東部草原區大型煤電基地開發的生態影響與修復技術

李 全 生

(1.煤炭開采水資源保護與利用國家重點實驗室，北京 100011; 2.國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011)

東部草原區煤電基地地處北方防沙帶內的內蒙古東部，位于國家“兩屏三帶”生態格局的北部區域，在國家生態安全戰略格局中具有重要作用，是“東北森林屏障帶”和“北方防沙帶”的主要組成部分，也是北方地區的“水塔”和“林網”，以及三北地區乃至全國的“擋沙墻”和“碳匯庫”。但該區屬半干旱、酷寒氣候，生態環境脆弱，同時該區是我國東北部重要的煤炭生產和電力供應基地，煤炭產能超過4億t，占東北區產能57%，電力裝機約2 000萬kW，占東北煤電供應的1/3左右。近年來，隨著資源開采、畜牧業迅猛發展和城市擴張，導致草地面積和質量下降、植被破壞、水土流失和地下水位下降，嚴重影響了東部草原區東部能源保障和生態屏障功能的發揮，是我國生態文明建設的重大科技與工程技術難題[1-3]。

2016年國家科技體制改革以來，國家在“十三五”重點研發計劃項目總體布局中，首批啟動了“典型脆弱生態修復與保護研究”重點專項，設立了“東部草原區大型煤電基地生態修復與綜合整治技術及示范”重點研發計劃項目。項目執行期2016—2020年，針對東部草原區煤電基地生態修復重大科技需求，研究大型煤電基地長期高強度開采驅動下的生態累積效應，評估其對區域生態安全的影響閾值，研發礦區土地整治、植被恢復、土壤重構和景觀生態恢復等關鍵生態恢復技術，集成以保障國家能源安全和區域生態安全為目標的大型煤電基地開發綜合技術體系和區域生態調控模式。

1 研究理念和思路

東部草原區煤電基地生態保護的對象由水、土和植被等3類生態要素組成，空間范圍涵蓋采動范圍和影響波及區域。筆者提出的采礦源頭主動減損理念，涵蓋采前、采中、采后和閉坑的采礦全生命周期，是以煤炭開采生態環境損傷最小化為目標，以最大程度地保護利用水資源和土壤持墑能力為核心，采取煤炭開采工藝參數優化、時空布局協調優化、土壤重構、水土保持、植被優選等措施，實現水、土、植被指標達到或優于采前生態本底值。如圖1所示。

研究團隊以東部草原區呼倫貝爾、錫林浩特兩處煤電基地為研究對象，重點研究了東部草原區大型煤電基地長期高強度開發對草原生態(水、土壤、植被)的影響機理及累積效應;開發了服務露天煤礦生態減損的采排復一體化技術、露天煤礦地下水庫保水技術、仿自然微地貌綜合整治技術、表土稀缺區復墾土壤剖面優化技術、草原區土壤提質增容有機改良技術、退化草原生物綜合修復技術、農牧礦生態交錯帶生境保護與修復技術、典型景觀生態功能提升關鍵技術及井工礦采動裂隙人工引導自修復的含水層保護技術等[1]。

2 煤電基地生態影響程度分析

2.1 煤炭開采對地下水的影響邊界和程度

采集了近10 a來的區域水文觀測數據，構建了呼倫貝爾寶日希勒露天礦區地下水流場仿真模型，如圖2所示。

圖2 呼倫貝爾寶日希勒露天礦區地下水流場仿真Fig.2 Simulation of groundwater flow field in Baorixile Open Pit Mine of Hulunbeir

模擬結果表明:2005年露天礦中心區域水位下降5～50 m;2010年中心區域水位下降10～100 m;2016年地下水漏斗區域穩定，平均水位降深15 m左右;結合近50個鉆孔10余年的水位實測數據分析，得出該礦區煤炭開采地下水下降的最大影響半徑不超過8 km。

呼倫貝爾地區寶日希勒礦區水文研究表明，地下水流向基本與地形保持一致，地下水總體上由東北向西南徑流;研究了礦區降水—土壤水—地下水的轉化關系，排土場50 cm以上土壤含水率隨土壤深度呈升高趨勢，50 cm以下土壤結構發生改變，含水率急劇減小并保持穩定，表明寶日希勒露天礦排土場土層結構對50 cm以上的含水率分布具有促進作用。

北電勝利礦區近10 a水文觀測數據表明，礦區地下水流場方向由西南流向東北，第四系潛水水位隨煤炭開采呈下降—谷底平穩—抬升的變化趨勢。地下水位經過2～4 a恢復期，水位呈逐漸抬升的變化趨勢;近7 a觀測數據表明，第四系潛水水位標高呈逐年抬升趨勢，水位抬升范圍在0.90～7.96 m，最大抬升量為7.96 m，水位平均抬升3.95 m;近1 a觀測數據表明，第四系潛水水位呈現東邊抬升，西邊下降的趨勢，最大抬升量達到2.99 m，最大下降量達到5.12 m，水位下降初步判斷主要受推進工作面疏排水影響，內排土場含水層的水位呈現上升趨勢，表明排土場地下水具有可恢復性。

第四系潛水水位與大氣降水的相關性研究表明，大氣降水是地下水補給的重要因素，且大氣降水垂直入滲補給具有一定的滯后性，滯后周期約3個月。

2.2 煤炭開采對土壤的影響規律

提出了基于多尺度特征和主動學習的礦區遙感影像變化監測方法，影像識別總體精度提高了15%左右。應用該方法獲得了寶日希勒礦區及周邊2012年和2017年土地利用變化特征和土地損毀特征，挖損土地面積5.088 km2，壓占土地8.702 km2，挖損高差達200 m，排土場區域高差達100 m，排土場邊坡最大坡度達36°，如圖3所示。

圖3 呼倫貝爾寶日希勒露天礦區遙感影像對比Fig.3 Remote sensing image comparison in Baorixile Open Pit Mine of Hulunbeir

錫林浩特勝利礦區土壤養分分析測試表明，土壤有機質、全氮含量:未損毀地>北排土場>南排土場;有效磷和速效鉀的含量:北排土場>未損毀地>南排土場;典型場地污染識別與分析表明，寶日希勒礦、敏東一礦場地監測數據初步判斷，土壤重金屬含量低于國家土壤環境質量二級標準，全氮、全磷、全鉀、有機質含量較高，表明東部草原露天煤礦排土場與采煤沉陷區基本不存在場地污染。

呼倫貝爾寶日希勒露天礦區距礦坑300,600,900 m實地采樣研究表明，露天開采及放牧降低了土壤中細菌、真菌和放線菌數量，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性降低，土壤含水量、全氮含量減少，土壤銨態氮和速效磷含量提高，但露天采煤并未改變土壤微生物數量和酶活性的垂直變化特征;露天開采及放牧擾動隨時間延長，對放線菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶、含水量、銨態氮、速效磷和全氮的影響程度增加，而對細菌和真菌的影響程度減弱。因此，土壤中生物活性物質對露天開采干擾具有一定的自我修復能力;露天開采及放牧干擾效應和土壤生物活性物質的修復效應均隨干擾強度梯度的降低而減弱;隨著干擾時間的延長，得出土壤中的生物活性物質垂直恢復效應會隨著時間而變化，且不同生物活性物質的恢復進程不盡相同[4-6]。

2.3 煤炭開采對植被的影響規律

采用RESTREND算法，分析1980—2016年錫林浩特和呼倫貝爾區域植被綠度變化趨勢，結果表明:錫林郭勒盟植被變綠(NDVI增加)區域集中在西北部和西南部，而東北部區域植被退化(NDVI降低)，呼倫貝爾西部和東南部為退化區，中部和北部為變綠區。采用去除氣候因素影響的TSS-RESTREND算法，分析1980—2016年錫林浩特和呼倫貝爾區域植被綠度變化趨勢，結果表明:錫林郭勒盟植被空間分布總體趨勢基本一致，呼倫貝爾植被退化區主要分布在中部和東南部，植被變綠區域集中在中部。包含和去除氣候因素影響分析表明，氣候因子對區域總體植被綠度變化影響顯著，植被綠度與區域降水關系更為密切，局部植被覆蓋極顯著減少的區域，與人類活動、土壤種類、地貌特征等非氣候因素有關。分析了1981—2016年的東部草原區24個典型礦區及其10,20及50 km緩沖區的植被生長季最大NDVI值變化關系，如圖4所示。研究表明，礦區綠度向漸進恢復(但未達到開采擾動前狀態)的方向發展[7-10]。

圖4 呼倫貝爾寶日希勒露天礦區植被覆蓋率變化Fig.4 Vegetation coverage change in Baorixile Open Pit Mine of Hulunbeir

2.4 景觀與區域生態安全評價方法

基于COSTANZA等的VOR模型、任繼周的CVOR模型及彭建的VORE模型，采用綜合指標體系法，構建了適用于半干旱草原區大型露天煤電基地的CVORE模型，包括5個子系統:基況、活力、組織力、恢復力及生態系統服務功能，提出了非常健康、健康、亞健康、不健康和病態5個景觀級別。

(1)

式中，C為基況;V為活力;O為組織力;R為恢復力;E為服務功能。

根據區域能源系統、生物系統與環境系統特征，構建了基于DPSIR的區域生態承載力評價體系，分別為準則層、因素層和指標層;準則層分為驅動力指標(D)、壓力指標(P)、狀態指標(S)、影響指標(生態系統服務I1和人類福祉I2)、響應指標(R)，選取了29個生態承載力指標;提出并定義了煤電區域生態承載力綜合指數(Ecological Carrying Capacity，簡稱ECC)。

ECC=ECCD+ECCP+ECCS+ECCI+ECCR

(2)

應用上述模型，分析了近年來呼倫貝爾和錫林浩特兩區域的生態承載綜合指數變化，如圖5所示。可以看出，兩區域生態承載力指數呈先下降后上升趨勢，與“十一五”和“十二五”2個五年規劃呈現出的規律相似，出現這種周期性現象可能與周期間的工業產業發展活動相關。總體來看，生態承載力呈好轉態勢。

3 生態修復關鍵技術研發

3.1 生態減損型采排復一體化技術

基于生態環境保護與修復的目標，從露天開采工藝選擇、設備選型、邊坡角度、開采參數、開采程序、開拓運輸系統、總平面布置、產業鏈銜接等方面開展集成優化研究，構建了生態減損型采排復一體化技術體系，如圖6所示。

基于寶日希勒露天煤礦外圍剝離為主的生產組織方式和季節性顯著的作業方式，優化了以逐臺階剝采為主的工作幫開采程序(圖7)和年度露煤時間(圖8)，提出了多煤層差異露煤的工作幫開采程序，在保證露天礦采場儲備煤量的前提下顯著縮短了排土場與采場的追蹤距離(表1)，縮短剝離物內排運距150 m，節約運輸費用2 000萬元/a，同時為排土場生態修復多創造場地近0.467 km2。

圖5 呼倫貝爾市和錫林郭勒盟2005—2015年區域生態承載 力指數變化Fig.5 Regional ecological carrying capacity index movement between 2005 and 2015 of Hulunbeir and Xilingol

圖6 生態減損型采排復一體化技術體系Fig.6 Mining-dumping-reclaiming technology system based on ecological damage reduction

圖7 季節性剝離條件下逐臺階工作幫開采程序Fig.7 Working slop mining procedure under seasonal casting condition

圖8 多煤層差異露煤露天礦工作幫開采程序Fig.8 Working slop mining procedure of multi coal seam

表1 3號煤層增加露煤次數效果
Table 1 Effect of No.3 coal seam exposed coal times

參量方案3號煤層1次露煤3號煤層2次露煤效果12號煤儲備煤長度/m275275無變化12號煤儲備煤量/Mt18.3018.3012號煤底板平盤寬度/m180130-503號煤儲備煤量長度/m275120-1553號煤儲備煤量/Mt4.62.0-2.6總儲備煤量/Mt22.920.0-2.9端幫平均運距/m1 6001 450-150

在工作幫開采程序優化的基礎上，以資源賦存條件和露天礦生產能力需求為約束優化露天開采設備選型，將露天礦主要運輸設備由額定載重16 t公路型卡車改為額定載重60 t的寬體車，減少排土工作線長度需求36%，提高了排土工作面的集中度和內排土場工作幫坡角，為生態修復盡快創造空間條件。同時，研發了煤電基地剝采排物料時空調配技術，在滿足生態修復關鍵物料排棄層位需求的前提下，優化剝離物的排棄位置和運輸路徑，加速內排跟進和臺階到界，縮短露天開采區的生態系統破壞-修復周期。通過生態減損型采排復一體化技術應用，近3 a寶日希勒露天煤礦采場占地面積減少約1.813 3 km2。

基于露天礦開采時效邊坡理論，構建了軟巖邊坡平面和圓弧兩種失穩模式的時效穩定性評價模型[11-12]。邊坡內有確定滑面及垂直裂面時，其穩定系數計算公式為

(3)

式中，A0為軟弱層瞬時剪切模量，MPa;L為滑面長度，m;W為滑體重力，kN;β為滑面與水平的夾角，(°);U為滑面上水壓力，kN;V為垂直裂隙上的水壓力;δ，a為試驗常數;γ為剪切應變，%;γs為軟弱巖層的蠕變存在的破壞應變，%;H為抗拉強度，MPa;t為剪切歷時，d。

邊坡內有確定滑面無垂直裂面時，邊坡穩定系數計算公式為

(4)

對于平面滑動，軟巖邊坡穩定系數Fs為關于時間t的負指數函數，即隨著t的增大，Fs逐漸減小，且減小的速率逐漸變慢。

基于Fellenius條分法改進的圓弧滑坡時效穩定系數計算公式為

(5)

基于Bishop法改進的圓弧滑坡時效穩定系數計算公式為

(6)

式中，E,T為條塊垂直界面上的水平反力和剪切反力。

從圓弧滑動的時效穩定性計算公式可以看出，其穩定性變化規律取決于黏聚力和內摩擦角2個力學參數的時效強度，揭示了漸進破壞過程中的時效穩定性分析原理，建立了滑體發育過程的時效穩定系數迭代計算模型，揭示了平面和折面滑坡在漸進破壞過程中的時效穩定性變化規律;隨著露天開挖深度的不斷加大，端幫邊坡穩定系數呈負指數規律下降。

3.2 水資源一體化保護技術

區域煤炭開采主要存在兩種模式:一是煤層埋深相對較淺的露天開采模式(埋深一般小于100 m，如寶日希勒露天煤礦);二是煤層埋深相對偏深的井工開采模式(埋深一般大于200 m，如敏東一礦);煤炭開采模式的不同必然引起地下水失水類型及其水資源保護途徑的不同[13-15]。為此，分別針對露天和井工開采模式研究形成了相應的水資源一體化保護技術。

對于露天開采模式，由于地層的剝離導致地下含水層被直接切斷，地下水被大量疏排至礦坑內;傳統做法是將疏排水轉移至蓄水池等構筑物專門儲存，并供生產和綠化復用，從一定程度上實現了礦井水資源的儲存與利用，但其實際人為疏放了地下水，不僅會導致區域地下水位大幅下降，也會因較強的蒸發強度造成蓄水流失。基于此，研究提出了露天礦內排區近地表含水層-地面水庫-地下水庫的立體儲水方法，如圖9所示。即，充分利用采、排、復一體化作業流程，在內排土場對應地面和地下分別構建不同介質類型的儲水空間;坑底鋪設人造礫石或儲水管涵構建地下水庫，近地表排復剝離的大粒徑地層土/石料重構含水層，地表塑形與碾壓筑壩，構建小型水庫或蓄水池;合理解決了礦井生產用水與生態保水需求。

圖9 基于生態保護的露天礦地面—地下聯合立體儲水模式Fig.9 Surface-underground water storage model of open-pit mine based on ecological protection

3.3 土壤重構與植被恢復技術

3.3.1煤電基地土壤重構技術

開展了露天礦內排場原位試驗和實驗室壓實固結試驗，利用CT圖像構建二維模型反映真實的一般試樣的三相分布，建立塊石分布一致且具有一定空隙率的數值模型，實現基于圖像的滲流數值仿真，揭示了內排土場松散物料在不同壓力-含水率下物理力學性質隨時間的變化規律，重塑巖體滲水性變異對地下水恢復的影響規律，如圖10～13所示。

圖10 土巖混合體密度與固結壓力關系Fig.10 Relationship between density of soil-rock mixture and consolidation pressure

圖11 不同含石量的應力-應變關系曲線Fig.11 Stress-strain relationship curves with different rock contents

圖12 壓實對土壤滲透特性的影響(累計入滲量和不同深度 體積含水量)Fig.12 Soil permeability effect of vary compaction (accumulated infiltration and volume water content at different depths)

數值模擬表明，在圍壓不低于300 kPa時，重塑樣在三軸剪切試驗過程中表現為剪縮性，在單軸壓縮試驗下表現為剪脹性;相同圍壓下，重塑樣的峰值強度隨含石量的升高而增加，且隨著軸向應變的增加，高含石量試樣的曲線會較快的從線性變形特征轉變為塑性變形特征。

針對表土稀缺難題，開展了不同土壤配比試驗研究。研究表明，1∶1的黏土和沙土配比下，植物的生物量最高，水分蒸發速率與表土最為相似，可作為表土代替品;沙土與黃土質量比為3∶1，且同時接種AM真菌條件下，可以有效改善黃土基質不適宜植物生長這一缺陷，為露天礦區排土場黏土改良提供了新途徑;砂煤混合基質能提高土壤基質的肥力和穩定性，并能提高土壤水分與有效養分。表土替代材料試驗表明，表土∶黃土∶亞黏土質量比為2∶2∶1時，試驗組紫花苜蓿出苗率、株高及生物量均較高;勝利礦區表土替代材料室內實驗得到，最優組合為蛭石∶秸稈∶硝基腐殖比例為49.5∶50∶0.5。

圖13 排土場土石混合體Comsol滲流模擬Fig.13 Comsol seepage simulation of soil-rock mixture in waste-dump

3.3.2煤電基地植被修復技術

經過實驗室試驗和現場觀測研究，篩選出優勢、耐寒旱的防風固沙植物21種(灌木7種、草本14種)和微生物12株(解磷細菌5株、解鉀細菌2株、叢枝菌根真菌5株)，研發了AM菌劑培養材料(沙土∶蛭石∶珍珠巖∶風化煤1∶1∶1∶1)與保育方法;提出了土壤提質增容有機生物改良技術;開展了6種土壤基質進行提質增容實驗和微生物改良實驗，通過6種土壤基質(表土;黏土;沙土;黏土∶沙土1∶1;黏土∶沙土1∶2;黏土∶沙土1∶3)試驗比較，研究發現黏土∶沙土1∶1配比土壤提質增容效果最好，接菌F.m+黏土∶沙土1∶1對植株生長效應最好，通過吸附熱力學研究發現，黏土及黏土沙土混合基質都能較好的擬合等溫吸附線，其中，黏土∶沙土1∶1在3種混合基質中固定磷元素最多;通過解吸率和解吸量的等溫解吸曲線發現，黏土∶沙土1∶1混合具有最接近表土的解吸率，同時解吸量最大;黏土和沙土1∶1，如圖14所示。此混合基質可作為表土替代材料，能夠有效緩解神寶礦區表土稀缺的問題[16-18]。

圖14 6種土壤基質提質增容試驗結果對比Fig.14 Comparison of the results of six kinds of soil substrate extraction and compatibilization test

開展了多組基于生物炭的重構土壤改良室內試驗，試驗結果表明:采用H2方案(表土20%，巖土剝離物60%，煤矸石10%，粉煤灰10%)，在施用500 ℃的生物炭每盆24 g的條件下，苜蓿生長最優，見表2。

3.4 煤電基地仿自然地貌景觀修復技術

通過草原煤電基地景觀生態格局整體優化與排土場關鍵景觀組分建設，緩解草原煤電基地景觀破碎、生態結構缺損與功能失調等景觀生態環境問題。

表2 多組基于生物炭的重構土壤改良室內試驗結果對比
Table 2 Comparison of test results of reconstructedsoil improvement based on biological carbonmm

方案葉長葉寬高度H2-300-69.788.2257.2H2-300-1210.008.7863.8H2-300-24000H2-400-611.6710.2263.1H2-400-1210.338.3357.1H2-400-249.448.0061.9H2-500-69.678.4457.1H2-500-1210.448.8968.7H2-500-2411.8910.0078.3

基于形態學空間格局分析，研究優化得出農牧礦交錯帶景觀連通度距離閾值為1 100～1 400 m;基于最小累計阻力面模型，選取景觀類型、植被覆蓋度、坡度、建筑用地和露天采坑等4種影響因素構建阻力面，優化煤電基地景觀生態網絡，通過多個排土場綠化建設與現存防風林連點補缺，增加生態源地斑塊8個，生態廊道20條，以達到連通源地、阻隔粉塵、促進物種擴散，提升景觀功能的目的[19-20]，如圖15所示。

基于草原地貌、水土流失特征和大型排土場場區局限，研究提出兩種邊坡整形模式，一是斜坡式整形:將排土場終了臺階邊坡由33°削為11°左右，設置擋水墻，截、排水溝;二是波浪式整形:將排土場終了臺階邊坡由33°削為11°左右，平臺外邊緣增加反坡(3°～5°)、反坡內側增設寬淺溝，如圖16所示。

圖15 錫林浩特礦區綠色基礎設施景觀生態網絡構建Fig.15 Construction of green infrastructure landscape ecological network in Xilinhot mining area

圖16 排土場邊坡整形前后對比Fig.16 Comparison of slope shaping in dump yard

通過時序SAR數據高精度實時監測和基于混沌理論和二階Volterra自適應濾波的預測模型，監測內排土場沉降，分析沉降規律以及下沉系數，應用于重塑地貌的土方量估算，為工程設計提供依據;對比參照區，通過對區域氣候、土壤、植被和巖性等數據進行統計分析，為仿地貌重塑參數設計提供數據支撐;采用全站儀與低空無人機獲取勝利礦區自然邊坡中緩坡部分DEM數據，統計得到自然緩坡部分的地形特征參數，針對內排土場與自然區的銜接區地形突變，提出了可有效控制重塑地貌穩定性，并與周邊自然地形景觀相協調的內排土場全生命周期仿自然地貌重塑技術[21]。

4 技術集成示范與區域調控模式

4.1 煤電基地區域關鍵技術集成示范

采用系統分析方法，以兩處示范工程基地生態修復技術需求為導向，集成示范項目研發的15項關鍵技術，完成了寶日希勒礦區、北電勝利礦區示范工程區域劃分，編制了示范工程設計報告。其中寶日希勒示范區面積4.667 km2，采用的技術包括生態減損型采排復一體化、水土保持、植被修復和近自然地貌重塑等。在寶日希勒礦區開展復墾綠化技術試驗驗證面積0.64 km2，其中生態減損型采排復一體化技術試驗0.18 km2、土地整治與重構技術試驗0.133 km2、植被恢復技術試驗0.187 km2、景觀功能提升技術示范0.14 km2。勝利礦區示范區面積5.333 km2，采用的技術包括采-排-復一體化、水土保持、植被修復和近自然地貌重塑等。在勝利礦區開展復墾綠化技術試驗驗證面積0.599 km2，其中生態減損型采排復一體化技術試驗0.086 km2、土地整治與重構技術試驗0.373 km2、植被恢復技術試驗0.052 km2、景觀功能提升技術試驗0.087 km2。

4.2 煤電基地區域生態調控模式構建

綜合考量區域生態安全的自然環境特征、人類干擾、潛在影響因素，從自然生態、干擾脅迫2個方面，構建了區域生態安全評價指標體系。基于生態安全格局分析結果，考慮錫盟植被、土壤、氣候、土地利用等因素，提出了將全盟劃分為6個生態分區的區域生態調控模式，即核心保育區、生態管護區、傳統利用區、生態恢復區、退耕還林還草區、沙源治理區[22-23]。

采用該方法，計算得出錫林郭勒盟2000,2010和2015年生態安全指數，錫盟生態安全指數整體呈現下降趨勢;生態安全空間格局差異顯著，高度安全區基本穩定，低度安全區面積不斷擴大，主要原因在于人口增長和快速城市化進程促使錫盟土地利用/土地覆被發生變化，人為活動的影響迫使生態系統承受更大壓力，導致生態穩定性降低，生態安全指數下降，同時退耕還林還草工程、京津風沙源治理工程的實施，改善了部分區域的生態安全指數。

錫林郭勒盟2000,2010和2015年生態安全格局表明，在南北方向上，2000年呈現凸形，且北高南低，生態安全水平較高;2010年和2015年曲線呈現上升態勢，表明生態安全格局變化較大;在東西方向上，2000,2010和2015年曲線狀態一致，表明東西方向生態安全變化不大。主要原因是:北部主要為草甸草原和典型草原，植被覆蓋較高，生態系統自恢復能力較強，生態安全水平較高;南部主要為荒漠草原，生態系統較為脆弱，植被覆蓋度低，土壤基質不穩定，風沙大，人為活動影響加劇了其不安全水平。

進一步分析表明，城市化程度、農牧開墾強度、礦區開采強度是影響錫林郭勒盟區域生態安全的主要影響因子。煤炭開發初期對區域地表植被造成了一定損傷，區域生態評價結果較差，但隨著區域生態修復治理力度加大，煤炭開發區域(如排土場、工業場地等)往往優于周邊草地區域，區域生態評價結果上升。因此，有必要研究通過革新煤炭開采工藝，如采用采排復一體化，減少生態修復周期，同時針對區域表土匱乏特征，利用排棄巖土剝離物，研制表土替代工藝和材料，優選適宜植被，加快區域生態修復，促進煤炭開發與生態保護相協調。

5 結 論

(1)初步揭示了東部草原區煤電基地開發對生態要素(水、土和植被)的影響邊界和程度，構建了區域生態安全評價方法。

(2)提出了基于生態保護的采排復一體化技術體系，構建了軟巖邊坡平面和圓弧兩種失穩模式的排土場邊坡時效穩定性評價模型，建立了滑體發育過程的時效穩定系數迭代計算模型。

(3)提出了面向地面植被的近地表含水層再造、利用采場底部和臺階建設儲水空間的的露天礦地面—地下聯合的儲水模式。

(4)開展了露天礦內排場原位試驗和實驗室壓實固結試驗，揭示了不同時間尺度下土壤理化性質的變化，研究提出了表土替代方案。

(5)篩選了本地優勢植被物種，研發了AM菌劑培養材料，有助于改進土壤基質和提質增容。

(6)提出了排土場邊坡整形模式，基于最小累計阻力面模型，研究優化了農牧礦交錯帶景觀連通度和景觀生態網絡，提升了景觀功能。

(7)開展了區域技術集成示范，提出了區域生態功能區域劃分，初步構建了區域生態調控模式。

致謝感謝項目跟蹤專家李秀彬研究員、趙學勇研究員對項目的指導，感謝付曉研究員、杜文鳳教授、尚濤教授、張建民教授級高級工程師、李樹志研究員、畢銀麗教授、雷少剛教授、陸兆華教授以及項目所有參研人員的參與和付出。