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接菌对煤矸石重构土层结构的水盐分布及苜蓿生长的影响
1
作者 刘庚辰 柯增鸣 毕银丽 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第4期50-61,共12页
西部露天煤矿区排土场生态修复面临水资源严重匮乏的制约,三层(生态层-涵水层-隔水层)海绵结构能够起到涵蓄水分促进植物生长的作用,同时也存在持续浇灌咸水导致土壤盐碱化的风险。煤矸石作为煤炭开采产生的主要伴生固废,可资源化利用... 西部露天煤矿区排土场生态修复面临水资源严重匮乏的制约,三层(生态层-涵水层-隔水层)海绵结构能够起到涵蓄水分促进植物生长的作用,同时也存在持续浇灌咸水导致土壤盐碱化的风险。煤矸石作为煤炭开采产生的主要伴生固废,可资源化利用作为充填材料来改变复合材料的结构与性能,但将煤矸石作为三层海绵结构材料并联合微生物复垦盐碱化土壤的潜力尚不清楚。研究旨在探究三层海绵结构中不同涵水层材料(沙土、煤矸石)与接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对土壤水盐分布及苜蓿生长的影响,采用室内模拟土柱试验方法,试验设置4组处理,分别为沙土涵水层未接菌(S-CK)、煤矸石涵水层未接菌(C-CK)、沙土涵水层接种AMF(S-AM)与煤矸石涵水层接种AMF(C-AM)。研究结果表明:(1)相较于S-CK处理,C-CK处理使表层土盐度降低了31.5%,使苜蓿地上部生物量增加了49.6%、地下部生物量增加了38.3%;(2)相较于C-CK处理,C-AM处理使苜蓿地上部生物量增加了3.8倍、地下部生物量增加2.5倍,使表层土盐度提高了24.7%,AMF促进了20~40 cm土层粗根系的发育;(3)煤矸石涵水层与接种AMF的协同作用,使生态层土壤含水率增加了16.5%,表层土盐度降低了14.5%,地上部生物量增加了4.1倍,地下部生物量增加了4.7倍。综合研究表明,煤矸石涵水层与接种AMF相结合可以营造适生的土壤水盐环境,有效降低土壤盐碱化风险。研究结果可为西部地区露天矿排土场生态修复与重建提供科学依据与技术支撑。 展开更多
关键词 重构土层 丛枝菌根真菌 生态修复 水盐运移 苜蓿
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露天煤矿岩土层重构的发展过程、原理与适配技术
2
作者 胡振琪 张子璇 孙煌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3338-3351,共14页
岩土层是生态环境的基础,露天开采彻底破坏了煤层上覆原始岩土层系统并严重影响生态环境,露天矿的生态修复是对岩土层全新的人工重构过程,岩土层重构是矿山生态系统功能恢复与提升的关键。在揭示露天煤矿岩土层重构发展演变过程的基础上... 岩土层是生态环境的基础,露天开采彻底破坏了煤层上覆原始岩土层系统并严重影响生态环境,露天矿的生态修复是对岩土层全新的人工重构过程,岩土层重构是矿山生态系统功能恢复与提升的关键。在揭示露天煤矿岩土层重构发展演变过程的基础上,革新岩土层重构原理与方法,并探究重构岩土层剖面中关键层的适配性重构技术,以期为露天煤矿生态修复提供基础理论与关键技术支撑。系统梳理了露天煤矿开采对原始岩土层系统(地层)的破坏及其环境影响机制,阐明了岩土层与土壤重构、地球关键带和地球圈层系统的关系,定义了岩土层重构概念和内涵,明确了岩土层重构是对包括土壤层和岩石层整个岩土层系统功能的重建。认为广义的土壤重构与岩土层重构是一致的,狭义的土壤重构专指土壤层的重构。将露天煤矿岩土层重构研究的发展归纳为4个发展阶段,阐明了岩土层重构从1.0到4.0各发展阶段的背景、特征和研究重点,揭示了人们对岩土层功能认知不断提升、矿山修复技术不断完善的演变过程,同时得到了矿山土壤改良与重构工程在经济投入上呈显著负相关的关键结论。依据生物生态位原理和地质成土理论,创新性提出了岩土层“生态位”与“关键层”新理念与新认知,提出了露天煤矿岩土层重构的两大原理及其实施方法。“生态位原理”就是依据分层生态位特性的定量分析,尤其是生态位适宜度和竞争重叠性,确定各自的位置和相互关系,解决了是否层次合并、分几层和空间关系,形成基础剖面构型;“关键层重构”原理就是通过生态功能分析和提升措施实现关键层识别与功能提升,达到关键层功能最优和岩土层剖面构型最佳。基于上述原理与方法,以我国东部草原区露天煤矿生态修复为例,详细介绍了适宜于地质环境和气候等条件的适配性关键层重构技术,明确了重构剖面构型优化和表土关键层重构的具体方法,取得显著的实际效果。 展开更多
关键词 矿山复垦 露天矿 岩土层重构 土壤重构 生态位 关键层 地层
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露天煤矿排土场土层重构及接菌对植物根系提水作用试验研究 被引量：4
3
作者 毕银丽 高学江 +1 位作者 柯增鸣 肖礼 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期12-20,共9页
露天煤矿排土场土层重构对于生态重建具有重要意义,为研究接种深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)对不同重构土层模式下玉米根系水分的利用效应,采用土柱模拟培养试验,设置4种类型土层处理,每种土层类型下设置接菌及对照处... 露天煤矿排土场土层重构对于生态重建具有重要意义,为研究接种深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)对不同重构土层模式下玉米根系水分的利用效应,采用土柱模拟培养试验,设置4种类型土层处理,每种土层类型下设置接菌及对照处理,共8组处理。结果表明:掺黄土20%处理下玉米根长密度最大,分别为掺黄土0%、10%和40%的3.2、2.4、2.8倍,水分胁迫后根系具有向下生长、吸取深层水分的能力;基于δ^(18)O值的MixSIAR模型水源分析,掺黄土0%处理下玉米主要利用0~25 cm处的水分,水分利用效率达到80%;掺黄土10%处理下玉米主要利用15~35 cm处的水分,水分利用效率达到64%;而掺黄土20%处理下玉米对0~25 cm处的水分利用效率仅为36%,对25~45 cm处水分利用率达到64%,说明掺黄土20%处理下玉米主要利用土壤深层水分。接种DSE提高了植物吸收更深层水的能力,掺黄土20%处理下水分利用深度向下增加了5 cm,掺黄土20%基质中接菌处理在干旱胁迫后植物根系提水量达到最大,生长期总提水量较不接菌处理提升了45%;在不接菌条件下掺黄土20%植物根系提水量是掺黄土0%的1.45倍,而在接菌条件下掺黄土20%植物根系提水量可达到掺黄土0%的1.72倍。综上认为,接种DSE及土层重构均对提升植物提水能力具有显著作用。此外,本研究结果对露天矿区排土场土层重构过程中土壤改良及植物的水分利用效率提供实验参考依据。 展开更多
关键词 露天煤矿 根系提水作用 DSE 重构土层 水分利用率 土柱试验
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AMF-玉米联合对“表土层–含水层–隔水层”排土场重构模式土壤水盐分布的影响 被引量：5
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作者 毕银丽 杨伟 +3 位作者 柯增鸣 武超 李明超 薛超 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期68-75,共8页
土壤水盐分布严重影响煤矿区排土场生态重建及植物组配模式,为探究菌根植物影响下煤矿区排土场“表土层−含水层−隔水层”三层重构模式下的土壤水盐分布特征,采用室内土柱试验,设置种植玉米+接种丛枝菌根真菌(YM+AMF)、仅种植玉米(YM)和... 土壤水盐分布严重影响煤矿区排土场生态重建及植物组配模式,为探究菌根植物影响下煤矿区排土场“表土层−含水层−隔水层”三层重构模式下的土壤水盐分布特征,采用室内土柱试验,设置种植玉米+接种丛枝菌根真菌(YM+AMF)、仅种植玉米(YM)和不种玉米+不接菌(CK)3个处理。结果表明:(1)不同处理对土柱底部水分运移特征无显著影响,各处理含水层毛细水上升高度均约为10 cm;(2)水分与盐分分布随土层深度均呈正相关关系;接种AMF有利于保持表层土壤水分含量,相较于YM处理土壤含水率在0~10、10~20 cm分别提高52.0%、43.9%;接菌处理降低了10~50 cm土层的盐分含量,在20~30、30~40、40~50 cm处接菌处理的电导率较YM处理分别低了41.0%、14.1%、8.1%;(3)利用MixSIAR模型量化了不同深度土层水分对玉米的贡献率,表明YM和YM+AMF处理的主要供水层皆位于0~10 cm,供水率分别为44.3%和30.5%。同时,在累计土壤剖面水分贡献率上,接菌显著提高了中深部土层(20~70 cm)的水分贡献率,累计提升了13.8%。该研究成果对西部矿区“以水量植”的生态复垦具有重要科学指导意义。 展开更多
关键词 土层重构 土柱试验 土壤水盐分布 丛枝菌根真菌 氢氧同位素
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土层重构模式下接种DSE对玉米根系形态及水分利用的影响 被引量：2
5
作者 毕银丽 李明超 +2 位作者 柯增鸣 杨伟 薛超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3191-3203,共13页
干旱半干旱区煤矿露天开采破坏了地表形态,加速水土流失,水资源的缺失严重影响了露天矿排土场植被恢复的效果。土层重构与微生物修复技术为解决露天矿排土场植被缺水困境指明了方向,但目前对土层重构下植物根系形态特征与土壤水分利用... 干旱半干旱区煤矿露天开采破坏了地表形态,加速水土流失,水资源的缺失严重影响了露天矿排土场植被恢复的效果。土层重构与微生物修复技术为解决露天矿排土场植被缺水困境指明了方向,但目前对土层重构下植物根系形态特征与土壤水分利用的关系以及深色有隔内生真菌(DSE)在其中起到的重要作用缺乏足够的认识,因此,本研究旨在探究土层重构模式下玉米根系生长和水分利用情况以及DSE的作用机制。研究对象为玉米,在温室进行为期4个月的土层重构室内模拟试验。试验布设3组处理,分别为空白对照(N-CK)、土层重构不接种DSE(L-CK)、土层重构且接种DSE(L-DSE)。试验结果表明:①与纯砂土处理相比,土层重构处理的玉米根系总根长度降低了39.7%,根系中小于0.3 mm细根的比例提高了8.86%,深层(50~70 cm)土壤水分的利用率提高了16.1%。②与土层重构不接种DSE处理相比,接种DSE玉米的叶片脯氨酸含量提高了69.8%,30~50 cm土层根系根尖数、比根长分别提高了106.6%、38.5%,且深层水分的利用效率相较于纯砂土处理及土层重构不接种DSE处理分别增加了29.3%、11.1%。③玉米根系的根尖数与比根长是土层重构模式下实现对深层土壤水分高效利用的关键根系特征。综合研究表明,土层重构有助于优化玉米根系结构,提高细根所占比例及根尖数目,改善缺水环境下玉米的水分利用模式,且土层重构模式下接种DSE可以通过提高玉米叶片脯氨酸含量,优化玉米根系结构等途径提高对深层土壤水分的利用率,进而提高作物的长期抗旱能力。 展开更多
关键词 生态修复 根系形态 土层重构 DSE(深色有隔内生真菌) 水分利用模式
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西部干旱半干旱露天煤矿生态重构技术难点及发展方向 被引量：75
6
作者 毕银丽 彭苏萍 杜善周 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1355-1364,共10页
露天煤矿开采对生态环境最严重和直接的影响是对水资源破坏与土地资源的挖损占压,以及对生态系统的物种破坏。西部干旱半干旱露天矿区生态重构的关键是水资源保护与利用、排土场土层结构重构、表土改良和植被优化组合。西部干旱半干旱... 露天煤矿开采对生态环境最严重和直接的影响是对水资源破坏与土地资源的挖损占压,以及对生态系统的物种破坏。西部干旱半干旱露天矿区生态重构的关键是水资源保护与利用、排土场土层结构重构、表土改良和植被优化组合。西部干旱半干旱露天矿区生态重构核心技术是研发露天矿区岩层结构与含水量探测技术,监测地下水存在的范围与边界。以水资源量为约束,构建排土场近地表合理的土层结构,实现重构土层保水涵水动态协调供给。提出干旱半干旱露天矿排土场近地表高效低成本的表土生态层-涵水层-隔水层的3层土层重构结构模型,研发物探检测成套技术与装备,监测矿坑水来源、排土场土层结构与含水率,保证生态工程水资源有效利用。结合土地的生态承载力,对排土场重构生态进行功能分区与景观设计。开发新型微生物菌剂培养配方,揭示微生物改良土壤及抗逆境机理,形成较好的有机生物立体生态重构模式,可产生较好的经济、生态和社会效益,促进矿区绿色可持续发展。通过对西部干旱半干旱露天矿区及其周边环境动态观测,在生态条件差的地区,人工干预能有效地打破原始生态禁锢,刺激生态正向发展,获得西部干旱半干旱露天矿区自然与人工生态协调发育规律。解豁了科技界担心大规模的煤炭开发使西部干旱半干旱地区的生态环境进一步恶化,造成“雪上加霜”效应的难题。同时针对西部干旱半干旱区露天矿排土场重构土壤的结构差、肥力低、植物种类单一,重构生态难的现状,采用微生物-植物联合修复技术,研发多型号生物修复菌剂和基质,有效地促进了植物根系发育,增强了植物抗土壤压实、养分贫瘠、干旱缺水及易盐碱化等逆境的生理生化反应,人工干预重构后的生态环境比原生态效应提高10倍以上。实践了西部露天煤矿区开发金山银山,再造绿水青山的生态理念。 展开更多
关键词 西部干旱半干旱区 露天煤矿区 生态重构 水资源保护利用 3层海绵土层重构模型
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