煤礦區土地復墾適宜性評價及治理措施研究

尚紅霞，陳朋磊，倪云鵬

（1.河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000； 2.河南省煤炭科學研究院有限公司，河南 鄭州 450001）

土地資源是人類賴以生存的基礎，對土地資源不科學、不合理的利用是制約社會經濟發展的桎梏問題。煤礦開采過程雖然為人類發展提供了重要的能源支撐，但與此同時也給生態文明造成了嚴重破壞，兩者之間的矛盾尤其突出[1]。如果可以基于先進的技術對煤礦礦區土地進行復墾，則可以較好地解決以上矛盾問題。在我國大力推進生態文明建設的大背景下，礦區土地復墾方面的研究越來越受到社會各界的關注[2]。通過開展土地復墾工作，能對寶貴的耕地資源進行保護，提升土地的利用效率，使之更好地為人們的生活和生產服務[3]。開展土地復墾前需要結合實際情況，對礦區土地的適宜性進行評價分析，找到土地最好的開發方向。在此基礎上，提出針對性措施對土地資源進行治理[4]。本文主要結合某煤礦礦區土地復墾情況進行分析，對復墾適宜性進行了綜合評價，提出了有效的治理措施，對于促進煤礦礦區生態文明建設具有重要的理論和現實意義。

1 研究區及其土地利用概況

1.1 研究區域概述

某煤礦于20世紀70年代開始建設，并于80年代正式進行煤礦開采。截至目前已經運行幾十年，整個礦區的面積達到了340 hm2。礦區附近有2條大型河流經過，水資源比較豐富，距離市區只有8 km左右，附近有多條國道或高速公路，交通方面比較便利。煤礦所在地區屬于暖溫帶氣候區，平均溫度15 ℃，年平均風速2.5 m/s，全年日照時間2 221 h。每年7—9月屬于雨季，占到全年降雨量的67%左右，年平均降水量為832 mm。

1.2 礦區土地利用情況

在土地自然資源管理局提供數據的基礎上，配合使用遙感影像數據，根據《土地利用現狀分類》標準，可以將整個礦區范圍內的土地利用類型劃分成為9種。礦區土地的分類及占據比例的統計情況如圖1所示。由圖1中數據可知，耕地和商服用地占據的面積相對最大，占據總面積的比例依次為26.42%和28.39%。煤礦在建設階段及后期的開采運行階段，都對附近的土地資源造成了一定的損壞，部分損壞嚴重的區域導致土地已經完全喪失了原有的功能，地形和地貌都出現了極大的改變。土地輕則出現了地表水平變形，更嚴重的出現了傾斜變形，最嚴重的地表出現了嚴重的塌陷現象。

圖1 礦區的主要土地類型及其占比統計Fig.1 Statistics of the main land types and their proportions in the mining area

1.3 土地復墾的必要性

所謂煤礦塌陷區指的是在地底下開展煤礦開采工作時，將地下掏空，導致地表巖石和土壤出現懸空現象。地表原有的受力平衡被打破，地表土壤和巖石向下塌陷[5]。一旦出現塌陷現象，會對地表的農業生產活動產生嚴重影響，甚至導致地表地質結構發生變化，給地質安全埋下安全隱患。對于煤礦礦區土地如果不加以處理，時間長久后就會荒廢。所以有必要對礦區土地進行復墾，提升土地資源的利用效率。在我國大力開展生態文明建設的背景下，此項工作特別有意義。

2 礦區土地復墾適宜性評價

2.1 評價指標確定

研究基于層次分析法建立土地復墾適宜性評價指標體系。根據煤礦所在區域的實際情況，礦區土地可以復墾利用的方向主要有3個，分別為農業用地、建設用地和生態用地，此為整個指標體系的第1層。第2層指標體系同樣有3個指標，分別為適宜因素、驅動因素和制約因素。根據第2層指標可以確定第3層指標，為具體的適宜性評價。其中，適宜因素主要從交通因素、自然生物因素等方面反映土地是否適合進行復墾，驅動因素主要描述地區人口和經濟水平等對不同的復墾方向的影響情況，制約因素主要反映土地復墾活動可能對本地區人們生活和經濟、環境的影響。結合實際情況構建的具體評價指標體系以及不同復墾方向對應的指標如圖2所示。

確定好具體的評價指標后，還需要從土地質量、土地限制以及土地適宜等多個層面出發，結合《土地復墾條例》文件，根據每個指標的復墾適宜性，將其劃分成為不同的等級[6]。研究將其分為4個等級，分別為高度適宜、重度適宜、基本適宜和不適宜，為了方便對不同指標進行定量計算，以上4個等級對應的分數分別取100、75、50、25分。以地形坡度指標為例，根據《土地復墾技術標準（試行）》中的要求，地形坡度不超過6°時最佳，屬于高度適宜，計算時取100分，地形坡度分別在6°～15°、15°～25°以及>25°時，對應的適宜等級分別為重度適宜、基本適宜和不適宜，定量計算時所取分值依次為75、50、25分。

2.2 各指標權重的確定

考慮到各個具體指標對不同復墾方向的影響程度存在差異，并且差異性相對較大，因此需要結合實際情況確定不同復墾方向對應指標的權重大小。指標權重大小確定的科學性與合理性，會直接影響復墾適宜性評價的質量和效果。基于AHP方法確定各影響因素之間的權重大小，根據不同指標對復墾方向的影響程度，將其劃分成為5個等級，從高到低依次為絕對重要、十分重要、比較重要、稍微重要、不重要，5個等級對應的取值分數依次為9、7、5、3、1[7]。具體打分時制作調查問卷表，邀請領域內專家和學者打分后取平均值，最后根據不同復墾方向各指標的分數計算其權重大小。不同復墾方向對應指標的權重計算結果見表1。

圖2 土地復墾適宜性評價指標體系Fig.2 Land reclamation suitability evaluation index system

2.3 土地復墾適宜性評價結果

按照式（1）對土地復墾適宜性進行評價計算：

（1）

式中，n為不同復墾方向對應指標的數量；S為不同復墾方向的綜合得分；Si和Wi分別為具體指標的得分及對應的權重。

基于上文所述的評價方法并結合式（1），可以計算得到3個土地復墾方向對應的評價分數，結果如圖3所示。由圖3中數據可知，農業用地、建設用地和生態用地3個復墾方向的適宜性評價分數依次為77.57、67.11、62.04分。說明此煤礦塌陷區土地最適合作為農業用地進行復墾開發。基于此，決定將礦區土地復墾為農業用地。

3 礦區土地復墾治理措施研究

3.1 土地復墾工程措施

對煤礦礦區土地進行農業復墾時，需要對整個礦區范圍內的土地進行土壤重構，主要包括廢棄礦井填封、塌陷區填充、土壤剝覆及平整、土壤培肥等工程項目[8]。對于已經關閉的礦井，可以利用地表中的無害垃圾進行回填，回填至井筒時利用細小碎石進行回填，為了防止地表水過快向下滲透，回填至地表位置時需要利用水泥砂漿對其進行封堵，然后利用種植土進行填充。開展土地復墾工作時必然會開挖一些池塘并疏通河流區域，開挖獲得的土方可以運輸至塌陷區進行填充，以避免農業種植區域出現過大的地勢變化。土壤剝覆工程包含表土剝離和表土覆蓋。表土剝離主要是對其他位置適合植物種植的熟化土壤進行收集，然后運輸至土地復墾區域進行覆蓋，以改善礦區土壤的物理和化學性質，使之更適合植物種植。通常土壤剝覆工程的厚度在0.4 m以下。平整工程同樣包含2方面工作：①對地面塌陷較小的區域進行平整；②對原本高低不平的區域利用土方進行回填平整。最后，為了防止復墾區域表層土壤肥力的流失，還需要開展土壤培肥工程項目，以提升土壤的肥力以及有機質的含量。

表1 不同復墾方向對應指標的權重計算結果Tab.1 Calculation results of corresponding index weights for different reclamation directions

圖3 不同土地復墾方向適宜性評價分數Fig.3 Suitability evaluation scores for different land reclamation directions

土壤重構基本流程及其影響因素如圖4所示。

圖4 土壤重構基本流程及其影響因素Fig.4 Basic process of soil reconstruction and its influencing factors

由圖4可知，除上文所述的基本工程外，還需要做好后期的水土保持和人工管護工作。另外，整個過程中還會受到很多其他方面因素的影響，需要結合實際情況對過程進行優化調整。基于土地復墾工程，使得復墾區域土壤的生物化學環境得到了較好改善，土壤中的生物活性及其熟化程度都得到了提升，土壤理化性質及內部包含的生物多樣性也得到了強化。

3.2 生物化學措施

所謂生物化學措施，主要是基于化學和生物的方法對土壤的環境進行優化改善，提升土壤的肥力以及生物多樣性，以達到改善礦區土壤環境的效果[9]。為了加快土壤優化速度，此過程需要通過人工干預的方式進行，主要是選擇合適的植被進行種植，使植被與土壤之間發生復雜的相互影響和作用，從而改善土壤的理化性質。植被與復墾土壤之間的相互作用關系如圖5所示。

采取措施時需要重點從2個方面著手：①選擇適合礦區土壤的耕作技術；②選擇適合土壤的植被類型。耕作技術主要是采取措施提升土壤的肥力，在合理選擇肥料構成的基礎上還要使用科學的施肥技術。選擇植被類型時必須遵循因地制宜的方法，通常豆科植物能夠適應礦區復墾土壤復雜的環境，同時還能提升土壤中氮元素的含量。已有的研究表明，豆科植物在礦區土壤修復方面具有非常好的效果[10]。考慮到本土植物對本地區氣候條件具有很好的適應性，在礦區修復植被類型選擇方面，最好選擇本地區的植被。選擇本土植被更加有利于形成完善的生態系統。

結合本文所述煤礦的地質條件和氣候條件，選擇的植被需滿足以下幾點：①對復雜地質條件和氣候條件具有良好的適應性，且具有很好的抗逆境能力；②具有相對較好的固氮性能；③資源比較豐富，容易獲得，成活率相對較高；④水土保持能力相對較好，可以有效降低地表徑流、存儲水分，防止發生水土流失現象。本案例中，結合不同生態系統的實際需要，最終選定的植被類型如圖6所示。

4 礦區土地復墾效益分析

4.1 經濟效益

礦區土地復墾經濟效益可從2個方面進行計算：①土地重構以及植被重建帶來的生態系統服務功能；②為農作物種植的銷售效益。根據土地復墾的實踐效果，可以將其劃分成為3個時期，分別為初期、中期和后期，其中前3年為初期，后5年為中期和后期。在3個時期，土壤的生產力分別可以恢復到普通情況的30%、80%和120%。在土地復墾初期為了改善土壤性質種植的為先鋒植物，將土地作為林地使用。預計生態系統服務功能部分每年的經濟效益為2 244元/hm2，在中期經濟效益有所提升，每年可以達到5 984元/hm2，后期經濟效益更加顯著，每年可以達到8 976元/hm2。本案例中，煤礦土地復墾面積大約為47.5 hm2。基于此，可以計算得到第1部分經濟效益在初期、中期和后期的經濟效益依次為10.66、28.43、42.65萬元。

圖5 植被與復墾土壤之間的相互作用關系Fig.5 Interaction between vegetation and reclaimed soil

圖6 不同生態系統選用的植被類型Fig.6 Vegetation types selected for different ecosystems

對礦區范圍內的土地進行復墾后，耕種面積有所提升，使平均耕作成本大幅度降低，生產效率也得到改善。礦區復墾土地中，農作物種植土地類型包括水田和旱地，主要種植水稻、小麥、玉米和大豆等，不同農作物的種植比例及其平均產量如圖7所示。

圖7 不同農作物的種植比例及其平均產量Fig.7 Planting ratios of different crops and their average yields

考慮到土地復墾初期農作物的長勢非常不好，不適合進行農作物種植，因此農作物的銷售效益主要從中期和后期開始考慮。假設水稻、小麥、玉米、大豆的收購價格為2.5、2.3、2.4、3.8元/kg，則每年的農作物銷售額度可以達到65萬元。不同農作物的收購價格及平均銷售收益如圖8所示。

4.2 社會效益

通過對煤礦礦區土地進行復墾，從微觀層面改變了土壤的理化性質，從宏觀層面給當地居民的生產和生活帶來了巨大的促進作用。土地復墾工程本身可以為當地居民提供很多就業崗位，提升了勞動力的利用效率。通過土地復墾極大地增加了當地的農業種植面積，使得人均耕作面積有了大幅度提升，

圖8 不同農作物的收購價格及平均銷售收益Fig.8 Purchase prices and average sales revenue of different crops

很好地處理了農村勞動力過多的現象，解決了就業問題。通過復墾，該地區的生態環境得到了有效的改善，特別是空氣中的懸浮顆粒含量大幅度降低，居民呼吸道疾病及肺病患者的數量減少，為保障居民過上更好的生活奠定了堅實的基礎。綜上，礦區土地復墾為該地區創造了良好的社會效益，提升了社會的穩定性。

4.3 生態效益

通過此次礦區土地復墾，將原先的塌陷區等對生態環境會產生不良影響的用地全部轉變成為了耕地。通過礦井回填、塌陷區填充、土地平整和增肥等一系列措施，目前塌陷區的土地以水田、旱地、林地等為主，植被覆蓋率以及生物多樣性大幅度提升。礦區抵御災害的能力以及保持水土流失的能力均得到顯著加強，這些都是生態效益的重要體現形式。

5 結論

本文主要以煤礦礦區土地復墾過程為研究對象，對土地復墾適宜性進行了評價，提出了有效的復墾治理措施。

（1）某煤礦由于開采時間較長，形成了大量的塌陷區，給該地區的生態環境造成的不良影響，急需對礦區土地進行復墾，以改善生態環境。

（2）結合礦區實際情況確定了農業用地、建設用地和生態用地3個復墾方向，基于層次分析法建立了評價指標，確定了各指標的權重。3個復墾方向的評價得分依次為77.57、67.11、62.04分，所以將農業用地作為最終的復墾方向。

（3）從土地復墾工程措施和生物化學措施2個層面詳細介紹了土地復墾相關的技術，基于以上技術實施后，在礦區產生了良好的經濟效益、社會效益和生態效益。