风积沙区土地生态损伤自修复能力评价*

陈 超胡振琪台晓丽王新静樊廷立王西营

（1.中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所，北京市海淀区，100083；2.中国煤炭学会煤矿土地复垦与生态修复专业委员会，北京市海淀区，100083）

★节能与环保★

风积沙区土地生态损伤自修复能力评价*

陈 超1，2胡振琪1，2台晓丽1王新静1樊廷立1王西营1

（1.中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所，北京市海淀区，100083；2.中国煤炭学会煤矿土地复垦与生态修复专业委员会，北京市海淀区，100083）

为了对风积沙区土地生态损伤自修复能力进行评价，选取典型风积沙煤矿土地生态损伤区，依据附加坡度进行评价单元划分，在不同开采时序对不同评价单元地裂缝进行统计，同时对土壤理化特性指标进行采样分析，综合运用层次分析法和德尔菲法确定指标权重，采用综合指数法数学模型对研究区土地生态损伤自修复能力进行评价，结果表明高强度开采条件下40%的受损区具有明显自修复能力，可明显减少土地修复成本。

风积沙区 土地生态损伤 土地复垦 自修复

矿区生态环境的自修复是指采矿驱动力在对地表生态环境造成损伤的过程中，自动修复部分生态损伤的现象和过程。煤炭资源的开发不可避免地对土地生态环境造成损伤，随着能源战略西移，煤炭开采对西部脆弱的土地生态环境的损伤日趋严重。在以往实践中，常常采取工程技术措施对采煤沉陷损伤区域加以修复并取得了一定效果，然而在生态脆弱的风积沙矿区，人工修复对生态环境可能造成二次破坏的不确定性以及修复措施的投入与产出等问题促使人们考虑通过自然营力、采煤驱动力等使采煤沉陷损伤区域实现自修复。本文基于野外观测结果，对研究区土地生态损伤自修复能力进行评价，为减少人工修复对矿区的扰动及降低生态修复成本提供理论参考。

1　研究区概况

研究区位于山西、陕西、内蒙古交界的风积沙煤矿区，矿区地表以盖沙黄土为主，因遭到沙漠多次侵扰，地表覆盖较厚风积沙层，生态环境较为脆弱。矿区工作面开采尺寸较大（长度约为300 m，推进距离大于2000 m），属于超大工作面，推进速度较快，开采强度大、效率高。选择该矿区某超大工作面进行研究，该工作面开采1-2煤，全长约为3500 m，工作面宽度为300.5 m，平均煤层厚度为4.81 m，倾角为1°～3°，属层状构造，条带结构，煤层稳定。煤层埋深约为200 m，采用一次性采全高、综采放顶煤开采，全部跨落法管理顶板，日进尺量约为10 m，具有典型的高强度开采特征。

2　评价模型

风积沙区煤炭开采造成的土地生态损伤主要为无积水塌陷盆地以及地裂缝和附加坡度等微地形变化，针对此特点按照附加坡度将采空区某段分为上坡、中坡和下坡进行研究。因此，可选取某段工作面将其按上坡、中坡和下坡划分为3个评价单元，以地形及土壤特性作为土地生态损伤自修复能力评价指标，通过对不同开采时序评价指标演变特征的研究，对各评价单元进行自修复能力评价，得出不同时序各单元土地生态环境与原始背景值的变异程度，确定各单元是否具备自修复能力。利用各单元评价结果推算区域整体自修复能力，得出具有自修复能力的分布范围。根据评价目的采用综合指数法数学模型进行评价，该模型可体现各评价指标之间的相互作用及其对受损土地生态环境质量的综合影响，计算结果能较为直观地反映评价指标总体特征。

2.1指标体系构建

评价指标应能表征煤炭开采活动引起的受损土地质量变化。选择评价指标时主要考虑反映煤炭开采活动的地貌地形变化和土壤特性的因素。具体指标体系见表1。

表1　土地生态损伤自修复评价模型指标体系

2.2评价体系构建

由于反映土壤特性指标的绝对值相对较低，属贫瘠土壤，《农用地质量分等规程》和 《土地复垦方案编制规程》中等级划分的部分准则较难区分该区域土地生态环境的演变程度，而评价的重点是探讨受损土地是否具备自修复能力，并确定土地受损后状态与原始状态的相似程度，并依次确定具备自修复能力的土地范围。依据土地受损后各评价指标与原始值之间的相对值占原始值的比例，基于层次分析法和德尔菲法进行分级赋值。

2.2.1评价体系的等级分级原则

（1）附加坡度等级划分。依据 《土地复垦方案编制规程》中采煤塌陷土地旱地损毁程度分级参考标准，附加坡度分为3个等级:1级附加坡度0～0.6；2级附加坡度0.6～1.2；3级附加坡度≥1.2。

（2）地裂缝等级划分。风积沙区动态裂缝留存时间较短，边缘裂缝则长期存在，为体现地裂缝对土地的损伤程度，以土地原始状态作为参考值，无地裂缝时参考值为0，作为最高等级的指标值，以裂缝宽度总和的最大值作为最低等级的指标值，实测最大值为191.25 mm，划分为5个等级，梯度值定为48 mm，其中5级时裂缝宽度≥192 mm。

（3）土壤特性指标等级划分。同样以土地原始状态作为参考值，以每个指标最大变化幅度f作为最低等级指标值，划分为5个等级，等级梯度值为f/4，其中大部分指标为效益型指标，即开采对其产生负面影响，而土壤孔隙度、PH等指标为非效益型指标。

2.2.2评价指标赋值的原则与方法

评价指标赋值应遵循如下原则:基于指标与受损土地生态环境相关研究确定分值；分值与土地生态环境的优劣呈正相关；分值体系采用0～100分的封闭区间体系。

（1）附加坡度分级赋值。1级影响不明显，分值为100～90分（无附加坡度取值为100分）；2级影响较明显，分值为75分；3级影响明显，分值为50分。

（2）裂缝宽度分级赋值。1级宽度为0～48mm，破坏不明显，分值为90分；2级宽度为48～96 mm，破坏较明显，分值为80分；3级宽度为96～144 mm，破坏明显，分值为70分；4级宽度为144～192 mm，破坏显著，分值为50分；5级宽度≥192 mm，破坏极显著，分值为30分。

（3）土壤特性分级赋值。1级基本无影响且与原始背景值基本无差异，分值90分；2级影响比较小且与原始背景值有差异，但差异比较小，分值80分；3级影响较明显且与原始背景值差异较为明显，分值70分；4级影响明显且与原始背景差异显著，分值60分；5级影响极明显且与原始背景差异显著，分值50分。根据对土壤理化指标的测定，各指标最大变化幅值为:速效磷36.42%，速效钾18%，有机质32%，PH6.21%，全氮10.83%，容重9%，孔隙度12.84%，含水量19%。等级划分与赋值情况见表2。

表2　土壤自修复能力评价模型指标等级分值

2.2.3评价模型计算

运用综合指数法模型进行评价单元土地生态环境自修复能力的综合判读，并以此评价结果对评价对象的土地生态环境自修复能力进行分析研究。其计算公式如下:

式中:Q——受损土地生态环境自修复能力综合分值；

Si——第i个指标的得分，分；

Wi——第i个指标的权重；

n——受损土地生态环境自修复能力评价指标个数。

根据所得分值，按照等间距法将各评价单元的土地生态环境自修复能力进行分级。分级情况为:自修复能力分值≥90分，具有明显的自修复能力；自修复能力分值80～90分，具有自修复能力；自修复能力分值＜80分，不具有自修复能力。

2.3指标权重及研究范围的确定

综合运用层次分析法和德尔菲法确定指标权重，赋值情况见表3。评价单元分布如图1所示。

图1　评价区域与评价单元分布图

采样条带在距离开切眼350～390 m的范围内，而下坡、中坡和上坡采样点距离工作面走向中心线40 m、80 m和120 m。

表3　土地生态环境自修复评价模型指标权重值

2.4评价单元的赋值与计算

利用评价区域实测数据，根据上述分级标准及赋值原则，对塌陷初期、3个月、5个月和7个月评价单元的各指标进行赋值计算，可得各评价单元自修复能力分值，结果如图2所示。

图2　各评价单元不同时序自修复能力得分

由图2可知，工作面塌陷5个月之后，受损的中坡和下坡区域表现出较好的自修复能力，且处于均匀沉降区的下坡具有明显的自修复能力。根据开采沉陷学原理，研究区超大工作面走向与倾向方向均达到充分采动，且下沉盆地内部出现大范围的均匀沉降区，利用ArcGIS软件可得采动后附加坡度，如图3所示。

工作面停采后，根据图3确定下沉盆地盆底的实际范围，具备明显自修复能力的土地区域占下沉盆地的比例约为40%，而中坡和上坡区域则需辅以人工修复，是矿区土地治理的重点区域。

图3　工作面停采后地表附加坡度示意图

3　评价结果分析

（1）下坡自修复能力随塌陷时序的延长而递增，从侧面反映出采动主要影响时段在塌陷初期，且随着地表由松动转为沉实，地裂缝以及附加坡度的负面影响大幅弱化，土地生态环境明显好转。塌陷7个月时，土地生态环境逐渐趋向于原始背景值，说明工作面下坡区域土地具备明显的自修复能力。

（2）中坡与下坡类似，塌陷初期较下坡的分值偏大，主要是因为地裂缝表征较弱。与塌陷初期相比，自修复能力分值有小幅增长，且在塌陷7个月时自修复能力的分值接近90分，具备较强的自修复能力，分值变化主要缘于地形地貌变化，研究区下沉量不断增大，接近最大下沉值的范围不断扩大，与地表原始形态基本一致。

（3）上坡自修复能力综合得分普遍较低，除塌陷初期外均低于70分，主要因拉伸应力作用于上坡，地表附加坡度较大，且分布相对稳定的边缘裂缝，随着塌陷时序的延长，后期分值的增长主要是因地表塌陷范围增大、附加坡度减小和部分土壤特性指标略有恢复所致。

上述分析表明，土地生态环境自修复能力主要取决于研究区地形地貌与原始状态的差异。根据开采沉陷学原理，超大工作面区域内达到充分采动，下沉盆地盆底范围的土地在工作面趋于稳定后达到该地质采矿条件下的最大下沉值，盆底范围处于均匀沉降区，即在采矿驱动力作用下达到充分采动，地表基本无裂缝和附加坡度的存在，与原始地形地貌基本一致，实现自修复。

4　结论

（1）评价结果表明具备自修复能力的区域占下沉盆地的比例约为40%，实际施工过程中可尽量减少人工和工程机械对地表生态环境的影响，节省复垦成本。

（2）超大工作面开采使得工作面走向与倾向方向达到充分采动，扩大了均匀沉降区的范围，盆底区域可基本恢复到采前原有地形即实现自修复，采矿驱动力是获得较强自修复能力的重要因素。

（3）风积沙区高强度开采可使采动影响的范围减小，且采后7个月下沉盆地盆底范围即有明显的自修复能力，说明高强度开采可缓解风积沙区煤矿开采与生态环境保护相矛盾的格局，可加强高强度开采技术在风积沙矿区的应用。

［1］ 何厅厅，赵艳玲，石娟娟等.基于可拓法的高潜水位矿区复垦潜力评价［J］.中国煤炭，2014（4）

［3］ 胡振琪，龙精华，王新静.论煤矿区生态环境的自修复、自然修复和人工修复［J］.煤炭学报，2014（8）

［4］ 张建民，李全生，胡振琪等.西部风积沙区超大综采工作面开采生态修复模式研究［J］.煤炭科学技术，2013（9）

［5］ 张宏，韩敏玉.论生态的自我修复能力与环境保护［J］.中国环境管理，2001（5）

［6］ 李全生，贺安民，曹志国.神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复研究［J］.煤炭工程，2011（12）

［7］ 胡振琪，王新静，贺安民.风积沙区采煤沉陷地裂缝分布特征与发生发育规律［J］.煤炭学报，2014（1）

［8］ 邹慧，毕银丽，朱郴韦等.采煤沉陷对沙地土壤水分分布的影响［J］.中国矿业大学学报，2014（3）

［9］ 赵艳玲，黄琴焕，薛静等.矿区土地复垦方案编制中土地破坏程度评价研究［J］.金属矿山，2009（5）

［10］ 中华人民共和国农业部.GB/T28407-2012，农用地质量分等规程［S］.北京:中国标准出版社，2012

［11］ 中华人民共和国国土部.TD/T 1031.3-2011，土地复垦方案编制规程［S］.北京:中国标准出版社，2011

（责任编辑 孙英浩）

国土资源部印发 《历史遗留工矿废弃地复垦利用试点管理办法》

国土资源部近日印发 《历史遗留工矿废弃地复垦利用试点管理办法》（以下简称 《管理办法》），要求有关省份规范推进历史遗留工矿废弃地复垦利用试点工作。

《管理办法》要求，试点工作要遵循 “生态优先、合理利用；科学规划、规范运行；保护耕地、节约用地；统筹推进、形成合力”的原则，以改善生态环境为出发点，科学编制专项规划，封闭运行，严格监管，坚持最严格的耕地保护制度和最严格的节约用地制度，采取综合措施确保复垦耕地质量，严格控制建设占用耕地特别是永久基本农田，防止片面增加城镇建设用地规模。

根据 《管理办法》，相关复垦利用指标纳入土地利用年度计划。国土资源部负责加强总量管控，做好政策指导和监督检查。省级国土资源主管部门负责总体部署，审查专项规划，组织复垦项目核查，下达建新指标，做好在线报备和考核监管。市、县国土资源主管部门负责专项规划编制、上报审核，具体组织复垦项目实施工作。

《管理办法》要求，试点市、县应组织编制专项规划，广泛征求有关方面意见，并逐级上报省级国土资源主管部门组织专家论证且出具审查意见，最后由相关市、县人民政府审查批准。县级国土资源主管部门应编制实施方案。复垦项目验收合格后，省级国土资源主管部门按照核定的复垦面积，下达建新计划指标。建新节余指标原则上不得跨县级行政区域使用。

《管理办法》强调，工矿废弃地复垦应坚持因地制宜、综合治理。复垦后的土地不得改变农业用途，应达到 《土地复垦质量控制标准》和国家土壤环境质量有关标准。工矿废弃地复垦为耕地的，应与区域内建设占用耕地耕作层剥离再利用相结合。对存在污染风险的复垦项目，实施前应开展土壤污染调查与评价。严禁将存在严重污染隐患且在短期内无法修复的工矿废弃地复垦为耕地。

Evaluation on self-healing capability of land ecological damage in aeolian sand area

Chen Chao1，2，Hu Zhenqi1，2，Tai Xiaoli1，Wang Xinjing1，Fan Tingli1，Wang Xiying1
（1.Institute of Land Reclamation and Ecological Restoration，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Committee of Land Reclamation and Ecological Restoration of China Coal Society，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China）

In order to evaluate self-healing capability of land ecological damage in aeolian sand area，the authors selected typical land ecological damage zone of the mines in the aeolian sand area，divided the evaluation units basing upon additional gradient，calculated cracks of different evaluation units in different mining timing，meanwhile，analyzed physical and chemical characteristics of soil samples，integrated used analytic hierarchy process and Delphi method to determine index weight and evaluated self-healing capability of the study area by using mathematical model of comprehensive index method.The results showed that 40%of the damaged area had distinct self-healing capability at high intensity mining conditions which were significantly reduced the cost of land restoration.

aeolian sand area，land ecological damage，landreclamation，self-healing

TD167

A

陈超（1989-），男，河南开封人，博士研究生在读，现从事土地复垦与生态重建方面研究。

国家自然科学基金委员会-神华集团有限责任公司煤炭联合基金重点支持项目（U1361203），中央高校基本科研业务费项目（2010YD03）