黄土区露天煤矿排土场土壤与地形因子对植被恢复的影响

在脆弱的生态环境改善和恢复过程中,植被恢复与重建扮演着重要的角色。黄土露天煤矿区生态环境极其脆弱,认识矿区损毁土地植被恢复与地形、土壤因子之间的作用规律对矿区土地复垦与生态恢复改善至关重要。为此,选择山西平朔安太堡露天煤矿南排土场对2条样带27个复垦样地的土壤、地形、植被参数进行了采集与测定,并应用单因素方差分析与CANOCO4.5软件的降趋势对应分析和冗余分析研究了地形与土壤因子对植被恢复的影响。结果表明:植被与土壤变量之间呈显著相关,与地形变量之间相关性不明显;坡度主要影响草本覆盖度,坡向与有机质和速效磷之间具有线性相关性;速效钾对植被的变化起着重要的作用;土壤容重与砾石含量对土壤养分含量具有明显的指示作用;有机质与全氮呈显著正相关,各土壤养分指标之间存在明显的相关关系。为了改善和恢复黄土区露天煤矿排土场脆弱的生态系统,应该考虑植被和土壤的联合演替。在当地的生态环境状况下土地复垦与生态恢复的关键是改善土壤状况和增加人工植被,同时加强对排土场人工和自然植被的保护。     

晋北典型矿农城复合区生态系统服务价值权衡与协同

受到人类剧烈活动的影响,矿农城复合区的土地利用类型在短时间内转换频繁,进而对生态系统服务价值的变化产生显著影响,严重威胁区域生态系统的稳定性和可持续发展。分析和预测矿农城复合区生态系统服务价值（Ecosystem Service Value,ESV）时空演变特征、权衡与协同关系,对协调区域生态功能和人类需求具有重要意义。以晋北典型矿农城复合区为例,基于未来土地利用模拟（Future Land Use Simulation,FLUS）和价值当量表估算法,分析并预测了1990-2026年土地利用类型及ESV变化,同时结合相关性指数分析2026年不同情景下生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：（1）2018-2026年研究区土地利用格局变化显著,主要表现在农用地、损毁地以及其他地类的相互转换上。在不同的发展情景下,2026年研究区的ESV存在较大的差异。自然、经济及生态发展情景的ESV总量依次为1.87亿元,1.69亿元和2.01亿元。（2）1990-2018年间,矿区土地复垦为研究区带来ESV增量1.95亿元。其中,第一阶段和第二阶段带来的ESV增量分别为1.86亿元和0.09亿元。相较于第一阶段,土地复垦第二阶段虽然数量少,但占比不断增加,有较大的发展潜力。另外,草地转林地和耕地转林地是第二阶段ESV增量的主要来源,其增值分别为430.03万元和404.61万元。（3）各项生态系统服务协同关系明显,受到人类扰动较少的西南区域和人类扰动剧烈的矿区均表现为协同关系,仅有少数地区表现为权衡关系,且调节-文化服务的权衡关系较为明显。本文可为矿农城复合区的生态系统服务管理提供一定的支撑。     

晋北大型露天矿区景观生态风险时空异质性

矿产资源开采对生态环境产生了剧烈扰动,加剧了矿区生态环境的风险性,严重威胁区域的可持续发展。从景观生态学角度将景观格局与生态风险相结合对矿区生态环境进行评估,从而揭示矿区景观生态风险的时空异质性,促进土地资源的可持续利用。以1990-2018年7期Landsat TM影像解译后的土地利用现状数据为数据源,构建景观生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究1990-2018年平朔矿区景观生态风险的时空异质性。结果表明:1990-2018年平朔矿区景观生态风险的空间分布呈集聚分布模式,Moran’s I指数处于0.53~0.68,Z得分远高于检验阈值1.96,风险的空间集聚效应明显。1990-2018年平朔矿区的景观生态风险等级以中低、中、中高水平为主,占全区总面积的70%~90%,低风险区域主要分布于井坪镇以及白堂乡与向阳堡乡的大片林地,耕地是中等风险的主要分布区域,高风险区域逐渐向矿界内的矿业核心区收缩。1990-2018年平朔矿区景观生态风险空间异质性中的随机变异均小于空间自相关变异,由空间自相关部分引起的空间异质性占据主导地位。研究表明,在0.50 km×0.50 km的研究尺度下,1990—2018年平朔矿区景观生态风险具有很强的时空异质性,时间上呈现先增加后降低的趋势,空间相关性显著,空间分异特征明显。     

平朔黄土露天矿区复垦地表层土壤微生物与酶活性分析

矿区是当今世界陆地生态系统被破坏和退化最严重的区域之一,在进行露天煤矿土地复垦与生态重建时不仅要恢复地表植被和生物,还应重视地下土壤微生物生态系统的构建,而国内外相关研究多集中在植被重建及土壤理化性质监测方面,利用土壤微生物及酶活性揭示矿区重构土壤状况的研究尚不多见。通过8个样地24个土壤剖面的采样分析,采用时空替代法和单因素方差分析法对平朔矿区不同复垦年限的排土场和原地貌0—20 cm表层土壤中细菌、真菌、放线菌的数量及蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性及变化进行研究,旨在分析其特征及差异。研究结果表明:(1)从微生物数量及酶活性特征来看,无论复垦年限的时间长短,细菌数量在3类微生物中占有绝对优势,占微生物总数的99.20%以上,其次是放线菌,真菌的数量最少;脲酶活性在3种酶中活性最大,其次是蔗糖酶活性,磷酸酶活性最低。(2)从微生物数量和酶活性的变化状况来看,3类微生物数量和3种酶活性在0—20 cm土层随复垦年限的变化趋势相一致,均随复垦年限的变化先增长后降低,而后又随着复垦年限的增长不断增加。(3)在0—20 cm土层,复垦27年的南排土场的土壤细菌、放线菌和真菌数量在复垦后达到了189.3333×10⁵ cfu/g、0.1312×10⁵ cfu/g和1.1463×10⁵ cfu/g,复垦效果达到原地貌3类土壤微生物数量的65.88%、66.46%和67.74%;蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别达到1.9600 mg 100 g^-1 h^-1、6.3600 mg 100 g^-1 h^-1和1.4533 mg 100 g^-1 h^-1,复垦效果分别达到原地貌83.40%、86.30%和86.85%。因此开展矿区土地复垦后土壤微生物及酶活性的相关研究,能够在一定程度上及时反映土地复垦后的土壤质量以及生态系统的恢复状况,以便采取更加合理的复垦方法来提高矿区生态恢复的速度和效果。     

秸秆生物炭对草原矿区重构土苜蓿生长状况的影响

表土稀缺和土壤贫瘠是制约草原矿区生态修复的重要因素,生物炭作为提高土壤质量、促进作物生长的有效手段已被广泛证实,但对于重构土植被生长状况影响的研究较少。以内蒙古草原矿区表土（T）、煤矸石（C）、岩土剥离物（W）及粉煤灰（F）等材料重构的五种表层土壤为研究对象,材料配比分别为T=1（D1）、T：C：W：F=2：1：6：1（H3）、T：C：W=2：2：1（H10）、T：C：W=3：3：4（H11）、T：F=2：3（H15）,分析了不同热解温度（300℃、400℃和500℃）、不同施用量（0、6、12和24 g/盆,即0、7.5、15和30 t/hm²）的秸秆生物炭对重构土苜蓿生长状况的影响。结果表明：1）秸秆生物炭对原表土和重构土壤的苜蓿出苗均存在不同程度的抑制作用,而对于苜蓿株高、叶面积及地上生物量基本呈现正激发效应。2）促进几类重构土苜蓿生长的生物炭最佳处理方式分别为D1\H3\H10-500-24（30 t/hm²）、H11-400-6（7.5 t/hm²）、H15-500-12（15 t/hm²）,并非生物炭热解温度和施用量越高对苜蓿改良的效果越好。3）在相同生物炭处理下,因重构表层土壤理化性质的异质性,秸秆生物炭对苜蓿苗期生长的影响程度不同,重构土苜蓿出苗率和地上生物量均难以超越原表土水平,而苜蓿株高和叶面积可达到原表土水平。     

山西平朔露天矿区不同年限复垦地植被重建特征对比分析

平朔矿区是中国首个露井联采的亿t级矿区,剧烈的采煤活动导致矿区局部植被彻底损毁,植被重建是矿区生态系统恢复重建的保障,目前针对长期复垦序列下矿区复垦地植被重建特征与演替规律的研究较少。以复垦年限分别为6 a、7 a、25 a和27 a的复垦排土场和原地貌样地为研究对象,采用时空替代法和描述性统计分析法分析了不同复垦年限下复垦地的植被重建特征,并与原地貌进行了对比分析。研究结果表明：(1)植被重建工作显著提高了复垦地的物种丰富度,各复垦地乔灌植株的物种丰富度明显高于原地貌。但在重建植被演替过程中,并非随复垦年限增加,物种丰富度越来越高;复垦地Shannon-Wiener指数随复垦年限增加呈先增后减的变化趋势,该值在R-25a样地达到峰值(0.62),其与复垦地的植物物种组成及其自身生长习性、土壤条件、降水等自然条件和人为干扰等息息相关。(2)从乔木植株的生长状况来看,刺槐作为先锋树种,是植被重建时可优先选择的乔木树种。从复垦地草本植株组成来看,草本植物以多年生为主,占比77.78%;从草本植株的重要值来看,草本优势种以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)和豆科(Le...     

特大型露天煤矿区生态系统演变及其生态储存估算

露天煤矿区生态系统在人为干扰下具有特殊的演变过程。从土地利用变化的角度描述矿区生态系统演变及生态水平变化,旨在为特大型露天煤矿区生态系统研究提供科学依据。以山西省朔州市平朔大型露天煤矿区为研究对象,以1986年、2000年、2013年的遥感影像为主要数据源,在分析研究区近30年土地利用特征的基础上,探讨矿区生态系统的演变过程;同时利用生态储存模型定量分析矿区生态系统在研究时段内所处的水平。结果表明:(1)1986—2013年耕地和林地大幅减少,城镇建设用地和采矿造成的损毁土地面积迅速增加;(2)矿区生态系统各子系统用地之间的转化均较为活跃,城镇扩张、采矿活动加剧、损毁土地复垦是造成这一现象的主要原因;(3)平朔矿区生态系统演变可划分为原地貌阶段、损毁阶段、重建阶段;(4)研究区生态储存状态呈恶化趋势,生态储存转化表现为逆向过程,生态储存能力增强。研究结果可为中国特大型露天煤矿区生态系统研究提供科学依据。