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高潜水位采煤沉陷区微塑料赋存特征及风险评估

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2327-2335页

作者：葛建华丁雨薇李佳张万马东坡任雪张世文安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

为探明高潜水位采煤沉陷区微塑料污染赋存特征及其环境风险,选取安徽省淮南市春申湖、舜耕湿地公园两个典型采煤沉陷区为研究区域,采集了表层水体,底泥及周边农田土壤样品,采用体视显微镜、扫描电镜、红外光谱对微塑料尺寸、形状、颜色... 详细信息

为探明高潜水位采煤沉陷区微塑料污染赋存特征及其环境风险,选取安徽省淮南市春申湖、舜耕湿地公园两个典型采煤沉陷区为研究区域,采集了表层水体,底泥及周边农田土壤样品,采用体视显微镜、扫描电镜、红外光谱对微塑料尺寸、形状、颜色及丰度等赋存特征进行表征.结果表明:采集的样本中多为纤维微塑料和薄膜微塑料,类型主要以聚乙烯,聚丙烯为主,颜色以黄色和透明为主,粒径大多小于500μm.采煤沉陷区的地表水丰度范围为0.77~7.1pcs/L,沉积物微塑料的丰度范围为540~2800pcs/kg,周边农田土壤微塑料的丰度范围为380~2380pcs/kg.采用污染负荷指数(PLI)模型进行评估,地表水和农田土壤的风险评估都为于Ⅰ级,属于轻微污染,而沉积物中的微塑料风险评估为Ⅱ级,属于中度污染.

关键词：微塑料采煤沉陷区高潜水位表层水体土壤沉积物风险评估

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复垦土壤细菌群落结构及其与土壤肥力的关系

农业工程学报 2021年第21期37卷 124-133页

作者：刘俊张世文宋桂芳王阳祝亚飞鲁胜军兰淼夏沙沙安徽理工大学地球与环境学院淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室淮南232001

为了解两淮煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,合理人工干预,快速有效提高复垦土壤生产力,本研究以煤矸石充填复垦土壤为研究对象,通过野外调查与采样分析,采用Illumina MiSeq高通量测序分析土壤细菌特定基因片段V4区域,基于非... 详细信息

为了解两淮煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,合理人工干预,快速有效提高复垦土壤生产力,本研究以煤矸石充填复垦土壤为研究对象,通过野外调查与采样分析,采用Illumina MiSeq高通量测序分析土壤细菌特定基因片段V4区域,基于非度量多维尺度分析、冗余分析、方差分析、肥力指数、回归模型方法,对矸石充填土壤不同复垦方向的土壤细菌优势群落和生物多样性进行了探索,明晰土壤细菌群落及其与土壤肥力的响应作用。研究结果表明:细菌群落组成上,不同复垦方向对细菌优势群落分布并无显著性影响,变形菌门、酸杆菌门和放线菌门菌群为主要优势菌群。土壤微生物多样性层面上,表层土壤微生物有较高的丰富度和多样性,均匀度并无显著性差异。微生物多样性在不同复垦方向不存在显著性差异,Shannon_Wiener指数介于6.19~6.85之间,Chao1指数为3131.97~4938.37,Pielou指数介于0.79~0.84之间,表中层同深层土壤的细菌群落结构具有差异性。TN、SOM、AP和AK是影响土壤细菌群落的主要肥力因子,土壤肥力质量指数与奇古菌门相对丰度呈显著正相关(P矿区矸石充填复垦土壤在微生物层面提高肥力质量提供理论支持。

关键词：复垦细菌高通量测序群落结构土壤肥力

改性煤矸石对砂姜黑土物理结构及有机碳组分的影响

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农业环境科学学报 2024年第8期43卷 1805-1814页

作者：殷奥杰张世文周思雨胡睿鑫陈方可安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001

为了探究改性煤矸石对砂姜黑土胀缩性、有机碳及其组分的影响,将煤矸石破碎为3种水平(0~2、2~5、5~8 mm),并将其分别在3%氢氧化钠溶液(75℃)和5%盐酸溶液(70℃)中浸泡保温2 h获得碱改性煤矸石和酸改性煤矸石,对煤矸石改性前后结构进行... 详细信息

为了探究改性煤矸石对砂姜黑土胀缩性、有机碳及其组分的影响,将煤矸石破碎为3种水平(0~2、2~5、5~8 mm),并将其分别在3%氢氧化钠溶液(75℃)和5%盐酸溶液(70℃)中浸泡保温2 h获得碱改性煤矸石和酸改性煤矸石,对煤矸石改性前后结构进行表征。以砂姜黑土为研究对象,通过室内培养试验分析改性煤矸石对土壤容重(ρb)、总孔隙度(φ)、微观孔隙参数、收缩特征及有机碳组分变化的影响。结果表明:碱改性、酸改性煤矸石添加后ρb较对照(不添加煤矸石处理)显著降低25.60%~38.69%、26.19%~35.71%,较煤矸石处理降低1.57%~5.50%、0.85%~2.36%;φ较对照分别提高44.34%~67.02%、45.38%~61.88%,较煤矸石处理分别提高1.34%~3.84%、0.65%~2.19%;土壤微观孔隙体积均有一定程度下降,微观孔隙平均直径增大;土壤线性伸展系数整体趋势为对照>5~8 mm煤矸石>2~5 mm煤矸石>5~8 mm酸改性煤矸石>5~8 mm碱改性煤矸石>0~2 mm煤矸石≈2~5 mm酸改性煤矸石>2~5 mm碱改性煤矸石>0~2 mm酸改性煤矸石>0~2 mm碱改性煤矸石,收缩率整体变化趋势与土壤线性伸展系数一致。土壤有机碳、溶解性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳含量较对照分别增加了103.19%~328.88%、98.23%~470.50%、100.00%~279.90%、85.88%~347.53%。随煤矸石粒径增大,ρb与碳组分含量整体呈下降趋势,土壤线性伸展系数与收缩率呈上升趋势。结构方程表明,土壤胀缩性是影响土壤有机碳组分含量累积的关键因素。综上,酸、碱改性煤矸石添加均能降低土壤ρb、改善土壤孔隙结构及胀缩性,增加有机碳及其组分含量。碱改性改良效果总体优于酸改性,小粒径优于大粒径,因此得出淮北地区比较科学合理的砂姜黑土改良措施是添加0~2 mm碱改性煤矸石。

关键词：改性煤矸石砂姜黑土物理结构有机碳组分

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

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环境科学研究 2020年第9期33卷 2148-2155页

作者：沈露露范玉超张雪王秋雅胡龙龙李辉婷崔红标安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省... 详细信息

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭(分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”),分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量(以w计)分别为119.99、3.83 mg kg,显著高于红壤站生物炭(19.50、0.96 mg kg).尽管九牛岗生物炭中w(酸溶态Cu)、w(酸溶态Cd)显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态(可氧化态和残渣态),二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭(二者占比分别为53.2%、48.0%).高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1∶20和1∶60时,浸出液中ρ(Cu)、ρ(Cd)均超过GB T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.

关键词：生物炭重金属化学形态释放环境风险

矿业废弃地不同生态修复模式下植物多样性及重金属富集迁移特征

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环境科学 2022年第2期43卷 985-994页

作者：周鹏飞张世文罗明魏洪斌宋强方兵庄红娟陈弘扬安徽理工大学地球与环境学院淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室淮南232001 自然资源部国土整治中心北京100035

为了筛选出适合矿业废弃地复垦生态修复的植物材料,通过在排土场布设生态修复试验,开展不同生态修复模式对植物多样性及重金属富集迁移特征影响的研究.结果表明,不同生态修复模式下共出现存活植物8科10种,多为草本植物,乔灌草小区修复... 详细信息

为了筛选出适合矿业废弃地复垦生态修复的植物材料,通过在排土场布设生态修复试验,开展不同生态修复模式对植物多样性及重金属富集迁移特征影响的研究.结果表明,不同生态修复模式下共出现存活植物8科10种,多为草本植物,乔灌草小区修复效果最佳,植物覆盖度达到100%,存活率超过69%,植物群落多样性指数表现为:乔灌草>灌草>乔草>草,湿地松、大叶女贞、苎麻、紫薇和车前草为不同生态修复模式下的优势植物,植物体内大部分重金属含量高于正常值,其中,湿地松和紫薇叶茎部的富集转移系数接近或超过1,对Cd表现出较强的富集和转移能力,属于Cd富集型植物,大叶女贞和车前草根部具有较高的重金属滞留率,属于根部囤积型植物,苎麻各部分重金属含量不高,是重金属规避型植物,具备潜在土壤重金属污染固定修复能力.综合考虑植物多样性、植物富集迁移能力等,乔灌草结合为最佳修复模式,湿地松、紫薇和车前草可作为矿业废弃地复垦生态修复的目标植物.

关键词：矿业废弃地生态修复试验植物多样性重金属富集迁移

无人机在矿区表土特征及地质灾害监测中的应用

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煤田地质与勘探 2021年第6期49卷 200-211页

作者：龙林丽刘英张旭阳苏永东陈孝杨安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源高效综合利用工程实验室安徽淮南232001

随着无人机的出现和发展,各种传感器的小型化和智能化程度不断提高,装载传感器的无人机成为获得空间数据的高效工具。因其成本低、重访周期短、快速高效、质轻灵活、操作简便、影像获取时空精度高等特点,广泛应用于矿区土地损伤监测。以... 详细信息

随着无人机的出现和发展,各种传感器的小型化和智能化程度不断提高,装载传感器的无人机成为获得空间数据的高效工具。因其成本低、重访周期短、快速高效、质轻灵活、操作简便、影像获取时空精度高等特点,广泛应用于矿区土地损伤监测。以"无人机(UAV)、反演(Inversion)、土壤监测(Soil Monitoring)、地表塌陷(Surface Collapse)、地裂缝(Ground Fissure)"为关键词,通过总结Web of Science、知网、谷歌学术等检索系统中2010年1月—2021年5月发表的学术论文,对比分析无人机监测技术与其他监测技术的差别,综述无人机监测矿区重金属、土壤含水率、含盐量、地表塌陷、地裂缝及边坡稳定性的一般流程及数据处理方法,并概述无人机在矿区表土特征及地质灾害监测中的应用前景,认为未来可通过集成野外时序跟踪调查、高精度土壤质量监测技术、高空间分辨率无人机监测技术、数字模拟手段和典型工作面的试验监测与分析,研究工作面自开切眼至停采线动态推进中地质灾害与土壤质量演化耦合关系,构建采煤沉陷区土壤质量演化预测理论体系和时序演变模型。从而进一步探讨矿区土壤质量与地质灾害之间的关系,提出减缓、控制及提升矿区土壤质量的措施,为我国煤炭生产基地煤炭资源开采与生态环境的协调可持续发展提供技术支撑。

关键词：无人机采煤矿区土壤监测地质灾害监测

基于PLSR和LSSVM模型的土壤水分高光谱反演

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矿业安全与环保 2024年第5期51卷 147-153页

作者：刘英范凯旋裴为豪沈文静葛建华安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001

为对地下采矿扰动区表层土壤水分进行反演,以大柳塔煤矿52501工作面为例,利用无人机搭载成像光谱仪获取高光谱影像,对获取的光谱数据进行对数、倒数对数、一阶和包络线去除变换,结合地面采集的128个土壤水分数据,基于偏最小二乘回归(PL... 详细信息

为对地下采矿扰动区表层土壤水分进行反演,以大柳塔煤矿52501工作面为例,利用无人机搭载成像光谱仪获取高光谱影像,对获取的光谱数据进行对数、倒数对数、一阶和包络线去除变换,结合地面采集的128个土壤水分数据,基于偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量机(LSSVM)构建土壤水分预测模型并验证其预测精度。结果表明,基于一阶变换的PLSR模型和LSSVM模型预测精度相对较好,一阶变换的PLSR模型建模集R^(2)_(c)和预测集R^(2)_(p)分别为0.7021和0.6405,均方根误差RMSE_(c)和RMSE_(p)分别为1.6384%和1.1034%,相对分析误差RPD_(p)为1.7263;一阶变换的LSSVM模型建模集R^(2)_(c)和预测集R^(2)_(p)分别为0.8125和0.5979,均方根误差RMSE_(c)和RMSE_(p)分别为1.2755%和1.3459%,相对分析误差RPD_(P)为1.6323。最终基于PLSR和LSSVM模型完成了土壤水分的制图,实现了土壤水分的空间预测,为该研究区植被引导修复中土壤水分精准提升提供了空间数据支持。

关键词：土壤含水量高光谱偏最小二乘回归最小二乘支持向量机无人机干旱阈值引导修复

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BES驱动电渗析对飞灰中Pb和Ni的影响

环境科学与技术 2023年第7期46卷 216-221页

作者：查甫更乐思奇王少海齐文锦薛璇璇王兴明张世文胡友彪安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001

该文构建生物电化学系统(BES)驱动电渗析装置处理飞灰,采用正交试验考察不同外加电压、初始pH和液固比对飞灰中Pb、Ni的迁移效果及残留飞灰中重金属形态分布和浸出毒性的影响。结果表明:电渗析过程中反应池内Pb、Ni浓度受初始pH和液固... 详细信息

该文构建生物电化学系统(BES)驱动电渗析装置处理飞灰,采用正交试验考察不同外加电压、初始pH和液固比对飞灰中Pb、Ni的迁移效果及残留飞灰中重金属形态分布和浸出毒性的影响。结果表明:电渗析过程中反应池内Pb、Ni浓度受初始pH和液固比控制,阴/阳极液中Pb、Ni浓度先无明显变化后上升,3 d后增速变缓;电渗析处理14 d后Pb、Ni分布特征为飞灰浸出液>离子交换膜>阴/阳极液≈阴/阳极,飞灰中Pb和Ni主要向阴极端迁移,在外加电压、初始pH和液固比为300 mV、3、20 mL/g和300 mV、4、50 mL/g时获得最高去除率分别为25.43%和77.48%;残留飞灰中Pb和Ni的弱酸可提取态分别降低了9.97%~15.76%和6.94%~25.11%,残渣态分别增加了4.88%~38.25%和16.44%~38.24%,浸出毒性均低于GB 5085.3-2007限值。

关键词：飞灰电渗析重金属去除生物电化学系统

宁东能源化工基地粉煤灰重金属赋存特征及生态风险评价

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煤田地质与勘探 2022年第11期50卷 144-152页

作者：张治国谭雨柠胡友彪郑永红陈登红蔡维卿李雅婷卢江伟安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001

为拓展粉煤灰的资源化利用,以宁夏宁东能源化工基地鸳鸯湖电厂粉煤灰为研究对象,使用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试方法对粉煤灰理化特性进行表征和分析,并采用酸消解法、DTPA浸提法和Tessier五步提取法,对粉煤灰中铅(Pb)、铬(Cr... 详细信息

为拓展粉煤灰的资源化利用,以宁夏宁东能源化工基地鸳鸯湖电厂粉煤灰为研究对象,使用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试方法对粉煤灰理化特性进行表征和分析,并采用酸消解法、DTPA浸提法和Tessier五步提取法,对粉煤灰中铅(Pb)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、镉(Cd)和砷(As)6种重金属的全量、有效态、不同形态含量进行了测定。采用风险评价编码法(RAC)、次生相与原生相比值法(RSP)和潜在生态风险指数法评估粉煤灰重金属生态风险。结果表明:(1)粉煤灰微观结构良好,密度小,速效钾和速效磷含量丰富。(2)粉煤灰中6种重金属元素全量和平均值均超过宁夏地区土壤环境背景值,但未超过其他农用地土壤污染风险筛选值(基本项目),超标倍数大小顺序为Pb、Cu、Cr、As、Cd、Ni。6种重金属元素有效态含量均未超过宁夏地区土壤环境背景值和其他农用地土壤污染风险筛选值。(3)RAC评价结果表明,As具有极高生态风险,Cd、Cu和Ni具有中高风险,Cr、Pb分别为低风险和无风险。RSP评价结果表明,重金属As为轻度污染,Pb、Cr、Ni、Cu、Cd均为无污染。潜在生态风险指数法结果表明,粉煤灰中6种元素全量和有效态潜在生态危害指数(RI)处于Ⅰ级,轻微生态危害水平,其中Cd是生态风险的主要贡献元素。因此,粉煤灰可以作为煤矿胶结充填材料进行大规模资源化利用。

关键词：宁东能源化工基地粉煤灰重金属赋存形态生态风险评价