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; 34131IP
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东部草原区露天煤矿开采对地下水系统影响与帷幕保护分析

作者(Author)：赵春虎, 王强民, 王皓, 杨建, 刘基, 张雁

摘要：我国东部呼伦贝尔草原地区是以露天开采为主的重要煤电基地，但是针对草原区露天煤矿开采对地下水系统影响及其水资源保护等问题研究较为不足。以呼伦贝尔草原宝日希勒露天矿区为研究对象，根据矿区煤炭资源开发与疏排水特征，将矿区露天矿开采历史划分为初期、剧增期与稳定期3个阶段。应用地下水系统数值仿真技术，系统分析了露天矿区疏排水对地下水系统的影响规律。结果显示:第1阶段(初期)，由于宝日希勒露天煤矿首采区疏排水影响(疏排水强度2.3×104 m3/d)，矿区范围内平均水位降深小于5 m;第2阶段(剧增期)，宝日希勒露天矿西侧的东明露天矿相继开发，由于东明露天井田富水性好的松散含水层(渗透系数大于35 m/d)接受莫日格勒河地表水体补给充分，导致矿区疏排水强度增加至19.47×104 m3/d，矿区范围内平均水位降深大于10 m;第3阶段(稳定期)，宝日希勒露天矿首采区闭坑后2采区相继开采，矿区疏排水量趋于稳定(14.93×104 m3/d)，莫日格勒河地表水体渗漏补给松散层地下水强度约为11.02×104 m3/d，约占东明露天矿疏排水量的80%，平均水位降深大于15 m。最后，根据矿区水文地质条件、帷幕减渗条件下地下水流场以及露天矿剥离开采条件下含水层涌水特征，构建了受强富水强补给露天矿在帷幕墙减渗条件下地下水系统仿真模型，评价了帷幕墙构建对疏排水的影响程度，模拟得出帷幕墙长度为4 km的条件下，疏排水量减少至6.65×104 m3/d，降幅约为51.81%，总结提出帷幕墙阻水减渗方案是矿区针对强富水、强补给含水层地下水保护性开采与露天矿减少疏排水量的有效手段。

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2019年第12期

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草原型露天煤矿区土壤重金属污染评价及空间分布特征

作者(Author)：李晶, 杨超元, 殷守强, 杨震, 刘乾龙, 崔绿园

摘要：草原型露天煤矿区土壤重金属含量的空间分布特征和污染状况，关系到矿山开采与生态环境修复政策的制定，同时也是研究煤炭开发影响范围的参考指标之一。本文通过分析矿区采场周边土壤重金属含量，评价矿区土壤重金属污染程度，分析土壤重金属的空间异质性，作为从重金属污染视角研究煤炭开采影响的“类型”与“边界”，以及确定生态修复措施的参考依据之一。以宝日希勒一号露天矿采场为中心，从采场边缘向外4 km范围内沿西、西北、北、东北、东、南6个方向设置辐射状的调查样线，共布设了58个土壤采样点。距采场边界0~2 km采样间隔为200 m，2~4 km采样间隔为400 m。在土壤样品采集与处理的基础上，应用内梅罗指数法、地质累积指数法和潜在生态危害指数法，对宝日希勒露天矿区周边土壤重金属污染水平及潜在生态危害进行评价。采用单因素方差分析法分析采场外4 km范围内土壤重金属含量在不同方向上随采场距离的变化特征，判断采煤活动是否对采场外土壤重金属含量造成影响及影响边界。通过对土壤重金属含量进行相关分析，探索不同土壤重金属元素是否具有相同的来源。研究结果表明:① 与土壤环境质量(GB 15618—1995)Ⅰ级标准相比，宝日希勒矿区土壤重金属中Pb，Zn和Cr均未超标，Cu超标率为28%，但未超过国家Ⅱ级标准，对农牧业生产、人体健康和环境基本没有影响。② 以内蒙古土壤背景值为标准，Pb，Cu部分无污染，部分中度污染，Zn和Cr没有污染。综合污染程度指数处于“警戒线”水平。潜在生态危害指数<150，处于轻微生态风险等级。③ 在附近有道路分布的西、西北方向及S201省道附近的采样点上，Pb含量相对较高。④ Zn与Cu在东方向，Pb与Cu在北方向具有较强的相关性，各元素之间在其他方向均未表现出较强的相关性。Pb，Cr，Zn和Cu含量与采场距离关系不密切，没有呈现距离衰减特征。⑤ 参照2018年颁布实施的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)，各项土壤重金属含量远低于规定的风险筛选值，土壤污染风险低，可以忽略。宝日希勒矿区采场外4 km范围内土壤重金属含量总体上处于无污染状态。各方向Pb，Cr，Zn和Cu含量均未表现出距离衰减特征，个别土壤采样点重金属含量相对高，附近分布有道路、居民点、电厂等，与煤矿直接开采关系不明显。

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北电胜利煤矿排土场土壤AM真菌与土壤理化性状相关性研究

作者(Author)：莫莉, 陈金, 王宝杰, 张晓东, 马晓丹, 戴雁峰, 包玉英

摘要：煤炭露天的开采破坏了地表植被，改变了土壤结构和土壤微生物(AM真菌)组成。为了研究采煤扰动条件下AM真菌与环境因子之间的相互作用关系，以北电胜利煤电基地为对象，比较研究了排土场与原生草原的植物群落多样性、地上生物量、AM真菌多样性及土壤环境因子的动态变化规律。结果显示，原生草原的植被多样性显著高于各排土场样地，且人工维护的南排土场样地的显著高于自然演替的北排土场样地。从研究区各样地土壤样本中共分离鉴定出AM真菌6科9属24种，优势的种类主要有Glomus reticulatum，Septoglomus deserticola和Acaulospora sp1，多数的AM真菌在各样地表现出较低的丰度，并具有特异的样地偏好性。植物多样性、AM真菌多样性和植物生物量3者之间呈显著正相关，与环境因子有效磷AP，铵态氮AN，总氮TN，总碳TC，碱性磷酸酶ALP呈显著正相关，与pH，速效钾AK，过氧化氢酶CAT呈显著负相关。AM真菌的丰度与土壤环境因子紧密相关，只有Glomus aggregatum与这些环境因子呈现较弱的相关性。本文结果为露天煤矿及其排土场AM真菌群落多样性及其影响影响因子的研究、以及矿区植被重建和生态修复提供数据基础。

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草原煤电基地景观生态恢复技术策略

作者(Author)：雷少刚, 张周爱, 陈航, 吴振华, 宫传刚, 正富

摘要：近些年，位于中国生态安全“两屏三带”的东部草原煤电基地出现了景观破碎化、草场退化、水土流失等生态环境问题。本文旨在探讨如何利用景观生态学、恢复生态学原理，通过修复、创建或重组等手段调整景观组分与空间格局，实现草原煤电基地生态恢复从土壤重构、植被重建等传统单一生态环境要素修复，向生态系统结构及其生态功能恢复方向拓展，以维持区域生态系统的稳定性。以生态系统之间的结构、功能与过程恢复为核心的景观生态恢复则是煤电基地生态安全格局构建的关键途径。对当前矿区景观生态学的研究不足进行了分析;以我国东部草原煤电基地内的胜利矿区和宝日希勒矿区为例，通过现场调查、多源遥感监测与数值模拟等手段，分析了草原煤电基地由于大规模地形地貌以及土地利用变化导致的主要景观生态问题;提出了草原煤电基地景观生态恢复的关键技术策略，以及在矿区景观生态恢复技术实施过程中的设计与应用案例，为其他类似露天矿区的景观生态恢复提供新的技术方法参考。提出的主要技术策略包括:在宏观尺度上识别与构建草原煤电基地生态源地、生态网络等关键景观组分，结合地貌重塑与生态廊道构建露天矿区景观生态格局的立体优化策略;针对内外排土场景观斑块等重要部位，分别通过大型异构排土场的水土物质流途径识别，构建外排土场水土资源调控系统的策略，以缓解外排土场水土流失与地质稳定性问题;并构建内排土场全生命周期近自然地貌重塑策略，以提升大规模内排土场与周边自然草原景观基质及地表水文系统的融合度。

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水分胁迫下AM真菌与解磷细菌协同对玉米生长及土壤肥力的影响

作者(Author)：毕银丽, 张延旭, 江彬, 裘浪

摘要：针对内蒙古东部井工煤矿区气候干旱、土壤贫瘠等问题，以玉米为供试材料，采用盆栽试验方法，研究干旱胁迫(供试土壤最大持水量的40%)和正常供水(供试土壤最大持水量的70%)条件下接种解磷细菌与丛枝菌根(AM)真菌对玉米生物量、养分含量和根际土壤化学性状的影响。结果表明:在正常供水和干旱胁迫条件下，单接种AM真菌(AM)、单接种解磷细菌(CA)和联合接种AM真菌与解磷细菌(AM+CA)对玉米生物量、养分吸收量和土壤肥力均具有一定促进作用。正常供水条件下，联合接种AM真菌与解磷细菌对玉米生长促进效果最佳，与对照相比，玉米地上生物量、根系生物量和总生物量分别提高了55.5%,25.6%,49%，植株氮、磷、钾吸收量分别显著提高了71%,83%,50%;联合接种处理对根际土壤速效磷含量、磷酸酶活性改善效果最好，较对照分别提高92.3%,5.3%，而单接AM真菌对根际土壤pH、电导率、有机质、全氮、速效钾改良效果最优。干旱胁迫下，单接AM真菌对玉米生长促进效果最佳，与对照相比，显著提高玉米生物量51%，植株氮、磷、钾吸收量分别提高60%,111%,86%，同时对土壤pH、电导率、全氮、速效磷改良效果最佳。AM真菌与解磷细菌协同作用可有效促进植物生长与土壤改良，从而加速矿区植被恢复和生态重建过程，为微生物应用于矿区复垦提供了科学依据。

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我国东部草原区露天矿排土场仿自然地貌土地整形方法

作者(Author)：李树志, 郭孝理, 李学良, 孙忠祥, 闫建成

摘要：东部草原区是我国以露天开采为主的大型煤电基地，由于其生态环境脆弱，露天矿排土场边坡易失稳引发滑坡、沉陷、崩塌问题，因此开展排土场边坡整形对保护草原生态环境、减少水土流失具有重要意义。为探索更加科学、合理的露天矿排土场边坡整形方法，采用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)、边坡稳定性分析评价比较了宝日希勒露天矿外排土场台阶式、仿自然地貌的斜坡式和波浪式3种边坡整形方法的效果。结果表明:① 不同整形边坡的NDVI指数表现为波浪式(NDVI=0.551)>斜坡式(NDVI=0.475)>台阶式(NDVI=0.340),但均小于周围自然地貌(NDVI=0.657)，波浪式整形边坡植物生长状况优于斜坡式和台阶式整形边坡;② 在同一整形边坡，高台阶的植被覆盖度低于低台阶(覆盖度650 m平台>660 m平台>670 m平台)，低台阶边坡水土流失量小于高台阶;③ 边坡稳定性与坡角大致呈负相关关系，不同整形边坡的稳定性为波浪式(F=2.711)>斜坡式(F=2.513)>台阶式(F=1.073)，波浪式、斜坡式边坡都处于稳定状态，台阶式边坡滑坡状态处于基本稳定状态;④ 3种整形边坡的NDVI值与稳定系数存在正相关关系，植被覆盖度越高边坡稳定性越高。宝日希勒露天矿外排土场仿自然地貌的波浪式整形边坡水土保持性能和边坡稳定性最好。

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东部草原区大型煤电基地开发的生态影响与修复技术

作者(Author)：李全生

摘要：东部草原区大型煤电基地是我国东部能源保障的重要基地，且位于国家“两屏三带”的北方防沙带东部，区位能源供应和生态功能均十分重要。为实现东部草原区大型煤电基地开发与生态环境保护的协调，国家于2016年启动实施了“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研究”重点研发计划项目。针对煤电基地开发对区域生态要素(水、土、植被)的影响边界与累积效应机理认识不清，急需开发矿区生态修复技术的问题，开展重大技术攻关和工程示范。依托国家重点研发计划项目，提出了煤电基地生态环境保护的内涵，构建了基于采矿源头主动减损、涵盖采前、采中、采后和闭坑的采矿全生命周期的主动生态减损理念，以煤炭开采生态环境损伤最小化为目标，实现水、土、植被指标达到或优于采前生态本底值，从基础理论、关键技术、集成示范与区域调控模式方面，开展了系统研究，具体包括:一是基础理论研究，厘清了煤炭开采对地下水、土壤理化性质、植被覆盖度的影响边界和程度，提出了景观与区域生态评价方法。二是关键技术研发,提出了基于生态减损的采排复一体化技术，构建了地面和地下相结合的露天矿立体储水技术体系，揭示了“水-气-岩”相互作用下采动岩体裂隙自修复机理，掌握了覆岩导水裂隙的发育类型及其导水流动特性，提出了井工开采地下水原位保护方法;优化设计了露天矿排土场边坡整形技术，开展了表土替代材料研究;筛选得到适应于东部草原区的本土植被种类，提出了土壤提质增容有机生物改良技术，优化设计了区域景观分布。初步构建了东部草原区煤电基地生态修复与综合整治技术体系，并在典型矿区应用示范，将为该区域生态环境保护提供技术支撑，助推东部草原区生态文明建设。

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