內蒙古生態脆弱區土地損毀現狀及治理措施研究*

溫建忠，趙會國，張洋洋，楊麗娜

(1.內蒙古蒙東能源有限公司，內蒙古 呼倫貝爾 021000；2.中煤科工生態環境科技有限公司，北京 100013；3.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

煤炭開采為我國能源供應提供了保障，但同時，也造成了土地損毀、區域植被退化等生態問題，煤炭開發與生態保護矛盾日漸突出，對生態環境造成了不小的威脅[1]。敏東一礦坐落在我國生態安全“兩屏三帶”的北部防沙帶，受氣候條件制約，具有酷寒、半干旱、土壤貧瘠等生態脆弱性特征。煤炭開采過程中會對草原造成破壞，致使草原面積逐年減少，生態恢復是亟待解決的問題[2]。特殊的區域環境，決定了草原損毀土地整治措施的特殊性和復雜性[3-6]。

白中科提出地貌重塑、土體再造和植被重建是工礦區土地復墾與生態重建的基礎工程和生態系統穩定的關鍵技術；胡振琪對我國土地復墾與生態重建進行了展望；李樹志提出了矸石充填復墾、就地取土復墾的剖面構建方法及區域農業景觀再塑技術，介紹了采煤沉陷區次生濕地生境、植被景觀、人工景觀構建技術與水質修復方法[7-10], 本文在專家學者的理論基礎上，通過對草原生態脆弱區井工礦開采對地表不同損毀形式的調查，提出了草原生態脆弱區不同損毀形式的土地整治措施。

1 研究區概況

礦區位于大興安嶺山地西北坡，地處大興安嶺丘陵向呼倫貝爾高平原的過渡帶，礦區土壤處于黑鈣土向暗栗鈣土過渡帶，區內主要地帶性土壤有黑鈣土、暗栗鈣土，非地帶性土壤主要有草甸土、沼澤土和風沙土，腐殖質層厚度約20～50 cm，土壤肥力水平整體較低，有機質含量少，持水保肥能力差，多年平均降雨量347.7 mm，年平均蒸發量1 050.0 mm，凍結期由10月至翌年的5月初，最大凍結深度3.89 m，無霜期95 d，區內地貌形態類型為丘陵，地形變化不大，呈由東向西降低的單傾斜趨勢，地形坡度較小(5°～10°)，海拔標高680～740 m。

2 礦區土地損毀形式現狀

2.1 地表損毀形式

地下煤層被采出后，形成采空區，導致周圍巖體原始應力平衡狀態發生破壞,在應力重新調整到新的平衡過程中,上覆巖土層在空間和時間上發生移動、變形，形成沉陷盆地。敏東一礦礦區開采造成的地表沉陷表現形式主要是在牧草地上的沉陷、隆起及地表裂縫，由于沙質松散層的特點，地表一般不會形成積水，如圖1所示。

圖1 沉陷區裂縫和隆起現狀

由于皮帶運輸走廊下長期光照少，且有大量的牲畜在此地乘涼、穿過的原因，皮帶運輸走廊占用的土地地表土壤已呈現沙化趨勢，無植被覆蓋，如圖2所示。

圖2 皮帶運輸走廊占用土地現狀

2.2 地表損毀土地的土壤特性

從研究區內新產生的沉陷區裂縫、隆起、皮帶運輸走廊占用等土地損毀形式，分別采樣進行研究，根據樣點數據的可獲取性、礦區場地類型，結合當地實際，采用梅花型布點法確定采樣點位置，每個樣點分土壤表層0～20 cm和20～40 cm分層取樣，每層各取三個混合樣，用土鉆采樣。土壤養分分析指標為全氮、有機質。沉陷區和皮帶運輸走廊占用土地全氮、有機質對比分析圖如圖3～圖6所示。

圖3 沉陷區全氮對比分析圖

圖4 皮帶運輸走廊占用土地全氮對比分析圖

圖5 沉陷區有機質對比分析圖

圖6 皮帶運輸走廊占用土地有機質對比分析圖

由圖3可知，沉陷區0～20 cm土層中土壤全氮含量普遍在1.85～2.56 g/kg之間，屬于1～2級豐富，20～40 cm土層中土壤全氮含量普遍在0.86～1.79 g/kg之間，屬于3級中等。由圖4可知，皮帶運輸走廊占用土地0～20 cm全氮含量主要分布在0.12～0.53 g/kg之間，20～40 cm土層中土壤的全氮含量主要分布在0.14～0.9 g/kg之間，屬于6級極缺。沉陷區0～20 cm土層腐殖質含量高，所以0～20 cm土壤全氮含量一般高于20～40 cm土層。皮帶運輸走廊占用土地的地表土層已經沙化，無植被覆蓋，所以0～20 cm土壤全氮含量偏低。

由圖5可知，沉陷區0～20 cm土層中土壤有機質含量普遍在3.40～4.62 g/kg之間，20～40 cm土層中土壤有機質含量普遍在1.64～3.26 g/kg之間，屬于6級極缺。0～20 cm土層腐殖質含量高，所以0～20 cm土壤有機質含量一般高于20～40 cm土層。由圖6可知，皮帶運輸走廊占用土地0～20 cm和20～40 cm土層中土壤的有機質含量主要分布在1.48 g/kg以下，屬于6級極缺，皮帶運輸走廊占用土地的地表土層已經沙化，無植被覆蓋，所以0～20 cm土壤有機質含量偏低。

3 礦區損毀土地整治技術

敏東一礦礦區沉陷區被破壞的土地類型為牧草地，地表土層厚度為20～50 cm，在采動破壞的影響下，表土極易沙化、不易恢復，因此，提出輕擾動的裂縫和隆起協同治理模式，分為工程治理技術和生物治理技術。

3.1 工程治理技術

3.1.1 地裂縫治理技術

地表穩沉后的永久性裂縫很難自愈，長時期內將對生態環境造成不可逆的破壞，針對敏東一礦礦區土地荒漠化的特點，盡量減少對裂縫兩側原生牧草地的擾動，對裂縫進行充填，采用細沙和水(比例3:1)對裂縫進行充填，直充至距地表20 cm，利用小型機械設備在隆起區取土，對裂縫進行表土覆蓋，采用人工和機械相結合的方式對平整后的表土進行必要的碾壓，使其達到天然土壤的干密度，減少后期下沉，地形與原地貌保持一致，在覆土表面進行植被恢復，如圖7所示。

圖7 水平開裂裂縫治理技術示意圖

3.1.2 隆起治理技術

(1)表土剝離

在施工前需將隆起高度在30 cm以上部分全部剝離，主要以人工治理方式為主，為防止水土流失采取一定的防護措施，盡可能的保護原表土，填充至裂縫表面。

(2)土地平整

隆起高度在30 cm以下的直接耙平，采用人工和機械相結合的方式對平整后的表土進行必要的碾壓，碾壓至天然土壤的干密度，以減少下沉。

3.1.3 皮帶運輸走廊占用土地治理技術

(1)場地清理

對皮帶運輸走廊治理區內的建筑垃圾進行清理，皮帶運輸走廊正下方及兩側2 m以內人工清理，其他區域人工配合機械清運。

(2)土地平整

牲畜經常穿過廊道，通過道路到達對面草場活動，并且在炎熱夏季長期集聚在輸煤廊道下乘涼，對地面踩踏嚴重，導致地面硬度過大，影響植被的生長，利用小型機械進行表土松平，改善地面硬度，厚度30 cm，對皮帶運輸走廊正下方及兩側2 m范圍內人工平整。

3.2 生物治理技術

3.2.1 土壤改良

皮帶運輸走廊占用土地地表土壤已經呈現沙化趨勢，根據對地表土壤特性的檢測，全氮和有機質含量均較低，所以對地表土壤首先采取土壤改良措施，利用電廠堆積風化超過3個月的粉煤灰(用量10 kg/m2)與腐殖酸(用量0.5 kg/m2)，采用小型機械將其與30 cm厚沙土摻拌混勻，以達到土壤改良的效果。

3.2.2 植被配置

(1)沉陷區植被配置類型

選擇適宜的草種是重建和恢復礦區生態系統的關鍵。植物種類的組成決定著人工植被能否形成，即能否成活、保存、正常生長、發育和能否發揮應有的功能。因此，針對治理區寒冷、風大、春季干旱的特點，依據沉陷區土壤特性及裂縫、隆起兩側植被類型，結合破壞前土地利用類型以及草種的生物學特性，堅持以鄉土草種為主，選種播撒牧草為宜。根據地帶性規律，用同一地帶適應性強的草種，充分利用豆科植物的固氮優勢，采取豆科牧草與禾本科牧草混播方式，選擇草種為豆科植物紫花苜蓿，禾本科植物沙生冰草、地榆及披堿草，植物特性如表1所示。

表1 沉陷區植物特性表

豆科牧草主要吸收土壤中的鈣、磷和鎂，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長過程中對土壤中養分的競爭。同時，豆科牧草具有固氮功能，不但可滿足本身的生長發育需要，還可提供禾本科牧草對氮素的需要，而且禾草對固氮產物的利用可促使豆科牧草的固氮作用增強。由于禾本科牧草根系較淺，主要集中在土層30 cm以內，豆科牧草根系較深，可達深度1～2 m，根系在空間上的分布差異，可降低地下水分和養分的競爭，提高草地的生產力，有利于土壤肥力的恢復。

(2)皮帶運輸走廊占用土地植被配置類型

皮帶運輸走廊靠近礦區進場公路，可進行景觀植被配置，采取喬-灌-草混合模式的種植方案，樟子松有龐大而健壯的根系和根菌，是水土保持的優良樹種，成活率高。播種固沙植物是最有效方法，直播施工方便，但見效慢，受降雨限制。植苗見效快，可人工澆水，但施工復雜，造價相對高，所以本區采用移栽樟子松、檸條兒、沙棘和播種固沙植物相結合的方式，改良后的土壤種植紫花苜蓿、黃花苜蓿、披堿草。植被特性如表2所示。

表2 皮帶運輸走廊占用土地植物特性表

草種必須是一級原種，有條件應進行根瘤菌接種和種子包衣，增加出苗率，根據敏東一礦礦區冬季漫長寒冷、雨雪稀少的氣候特點，最好在雨季來臨前或雨季搶墑播種，播種深度一般為2～3 cm為宜。

4 管護技術

對沉陷區和皮帶運輸走廊占用土地采取圍欄封育的方式，利用草庫倫網圍欄對復墾后的牧草地設置圍欄進行封育管理，嚴禁復墾恢復過渡階段放牧。對牧草稀疏的地方應在第二年及時補播，最好在雨季來臨前完成補種作業。礦區極端最低氣溫-39.9 ℃(1997年1月20日)，無霜期95 d，因此要特別注意防凍措施，防凍措施包括：(1)在適合季節種植，爭取在入冬之前培育成壯苗；(2)針對第一年種植的植被，可以在入冬前在地表覆蓋塑料布、草氈子等，以提高植物的抗凍能力。

5 結 論

通過對土壤養分指標全氮及有機質的化驗分析，沙化土壤的肥力下降明顯，根據地表的土地損毀現狀、土壤特性等提出有針對性的生態治理措施，包括工程治理措施和生物治理措施，將開采對地表土壤和植被的不利影響降到最小，達到既可以保障生態環境的美好、又可以促進礦山企業的健康生產。但是生態環境的恢復是一個長期的過程，所以在煤炭開采過程中，對生態環境的防治是重中之重。