主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

矿区土地复垦与生态修复研究进展专题

来源:煤炭科学技术

党的十八大以来,国家把生态文明建设放在突出地位,其中,“绿水青山就是金山银山理念”作为核心理念和基本原则全面贯彻到生态文明建设的各项制度之中。煤炭作为我国的主体能源,在为国民经济发展提供重要能源保障的同时,也引发了挖损、塌陷、压占、污染等土地与生态环境问题,并带来崩塌、滑坡、泥石流、植被退化、区域生态环境恶化与村庄搬迁等系列影响,生态环境问题及社会矛盾比较突出。根据中国地质调查局2016年度《全国矿山地质环境调查报告》,截至2015年,已复垦治理采矿损毁土地约86万hm2(1 290万亩),仍有214万 hm2(3 210万亩)未复垦。其中,塌陷区面积56万hm2 (840万亩),采矿场损毁土地122万hm2(1 830万亩),固体废弃物堆放损毁土地36万hm2(540万亩)。土地复垦与生态修复不仅能有效再利用因采矿而破坏的土地,而且有利于生态环境的恢复和改善,是实现矿区经济绿色发展的必经之路。自1989年1月1日《土地复垦规定》颁布后的20年里,我国主要对东部高潜水位矿区进行了大量复垦技术研究和实践。近10年来在西部采煤沉陷地治理的研究得到重视,并取得飞速发展。尽管我国的土地复垦与生态修复工作取得了诸多成效,但矿山土地复垦与生态修复率仅20%左右,绿色矿山的建设任重而道远。

为进一步推进煤炭资源开发过程中的生态环境保护与恢复治理,推动矿山土地复垦与生态修复新技术、新成果的转化应用,《煤炭科学技术》在本期策划出版了“矿区土地复垦与生态修复研究进展”专题,特邀中国矿业大学胡振琪教授和浙江大学肖武研究员担任专题主编,经过严格的审稿、编校,刊登论文18篇。专题内容涉及煤炭工业绿色发展理论思考、区域生态安全格局分析与生态环境损伤评价、采煤沉陷地监测与预测、矿山固体废弃物治理、土壤与植被恢复等方面的研究成果,研究区涵盖了西部生态脆弱矿区、黄土高原矿区、东部高潜水位矿区。衷心感谢各位专家学者为专题撰稿,特别感谢胡振琪教授和肖武研究员给予的帮助和支持!

行业视野

环境保护

类别

73个

关键词

77位

专家

18篇

论文

1623IP

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  • 作者(Author): 胡振琪, 肖武

    摘要:煤炭工业正面临着前所未有的环境压力。在生态文明建设、绿色发展已经成为国家战略的新形势下,作为我国主要能源的煤炭工业一定要走绿色发展的道路。从煤炭开采对环境影响的不可避免性和严峻性以及国家绿色发展战略要求的紧迫性等方面阐述了煤炭工业绿色发展的必要性和紧迫性。从主动履行生态修复义务、全生命周期生态修复、开采与环境保护协同发展、边采边复、差异化治理、清洁循环利用和创新发展等方面提出了煤炭工业绿色发展战略的几点思考。认为主动履行生态修复义务是绿色矿山建设的前提,贯穿地质勘探、矿山设计、矿山生产、闭矿4个阶段的煤炭资源开发全生命周期生态修复是实现整体保护系统修复的基础,采复一体化与差异化的治理战略是确保绿色矿山高效建设的保障,清洁利用与创新发展是绿色矿山建设与可持续发展的动力。建议将企业主动履行生态修复和实施绿色开采作为衡量矿山是否是绿色矿山的2大核心指标;全生命周期生态修复、边采边复和差异化治理作为绿色发展的核心战略;以协同发展、创新发展作为绿色发展的核心理念。在矿山设计与生产计划中增加生态修复与绿色开采内容作为当前绿色发展迫切要解决的问题。
  • 作者(Author): 卞正富, 雷少刚

    摘要:为提供新疆煤炭资源保护性开发与开采的研究对策,促进新疆煤炭资源开发与环境相适应,总结分析了我国煤炭能源基地建设规划和新疆煤炭资源赋存特征、自然生态环境条件和现有开采方法特点。分析表明,新疆地理环境特殊,与中东部地区存在较大的差异,影响采矿后环境变化的地质条件与特征不明;煤炭开采引起覆岩活动与地质灾害规律不清;煤炭开发与环境的相容性以及可采性不确定。研究新疆煤炭资源开发开采的环境效应,需要重点考虑煤炭资源开发与自然生态环境的相容性、采矿方式影响生态要素及系统的可逆性、考虑资源环境价值的煤炭资源的可采性这3类关键问题。因此,针对新疆煤炭资源与生态环境协调开发的研究不充分及区域环境容量已对煤炭资源开发规模与布局形成倒逼机制的形势,提出了新疆煤炭资源宏观开发策略与微观开采技术相结合的策略,重点需要加强新疆煤田资源赋存特征、水文循环与水资源转换特征、生态环境脆弱特征研究,划分出煤炭资源-水资源-自然生态环境组合类型;煤炭开采引起覆岩活动与地质灾害规律、生态环境损伤机理及综合考虑资源环境价值与技术经济条件的新疆煤炭资源可采性研究的建议。这些研究成果对于优化煤炭产业布局、制定合理的煤炭开发规划、选择合适的开采方式、因地制宜划定生态红线,同时对加大矿区生态环境保护力度,研究推广矿山绿色开采技术,促进新疆煤炭产业可持续发展将具有重要的现实意义。
  • 作者(Author): 毕银丽, 郭晨, 王坤

    摘要:煤炭开采造成大量的沉陷区及废弃地,亟待进行土地复垦,而土壤改良是土地复垦的关键和基础。我国煤炭开采大多集中于西部干旱半干旱区域,经过采煤扰动后土地极度退化,自然恢复困难,通过人工手段恢复是目前土地复垦主要的研究方向。人工恢复的关键点是对土壤的改良,提高土壤肥力,改善土壤结构,丰富微生物功能群,进而提高人工恢复的效率。综述了生物改良内涵,分析了矿区土壤改良的影响因素,植被恢复和微生物修复对土壤改良的影响,介绍了现代监测方法高光谱遥感对复垦土壤和植被的监测应用情况。总结了目前自然演替及人工演替下土壤的变化情况、影响因素、作用机制,植被、微生物在随复垦时间延长而对土壤改良的贡献,微生物复垦新技术在土地复垦中的应用以及高光谱遥感在土壤和植被的快速无损监测中的应用方法。归纳出植被恢复、微生物群落功能增强与土壤改良是相互促进的,人工复垦能加快植被恢复速率,增加土壤结构优化及养分积累,促进微生物及土壤酶活性。以丛枝菌根真菌为代表的菌根真菌对复垦区植物的生长生理特征有显著的促进作用。微生物技术的应用是高效、低成本人工生态修复的有效手段,高光谱监测已经在土壤质量和植被长势等方面取得广泛应用,对于矿区生态环境的可持续发展具有深远的现实意义。
  • 作者(Author): 李树志, 李学良, 门雷雷, 赵晗博, 郭孝理

    摘要:高潜水位平原矿区采煤沉陷范围广、深度大,积水严重,土地利用条件相对复杂。为科学指导该区域采煤塌陷地综合治理的设计与施工,以济宁市为例,通过收集济宁市辖区内各矿地质采矿资料、现有观测成果以及土地利用现状资料,在充分掌握采煤塌陷地损毁现状的基础上,利用概率积分预计软件对济宁市截至2020年的采煤沉陷情况进行了分区块科学预测,并确定了土地损毁程度与工程治理边界的界定标准。基于济宁市采煤塌陷地损毁特征,在科学确定土地单元利用方向的基础上,提出了适合济宁市采煤塌陷地的综合治理模式。结果表明:随着煤炭资源的开采,地表沉陷深度与塌陷范围逐步扩大,不同区域土地损毁特征显著不同;确定了影响济宁市采煤塌陷土地利用的主要影响因素有地面坡度、塌陷类型、地下水埋深、复垦难易程度、沉陷稳定性5项自然因子指标和城镇区位、交通条件、水源条件、政策导向、已治理区现状5项社会经济因子指标,从农业综合治理、生态综合治理、城市功能建设3个角度获得了土地利用评价成果;将济宁市采煤塌陷地分为东部矿区生态景观治理区、中部矿区城市功能开发治理区、西北部矿区农业综合治理区、南部矿区环湖特色产业治理区4个治理区,优化了治理区的治理利用方向与区域土地利用结构,实现了节约集约用地,促进了区域可持续发展。
  • 作者(Author): 胡海峰, 廉旭刚, 蔡音飞, 张凯

    摘要:山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特征,以及山西采煤沉陷损伤规律的土地复垦与生态重建技术,构建山西省黄土丘陵采煤沉陷地复垦技术模式显得尤为重要。分析了黄土丘陵采煤沉陷区的地表破坏的类型、形成机理及影响因素,结合黄土丘陵地貌分析研究了开采对地表水资源分布及沉陷区土地及植被的影响和破坏。地下采煤形成的覆岩及地表裂缝为水资源运移和流失提供了通道,采排矿井水对土地造成了污染,采动土地破坏及地表水土流失的加剧,是造成地面生态植被破坏的主要原因。对于采动生态环境破坏,采煤岩土体损害是根本,水资源和植被的破坏为开采损害的延续性影响,而单一类型的损害修复方法无法达到良好的修复状态,因此提出了以地形修复、水资源保护、植被重建等相结合的黄土丘陵沉陷区生态修复技术。通过山西某矿区黄土丘陵地表的土地复垦实践,证明了黄土丘陵沉陷区结合地形条件和生态环境的土地复垦技术的有效性及适宜性,研究成果对山西黄土丘陵矿区的地下开采与生态环境的恢复具有重要的指导意义。
  • 作者(Author): 张合兵, 张克, 刘培, 于志远, 赵嘉伟

    摘要:为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993—2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。
  • 作者(Author): 包玉英, 马晓丹, 赵旭鹏, 莫莉, 张晓东, 屈翰霆

    摘要:研究东部草原区大型煤田持续开采活动对采坑周边土壤微环境的影响,探索采矿时空序列梯度对生态的扰动机制,为进一步解决矿区生态环境问题提供基础数据。以宝日希勒露天煤矿北侧矿外自然草地区为研究对象,以距采坑的距离为干扰的强度梯度、开采推进的时间为干扰的时间梯度,设置距采坑最远的样点C3为对照,通过测定不同土层中的土壤微生物数量、酶活性和土壤理化,探索露天采煤扰动条件下,草原生态系统中土壤生物活性的时空异质性。结果表明:①随着扰动强度的提高,土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性,以及土壤含水量、全氮含量均减少或降低;相反土壤铵态氮和速效磷的含量提高。②随着干扰时间的延长,开采扰动对放线菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、土壤含水量、铵态氮、速效磷和全氮的影响增强,而对细菌和真菌数量的影响降低。③在露天煤矿开采的时间梯度与距离梯度交互影响下,土壤微生物及土壤酶活性均有一定响应,并且随着干扰时间梯度的减小,土壤生物活性的响应程度下降,而土壤因子的响应变化不同,只有个别因子与土壤生物活性具有相关性。
  • 作者(Author): 许丽, 丰菲, 刘莹, 杨宇平, 郑雯丹

    摘要:为了得到灵武矿区枣泉煤矸石山生态修复初期优化的植被配置模式,以及影响植物物种多样性的土壤化学因子。通过野外调查结合重要值、α多样性指数和群落相似性系数,对枣泉煤矸石山平台人工重建的乔木林、乔灌木混交林和灌木林3种植被配置类型的植物种类组成、群落结构及α多样性指数的变化,以及各指数与土壤化学因子间的相关关系进行研究,并以矸石山周边自然地貌上的植被为对照。结果表明:①枣泉煤矸石山3种植被配置类型的样地共有植物8科22属24种,菊科植物7种,占总物种数的29.17%;藜科植物6种,占总物种数的25%;豆科和禾本科植物均为4种,各占16.67%。②3种植被配置类型林下多年生草本植物种数占草本层总数的比例大小顺序为:乔木林地(50.00%)>灌木林地(46.67%)>乔灌混交林(38.46%),自然地貌的多年生草本植物占其草本层的比例为68.75%。③3种植被配置类型中灌木林地草本层植物种Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数、Patrick丰富度指数和Pielou均匀度指数数值均为最高。④土壤碱解氮与各指数间相关性最高,说明土壤碱解氮含量对植物物种多样性的影响作用较大。⑤3种植被配置类型中乔木林地草本植物种类组成在科、属及种的层次上与自然地貌草本植物组成相似性最高,其林下草本植物盖度、密度、生物量、土壤含水量、土壤有机质和全氮含量均高于乔灌木混交林和灌木林。枣泉煤矸石山生态修复初期3种植被配置类型中乔木林地配置模式较为适宜,且影响植物物种多样性的土壤化学因子主要为土壤碱解氮。

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