光伏+生态修复的能源化矿山生态修复模式为纾解光伏发展用地困境、解决大面积矿山废弃地亟待修复的需求提供了突破口.本研究以辽宁省中部某矿区为例,构建林光互补、农光互补和草光互补3种光伏+矿山生态修复模式,结合生命周期评价方法,核算光伏发电系统碳减排量和生态系统增汇量,评估光伏+矿山生态修复的减碳增汇潜力.结果表明:光伏+矿山生态修复模式下,矿山年均减碳增汇量为514.93 t CO2 hm-2,每兆瓦光伏电站年均减碳量为1242.94 t CO2.该矿区若采用光伏+生态修复模式,25年计入期内减碳增汇总量630.43～779.24万t CO2.光伏+矿山生态修复模式的减碳增汇量主要源于光伏清洁发电产生的碳减排,占比96.4％～99.4％,生态系统增汇量贡献较小,仅占总量的0.6％～3.7％.光伏+不同修复模式下的减碳增汇潜力不同,其中,林光互补减碳增汇潜力最大(711.89万t),其次为农光互补(704.07万t),草光互补减碳增汇潜力最小(697.98万t).构建"光伏+矿山生态修复"模式可有效发挥光伏发电的减碳及矿山生态修复的增汇双重效益,助力我国碳中和目标实现.

采用费曼学习法"以教促学",以输出和复盘的模式,通过了解身边的稻鱼共生案例设定学习目标,分析桑基鱼塘的农业生产模式;通过对农村综合发展型生态工程、本地河流和矿区废弃地的生态恢复工程的实际案例进行复盘,实现自我检测,最后化繁为简进行概念总结,以帮助学生更好地实现对生态工程理论知识的学习,更好地建构生态功能的知识体系,从而树立正确的生命观和价值观,培养社会责任.

[背景]煤矸石堆场用于堆放煤矿开采过程中产生的一种热值低、含重金属的固体废弃物,会产生大量的酸性废水,对堆场周边的生态环境造成严重影响.[目的]探究煤矸石堆场的微生物群落结构和功能特征.[方法]选择贵州省六枝特区典型煤矸石堆场作为研究对象,采集堆场表层土壤、矸石层土壤、废水浸出口沉积物和堆场下游河道沉积物,通过宏基因组学技术进行分析.[结果]细菌的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),优势菌属为钩端螺菌属(Leptospirillum)和硫化杆菌属(Sulfobacillus);古菌的优势菌门为 Candidatus_Thermoplasmatota 和泉古菌门(Crenarchaeota),优势菌属为热原体属(Thermoplasma)和金属球菌属(Metallosphaera).不同采样点细菌和古菌的优势菌属存在显著差异,矸石层土壤和废水浸出口沉积物中的铁氧化细菌和硫氧化细菌比其他 2个样点丰富.煤矸石堆场中微生物的碳、氮、硫代谢基因丰度较高,共检测到 6条固碳途径、6 条氮代谢途径和 3 条硫代谢途径.主要的固碳基因为ACAT和E2.2.1.1,固碳途径以还原性三羧酸循环为主;主要的氮代谢基因为nirB、nasA和narG,氮代谢途径以反硝化为主;主要的硫代谢基因为cysH和sir,硫代谢途径以同化硫酸盐还原为主.[结论]本研究可进一步拓展对矿山生态环境的认识,为矿区生态修复、土壤和河流污染的治理提供理论依据.

氮磷等大量养分是衡量土壤肥力高低的重要指标,矿区由于受到开采和复垦措施的干扰,土壤氮磷养分的变化显著影响其生态系统恢复进程.开展废弃地复垦土壤氮磷养分动态变化研究,对矿区复垦及生态系统恢复具有重要意义.综述了矿区复垦土壤氮磷含量及形态的时空变化特征及其对复垦模式和培肥措施等因素的响应.整体上,矿区土壤总氮、硝态氮、氮磷活性组分含量及总氮储量与复垦年限成正相关,且有明显的表聚特征,但铵态氮和全磷的变化趋势不稳定,总氮固存速率前期增加快速,随后趋于稳定,而施肥有利于氮磷活性组分的增加.随时间推移,复垦土壤质量、结构和功能不断改善.今后应加强组分间循环转化机制及影响因素作用机制的研究,为矿区复垦提供理论依据和技术支持.

为了促进采金矿区的植被恢复,以阿尔泰山两河源(额尔齐斯河与乌仑古河)保护区采金矿区为靶区,利用多种措施对其进行生态恢复试验,分析了不同措施对矿区土壤及植被的影响.结果显示:(1)采金扰动地形,采金废弃地百米地形落差由原来的2～3m变为破坏后的接近5m;土壤母质流失严重,废弃矿区土石比例较原始草地下降了98.0％、生物量下降了96.8％,土壤因子、植被因子成为矿区生态恢复的关键因子.(2)覆土措施使矿区植物物种数增加;漫灌、圈羊措施下的植被多样性指数明显高于滴灌、喷泥浆处理,漫灌措施下的土石比分别是滴灌、喷泥浆的19.1和5.8倍.(3)覆土+漫灌措施、覆土+圈羊措施下,植被生物量显著高于其他复合措施(P＜0.01),土石比也相对较高.综合考虑漫灌措施的恢复效果与该措施的成本花费后认为,漫灌对矿区生态恢复具有重大意义.

硫酸盐是酸性煤矿排水的主要组成部分,高浓度硫酸盐废水排到环境中会产生一系列污染及环境效应.本文选取贵州省织金县珠藏镇酸性煤矿排水相对集中的小流域为对象,采集了水体与沉积物样品,研究硫酸盐在喀斯特地区酸性煤矿排水中的迁移转化过程.结果表明:研究区水体酸化明显,水中溶解态硫主要以SO42-形式存在,且SO42-随水的迁移过程有明显的衰减,亚稳态硫含量较少;可交换态硫酸盐(ExS)是沉积物中硫的主要存在形态,约占总硫(TS)的65％,还原态硫在这种强氧化环境中含量很少,各还原态硫含量的大小顺序是元素硫(ES)＜酸可挥发性硫化物(AVS)＜铬还原态硫化物(CRS);水体中SO42-和Fe(Ⅲ)存在明显的正相关关系,SO42-与Fe(Ⅲ)相结合共沉淀到沉积物中是SO42-衰减的重要原因.

采煤使得植被和土壤遭到损毁破坏,导致原生态系统碳汇功能的急剧退化甚至完全丧失.采煤堆积的煤矸石可发生氧化自燃,是巨大的CO2排放源.生态修复对减少矿区碳排放及减缓大气温室效应具有重要意义.分析了国内外煤矿废弃地生态修复后的土壤有机碳动态特征,修复模式、修复时间和修复措施对土壤有机碳及其活性组分的影响,总结了土壤固碳的主要影响因子.研究结果表明,土壤有机碳在人工植被修复和有机物添加后增加显著,且与修复时间成正比.煤矿废弃地通过采取适宜的生态修复措施,有很大的土壤固碳潜力.未来应加强团聚体固碳等土壤固碳机理和土壤活性有机碳等科学问题的研究,以期为退化区生态修复进程中土壤固碳功能提升提供参考.

对庐江明矾石矿区选择排土场废石和冶炼废渣堆废渣中重金属(Cu、Zn、As、Cd)总量和形态分布进行探究,并用Hakanson潜在生态危害指数法评价其对环境的影响.结果表明,冶炼废渣堆土壤中的各重金属总量均高于排土场,并且As的含量是国家二级标准值的5.8倍;基于总量的Hakanson潜在生态风险评价结果表明,废石废渣重金属的潜在生态危害指数(RI)分别为1579.05和2022.25,均属于很强生态危害程度,另外,Cd对RI的贡献率均最大,分别占总量的97％和84％,其次为As.排土场和冶炼废渣堆土壤重金属的形态分布特征既有相似性又有差异性.各重金属均以残余态为主,含量在50％以上;废石中Cu的可交换态和碳酸盐结合态的比例占整体的11.11％,对矿区危害性较高,其余重金属对矿区存在低风险性危害.

流域及其生态环境问题受到国内外的广泛关注,我国面临的流域生态环境问题突出亟待解决,体现流域生态系统完整性的山水林田湖草生命共同体理念对我国流域生态保护修复工作具有重要意义.以福建省山水林田湖草生态保护修复试点的工程区——闽江流域为例,在介绍其生态环境特征的基础上,通过梳理分析,根据区域生态功能的重要性构建“一江一带一区一屏”的闽江流域总体生态安全格局,面临的主要生态环境问题包括闽江水环境污染、流域岸带水土流失、矿区生态破坏、森林屏障和生物多样性退化等一系列威胁;分析提出了闽江水环境综合治理、干支流沿岸带水土流失防治、矿区废弃土地修复、武夷山地等重要生态屏障森林和生物多样性保护等主要任务及相应工程措施,体现了流域整体性、系统性的保护修复需求和内在逻辑;讨论了监测、评价等保障措施,为改善闽江流域生态系统和开展山水林田湖草生态保护修复工程提供科学依据和实践经验.

广东粤北南岭山区地处国家生态安全格局“两屏三带”中的南方丘陵山地带的核心区,由于历史上有色金属矿产无序开采、选矿和冶炼等活动,导致区域生态环境问题突出,并造成下游区域土壤、水、农作物污染.修复历史遗留矿山、做好源头控制是解决区域生态环境问题的关键所在.以典型矿山废弃地单元(废土堆)为例,提出其生态修复工程技术模式与关键技术,开展修复效益预评估方法和实践研究.研究结果表明:粤北南岭山区矿区生态环境问题主要包括矿山植被破坏和水土流失问题突出、地质灾害风险隐患较大、矿山周边水土污染严重几个方面;矿山生态修复应以防控安全隐患为基础,以恢复生态功能为主要目标,同时治理矿山水土污染.构建了遵循山水林田湖草系统共治的“依山就势”重塑地形、“因势利导”疏导水流、“柔性防护”稳定边坡的粤北南岭废土堆立体生态修复模式,提出了相应的场地平整、清污分流、土壤改良、边坡生态袋植生、立体植被配置等生态恢复关键技术;建立了包括涵养水源、保持水土、净化环境及净化水质4个方面的生态效益评估模型,废土堆修复后生态效益预计可达到66754.25元/a.研究结果可为粤北南岭山区及类似区域山水林田湖草系统共治提供技术支撑.