陜北煤礦區(qū)黃土丘陵地貌景觀規(guī)劃模式設(shè)計(jì)與布局-以檸條塔礦沉陷區(qū)為例

尚建選，高雅坤，楊 帆，畢銀麗,，全文智，馬少鵬，張延旭

(1.陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710100；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.陜煤集團(tuán)神木張家峁礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719316；4.西安科技大學(xué) 西部礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究院，陜西 西安 710054)

陜北黃土丘陵地貌區(qū)位于我國(guó)黃土高原的中心區(qū)域，是我國(guó)黃土分布最典型的地區(qū)，水土流失面積高達(dá)14.07 萬(wàn)km2，占陜西省總面積的68.3%[1]，嚴(yán)重地區(qū)的年水土流失侵蝕模數(shù)甚至在3 000 t/km2以上，加上當(dāng)?shù)孛禾块_(kāi)采活動(dòng)頻繁，被《關(guān)于劃分國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的公告》和《陜西省人民政府關(guān)于劃分水土流失重點(diǎn)防治區(qū)的公告》劃為國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)和重點(diǎn)防治區(qū)。陜北地區(qū)煤炭資源豐富，煤質(zhì)多為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，開(kāi)發(fā)條件優(yōu)良，是我國(guó)重要的煤炭生產(chǎn)基地之一，尤以1984 年發(fā)現(xiàn)的神府煤田儲(chǔ)量最豐富，它是我國(guó)已探明的最大煤田，占全國(guó)探明儲(chǔ)量的15%[2]。煤田的開(kāi)發(fā)與建設(shè)，促進(jìn)了能源產(chǎn)業(yè)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展，但在煤炭地下和露天開(kāi)采擾動(dòng)下，出現(xiàn)地形地貌改變、地表植被破壞、地表景觀破碎[3]、水土流失加劇和生態(tài)環(huán)境減退[4]等一系列問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都存在較多礦區(qū)生態(tài)規(guī)劃與景觀再造研究與實(shí)例，大多集中于露天開(kāi)采礦區(qū)，以煤礦廢棄地為主要規(guī)劃對(duì)象，將礦業(yè)元素與礦區(qū)資源整合改造，在生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行礦區(qū)公園、生態(tài)農(nóng)業(yè)園、文化博物館等改造[5-10]。例如，美國(guó)賓夕法尼亞州蔓越莓河入口公園和中國(guó)海州露天礦國(guó)家礦山公園。從礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與功能重建技術(shù)景觀更新與再利用、土地功能置換與更新等理論出發(fā)[11]，采用土壤-物理-生物改良技術(shù)、仿自然地貌形態(tài)復(fù)墾技術(shù)、動(dòng)植物棲息地恢復(fù)技術(shù)、邊采邊復(fù)技術(shù)、露天煤礦邊坡穩(wěn)定技術(shù)等不同技術(shù)模式復(fù)墾，形成多元化露天煤礦廢棄地復(fù)墾模式[12-14]。但針對(duì)我國(guó)丘陵溝壑地貌中的煤礦沉陷區(qū)景觀規(guī)劃研究較少，尚未形成一套具有針對(duì)性的規(guī)劃模式。陜北地區(qū)能源開(kāi)發(fā)程度大，礦區(qū)分布密集，采煤工作面位于黃土丘陵溝壑梁峁的地形地貌之下，礦區(qū)地表存在許多景觀問(wèn)題。需在陜北煤礦沉陷區(qū)的丘陵溝壑梁峁地貌之上建立一套景觀改造優(yōu)化的規(guī)劃模式，改變礦區(qū)地表景觀現(xiàn)狀，滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的需求?；诖耍P者以陜北檸條塔煤礦開(kāi)采沉陷區(qū)為研究對(duì)象，依據(jù)礦區(qū)景觀規(guī)劃原則和方法，采用綜合分析發(fā)現(xiàn)景觀現(xiàn)存問(wèn)題，進(jìn)行具體的規(guī)劃模式設(shè)計(jì)與布局，以期為類(lèi)似礦區(qū)的景觀分析和規(guī)劃提供參考。

1 礦區(qū)景觀規(guī)劃原則與分析方法

礦區(qū)景觀規(guī)劃是在礦區(qū)范圍和尺度下，結(jié)合礦區(qū)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)景觀資源優(yōu)化與再分配、生態(tài)恢復(fù)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、社會(huì)高效益的一種促進(jìn)方式。要利用科學(xué)的方法、遵循適宜的原則，進(jìn)行礦區(qū)的景觀規(guī)劃。

1.1 規(guī)劃原則

1.1.1 因地制宜，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境

每個(gè)礦區(qū)的采煤方式和背景環(huán)境都不相同，根據(jù)礦區(qū)的開(kāi)采方式，充分考慮原有土地的資源基礎(chǔ)，尊重現(xiàn)有場(chǎng)地特征，摸排清楚采煤沉陷區(qū)域的氣候、地質(zhì)、土壤、水文、植被、土地利用等現(xiàn)狀條件，在消除沉陷區(qū)不利環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，最大限度利用原始地形地貌特征，利用自然生態(tài)環(huán)境中的土壤與植被等資源，因地制宜，宜林則林，宜農(nóng)則農(nóng)，重在恢復(fù)生態(tài)，調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)，創(chuàng)造一個(gè)良好的生態(tài)環(huán)境。

1.1.2 以人為本，綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)

現(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)觀念，堅(jiān)持以人的需求為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，將生態(tài)文明建設(shè)和人與自然和諧相處相結(jié)合，將采煤沉陷區(qū)特點(diǎn)和景觀規(guī)劃相結(jié)合，以鄉(xiāng)土植物為主，結(jié)合所處地區(qū)的文化與人文景觀，打造整體性、異質(zhì)性和多樣性較強(qiáng)且觀賞效果好、欣賞價(jià)值大的景觀，開(kāi)發(fā)出具有當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和文化特色的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品或旅游精品，服務(wù)社會(huì)。并與便利交通條件結(jié)合，采取不同的規(guī)劃模式，綜合立體規(guī)劃設(shè)計(jì)，構(gòu)造多樣性的景觀特色。

1.1.3 培植精品，營(yíng)造主題形象

從礦區(qū)規(guī)劃發(fā)展初期的“礦山旅游、生態(tài)旅游”到快速發(fā)展的“景觀設(shè)計(jì)、景觀資源、生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)”到穩(wěn)定創(chuàng)新階段的“景觀再生、綜合利用、城市發(fā)展”，營(yíng)造以支持礦業(yè)城市后續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化形象是大勢(shì)所趨[15]。規(guī)劃要找到合適的定位，采用果林與林下中草藥間作的復(fù)合種植模式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)作物的栽培和生產(chǎn)，體現(xiàn)林業(yè)高科技的應(yīng)用前景，形成產(chǎn)品特色，培植具有生命力的生態(tài)旅游型觀光產(chǎn)業(yè)精品。營(yíng)造“綠色、安全、生態(tài)”的主題形象，滿(mǎn)足人們的多元需求。

1.1.4 效益兼顧，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

規(guī)劃設(shè)計(jì)以生態(tài)學(xué)理論作指導(dǎo)思想，采用生態(tài)學(xué)原理、環(huán)境技術(shù)、生物技術(shù)等，使整個(gè)園區(qū)形成一個(gè)良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)科學(xué)規(guī)劃后主要是以生態(tài)林業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其生態(tài)效益；以現(xiàn)代林下種植栽培模式與高科技生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益；以景觀模式具有觀光游覽性的規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其社會(huì)效益。在保障礦區(qū)原有生態(tài)功能的基礎(chǔ)上，要把保護(hù)恢復(fù)與重建開(kāi)發(fā)結(jié)合，生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益三者相統(tǒng)一，建立可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)建設(shè)示范區(qū)。

1.2 分析方法

1.2.1 室內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析

分析景觀現(xiàn)狀時(shí)使用遙感影像和煤礦地下工作面AutoCAD 圖紙等資料，運(yùn)用Arcgis、AutoCAD 等軟件，進(jìn)行圖像圖形繪制與分析，得到規(guī)劃區(qū)域的高程、坡度、坡向和破碎程度的量化描述。對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)理化性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析，并呈現(xiàn)土壤理化性質(zhì)空間分布，有利于后期土壤修復(fù)技術(shù)和適宜植物種類(lèi)的選擇。

1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

黃土丘陵區(qū)地形復(fù)雜、起伏多變，對(duì)應(yīng)資料經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形檢查并更新是保障后期坡度坡向分類(lèi)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)的植物多樣性和土壤樣品采集也有利于后期植物種類(lèi)和土壤理化性質(zhì)的數(shù)據(jù)獲取。到周邊村鎮(zhèn)、農(nóng)林場(chǎng)、公園等地形地貌類(lèi)似的場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，為后期植物種類(lèi)選擇提供依據(jù)和基礎(chǔ)。

1.2.3 定性定量相結(jié)合

以定性方法的經(jīng)驗(yàn)主義優(yōu)勢(shì)結(jié)合部分定量方法作為規(guī)劃基礎(chǔ)和后期分析的支撐，降低主觀隨意性大和缺乏科學(xué)性的影響。采用定性描述和定量計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益3 方面分別分析總結(jié)，更直觀、科學(xué)、有效地得出礦區(qū)景觀規(guī)劃模式的設(shè)計(jì)效果和優(yōu)勢(shì)。

2 規(guī)劃區(qū)概況與規(guī)劃區(qū)景觀現(xiàn)狀分析

2.1 規(guī)劃區(qū)概況

規(guī)劃區(qū)域位于陜西省神木市孫家岔鎮(zhèn)檸條塔煤礦北翼中部(圖1)，隸屬陜北神府煤田南區(qū)。檸條塔煤礦是神府煤田南區(qū)的特大型煤礦之一，井田東西寬約8.3 km，南北長(zhǎng)約17.6 km，面積約136.1 km2。井田內(nèi)煤炭保有資源量為2 632.77 Mt，可采儲(chǔ)量為1 645.20 Mt，批準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)模12.00 Mt/a。目前檸條塔煤礦主采2-2煤層，處于正常回采階段，規(guī)劃范圍共涉及14 個(gè)采煤工作面，面積達(dá)到240 hm2。

圖1 規(guī)劃區(qū)域位置(采取北京-54 大地坐標(biāo)系)Fig.1 Location diagram of the planning area (Beijing-54 geodetic coordinate system)

該規(guī)劃區(qū)為黃土丘陵溝壑梁峁地貌，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，特點(diǎn)為春冬多風(fēng)，夏秋多雨，全年干旱少雨，蒸發(fā)量大，無(wú)霜期短，近年平均氣溫8.8℃，年平均降水量394.6 mm，年平均蒸發(fā)量1 973.8 mm，最大凍土深度1 460 mm，平均風(fēng)速1.76 m/s。地表以黃綿土為主，質(zhì)地較粗，其抗蝕性、結(jié)構(gòu)性極差，呈弱堿性，保肥能力較弱。按照GB/T 21010-2017《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》的規(guī)定，土地利用類(lèi)型以灌木林地為主，天然牧草地次之，喬木林地、其他草地、農(nóng)村道路和河流水面面積較小。植被類(lèi)型包括以沙蒿-沙柳灌木群落和沙蒿-檸條灌木群落為主的灌木類(lèi)型，以長(zhǎng)芒草草叢群落為主的草本類(lèi)型。

2.2 規(guī)劃區(qū)景觀現(xiàn)狀分析

2.2.1 自然景觀碎片化，生態(tài)環(huán)境缺乏整體布局

規(guī)劃區(qū)屬于黃土高原的黃土丘陵區(qū)域，地貌類(lèi)型為陜北典型的黃土丘陵地貌，梁峁相間，坎陡溝深。由于土質(zhì)為多孔疏松的黃綿土，區(qū)內(nèi)坡度差異較大，7、8 月多暴雨，侵蝕活躍產(chǎn)生水土流失，形成疏密不等的短小沖溝，是國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)和重點(diǎn)防治區(qū)。

運(yùn)用AutoCAD 制圖軟件將1∶5 000 規(guī)劃前礦區(qū)地形等高線數(shù)字化后用Arcgis 軟件柵格化成5 m 精度的DEM 圖，進(jìn)行林地利用的坡度和坡向分級(jí)。檸條塔北翼采煤沉陷地所在區(qū)域范圍，坡度為1°～81°，根據(jù)《中華人民共和國(guó)水土保持法》第二十條、《陜西省水土保持條例》第十八條、GB/T 15772-2008《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》坡度分級(jí)規(guī)定，將其坡度分為5個(gè)級(jí)別(表1)。根據(jù)坡度坡向分級(jí)結(jié)果(圖2，圖3)，可知此規(guī)劃區(qū)域的地形地貌極為破碎，且較陡坡及以上的面積占比達(dá)到66.34%，難以依據(jù)常規(guī)平原地形進(jìn)行整體規(guī)劃與布局。且水土流失加劇土壤退化，基巖裸露于溝谷兩側(cè)，植被無(wú)法生長(zhǎng)，地下煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的地表裂縫影響植被生長(zhǎng)，使植被覆蓋度較低的自然景觀愈加破碎。礦區(qū)內(nèi)存在人工種植的綠化地塊，但面積不大，較為零散，地塊之間缺乏有效聯(lián)系，無(wú)法形成較為完整的綠地生態(tài)系統(tǒng)，也沒(méi)有統(tǒng)一的景觀規(guī)劃格局。

表1 規(guī)劃區(qū)域坡度分級(jí)Table 1 Gradient classification of the planning area

圖2 規(guī)劃區(qū)域坡度分級(jí)結(jié)果Fig.2 Grading results of slope in the planning area

圖3 規(guī)劃區(qū)域坡向分級(jí)結(jié)果Fig.3 Grading results of slope aspect in the planning area

2.2.2 煤炭地下開(kāi)采動(dòng)態(tài)化，地上景觀規(guī)劃缺乏聯(lián)動(dòng)機(jī)制

煤炭地下開(kāi)采動(dòng)態(tài)化，隨著工作面開(kāi)采推進(jìn)，煤層覆巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致覆巖從下至上發(fā)生垮落、裂隙(縫)和彎曲下沉，使采空區(qū)上方地表發(fā)生大面積沉陷，并在地表產(chǎn)生大量的裂縫(圖4)，不僅對(duì)地表土壤和植被造成短期損害，對(duì)地下水的破壞更加劇了此區(qū)域地表植被退化、水土流失、土地沙化等[16]，使本就脆弱的生態(tài)環(huán)境和地表景觀因?yàn)椴傻V遭受二次傷害，自然景觀碎片化更嚴(yán)重。本區(qū)域含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，含煤9 層，自上而下依次為1-2上、1-2、2-2、2-2下、3-1、4-2、4-3、5-2上和5-2煤層。目前檸條塔煤礦在井田北翼進(jìn)行2-2煤的開(kāi)采。伴隨采煤進(jìn)程，井下采掘形成地面沉陷坡、裂縫以及沉陷臺(tái)階、地表平移，影響土地使用功能。對(duì)于規(guī)劃區(qū)域處于地下采煤進(jìn)程的地表區(qū)域，就需要待其穩(wěn)定沉降并完成工程修復(fù)和土地整治后再進(jìn)行建設(shè)開(kāi)發(fā)。因此，分析礦區(qū)地面和井下采煤進(jìn)度的對(duì)照情況是景觀規(guī)劃階段性建設(shè)的關(guān)鍵。

圖4 原始地貌地表的采煤塌陷地裂縫Fig.4 Cracks in coal mining subsidence ground of original landform

規(guī)劃范圍共對(duì)應(yīng)14 個(gè)采煤工作面(圖5)，其中9 個(gè)2 煤采煤工作面，分別是N1204、N1206、N1208、N1209、N1210、N1211、N1212、N1213、N1214，以及5 個(gè)1 煤采煤工作面，分別是N1110、N1112、N1114、N1116 和N1118。僅N1212 采煤工作面在開(kāi)采中地表未達(dá)到穩(wěn)定沉降，會(huì)對(duì)規(guī)劃建設(shè)造成影響，其余工作面都處在穩(wěn)定沉降狀態(tài)。規(guī)劃建設(shè)階段由地下工作面煤炭開(kāi)采順序和地表穩(wěn)沉?xí)r間來(lái)確定。陜北礦區(qū)地表生態(tài)修復(fù)和景觀重建期與地下開(kāi)采穩(wěn)沉期需要相互協(xié)調(diào)，綜合規(guī)劃與布局。

圖5 規(guī)劃區(qū)域涉及的采煤工作面Fig.5 Mining faces involved in the planning area

2.2.3 土地資源利用低效化，景觀生態(tài)-產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)缺乏有機(jī)鏈接

黃土高原溝壑梁峁原始地貌破碎，屬于水土流失嚴(yán)重區(qū)域，不適合大面積建筑開(kāi)發(fā)和集約化耕地開(kāi)墾，土地利用以自然植被生長(zhǎng)為主，沙柳、沙蒿、檸條和長(zhǎng)芒草等植被占主要類(lèi)型，沒(méi)有產(chǎn)業(yè)介入，利用效率極低。且礦區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭生產(chǎn)為主，但煤炭資源有限，神府煤礦可挖掘年限為100 a 左右，在煤炭資源枯竭后，礦區(qū)人口依靠何種產(chǎn)業(yè)維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)遭遇瓶頸，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可持續(xù)性會(huì)帶來(lái)更多新的社會(huì)矛盾。

2.2.4 環(huán)境土質(zhì)干旱瘠薄化，景觀再造與技術(shù)支持缺乏聯(lián)系

黃土丘陵土質(zhì)深厚，可耕性和透水性良好，但黃綿土土質(zhì)養(yǎng)分缺乏，有機(jī)質(zhì)含量低，缺乏氮、磷有效養(yǎng)分元素，導(dǎo)致土壤肥力低，保肥能力較弱。有機(jī)質(zhì)含量偏低，為7.32～8.78 g/kg；全氮含量偏低，為0.46～0.67 g/kg，速效磷含量極低，速效磷和速效鉀分別為1.84～5.11、52.3～116.57 mg/kg，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)養(yǎng)分含量呈現(xiàn)不均勻分布(圖6)。在黃土溝壑梁峁地貌環(huán)境中，地形地勢(shì)平緩的區(qū)域可以進(jìn)行集中連片的景觀布設(shè)，而坡度陡峭的地形就很難開(kāi)發(fā)，人工難以操作、機(jī)械難以到達(dá)，土壤流失嚴(yán)重、土壤肥力更低，缺少植被覆蓋。先前的植樹(shù)造林工程傳統(tǒng)，沒(méi)有前期土壤改良工作，水源依靠自然降水，溝壑處栽植困難，進(jìn)行生態(tài)和經(jīng)濟(jì)植物種植需要提供適當(dāng)?shù)耐寥琅喾屎凸喔?，先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用尤為重要。

圖6 規(guī)劃區(qū)域地表土壤不同養(yǎng)分含量分布Fig.6 Distribution of different nutrient contents in surface soil in the planning area

3 規(guī)劃區(qū)域景觀規(guī)劃模式設(shè)計(jì)與布局

3.1 坡度坡向分級(jí)為基礎(chǔ)的區(qū)劃規(guī)劃模式

針對(duì)規(guī)劃區(qū)自然景觀碎片化的現(xiàn)象，為解決生態(tài)環(huán)境缺乏整體布局的問(wèn)題，應(yīng)將坡度坡向作為解決問(wèn)題的關(guān)鍵，集中規(guī)劃，科學(xué)劃分。由于檸條塔煤礦北翼的規(guī)劃區(qū)域地表屬黃土丘陵地貌，沖溝發(fā)育，水土流失嚴(yán)重。在規(guī)劃時(shí)，要把獨(dú)特地貌條件作為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，秉持水土保持的原則，進(jìn)行規(guī)劃區(qū)域的坡度分析。坡向?qū)τ谏降厣鷳B(tài)有著較大的作用，溫度、植被、降水都與坡向有關(guān)，可分為陰坡和陽(yáng)坡2 種。陽(yáng)坡日照時(shí)間長(zhǎng)，氣溫較高，水分蒸發(fā)量較大，土壤濕度較低；而陰坡則相反，日照較少，氣溫較低，但保水保肥能力較強(qiáng)，往往植被覆蓋度比陽(yáng)坡高。植物選擇要參照坡向因素選擇耐陰適陽(yáng)植物給予適宜設(shè)計(jì)。地形坡度坡向級(jí)別的分區(qū)為景觀規(guī)劃提供了區(qū)域劃分基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)坡度分級(jí)結(jié)果和林地適宜性評(píng)價(jià)原則(表2)，應(yīng)對(duì)破碎地形因地制宜地進(jìn)行土地利用規(guī)劃設(shè)計(jì)，不能按照一般土地利用規(guī)劃和景觀規(guī)劃的布局緊湊排列，避開(kāi)第4、第5 級(jí)坡度陡和急陡的溝壑和沖溝區(qū)域，選擇第1-第3 級(jí)的山峁區(qū)域進(jìn)行集中連片的規(guī)劃(圖7)，約60%的土地可用來(lái)林業(yè)開(kāi)發(fā)。黃土高原土層深厚，適宜修筑寬條梯田，在25°以下坡度的山峁修筑梯田，防止水土流失。根據(jù)坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃定的規(guī)劃區(qū)域范圍，共計(jì)13 個(gè)區(qū)塊，集中分布在山峁位置。其中3 塊是已建區(qū)，其中，2 塊為規(guī)劃之前建設(shè)完成的礦區(qū)綠化建設(shè)示范區(qū)，1 塊為微生物復(fù)墾科研示范基地，因已建區(qū)種植完成且管護(hù)生長(zhǎng)良好，不會(huì)進(jìn)行移除再建設(shè)。因此，在本文規(guī)劃中無(wú)變動(dòng)，且不影響本文的劃分結(jié)果，另10 塊作為規(guī)劃區(qū)進(jìn)行再設(shè)計(jì)。坡向分級(jí)結(jié)果(圖8)根據(jù)規(guī)劃區(qū)劃定情況后續(xù)進(jìn)行宜地宜樹(shù)的布設(shè)。

表2 規(guī)劃區(qū)域坡度分級(jí)與對(duì)應(yīng)適宜開(kāi)發(fā)類(lèi)型Table 2 Classification of slope and corresponding suitable development types in planning area

圖7 規(guī)劃區(qū)的劃定范圍Fig.7 The delineation of planning areas

圖8 各規(guī)劃區(qū)的坡向分級(jí)情況Fig.8 Classification of slope aspect in each planning area

3.2 “三期兩帶”的時(shí)空規(guī)劃模式

針對(duì)煤炭地下開(kāi)采動(dòng)態(tài)化的現(xiàn)實(shí)情況，要解決地下開(kāi)采與地上景觀規(guī)劃缺乏聯(lián)動(dòng)機(jī)制的問(wèn)題，應(yīng)將時(shí)間與空間進(jìn)行專(zhuān)門(mén)規(guī)劃。依據(jù)規(guī)劃原則，礦區(qū)景觀規(guī)劃要以恢復(fù)生態(tài)為主要目的，但也要以人的需求為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，更多考慮此生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化，形成主攻方向不同的景觀特色、異質(zhì)性和多元化功能，為最后建成的生態(tài)、可持續(xù)性利用景觀打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。13 個(gè)規(guī)劃區(qū)塊中3 塊是已建綠化示范區(qū)，為將這些示范區(qū)集中連片在一起整合成具有生態(tài)涵養(yǎng)功能的有機(jī)體，和周邊小型規(guī)劃區(qū)塊連接起來(lái)，設(shè)置生態(tài)林帶；為保護(hù)性開(kāi)發(fā)荒山荒坡，集中整治為具有經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)功能的有機(jī)體，將剩余大型規(guī)劃區(qū)塊設(shè)置經(jīng)濟(jì)林帶。構(gòu)成“兩帶”的空間尺度規(guī)劃(圖9)。

圖9 生態(tài)林帶與經(jīng)濟(jì)林帶分區(qū)Fig.9 Zoning of ecological forest belt and economic forest belt

受到地形地貌、采煤塌陷和土壤貧瘠的影響，規(guī)劃建設(shè)階段，黃土丘陵地貌規(guī)劃區(qū)域和平原上的規(guī)劃不同，它是一個(gè)復(fù)雜的集合體，要為規(guī)劃后景觀的安全性、穩(wěn)定性和高效利用負(fù)責(zé)。依據(jù)因地制宜的規(guī)劃原則，結(jié)合地下不同采煤工作面的推進(jìn)速度，急于在開(kāi)采工作面上方進(jìn)行景觀建設(shè)，后續(xù)會(huì)造成地面塌陷影響建成景觀的功能和穩(wěn)定。因此，由地下工作面開(kāi)采順序和地表穩(wěn)沉?xí)r間來(lái)確定，且經(jīng)濟(jì)林帶對(duì)土壤肥力要求高于生態(tài)林帶，需要在建設(shè)前進(jìn)行綠色健康的改土培肥工作。規(guī)劃生態(tài)重建三期，一期主要進(jìn)行生態(tài)林帶的連片建設(shè)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)林帶的坡改梯工程及之后的豆科草本覆綠翻土作綠肥工作，改良地表土壤的壓實(shí)和養(yǎng)分狀況：二期主要進(jìn)行穩(wěn)沉地表區(qū)域的經(jīng)濟(jì)林種植；三期主要進(jìn)行N1212 采煤工作面地表穩(wěn)沉后的經(jīng)濟(jì)林種植。構(gòu)建“三期”的時(shí)間尺度規(guī)劃，如圖10 所示。充分利用荒置地塊，種植具有環(huán)保效益的經(jīng)濟(jì)林、生態(tài)林、綠化帶，建設(shè)具有生產(chǎn)性的低維護(hù)景觀，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境得到有效改善，促進(jìn)土地資源永續(xù)利用。

圖10 “三期”時(shí)間規(guī)劃布局Fig.10 Time planning layout of three phases

按時(shí)間和空間二維尺度，共同構(gòu)成“三期兩帶”的時(shí)空規(guī)劃模式。

3.3 以復(fù)合種植模式為主的植物組合規(guī)劃模式

針對(duì)土地資源利用低效化現(xiàn)象，為解決景觀生態(tài)-產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)有機(jī)鏈接缺乏的問(wèn)題，應(yīng)將植物的選擇與組合作為解決的重點(diǎn)。復(fù)合種植是調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和增加農(nóng)民收入的新途徑，既可以解決經(jīng)濟(jì)樹(shù)種前幾年不產(chǎn)出低回報(bào)的問(wèn)題，還可以使光熱氣水土肥資源條件共享，提高土地利用效率，增加單位面積土地的投入產(chǎn)出比。國(guó)務(wù)院辦公廳在2012 年曾下達(dá)“關(guān)于加快發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)的意見(jiàn)”通知[17]，林下種植是復(fù)合種植的一種重要發(fā)展模式，發(fā)展優(yōu)質(zhì)林果和中藥材種植也是陜北眾多農(nóng)村“農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)扶貧”的重要依托?！蛾兾魇×窒陆?jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中指出，要在黃土高原發(fā)展林下蔬菜、花卉、中藥材、食用菌等產(chǎn)業(yè)帶?？紤]到地形地貌、水資源、土質(zhì)等綜合因素，規(guī)劃以果林下種植中草藥的復(fù)合種植模式為主的植物組合建設(shè)經(jīng)濟(jì)林帶。

果藥間作，果林為藥材提供蔽蔭條件，以防夏季烈日高溫傷害。同時(shí)，林下間作藥材大多采用集約化的精耕細(xì)作，有利于改良土壤理化性狀，增加肥力，促進(jìn)林木速生。合理的林-藥復(fù)合經(jīng)營(yíng)，能使林下種植藥材保持較高的產(chǎn)量。果樹(shù)選擇上，以鄉(xiāng)土果樹(shù)山地蘋(píng)果、海紅果、核桃、杏、桃、沙棗、沙棘、野櫻桃等為主；中草藥選擇以耐瘠薄、耐干旱、耐荒草的粗生易長(zhǎng)鄉(xiāng)土品種為主，且不能套種與林業(yè)政策有沖突的當(dāng)年生地下根莖類(lèi)中藥材，應(yīng)選擇以收獲莖、葉、花、果等地上部分為主的一年種植可多年受益的中藥材，如金銀花、連翹、枸杞、黃芩、紫斑芍藥等。其次可搭配芍藥、牡丹、旱生油菜花、紫花苜蓿等具有觀賞特色的油料作物或牧草。邊坡護(hù)坡配置總面積28.6 hm2的植物纖維毯，高羊茅、黑麥草、披堿草、紫花苜蓿和沙打旺混合草種噴薄，搭配根系發(fā)達(dá)、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、生長(zhǎng)速度快、保持水土效果好、種植管理容易且具觀賞性的灌木連翹、沙棘等增加纖維毯的穩(wěn)定性。經(jīng)濟(jì)林帶外側(cè)的田坎防護(hù)林和溝壑防護(hù)林選擇鄉(xiāng)土松柏柳，長(zhǎng)度達(dá)到42 349 m。其余觀賞類(lèi)植物包含刺槐、香花槐、國(guó)槐、胡枝子、黃刺玫、金葉復(fù)葉槭、火炬樹(shù)、五角楓、紫葉風(fēng)箱果、金葉風(fēng)箱果、紫葉稠李、海棠、黃花苜蓿、白皮松、沙地柏等。整個(gè)規(guī)劃區(qū)包含落葉喬木、松柏類(lèi)、彩葉植物、果木類(lèi)經(jīng)濟(jì)樹(shù)種、灌木樹(shù)種、草本植物等多種類(lèi)型的植物種類(lèi)，經(jīng)濟(jì)林帶的植物布設(shè)以復(fù)合種植模式為主(圖11)，并和生態(tài)林帶一起，做到在時(shí)間軸上的全生命周期綠色，四季有花可賞，有葉可觀，多層空間配置的豐富景觀效果，整個(gè)規(guī)劃區(qū)植物配置效果如圖12 所示。

圖11 植物種植模式規(guī)劃Fig.11 Plant planting pattern planning

圖12 景觀規(guī)劃中植物配置Fig.12 Renderings of plant configuration in landscape planning

3.4 以微生物菌肥、無(wú)人機(jī)飛播、礦井水再利用為主的技術(shù)規(guī)劃模式

針對(duì)環(huán)境土質(zhì)干旱瘠薄化的現(xiàn)象，為解決景觀再造與技術(shù)支持缺乏聯(lián)系的問(wèn)題，應(yīng)重視引入先進(jìn)技術(shù)支持，助推土壤改良，保護(hù)性開(kāi)發(fā)建設(shè)，達(dá)到安全環(huán)保、綠色高效又經(jīng)濟(jì)的生態(tài)文明建設(shè)要求。

目前國(guó)際上通常運(yùn)用微生物修復(fù)技術(shù)來(lái)提高礦區(qū)土壤肥力和土壤生物活性[18]。與工程復(fù)墾方法相比，使用微生物菌肥修復(fù)具有費(fèi)用低、環(huán)境影響小、不會(huì)造成二次污染、處理效果好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在此礦區(qū)上的微生物復(fù)墾科研示范基地的研究證明，在礦區(qū)復(fù)墾植物上使用AM 真菌菌劑，通過(guò)菌根共生作用，進(jìn)而有效提高植物的抗逆性、緩解根系損傷、促進(jìn)植物各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，加快改善礦區(qū)土壤的物理結(jié)構(gòu)、土壤的根際微生物環(huán)境、有效養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)含量，尤其在農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物的應(yīng)用上可以大大提高其品質(zhì)和產(chǎn)量，對(duì)礦區(qū)土壤的改良、植物的促生、微生物群落的穩(wěn)定乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展都起到良好的促進(jìn)作用[19-21]。

飛播造林作為一種人工造林的補(bǔ)充技術(shù)措施，是森林生態(tài)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)必不可少的部分。參照20 世紀(jì)普及的飛機(jī)飛播樹(shù)種的方式和植保無(wú)人機(jī)飛播農(nóng)藥化肥的方式，采用機(jī)械化和現(xiàn)代化程度更高、更適合小面積精準(zhǔn)作業(yè)的植保無(wú)人機(jī)形式，通過(guò)遙感和超聲波等技術(shù)精確感知地形地勢(shì)[22-23]，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整飛行路線以及作業(yè)參數(shù)，在面積規(guī)模不大并造林困難的溝壑區(qū)域進(jìn)行鄉(xiāng)土草本或灌草種子的混合飛播，選擇抗逆性更強(qiáng)耐旱耐瘠薄且具有良好水土保持效果的鄉(xiāng)土植物，如沙打旺、草木犀、沙蒿、沙棘、檸條、紫穗槐等，增加礦區(qū)原始地表的植被覆蓋率，且快速高效，節(jié)約成本，運(yùn)輸方便，操控靈活，安全性高，智能化程度高，達(dá)到景觀環(huán)境集中連片、礦區(qū)可綠化面積100%的效果。最終形成一套以“種子的丸?；幚?、藥肥的浸種處理；飛播植物種選擇、飛播參數(shù)的確定、3S 技術(shù)在飛播中的應(yīng)用、飛播后效果監(jiān)測(cè)與管理”為核心的技術(shù)體系。

黃土丘陵地區(qū)地處干旱-半干旱的大陸性氣候，雖然規(guī)劃區(qū)域天然水系很多，但是基本常年處于枯水狀態(tài)，要解決生態(tài)林和經(jīng)濟(jì)林的灌溉用水問(wèn)題?！睹禾啃袠I(yè)綠色礦山建設(shè)要求》提出，要“節(jié)約集約循環(huán)利用煤炭及其共伴生資源”。礦山生產(chǎn)過(guò)程要實(shí)施清污分流，充分利用礦井水，技術(shù)處理后其水質(zhì)應(yīng)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，再用于生態(tài)、農(nóng)林、綠化灌溉。現(xiàn)在礦井水處理技術(shù)已從傳統(tǒng)混凝沉淀法預(yù)處理工藝，向高效旋流和超磁分離凈化等預(yù)處理工藝方向發(fā)展；從單純的末端治理排放，向高效濃縮和脫鹽的“零排放”方向發(fā)展；從提升費(fèi)用高，占地面積大的傳統(tǒng)地面處理后返回井下回用方式，向針對(duì)大型綜采設(shè)備的安全用水要求，高效運(yùn)行、運(yùn)行成本低的直接井下處理回用方向發(fā)展[24]。配套灌溉設(shè)施工程有蓄水池、田間管網(wǎng)、閥門(mén)井、設(shè)備井、出水口和管理房，灌溉面積達(dá)到100.9 hm2，其中低壓管道灌溉82.1 hm2，小管滴灌18.8 hm2。高位蓄水池4 座，蓄水能力達(dá)到2 062 m3，水源來(lái)自礦井采空區(qū)深層地下水，由礦井內(nèi)水泵機(jī)組壓力輸送到地面高位蓄水池內(nèi)，有效解決礦井疏干水綜合利用。

4 綜合效益分析

4.1 生態(tài)效益

生態(tài)林帶中的綠化造林、經(jīng)濟(jì)林帶的梯田建造措施和溝壑陡坡的無(wú)人機(jī)混播灌草措施，不僅滿(mǎn)足規(guī)劃區(qū)對(duì)于增加區(qū)域植被覆蓋率和郁閉度、減少景觀破碎度和單一化的要求，更重要的是提升黃土丘陵水土保持效果。在采煤塌陷、地表裂縫、邊坡治理和土地復(fù)墾下，工程與林草緊密配合，防治、減輕水土流失，使生產(chǎn)用地得到永續(xù)利用，也使規(guī)劃區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境得到較高的改善，符合《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》，生態(tài)效益面積達(dá)到240 hm2。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

以無(wú)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的灌木林地為主的土地利用類(lèi)型，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越?jīng)濟(jì)林為主的土地利用模式，土地的利用效率提高82.3%。且復(fù)合種植的經(jīng)濟(jì)林在產(chǎn)出穩(wěn)定后，提升土地價(jià)值，提高農(nóng)民土地收益。其中，林果經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值為1 111 萬(wàn)元；藥材經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值為1 421 萬(wàn)元；其他經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值為117 萬(wàn)元。

叢枝菌根菌劑應(yīng)用于生態(tài)復(fù)墾可以極大降低復(fù)墾費(fèi)用，估算復(fù)墾每公頃土地可以節(jié)約25 000 元。單臺(tái)植保無(wú)人機(jī)每小時(shí)作業(yè)效率比傳統(tǒng)植保措施高30 倍以上，產(chǎn)投比高出60%，作業(yè)比常規(guī)植保措施節(jié)約成本450 元/hm2以上，可大大降低生產(chǎn)成本和操作難度。礦井水實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化再利用，減少水資源的經(jīng)濟(jì)損失，降低規(guī)劃范圍灌溉用水成本達(dá)270 元/hm2。整個(gè)示范區(qū)運(yùn)用技術(shù)規(guī)劃模式節(jié)約成本每公頃超萬(wàn)元，整個(gè)示范區(qū)節(jié)約成本300 余萬(wàn)元。

4.3 社會(huì)效益

依據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的指導(dǎo)意見(jiàn)》優(yōu)化鄉(xiāng)村休閑旅游業(yè)，實(shí)施休閑農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村旅游精品工程，響應(yīng)國(guó)家創(chuàng)建“產(chǎn)業(yè)扶貧用地，緩解西部貧困問(wèn)題”的號(hào)召。吸引礦區(qū)企業(yè)員工、周邊縣鎮(zhèn)居民與城市居民來(lái)此游玩，促進(jìn)此模式不斷被借鑒推廣，逐步邁向規(guī)模化、集約化、產(chǎn)業(yè)化的大型復(fù)合模式，變?yōu)樾蓍e娛樂(lè)的城外基地[25-26]。施工建設(shè)與休閑產(chǎn)業(yè)需要雇傭大量周邊村落有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)民作為日常勞動(dòng)者和管理者進(jìn)行植物的種植養(yǎng)護(hù)，使其不用進(jìn)城務(wù)工就可獲取豐厚的經(jīng)濟(jì)收入，還可解決部分農(nóng)村留守老人兒童的照顧與教育問(wèn)題以及宅基地荒廢問(wèn)題，維護(hù)農(nóng)村和諧穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

a.針對(duì)煤礦沉陷區(qū)黃土丘陵地貌的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，提出了規(guī)劃區(qū)規(guī)劃原則與分析方法，形成了由區(qū)塊劃分-時(shí)序安排-種植模式-修復(fù)技術(shù)組成的從宏觀到微觀、從生態(tài)到經(jīng)濟(jì)到社會(huì)的規(guī)劃視角，構(gòu)建了以坡度坡向分級(jí)為區(qū)劃基礎(chǔ)、以采煤地表穩(wěn)沉為時(shí)間軸線、以先進(jìn)科學(xué)手段為技術(shù)支撐、以生態(tài)-經(jīng)濟(jì)結(jié)合為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的陜北煤礦區(qū)內(nèi)黃土丘陵溝壑梁峁地貌下的景觀規(guī)劃模式。

b.提出的黃土丘陵景觀規(guī)劃模式有利于礦區(qū)在煤炭資源開(kāi)發(fā)階段和資源枯竭后產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段都能保持科學(xué)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益“三贏”。

c.煤礦沉陷區(qū)治理與發(fā)展是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)事業(yè)，涉及多學(xué)科應(yīng)用與多部門(mén)合作，需要在理論技術(shù)、法律法規(guī)和管理機(jī)制等多方面加強(qiáng)研究，建立完整的沉陷區(qū)規(guī)劃與發(fā)展體系。