东部草原区大型煤电基地生态修复与综合整治技术与示范专题

东部草原区位于我国生态安全“两屏三带”的北方防沙带，该区域聚集了锡林浩特和呼伦贝尔两大煤电基地，以露天开采为主，产能超过4亿t，是我国东北区域重要的能源供应基地。要筑牢我国北方重要生态安全屏障，必须坚持生态优先、绿色发展的理念，为此国家科技部于2016年启动了“典型脆弱生态修复与保护研究”重点专项，将东部草原区大型煤电基地生态修复与综合整治技术及示范作为重点研发项目纳入其中。

行业视野: 环境保护
类别; 124个
关键词; 101位
专家; 31篇
论文; 31844IP
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解钾细菌C6X对伊利石和钾长石钾吸附动力学的影响

作者(Author)：尚海丽, 毕银丽, 张延旭, 裘浪

摘要：为了开发蒙东露天矿排土场复垦技术，合理利用解钾细菌提高蒙东草原黏土层土壤肥力水平，开发其作为替代熟土的巨大潜力，综合采用无菌实验室静置培养预处理样品法和平衡吸附法，研究解钾细菌对蒙东草原黏土层中2种常见矿物钾长石和伊利石钾的吸附动力学过程的影响。试验结果表明:① 伊利石比钾长石钾的吸附平衡时间更短、钾的累积吸附量更大;解钾细菌显著提高伊利石钾的累积吸附量，而对钾长石无显著作用;② 伊利石钾的吸附动力学过程对指数方程拟合效果最佳，钾长石拟合效果最佳的动力学模型是一级动力学方程;解钾细菌对2种矿物的钾吸附固定过程的动力学模型无显著影响;③ 解钾细菌显著提高了伊利石钾的吸附固定速度，延长吸附平衡时间;解钾细菌对钾长石不同时段吸附速率的提高效果不稳定，对钾长石钾的吸附平衡时间无显著影响;解钾细菌作用提高了伊利石吸附速度随时间的降低速率，伊利石吸附速度随时间的降低速率比钾长石更快;④ 解钾细菌显著提高伊利石在快速阶段和中速阶段的钾吸附量，且吸附时间比接灭活菌处理延长总时长的10%。解钾细菌对钾长石的3个阶段的吸附时间无显著影响。因此，解钾细菌显著影响土壤黏土矿物钾的吸附动力学过程，这为合理利用解钾细菌改善蒙东地区土壤黏土钾肥利用率、促进黏土层作为替代熟土提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第12期

751

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接种不同丛枝菌根真菌对黄花苜蓿生长影响

作者(Author)：张延旭, 毕银丽, 郭楠, 宋子恒, 李向磊, 苗春光

摘要：呼伦贝尔草原区露天煤矿开采会造成大面积土壤和植被的损毁，恢复难度较大。丛枝菌根真菌可以与80%以上的高等植物形成菌根共生体，能促进植被的生长，加速矿区植被恢复。以黄花苜蓿为供试植物，通过温室盆栽模拟实验，研究了在土壤灭菌条件下接种3种丛枝菌根真菌即摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae，简称F.m)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum，简称G.e)、地表球囊霉(Glomus versiforme，简称G.v)对黄花苜蓿幼苗根系菌根侵染率、根外菌丝密度、植株生长及其生理、营养状况的影响。结果表明:3种接菌处理均可与黄花苜蓿形成良好的共生关系，不同菌种与宿主植物的亲和程度存在差异。与对照处理相比，3种接菌处理均显著提高了植物株高(9.9%~23.5%)和叶色值(17.6%~21.0%)。接种F.m显著增加了植株地上和根系生物量、叶片可溶性蛋白、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度及根系P含量。接种G.e显著提高了地上生物量、叶片可溶性蛋白、蒸腾速率、植株地上和根系P含量。相关分析结果表明，菌根侵染率与植物生物量、叶片可溶性蛋白、气孔导度、地上部分N质量分数呈显著相关，与根外菌丝密度、株高、蒸腾速率、根系P质量分数呈极显著相关，菌根侵染率、根外菌丝密度与植物生长、生理及营养状况之间存在协同效应。3种接菌处理对黄花苜蓿幼苗生长均有不同程度的促进作用，其中以摩西管柄囊霉的效果最好，幼套球囊霉次之，地表球囊霉效果最差。

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煤炭学报

2019年第12期

857

236
东部草原露天矿黏土对磷的养分动力学特性研究

作者(Author)：宋子恒, 毕银丽, 张健, 龚云丽, 张华

摘要：东部草原露天矿区土地瘠薄、草场退化严重，生态修复成为必然。矿区草原表土缺乏，露天矿开采产生的生黏土资源化利用成为矿区生态修复的一种可行方法。磷是植物必需营养元素且在土壤中难移动，磷在不同黏土组成中的养分动力学特性对于合理利用黏土具有重要的现实意义。对黏土、表土、沙土、黏土沙土1∶1混合(NS1∶1)、黏土沙土1∶2混合(NS1∶2)、黏土沙土1∶3(NS1∶3)混合等6种土壤基质对磷的吸附解吸进行对比分析，发现均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型，黏土中磷元素的最大吸附量(Γmax)、最大缓冲量(MBC)、磷零点吸附平衡液浓度(EPC0)、磷吸持指数(PSI)、磷元素饱和度(DPS)等，均表现出黏土和黏土∶沙土1∶1混合固定磷元素能力强于表土，其中黏土的Γmax是表土的2.61倍，黏土∶沙土1∶1是表土的2.21倍。在解吸的过程中，沙土的解吸率高达91%，而解吸量只有91.3 mg/kg;而黏土∶沙土1∶1混合的解吸率是40.4%，解吸量为395.92 mg/kg，是表土和黏土解吸的1.51倍和1.29倍。黏土和沙土1∶1混合在吸附磷和解吸磷两方面都表现出了最优效果。

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煤炭学报

2019年第12期

750

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接种AM真菌对东部草原矿区不同配比黑黏土的玉米光谱反演

作者(Author)：龚云丽, 毕银丽, 胡晶晶, 宋子恒, 张健

摘要：为改善东部草原露天矿区黑黏土黏性强、透气性差、土壤养分有效性低的现况，设2个水平接种AM真菌处理:接种丛枝菌根(M)和不接种菌根的对照组(CK)。同时将黏土设置了 4 种不同配比处理:沙土(S)、黏土(N)，沙土与黏土按质量1∶1配比(S∶N=1∶1)、沙土与黏土按质量3∶1配比(S∶N=3∶1)。利用高光谱遥感技术监测在不同基质下接种丛枝菌根真菌对植物生长发育的影响，对比不同处理下典型光谱特征参数的差异，并筛选与叶绿素含量相关性高的特征参数，以此为自变量利用逐步回归和BP神经网络的建模方法反演叶绿素含量，为微生物复垦效应监测奠定理论基础。结果表明:接种AM真菌后玉米叶绿素含量较对照升高，通过对比“三边”参数可以看出接菌组的生长状况较对照组旺盛，即接种丛枝菌根可以促进植物生长;配比沙土后的黑黏土比纯黑黏土中玉米叶片叶绿素含量更高，生长状况更好，接菌条件下以1∶1的比例掺入沙土时对玉米叶绿素含量的提高效果最明显。选择相关性较好的10个光谱特征参数，采用逐步回归和BP神经网络的方法对对照和接菌分别进行叶绿素含量的模型建立，BP神经网络法显示出更好的估测能力，其对照组的模型决定系数和模型检验决定系数分别为0.860和0.896，接菌组的模型决定系数和模型检验决定系数分别为0.857和0.890，可以较好估测玉米叶片叶绿素含量。

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煤炭学报

2019年第12期

759

252
宝日希勒矿区土壤耐重金属铁、锰、铜、铬细菌的筛选与鉴定

作者(Author)：张晓东, 李雅舒, 陈金, 莫莉, 包玉英

摘要：内蒙古露天矿的大规模开采严重影响了内蒙古草原的生态多样性和生态稳定性。由于矿山开采，金属冶炼，存在于土壤中的重金属被剥离到地表，随着大气、水流进入到土壤及水环境中，矿区及附近的重金属污染非常严重，已经严重危害到附近人类饮食和生活健康，我国面临重金属污染治理的巨大的挑战和难题，为筛选出露天煤矿区高效耐重金属菌株，为草地生态修复提供微生物修复的理论基础和菌种资源，以宝日希勒露天矿区为研究对象，选取矿区内外共5个样地，利用不同类型的重金属胁迫培养基筛选出耐铜离子、铁离子、铬离子、锰离子的细菌进行梯度培育，筛选出每种重金属耐受力最强的菌株。研究结果表明，在不同重金属浓度梯度的胁迫下，菌株XFe-1最高耐铁浓度为500 mg/L，菌株XCu-1最高耐铜浓度为500 mg/L，菌株XCr-1最高耐铬浓度为200 mg/L，菌株XMn-1最高耐锰浓度为50 g/L。随后对4种菌株进行重金属胁迫生长曲线实验，每种菌株均对重金属不同浓度有不同程度的响应。通过16s rDNA基因序列分析比对，对4种优良耐重金属细菌进行分子鉴定，XFe-1为蜡状芽孢杆菌(Bacillus toyonensis)，XCu-1为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)，XCr-1属于短杆菌属(Brevibacterium sp.)，XMn-1与Genbank基因库序列比对与芽孢杆菌属最高相似度仅为85.37%，为未知种。并对优良耐重金属菌株进行保藏。

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2019年第12期

704

282
基于纹理转移的露天矿区遥感图像超分辨率重建

作者(Author)：杨宏业, 赵银娣, 董霁红

摘要：遥感图像是露天矿区生产的主要信息源之一，其空间分辨率影响着矿区各场景边界的区分、细小地物的判读和控制点的定位等，对矿区的生产管理与监测起着重要作用，针对现实中受成本、技术等制约，获取不了满足要求的高空间分辨率图像的问题，提出了利用超分辨率重建技术提高露天矿区遥感图像的空间分辨率;针对露天矿区各场景纹理特征明显的特点，采用深度纹理转移的方法进行超分辨率重建。通过一个端到端的深度学习模型，输入低分辨率的图像和对应的参考图像，把其分成若干个图像块，利用特征提取网络提取图像块的特征，并比较低分辨率特征图像块和参考特征图像块纹理相似性，自适应地从参考图像中转移纹理，在各种尺度的特征层中把多个交换的纹理特征图融合到生成网络中，构建纹理细节丰富的重建图像。同时对特征提取部分进行了改进，用网络深度更深，运算量更小的ResNet34网络代替VGG19网络，更进一步提高了特征提取的效果。研究利用自制的露天矿区图像数据集进行实验，并与先进的图像超分辨率重建方法比较。研究结果表明:在参考图像对结果的影响方面，改进的方法重建效果会随参考图像与待重建图像相似度的增加而提高;与其他方法对比表明改进的方法在峰值信噪比、结构相似性等方面的值都优于未改进的方法、EDSR和SRGAN等方法，视觉感知方面也优于其他方法。

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2019年第12期

767

314
基于改进UNet孪生网络的遥感影像矿区变化检测

作者(Author)：向阳, 赵银娣, 董霁红

摘要：矿产资源的开采在促进区域经济发展的同时，也造成了地表破坏，对生态环境造成了影响。利用遥感技术及时获取矿区土地利用覆盖和生态环境的变化信息，可以辅助矿区生态保护和生态恢复。针对传统变化检测方法中需要提取大量人工设计的图像特征，提出一种改进UNet孪生网络结构。用卷积层代替UNet结构中的池化层，加入中心环绕、双通道图像输入的孪生结构和特征金字塔模块，对遥感影像进行端到端的矿区变化检测。首先，对经过数据预处理的前后两时期遥感影像利用中心环绕的方法进行裁剪，获取图像的多尺度信息，将裁剪后的中心区域和环绕区域的影像分别输入到网络的孪生结构编码端，通过权值共享的孪生结构提取前后两时期影像的差异信息;然后，将同一特征层上的特征进行相减，获取前后两时期影像在不同卷积层上的差值影像并进行特征融合，把融合后的图像送入特征金字塔模块获取图像多尺度上下文信息。最后，将编码端和解码端对应层跳跃连接，进行端到端的预测，得到前后两时期矿区遥感影像的变化二值图像。实验结果表明:改进的变化检测网络方法与传统方法相比可以自动的提取图像的低层特征和高层语义特征，避免了人工提取图像特征的繁琐。此外，在检测结果上，改进的变化检测方法与对比方法相比，总体精度和Kappa系数有明显提高，同时也降低了检测的误检率和漏检率。

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2019年第12期

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煤矿地下水库水-岩相互作用机理实验研究

作者(Author)：张凯, 高举, 蒋斌斌, 韩佳明, 陈梦圆

摘要：为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律，阐明其自净化机理，并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析，设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去离子水和矿井水的水-岩相互作用模拟实验，采用图示法、离子比值法等手段揭示煤矿地下水库水体中主要离子的变化规律及其来源。结果表明:大柳塔煤矿地下水库发生的主要水-岩相互作用为阳离子交换反应，黄铁矿氧化，方解石、白云石以及硅酸盐矿物的溶解。阳离子交换反应使得Na+浓度增大而Ca2+浓度减少、水化学类型由进水的SO4·Cl-Ca型向出水的SO4·Cl-Ca型转变以及造成Na+浓度相对Cl-浓度过量而(Ca2++Mg2+)浓度相对于(HCO-3+SO42-)浓度亏缺的主要原因;且随着水-岩相互作用的进行，泥岩和细砂岩的钠吸附比均逐渐增大，阳离子交换反应逐渐减弱。煤矿地下水库水体中SO42-部分来源于黄铁矿氧化，其中泥岩的方解石含量相对于白云石含量较多，主要是黄铁矿氧化与方解石发生中和反应;而细砂岩中白云石含量较多，主要是黄铁矿氧化与白云石发生中和反应。矿井水中Na+主要来自钠长石和正长石等硅酸盐矿物的溶解，泥岩组和细砂岩组Ca2+和Mg2+的主要来源分别是方解石和白云石的溶解。

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