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东部平原采煤沉陷区降污固碳协同修复机制与关键技术

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2836-2849页

作者：陈浮朱燕峰马静杨永均尤云楠王丽萍河海大学公共管理学院江苏南京211000 中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116

东部平原采煤沉陷区水体污染严重,极大地限制了湿地自净和碳汇功能的形成。为此,从东部平原采煤沉陷区积水污染成因着手,阐明降污固碳协同修复的现实需求,剖析新成湿地降污固碳的关键过程及碳汇形成机制,估算协同修复的潜力,提出协同修... 详细信息

东部平原采煤沉陷区水体污染严重,极大地限制了湿地自净和碳汇功能的形成。为此,从东部平原采煤沉陷区积水污染成因着手,阐明降污固碳协同修复的现实需求,剖析新成湿地降污固碳的关键过程及碳汇形成机制,估算协同修复的潜力,提出协同修复的适应性管理方法和关键技术体系。结果表明:(1)复杂来水、多样化污染源和生态系统转换失稳是引发东部平原矿区采煤沉陷新成湿地水污染的主因,氮、磷、有机物降解和重金属移除过程中可以实现降污固碳协同修复,光合固碳、碳分配、碳沉积和碳损失等关键过程影响新成湿地的碳汇形成;(2)采煤沉陷新成湿地的碳库稳定性与植物根系分泌物、植物死亡残体、湿地水文过程、活性有机碳组分以及微生物群落结构显著相关;(3)东部平原采煤沉陷新成湿地现有碳汇潜力为4.43×10^(6) t/a,至2060年可达3.27×10^(7) t/a。新成湿地人工修复后可以分别提升氮、磷污染修复能力32.7倍和42.5倍;(4)构建资源与保护统筹立标、治污与固碳协同和效果与方案动态调整的适应性管理策略是落实东部平原采煤沉陷区固碳降污协同修复的重要保障;(5)未来应逐步形成环境材料强化微生物恢复技术、优势植被/功能菌筛选技术和固碳微生物定向增殖关键技术体系,为东部平原采煤沉陷区生态修复、耕地保护和高质量发展提供科学支撑。

关键词：采煤沉陷降污固碳协同修复生态碳汇适应性管理

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采煤沉陷区不同裂缝处小叶杨根系损伤特性

水土保持通报 2022年第1期42卷 34-41,48页

作者：高岩党晓宏汪季高琴翟波刘博内蒙古农业大学沙漠治理学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古杭锦荒漠生态系统国家定位观测研究站内蒙古鄂尔多斯017400 内蒙古自治区自然资源保护与利用研究中心 010020

[目的]探究矿区采煤沉陷对小叶杨(Populus simonii)根系的损伤程度,为后期小叶杨人工林治理恢复提供理论依据。[方法]观测记录李家塔采煤沉陷区不同坡位处不同裂缝间小叶杨根系的损伤状况,运用数理统计软件分析根系损伤率、损伤类型与... 详细信息

[目的]探究矿区采煤沉陷对小叶杨(Populus simonii)根系的损伤程度,为后期小叶杨人工林治理恢复提供理论依据。[方法]观测记录李家塔采煤沉陷区不同坡位处不同裂缝间小叶杨根系的损伤状况,运用数理统计软件分析根系损伤率、损伤类型与坡位、裂缝类型、错位差、裂缝宽和根距裂缝水平距离间的关系等反映小叶杨根系损伤特性。[结果](1)小叶杨水平根主要分布在0—60 cm土层内,0—10 cm土层内根数最多,占40.1%~43.2%,50—60 cm内根数最少,占0.63%~3.71%。根系数量随土层深度增加而逐渐减少。(2)塌陷型和滑动型裂缝处伤根类型有扯断、扭曲、皮裂和拉出,其数量表现为:扯断>皮裂>扭曲>拉出,而拉伸型裂缝处无拉出损伤根系,表现为:皮裂>扭曲>扯断,塌陷型裂缝处根系损伤最严重。(3)根系损伤数量随着根系径级增粗呈现逐渐递减的趋势。根径5 mm以皮裂为主,扯断次之。根越粗扯断越少,皮裂越多。当根径>11 mm时皮裂根数急促地增多。(4)根据相关性由大到小,造成根系损伤的主导因素依次是:裂缝宽、错位差和根裂距。裂缝越宽,错位差越大,小叶杨根系损伤越严重。根裂距越小,根系损伤数量越多。根裂距采煤沉陷区植被恢复治理过程中,不同塌陷地应根据不同裂缝类型制定适宜的治理措施。

关键词：风沙区采煤沉陷小叶杨根系损伤裂缝

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采煤沉陷区深层土壤物理性质时空变化研究

煤炭工程 2023年第1期55卷 131-135页

作者：高云飞张凯邓旭王顺洁吴凤箫国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719300 中国矿业大学(北京) 北京100083

为了研究深层土壤容重、孔隙度以及含水率时空变化,基于榆神府矿区纳林河二号矿采煤沉陷区实测数据,研究了0~10m深度的土壤含水率及土壤容重、孔隙度的时空变化规律。结果表明,随着采煤沉陷区形成时间的推移,土壤容重逐渐减小,孔隙度逐... 详细信息

为了研究深层土壤容重、孔隙度以及含水率时空变化,基于榆神府矿区纳林河二号矿采煤沉陷区实测数据,研究了0~10m深度的土壤含水率及土壤容重、孔隙度的时空变化规律。结果表明,随着采煤沉陷区形成时间的推移,土壤容重逐渐减小,孔隙度逐渐增加,土壤含水率有所恢复。在空间分布上,拉伸区土壤容重低于盆底区,土壤孔隙度高于盆底区,说明采煤沉陷对拉伸区地表结构的影响更为明显且持久;拉伸区土壤含水率变化小于盆底区,纵深方向上0~2m土壤含水率主要受采煤地裂缝影响,6~10m主要受地下水变化影响,中间为过渡地带,土壤含水率相对稳定。

关键词：深层土壤水分土壤容重孔隙度采煤沉陷时空变化

采煤沉陷坡面土壤氮磷钾养分有效性的空间变异性

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土壤学报 2020年第4期57卷 844-854页

作者：孟红旗郭晓明杨英王明仕河南理工大学资源环境学院河南焦作454010

探索采煤沉陷坡面上土壤氮、磷和钾养分迁移转化的作用机理,对促进矿区生态环境综合整治的科学决策有重要理论和实践价值。以焦作九里山矿典型低潜水位采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤氮、磷和钾全量及有效态养分含... 详细信息

探索采煤沉陷坡面上土壤氮、磷和钾养分迁移转化的作用机理,对促进矿区生态环境综合整治的科学决策有重要理论和实践价值。以焦作九里山矿典型低潜水位采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤氮、磷和钾全量及有效态养分含量在不同土地利用类型(耕地和林地)、沉陷坡位(中心、坡底、坡中、坡顶和对照)和剖面深度(0~10、10~20、20~30、30~40、40~50 cm)的空间变异性。结果表明,沉陷坡面土壤养分含量空间变异性从大到小依次为:有效磷(118%)、有效氮(69%)、全氮(41%)、速效钾(27%)、全磷(19%)、全钾(4%)。相对于耕地,林地全磷和有效磷含量显著(P沉陷坡面上,耕地土壤氮和钾的有效性在坡底凹陷区最大,而磷有效性在坡顶裂缝区最大;林地土壤氮、磷和钾的有效性均在坡底凹陷区最大,在中间坡面区最小。通过对土壤养分有效性在沉陷坡面上空间变异作用机理的分析,提出了低潜水位沉陷区土壤可持续管理的具体区划模式,以实现采煤沉陷区土地复垦改造的最小经济投入目标。

关键词：采煤沉陷土地利用低潜水位养分有效性土壤可持续管理

采煤沉陷裂缝区土壤含水量变化对柠条叶片叶绿素荧光的响应

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生态学报 2019年第9期39卷 3267-3276页

作者：刘英雷少刚宫传刚卞正富中国矿业大学环境与测绘学院

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,快速叶绿素荧光诱导动力学分析技术被称为植物受胁迫状态的有效探针,能够快速获取胁迫下光系统II光化学活性和电子传递的信息。研究采煤塌陷裂缝区植物叶片... 详细信息

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,快速叶绿素荧光诱导动力学分析技术被称为植物受胁迫状态的有效探针,能够快速获取胁迫下光系统II光化学活性和电子传递的信息。研究采煤塌陷裂缝区植物叶片叶绿素荧光的变化是揭示煤炭开采塌陷胁迫对植物个体生长影响的关键环节,能为大尺度下采煤沉陷区植物损伤机理研究提供基础。对于黄土高原半干旱矿区,土壤水分无疑是植物生长最重要的限制因素,而植物叶片叶绿素荧光变化采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。为了弄清采煤沉陷裂缝影响下土壤含水量变化对柠条叶片叶绿素荧光响应的影响,选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,在分析了采煤塌陷裂缝对土壤含水量的影响的基础上,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷裂缝区不同土壤含水量下柠条叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线进行监测。结果显示:(1)由于煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,增加了土壤水分的蒸发面,加速了土壤水的散失。土壤水分含量随着与裂缝之间距离的增加而增加,从距离裂缝0 cm到300 cm,土壤平均含水量从5.63%增加到15.07%;(2)裂缝区土壤水分降低,柠条受到干旱胁迫程度加重,叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线由O—J—I—P变形为O—K—J—I—P曲线。干旱胁迫通过干扰柠条叶片PSII电子供体侧、受体侧以及电子传递链的功能,严重的损害了柠条叶片光合机构的正常功能。

关键词：叶绿素荧光半干旱区采煤沉陷植物扰动光合生理

采煤沉陷区不同土地利用类型土壤水分、有机质和质地的空间变异性

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土壤学报 2018年第4期55卷 911-922页

作者：孟红旗熊仁鹏王崇高彩玲河南理工大学资源环境学院河南焦作454010

探索采煤沉陷区坡面微地形上土壤水分、养分和颗粒迁移转化的作用机理,为促进矿区生态环境综合整治的科学决策提供重要的理论和实践价值。以焦作九里山矿典型平原型采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤含水率、有机质含... 详细信息

探索采煤沉陷区坡面微地形上土壤水分、养分和颗粒迁移转化的作用机理,为促进矿区生态环境综合整治的科学决策提供重要的理论和实践价值。以焦作九里山矿典型平原型采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤含水率、有机质含量和质地在不同土地利用类型(耕地和林地)、沉陷坡位(中心、坡底、坡中、坡顶和对照)和剖面深度(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm)上的空间变异性。结果表明,耕地土壤含水率和黏粒含量较林地显著降低(p沉陷坡面上的极值点。在剖面深度上,土壤含水率、有机质、砂粒含量表现为显著的表层聚集,黏粒含量则为显著深层聚集的特点。通过对土壤含水率、有机质含量和土壤质地在沉陷区坡面微地形空间变异作用机理的分析,建议平原型采煤沉陷区的土地复垦方向应以耕地为主、林地为辅的基本原则,在坡中到坡底的等高段复垦为林灌地,能起到对沉陷区土壤水分与养分流失控制和生态环境效益改善的关键作用。

关键词：采煤沉陷土地利用类型坡位土壤剖面土壤质地土地复垦

采煤沉陷区不同复垦林型土壤团聚体碳氮磷化学计量特征

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干旱区资源与环境 2020年第8期34卷 188-193页

作者：李文龙刘美英张有新赵晶内蒙古农业大学草原与资源环境学院内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室呼和浩特010018

研究采煤沉陷区不同复垦林型对土壤团聚体有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量变化及其生态化学计量特征的影响,为选择适宜的复垦植被类型以及培肥沉陷区土壤地力提供理论依据。本试验在神府东胜矿区长期复垦的采煤沉陷地上设置长柄扁... 详细信息

研究采煤沉陷区不同复垦林型对土壤团聚体有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量变化及其生态化学计量特征的影响,为选择适宜的复垦植被类型以及培肥沉陷区土壤地力提供理论依据。本试验在神府东胜矿区长期复垦的采煤沉陷地上设置长柄扁桃、欧李、文冠果和对照四种复垦模式,分析0-20cm和20-40cm土层机械稳定性土壤团聚体OC、TN、TP及其生态化学计量特征。结果如下:三种林型复垦后均促使微团聚体和矿质颗粒向大团聚的转变,增加了土壤大团聚体含量。不同林型和粒径均对土壤碳氮磷含量和化学计量比有显著影响。长柄扁桃复垦土壤OC、TN均有增加,且表层土壤养分的提升效果更好一些;欧李对土壤TN、TP有一定提升作用,但主要体现在底层;而文冠果对培肥整个土层土壤OC、TN以及TP均有明显的作用。综合比较,<0.053mm微团聚体对OC、TN和TP固持效果最好,2-0.25mm大团聚体次之。从化学计量学角度分析,文冠果复垦后对土壤的培肥效果最好,其次是长柄扁桃。

关键词：采煤沉陷复垦土壤团聚体碳氮磷化学计量特征

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采煤沉陷对沙地土壤水分运移的影响

煤炭学报 2014年第S2期39卷 490-496页

作者：毕银丽邹慧彭超史腊梅中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国科学院生态环境研究中心北京100085

为研究采煤沉陷对风沙区土壤水分生态环境的影响,对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土土壤水分时空变化规律及土壤密度、土壤机械组成和水分运移过程(水分入渗、土壤蒸发)进行了研究。结果表明:沉陷使得水分恢复期土壤水分条件发... 详细信息

为研究采煤沉陷对风沙区土壤水分生态环境的影响,对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土土壤水分时空变化规律及土壤密度、土壤机械组成和水分运移过程(水分入渗、土壤蒸发)进行了研究。结果表明:沉陷使得水分恢复期土壤水分条件发生变化,增加了60~80 cm深度处土壤水分的变异性,但沉陷区与对照区之间差异未达显著性水平。在采煤沉陷后1 a的相对稳定期,与对照区相比,沉陷区粗粉粒(0.01~0.05 mm)含量明显增加,而细黏粒(沉陷区较高,在稳定入渗率上,表现为对照区较高,但差异较小,而沉陷明显增加了水分的垂直入渗深度,减小了表层土壤持水能力;同时,沉陷区土壤蒸发量明显增大,不利于土壤水分的保持。经相关性分析,沉陷使得土壤水分与影响因素之间的相关性增强。

关键词：采煤沉陷土壤机械组成土壤水土壤蒸发风沙区沙柳

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采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

水科学进展 2012年第6期23卷 757-767页

作者：臧荫桐丁国栋高永汪季何志周瑞平王健北京林业大学水土保持学院北京100083 内蒙古农业大学生态环境学院内蒙古呼和浩特010019 鄂尔多斯市林业工作站内蒙古鄂尔多斯017000 内蒙古师范大学地理科学学院内蒙古呼和浩特010022 水利部牧区水利科学研究所内蒙古呼和浩特010020

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0～175 min)后... 详细信息

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0～175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10～12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。

关键词：采煤沉陷风沙区垂直入渗侧渗湿润峰土壤水分