王慶剛，徐燕飛，朱美華，畢 波，申禮鵬

(1.煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232000；2.平安煤炭開采工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000)

0 引言

煤炭作為工業(yè)的糧食，在為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，不可避免地帶來不同程度的生態(tài)環(huán)境問題，尤其對(duì)礦區(qū)的土地資源破壞嚴(yán)重。煤炭開采破壞土地方式主要有3種：挖損、塌陷和壓占[1-2]。挖損是由于露天煤礦開采對(duì)表土層挖掘造成的土地破壞；塌陷是由于煤礦采煤后地表陷落造成的土地破壞；壓占是指煤炭開采時(shí)排出的煤矸石等堆積壓占造成的土地破壞。同時(shí)，煤炭開采還會(huì)造成礦區(qū)地下潛水位的抬升，在土壤毛細(xì)管及蒸發(fā)作用下，鹽分積聚于表土導(dǎo)致土地鹽漬化，嚴(yán)重影響土地的生產(chǎn)功能。土地破壞、土地鹽漬化、失地農(nóng)民增多等生態(tài)環(huán)境問題和社會(huì)問題已成為煤礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。

1 煤礦區(qū)土地復(fù)墾發(fā)展現(xiàn)狀

煤炭開采嚴(yán)重影響礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)與土地利用方式，造成生態(tài)系統(tǒng)退化、土地資源破壞、土壤質(zhì)量下降以及景觀破碎等問題。另外，煤炭資源是不可再生資源，隨著資源的開采殆盡，如不注重土地復(fù)墾、環(huán)境修復(fù)，礦區(qū)終將形成土地荒蕪、環(huán)境惡化、經(jīng)濟(jì)衰退的局面。土地復(fù)墾可以減少煤礦開采對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，煤礦區(qū)土地復(fù)墾研究歷史較久、復(fù)墾規(guī)模較大、復(fù)墾效果較好的國(guó)家有美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等。美國(guó)1918年就已經(jīng)在印第安那州煤礦的煤矸石堆上進(jìn)行再種植試驗(yàn)，并針對(duì)礦區(qū)毀壞土地頒布了《露天開采控制和復(fù)田法令》等，在復(fù)墾土地、改良土壤方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)；德國(guó)20世紀(jì)60年代已在萊茵礦區(qū)復(fù)墾土地8 133 hm2；澳大利亞作為礦業(yè)大國(guó)，土地復(fù)墾取得令人矚目的成就，已形成多專業(yè)聯(lián)合、高科技指導(dǎo)、綜合治理開發(fā)的土地復(fù)墾模式。

我國(guó)煤礦區(qū)土地復(fù)墾起步晚，20世紀(jì)50年代才開始出現(xiàn)自發(fā)的零散的煤礦區(qū)土地復(fù)墾，復(fù)墾規(guī)模小、技術(shù)粗糙，只是簡(jiǎn)單的回填[3-4]。由于國(guó)家長(zhǎng)期以來沒有制定專門的土地復(fù)墾法規(guī)，也缺乏資金支持，煤礦區(qū)土地復(fù)墾工作發(fā)展較慢，至80年代末，我國(guó)實(shí)施土地復(fù)墾的煤礦不足1%，復(fù)墾的土地不到被破壞土地的1%。1988年12月，國(guó)務(wù)院第19號(hào)令頒布《土地復(fù)墾規(guī)定》，實(shí)行“誰破壞，誰復(fù)墾”的原則，對(duì)復(fù)墾土地的責(zé)權(quán)關(guān)系、實(shí)施形式、資金來源及復(fù)墾土地使用等做了相應(yīng)規(guī)定。但仍存在不少問題，如地方政府和企業(yè)對(duì)土地復(fù)墾工作不夠重視，土地復(fù)墾中“誰復(fù)墾，誰受益”的原則不能得到充分體現(xiàn)，土地復(fù)墾技術(shù)停滯不前，缺乏對(duì)生物復(fù)墾等技術(shù)的研究等，阻礙了土地復(fù)墾工作的發(fā)展。2011年2月國(guó)務(wù)院令第592號(hào)《土地復(fù)墾條例》施行，更加明確了土地復(fù)墾流程、土地復(fù)墾驗(yàn)收、激勵(lì)措施等，規(guī)定土地復(fù)墾應(yīng)綜合考慮復(fù)墾后土地利用的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，并將土地復(fù)墾方案的編制納入采礦許可證制度，極大地推動(dòng)了我國(guó)土地復(fù)墾工作的發(fā)展。

2 煤礦區(qū)土地復(fù)墾技術(shù)分析

煤礦區(qū)土地復(fù)墾主要是針對(duì)煤礦開采過程中因挖損、塌陷和壓占等造成破壞的土地采取的整治措施，使其恢復(fù)到可利用的狀態(tài)。按照土地復(fù)墾的機(jī)理劃分，煤礦區(qū)土地復(fù)墾技術(shù)大致分為工程復(fù)墾技術(shù)、生物復(fù)墾技術(shù)、生態(tài)復(fù)墾技術(shù)等[5-6]。

2.1 工程復(fù)墾技術(shù)

工程復(fù)墾是指利用工程技術(shù)措施對(duì)破壞的土地進(jìn)行整治修復(fù)，是土地復(fù)墾的核心[7-8]。工程復(fù)墾技術(shù)分為充填復(fù)墾技術(shù)和非充填復(fù)墾技術(shù)，充填復(fù)墾技術(shù)主要包括矸石充填復(fù)墾、粉煤灰充填復(fù)墾等。非充填復(fù)墾技術(shù)主要包括挖深墊淺復(fù)墾、疏排法復(fù)墾、梯田式復(fù)墾等。

煤矸石充填復(fù)墾：煤矸石是煤礦生產(chǎn)過程中排放的固體廢物，煤矸石堆放壓占大量土地，而且影響生態(tài)環(huán)境。利用煤矸石進(jìn)行充填復(fù)墾，既能整治破壞的土地，又可處置固體廢物，避免環(huán)境污染。煤矸石充填復(fù)墾分為全厚充填法與分層充填法，全厚充填法是指一次性將塌陷地用煤矸石回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后覆土整平，該方法施工簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，主要適用于農(nóng)業(yè)復(fù)墾；分層充填法是指以一定的充填厚度逐次將塌陷地充填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，分層充填工藝要點(diǎn)是分層充填、分層碾壓，該方法一般用作將塌陷地改造成為建筑用地。

粉煤灰充填復(fù)墾：粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤后余下的灰分和灰渣，結(jié)構(gòu)松散，透氣性好，淋溶性能強(qiáng)，易干旱。大量的粉煤灰堆存耗費(fèi)大量資金、占用大量土地；易產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣。利用粉煤灰充填復(fù)墾造地既可解決儲(chǔ)灰場(chǎng)占地，又可解決粉煤灰?guī)淼沫h(huán)境污染。粉煤灰充填復(fù)墾工藝方法是先在計(jì)劃復(fù)墾的塌陷區(qū)內(nèi)修筑儲(chǔ)灰場(chǎng)，利用管道水力輸送粉煤灰到儲(chǔ)灰場(chǎng)，當(dāng)沉積的粉煤灰達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將水排盡，然后覆土形成耕地。

挖深墊淺復(fù)墾：挖深墊淺復(fù)墾是將塌陷區(qū)局部積水或季節(jié)性積水較深區(qū)域再挖深，形成水塘，發(fā)展為養(yǎng)殖，用挖出的泥土充填沉陷較淺區(qū)域，形成耕地，發(fā)展種植。該方法把單純的種植農(nóng)業(yè)，變?yōu)榉N植、養(yǎng)殖相結(jié)合的生態(tài)農(nóng)業(yè)，既復(fù)墾了土地，又改變了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。挖深墊淺復(fù)墾技術(shù)操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高，是目前我國(guó)煤礦區(qū)普遍采用的一種土地復(fù)墾方法。

疏排法復(fù)墾：疏排法是采用合理的排水措施將塌陷積水通過強(qiáng)排或自排方法引入附近的河流、湖泊，再輔以必要地表修整，使采煤塌陷地恢復(fù)利用。疏排法復(fù)墾的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的排水系統(tǒng)及選擇合適的釋放承泄區(qū)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

梯田式復(fù)墾：梯田式復(fù)墾是利用采煤塌陷后地形條件，將塌陷區(qū)整治為梯田的復(fù)墾技術(shù)，適用于中低潛水位采厚較大的礦區(qū)和丘陵地區(qū)。梯田式復(fù)墾重點(diǎn)在于梯田斷面設(shè)計(jì)，就是根據(jù)采煤塌陷后地形條件與耕作要求等設(shè)計(jì)梯田斷面。斷面設(shè)計(jì)合理可保證耕作灌溉方便和邊坡穩(wěn)定。

2.2 生物復(fù)墾技術(shù)

采煤沉陷區(qū)通過工程復(fù)墾后，能基本滿足耕作條件，但土地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量很少，土壤的四大肥力因素水、肥、氣、熱條件也較差，因此必須改良后方可恢復(fù)使用。生物復(fù)墾技術(shù)是利用生物技術(shù)恢復(fù)土壤肥力與生物生產(chǎn)力，建立穩(wěn)定植被層的活動(dòng)，是改善新土壤層的養(yǎng)分狀況，增加有機(jī)質(zhì)和提高并保肥能力的最有效方法，是工程復(fù)墾的延續(xù)。常見的生物復(fù)墾技術(shù)有微生物法、綠肥法等。

微生物法：微生物法是利用菌肥改善土壤和作物生長(zhǎng)條件。微生物菌肥是一種無毒、無害、無污染的有機(jī)微生物菌劑，可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，能提高土壤肥力，改善土壤活化性狀，提高土壤保水，保肥、保溫能力，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

綠肥法：綠肥就是用綠色植物體制成的肥料。綠肥作物在經(jīng)過一定期間的生長(zhǎng)之后，直接翻壓到土壤中或經(jīng)堆漚而成的肥料。綠肥中含有多種養(yǎng)分和大量的有機(jī)質(zhì)，可直接增加土壤養(yǎng)分，如豆科綠肥含氮素較高，十字花科綠肥可提高磷酸鹽和某些微量元素。

2.3 生態(tài)復(fù)墾技術(shù)

生態(tài)復(fù)墾技術(shù)就是應(yīng)用土地復(fù)墾工程技術(shù)和生物復(fù)墾技術(shù)，根據(jù)生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，對(duì)煤礦開采破壞的土地進(jìn)行復(fù)墾和利用，開展農(nóng)業(yè)、林業(yè)種植，漁業(yè)、畜牧養(yǎng)殖等。生態(tài)復(fù)墾技術(shù)不僅能夠利用破壞的土地，改善生態(tài)環(huán)境，而且能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，促進(jìn)社會(huì)和資源的可持續(xù)發(fā)展。

3 煤礦區(qū)土地復(fù)墾的未來發(fā)展方向

土地復(fù)墾的核心問題是破壞土地的再利用及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，涉及礦業(yè)、土地、環(huán)保、土壤、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪等多個(gè)學(xué)科，是一門新興的邊緣學(xué)科。我國(guó)對(duì)土地復(fù)墾高度重視，每年投入大量資金用于煤礦區(qū)的土地復(fù)墾工作，但無論是理論方法還是技術(shù)體系都還有許多值得完善之處。今后煤礦區(qū)土地復(fù)墾強(qiáng)化土地適宜性評(píng)價(jià)研究、“3S”技術(shù)集成應(yīng)用、復(fù)墾技術(shù)生態(tài)化等是未來發(fā)展方向。

3.1 強(qiáng)化煤礦區(qū)土地復(fù)墾土地適宜性評(píng)價(jià)研究

煤礦區(qū)土地復(fù)墾土地適宜性評(píng)價(jià)針對(duì)不同破壞土地、不同復(fù)墾方向的適宜程度做出判斷分析。首先要對(duì)礦區(qū)土地復(fù)墾方向做出判斷，根據(jù)不同的復(fù)墾方向進(jìn)一步分析其影響因子，確定各影響因子的重要性，進(jìn)行參評(píng)因子、權(quán)重及屬性的選擇；其次再按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判具體地塊復(fù)墾方向的適宜程度；最后提交生產(chǎn)布局方案和決策模型，充分利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和遙感技術(shù)開展土地評(píng)價(jià)研究。

3.2 發(fā)揮“3S”技術(shù)集成優(yōu)勢(shì)用于礦區(qū)土地復(fù)墾

“3S”技術(shù)即全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)。在煤礦區(qū)土地復(fù)墾工作中，用遙感技術(shù)(RS)獲取煤礦區(qū)影像，確定已破壞、擬損壞土地范圍、面積和類型。利用全球定位系統(tǒng)定位、測(cè)繪，用地理信息系統(tǒng)軟件及相關(guān)技術(shù)對(duì)待復(fù)墾土地進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合煤礦區(qū)實(shí)際設(shè)計(jì)復(fù)墾方案?！?S”技術(shù)具有獲取信息的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、便捷性、綜合性等特點(diǎn)，應(yīng)用于煤礦區(qū)土地復(fù)墾已是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 發(fā)展與優(yōu)化煤礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾技術(shù)

生態(tài)復(fù)墾技術(shù)的發(fā)展，取決于土地復(fù)墾技術(shù)的攻關(guān)研究進(jìn)展。如根據(jù)生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，進(jìn)行有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的生態(tài)農(nóng)業(yè)復(fù)墾技術(shù)研究，利用生產(chǎn)和生活廢物進(jìn)行固體廢物充填技術(shù)的研究，還可以進(jìn)行復(fù)墾效率高、效益好的微生物復(fù)墾技術(shù)的研究等。

優(yōu)化生態(tài)復(fù)墾模式以提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益為目標(biāo)，以特定礦山環(huán)境為基礎(chǔ)，圍繞土地利用效率和環(huán)境保護(hù)效果，進(jìn)行擇優(yōu)淘劣的模式優(yōu)選與設(shè)計(jì)。生態(tài)復(fù)墾技術(shù)的優(yōu)化，主要包括生態(tài)復(fù)墾技術(shù)選擇、能源利用效率、生態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)，以生態(tài)農(nóng)業(yè)和生態(tài)林業(yè)為主導(dǎo)，系統(tǒng)綜合地利用礦區(qū)土地資源發(fā)展礦區(qū)復(fù)墾產(chǎn)業(yè)。

3.4 建立礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)相統(tǒng)一體系

生態(tài)系統(tǒng)管理是一門新的、正在發(fā)展中的自然資源的管理方法，生態(tài)系統(tǒng)管理強(qiáng)調(diào)人類是生態(tài)系統(tǒng)的一部分，在系統(tǒng)中有其存在的價(jià)值、影響和需求。進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)管理時(shí)要確認(rèn)管理的目標(biāo)、對(duì)象以及管理單元和界限，并制定和實(shí)施管理計(jì)劃。人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的需求可能會(huì)引起環(huán)境的變化，變化速率會(huì)超出系統(tǒng)內(nèi)許多物種的承受力，所以管理者必須隨著其有效性靈活地處理新的信息并做出相應(yīng)的調(diào)整。

煤礦區(qū)土地復(fù)墾與煤礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)在國(guó)內(nèi)開展時(shí)間還很短，即使是發(fā)達(dá)國(guó)家，該研究領(lǐng)域也只是近幾十年才逐漸成為研究熱點(diǎn)。因此，有許多理論問題還有待研究，如采礦過程對(duì)生物圈的影響機(jī)制、復(fù)墾土壤恢復(fù)重建、礦區(qū)景觀格局變化等。為此，建立煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)相統(tǒng)一的理論體系是保障煤礦區(qū)土地復(fù)墾生態(tài)工程實(shí)施的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，煤炭需求也將持續(xù)增長(zhǎng)，大規(guī)模煤炭開采造成的土地破壞和環(huán)境惡化，直接影響礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能力。加強(qiáng)煤礦區(qū)土地復(fù)墾工作，是推進(jìn)礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境，意義重大。煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)任務(wù)仍形勢(shì)緊迫，任重道遠(yuǎn)。