上地下水资源均呈现出匮乏状态。当前矿山生态修复取得了一定效果,但需要进一步完善。根据区域生态修复治理现状,从土地资源、土壤适宜性、水资源分布、植被资源覆盖、水土流失、空气质量等方面出发分析矿山生态修复治理未来发展趋势,以期保障相关生态修复治理工作的顺利进行。     

城市污泥在露天矿山生态修复中的应用与研究

城市污泥作为城市污水处理过程中的副产品,含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾等营养物质,但也含有多种重金属。开采后的矿山土壤贫乏且贫瘠,生态修复中需要大量客土,并需及时施肥。通过检测客土成分、计算、实验、专家论证的方法,研究确定客土中污泥产品的掺入量,从而在有效控制重金属含量的基础上,达到利用、处理城市污泥并节约土壤成本的目的,并通过工程实践得到了验证。研究结果显示,污泥产品用于矿山废弃地土壤改良是可行的,不仅使土壤污染风险各项指标符合管制值标准要求,而且土壤肥力得到一定程度的增强,且生态修复效果良好。污泥产品可替代部分矿山修复基质材料,具有一定的创新性,一般情况可节约10%～30%的土壤成本,还能节约一部分外购肥料成本。污泥产品中含有50%左右的水分,一定程度上减少了植被生长的需水量,也减少了养护过程灌溉水的人工、设备等成本。研究结果有望对今后相似工程实践有一定借鉴作用。