内蒙古生态脆弱区土地损毁现状及治理措施研究*

温建忠，赵会国，张洋洋，杨丽娜

(1.内蒙古蒙东能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000；2.中煤科工生态环境科技有限公司，北京 100013；3.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

煤炭开采为我国能源供应提供了保障，但同时，也造成了土地损毁、区域植被退化等生态问题，煤炭开发与生态保护矛盾日渐突出，对生态环境造成了不小的威胁[1]。敏东一矿坐落在我国生态安全“两屏三带”的北部防沙带，受气候条件制约，具有酷寒、半干旱、土壤贫瘠等生态脆弱性特征。煤炭开采过程中会对草原造成破坏，致使草原面积逐年减少，生态恢复是亟待解决的问题[2]。特殊的区域环境，决定了草原损毁土地整治措施的特殊性和复杂性[3-6]。

白中科提出地貌重塑、土体再造和植被重建是工矿区土地复垦与生态重建的基础工程和生态系统稳定的关键技术；胡振琪对我国土地复垦与生态重建进行了展望；李树志提出了矸石充填复垦、就地取土复垦的剖面构建方法及区域农业景观再塑技术，介绍了采煤沉陷区次生湿地生境、植被景观、人工景观构建技术与水质修复方法[7-10], 本文在专家学者的理论基础上，通过对草原生态脆弱区井工矿开采对地表不同损毁形式的调查，提出了草原生态脆弱区不同损毁形式的土地整治措施。

1 研究区概况

矿区位于大兴安岭山地西北坡，地处大兴安岭丘陵向呼伦贝尔高平原的过渡带，矿区土壤处于黑钙土向暗栗钙土过渡带，区内主要地带性土壤有黑钙土、暗栗钙土，非地带性土壤主要有草甸土、沼泽土和风沙土，腐殖质层厚度约20～50 cm，土壤肥力水平整体较低，有机质含量少，持水保肥能力差，多年平均降雨量347.7 mm，年平均蒸发量1 050.0 mm，冻结期由10月至翌年的5月初，最大冻结深度3.89 m，无霜期95 d，区内地貌形态类型为丘陵，地形变化不大，呈由东向西降低的单倾斜趋势，地形坡度较小(5°～10°)，海拔标高680～740 m。

2 矿区土地损毁形式现状

2.1 地表损毁形式

地下煤层被采出后，形成采空区，导致周围岩体原始应力平衡状态发生破坏,在应力重新调整到新的平衡过程中,上覆岩土层在空间和时间上发生移动、变形，形成沉陷盆地。敏东一矿矿区开采造成的地表沉陷表现形式主要是在牧草地上的沉陷、隆起及地表裂缝，由于沙质松散层的特点，地表一般不会形成积水，如图1所示。

图1 沉陷区裂缝和隆起现状

由于皮带运输走廊下长期光照少，且有大量的牲畜在此地乘凉、穿过的原因，皮带运输走廊占用的土地地表土壤已呈现沙化趋势，无植被覆盖，如图2所示。

图2 皮带运输走廊占用土地现状

2.2 地表损毁土地的土壤特性

从研究区内新产生的沉陷区裂缝、隆起、皮带运输走廊占用等土地损毁形式，分别采样进行研究，根据样点数据的可获取性、矿区场地类型，结合当地实际，采用梅花型布点法确定采样点位置，每个样点分土壤表层0～20 cm和20～40 cm分层取样，每层各取三个混合样，用土钻采样。土壤养分分析指标为全氮、有机质。沉陷区和皮带运输走廊占用土地全氮、有机质对比分析图如图3～图6所示。

图3 沉陷区全氮对比分析图

图4 皮带运输走廊占用土地全氮对比分析图

图5 沉陷区有机质对比分析图

图6 皮带运输走廊占用土地有机质对比分析图

由图3可知，沉陷区0～20 cm土层中土壤全氮含量普遍在1.85～2.56 g/kg之间，属于1～2级丰富，20～40 cm土层中土壤全氮含量普遍在0.86～1.79 g/kg之间，属于3级中等。由图4可知，皮带运输走廊占用土地0～20 cm全氮含量主要分布在0.12～0.53 g/kg之间，20～40 cm土层中土壤的全氮含量主要分布在0.14～0.9 g/kg之间，属于6级极缺。沉陷区0～20 cm土层腐殖质含量高，所以0～20 cm土壤全氮含量一般高于20～40 cm土层。皮带运输走廊占用土地的地表土层已经沙化，无植被覆盖，所以0～20 cm土壤全氮含量偏低。

由图5可知，沉陷区0～20 cm土层中土壤有机质含量普遍在3.40～4.62 g/kg之间，20～40 cm土层中土壤有机质含量普遍在1.64～3.26 g/kg之间，属于6级极缺。0～20 cm土层腐殖质含量高，所以0～20 cm土壤有机质含量一般高于20～40 cm土层。由图6可知，皮带运输走廊占用土地0～20 cm和20～40 cm土层中土壤的有机质含量主要分布在1.48 g/kg以下，属于6级极缺，皮带运输走廊占用土地的地表土层已经沙化，无植被覆盖，所以0～20 cm土壤有机质含量偏低。

3 矿区损毁土地整治技术

敏东一矿矿区沉陷区被破坏的土地类型为牧草地，地表土层厚度为20～50 cm，在采动破坏的影响下，表土极易沙化、不易恢复，因此，提出轻扰动的裂缝和隆起协同治理模式，分为工程治理技术和生物治理技术。

3.1 工程治理技术

3.1.1 地裂缝治理技术

地表稳沉后的永久性裂缝很难自愈，长时期内将对生态环境造成不可逆的破坏，针对敏东一矿矿区土地荒漠化的特点，尽量减少对裂缝两侧原生牧草地的扰动，对裂缝进行充填，采用细沙和水(比例3:1)对裂缝进行充填，直充至距地表20 cm，利用小型机械设备在隆起区取土，对裂缝进行表土覆盖，采用人工和机械相结合的方式对平整后的表土进行必要的碾压，使其达到天然土壤的干密度，减少后期下沉，地形与原地貌保持一致，在覆土表面进行植被恢复，如图7所示。

图7 水平开裂裂缝治理技术示意图

3.1.2 隆起治理技术

(1)表土剥离

在施工前需将隆起高度在30 cm以上部分全部剥离，主要以人工治理方式为主，为防止水土流失采取一定的防护措施，尽可能的保护原表土，填充至裂缝表面。

(2)土地平整

隆起高度在30 cm以下的直接耙平，采用人工和机械相结合的方式对平整后的表土进行必要的碾压，碾压至天然土壤的干密度，以减少下沉。

3.1.3 皮带运输走廊占用土地治理技术

(1)场地清理

对皮带运输走廊治理区内的建筑垃圾进行清理，皮带运输走廊正下方及两侧2 m以内人工清理，其他区域人工配合机械清运。

(2)土地平整

牲畜经常穿过廊道，通过道路到达对面草场活动，并且在炎热夏季长期集聚在输煤廊道下乘凉，对地面踩踏严重，导致地面硬度过大，影响植被的生长，利用小型机械进行表土松平，改善地面硬度，厚度30 cm，对皮带运输走廊正下方及两侧2 m范围内人工平整。

3.2 生物治理技术

3.2.1 土壤改良

皮带运输走廊占用土地地表土壤已经呈现沙化趋势，根据对地表土壤特性的检测，全氮和有机质含量均较低，所以对地表土壤首先采取土壤改良措施，利用电厂堆积风化超过3个月的粉煤灰(用量10 kg/m2)与腐殖酸(用量0.5 kg/m2)，采用小型机械将其与30 cm厚沙土掺拌混匀，以达到土壤改良的效果。

3.2.2 植被配置

(1)沉陷区植被配置类型

选择适宜的草种是重建和恢复矿区生态系统的关键。植物种类的组成决定着人工植被能否形成，即能否成活、保存、正常生长、发育和能否发挥应有的功能。因此，针对治理区寒冷、风大、春季干旱的特点，依据沉陷区土壤特性及裂缝、隆起两侧植被类型，结合破坏前土地利用类型以及草种的生物学特性，坚持以乡土草种为主，选种播撒牧草为宜。根据地带性规律，用同一地带适应性强的草种，充分利用豆科植物的固氮优势，采取豆科牧草与禾本科牧草混播方式，选择草种为豆科植物紫花苜蓿，禾本科植物沙生冰草、地榆及披碱草，植物特性如表1所示。

表1 沉陷区植物特性表

豆科牧草主要吸收土壤中的钙、磷和镁，而禾本科牧草主要吸收土壤中的硅和氮，混播模式可以有效降低植物在生长过程中对土壤中养分的竞争。同时，豆科牧草具有固氮功能，不但可满足本身的生长发育需要，还可提供禾本科牧草对氮素的需要，而且禾草对固氮产物的利用可促使豆科牧草的固氮作用增强。由于禾本科牧草根系较浅，主要集中在土层30 cm以内，豆科牧草根系较深，可达深度1～2 m，根系在空间上的分布差异，可降低地下水分和养分的竞争，提高草地的生产力，有利于土壤肥力的恢复。

(2)皮带运输走廊占用土地植被配置类型

皮带运输走廊靠近矿区进场公路，可进行景观植被配置，采取乔-灌-草混合模式的种植方案，樟子松有庞大而健壮的根系和根菌，是水土保持的优良树种，成活率高。播种固沙植物是最有效方法，直播施工方便，但见效慢，受降雨限制。植苗见效快，可人工浇水，但施工复杂，造价相对高，所以本区采用移栽樟子松、柠条儿、沙棘和播种固沙植物相结合的方式，改良后的土壤种植紫花苜蓿、黄花苜蓿、披碱草。植被特性如表2所示。

表2 皮带运输走廊占用土地植物特性表

草种必须是一级原种，有条件应进行根瘤菌接种和种子包衣，增加出苗率，根据敏东一矿矿区冬季漫长寒冷、雨雪稀少的气候特点，最好在雨季来临前或雨季抢墒播种，播种深度一般为2～3 cm为宜。

4 管护技术

对沉陷区和皮带运输走廊占用土地采取围栏封育的方式，利用草库伦网围栏对复垦后的牧草地设置围栏进行封育管理，严禁复垦恢复过渡阶段放牧。对牧草稀疏的地方应在第二年及时补播，最好在雨季来临前完成补种作业。矿区极端最低气温-39.9 ℃(1997年1月20日)，无霜期95 d，因此要特别注意防冻措施，防冻措施包括：(1)在适合季节种植，争取在入冬之前培育成壮苗；(2)针对第一年种植的植被，可以在入冬前在地表覆盖塑料布、草毡子等，以提高植物的抗冻能力。

5 结 论

通过对土壤养分指标全氮及有机质的化验分析，沙化土壤的肥力下降明显，根据地表的土地损毁现状、土壤特性等提出有针对性的生态治理措施，包括工程治理措施和生物治理措施，将开采对地表土壤和植被的不利影响降到最小，达到既可以保障生态环境的美好、又可以促进矿山企业的健康生产。但是生态环境的恢复是一个长期的过程，所以在煤炭开采过程中，对生态环境的防治是重中之重。