干旱半干旱地區(qū)生態(tài)恢復工程建設思路

李志偉，王 旭，胡 峰

(神東煤炭集團環(huán)保管理處，陜西 榆林 719315)

0 引言

煤炭在我國的能源結構中占有重要的位置，是一次能源的重要組成部分[1]。神東礦區(qū)作為中國最大的煤炭生產基地，開采規(guī)模十分巨大，其年生產能力超過2億t，位居國內第一[2-3]；礦區(qū)面積達1 000 km2，沿烏蘭木倫河分布，年降雨量僅僅是蒸發(fā)量的1/6，地下水水系也相當匱乏，不到全國平均數值的4%。在這樣的情況下若沿用傳統(tǒng)方式進行煤炭資源的開發(fā)建設，隨之而來的就是地表沉陷、矸石排放、水資源流失、動植物種群減少等生態(tài)損毀的現象。因此，最早負責這一區(qū)域煤炭開發(fā)的神府、東勝兩大公司就分別組建了環(huán)保綠化機構，全面負責礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護工作，并且提出了“建設一流的能源基地，必須有一流的生態(tài)環(huán)境”的超前開發(fā)思想。但由于條件限制，當時主要以公路為依托，建設防護林防風固沙，沒有形成實質上的大規(guī)模綠化活動，僅僅是為了改善生產生活的環(huán)境。1999年神東環(huán)保管理處成立，2000年神東正式拉開了大規(guī)模生態(tài)建設的序幕。

神東的生態(tài)工程建設在30多年的過程中，取得了傲人的成績，創(chuàng)造性的提出了“三期”“三圈”的生態(tài)建設模式[4]。所謂“三期”，就是在采前、采中、采后3個時期采取生態(tài)手段對影響范圍的生態(tài)結構和功能進行預防、加強、夯實；所謂“三圈”，就是在外圍、周邊、中心3層空間梯次配置植物種類實現水保、固沙、美化。在此架構下神東礦區(qū)走出了一條主動型水土保持生態(tài)建設道路，探索總結出一套具有神東特色兼顧社會效益和經濟發(fā)展的生態(tài)工程建設模式與思路。

1 神東礦區(qū)生產活動對生態(tài)的影響

1.1 煤炭生產對水資源影響

我國的水資源儲量豐富，但是人均占有不足，而且分布范圍極不均衡，南方豐沛北方匱乏。作為耗水量巨大的煤炭產業(yè)，這種現象卻恰恰相反，我國煤炭資源北方巨大南方瘠薄，豐水區(qū)就是少煤區(qū)，缺水區(qū)即是富煤區(qū)。然而，煤炭開采會進一步加劇水資源的缺乏，導致區(qū)域的徑流量減少，地下水位下降。礦山作為面源污染，充滿不確定性和難治理性，在人為和自然因素的雙重作用下，通過不同的方式侵蝕水體，導致水中各種指標超限，有毒有害物質增加，使原本就不富余的水資源受到污染，區(qū)域的水資源情況更加惡化[5]。

1.2 煤炭生產對土壤的影響

微觀上講，土壤是三相分散系，具有水肥氣熱效應，煤炭開采影響土壤的物理結構，表現在土壤3項組成、孔隙度以及容重的變化，即土壤的顆粒組成；其次是影響土壤的化學性質，表現在土壤酸堿度、膠體和肥性、有機質含量以及離子交換等[6]。宏觀上講，露天開采將會大量的剝離表層土壤，破壞土地上層結構，間接的導致土地沙化，生態(tài)環(huán)境退化，土壤肥力減弱；井工礦的開采方式，主要是導致地表沉陷，破壞整體的土壤構造，減弱抵抗力，促使環(huán)境變差，矸石的堆積侵占大量的土地，更加加劇了對土壤的破壞[7-9]。

1.3 煤炭生產對大氣影響

在煤炭開采建設活動中產生的煤塵、二氧化碳、二氧化硫等有毒有害氣體，直接對大氣進行擾動。煤塵的散播極大程度地降低區(qū)域的環(huán)境空氣質量，二氧化碳的大量產生會造成熱島效應，對局域小氣候產生擾動，二氧化硫的排放加大了酸雨的發(fā)生率。對土壤的損毀，加劇水土流失以及對植物的影響，很大程度上削弱了植物的凈化作用，此消彼長的情況下，對大氣的污染是日漸嚴重。

2 生態(tài)工程的內涵

生態(tài)工程是致力于建立復合生態(tài)系統(tǒng)，秉持可持續(xù)發(fā)展理念的工程技術，是站在全局層面上把控、研究、設計人工系統(tǒng)的方法，重點是資源的整合和綜合利用、技術的銜接與組合、學科交叉以及產業(yè)化構建[10]。生態(tài)工程的概念是著名生態(tài)學家奧多姆在20世紀60年代率先提出的，他認為自然調控是重點，人類只需要輕微的干預即可，注重環(huán)境效益[11]；在20世紀70年代，我國的生態(tài)學先驅馬世駿先生根據我國的生態(tài)工程建設實踐，對“生態(tài)工程”進行了具體定義，即應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質循環(huán)再生以及結構與功能協(xié)調原則，結合系統(tǒng)工程的最優(yōu)化方法設計的分層多級利用物質的生產工藝系統(tǒng)[12]。其重點是達到經濟效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一，人為的主動調控和干預，該定義被認為是發(fā)展中國家可持續(xù)發(fā)展的方法論基礎[13]。

需要指出的是，目前大部分人對于生態(tài)建設理解比較狹隘，把園林綠化和生態(tài)工程建設混為一談，簡單地認為生態(tài)工程建設就是園林綠化，就是植樹種草，充其量再加上部分園林景觀，僅此而已。事實上，這甚至都不能認為是狹義的生態(tài)工程概念，綠化工程的重點是植物的栽植養(yǎng)護，包括水生、陸生植物，屬于園林工程的部分，但是生態(tài)工程是整體的協(xié)調系統(tǒng)，是生態(tài)學原理和現代技術的有機結合，是涉及自然、經濟、社會的復合生態(tài)大系統(tǒng)，園林工程也只是其中的一部分。所以要正確地認識生態(tài)工程這一范疇，需要在全局上對與工程有整體性地把握與度量[14-15]。

3 神東生態(tài)建設模式

3.1 總體內容

神東生態(tài)工程建設模式是環(huán)保管理處站在全局的角度，依托公司的整體規(guī)劃，結合多年的實踐經驗，以生態(tài)學理念為基礎，以生態(tài)規(guī)劃為橋梁，以解決問題為導向，探索研究出有效的生態(tài)修復與重建、生態(tài)產業(yè)等建設模式。該模式主要有依據、目標、內容、結構、經濟、技術6個方面內容，其核心理論是“山水林田湖草生命共同體”，旨在打造自然經濟社會復合生態(tài)系統(tǒng)，見表1。

表1 生態(tài)工程建設模式Table 1 Ecological engineering construction mode

3.2 建設依據

生態(tài)專項計劃和設計委托書：神東煤炭集團在每年年初制定的生態(tài)專項計劃是最基礎的建設依據，所有的建設項目均要符合計劃要求，在此計劃內有序開展；在委托第三方設計院進行設計時，神東煤炭集團下的設計委托書，是建設生態(tài)工程項目的主要依據，設計院要滿足公司對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體發(fā)展規(guī)劃，而后提出設計方案。設計依據文件在實際設計的過程中，對于涉及到的質量標準、行業(yè)規(guī)范等技術性的條款必須嚴格遵守，特別是針對部分國家層面的技術文件，及時查閱按照最新要求實施。

地類分析和現場實際：設計階段要明確國土空間規(guī)劃，結合規(guī)劃進行合理的布局布置。由于神東的生態(tài)工程主要是沉陷區(qū)治理，位于井田區(qū)域，所以井上下位置對照就尤為關鍵，再結合現場的立地條件，做到和已治理區(qū)域的整體協(xié)調。

3.3 建設目標

生態(tài)工程的內涵已經要求我們，在實現環(huán)境效益的基礎上，主動追求經濟效益，神東煤炭集團的建設目標就是在實施生態(tài)工程項目的時候，實現三大效益，即生態(tài)效益、經濟效益、社會效益，在改善調整生態(tài)環(huán)境的同時，打造生態(tài)產業(yè)，帶動經濟發(fā)展，改善民生；達到三方共贏，即政府增績、企業(yè)增效、村民增收，主要是通過生態(tài)經濟林的建設，結合土地復墾和環(huán)境治理，創(chuàng)造新的經濟創(chuàng)收點和增長點，根本目的是在達到治理目的的同時，為當地村民創(chuàng)收，為政府脫貧攻堅助力。

3.4 建設內容

“山水林田湖草”大系統(tǒng):山指的是礦山，積極建設綠色礦山，發(fā)展新技術，研究新工藝，使用新材料，將礦山生態(tài)建設由被動轉為主動，有效地防止生態(tài)環(huán)境事件的發(fā)生，做到產清潔能源，建綠色礦區(qū)。水指的是礦井水，開發(fā)建設礦井水循環(huán)利用系統(tǒng)，礦井水凈化系統(tǒng)，區(qū)域水源涵養(yǎng)技術，利用新技術的研發(fā)和使用以及升級迭代來破解煤炭開采耗水量大，工業(yè)廢水多的難題。林指的就是生態(tài)樹林，根據不同的立地條件以及地形地勢，綜合多方考慮，主要建設4種林地，即水保林、景觀林、碳匯林、經濟林。田指的是土地復墾，采用機械作業(yè)的方式平整土地，盡可能多的恢復為農田，選用耐受性強的植物改良土壤，改善土地環(huán)境，助力農業(yè)生產有序推進。湖指的是“仿生濕地”，根據濕地的生態(tài)原理，人工干預，建設水保設施，蓄水保土，并且再次凈化礦井水，澆灌植被。草指的是播草治裸，在未種植樹林的地方播撒草籽，治理裸地風沙，有條件的地方可以發(fā)展農牧業(yè)生產。

配套系統(tǒng):在規(guī)劃治理區(qū)域的時候，應充分的考慮后期管護、消防的要求，以及其他的功能屬性，所以要配套建設道路系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、消防系統(tǒng)，如果要打造產業(yè)園區(qū)，就需要進一步細化系統(tǒng)，增設必要的具有文化屬性的牌板、標語等簡介。

3.5 建設結構

在實際建設方面，適地適樹是首要原則，神東礦區(qū)主要是沙土、黃土、硬梁地3種土質類型，根據植物的特性選擇種植的區(qū)域。礦區(qū)境內地勢崎嶇，需要進行坡度分析，根據水土保持的需要，在不同的坡度種植不同植被種類，一般分為0°～10°、10°～25°、25°以上3個部分。再者就是要規(guī)范植物種類，雜而不亂，整體上植被種類比較單一，局部上植物配比千變萬化，兼顧規(guī)?；投嘣?，大概比例為9∶1。在湖田林草的配置上，大概比例是1∶2∶3∶4，既考慮到農業(yè)生產的需要，又考慮到恢復生態(tài)的要求。時間上仍然沿用“三期三圈”治理模式，集中統(tǒng)籌規(guī)劃部署，形成整體的區(qū)域建設規(guī)劃，構成完整的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)。空間上主要是考慮到地理位置和氣候因素，打造帶具有典型代表性的大型煤炭綜合恢復治理新模式。

3.6 建設經濟

生態(tài)工程建設是建設人工的生態(tài)系統(tǒng)，在結構上要模仿自然生態(tài)系統(tǒng)，在功能上要有所補充與創(chuàng)新。在保證質量的情況下，實現投入產出比最大化，盡可能地降低投入；建立的新系統(tǒng)系統(tǒng)需要具備自我完善的能力(自然生態(tài)系統(tǒng)的自我演替能力)，能夠朝著更高級的方向進行自我發(fā)展；在3年幼苗管護期結束后，可以放手托管，產生經濟效益，具有高收益和高效益的特點；在生態(tài)工程的建設過程中也要盡可能地減少工程量，讓自然控制占據主導地位，減少對本就脆弱的生態(tài)環(huán)境的擾動。

3.7 建設技術

在技術上要大膽創(chuàng)新勇于突破，根據不同的項目確定科研項目，研究如何提高本地物種的產量、生長量等。適當地探索適合本地氣候水文條件的新物種，采取不同的灌溉措施、混交方式等類比，讓科研和生態(tài)工程建設緊密結合。但是在此過程要嚴密做好植物的檢疫工作，避免生物入侵事件的發(fā)生。與此同時，不斷加強防護設施的建設，謹防因采礦引起的地質災害，比如裂縫滑坡、灌溉下滲等，主要以生態(tài)措施為手段，減少砼等工業(yè)材料的使用。

4 結語

神東生態(tài)工程建設模式兼顧了自然經濟社會三大效益，修復了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，完善了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能和結構，促進了區(qū)域經濟的發(fā)展。此外，帶動了村民再就業(yè)，解決了居民就業(yè)創(chuàng)收問題，高質量的完成了政府對企業(yè)沉陷區(qū)治理的要求，實現了政府、企業(yè)、村民三方共贏。同時，探索新的采煤沉陷區(qū)治理技術標準，可以為以后的沉陷區(qū)治理積累寶貴經驗。