减量化修复地块土壤微生物群落多样性及影响因子初探

为探究崇明某钢厂减量化地块土壤微生物群落多样性和组成结构,采用Illumina Miseq高通量测序技术,选取土壤有机质（SOM）、水溶性盐总量、全氮（TN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、酶活性等指标分析,探讨土壤环境因子对土壤微生物群落结构的影响。结果显示,对照点（CK）的土壤SOM含量显著高于典型污染区监测点（CM1）和普通污染区监测点（CM2、CM3）(P <0.05),分别高出2.08倍、2.99倍、1.51倍;CM1土壤中的水溶性盐总量显著高于其他点位（P <0.05）,高达8.33 g/kg,分别是CK、CM2、CM3的22.51、20.83、19.37倍。CK组脲酶（UE）、蔗糖酶（SC）、中性磷酸酶（NP）活性均高于其他三组,过氧化氢酶（CAT）四组无显著性差异（P> 0.05）。CM1组的Shannon指数和Ace指数均显著低于其他三组（P <0.05）,土壤质量较差。丰度最高的菌门为绿弯菌门（Chloroflexi）,占比为16.62%～28.21%,主要影响微生物群落结构的环境因子为水溶性盐总量、铁（Fe）、AK、AP、SC等。研究表明...     

淮南采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征

以淮南采煤沉陷区土壤为研究对象,测试分析了样品中汞的含量,结合土壤pH值、有机质含量特征,探讨了采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征。结果表明：与未沉陷区土壤相比,沉陷区土壤有机质破坏严重,最高下降了46%;采煤沉陷区土壤中汞的含量为0.013~0.050 mg/kg,平均值为0.027 mg/kg,69.7%的采样点超过了淮南市土壤背景值;沉陷8 a后土壤汞含量最高,为0.033 mg/kg,是未沉陷土壤汞含量的1.74倍,且随着沉陷时间的增加,土壤中汞存在富集趋势;水稻土壤汞富集能力最高,高于玉米和大豆土壤;在垂直剖面上,汞含量由表层向下依次降低;且汞与pH值表现出显著负相关,有机质与汞显著正相关。     

淮南顾桥与新庄孜采煤沉陷区土壤镉的差异性研究

对淮南顾桥和新庄孜采煤沉陷区土壤进行采样测试,研究沉陷区土壤中镉的分布及沉陷时间和矸石充填对土壤中镉分布的影响。研究结果表明,受长期的累积作用和下伏充填矸石的影响,新庄孜矿表层土壤中总镉含量是顾桥矿的9.37倍。顾桥矿区土壤镉含量从土壤表层向下呈现出先降低后增加的趋势。受淋滤作用和地形控制,新庄孜充填复垦区土壤中镉含量随深度变化呈现两种变化趋势,一是地势高处先降低后增高,二是地势低处先增加再降低。     

岩溶山地典型植被恢复过程中土壤理化性质及微生物特征

探讨了岩溶山地耕地、1年退耕地、灌草地、15年侧柏疏林地、25年侧柏次生林地植被恢复过程中土壤理化性质和微生物特征的变化.结果表明土壤随着植被恢复的进行,容重先升高后降低,总孔隙度与之相反;各恢复阶段(退耕地、灌草地、疏林地、次生林地)表土>0.25 mm水稳定性团聚体含量较耕地的增幅为5.1%~12.5%,以疏林地最高;团聚体结构破坏率依次降低,各恢复阶段较耕地降幅为34.0%~64.7%,与有机质呈负相关;全N、碱解N等肥力因子含量总体呈逐渐增加的趋势;各恢复阶段中以灌草地pH值最高;表土微生物总数先降后升,各阶段细菌占微生物总数的66.7%~93.3%,放线菌占4.2%~28.8%,同时细菌也是土壤呼吸的主要贡献者.土壤特征的差异性是地表植物组成、凋落物成分及不同指标之间综合作用的结果.     

气温急变带工程创面植生层土壤及微生物群落特征研究

青藏高原地处高寒缺氧的环境条件下,对人类扰动及气候变化非常敏感。人类活动如公路修建形成众多工程创面,对高原生态环境影响较大。创面生态修复的开展促进高原生态的恢复,但关于环境因子对生态修复过程中土壤及生物恢复的影响尚未探明。本研究选取青藏高原派墨公路中不同海拔的工程创面重构植生层,探究海拔变化下植生层土壤养分、酶活性及微生物群落的特征。研究结果表明：随着海拔变化,土壤氮磷养分含量总体随海拔升高先增加后减小,其中海拔3 100 m左右的修复样地土壤养分整体优于其他海拔,其速效磷含量最高,同时全氮、氨态氮和全磷含量较高。此外,随着海拔的升高,土壤酸性蛋白酶和淀粉酶含量整体上略有升高的趋势。海拔变化对土壤酸性磷酸酶、纤维素酶、葡萄糖苷酶活性没有显著影响。海拔变化显著改变了土壤养分及土壤微生物的相对丰度(P<0.05),其中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势种群,分别占土壤群落的35.81%～53.82%,8.49%～40.74%、5.98%～24.61%、3....     

通辽科尔沁地区土壤微生物群落结构和功能及其影响因素

农业作为通辽科尔沁地区的传统产业,是当地重要经济产业之一.了解土壤微生物群落结构和功能及其影响因素对农作物种植、污染土地修复等具有重要意义.采用Illumina Miseq高通量测序技术、FAPROTAX.1.1功能预测平台等方法,在该区采集71个土壤样品,分析其地球化学特征和微生物群落特征并对微生物群落进行功能预测,同时探讨不同环境因子和空间因子对微生物群落的影响.结果显示:微生物群落由变形菌门（Proteobacteria）（19.77%）、奇古菌门（Thaumarchaeota）（17.85%）、酸杆菌门（Acidobacteria）（17.14%）和放线菌门（Actinobacteria）（15.58%）等构成;功能预测表明该区存在大量活跃的参与氮循环过程的微生物功能群,其中有氧氨氧化功能群为该区的优势微生物功能群.方差分解分析显示,在对微生物群落结构差异的可解释范围内环境因子比空间因子的解释量更大.Mantel检验结果显示,整体微生物群落与土壤pH、EC、TN、C/N及Mg、Na、Sr元素含量显著相关（p < 0.05）.综合分析表明,pH、EC和Sr元素含量是影响通辽科尔沁地区土壤微生物群落结构和功能及多样性的主要环境因素.      

高岭土对煤生物产气的影响及微生物群落响应

高岭土是自然界较常见的无机矿物,对微生物的生长代谢有促进作用,煤中赋存大量高岭土,而有关其对煤生物产气影响的报道确较少。为探究高岭土对煤生物产气的影响,以陕西榆林煤为研究对象,以驯化的微生物作为产气菌群,通过在培养基中添加不同质量分数的高岭土进行煤生物模拟产气,利用气相色谱仪、酶标仪、傅里叶红外光谱仪、Illumina高通量测序平台,研究CH₄产量、总挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids, VFAs)浓度、辅酶F₄₂₀含量、产气前后煤的有机官能团和微生物群落结构的变化。结果表明:高岭土的添加影响生物产气过程,0~8.0%高岭土添加量可明显分为2个区间,0~1.0%和2.0%~8.0%,产甲烷量、累积产甲烷量和F₄₂₀在2个区间内呈先升后降趋势,而乙酸和VFAs浓度变化趋势相反;模拟生物产气50 d后,添加高岭土实验组(0.5%)每克煤累积产甲烷量最高可达216 μmol,较空白组提高55.4%;同时,添加高岭土可以提高辅酶F₄₂₀的含量,最高可达48.93 ng/L,也有助于煤中的醇、酚—OH、—NH—和—NH₂被微生物利用。高岭土对煤生物产气体系中细菌种群结构的影响规律不明显,仅Firmicutes(厚壁菌门)在0~1.0%和2.0%~8.0%添加区间呈现先增后减的变化趋势;相比之下,高岭土的添加对古菌丰度变化影响较明显,体系中的古菌主要是Euryarchaeota(广古菌门),其中,Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanobacterium(甲烷杆菌属)是古菌中丰度最高的种属,Euryarchaeota和Methanosarcina丰度在0~1.0%和2.0%~8.0%区间内与甲烷累积产量变化、F₄₂₀变化趋势一致,Methanobacterium却和VFAs变化趋势一致。由此得出,高岭土的添加会影响榆林煤的生物产气,其产甲烷量、VFAs、F₄₂₀酶活性、微生物群落结构和煤中有机官能团组成均会发生变化,这为后续研究煤中无机矿物对煤的生物产气的影响提供参考。      

甘南玛曲沼泽湿地土壤微生物量、理化因子与土壤酶活的关系

对甘南玛曲沼泽湿地6个样地的微生物量与土壤酶活性及其土壤理化性质之间的关系进行了研究.结果表明:纤维素酶活性在冬季达到高峰,其余5种土壤酶活性分别在春季和秋季达到高峰;硝化细菌数量与过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶有较显著的负相关关系;微生物量与酶活性之间存在极显著相关关系,其中微生物量因子中的放线菌、氨化细菌、硝化细菌和土壤酶活性因子中的酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶是引起相关性的主要因素;酸性磷酸酶活性与土壤含水率、pH值、硝态氮含量、氨态氮含量都有密切的关系,过氧化氢酶活性可以通过有机质的含量来反映,脲酶活性可以通过土壤的含水率来反映,碱性磷酸酶活性可以通过电导率来反映.     

青藏高原高寒沼泽化草甸群落生物量及地下CNP对积雪增加的响应

以青藏高原多年冻土区高寒沼泽化草甸为研究对象,采用雪栅栏诱导方式模拟积雪厚度增加,结合植物地上、地下根系以及土壤养分变化,分析了高寒沼泽化草甸对积雪厚度增加的响应。结果表明：积雪厚度增加后,0~20 cm浅层土壤温度和水分含量增加;植物群落高度和土壤表层0~10 cm根系生物量显著增加,植物群落组成和地上生物量没有变化;地下0~20 cm土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）总储量降低,根系中C、N、P储量增加;土壤表层0~10 cm总N∶P比显著增加,但是有效磷含量在0~10 cm和10~20 cm土层均显著增加。可见,积雪厚度增加并不影响沼泽化草甸植物群落的组成和地上生物量,仅增加植被高度;增加土壤表层总N∶P比意味着积雪厚度增加可能会减轻沼泽化草甸土壤中氮限制,从而减缓沼泽化草甸的氮匮乏状况。结论可为高寒生态系统响应积雪变化研究提供样地尺度的观测数据,并为冰冻圈生态系统应对未来气候变化的模型估算提供数据支撑。     

农业旅游活动对岩溶地区土壤微生物群落结构的影响——以重庆市铜梁区黄桷门奇彩梦园为例

开展农业旅游活动对土壤生态环境影响的专题研究,可为休闲农业旅游区的合理开发和有效保护提供理论基础,为评估未来农业旅游活动对环境的影响提供科学依据.本文以重庆市铜梁区黄桷门奇彩梦园为例,通过对游步道两侧的土壤进行调查采样,并运用磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图分析法,研究了土壤微生物群落组成、受农业旅游活动影响的距离及其受冲击程度.结果显示:微生物群落结构受冲击范围在4 m以内(p<0.01),微生物生物量在土壤中的分布随着离游径的距离变小而明显下降趋势;在受农业旅游活动冲击的范围内细菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性菌、真菌的生物量随着离游径的距离变小而明显下降,放线菌在部分样区表现出该规律,原生动物无此规律;对所测PLFAs数据进行多样性和冲击指数分析后得出假单胞菌(16∶0)受影响程度最大,节杆菌(17∶0)受影响程度最小,受冲击程度大小与该微生物在生物总量中所占的比重呈正相关;农业旅游活动对土壤微生物群落结构造成了破坏,土壤生态系统的稳定性已受到冲击.     

采煤对浅层地下水环境的影响及矿井水生态利用分析

黄河流域中上游矿区煤?水矛盾突出,煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此,以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区,在野外调查、数据分析、室内测试的基础上,分析研究区矿井水的量质特征,揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响,并开展矿井水生态利用研究。结果表明:研究区矿井富水系数在0.23~2.28,平均为0.91,评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m3,受采掘活动影响,浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显;区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象,主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na+、SO₄ 2?、溶解性总固体(TDS),未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境;研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N,与矿井水超限水质指标差别较大,反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小;提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用,矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果,回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值;浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力,中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。      

Hydrocarbon biodegradation and soil microbial community response to repeated oil exposure

Bioremediation strategies continue to be developed to mitigate the environmental impact of petroleum hydrocarbon contamination. This study investigated the ability of soil microbiota, adapted by prior exposure, to biodegrade petroleum. Soils from Barrow Is. (W. Australia), a class A nature reserve and home to Australia’s largest onshore oil field, were exposed to Barrow production oil (50 ml/kg soil) and incubated (25 °C) for successive phases of 61 and 100 days. Controls in which oil was not added at Phase I or II were concurrently studied and all treatments were amended with the same levels of additional nutrient and water to promote microbial activity. Prior exposure resulted in accelerated biodegradation of most, but not all, hydrocarbon constituents in the production oil. Molecular biodegradation parameters measured using gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) showed that several aromatic constituents were degraded more slowly with increased oil history. The unique structural response of the soil microbial community was reflected by the response of different phospholipid fatty acid (PLFA) sub-classes (e.g. branched saturated fatty acids of odd or even carbon number) measured using a ratio termed Barrow PLFA ratio (B-PLFAr). The corresponding values of a previously proposed hydrocarbon degrading alteration index showed a negative correlation with hydrocarbon exposure, highlighting the site specificity of PLFA-based ratios and microbial community dynamics. B-PLFAr values increased with each Phase I and II addition of production oil. The different hydrocarbon biodegradation rates and responses of PLFA subclasses to the Barrow production oil probably relate to the relative bioavailability of production oil hydrocarbons. These different effects suggest preferred structural and functional microbial responses to anticipated contaminants may potentially be engineered by controlled pre-exposure to the same or closely related substrates. The bioremediation of soils freshly contaminated with petroleum could benefit from the addition of exhaustively bioremediated soils rich in biota primed for the impacting hydrocarbons.     

蒙陕矿区地下水环境系统及采掘扰动

针对蒙陕矿区煤炭资源高强度开发与地下水为核心支撑的生态环境保护所面临的诸多问题,根据蒙陕矿区地质与水文地质结构特征,从地下水系统与水环境相关概念内涵及其相互依存关系出发,提出了地下水环境系统的概念;并从系统的空间结构特征、行为属性及其功能控制要素特征入手,将地下水环境系统细分为\     

煤系固废协同固化盐渍土的力学特征与机理研究

以干旱半干旱地区固体废弃物资源化利用为研究背景,利用煤系固废煤矸石(CG)、煤系偏高岭土(CMK)联合干旱区易获取的固废材料电石渣(CS)协同普通硅酸盐水泥(OPC)开发一种新型固化材料,探讨其固化干旱半干旱区盐渍土的力学性能与微观变化机理。基于室内实验,对比100%OPC固化盐渍土,研究不同矿区产出的CG以及煤矸石-煤系偏高岭土-电石渣协同固化剂(CGCMK-CS)替代52%、60%、68%、72%、84%OPC后各龄期的无侧限抗压强度(UCS)特征,并取特征组进行有害阴离子(Cl-、SO42-)浸出试验与微观测试,从微观角度对其强度变化机理进行探讨。结果表明,煤矸石–电石渣–煤系偏高岭土–普通硅酸盐水泥协同固化(CG-CMK-CS-OPC)体系具有良好的Cl-与SO42-结合能力,固化盐渍土后Cl-与SO42-浸出量是100%OPC的一半,其水化产物铝酸三钙能与盐渍土中的Cl-与SO42-生成AFm相产物,并使体系中的团粒内孔隙与团粒间孔隙向颗粒内与颗粒间孔隙转化,由此降低了盐渍土中盐分带来的危害。根据7 d UCS试验结果,使用山西运城CG固化体系的效果最佳,这与其活性钙质和铁铝...     

开采扰动下考虑损伤破裂的深部煤体渗透率模型研究

为了研究深部煤体在开采扰动影响下的渗透率演化规律,以三向应力条件下的煤体渗透率模型为基础,从吸附解吸作用引起裂隙变形和损伤破裂造成煤基质弹性模量劣化的角度进行理论推导,引入内膨胀应变系数的概念,同时基于Drucker-Prager破坏准则的损伤本构关系建立了两种考虑煤体损伤破裂的渗透率演化模型——指数型和立方型,并且对常规三轴加载、开采扰动加卸载和改变气体压力下的瓦斯渗透试验结果进行了拟合分析。结果表明：所构建的两种模型可以较好地反映常规三轴加载和开采扰动加卸载下煤体渗透率的分区段变化特征,也可以描述有效围压恒定条件下煤体渗透率随气体压力升高而降低的规律。在开采扰动加卸载和改变气体压力的试验中,指数型的拟合效果略优于立方型。研究结果可为深部煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。     

霍东矿区煤炭资源开采对土壤质量的影响

以霍东矿区某煤矿为例,在沉陷区取30组土壤试样进行土壤化学性质及常量养分分析,然后采用层次分析法对沉陷区土壤质量进行评价,得到沉陷区耕地质量综合指数,然后通过与正常农田综合指数对比发现地裂缝和地面塌陷对耕地质量影响很大,大部分农田处于"轻度损坏",局部为"中度损坏",建议进行填埋复垦和生态修复。     

煤炭开发区植被扰动时空效应及影响范围界定:以宁东矿区为例

煤炭开采是一种具有大规模高强度性质的生态扰动行为,会产生区域地表压占与损毁、植被破坏等生态扰动和环境污染问题.西北干旱荒漠区气候干旱,植被稀疏,生态环境本身极其脆弱,宁东矿区是典型的干旱荒漠煤炭开发区,有重要的研究价值.本文选择宁东矿区以及与矿区自然条件相近的自然植被参照区作为研究对象,收集2008—2019年共276...     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。     

采动影响下软岩巷道破坏机理及控制

以淮北某煤矿109轨道大巷为研究对象,构建采动影响下大巷破坏的弹塑性力学模型,从而得出巷道围岩内表面的位移解。对轨道大巷进行“锚杆注浆”,通过现场实测,得出“锚杆注浆”能提高破碎围岩的强度,改善岩体的性质,有效控制围岩的变形。对采动影响下巷道围岩变化机理以及巷道围岩应力变化进行系统分析,为该矿后续巷道支护以及相近条件下巷道的治理提供了借鉴。     

综采工作面周期来压步距受回采速率影响研究

为实现不同采煤速率条件下综采工作面周期来压步距的预测,保证来压时工作面稳定,以陕北某煤矿14204工作面为工程背景,通过对工作面支架压力实时监测得出矿压显现规律,并分别采用对数函数和双曲函数对周期来压步距受推采速率的影响进行回归分析。分析结果表明,14204工作面平均来压步距为13.3 m;经过对比分析,发现双曲函数能很好的拟合推采速率对周期来压步距的影响;随回采速率的提高周期来压步距有所增加,但是由于工作面两端及中间位置的顶板所处的边界条件、地质条件等不尽相同,所以周期来压步距增加的幅度有所差异。研究成果为陕北地区综采工作面矿压显现规律的预测及控制提供了有益的实践经验。