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中国东部草原区露天矿排土场土壤构建与改良研究

中国东部草原区露天矿排土场土壤构建与改良研究

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作者：福纳德（NGUEMA ABOGO Axel Fernand）中国矿业大学

学位级别：硕士

长期以来,煤炭是中国产业经济及社会发展的重要基础能源,依据国家《能源发展战略行动计划2014-2020》,到2030年,煤炭在中国能源消费结构比例中仍维持在60%左右,由此表明短时间内中国煤炭能源消费的格局难以改变。煤炭资源开采过程中,按... 详细信息

长期以来,煤炭是中国产业经济及社会发展的重要基础能源,依据国家《能源发展战略行动计划2014-2020》,到2030年,煤炭在中国能源消费结构比例中仍维持在60%左右,由此表明短时间内中国煤炭能源消费的格局难以改变。煤炭资源开采过程中,按照开采方式划分主要包括井工开采、露天开采以及露天-井工联合开采等。与井工开采相比,露天开采由于具备资源回收率高、作业成本低、开采速度快等优点,因此在具备露天开采地质条件的地方,一般都采用露天开采作为主要的开采方式。中国范围内,露天开采是煤炭资源开采的重要组成部分。据统计,自2003年起,中国露天开采煤炭总量产量保持每年1%的增长速率,2016年露天总开采量占全国煤炭总产量约20%,其中千万吨级露天煤矿30余座,中国大型露天煤矿(产量≥1000万t)单矿年剥采总量超1亿m3。中国煤炭资源的大规模开采,一方面满足了中国经济建设的需要,另一方面也给局部带来了众多生态环境问题,尤其是土地损毁。据有关资料介绍,国外土地复垦率一般为70%0%,目前美国土地复垦率已达到85%,而在中国土地复垦率达50%左右。中国草原露天煤矿多处于水土资源匮乏的干旱生态脆弱区,煤矿的开采给本已脆弱的生态带来了更加严重的环境问题。近年来,随着煤炭资源需求量的增加,露天开采煤矿面临着显著的高强度和高速度开采,与此同时带来的问题就是环境问题,主要体现在土地复垦上。土地复垦,是指对生产建设活动和自然灾害损毁的土地,采取整治措施,使其达到可供利用状态的活动。例如,在生产建设过程中,因挖损、塌陷、压占等原因造成的土地破坏,采取整治措施,使其恢复到可供利用状态的活动。根据中国地质调查局2016年度《全国矿山地质环境调查报告》统计,全国矿山总面积1040万公顷(1.56亿亩),采矿损毁土地面积300多万公顷(4500多万亩)。截至2015年,已复垦治理采矿损毁土地86余万公顷(1290万亩)。仍有214万公顷(3210万亩)未复垦,治理率为28.7%,远低于国际矿山复垦率(50%-70%)(其中美国1977年以后因采矿业破坏的土地复垦率已达到85%以上)。土地复垦是有很重要的意义的。就像是人们通常使用植树造林的方式去荒漠化锁住土地中的水分,露天矿的开采会破坏原有的地下水的流动方式,从而导致水质的变化,像有水的组成和电导率。关于露天矿土地复垦的研究不断发展完善。在理论方面,各国对土地复垦都有明确的定义。Hossner在其((Reclamation of Surface Mined Lands(露天矿土地恢复)》一书中指出:复垦(Reclamation)的主要目标是重新建立永久稳定的景观地貌(Landscape),这种地貌在美学上和环境上能与未被破坏的土地相协调,而且采后土地的用途能最有效地促进其所在的生态系统的稳定和生产能力的提高。在土地复垦中,重构土壤质量影响着植物群落的发生、发育和演替的方向、速度。研究复垦地重构土壤状况与生物量的关系,一是有利于揭示二者关系产生的机理,二是有利于指导矿区土壤重构与植被重建的实践。国内外研究者对土壤理化性质与植被生物量的关系做了大量研究,但由于研究区域不同、尺度范围不同,其研究结果的差异很大。例如,国外对复垦土壤和植被交互影响的研究比较早,Frouz等分析了矿区复垦土壤与植被的演替规律及其交互作用影响。Costigan等表明限制矿区植被生长恢复的主要因素有土壤肥力和pH值。Alday等研究发现复垦方法影响着采煤损毁土地植物的演替,当覆土厚度增大时植被恢复主要受限和土壤pH值的影响。土壤是植被生长发育的基础,能够不断地为植被提供营养物质和水分,并且土壤动物与土壤微生物共同参与营养物质循环,加快土壤有机物的分解,促进土壤腐殖质的转化,调节土壤肥力,进而影响植被的生长发育。土壤养分影响着植物器官的生长发育,调节植物对水、热、气的需求,在植被的演替过程中起到至关重要的作用。土壤养分的种类、组成和数量都影响着植被的生长发育,其中土壤有机质、N、P、K等是植物生长发育的必需元素,其含量与分布影响着植物的生长状态。Fernandez指出土壤中C、N的积累速率对植物群落结构物种组成产生影响。Sainju和Good研究发现植被根系的密度与土壤的有机质、总氮、水溶性磷以及可交换性阳离子呈正相关,与土壤pH呈负相关。Pu等认为植被的根系形态与发育状况与土壤中养分的分布以及营养物质的配置密切相关。在草地生态系统中,土壤是植物根系生长发育的基质,土壤的理化特性和生物特性对草原植物群落生长力具有一定的控制作用。分析土壤的物理性质以及化学性质,结合植被的生长特征,对土壤剖面特征与植被生长的耦合关系进行。本论文以内蒙古自治区锡林郭勒盟胜利西一号露天矿(以下简称“胜利露天矿”)为对象,通过现场取样和测试分析土壤剖面特征与地表植被生长状态的关

关键词：复垦土壤性质土壤构建边坡稳定性植被生长

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