（环境科学与工程专业论文）济宁煤矿塌陷区的生态恢复与治理研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 济宁是座煤炭城市，国家重要的能源基地。煤炭作为一种能源矿产，是工农 业生产和社会经济发展必不可少的物质基础，是社会财富的重要源泉。煤炭资源 的开发利用在给人类带来巨大经济效益的同时，也带来了一系列环境问题：大量 工业固体废弃物( 尤其煤矸石和粉煤灰) 产生与堆置，大面积采煤塌陷地的形成。 不仅占用、毁坏了大量土地资源，而且破坏济宁矿区生态景观，污染矿区生态环 境，严重影响矿区经济发展以及人民正常生产、生活。 本研究追踪国内外研究现状和发展趋势，根据区域可持续发展对土地复垦的 要求，明确指出了煤矿区土地复垦应以恢复土地生产力、实现矿区生态全面恢复 为最终目标，以土地复垦和生态系统重建为主要内容，在浅层平整法、挖深垫浅 法、排矸填充法和借势利用法等常用治理方法的基础上，归纳总结了造地迁村( 利 用矿区现有的矸石山充填塌陷区，压实后用于迁村建房) 、造地复田( 第一，可用煤 矸石充填塌陷区造地复田；第二，可用粉煤灰充填塌陷区造地复田；第三，利用 湖、河泥造地复田) 、大面积塌陷区的治理( 复垦为鱼米之乡) 、浅塌陷区的综合治 理( 一是低潜水位塌陷区，成为浇灌型保水保土农果相间的陆生生态系统；二是中 潜水位塌陷区，改造为水陆结合型生态农业) ；并以恢复生态学、生态系统演替机 理为重要理论基础，运用地貌重塑、土壤重构、植被恢复等主要生态技术措施， 进行生态系统多样性的恢复，重个体更应重视群落的恢复，使生态系统高度协调 发展。提出了济宁煤矿塌陷区治理空间框架构想，优化土地资源的配置，创建高 产、高效的煤矿区生态系统。 最后，以济宁市兴隆庄煤矿塌陷区的综合治理为实例，紧密结合以上理论方 法，根据当地的自然地质概况、土地破坏现状以及可行性分析，采用充填复垦、 非充填复垦等综合治理措旌，并运用了相关的生态重建技术，进而将项目区建设 成为以粮食生产为主，兼顾果林牧、水产养殖、家畜饲养为辅的综合农业生态系 统，使煤矿区生态环境得到重建，建立起和谐的矿区健康生态系统。 4 关键词：济宁煤矿区、煤矿塌陷地、土地复垦、生态重建、生态恢复 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ej i n i n gi s c o a l - m i n i n gc i t y ，a n di sa l s oo n eo fi m p o r t a n tn a t i o n a le n e r g y p r o d u c t i o nb a s e c o a li s a l s oa l le s s e n t i a lr e s o u o ef o ra g r i c u l t u r a la n di n d u s t r i a l p r o d u c t i o na n ds o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h ec o a l - m i n i n gc o u l db eu s e da sa l l i m p o r t a n te n e r g yr e s o u c e ，a n ds u p p o s e dg r e a te c o n o m i c a le f f i c i e n c y w h i l et h e c o a l - m i n i n ga l s oo c c u r r e daf e wo f e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m al a r g eo f s o l i dw a s t ew e r e p r o d u c e da n dh e a p e d ，al a r g ea r e ao fs i n k i n gw a nr e s u l t e df r o mc o a l m i n i n g t h e c o a l - m i n i n go c c u p yal a r g ea r e ao ff a r m l a n d ，a n dd e s t r o y e de c o l o g i c a ll a n d s c a p e a r o u n dc o a l m i n i n ga r e a , w h i c hi n f l u e n c e ds e v e r e l yt h el o c a le c o l o m i c a ld e v e l o p m e n t a n dl o c a lp e o p l el i v i n g b a s e do nt h er e s e a r c ha p p r o a c ho nt h er e s t o r a t i o no f s i n k i n gs i t eo f c o a l r u i n ga r e a , a n dd e m a n df o rr e s t o r a t i o no fs i n k i n gf a r m l a n da r o u n dc o a l m i n ga r e a ，ac l e a r l ya i m f o rr e s t o r a t i o no fs i n k i n gs i t eo fc o a l - r u i n ga r e a t h ef i n a la i mo fr e s t o r a t i o nf o r w a s t e l a n dc o a l m i n ga r e ai st or e s t o r a t et h ep r o d u c t i v i t yo ff a r m l a n da n de c o s y s t e m t h em a j o rt e c h n i q u e sf o rr e s t o r a t i o no fw a n r e l a n di n c l u d e ds m o o t i n gl a n ds u r f a c ef o r s h a l l o ws i n k i n gs i t e ，d i g g i n gi nd e e ps i t et oh e a pa ts h a l l o ws i t e ，u s i n gt h ew a s t es t o n e t oh e a ps i n k i n gs i t e s t h er e s t o r a t i o na r e ac o u l db eu s e dt oe s t a b l i s h i n gv i l l a g e s ，o ru s e d f o rd e v e l o p i n gf a r m l a n d t h es e c o n dm e t h o di st ou s i n gt h ec o a la s ht oh e a pt h es i n k i n g a r e a , a n dt h e nd e v e l o pf a r m l e n do nh e a p na r e a i ft h es i n k i n ga r e ai sn e a rl a k ea r e a , t h e l a r g em o u n to fm u d sd i g g i n gf r o ml a k ea n dc a n a lc o u l db eu s e dt oh e a pt h es h a l l o w s i n k i n gs i t e sf o rd e v e l o p i n gf a r m l a n d w h i c hi st h et 1 1 i r dm e t h o d a l lo fa b o v e p r o c e d u r e si sb a s e do nt h e o r yo fr e t o r a t i o ne c o l o g y , e c o s y s t e me c o l o g y t h ef i n a la i m f o rr e s t o r a t i o no fw a s t e l a n di st oe s t a b l i s haf e wo fe c o s y s t e m sw i t hh i 【g hp r o d u c t i v i t y a n dh i g he c o l o g i c a le f f i c i e n c y t h ep r e s e n tp a p e ru s e dt h ex i n l o n g z h u a n gc o a l m i n i n gs i t ea sr e s e a r c hc a s e b a s e do nt h ea n a l y s i sf o rg e o l o g i c a lf e a t u r e s ，g e o g r a p h i cc h r a c t e r i c t i c sa n dw a s r e l a n d c o n d i t i o n sa tx i n l o n g z h u a n gc o a l - m i n i n gs i t e ，t h et h r e em e t h o d sm e n t i o n e da b o v e 5 6 山东大学硕士学位论文 w e r eu s e df o rr e s t o r a t i o no fw a s t e l a n d x i n l o n g z h u a n gc o a l - m i n i n gs i t e a c o m p r e h e n s i v ea g r i c u l t u r e ，f o r e s t ya n da q u a t i cc u l t u r ee c o s y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e d ， a n dp r i m a r yr e s e a r c hf i n d i n g ss h o w e dt h a tah e a l t he c o s y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e d 锄d t h ec o m p r e h e n s i v er e s t o r a t i o nt e c h n i q u e si ss u i t a b l ef o rr e s t o r a t i o no f s i n k i n gs i t eo f c o a l m i n i n ga r e a k e y w o r d ：j i n i n gc o a l m i n gs i t e ，s i n k i n gs i t eo fc o a l ，m i n i n g ，l a n d r e c l a m a t i o n ，e c o l o g i c a lr e c o n s t r u c t i o n ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n 山东大学硕士学位论文 1 绪论 生存与发展是任何一个国家和民族从历史走向未来的永恒主题。人类的生存 与发展离不开脚下的土地，更离不开耕地。然而，近年来我国土地资源特别是耕 地资源，每年以惊人的数量在减”。我国用不足世界上7 的耕地面积养育着超 过世界l ，5 的人口，人均耕地仅o 1 i b m 2 ，耕地资源严重匾乏【2 】。由于采矿引起的 土地和生态环境破坏，量大面广，且形势愈来愈严峻。大量的小规模手工采矿业， 虽然发挥了重要的经济作用，也为人们提供了许多就业机会，但同时也加剧了对 周边地表植被和水文条件的破坏和对大气、水体、土壤的污染。据统计，中国受 采矿业影响的土地大约有3 o 1 0 6 1 u n 2 ，其中受乡镇企业影响的占1 3 ，在上世纪 末中国每年因采矿造成的废弃地面积达3 3 1 0 4 h m 2 1 3 l 。 济宁市煤炭资源丰富，主要煤田有兖州煤田、济宁煤田、腾南煤田、腾北煤 田，另有郓城梁山、金乡、单县金乡、鱼台、泗水含煤预测区有待开发。 但是随着煤矿的大规模开采，引发了越来越突出的生态环境问题煤矿塌陷区 的产生和扩大，已成为制约济宁市社会、经济可持续发展的重大障碍，煤矿塌陷 区的生态恢复与治理迫在眉睫。 1 1 矿区煤矿塌陷地及分类 1 1 1 煤矿塌陷地 有用矿物被采出以后，开采区域周围的岩体的原始应力平衡状态受到破坏， 应力重新分布后，达到新的平衡。在此过程中，岩层和地表产生连续的移动、变 形和非连续的破坏( 如开裂、冒落等) ，这种现象称为“开采塌陷”。煤炭是重要的 层状有用矿物，它的井工开采必然引起岩层和地表的下沉，导致大量土地的塌陷， 我们将这种现象称为“采煤塌陷”，形成的塌陷区( 地) 称之为“煤矿塌陷区( 地) ” 4 1 0 1 1 2 煤矿塌陷地的形成嘲 矿山塌陷地的形成过程分为覆岩破坏和采空塌陷两个过程。覆岩破坏是由于 矿体被采出以后，在岩体内形成一个空问，成为一种架空结构，从而使其周围应 7 山东大学硕士学位论文 力原来的平衡状态受到破坏，采空区的顶板岩层在自身重力和其上覆岩层的压力 作用下，产生向下的弯曲和移动，当顶板内部形成的拉张力超过该岩层的抗拉强 度极限时，直接顶板首先发生断裂和破碎并相继冒落，接着是上覆岩层相继向下 弯曲、移动进而发生断裂和离层，随着采煤工作向前推进，受到采空影响的岩层 范围也不断扩大，这种移动、变形、破坏在空间上是三维的，并由采空区向周围 发展，当采空区的面积扩大到一定范围，岩层移动发展到地表，使地表产生移动 和变形，开采引起的地表移动受多种地质采矿因素的影响，例如开采深度、开采 厚度、采煤方法、煤层产状等，地表移动和变形的形式也不完全相同，在采深与 采厚之间的比值较大时，地表的变形和移动在时间和空间上是连续渐变的，具有 明显的规律性。当采深和采厚的比值较小或具有较大的地质构造时，地表的移动 和变形在时间和空间上是不连续的，移动和变形的分布没有严格的规律性，一般 说来，开采工作面越大，影响越严重，煤层的厚度和倾角与地表的塌陷程度成正 比，开采的深度与地表塌陷成反比。 据调查统计，多年实践，经分析并下采煤和地表塌陷在体积和面积上有以下 关系：塌陷体积约是采出体积的7 0 左右，塌陷区波及面积为开采面积的1 2 1 3 倍 6 1 。 1 1 3 煤矿塌陷地的分类 济宁区域生态环境是一个土地和煤炭两种同位异类资源同时开发利用而构成 的工农交错复合型生态系统，因而属于破坏多于建设、开发多于整治的脆弱生态 系统。考虑到区内各大矿区开采方式、煤层厚度、埋藏深度j 顶板条件、管理与 技术水平等各不相同，引起的地面塌陷、积水及其危害程度亦不尽一致，为了便 于研究，以塌陷地性质分类法作为主导，分类如下7 】： ( 1 ) 非积水塌陷于旱地 非积水塌陷干旱地是全区塌陷地中面积最大的类型，约占总塌陷地面积的 4 1 2 5 。其特点是一般不积水，地形起伏较大，尤其是大面积整体塌陷因地下留 有各种煤柱支撑使地面更加凸凹不平，耕作极其不便造成严重的作物减产。 ( 2 ) 塌陷沼泽地 这类塌陷地主要分布于地势平坦、排水不畅的平原地区，面积不大，约占全 8 山东大学硕士学位论文 区塌陷地总面积的6 1 7 ，土壤出现潜育化、沼泽化和次生盐渍化现象。此类塌 陷地既不宜发展农业生产，亦不宜进行水产养殖，其影响之处往往造成农作物绝 产，开发复垦难度大。一 ( 3 ) 季节性积水塌陷地 这类塌陷地约占全区塌陷总面积的1 6 3 5 。其特点是在塌陷区内，由于局部 地块塌陷，使地面较周围地表低，在雨水较多季节积水形成水塘，而在少雨或无 雨季节形成板结地，对农业生产极为不利，一般使农田减产达4 0 5 0 以上。 ( 4 ) 常年浅积水塌陷地 常年浅积水塌陷地较季节性积水塌陷地的下沉深度大，一般在0 5 3 m 左右， 积水深度o 5 2 5 m ，极易造成作物绝产，导致土地生产结构突变，若不进行挖深 补浅很难耕种养殖。 ( 5 ) 常年深积水塌陷地 这类塌陷地下沉深度最大一般均在3 m 以上，最深达1 2 1 5 m 。其特点是地 表下沉至地下水位以下，形成不规则的封闭水域面积。约占塌陷地总面积的 1 6 1 。由于此类塌陷地水质良好，水量充足，因而是发展渔业的理想场地。 实际上，济宁采煤塌陷地的分类是融合了5 种分类依据分类后的复合类型， 单一依据划分的类型并不存在。5 种分类法通过排列组合，可形成数百种复合类 型，如整体均沉型带状常年深积水稳定塌陷、局域急沉型漏斗状不稳定塌陷干旱 地等，不同复合类型的塌陷地有着完全不同的综合开发利用与整治模式，必须根 抓实地情况，在科学归类的i i 提下采用切合实际的开发整治模式。 1 2 煤矿开采的影响 1 2 1 对土地资源的破坏 不同的丌采工艺导致对土地破坏形式的不同，从总体而言煤矿开采对土地的 破坏主要表现在沉陷、压占、挖损等方面。采煤塌陷地一般多在刀= 采急倾斜煤层 时出现，开采缓倾斜煤层时，只是在某些特殊的地质条件下才有可能出现，地表 沉陷使地表腐殖土溃入井下或流失，破坏了土壤的物理特性和化学特性，同时周 围地表往往出现裂缝，地表裂缝破坏了土地的连续性，给土地耕种带来了困难坤1 。 掘统计，到2 0 0 2 年全国煤炭丌采历年形成的塌陷区已达0 4 1 0 6 h m z ，平均每年 9 山东大学硕士学位论文 形成沉陷土地1 5 1 0 4 2 0 x1 0 4 h m 2 ，其中耕地占3 0 l 卿。压占主要指煤矸石压 占、粉煤灰压占、露天矿排弃剥离物压占土地，固体废物数量庞大，种类繁多， 物理化学性质复杂而处置设施严重不足，回收利用率低下，从而对矿区的土地造 成严重的污染和破坏，我国北方干旱地区风沙多，气候干燥，由此引起粉煤灰四 处飘扬、煤矸石自燃等现象，严重地污染大气，给当地的居民带来生产生活上极 大的不便。截止到2 0 0 3 年，我国煤矿现有煤矸石山1 0 0 0 多座，总堆积量约达 3 0 x1 0 1 0 t ，占地5 8 0 0 h m 2 ，并且每年新增排放量1 5 1 0 9 2 o 1 0 9 t ，占地约3 0 0 4 0 0 h m 2 t 1 1 1 。挖损主要指露天煤矿的挖损，它导致岩石裸露，破坏土壤结构，彻底 改变了土壤养分的初始条件，而且增加了养分流失的机会，若不及时采取相应的 回填措施，将会形成几十米乃至上百米的深坑，并且影响矿坑周边作物的正常生 长，加快了土壤侵蚀和水土流失的速度。煤矿开采造成土石混堆，地表土壤被污 染，复垦种植难度较大，自然植物难以生长，煤矿区被侵占破坏的土地呈现一片 荒凉景象，由此引发了水土流失、生态恶化、作物减产等一系列的社会和环境问 题【1 2 i 。 1 2 2 对区域水环境的污染与扰动 鉴于不同的采煤工程规模、采煤技术条件、区域地下水位条件、煤矿的排水 能力和自身恢复性能，煤矿开采不仅对煤矿区内的地下水资源造成严重污染，而 且对采场以外相当远的范围内的区域水环境均会产生一定的不良影响。据检测纳 污河两侧、污灌区、工矿区和城市附近浅层地下水中“三氮”含量普遍升高，酚、 氰、c r 6 + ，h g + 、石油类等多种污染物均有检出。深层水局部地区f 一、f e 2 + ，m n 2 + 等离子含量超标”】。积水是矿区采煤沉陷引起的重要破坏类型，主要发生在矿区 下沉量大且地下潜水位高的区域，原有的陆地生态环境系统转变为水生生态环境 系统，致使传统的高产旱作农业退变为低产乃至绝产水田【1 4 1 ，严重影响了耕地资 源利用的永续性。 1 2 3 对基础设旌的毁坏 由于煤矿开采的沉陷造成道路的路基、路面受到破坏，也使道路纵向坡度发 生变化使车辆运行的阻力增大或减少，导致交通事故的增加；地表移动变形造成 采矿区影响范围内的建筑物、构筑物产生倾斜，尤其是类似水塔、烟囱等这样面 1 0 山东大学硕士学位论文 积小而高度大的构筑物，受倾斜变形的危害更大”】。通常采煤塌陷范围内供电、 输电线路，将随着地表的沉陷受到不同程度的影响，绝大多数输电线路将遭受严 重破坏；土地沉陷将导致矿区的通讯设施主要是乡村日j 的电话线，这些通信电缆 将随着村庄的搬迁也将被迁移。煤矿开采沉陷致使矿区内基础设施不同程度的破 坏，给人们的生产、生活带来极大的不便【1 6 】。 1 3 论文研究的目的和意义 自1 9 8 9 年国务院颁布土地复垦规定至今已经有1 7 a 了。经过1 7 a 的开拓 和发展，如今我国土地复垦又迎来了一次新的发展机遇。一方面，1 9 9 8 年颁布的 中华人民共和国土地管理法进一步加大了耕地保护力度，实行了土地用途管 制制度、耕地补偿制度和基本农田保护制度，提出了耕地总量动态平衡的战略目 标。这一国家大法的贯彻实施，必将极大地推动我国土地复垦的发展。另一方面， 环境和土地这两大制约我国经济发展的人类共同主题在煤矿区表现日益明显，已 逐步成为矿区可持续发展的关键因素之一，而土地复垦作为土地科学和环境科学 的重要分支，与资源、环境、土地、人口四大问题密切相关，对农业发展和矿区 的生存环境有直接影响，已被普遍认为是矿区可持续发展的有效途径之一。中国 矿区受损土地的复垦相当缓慢，但其比例在逐年提高。在2 0 世纪8 0 年代初得到 复垦的矿区废弃地只有o 7 1 ，到了8 0 年代末提高到了2 ，9 0 年代初增至 6 7 ，1 9 9 4 年已达到1 3 3 。1 9 9 4 年得到复垦利用的矿区土地面积是1 9 9 2 年和 1 9 9 3 年的总和【1 0 1 ，占全国在1 9 8 7 年至1 9 9 5 年期间共复垦土地的3 7 t 1 7 1 。 目前，济宁市已利用浅层平整法【在塌陷不深或积水不多的地方( 3 米以下) ， 采取平整土地、修缮排灌系统的方法，改善耕作条件，恢复作物种植1 、挖深挚浅 法( 在塌陷区的深部取土填在浅部，复垦成耕地，深部建塘养鱼，坡地栽树植草 在塌陷区的深部取土填在浅部，复垦成耕地，深部建塘养鱼，坡地栽树植草) 、排 矸填充( 利用煤矸石回填塌陷区，表面覆上，用于种植或建设) 和借势利用法 对 面积大、塌陷深、积水多的区域( 5 米以上) ，进行科学整治，借势开发，用于发展 水产养殖、休闲度假等产业，重建矿区生态环境1 对塌陷地进行了综合治理，现己 治理各类塌陷地3 4 万亩，其中恢复耕地2 6 5 万亩，歼挖鱼塘5 9 0 0 亩，新辟基础 设施用地1 5 0 0 亩。 山东大学硕士学位论文 邹城市 兖州市 曲阜市 汶上县 鱼台县 任城区 微山县 6 8 5 2 1 3 7 0 0 2 6 7 0 0 0 2 4 0 0 2 0 0 0 3 0 煤炭作为一种能源矿产，是工农业生产和社会经济发展必不可少的物质基础， 是社会财富的重要源泉。煤炭资源的开发利用在给人类带来巨大的经济效益的同 时，不可避免地对矿区生态安全产生扰动，最直接的就是压占和损毁矿区土地资 源，如井工开采致使土地塌陷、废弃固体物堆积占地，直接影响到煤矿区环境景 观安全格局，严重者导致地质灾害的发生，破坏并诱发一系列的生态安全问题。 最大限度地减少煤矿开采对环境的影响，是合理开发利用煤炭资源与环境和社会 持续发展的共同要求【1 8 】；据研究分析，如果由各种原因所造成的土地破坏总量的 一半能被恢复并用于农业生产，那么中国每年的粮食产量会提高4 0 1 0 1 1 k g 嘲。 因此，为了有效地利用与开发煤炭资源，在达到以发展经济为目的的同时， 又要兼顾保护生态、社会环境的可持续发展，煤矿区塌陷地生态恢复与治理研究 就成为矿区开发、生产中的一项必不可少的任务。这不仅是实现“耕地总量动态 平衡”的重要手段，是实施土地利用总体规划、落实土地用途管制的主要途径， 也是保护矿区资源与生态环境、保证煤炭资源开采与社会、环境协调发展的必然 要求【2 0 j 。 瓢 8 3 7 b 垮 m ” o 蛐 幡 狮 姗 粥 睨 m 册 帕 z 2 c ； l 乏 n 9 4 l l l 4 9 山东大学硕士学位论文 2 矿区生态恢复与生态重建的理论基础 2 1 矿区生态恢复与生态重建的概念 2 1 1 矿区生态恢复的概念 生态恢复是指受人类活动损伤的生态系统经自然恢复和人类改造作用恢复到 它原来的状态的过程。 2 1 2 矿区生态重建的概念 生态重建，也称生态修复，美国生态学会提出了以下定义：生态重建就是人 们有目的地把一个地方改建成定义明确的、固有的、历史的生态系统的过程，这 一过程的目的是竭力仿效特定生态系统的结构、功能、生物多样性及其变迁过程【2 1 1 。 近年来，环境生态学界认为“复垦”是生态恢复的主要或核心任务。 土地复垦( l a n dr e c l a m a t i o n ) ，是指人们通过采取工程措施或生物措施，将人 为和自然灾害因素造成破坏废弃的各类土地，重新恢复到所期望可供利用状态， 并加以利用的一种活动1 。在中国，由于人多地少，后备资源又非常有限，土地 复垦己成为土地开发利用活动的重要组成部分，是贯彻落实“十分珍惜和合理利 用每寸土地，切实保护耕地”基本国策，实现土地资源可持续利用，促进国民经 济和社会协调发展的一项重要措施。 根据复垦工作的不同程度，美国科学院( n a t i o n a la c a d e m yo fs c i e n c e s ) 1 9 7 4 年还将复垦( r e c l a m a t i o n ) 定义为三个目的( 类型) ：复原、恢复和重建【2 3 】。 ( 1 ) “复原”( r e s t o r a t i o n ) ：是指复原破坏i j 所存在的状态，包括重新修复破 坏前地形、复原破坏前地表水和地下水以及重新建立原有的植物和动物群落。 ( 2 ) “恢复”( 原译为“复垦”) ( r e c l a m a t i o n ) ：是指将破坏的土地恢复到近似 破坏| ； 的状态。主要包括近似地恢复破坏前的地形，植物和动物群落也恢复到近 似破坏前的水平。 ( 3 ) “重建”( r e h a b i li t a t i o n ) ：是根据破坏前制订的规划，将破坏土地恢复到 稳定的和永久的用途，这种用途可以和破坏| ； 一样，也可以在更高的程度上用于 农业，或者改作游乐休闲或野生动物栖息区，假如改变用途，新的用途必须对社 会更有利。 1 3 山东大学硕士学位论文 “复原”是在土地复垦工作初期提出的，实践证明是很难实现的，除非有独 特的地貌特征需要保存下来，“复原”是不应该考虑的。“恢复”是大部分环境工 作者支持的概念，也是可以实现的。“重建”则具有更大的灵活性，可以不受原地 形条件的限制，完全可以按照公共利用及经济条件来确定复垦土地的利用方案。 所以，“恢复”和“重建”是目前常用的两个术语。 2 2 土地复垦和生态重建的必然 自然的生态系统永远处在动态平衡状态。人类为了生存、发展而斗争的过程 中必然会触动平衡。2 0 世纪以前，人类对自然的干扰破坏还小，自然有自净能力。 随着大生产的开展，迫使人类不得不正视生态破坏的后果。世界环境与发展 委员会1 9 8 7 年在我们共同的未来一书中一针见血地指出：“在过去我们关心 的是经济发展对环境带来的影响，而我们现在则迫切的感到生念的压力，如环境、 水、大气、森林的退化对我们经济发展带来的影响”。所以，今后的发展是“既 满足当代人的需要，又不对后代满足其需要的能力构成危害的发展”。 虽然说早在农耕社会人们己在进行生态重建，但这类重建是不自觉的，常常 是在破坏了原有的良好生态系统状况下，建立一种人工或半人工的生态系统，而 且力量是微弱的。到工业革命以后，尤其是2 0 世纪中叶的大工业的飞速发展，环 境的污染、生态的破坏，不得不使人类回顾人类发展的历史，由环境到生态的破 坏，处处使人触目惊心，使人类不得不对生态破坏、生态恢复、生态重建一系列 问题作慎重的考虑，采取针对性行动，“土地复垦与生态重建”便应运而生。而矿 山土地复垦与生态重建是以现代科学( 包括自然科学、社会科学) 为基础的，有计 划的生态系统重建，是生态系统最脆弱的、人类干扰破坏程度最大的工矿区的生 态重建，这种重建的动力来自社会和自然两种作用力。矿山土地复垦和生态 重建已势在必行。 首先，矿区土地复垦是补充耕地的重要途径。耕地的占补平衡是保证耕地总 量动态平衡的重要手段，但随着未利用土地后备资源的逐步减少和开发难度的加 大，未利用土地后备资源的丌发r 益困难。矿区废弃土地数量大，加大复垦，是 补充耕地的重要途径。其次，矿区土地复垦可以改善矿区生态环境，提高矿区居 民生活质量。矿山废弃的土、石、灰、渣到处堆积，粉尘飞扬，有的造成滑坡和 泥石流，导致房屋倒塌，路桥断裂，洼地积水，水土流失加剧：有害有毒液体、 山东大学硕士学位论文 气体渗漏、溢出，使环境被污染，严重影响了人们的生活、生产和身心健康。矿 区土地复垦有利于改变这种状况，改善生态环境和矿工的生产生活条件。第三， 矿区土地复垦可以解决部分矿工再就业问题，维护社会安定。矿山企业所占用和 破坏的土地，有相当部分是良f f i 沃土，只要加以复垦，就可以重新发挥潜力，为 部分矿工和当地农民重新开拓生产和生活门路，缓和企业和农民的矛盾，促进安 定团结。第四，矿区土地复垦可以减轻矿山企业负担，实现企业解围。企业可以 利用机构设备的优势，帮助农民复垦，尽量减少征用土地和损失补偿费的支付。 土地复垦后，企业享有使用权，可以种植、养殖、建筑、公园绿化等，从而减轻 企业的负担。第五，矿区土地复垦是提高土地利用率的重要措施。经过可行性评 价决定开采的矿区，按每亩土地产值来衡量，矿业相当于农业的几十倍、几百倍。 如果农业用地因开发矿产被破坏后经过相应的复垦，又恢复了原来的农业生产， 那么，农业一矿业一农业，只是土地利用形式的变化，而土地资源却得到全面有 效的利用。 可持续发展是当今国际社会的发展主题。人类在开发利用煤炭资源的同时， 要强化环境的价值观念和生态道德观念，促进煤矿资源的有效合理利用，抑制减 少由此产生的环境污染负面效应，促进经济效益、社会效益和生态效益高效、协 调、稳定发展1 2 3 从煤矿土地复垦到生态重建 土地复垦是对破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。 土地复垦也是一项极综合的应用技术，涉及到矿山管理和社会经济等方面。此种 情况实际已涉及矿区的整个生态系统：更完整的应是一个主要有人参与的“复合 生态系统”，只有将矿区的土地复垦纳入更大的系统“矿区生态重建”中，土 地复垦的目标、目的才会更明确，复垦的效益会更好，也更能为矿山所接受，也 可为我国的整个可持续发展作出更全面的规划和实施。 土地复垦强调的是矿山土地可利用能力的恢复问题，生态重建则在土地可利 用能力恢复的基础上，强调建立一个和环境协调的具有稳定生物群落的人工生态 系统。土地复垦是生态重建的前期工程，而生态重建是士地复垦的最终目标。鉴 于矿山生态重建内容中的很大部分是种植业需要的土地问题和环境问题，所以土 地复垦应是生念重建中的核心部分。 山东大学硕士学位论文 国内外研究现状与发展趋势 3 1 国外研究现状 1 9 世纪2 0 年代，美国和德国就开始了土地复垦的研究与应用。5 0 年代许多 工业发达国家加强了复垦法规的制定和复垦工程实践活动，较自觉的进入了科学 复垦的时代。进入7 0 年代以来，复垦技术集采矿、地质、农学、林学等多学科为 一体，已发展成为一门牵动着许多行业、多部门的系统工程。很多煤矿企业自矿 山的可行性论证到生产阶段，土地复垦都成为其必不可少和十分活跃的一项技术 内容和实践活动。 1 9 9 2 年巴西“世界环发”大会上，全球制定了实施可持续发展的“2 l 世纪 议程”。随之，煤矿塌陷地的土地复垦和生态重建工作更加引起了世界各产煤国家 的普遍重视。美国、澳大利亚、波兰、俄罗斯、英国、加拿大等国家的政府或煤 炭企业都分别通过立法和行政手段，并成立相应的管理机构( 如英国的采矿与环境 委员会、采矿规划管理委员会等) ，综合运用经济和技术措施、开发利用煤矿塌陷 地，取得了良好的社会效益、经济效益和环境效益。美国、英国、澳大利亚、加 拿大、匈牙利等国家的土地复垦技术与政策都有较严格的法规，尤其对煤矿的开 采要求“必须恢复到原状”，对复垦的要求是建立在严格的土壤质量科学分析和详 细利用基础上的。俄罗斯、日本及许多发展中国家也都制定了土地资源开发利用 的法律法规，并积极给子资金和技术上的文持。随着复垦技术的发展和复垦法规 的逐步完善，这些国家的土地复垦率有了明显的提高，甚至达到9 0 以上( 德国) 。 同时，相关研究方兴末艾。近年来，美国对生物复垦和复垦区的生念问题给 予了高度重视。为推动土地复垦的研究和技术革新，美国专门成立了“国家矿山 土地复垦研究中心( n m l r c ) ”，并由国会每年拨1 4 0 万美元作为土地复垦研究的 专项经费，组织多学科专家联合攻关。此外，美国露天采矿与土地复垦学会还会 每季度出版一期会刊，每年组织一次全国性的学术会议。加拿大的土地复垦学会 每年召开一次全国性的学术会议，并负责编辑出版国际土地复垦联合会会讯和国 际露天采煤、复垦与环境杂志。 1 6 山东大学硕士学位论文 煤矿开采形成的塌陷地对环境的影响及矿区复垦的研究很多【2 5 f - t 3 0 1 。此外， f u r lg o r o k h o v i c h 等1 3 l 】将g i s 用于废弃矿区复垦工程，取得比较满意的效果。 r o b e r tb a t k i n s o n p 2 】建议将v i r g i n i a 地区的湿地也纳入矿区废弃地生态恢复中。 s a h a d e bd e 掣3 3 】对印度东部r a n i g 删煤田a l k u s h a - g o p a l p u ：处的采矿废弃地生物 复垦进行过研究，从研究的1 4 种物种中，选出植物a c a c i a a u r i c u l o f o r m i s 。a c a c i a a r a b i c a a l b i z z i al e b b e k ，l e u c e n al e u c o c e p h a l a 和g m e l i n aa r b o r e a ，可用于复垦。 n a d j az i e l 3 4 等研究利用城市垃圾和煤渣对褐煤开采形成的废弃地进行农业复垦， 这此垃圾等进行一定的处理可以为废弃地提供营养，提高农业产量，取得了可喜 的成就。a p s c h w a b l 3 5 1 对美国k a n s a s 州西部粉煤灰复垦后废弃地上植物进行了 研究，表明植物体内重金属p b ，c d 等含量与粉煤灰有着一定的关系。z s t r z y s z e z a 3 6 1 对中东、欧洲一些国家褐煤开采区植被重建和景观重建进行过总结，结果发现， 开采技术、法律法规和开采区地理形势的不同导致各个国家( p o l a n d c z e c h o s l o v a k i a h u n g a r y ，b u l g a r i a ，r u m a n i a ，r u s s i a 和e s t o n i a ) 生态恢复战 略不同，在p o l a n d ，废弃地上层土壤物理化学性质决定了森林植被重建较为重要， 而在c z e c h o s l o v a k i a ，h u n g a r y 和r u m a n i a ， 则农业复垦较为重要。m e a j o c h i m s e n t 3 7 1 提出废弃地工程复垦和土壤生物活性低影响植物生长，并提出要恢复 生态景观还需要大量努力，并且指出原始植物的定居应从草本植物开始。d m t r i s d a m i g o s 等【3 8 1 对g r e e c e 废弃地复垦的环境经济效益利用多种方法进行了评价，其 结果有利于复垦方案的制订和采矿的管理。s k l e e 等【3 卿对s i n g a p o r e 回填粘土复 垦的土地上红树再生进行过研究。 3 2 国内研究现状 我国土地复垦工程技术起步较晚。5 0 年代末，一些厂矿及科研单位开始考虑 复垦问题。1 9 5 7 年，辽宁桓台铝锌矿将废弃的尾矿地采取工程措施覆土造田：河 北唐山骆庄铁矿从建矿开始，利用剥岩、填沟、平坑造地和用尾矿砂充填河滩造 地；一些科研单位，如有色冶金设计院，1 9 5 7 年，就专门从事土地复垦的调研； 煤炭、黑色冶金的设计单位为土地复垦事业的发展也做了大量工作。8 0 年代初我 国开始进行煤矿塌陷区的综合治理工作。 采煤塌陷地复垦工作的研究至今已取得了一些成果，中国科学院水土保持研 1 7 山东大学硕士学位论文 究所、中国矿业大学、山西农业大学等科研单位近年来从采矿学、环境学和农学 的角度出发对采煤塌陷的形成机理、过程以及生态复垦植被的演替等方面作了一 些研究。国内有关复垦模式及其经济利益分析的研究较多一酬。 顾和和提出了“煤矿塌陷土地可持续利用”的概念，提出塌陷土地的可持续 利用实质就是塌陷土地的持续高效利用，其目的是矿区物质良性循环和高效利用， 充分发挥塌陷地生产力的同时，防止环境污染，保持复垦土地质量不下降，实现 复垦土地生态系统的良性循环，达到社会、经济和生态效益同步捉高。 刘金辉4 0 提出了对邹城市采煤塌陷地生态工程复垦规划的原则和思想，并介 绍了塌陷地生态工程复垦规划及其实施后的效益。罗爱武哑1 在分析淮北矿区的生 态环境特征和土地利用的现状基础之上，并根据淮北矿区的实际精况，提出了淮 北矿区塌陷土地复垦的指导思想和原则，提出了采煤塌陷地土地复垦的五种模式。 阎允庭等”1 对唐山市采煤塌陷生态环境分析基础上，给出了其生态重建模式。徐 卅f 东矿区在多年土地复垦的实践中，探索出了一条自然生态和谐，合理高效利用 土地、生态环境保护与经济社会发展兼顾的可持续发展的路子，取得了良好的效 果，对其它矿区的土地复垦具有一定的借鉴作用。卢全生等提出了煤矿塌陷区土 地复垦的原则和五种主要模式1 ( 农业复垦、林牧复垦、渔业复垦、旅游复垦、 水源复垦) ，并以河南省永城矿区为例，分析了土地复垦的综合效益。董祥林等”1 对朱仙庄矿七采区地表塌陷现状的反复研究和充分论证，提出对矿区塌陷地实施 梯次动态复垦，不仅保护了矿区的生态环境，保证了矿区安全生产形式的持续稳 定发展，而且繁荣了经济，创直接经济效益3 7 0 0 多万元，取得了良好的经济和社 会效益。刘景双等“1 以抚顺矿为例，采用复垦还田与排矸相结合，复垦高质量农 田，既可减少占用土地面积，又能将塌陷区土地复垦还田；同时也将剥离矸石等 固体废物掩理，防止环境污染，有利于保护环境，具有较大经济效益、社会效益 和环境效益，为东北区乃至全国类似矿区塌陷地复垦还田生态重建提供示范。武 胜林等嘧力1 对焦作市煤矿塌陷地复垦提出了几种生物复垦措施：酸碱中和法、绿肥 法、微生物法，其结果是明显改善新土壤层的养分状况，增加有机质和保肥能力。 这些研究是根据本地塌陷地实际情况，在分析其特点的基础上，提出的生态 重建方案或措施，取得了一定的经济、社会和环境效益，它们为济宁煤矿塌陷地 生态重建提供一定的科学依据或示范。 山东大学硕士学位论文 3 3 煤矿塌陷地生态重建新进展 传统的土地复垦概念，从目标内涵上，不断扩展。长期以来，对土地复垦有 不同的理解。狭义地说，复垦的空间边界是仅考虑采后地形变化的区域还是应考 虑受影响的除地形以外的其它因子发生变化的范国? 广义地说，土地复垦要素是 否应包括生态环境因子，若包括的话，是否应该以所有受影响的生态态环境因子 构成的广义边界为复垦边界? 若不包括的话，又应如何处理土地复垦与生态环境 恢复问题? 目前，已经从传统的“土地复垦”向以“环境污染控制、社会经济效 用、自维持生态系统建设”为原则的系统“生态重建”发展。 从复垦技术上，主要有以下几个方面的新进展： ( 1 ) 生物复垦方法及其对矿区生态系统和景观恢复的影响研究 生物复垦方法取决于土地破坏类型、所采用的工程复垦方法、矿区所在地的 气候条件、水利条件和经济条件等方面。近年来，生物复垦方法研究是国外热门 研究课题，如生物细菌快速生物复垦法、无覆土生物复垦法、基于城市污泥的水 力播洒法、抗侵蚀被( 先铺后种) 法，这些方法大多是针对电厂灰场、露天矿排土 场和露天矿边坡等易扬尘、难植被的废弃场地捉出的，这此方法在控制复垦区土 壤侵蚀、快速恢复植被方面效果十分显著。中国2 1 世纪课程在第十三章也将 无覆土生物复垦技术作为重要的行动之一。 ( 2 ) 矿山固体废弃物复垦新技术 矿山固体废弃物中常常含有重金属、硫和其它有毒、有害元索，因此矿山固 体废弃物复垦的重点在于减少有毒、有害元素的溶解和迁移。以前矿山固体废弃 物复垦的传统技术就是迅速建立植被以减少侵蚀和吸收有毒、有害元素以及施撒 石灰中和酸性土壤。新近的复垦技术主要有： 矿山尾矿的多层覆盖技术：在矿山废弃物的上方加三层覆盖材料，并在覆 盖材料中间加薄的地质滤网以阻止材料的上下混合。三层材料分别为：上层为约 o 6 米厚的土壤，供植物生长；中部为约1 2 米厚、渗透较好的石块覆盖层，使材 料透气性强和促进水的水平流动；下部为有机材料，用以耗气和与硫及酸性物质 发生反应。这种覆盖技术将使尾矿酸化最小和污染迁移最小。 微生物技术：在矿山固体废弃物中引入微生物，促进植物根瘤菌和菌根的 生成，从而促进植物迅速生长、固定废弃物和加速废弃物风化成土。 1 9 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 复垦土壤及其侵蚀控制 、 塌陷区待复垦的土地往往缺少熟化的表土或土壤贫瘠，一些人造表土作为 自然表土的改良剂或直接作为表土使用。如“生物土”和“无毒土”就是典型的 两种。”生物土”是一种被称之为具有自然结构的肥料，是青霉素的副产品，已 被证明对复垦土