淮南田集采煤沉陷地生态环境修复模式研究.pdf

安徽理工大学 硕士学位论文 淮南田集采煤沉陷地生态环境修复模式研究 姓名杨海燕 申请学位级别硕士 专业环境工程 指导教师崔龙鹏 20090601 摘要 摘要 淮南是典型的煤炭矿业城市，华东地区最大的能源工业基地。伴随“煤电一 体化’’建设，“三废一沉’’是“生态矿区“ 建设面临的突出生态环境问题。本研 究选择淮南兴盛型矿井区 淮河以北潘谢新矿区内 ，以淮南首个“煤电一体化“ 项目一田集电厂的大体积工业废物 粉煤灰 生态化处置，和潘集第一煤矿采煤 沉陷地土地复垦与生态重建为目的，研究探讨优化的“综合生态修复模式“ ，建 设“田集采煤沉陷地生态环境修复科技示范园’’。 本文在项目区社会经济评判，生态环境调查数据的综合分析基础上，对生态 环境修复技术进行综合评估，运用课题组对淮南粉煤灰生态化处置和矿区沉陷水 体生态环境风险评价的研究成果，结合笔者的田集电厂粉煤灰生态农业应用可行 性研究结论，研究构建“田集综合生态修复模式“ 即动态粉煤灰充填和多形式 非充填采煤沉陷地生态修复模式。 本人规划设计粉煤灰混合土壤覆土生态农业试验，在大体积粉煤灰充填复垦 背景下，研究其各类覆土情况下土壤特性与农作物生长特征，通过系统采样研究 粉煤灰中金属在植物生长过程中的生物可利用性。实验结果表明最佳的覆土厚 度是3 0 c m ，金属生物可利用性和食品安全评判符合相关标准。 本文以生态环境系统修复理念建立“田集模式“ ，建设“田集生态农业科技示 范园“ 。在动态粉煤灰充填采煤沉陷地，通过优化设计粉煤灰动态充填方案，发 展生态农业，尤其是综合周遍大面积水域开发，大力发展高附加值禽、牧养殖业 以及高架 立体 农业。在非充填采煤沉陷地，实施多形式土地复垦与生态重建 工程 疏排法、挖深垫浅、土地平整工程等 ，构建“农、林、牧、渔、禽“ 生 态农业景观，和“物质流、能量流’’循环生态体系。 最后，在一系列研究及探讨的基础上提出的两大修复模式将是淮南“生态矿 区“ 建设的依据，为采煤沉陷地实现可持续发展提供了有益的参考方案，对全面 推进淮南采煤沉陷地生态环境修复，建设“生态淮南”具有重要意义。 图2 7 个表2 7 个参8 2 个 关键词粉煤灰；环境效应；采煤沉陷地生态修复；矿区 分类号6 1 0 ．1 0 3 5 安徽理．T 大学硕士学位论文 A b s 仃a c t H u a i n a ni sat y p i c a lc o a l - m i n i n gc i t y ，a n da l li m p o r t a n te n e r g yi n d u s t r yb a s ei n e a s to fC h i n a ．N o w , a c c o m p a n y 、枋t l l “c o a l p o w e r ’i n t e g r a t e d c o n s t r u c t i o n , w a s t e - w a t e r ，w a s t eg a s ，i n d u s t r i a ls o l i dw a s t ea n ds u b s i d e n c el a n d ，t h a t ‘ t h r e ew a s t e s ， o n es u b s i d e n c e ”h a sb e e nf o r m e d ，w h i c ha r ep r o m i n e n te c o - e n v i r o n m e n tp r o b l e m si n e c o l o g i c a lm i n i n ga r e ac o n s t r u c t i o n ．T h i sr e s e a r c hs u b j e c tc h o o s e sp r o s p e r o u sm i n i n g a r e a P a n x i en e wm i n i n ga r e a , i nt h en o r t ho fH u a i h ef i v e r ，t a k et h ef i r s tc a s eo f “c o a l p o w e ri n t e g r a t e d ’’p r o j e c t w m a s s i v e i n d u s t r i a l w a s t e f l ya s h e c o l o g i c a l t r e a t m e n ti nT i a n j ip o w e rp l a n t , l a n dr e c l a m a t i o na n de c o l o g i c a lr e h a b i l i t a t i o no f c o a l - m i n i n g s u b s i d e n c el a n di n P a n j i N olc o a l m i n e ，r e s e a r c h a n dd i s c u s s o p t i m a l “s y n t h e t i ce c o r e s t o r a t i o nm o d e l ”，c o n s t r u c t ‘s c i e n c e - t e c h n o l o g yd e m o n s t r a t i o n g a r d e no fe c o e n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o ni nT i a n j ic o a l m i n i n gs u b s i d e n c el a n d ’． T h i sp a p e re a r r y so nc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to fc o o - e n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o n t e c h n o l o g y ，w h i c hb a s e do ns o c i a le c o n o m i ce v a l u a t i o na n dc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f e c o e n v i r o n m e n t a ls u r v e yd a t a ，o u rs t u d y i n gt e a md e v e l o p i n ge c o e n v i r o n m e n tr i s k a n a l y s i so fs u b s i d e n c ew a t e ra n df l ya s he c o l o g i c a lt r e a t m e n t , b ya p p l y i n gt h i sr e s e a r c h r e s u l t s ，a n dc o m b i n i n gt h em yc o n c l u s i o no fe c o - a g r i c u l t u r ea p p l i c a t i o nf e a s i b i l i t y 晰t l lf l ya s h , “T i a n j is y n t h e t i ce c o - e n v i r o n m e n tm o d e l ”i se s t a b l i s h e d ，t h a ti sd y n a m i c f i l l i n g 诵t l lf l ya s ha n dm u l t i f o r mn o n - f i l l i n ge c o - r e s t o r a t i o nm o d e lo fc o a l m i n i n g s u b s i d e n c el a n d ． Ip l a na n d d e s i g nt h ee c o a g r i c u l t u r a lt e s to ff l ya s hm i x e d 谢t 1 1s o i l ，r e s e a r c hs o i l p r o p e r t i e sa n dc r o pg r o w t hc h a r a c t e ri nd i f f e r e n ts o i lc o v e r i n gc o n d i t i o n s ，w h i c hb a s e d o nf i l l i n gr e c l a m a t i o n 、析t hm a s s i v ef l ya s h , t h e nr e s e a r c hb i o a v a i l a b i l i t yo fm e t a li n f l ya s hd u r i n gg r o w t hp r o c e s so fp l a n t s ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t , t h eb e s tc o v e r i n gs o i l t h i c k n e s sw a s3 0 e m ，b i o a v a i l a b i l i t yo fm e t a la n df o o ds e c u r i t yb o t hc o m eu pt 0 r e l a t i v es t a n d a r d s ． T h i sp a p e re s t a b l i s h e s ”T i a n j ir e s t o r a t i o nm o d e l ”b a s e do ne c o e n v i r o n m e n t s y s t e mr e s t o r a t i o nt h e o r y , a n dc o n s t r u c t s ”T i a n j is c i e n c e - t e c h n o l o g yd e m o n s t r a t i o n g a r d e no fe c O - a g r i c u l t u r e ”．F o rt h ed y n a m i cf i l l i n g 、Ⅳi t l lf l ya s hi nc o a l - m i n i n g s u b s i d e n c el a n d ，b yo p t i m a ld e s i g n i n gs c h e m eo fd y n a m i cf i l l i n g 诚t l ln ya s h , i ti s s u i t a b l ef o rd e v e l o p i n ge c o a g r i c u l t u r e ，e s p e c i a l l ye x p l o i t i n gs u b s i d e n c ew a t e rf i e l d A b s t r a c t a r o u n dt h ea r e a , g r e a t l yd e v e l o p i n g h i g ha d d i t i o n a lv a l u el i v e s t o c ka n dp o u l t r y c u l t i v a t i o ni n d u s t r y , a sw e l la se l e v a t e ds t e r e o - a g r i c u l t u r e ．F o rn o n f i l l i n gs u b s i d e n c e l a n d ，i ti sf e a s i b l et oi m p l e m e n tm u l t i f o r me n g i n e e r i n go fl a n dr e c l a m a t i o na n d e c o l o g i c a lr e h a b i l i t a t i o n o u s ta sd r e d g i n ga n dd r a i n i n gm e t h o d ，d i gd e e pa n dp a d s h a l l o wp r o j e c t ，l a n dl e v e l l i n gp r o j e c t ，c o n s t r u c t ”a g r i c u l t u r e ，f o r e s t r y , g r a z i n g ，f i s h i n g , p o u l t r y ”e c o a g r i c u l t u r el a n d s c a p e a n d m a t e r i a l f l o w , e n e r g y f l o w c i r c u l a r e c o s y s t e m ． I nc o n c l u s i o n , o nt h eb a s i so fr e s e a r c ha n dd i s c u s s i o n , t w or e s t o r a t i o nm o d e l sa r e p u tf o r w a r d ，w h i c ha l et h e b a s i so fc o n s t r u c t i o no f ‘‘e c o l o g i c a l m i n i n ga r e a ’i n H u a i n a n , a n dt h er e f e r e n t i a lb e n e f i c i a ls o l u t i o nf o rc o a l - m i n i n gs u b s i d e n c el a n d st o r e a l i z et h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti ss u p p l i e d ，a l lo ft h i sw o r kh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t oc o m p r e h e n s i v e l yp r o m o t ee c o - e n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o no fs u b s i d e n c el a n d s ，a n dt h e c o n s t r u c t i o no f “E c o l o g i c a lH u a i n a n ”． F i g u r e2 7 t a b l e 2 7r e f e r e n c e8 2 K e y W o r d s c o a lf l ya s h ，e n v i r o n m e n t a li m p a c t ， c o a l - m i n i n gs u b s i d e n c el a n d s ， e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ，c o a l m i n i n ga r e a C h i n e s eb o o k sc a t a l o g 6 1 0 ．1 0 3 5 I I I 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得塞筮理王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。． 学位论文作者签名拉逸煎日期丝丘年j 月坐日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞筮理王太堂有保留、使用学位论 文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞筮堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名栖海燕签字日期加尸年多月厅日 导师签名 爷茄以 签字B 朔一年6 羁腼 1 绪论 1 绪论 1 ．1 课题来源、研究背景及意义 1 ．1 ．1 课题来源 本课题来源于安徽省“十一五”科技攻关项目潘集采煤沉陷地复垦及生态 重建技术示范编号0 6 0 1 3 0 6 5 A 1 ．1 ．2 研究背景 淮南是华东地区最大的能源工业基地，典型的煤炭矿业城市。多年来，煤炭 资源的大规模开采和利用在推动社会经济发展，带来客观效益的同时，也引发了 一系列的生态环境问题大量工业固体废物，尤其是粉煤灰和煤矸石的产生和堆 置，大面积采煤沉陷地的形成。不仅导致矿区大量耕地的丧失与退化，而且加剧 了矿区空气、水体、土壤、植被污染和生态系统的破坏，严重影响矿区经济的持 续发展，生态景观以及人们正常的生产、生活。 采煤沉陷地生态修复是建设生态矿区的必然途径，在国外研究较早，现在国 内也是一个研究热点，并逐渐趋于成熟化，系统化。面对淮南矿区土地资源的稀 缺和煤电工业固废“三化“ 处理的严峻形势，采取粉煤灰充填沉陷地是一个重要 的处置方法，同时与非充填生态修复一并构成采煤沉陷地的两种生态环境修复模 式。本文选择淮南兴盛型矿井区 淮河以北潘一矿井区内 ，在“三大基地“ 和“生 态淮南“ 建设背景下，依托安徽省“十一五“ 科技攻关项目实施 2 0 0 6 ．2 0 0 8 年 和淮南生态市建设规划 2 0 0 3 - - 2 0 2 0 年 ，研究采煤沉陷地的生态修复模式， 建设“田集采煤沉陷地生态环境修复科技示范园“ ，对全面推进淮南矿区采煤沉陷 地生态环境修复，建成华东大型经济型生态矿区，实现“生态淮南”建设目标具有 重要的现实意义。 1 ．1 ．3 研究目的 本研究在潘一矿采煤塌陷现状及存在问题的基础上，以建设“生态潘集”为宗 旨，系统分析潘一井田 潘集区田集街道 采煤沉陷地特征，围绕田集街道境内 采煤沉陷地，开展具有一定示范意义的采煤沉陷地生态环境修复模式研究，通过 对粉煤灰性状及生态化处置可行性的研究，并结合生态系统学原理，将实施粉煤 灰 动态 充填与非充填两大生态环境修复模式，建设“田集采煤沉陷地生态环 ．安徽理j 【．大学硕十学位论文 境修复示范园”，为淮南大型生态化煤矿区建设提供科学依据。 1 ．1 ．4 研究意义 ． 目前，伴随淮南“三大基地”建设，淮南城市结构性污染异常突出，工业三 废 废水、废液、固废 大量产生，同时，矿区生态环境破坏同趋严重，不仅因 工业固废及采煤沉陷导致矿区大量耕地丧失与退化，而且加剧了矿区空气、水体、 土壤、植被污染和生态系统破坏，淮南要实现“生态淮南“ 建设目标，“三废一沉“ 是淮南大型生态矿区建设中面临的核心任务，尤其是采煤沉陷地的生态修复与重 建成为城市发展的“瓶颈“ 。 选择淮南兴盛型矿井区潘一井田，以“煤电一体化”基地建设背景下，依托 安徽省“十一五”科技攻关项目实施 2 0 0 6 - - 2 0 0 8 年 ，建设“田集采煤沉陷地 生态环境修复科技示范园“ ，具有“前瞻性、现实性、紧迫性、典型性“ ，必将为 “潘集生态环境修复科技示范区”建设奠定坚实基础，对全面推进淮南矿区采煤 沉陷地生态环境修复，建成华东最大、全国一流、世界知名的大型生态矿区，具 有重要意义。 本课题研究在分析潘一矿区采煤沉陷地特征，复垦现状及存在问题的基础上， 运用生态学原理，工程复垦技术对矿区进行合理规划，并结合矿区的复垦实际， 进行水域、土壤调查及农业复垦模式技术试验，结合理论和实践，研究探索采煤 沉陷地生态修复模式，实施采煤沉陷地修复工程，具有现实意义1 有利于该区 耕地总量动态平衡。沉陷地是矿区的主要后备土地资源，规划的农业用地面积的 增值可以通过沉陷区土地修复得到满足2 产生良好的生态效益。充分利用采煤 沉陷地发展生态农业、生态旅游业，有利于保持沉陷地复垦成果，有利于沉陷区 生态环境的恢复；3 具有显著的经济、社会效益。矿区生态修复与重建，不仅解 决了沉陷区生态环境问题，减少各类社会不安定因素，而且完善了当地的产业经 济结构。有利于增加劳动就业量，保护环境，促进趋于社会经济可持续发展。 1 ．2 矿区生态修复的概念及其发展 1 ．2 ．1 生态修复的相关概念 随着土地复垦、恢复生态学、环境生态学等的发展，生态修复的概念大量出 现，许多专家学者都从不同的角度诠释了生态修复的含义，目前，对于生态修复 的定义和内涵，还存在不同的理解。 2 1 绪论 生态修复是一个宏观概念，它是应用生态系统自组织和自调节能力对生态本 身进行修复。为了加速已被破坏生态系统的恢复，还可以辅以人工措施以加快生 态系统恢复的步伐【l l 。既然生态修复是一个宏观概念，就必须有宏观思维，不能 仅从字面上去理解，实现生态修复应遵循人与自然和谐相处的原则，控制人类活 动对自然的过度索取，依靠大自然的力量实现自我修复。 左长清1 2 】认为生态修复即是按照可持续发展的战略思想，切实遵循自然生态 经济规律，充分利用当地的水、土、光、热、生物等自然资源，依靠大自然的循 环再生能力和人为干涉快速恢复植被，控制水土流失，实现人与自然和谐相处。 焦居仁[ 3 1 认为，生态修复与生态恢复是有区别的，也不同于生态重建。他认为， 生态恢复是指停止人为干扰，解除生态系统所承受的超负荷压力，依靠生态本身 的自动适应、自组织和自调控能力，按生态系统自身规律演替，通过其修养生息 的漫长过程，使生态系统向自然状态演化。生态重建是对被破坏的生态系统进行 规划、设计、建设生态工程，加强生态系统管理，维护和恢复其健康，创建和谐、 高效的可持续发展环境。生态修复是为了加速已被破坏生态系统的恢复，还可以 辅助人工措施为生态系统健康运转服务，加快恢复则被称为生态修复。 王治国【4 】及许多学者认为生态修复的概念应包括生态恢复、重建和改建，其 内涵大体上可以理解为通过外界力量使受损 开挖、占压、污染、全球气候变化、 自然灾害等 生态系统得到恢复、重建或改建 不一定完全与原来的相同 。 国际恢复生态学会提出3 个定义生态恢复是修复被人类损坏的原生生态系 统的多样性的动态过程；生态恢复是维持生态系统健康及更新的过程；生态恢复 是帮助生态整合性的恢复和管理过程的科学，生态整合性包括生物多样性、生态 过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围1 5 J 。 生态恢复较有代表性的定义是美国生态学会给予的定义生态恢复就是人们 有目的地把一个地方改建成定义明确的、固有的、历史上的生态系统的过程，这 一过程的目的是竭力仿效那种特定生态系统的结构、功能、生物多样性及其变迁 过程【6 J 。 纵观上述各个定义内涵，可以看出生态恢复并不是自然的生态系统次生演替， 而是人们有目的地对生态系统进行改建；并不是物种的简单恢复，而是对系统的 结构、功能、生物多样性和持续性进行全面的恢复。 根据我国生态修复工作的实践，参考C a i r n s t 7 8 】和美国生态恢复学会 S o c i e t y f o rE c o l o g i c a lR e s t o r a t i o n 对生态修复的理解[ 9 1 ，生态修复可定义为按照生态系 统的演进规律，利用自然和人为力量，对被破坏的生态系统进行修理、改良、重 安徽理j r 大学硕士学位论文 建、维护和管理，使其恢复原有功能的过程。生态自我修复和生态人为修复都属 生态修复。 与国外相比，我国生态修复的研究与实践主要体现在两方面一是工矿区扰 动土地的人工生态重建 包括采煤塌陷区土地复垦，采矿区生态环境重建等 ；二 是森林采伐或火烧迹地和退化草地生态系统的恢复，强调采取人工重建的快速性 和短期性，相对忽视生态自我修复能力与过程的研究。 1 ．2 ．2 采煤沉陷地的生态修复理论内涵 采煤沉陷地生态修复中的“生态”是人与环境间高效和谐的生态关系的简称。 它既是一种竞争、共生和自生的生存发展机制，又是一种追求时间、空间、数量、 结构和秩序持续与和谐的系统功能；既是一种着眼于健康、文明目标的高效开拓 过程，也是一种整体、协调、循环、自生的进化适应能力，因此，它不是回归自 然的原始生态，而是积极意义上的发展生态，既要立足于塌陷区的环境修复，又 要着眼于塌陷地土地资源的开发。采煤沉陷地生态修复所追求的目标不仅仅是也 不可能是使沉陷地完全恢复到原来的环境，而是根据当地的自然资源特点以及土 地破坏程度建立适合当地发展的修复机制，不仅是对采煤造成土地资源的破坏进 行修复和完善，而且要考虑到生态修复以后的社会、生态和经济效益。 1 ．2 ．3 从土地复垦到生态环境修复 矿山开发 包括金属与非金属 主要是对矿区的大气、水 包括海洋 和土 壤造成污染以及对土地生态系统造成严重破坏，这些生态环境破坏主要产生于露 天采矿场 包括内、外排土场 、开采沉陷地、矿山固体废弃物排弃场 如尾矿池、 煤矸石山 和选矿、烧结厂等，它属于人为破坏，一般可分为生态破坏和环境污 染两大类。因此，未来方向是注重系统地“矿区生态环境修复“ 。 就煤矿区而言，煤炭开采形成导致大量土地的沉陷，形成的沉陷区 土地 称之为“采煤沉陷区 土地 或采煤塌陷区 地 “ 。在众多的煤矿区生态破坏因 素中，土地的破坏，最直观、也是最大量的。因此，3 0 年来我国十分重视“土地 复垦“ 工作，但传统的土地复垦概念，从目标内涵上，都在不断扩展。长期以来， 对土地复垦有不同的理解。狭义地说，复垦的空间边界是仅考虑采后地形变化的 区域还是应考虑受影响的除地形以外的其它因子发生变化的范围。广义地说，土 地复垦要素是否应包括生态环境因子，若包括的话，是否应该以所有受影响的生 态环境因子构成的边界为复垦边界，若不包括的话，又应如何处理土地复垦与生 4 1 绪论 态环境恢复问题。目前，已经从传统的“土地复垦”向以“环境污染控制、社会 经济效用、自维持生态系统建设’’为原则的系统“生态环境修复”发展[ 1 0 】。 从国内外研究进展来看，在对开采沉陷实施土地利用和生态建设过程中，不 同国家有不同定义，如土地复垦 L a n dR e c l a m a t i o n ，生态重建 E c o l o g i c a l R e c o n s t r u c t i o n 或生态修复 E c o l o g i c a lR e s t o r a t i o n 。我国土地复垦规定第 二条明确提出“土地复垦是指对生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成破 坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可利用状态的活动”【l l 】。根据复垦工作的 不同程度，国外对土地复垦有三种不同层面的内涵，美国科学院1 9 7 4 年将其定义 为三个类型【1 2 , 1 3 】1 复原 R e s t o r a t i o n ，其含义是完全“恢复”或“复制”出被 扰动或破坏前的土地存在状态，包括首先重新恢复原先的地形，然后在此基础上 按原有的模式利用土地。2 修复或恢复 R e c l a m a t i o n ，其含义是尽可能按照采 矿前土地的地形、生物群体的组成和密度进行恢复，同时包括可恢复与原生物群 体相近的其它生物群体。但它们必须能共处同一生态环境，在可能的地域，乡土 生物品种应该被用在复垦过程中。3 重建 R e h a b i l i t a t i o n ，其含义是按照土地 破坏的情况和事先的规划和利用计划，逐渐恢复或建立一种持续稳定并与周围环 境和人为景观价值相协调的相对永久用途。在复垦实践中，国外更侧重于 “R e h a b i l i t a t i o n ’’1 1 4 ] ，虽然国内外在定义和内涵上基本一致，没有本质的区别， 但是，在采煤沉陷地复垦的做法上有些区别一是复垦目标，国外以恢复生态环 境为主，我国则以珍惜和合理利用每寸土地为目标，这一点已明确反映在我国与 国外立法目的方面的差异上；二是复垦工程措施，国外似乎不惜重金，要求严格， 近乎呆板，而我国尤为注重因地制宜，灵活多样，但有时显得过于简单，标准偏 低。随着我国“生态建设规划“ 的实施，这一现象将逐步改变。 理论上，生态破坏是指在矿山开发与生产过程中对地表景观和生态系统的扰 动和破坏，主要表现为矿区土地及其周边地区的生物生存条件的恶化，生物量减 少，环境总适宜性降低。纵观我国煤炭基地“生态矿区“ 建设实践，广大科技工 作者借鉴国外成熟经验，积极探索与实践，在“土地复垦“ 理论与工程技术应用 方面均取得重大进展，近年来，生态矿区建设内涵正逐步向系统“生态环境修复“ 扩展。 本项目研究围绕“电厂粉煤灰生态化处置 充填沉陷地 及生态重建和现有 采煤沉陷地的土地复垦工程”开展科技攻关与技术示范。因此，采用“生态环境 修复“ 的概念，也包括土地复垦和生态重建双重内涵。现在采煤沉陷地生态修复 的内涵己不再是单纯强调将沉陷土地恢复到可供利用状态，而是在更高程度上建 安徽理工大学硕十学位论文 立一种与原来土地使用功能完全或部分不同，但与周围经济社会环境协调发展的 社会一经济一自然复合生态系统，具有较高的经济、社会、环境效益。基于目前 我国的土地资源R 渐减少，人地矛盾日益突出，矿区生态环境日益恶化的情况， 采煤沉陷地的土地治理更宜采用这种土地修复方式。 ‘ 1 - 3 采煤沉陷地生态修复模式研究现状 1 ．3 ．1 国外研究现状 环境生态修复起源于环境修复，生态恢复又受环境生态修复的影响。国外最 早开展恢复生态学实验的是L e o p o l d 等于1 9 3 5 年恢复了一片草场。2 0 世纪2 0 年 代开始，德、美、英、澳等国家对矿山开采扰动受损土地进行恢复和利用，逐渐 形成土地复垦技术，包括农业、林业、建筑、自然复垦等，实际仍是土壤环境修 复的范畴。6 0 年代，美国生态学家H ．T ．O d u m 提出生态工程概念，欧洲一些国家 尝试应用研究，并形成所谓“生态工程工艺技术’’。7 0 年代后，受生态工程学术 思想的影响，从土壤环境修复和生产力恢复上升到生态系统恢复层面，基本内涵 是在人为辅助控制下，利用生态系统演替和自我恢复能力，使被动和损害的生态 系统恢复到接近于它受干扰前的自然状态，即重建该系统干扰前的结构与功能有 关的物理、化学和生物学特征。1 9 7 5 年，在美国首次召开了“受损生态系统的恢 复“ 国际会议，对生态修复的原理、概念和特征进行了讨论，在此后的2 0 多年里， 国际上多次召开相关的专题讨论会。生态修复在美国、西欧一些发达国家受到广 泛重视，并在2 0 世纪8 0 年代期间，开展了一系列的工程实验研究工作，取得了 大量的成功经验。美国国家研究委员会、环保局、农业部和水域生态系统恢复委 员会于1 9 9 1 年提出庞大的生态修复计划在2 0 1 0 年前恢复受损河流6 4 万K m ， 湖泊6 7 万时，湿地4 0 0 万h m 2 【2 1 】。亚洲的日本、韩国最近几年对生态修复的研 究也尤为重视，实施了一系列的生态修复工程，并取得了一定成效瞄】。2 0 0 0 年在 英国召开恢复生态学会国际大会，其主题是以创新理论深入推进恢复生态学的自 然与社会实践，2 0 0 1 年，主题是“跨越边界的生态恢复’’。 最近一些年国际上对矿区土地复垦的理论研究较为活跃，除一些组织召开专 门的会议以外，在矿山环境及矿山开采等国际会议中也经常将沉陷地复垦列为主 要的论题，较为活跃的领域及取得的主要研究成果包括矿山开采对土地生态环 境的影响机制与生态环境恢复[ 2 3 , 2 4 1 ，C A D 与G I S 在土地复垦中的应用‘2 5 之7 】，无覆 土的生物复垦及抗侵蚀复垦工艺【2 8 刀】，矿山复垦与矿区水资源及其他环境因子的 6 1 绪论 综合考虑f 3 0 , 3 ，清洁采矿工艺与矿山生产的生态保护等f 3 2 ，3 孤。目前研究多集中在 大型矿区、大型建筑场地、森林采伐迹地、受损湿地等生态修复方面，研究的焦 点领域是土壤、野生动植物及其生物多样性恢复。这与我国开发建设项目水土保 持生态修复和工矿区生态修复比较接近。 国外矿区生态修复工作开展较好的国家都有以下特点f 卅 1 有健全的法规； 2 有专门的管理机构； 3 有明确的资金渠道并建立了“生态恢复基金”； 4 将生态修复纳入开采许可证制度之中； 5 实行生态修复的保证金制度 6 建 立严格的生态修复标准； 7 重视科学研究和多学科专家的参与与合作； 8 有 专门的学术团体和研究机构，且学术活动十分活跃。 1 ．3 ．2 国内研究现状 我国矿区生态环境修复工作的萌芽始于2 0 世纪5 0 年代，起初是个别矿山自 发进行的一些小规模修复治理工作。矿区土地修复沿用传统思路通过填埋、刮 土、复土等措施将退化土地改造成可耕种土地，这是一种以实现矿区土地可进行 农业耕种为目标的土壤修复工作【1 5 】；2 0 世纪5 0 7 0 年代，该项工作还处于自发 探索阶段，矿区农民开始进行小规模的塌陷水面的养殖、种植和以煤矸石充填作 为基建用地的尝试；进入2 0 世纪8 0 年代，人们开始关注矿区土地资源的稳定利 用以及相关的基本环境工程的配套问题，使得土地修复更加系统化。例如，中国 煤矿学界取得了一系列研究成果，其中包括煤矿开采引起塌陷的预报警系统、抗 建筑变形理论、修复煤矿塌方土地的综合技术等1 1 6 1 。这是以矿区土地资源稳定与 持续利用为目标的环境工程修复工作。生态修复从自发、零散状态转变为有组织 的修复治理阶段。特别是1 9 8 8 年颁布土地复垦规定和1 9 8 9 年颁布中国人 民共和国环境保护法，标志着矿区生态环境修复走上了法制化的轨道。 到了9 0 年代，在矿区土地修复问题上更多地强调了生态学方面的观点，包括 1 选用适宜的表土、植物和肥料 2 研究先锋植物根的生长模式及根系分布 结构； 3 研究重金属的迁移模式 4 优化回填肥料的性质，利用煤炭垃圾或 粉煤灰回填促进植物生长； 5 在生态恢复中综合考虑景观美化、可持续性发展、 人与自然的和谐等问题【l7 ，墙】。目前，生态学的观点在中国矿区土地修复研究与应 用中被广泛接受，但客观地说，这种朴素的实用生态学观点与上升到西方科学家 所推崇的“完全生态恢复’’，即回复到最初的生态系统，在理论上还是有差别的【1 9 1 。 这个时期的土地修复是一种以植被复原与生物多样性保护为目标的生态修复。从 1 9 8 9 年到1 9 9 1 年，国家土地部门先后在河北、江苏、安徽、山西、湖南、辽宁 7 安徽理T 大学硕士学位论文 等省开展了2 3 个土地生态恢复试验点，至1 9 9 2 年底