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.

国土空间生态修复关键区的识别是锚固城市生态安全底线的关键,矿业废弃地作为众多资源型城市生态修复的核心内容,分区建设具有重要现实意义.本研究基于生态功能与空间的重要性对邯郸市的矿业废弃地进行评级分区,以此为城市生态修复工作的有序开展提供一定的理论支撑.研究框架方面,提出在城市尺度下基于功能层面的生态保护重要性与空间层面的生态安全格局叠加,以得到更准确的生态修复关键区识别结果.研究过程中,选择契合地域特征的水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和水土流失敏感性4项指标进行生态保护重要性评价,选择MSPA-Conefor-SPCA-MCR-电路理论进行生态安全格局构建.结果表明:邯郸市剩余的204处矿业废弃地中,有73处属于生态修复关键区,总面积为1500.9 hm2,主要集中于鼓山、凤凰山及符山区域.这些区域虽存在严重的生态环境问题,但同样赋存着巨大的潜力价值.在简单覆绿的基础上积极寻求场地转型、延长矿山生态修复治理的价值链和产业链或许将成为这些区域的更重要目标.

为揭示赣南稀土矿山废弃地氨氮降解菌Gan-35的遗传背景,采用Illumina测序技术和生物信息学方法对Gan-35的基因组进行分析.获得了Gan-35的基因组草图序列.序列组装后得到49个scaffold,包含两条质粒序列,基因组大小为8.35 Mbp,GC含量为62.0％.Gan-35含有7 519个基因,这些基因在GO注释中主要富集于"binding""catalytic"等.KEGG注释显示,"ABC transporters"富集的基因最多.在Gan-35基因组中预测出457条串联重复序列、8个rRNA基因和54个tRNA基因,包括与硒代半胱氨酸对应的tRNA基因.Gan-35与Paraburkholderia fungorum BAA-463具有良好的基因组共线性关系.Gan-35基因组与其他基因组比较,有少量COG分类富集的基因数目出现显著差异.基于分析结果,将Gan-35的物种名称重新确定为Para-burkholderia fungorum Gan-35.从Gan-35基因组中鉴定出反硝化脱氮途径的硝酸盐还原酶基因和亚硝酸盐还原酶基因,并进行了验证.此外,还鉴定出氨同化作用的关键酶基因,但未找到硝化途径的主要酶基因.对Gan-35基因组的全面分析有助于后续深入研究氨氮降解机制和解决水产养殖中的氨氮污染问题.

北方地区铁矿围岩硬度大,采选后形成大面积立地条件恶劣的排岩场.该类废弃地主要由砂砾组成,粉砂含量占比99％左右,持水保肥能力差,养分贫瘠.通过添加城市生活污泥、粉煤灰及黏土配比的人工基质进行矿地土壤改良.结果表明:人工基质中总氮含量为4.37～6.60 g·kg-1,有效磷、有效钾含量也属于高肥力水平,且重金属Zn、Ni、Cr、Mn和Hg含量低;采用鱼鳞坑模式种植乔灌木刺槐与棉槐,生长2年后,植株茎干、根系生长迅速,周围有大量草本植物出现,植被盖度显著增加;矿渣中重金属主要富集在植物根部,且随着生长时间的增加,向地上转移的量越来越少;在铁矿排岩场植被恢复2～3年后,废弃地肥力及养分的补充是制约其恢复效果的关键.

在国内外碳减排压力和我国能源结构调整需求下,我国可再生能源的开发压力较大.矿山具有丰富的废弃土地,发展可再生能源的潜力巨大,在矿山废弃地上开发可再生能源对我国的能源战略具有重要意义.本研究以辽宁省矿山废弃地为例,提出矿山废弃地的生物质能与太阳能发展预案,估算辽宁省矿山废弃地的可再生能源发展潜力.结果表明:辽宁省1227.6 km2的矿山废弃地面积发展可再生能源的潜力较大,不同预案的潜力差异显著.预案1以光伏发电最大化为目标模式,总计可发电量为79.4 TWh,折标煤量32.1 Mt,碳减排量为79.1Mt CO2.预案2以生物质能源利用最大化为目标模式,光伏与生物质能总的发电量可达到31.2～33.1 TWh,折标煤量12.7～13.4 Mt,碳减排量为31.1～33.0 Mt CO2.预案3以矿山能源综合利用最大化为目标并兼顾生态修复的发展模式,光伏与生物质能总的发电量可达到62.3～63.7 TWh,折标煤量25.1 ～ 25.7 Mt,碳减排量为62.1～63.5 Mt CO2.3种预案的发电量在31.2～79.4 TWh,占辽宁省2016年总电力消费量的15.3％～38.9％,折标煤量12.7～32.1 Mt,碳减排量为31.1～79.1 Mt CO2.本研究对在矿山废弃地上发展可再生能源潜力及其替代化石能源能力的评估,对于碳减排、能源结构的调整以及矿山废弃地的生态修复具有重要的研究意义.

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.

工矿废弃地再开发对于改善矿山环境、促进矿区经济转型具有重大意义,也是挖掘存量土地资源的重要渠道之一.由于工矿废弃地属于已损毁土地,选择何种模式进行再开发利用,对于矿区生态系统的改变起到决定性作用.为了保障工矿废弃地再开发,实现生态恢复、优化用地布局、人与自然和谐共生的愿景,本文将生态系统服务思维融入工矿废弃地再开发中,采用文献分析法、理论分析法、案例研究法等,构建生态系统服务视角下的工矿废弃地再开发内涵和框架,研究工矿废弃地再开发目标、模式及策略.主要结论如下:(1)工矿废弃地再开发应以提升社会-生态系统恢复力为最终目标;(2)遵循生态系统服务理论,提出了工矿废弃地再开发中供给服务优先、支持服务优先等5种开发模式,并认为多种服务协同是再开发的理想模式;(3)工矿废弃地再开发方向取决于生态系统服务间的权衡与协同关系.因此,生态系统服务视角下的工矿废弃地再开发,应以生态系统服务总价值的增加为基础,实现废弃地的综合整治,因地制宜选择合适的开发模式,实现社会-生态系统恢复力的提升,推动区域协调可持续发展.

为探讨风化矸石山坡面侵蚀微生境对植被定居的驱动机制,选取典型矸石山裸坡、细沟、浅沟与堆积体为对象,研究其地表气温、湿度与基质温度、水分等特征及其关系.结果 表明:浅沟侵蚀微生境地表气温日变化较大,不同侵蚀微生境垂直剖面温度日变化规律各有不同,早上温度均表现为由表层至下逐渐升高,中午除浅沟的温度随土层深度增加先下降后升高外,裸坡、细沟与堆积体均由表层至下逐渐降低;堆积体的地表湿度最大;基质含水率与毛管持水量均表现为堆积体＞裸坡＞浅沟＞细沟;水热特征中温、湿度与基质水分特性之间存在一定的相关关系,其中,裸坡基质含水率与裸坡地表湿度之间呈极显著负相关(P≤0.01).浅沟独特的水热分布特征可能是其植被定居困难的原因之一.因此,基于不同类型侵蚀微生境的水热变化规律研究结果,对风化矸石山上进行高效的植被恢复具有实际指导意义.

为评价景天属(Sedum)植物在矿山废弃地植被恢复中的应用潜力,以2种景天:德国景天(S.hybridum'Immergrunchen')和胭脂红景天(S.spurium'Coccineum')的扦插苗为试验材料,通过盆栽试验研究其在北京首云铁矿废弃土壤(包括采矿区土壤、排土场土壤、尾矿砂)2个生长季内的各项生长指标,以确定其在各废弃土壤上的适应性,并运用相关分析和典范对应分析,探讨影响2种景天生长的主要土壤理化性质.结果表明:①2种景天在采矿区土壤、排土场土壤和尾矿砂上的存活率分别为40％～66％、68％～90％、33％～46％;②不同废弃土壤对2种景天的地上部分和地下根系的各项生长指标均产生了显著的抑制作用,但德国景天在采矿区土壤的适应性较好,可作为采矿区修复的推荐品种,胭脂红景天在排土场土壤的生长表现较好,可作为排土场的修复品种;③影响景天属植物生长的土壤因子为通气孔隙度和土壤含水量,其中通气孔隙度的解释率为12.4％,土壤含水量的解释率为8.6％.