煤礦廢棄地生態修復研究
——以濟南金星郊野公園為例

孫譯遠 李 成

山東建筑大學 風景園林規劃研究所 濟南 250101

隨著當今社會煤炭開采的工業發展，遺留下許多生態退化、土地塌陷的煤礦廢棄地。越來越多的煤礦廢棄地進入到城市規劃范圍內，景觀與生態安全受到了極大挑戰，種種環境問題都直接或間接地影響了市民正常的生產與生活。本文將對煤礦廢棄地生態修復的內涵以及方法措施的理論研究成果應用于金星煤礦廢棄地的實際案例中，以期通過修建郊野公園以改善周邊環境。

1 廢棄地生態修復研究進展

美國生態學會(ESA)對“生態修復”的解釋為：“生態修復就是人們有目的地把一個地方改建成固有的、歷史上的生態系統的過程，這一過程目的是竭力仿效特定生態系統的結構、功能、生物多樣性及變遷過程[1]”。其涉及的相關概念包括生態恢復、生態重建、生態改建、生態改良等[2]。

不同學科領域專家多將生態修復現不同的研究對象結合在一起，從不同角度持有不同意見。根據文獻檢索結果，生態修復與水土保持，河道、河流、濕地等自然地物，地域性特色景觀，土壤、植被，棕地等方面相結合的研究文獻共15 919篇，其中有關煤礦廢棄地的生態修復研究有88篇。在煤礦廢棄地的研究中，針對單一污染土壤、水質及受損植被的修復研究占72%，有關廢棄地景觀的生態修復研究較少。其中，趙思宇[3]針對廢棄地的景觀生態修復過程，認為首先應對現狀基址的環境風險進行評估，然后采取針對土壤、水系統、植物以及生物多樣性的生態修復措施，并在重點規劃利用區域使用可持續材料進行生態化設計，最終完成對廢棄地生態環境的有效改善；高鐵軍[4]對唐山南湖公園的淺塌陷區進行非充填生態復墾試驗研究，主要通過挖淺墊深和疏導水系，植被修復以沉降空氣中殘留的粉煤灰，完善農田灌溉水利系統，在發展生態漁牧業的同時，創造供游人游憩觀賞的郊野景觀；張雨曲[5]首先對安徽大通煤礦廢棄地的植物群落結構以及礦區的土壤成分進行分析，然后針對沉降坑、排洪蓄水渠、煤矸石堆等不同環境采取了不同的生態修復措施；王如栒[6]以太原西山煤礦廢棄地為例，系統論述了國內外煤礦廢棄地景觀生態修復的發展歷史與實踐狀況，并在列舉分析多個國外案例的基礎上總結了針對煤矸石、植物、土壤以及煤礦塌陷區的生態景觀修復方法。

煤礦廢棄地作為廢棄地的重要類型之一，其土壤污染治理是進行生態修復的重要環節，水污染是地下開采型煤礦廢棄地必然存在的問題，植被修復能夠最大限度地改善土壤、空氣污染狀況。

2 金星煤礦廢棄地現狀概況

2.1 基址概況

金星煤礦廢棄地位于濟南歷城區東部，屬于巨野河街道辦事處劉官莊村的全部轄區，位于中心城東南部的生態屏障建設的起步區域。場地位于濟南市區與章丘市區交接處，與世紀鮮花港之間有世紀大道相隔，東側毗鄰現代林業示范園與高家莊，西側緊鄰東徐馬村，內有巨野河水系穿過。廢棄地全部位于煤炭采空塌陷范圍內，規劃建設用地面積為46 hm2。

2.2 現狀分析

1) 周邊環境分析。場地基址位于城市上位規劃中的生態隔離帶。內部形成的采空塌陷區是由多個煤礦開采場地同時施工作業形成的開采井巷道塌陷導致。由西蘆煤礦向北部延伸形成了樹網狀結構不同程度的地表塌陷。在采空塌陷范圍內，除了現已規劃建設完成的現代林業示范園區以及室內溫室大棚形式的國際鮮花港之外，均為城市非建設用地。已有的村莊均被劃定為三級居住用地，即將面臨整改以及拆除，因此形成了大面積的煤礦廢棄地。場地內部多為個人種植的果樹及其他經濟作物，南部為正在修建的污水處理廠。

2) 現狀高程分析。基址內部呈現東南高，西北低的地勢變化，最高點與最低點相差9 m，水深1.5～2 m。

3) 現狀建筑分析。場地內部有改造工業廠房1處，農業管理用房3處，居住用房2處，南側毗鄰世紀大道商業建筑2處。

4) 現狀水系分析。場地內部有巨野河穿過。全長48.5 km，流域面積260 km2，源于歷城區西營鎮拔槊泉、飲馬泉，流經彩石鄉，在鴨旺口注入小清河。基址內部位于巨野河中段，水資源豐富，主要水源為民泰煤礦排水，水質優良，水源穩定。

5) 現狀植被分析。場地內部主要以經濟作物桃樹為主，大喬木歐美楊樹(PopulusL.)為主要綠化樹種，分布于沿河、溝及道路兩側。其他樹種包括國槐(SophorajaponicaLinn.)、香椿(Toonasinensis)、棗樹(ZiziphusjujubaMill.)、泡桐(Paulownia.)、苦楝(MeliaazedarachLinn.)、旱柳(Salixmatsudana)、金銀木(Loniceramaackii)。巨野河沿岸及淺水區有蘆葦(Phragmitesaustralis)、蒲草等水生植物。大部分廢棄地以野生草本植物為主，生長茂盛，受到的人為干擾較少。

2.3 主要問題

場地內部主要存在基礎設施差和自然生態環境污染的問題。隨著城市規模的擴大與市中心的轉移、早期的礦井關閉、第二產業的轉型，導致廠區內廢棄的工業設備設施無人治理。75%的煤礦廢棄地處于未開發的“城市荒地”狀態，景觀效果差，其潛在的利用價值未被開發。

場地內部揚塵嚴重、空氣質量差；工業廢水的排放導致巨野河下游水體滯流、污染嚴重；場地內部地表存在不同程度的移動與塌陷，導致地塊土壤肥力下降，果實產量低下，失去了經濟林的存在價值。

3 金星郊野公園總體規劃

金星郊野公園規劃以生態修復理論為指導，結合景觀利用手段，順應自然地勢，根據土地塌陷現狀的現有景觀資源進行合理的生態修復與規劃，營造“自然野趣”的景觀氛圍，將全園按照“一環、五區、多點”進行布局。

“一環”為郊野公園的主環路，主要功能為實現園內通車，保障消防避難的人流疏通，同時串聯了主要景觀節點與功能節點，使園內具有較高的易達性。

“五區”包括入口景觀區，森林景觀區，濕地景觀區，農耕景觀區以及工業遺址科普區。其中，入口景觀區公園主要包括西側主入口，南側、北側以及東側次入口4個區域。分別與城市規劃的市政干道相連接；森林景觀區作為郊野公園內占地面積最大的景觀區域，以植被修復景觀為主，并為附近居民以及游客提供休閑游憩場所；濕地景觀區是煤礦廢棄地進行水體生態修復的重點區域，也是處理原有基址內部水體質量差，地表具有不穩沉性的關鍵改造區域；農耕景觀區主要包括以經濟作物為主的農田景觀、茶田景觀以及以生態防護為主的隔離林帶；工業遺址科普區將原有金星煤礦廠房與員工生活棚戶區改造為具有科普展示與商業服務功能建筑，將原有的施工設備以及構筑物的材料重新加工成為具有礦區特色的雕塑構筑物。

“多點”是指各功能分區內的重要景觀、功能節點。例如濕地景觀區的清溪漫步、湖光映臺等；森林景觀區的林徑探幽、蒲公英廣場、露營地等；入口景觀區的野花漫坡，櫸樹廣場等；農耕景觀區的清韻茶香、擁翠茶室、農田農趣等。

4 生態修復的主要途徑與策略

4.1 水體修復

利用雨水收集系統與人工濕地系統進行水體修復。經過長時間雨水積水以及地表徑流，部分塌陷區常年積水深度達9 m，積水pH值在8.1～8.6，下部土壤鹽漬化嚴重，造成了耕地面積銳減、經濟作物無法生長以及農民無地可耕的現狀。此外，生活垃圾堆積以及地下開采巷道造成的地下水位上升、地下水回滲，使得大量懸浮物、高礦物質、重金屬污染物，石油瀝青等進入到巨野河中，水質污染嚴重。在規劃設計中，利用雨水收集系統與人工濕地系統對受污染水體進行收集并集中處理。其中部分雨水通過綠化與透水鋪裝滲入地下；部分雨水根據原有場地的自然高差由西至東，匯入人工濕地系統；部分土壤污染嚴重的區域設置截流管網系統，進入廢水管道流入初期廢流池，經過污水處理后投入使用。人工濕地處理系統包括金星污水處理廠、表流濕地以及潛流濕地進行水體的生態修復，最終達到新的復合穩定狀態。

金星污水處理廠主要凈化雨水、生活污水以及巨野河內部的污染水體，并實現其內部的水循環，提高水體自我凈化能力。金星污水處理廠通過有機機械柵格、人工柵格、沉砂池、沙水分流池進行污水的物理沉降[7]，再通過KIC生物接觸反應池以及輻流沉淀池、陶粒濾池、紫外線消毒等步驟完成化學沉降過程[8]，最終進入表流濕地進行生物處理，匯入巨野河河道中循環利用。潛流濕地利用公園內部西高東低的自然地勢，設計為臺地式跌水池，園內雨水流經硬質鋪裝時，通過道路縱坡以及廣場坡度排入雨水溝后進入潛流濕地系統。雨水及廢水在流經濕地種植床過程中, 一方面可以充分利用不同凈化效果的植物生物膜、根系與表層土以及填料截流等[9], 通過不同級別的凈化過程以提高水質純凈度；另一方面由于水流在地表以下流動,具有保溫性能好、處理效果受氣候影響小、衛生條件較好的特點[10]。

人工濕地的凈水植物系統針對不同凈化水塘的深度與水質情況選用不同濕生與水生植物對污染水體進行修復，其中挺水植物包括蘆葦蘆竹(ArundodonaxLinn.)、香蒲(TyphaorientalisPresl)、千屈菜(LythrumsalicariaL.)等；浮水植物包括鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms)、浮萍(LemnaminorL.)等；沉水植物包括黑藻(Hydrillaverticillata(Linn. f.) Royle)、金魚藻(CeratophyllumdemersumL.)、眼子菜(PotamogetondistinctusA.Benn.)等。

4.2 植被修復與空氣污染治理

用森林植物群落進行植被修復與空氣污染治理。水與土壤因子為煤礦廢棄地植被修復過程中主要的生態限制因子。礦區廢棄地作為超載干擾下逆向演替的生態系統，劉世忠[11]在對多次煤礦廢棄地的次生裸地的近自然恢復植被演替過程中發現，幾十年后入侵定居的植物主要是禾本科、莎草科、菊科等草本植物品種。因此金星煤礦廢棄地需要通過改善土壤營養狀況、控制水土流失創造植被修復的先行條件。為了降低土壤基質的不穩定性而導致植物系統無法可持續的演替與發展，利用森林植物群落來規避生物演替過程中由于樹種選擇不當、結構配置不合理、群落功能不健全導致的生態服務功能與景觀功能喪失。金星郊野公園植物群落模式有以下3種。

1) 固土凈化植物群落(種植于金星煤礦開采井附近未穩沉區域)。該植物群落能有效穩定礦區采礦導致的地表持續塌陷、傾斜、下沉等環境問題，并對SO2，CL2等有害氣體具有凈化作用。上層：刺槐、臭椿(Ailanthusaltissima(Mill.) Swingle)、構樹(Broussonetiapapyrifera)；中層：黃刺玫(RosaxanthinaLindl)、荊條(VitexnegundoL.)；下層：矮牽牛(Petuniahybrida(J. D. Hooker) Vilmorin)、麥冬(Ophiopogonjaponicus(Linn. f.) Ker-Gawl.)、小飛蓬(Conyzacanadensis(L.) Cronq.)。

2) 固氮耐瘠薄植物群落(種植于金星郊野公園北部、南部以及東部土壤肥力差的區域)。該植物群落的耐瘠薄、耐干旱能力強，具有較強的適應能力與生長力，并在恢復實踐中能起到改良土壤,增加土壤內營養物質成分的作用。該群落植物是開山造林的先鋒樹種，為其他植物的生存與演替創造環境。上層：刺槐、歐美楊樹；中層：紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)；下層：狼尾草(Pennisetumalopecuroides)、紫穗狗尾草(Setariaciridis)等禾本科觀賞草本植物。

3) 復合農林植物群落(種植于金星郊野公園中部)。將經濟林納入到生態修復進程中，選擇抗逆性強、經濟效益高的果樹，在林下種植綠肥作物，這不僅景觀效果好，還具有良好的經濟效益。上層：國槐、棗樹、山楂(CrataeguspinnatifidaBunge)；中層：石榴、沙棘(HippophaerhamnoidesLinn.)；下層：白車軸草(TrifoliumrepensL.)、草木樨(MelilotussuaveolensLedeb.)

4.3 土壤修復

利用農田復墾方式進行土壤修復。國內外學者針對煤礦廢棄地的土壤修復一般有工程復墾與生物復墾2個階段。工程復墾階段是指將煤礦廢棄地原有遭到破壞的無機環境利用人工干預的手段進行物理化學恢復；生物復墾階段是指在工程復墾再造的生態系統下再進行生物改造、生物生產與生態重建[12-13]。金星郊野公園農田景觀區域的土壤修復具體策略有2個。

1) 選擇耐鹽堿農作物。對鹽漬化的土地抬高并水洗，通過耐鹽堿的農作物改善土壤的鹽堿化。在鹽漬化較高的土地塌陷區域選用甜高粱(Sorghumdochna)、中華枸杞(LyciumchinenseMill.)、向日葵(HelianthusannuusL.)、海水稻(OryzasativaL.)等。

2) 選擇適應強、具有固氮能力、根系發達、易成活的農作物作為先鋒樹種。在土壤肥力較差的區域種植大豆(Glycinemax(Linn.) Merr.)、馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)、番薯(Ipomoeabatatas(L.) Lam.)以及花生(ArachishypogaeaLinn.)等經濟作物。

5 討論

地下開采煤礦廢棄地作為我國比重最大的廢棄地類型，隨著城市發展的不斷更新，越來越多的廢棄地面臨著生態修復與再利用的現實問題[14]。本文以濟南金星煤礦為例，分別從水污染治理、土壤治理以及空氣污染治理幾方面展開生態修復研究，但是依然存在以下問題，望引起各位學者討論。

1) 煤礦廢棄地中出現的水污染、土壤重金屬污染、有害氣體以及空氣中的粉塵污染并非短期能夠根本治理，具有長期性、反復性以及艱巨性。

2) 生態修復過程中需制定相關法律法規限制工業廢氣、廢水排放。

3) 對煤礦廢棄地的生態修復應重視各個生態限制因子的相互關系，利用技術手段進行綜合治理。后期管理機制的建立，對修復后的景觀更新更加具有重要意義。