本文關(guān)鍵詞： 土地復(fù)墾 礦區(qū) 工礦廢棄地 格局優(yōu)化 微生物修復(fù)　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開發(fā)會引發(fā)土地?fù)p毀、原始地貌景觀改變、生物多樣性受損以及引發(fā)礦區(qū)土壤污染等問題,損毀土地的復(fù)墾規(guī)劃和實施也應(yīng)該考慮景觀生態(tài)的保護及污染土壤修復(fù)等現(xiàn)實問題。雖然前人在礦區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建領(lǐng)域已經(jīng)進行了大量的工程修復(fù)技術(shù)和植被恢復(fù)實驗研究,但是對于典型礦區(qū)的景觀規(guī)劃設(shè)計、體現(xiàn)工礦廢棄地斑塊連通特點的復(fù)墾時序安排、不同復(fù)墾目標(biāo)情景下土地利用景觀動態(tài)變化模擬和礦區(qū)污染土壤的生物修復(fù)機理等研究相對較少。圍繞上述科學(xué)問題,本文以景觀生態(tài)學(xué)和土壤學(xué)理論為指導(dǎo),首先,針對礦區(qū)開采-損毀-復(fù)墾特點,進行了露天煤礦土地?fù)p毀和復(fù)墾階段的景觀格局分析;然后,結(jié)合工礦廢棄地斑塊大小不一、空間分布零散的特點,提出了工礦廢棄地復(fù)墾過程中斑塊、景觀空間集中連片度的測度方法和不同復(fù)墾目標(biāo)情景下礦業(yè)城鎮(zhèn)土地利用景觀的動態(tài)變化分析方法;最后,以鋁土礦尾渣(赤泥)為例,通過微生物修復(fù)手段,研究了添加有機質(zhì)和硫酸鈣對于改善尾礦理化性質(zhì)和減輕土壤鹽堿化程度的影響。上述研究結(jié)果可為礦區(qū)恢復(fù)和保護生態(tài)環(huán)境、合理進行工礦廢棄地復(fù)墾利用規(guī)劃和修復(fù)礦區(qū)污染土壤提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:(1)礦區(qū)資源開發(fā)會導(dǎo)致土地?fù)p毀和景觀格局破壞,土地復(fù)墾應(yīng)考慮對于景觀生態(tài)的保護。由于景觀指數(shù)能夠定量化描述景觀格局變化情況,該文以北方農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū)某露天煤礦區(qū)為例,應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)和傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)方法,選取香農(nóng)多樣性指數(shù)等10個景觀指數(shù)對開采前、開采結(jié)束后和完全復(fù)墾后的三個階段的景觀格局進行綜合評價,并采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重,景觀格局綜合評價結(jié)果從大到小依次為開采前(0.93)開采結(jié)束后(0.24)完全復(fù)墾后(0.42)。開采結(jié)束后礦區(qū)的景觀格局評價綜合得分為0.24,比開采前的綜合得分(0.93)降低了 74.19%。復(fù)墾后礦區(qū)的景觀格局評價綜合得分為0.42,比開采結(jié)束后的綜合得分(0.24)提高了 75.00%。研究結(jié)果可為進一步分析露天煤礦區(qū)開采損毀與復(fù)墾多階段、多復(fù)墾模式的景觀格局變化提供參考,為切實保護礦區(qū)土地資源和景觀生態(tài)提供指導(dǎo)。(2)工礦廢棄地斑塊具有大小不一、空間分布零散的特點,優(yōu)先復(fù)墾集中連片度較高的區(qū)域是工礦廢棄地復(fù)墾的原則之一。為建立工礦廢棄地復(fù)墾后與周圍地類的空間集中連片度定量化評價體系,本文采用景觀生態(tài)學(xué)方法,借助Fragstats軟件,在景觀尺度上,選取斑塊數(shù)量、最大斑塊面積指數(shù)、形狀指數(shù)、鄰近度指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)等5個景觀指數(shù),通過專家打分法確定各指標(biāo)權(quán)重,從而構(gòu)建了縣域工礦廢棄地復(fù)墾空間集中連片度測算評價指標(biāo)體系。最后以南方某縣工礦廢棄地復(fù)墾利用試點進行實例分析,分別設(shè)置工礦廢棄地復(fù)墾為耕地情景、復(fù)墾為林地情景和復(fù)墾為草地情景3個情景,計算不同復(fù)墾情景下的空間集中連片度大小。研究結(jié)果表明,復(fù)墾為耕地情景的復(fù)墾地類與周圍地類的空間集中連片度最高(綜合得分F為4702.00),高于復(fù)墾為耕地情景(綜合得分F為4440.36)和復(fù)墾為草地情景(綜合得分F為4693.57),為最優(yōu)情景。相關(guān)結(jié)果可為縣域工礦廢棄地復(fù)墾空間集中連片度分析和評價提供參考。(3)為進一步測算工礦廢棄地斑塊內(nèi)部空間集中連片度從而確定優(yōu)先復(fù)墾斑塊,以及測算復(fù)墾后整體景觀的空間集中連片度進行格局優(yōu)化控制,本研究在考慮工礦廢棄地斑塊面積的基礎(chǔ)上,采用景觀生態(tài)學(xué)斑塊水平鄰近度指數(shù)衡量復(fù)墾前工礦廢棄地斑塊空間結(jié)構(gòu)的集中連片度,從而確定目標(biāo)數(shù)量的工礦廢棄地復(fù)墾空間區(qū)域;然后,設(shè)置不同土地利用導(dǎo)向的復(fù)墾情景,即主要復(fù)墾為耕地情景、主要復(fù)墾為林地情景和主要復(fù)墾為建設(shè)用地情景這3種復(fù)墾情景,之后選擇景觀層次的平均斑塊面積、斑塊數(shù)量、蔓延度、聚合指數(shù)和形狀指數(shù)以及整體連通性指數(shù)(Integral index of connectivity,ⅡC)評估不同復(fù)墾情景下后整個景觀的集中連片度。最后,對門頭溝區(qū)進行了實例驗證。結(jié)果表明,以復(fù)墾為林地為主的情景在景觀水平具有較高的空間集中連片度,平均斑塊面積最大,景觀形狀復(fù)雜性程度最低,蔓延度、聚合指數(shù)和整體連通性指數(shù)在3個情景中占優(yōu)。研究結(jié)果可為確定工礦廢棄地復(fù)墾時序和測算工礦廢棄地復(fù)墾前后空間集中連片度提供參考和依據(jù)。(4)工礦廢棄地復(fù)墾再利用具有多目標(biāo)性。為揭示不同復(fù)墾目標(biāo)下礦業(yè)城鎮(zhèn)土地利用格局變化,以北京市門頭溝區(qū)工礦廢棄地較為集中的7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究區(qū),應(yīng)用CLUE-S(Conversion of Land Use and its Effects at small region extent)模型和線性規(guī)劃(Liner Programming model)模型,基于研究區(qū)2007年土地利用現(xiàn)狀,設(shè)計規(guī)劃情景、綜合效益最大化情景和生態(tài)服務(wù)價值最大化情景3個工礦廢棄地復(fù)墾目標(biāo)情景,研究2020年不同復(fù)墾目標(biāo)下礦業(yè)城鎮(zhèn)土地利用變化情況,并從土地利用景觀格局優(yōu)化角度比較不同復(fù)墾目標(biāo)下工礦廢棄地復(fù)墾效果。結(jié)果表明:規(guī)劃情景中,林地面積減少,工礦廢棄地主要被復(fù)墾為耕地和建設(shè)用地;綜合效益最大化情景中,林地面積增加,工礦廢棄地主要被復(fù)墾為耕地、園地、林地和建設(shè)用地;生態(tài)服務(wù)價值最大化情景中,林地面積增加,工礦廢棄地主要被復(fù)墾為耕地、園地和林地。在選取的香農(nóng)多樣性等8個景觀水平指數(shù)中,生態(tài)服務(wù)價值最大化情景在蔓延度、幾何最鄰近距離、聚合度、聚集度、平均斑塊面積、連接度和景觀分離度等7個景觀指數(shù)中占優(yōu),該情景下斑塊結(jié)合緊密,破碎度低,景觀復(fù)雜程度較低,有助于維護景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。這與未來土地集約利用、土地破碎化程度降低、凝聚度增加和景觀形狀復(fù)雜性降低相一致。因而,生態(tài)服務(wù)價值最大化情景具有較好的土地利用景觀格局。研究結(jié)果可為優(yōu)化工礦廢棄地復(fù)墾方案設(shè)計、工礦廢棄地復(fù)墾利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和實現(xiàn)礦山土地的可持續(xù)利用提供參考。(5)礦渣污染是土壤污染的主要類型之一。鋁土礦尾渣又通常被稱作赤泥,赤泥堿性強、鹽分含量高,理化性質(zhì)與普通土壤差異較大,物理結(jié)構(gòu)不良,嚴(yán)重影響植物根系生長。本研究選取澳大利亞昆士蘭州位于格萊斯頓(Gladstone)的昆士蘭氧化鋁有限公司堆存6個月的赤泥,以加入土壤微生物為主要手段,研究添加有機質(zhì)(甘蔗渣和苜蓿)和硫酸鈣對于改善土壤理化性質(zhì)和減輕尾礦土壤鹽堿程度的作用。實驗設(shè)計兩個培養(yǎng)階段,第一階段是飽和培養(yǎng)階段,第二階段是干濕交替階段,用以模擬昆士蘭州北部干旱半干旱的氣候環(huán)境。結(jié)果表明,添加有機質(zhì)可以促進微生物產(chǎn)生有機酸降低赤泥pH,同時酸性硫酸鈣可以起到中和作用,鈣離子可以沉淀氫氧化物或者碳酸根,并且絮凝黏粒,從而達到進一步降低pH的作用。在整個培養(yǎng)過程中,土壤物理結(jié)構(gòu)得到改善,鈉離子進一步釋放,從而減輕高濃度的鈉離子引發(fā)的土壤分散作用。經(jīng)16SDNA測序分析可知,主要存在于極端環(huán)境中的γ-變形菌(Gammaproteobacteria)在微生物群落結(jié)構(gòu)中占比較大。添加有機質(zhì)可以增加部分微生物菌屬的豐度,包括能夠分解有機質(zhì)的污泥溶桿菌(Lysobacter defluvii)和擬諾卡氏菌(Nocardiopsis sp.),能夠忍受惡劣環(huán)境的嗜鹽嗜菌(Alkalibacteriurm sp.)和寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas sp.)以及真菌(Fungi)等。研究結(jié)果可為修復(fù)礦區(qū)污染土壤提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X53;TD88

【參考文獻】

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本文編號：1510490