風(fēng)積沙區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力評(píng)價(jià)*

陳 超胡振琪臺(tái)曉麗王新靜樊廷立王西營(yíng)

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所，北京市海淀區(qū)，100083；2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)專業(yè)委員會(huì)，北京市海淀區(qū)，100083）

★節(jié)能與環(huán)?！?/p>

風(fēng)積沙區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力評(píng)價(jià)*

陳 超1，2胡振琪1，2臺(tái)曉麗1王新靜1樊廷立1王西營(yíng)1

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所，北京市海淀區(qū)，100083；2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)專業(yè)委員會(huì)，北京市海淀區(qū)，100083）

為了對(duì)風(fēng)積沙區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取典型風(fēng)積沙煤礦土地生態(tài)損傷區(qū)，依據(jù)附加坡度進(jìn)行評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐郑诓煌_采時(shí)序?qū)Σ煌u(píng)價(jià)單元地裂縫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對(duì)土壤理化特性指標(biāo)進(jìn)行采樣分析，綜合運(yùn)用層次分析法和德爾菲法確定指標(biāo)權(quán)重，采用綜合指數(shù)法數(shù)學(xué)模型對(duì)研究區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明高強(qiáng)度開采條件下40%的受損區(qū)具有明顯自修復(fù)能力，可明顯減少土地修復(fù)成本。

風(fēng)積沙區(qū) 土地生態(tài)損傷 土地復(fù)墾 自修復(fù)

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)是指采礦驅(qū)動(dòng)力在對(duì)地表生態(tài)環(huán)境造成損傷的過(guò)程中，自動(dòng)修復(fù)部分生態(tài)損傷的現(xiàn)象和過(guò)程。煤炭資源的開發(fā)不可避免地對(duì)土地生態(tài)環(huán)境造成損傷，隨著能源戰(zhàn)略西移，煤炭開采對(duì)西部脆弱的土地生態(tài)環(huán)境的損傷日趨嚴(yán)重。在以往實(shí)踐中，常常采取工程技術(shù)措施對(duì)采煤沉陷損傷區(qū)域加以修復(fù)并取得了一定效果，然而在生態(tài)脆弱的風(fēng)積沙礦區(qū)，人工修復(fù)對(duì)生態(tài)環(huán)境可能造成二次破壞的不確定性以及修復(fù)措施的投入與產(chǎn)出等問(wèn)題促使人們考慮通過(guò)自然營(yíng)力、采煤驅(qū)動(dòng)力等使采煤沉陷損傷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)。本文基于野外觀測(cè)結(jié)果，對(duì)研究區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為減少人工修復(fù)對(duì)礦區(qū)的擾動(dòng)及降低生態(tài)修復(fù)成本提供理論參考。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西、陜西、內(nèi)蒙古交界的風(fēng)積沙煤礦區(qū)，礦區(qū)地表以蓋沙黃土為主，因遭到沙漠多次侵?jǐn)_，地表覆蓋較厚風(fēng)積沙層，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。礦區(qū)工作面開采尺寸較大（長(zhǎng)度約為300 m，推進(jìn)距離大于2000 m），屬于超大工作面，推進(jìn)速度較快，開采強(qiáng)度大、效率高。選擇該礦區(qū)某超大工作面進(jìn)行研究，該工作面開采1-2煤，全長(zhǎng)約為3500 m，工作面寬度為300.5 m，平均煤層厚度為4.81 m，傾角為1°～3°，屬層狀構(gòu)造，條帶結(jié)構(gòu)，煤層穩(wěn)定。煤層埋深約為200 m，采用一次性采全高、綜采放頂煤開采，全部跨落法管理頂板，日進(jìn)尺量約為10 m，具有典型的高強(qiáng)度開采特征。

2　評(píng)價(jià)模型

風(fēng)積沙區(qū)煤炭開采造成的土地生態(tài)損傷主要為無(wú)積水塌陷盆地以及地裂縫和附加坡度等微地形變化，針對(duì)此特點(diǎn)按照附加坡度將采空區(qū)某段分為上坡、中坡和下坡進(jìn)行研究。因此，可選取某段工作面將其按上坡、中坡和下坡劃分為3個(gè)評(píng)價(jià)單元，以地形及土壤特性作為土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)不同開采時(shí)序評(píng)價(jià)指標(biāo)演變特征的研究，對(duì)各評(píng)價(jià)單元進(jìn)行自修復(fù)能力評(píng)價(jià)，得出不同時(shí)序各單元土地生態(tài)環(huán)境與原始背景值的變異程度，確定各單元是否具備自修復(fù)能力。利用各單元評(píng)價(jià)結(jié)果推算區(qū)域整體自修復(fù)能力，得出具有自修復(fù)能力的分布范圍。根據(jù)評(píng)價(jià)目的采用綜合指數(shù)法數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，該模型可體現(xiàn)各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互作用及其對(duì)受損土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合影響，計(jì)算結(jié)果能較為直觀地反映評(píng)價(jià)指標(biāo)總體特征。

2.1指標(biāo)體系構(gòu)建

評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能表征煤炭開采活動(dòng)引起的受損土地質(zhì)量變化。選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)主要考慮反映煤炭開采活動(dòng)的地貌地形變化和土壤特性的因素。具體指標(biāo)體系見表1。

表1　土地生態(tài)損傷自修復(fù)評(píng)價(jià)模型指標(biāo)體系

2.2評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

由于反映土壤特性指標(biāo)的絕對(duì)值相對(duì)較低，屬貧瘠土壤，《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》和 《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中等級(jí)劃分的部分準(zhǔn)則較難區(qū)分該區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的演變程度，而評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是探討受損土地是否具備自修復(fù)能力，并確定土地受損后狀態(tài)與原始狀態(tài)的相似程度，并依次確定具備自修復(fù)能力的土地范圍。依據(jù)土地受損后各評(píng)價(jià)指標(biāo)與原始值之間的相對(duì)值占原始值的比例，基于層次分析法和德爾菲法進(jìn)行分級(jí)賦值。

2.2.1評(píng)價(jià)體系的等級(jí)分級(jí)原則

（1）附加坡度等級(jí)劃分。依據(jù) 《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中采煤塌陷土地旱地?fù)p毀程度分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)，附加坡度分為3個(gè)等級(jí):1級(jí)附加坡度0～0.6；2級(jí)附加坡度0.6～1.2；3級(jí)附加坡度≥1.2。

（2）地裂縫等級(jí)劃分。風(fēng)積沙區(qū)動(dòng)態(tài)裂縫留存時(shí)間較短，邊緣裂縫則長(zhǎng)期存在，為體現(xiàn)地裂縫對(duì)土地的損傷程度，以土地原始狀態(tài)作為參考值，無(wú)地裂縫時(shí)參考值為0，作為最高等級(jí)的指標(biāo)值，以裂縫寬度總和的最大值作為最低等級(jí)的指標(biāo)值，實(shí)測(cè)最大值為191.25 mm，劃分為5個(gè)等級(jí)，梯度值定為48 mm，其中5級(jí)時(shí)裂縫寬度≥192 mm。

（3）土壤特性指標(biāo)等級(jí)劃分。同樣以土地原始狀態(tài)作為參考值，以每個(gè)指標(biāo)最大變化幅度f(wàn)作為最低等級(jí)指標(biāo)值，劃分為5個(gè)等級(jí)，等級(jí)梯度值為f/4，其中大部分指標(biāo)為效益型指標(biāo)，即開采對(duì)其產(chǎn)生負(fù)面影響，而土壤孔隙度、PH等指標(biāo)為非效益型指標(biāo)。

2.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值的原則與方法

評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值應(yīng)遵循如下原則:基于指標(biāo)與受損土地生態(tài)環(huán)境相關(guān)研究確定分值；分值與土地生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣呈正相關(guān)；分值體系采用0～100分的封閉區(qū)間體系。

（1）附加坡度分級(jí)賦值。1級(jí)影響不明顯，分值為100～90分（無(wú)附加坡度取值為100分）；2級(jí)影響較明顯，分值為75分；3級(jí)影響明顯，分值為50分。

（2）裂縫寬度分級(jí)賦值。1級(jí)寬度為0～48mm，破壞不明顯，分值為90分；2級(jí)寬度為48～96 mm，破壞較明顯，分值為80分；3級(jí)寬度為96～144 mm，破壞明顯，分值為70分；4級(jí)寬度為144～192 mm，破壞顯著，分值為50分；5級(jí)寬度≥192 mm，破壞極顯著，分值為30分。

（3）土壤特性分級(jí)賦值。1級(jí)基本無(wú)影響且與原始背景值基本無(wú)差異，分值90分；2級(jí)影響比較小且與原始背景值有差異，但差異比較小，分值80分；3級(jí)影響較明顯且與原始背景值差異較為明顯，分值70分；4級(jí)影響明顯且與原始背景差異顯著，分值60分；5級(jí)影響極明顯且與原始背景差異顯著，分值50分。根據(jù)對(duì)土壤理化指標(biāo)的測(cè)定，各指標(biāo)最大變化幅值為:速效磷36.42%，速效鉀18%，有機(jī)質(zhì)32%，PH6.21%，全氮10.83%，容重9%，孔隙度12.84%，含水量19%。等級(jí)劃分與賦值情況見表2。

表2　土壤自修復(fù)能力評(píng)價(jià)模型指標(biāo)等級(jí)分值

2.2.3評(píng)價(jià)模型計(jì)算

運(yùn)用綜合指數(shù)法模型進(jìn)行評(píng)價(jià)單元土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力的綜合判讀，并以此評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力進(jìn)行分析研究。其計(jì)算公式如下:

式中:Q——受損土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力綜合分值；

Si——第i個(gè)指標(biāo)的得分，分；

Wi——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；

n——受損土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

根據(jù)所得分值，按照等間距法將各評(píng)價(jià)單元的土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)情況為:自修復(fù)能力分值≥90分，具有明顯的自修復(fù)能力；自修復(fù)能力分值80～90分，具有自修復(fù)能力；自修復(fù)能力分值＜80分，不具有自修復(fù)能力。

2.3指標(biāo)權(quán)重及研究范圍的確定

綜合運(yùn)用層次分析法和德爾菲法確定指標(biāo)權(quán)重，賦值情況見表3。評(píng)價(jià)單元分布如圖1所示。

圖1　評(píng)價(jià)區(qū)域與評(píng)價(jià)單元分布圖

采樣條帶在距離開切眼350～390 m的范圍內(nèi)，而下坡、中坡和上坡采樣點(diǎn)距離工作面走向中心線40 m、80 m和120 m。

表3　土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)評(píng)價(jià)模型指標(biāo)權(quán)重值

2.4評(píng)價(jià)單元的賦值與計(jì)算

利用評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)上述分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值原則，對(duì)塌陷初期、3個(gè)月、5個(gè)月和7個(gè)月評(píng)價(jià)單元的各指標(biāo)進(jìn)行賦值計(jì)算，可得各評(píng)價(jià)單元自修復(fù)能力分值，結(jié)果如圖2所示。

圖2　各評(píng)價(jià)單元不同時(shí)序自修復(fù)能力得分

由圖2可知，工作面塌陷5個(gè)月之后，受損的中坡和下坡區(qū)域表現(xiàn)出較好的自修復(fù)能力，且處于均勻沉降區(qū)的下坡具有明顯的自修復(fù)能力。根據(jù)開采沉陷學(xué)原理，研究區(qū)超大工作面走向與傾向方向均達(dá)到充分采動(dòng)，且下沉盆地內(nèi)部出現(xiàn)大范圍的均勻沉降區(qū)，利用ArcGIS軟件可得采動(dòng)后附加坡度，如圖3所示。

工作面停采后，根據(jù)圖3確定下沉盆地盆底的實(shí)際范圍，具備明顯自修復(fù)能力的土地區(qū)域占下沉盆地的比例約為40%，而中坡和上坡區(qū)域則需輔以人工修復(fù)，是礦區(qū)土地治理的重點(diǎn)區(qū)域。

圖3　工作面停采后地表附加坡度示意圖

3　評(píng)價(jià)結(jié)果分析

（1）下坡自修復(fù)能力隨塌陷時(shí)序的延長(zhǎng)而遞增，從側(cè)面反映出采動(dòng)主要影響時(shí)段在塌陷初期，且隨著地表由松動(dòng)轉(zhuǎn)為沉實(shí)，地裂縫以及附加坡度的負(fù)面影響大幅弱化，土地生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。塌陷7個(gè)月時(shí)，土地生態(tài)環(huán)境逐漸趨向于原始背景值，說(shuō)明工作面下坡區(qū)域土地具備明顯的自修復(fù)能力。

（2）中坡與下坡類似，塌陷初期較下坡的分值偏大，主要是因?yàn)榈亓芽p表征較弱。與塌陷初期相比，自修復(fù)能力分值有小幅增長(zhǎng)，且在塌陷7個(gè)月時(shí)自修復(fù)能力的分值接近90分，具備較強(qiáng)的自修復(fù)能力，分值變化主要緣于地形地貌變化，研究區(qū)下沉量不斷增大，接近最大下沉值的范圍不斷擴(kuò)大，與地表原始形態(tài)基本一致。

（3）上坡自修復(fù)能力綜合得分普遍較低，除塌陷初期外均低于70分，主要因拉伸應(yīng)力作用于上坡，地表附加坡度較大，且分布相對(duì)穩(wěn)定的邊緣裂縫，隨著塌陷時(shí)序的延長(zhǎng)，后期分值的增長(zhǎng)主要是因地表塌陷范圍增大、附加坡度減小和部分土壤特性指標(biāo)略有恢復(fù)所致。

上述分析表明，土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力主要取決于研究區(qū)地形地貌與原始狀態(tài)的差異。根據(jù)開采沉陷學(xué)原理，超大工作面區(qū)域內(nèi)達(dá)到充分采動(dòng)，下沉盆地盆底范圍的土地在工作面趨于穩(wěn)定后達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下的最大下沉值，盆底范圍處于均勻沉降區(qū)，即在采礦驅(qū)動(dòng)力作用下達(dá)到充分采動(dòng)，地表基本無(wú)裂縫和附加坡度的存在，與原始地形地貌基本一致，實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。

4　結(jié)論

（1）評(píng)價(jià)結(jié)果表明具備自修復(fù)能力的區(qū)域占下沉盆地的比例約為40%，實(shí)際施工過(guò)程中可盡量減少人工和工程機(jī)械對(duì)地表生態(tài)環(huán)境的影響，節(jié)省復(fù)墾成本。

（2）超大工作面開采使得工作面走向與傾向方向達(dá)到充分采動(dòng)，擴(kuò)大了均勻沉降區(qū)的范圍，盆底區(qū)域可基本恢復(fù)到采前原有地形即實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，采礦驅(qū)動(dòng)力是獲得較強(qiáng)自修復(fù)能力的重要因素。

（3）風(fēng)積沙區(qū)高強(qiáng)度開采可使采動(dòng)影響的范圍減小，且采后7個(gè)月下沉盆地盆底范圍即有明顯的自修復(fù)能力，說(shuō)明高強(qiáng)度開采可緩解風(fēng)積沙區(qū)煤礦開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相矛盾的格局，可加強(qiáng)高強(qiáng)度開采技術(shù)在風(fēng)積沙礦區(qū)的應(yīng)用。

［1］ 何廳廳，趙艷玲，石娟娟等.基于可拓法的高潛水位礦區(qū)復(fù)墾潛力評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)煤炭，2014（4）

［3］ 胡振琪，龍精華，王新靜.論煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)、自然修復(fù)和人工修復(fù)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2014（8）

［4］ 張建民，李全生，胡振琪等.西部風(fēng)積沙區(qū)超大綜采工作面開采生態(tài)修復(fù)模式研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（9）

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［10］ 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.GB/T28407-2012，農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

［11］ 中華人民共和國(guó)國(guó)土部.TD/T 1031.3-2011，土地復(fù)墾方案編制規(guī)程［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011

（責(zé)任編輯 孫英浩）

國(guó)土資源部印發(fā) 《歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)管理辦法》

國(guó)土資源部近日印發(fā) 《歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)管理辦法》（以下簡(jiǎn)稱 《管理辦法》），要求有關(guān)省份規(guī)范推進(jìn)歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)工作。

《管理辦法》要求，試點(diǎn)工作要遵循 “生態(tài)優(yōu)先、合理利用；科學(xué)規(guī)劃、規(guī)范運(yùn)行；保護(hù)耕地、節(jié)約用地；統(tǒng)籌推進(jìn)、形成合力”的原則，以改善生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，科學(xué)編制專項(xiàng)規(guī)劃，封閉運(yùn)行，嚴(yán)格監(jiān)管，堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度和最嚴(yán)格的節(jié)約用地制度，采取綜合措施確保復(fù)墾耕地質(zhì)量，嚴(yán)格控制建設(shè)占用耕地特別是永久基本農(nóng)田，防止片面增加城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模。

根據(jù) 《管理辦法》，相關(guān)復(fù)墾利用指標(biāo)納入土地利用年度計(jì)劃。國(guó)土資源部負(fù)責(zé)加強(qiáng)總量管控，做好政策指導(dǎo)和監(jiān)督檢查。省級(jí)國(guó)土資源主管部門負(fù)責(zé)總體部署，審查專項(xiàng)規(guī)劃，組織復(fù)墾項(xiàng)目核查，下達(dá)建新指標(biāo)，做好在線報(bào)備和考核監(jiān)管。市、縣國(guó)土資源主管部門負(fù)責(zé)專項(xiàng)規(guī)劃編制、上報(bào)審核，具體組織復(fù)墾項(xiàng)目實(shí)施工作。

《管理辦法》要求，試點(diǎn)市、縣應(yīng)組織編制專項(xiàng)規(guī)劃，廣泛征求有關(guān)方面意見，并逐級(jí)上報(bào)省級(jí)國(guó)土資源主管部門組織專家論證且出具審查意見，最后由相關(guān)市、縣人民政府審查批準(zhǔn)?？h級(jí)國(guó)土資源主管部門應(yīng)編制實(shí)施方案。復(fù)墾項(xiàng)目驗(yàn)收合格后，省級(jí)國(guó)土資源主管部門按照核定的復(fù)墾面積，下達(dá)建新計(jì)劃指標(biāo)。建新節(jié)余指標(biāo)原則上不得跨縣級(jí)行政區(qū)域使用。

《管理辦法》強(qiáng)調(diào)，工礦廢棄地復(fù)墾應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、綜合治理。復(fù)墾后的土地不得改變農(nóng)業(yè)用途，應(yīng)達(dá)到 《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》和國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。工礦廢棄地復(fù)墾為耕地的，應(yīng)與區(qū)域內(nèi)建設(shè)占用耕地耕作層剝離再利用相結(jié)合。對(duì)存在污染風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)墾項(xiàng)目，實(shí)施前應(yīng)開展土壤污染調(diào)查與評(píng)價(jià)。嚴(yán)禁將存在嚴(yán)重污染隱患且在短期內(nèi)無(wú)法修復(fù)的工礦廢棄地復(fù)墾為耕地。

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

Chen Chao1，2，Hu Zhenqi1，2，Tai Xiaoli1，Wang Xinjing1，F(xiàn)an 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

陳超（1989-），男，河南開封人，博士研究生在讀，現(xiàn)從事土地復(fù)墾與生態(tài)重建方面研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-神華集團(tuán)有限責(zé)任公司煤炭聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目（U1361203），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（2010YD03）