采煤塌陷積水區(qū)園林植物配置研究—以濟(jì)寧為例

高彥生，時(shí)玉芹*，李佩佩，伊盼盼，焦繼波

（1.濟(jì)寧市國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)中心，山東 濟(jì)寧 272005；2.山東省國(guó)土空間規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014）

我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，也是用煤大國(guó)。與國(guó)外的露天采煤不同，我國(guó)90%以上的煤炭產(chǎn)量通過井工開采，多采用長(zhǎng)壁垮落采煤法，地表沉降系數(shù)較大，對(duì)地面建筑物、農(nóng)田、道路等的損毀性較強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)共有煤炭資源型城市73 個(gè)，上規(guī)模的煤礦近100 個(gè)，重點(diǎn)采煤沉陷區(qū)70 余個(gè)，主要集中在安徽淮南、淮北、宿州、阜陽(yáng)，山東濟(jì)寧、棗莊，河北唐山、邢臺(tái)，河南商丘、平頂山，山西大同、呂梁等地。截至2020 年底，濟(jì)寧市采煤塌陷地規(guī)模52311.25 hm2，預(yù)測(cè)2025 年達(dá)到53031.62 hm2，其中，重度塌陷積水區(qū)面積5183.47 hm2，占比10%。隨著生態(tài)修復(fù)理念的不斷深入，園林植物配置在采煤塌陷積水區(qū)的應(yīng)用尤為突出，植物群落的水質(zhì)凈化能力、富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)能力、植物配置景觀效果等具有至關(guān)重要的作用。

近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)采煤塌陷地生態(tài)修復(fù)的研究較多。卞正富等結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論，提出利用生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)土地復(fù)墾后的結(jié)構(gòu)，從土壤生產(chǎn)力恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)平衡修復(fù)兩個(gè)方面討論采煤塌陷地生態(tài)重建的方法。張樹禮等將內(nèi)蒙古鄂爾多斯市神華黑岱溝煤礦采煤塌陷地規(guī)劃為生態(tài)觀光園。劉景雙等通過遼寧撫順采煤塌陷地的復(fù)墾研究，提出了還田生態(tài)重建模式。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)采煤塌陷積水區(qū)植物配置方面的研究較少。本文主要針對(duì)采煤塌陷地積水區(qū)研究，結(jié)合水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的植物配置，達(dá)到生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的統(tǒng)一。

1 積水區(qū)基本情況

采煤塌陷區(qū)是由于煤炭常年大規(guī)模的開采，再加上地下水位較低，導(dǎo)致地面移動(dòng)、土地下沉、盆地積水、淹沒耕地，形成塌陷積水區(qū)域。根據(jù)魯南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、煤層分布、潛水位高度、開采方式等，大部分塌陷積水深度在1～5 m 之間。

采煤礦井水、地下水及大氣降水在作為塌陷水體主要水源的同時(shí)，亦攜帶周邊污染物，給塌陷積水區(qū)輸入了大量的鈣、鎂、鉀等離子和有機(jī)物及氮、磷等，表現(xiàn)出采煤礦區(qū)獨(dú)具的環(huán)境特征。為了確定采煤塌陷積水區(qū)水質(zhì)變化情況，2021 年對(duì)濟(jì)寧二號(hào)煤礦、鹿洼煤礦的積水區(qū)地表水進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，1 個(gè)煤礦選取1 個(gè)大面積積水區(qū)選取2 點(diǎn)，分別在枯水期和豐水期采樣，取平均值。

表1 典型煤礦地表水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

指標(biāo)顯示：（1）pH 值均處在堿性范圍，基本適宜魚類和水生生物的生長(zhǎng)[1].（2）SO42-已經(jīng)超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的地表水源SO42-的限值250 mg/L[2]。大量硫酸鹽進(jìn)入水體，會(huì)造成水體酸化，使土壤板結(jié)，影響植物生長(zhǎng)。（3）COD 指標(biāo)、TP 指標(biāo)與水體營(yíng)養(yǎng)化成正相關(guān)[3]，監(jiān)測(cè)中COD 在20 mg/L 左右，TP＞0.02 ppm，表明水體富營(yíng)養(yǎng)化。（4）F-在0.9～2.0 mg/L 之間，《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求灌溉水的氟化物的含量應(yīng)小于2 mg/L[4]，塌陷水體F-未超標(biāo)。

2 積水區(qū)園林植物配置研究

2.1 配置原則

2.1.1 空間布局

根據(jù)采煤塌陷積水區(qū)空間梯度的分布情況（水平、垂直）進(jìn)行植物配置，從深水、淺水到岸邊，按照沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物群落進(jìn)行選擇[5]。多種不同種類的水生植物種植，在生物多樣性的基礎(chǔ)上，能保持生態(tài)環(huán)境的連續(xù)性。挺水植物莖和葉挺出水面，適應(yīng)水深0～1.5 m，常見有花葉蘆竹、香蒲、黃菖蒲、水蔥、蘆葦、千屈菜等；沉水植物大部分植株全部沒于水中，適應(yīng)水深0.3～6 m，常見有苦草、眼子菜、金魚藻等；浮葉植物僅葉片漂浮水面，適應(yīng)水深0.15～5 m，常見有睡蓮、菱、荇菜等；漂浮植物整個(gè)植物體浮懸水面，水深能漂浮即可，常見有鳳眼蓮、浮萍等。在水面規(guī)劃配置生態(tài)浮島，岸邊搭配濕生植物，形成多層次的、水生植物和陸生植物相結(jié)合的景觀效果。

2.1.2 功能指標(biāo)

①水質(zhì)凈化能力。蘆葦、美人蕉、香蒲、再力花等對(duì)COD 的去除能力較強(qiáng)。富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)，主要以沉水植物為主，對(duì)氮、磷的吸收，鳳眼蓮、蘆葦、浮萍、再生花等，能高效凈化氮磷，防止引發(fā)藻華[6]。硫酸鹽造成水體鹽度升高，選擇耐鹽脅迫能力的水生植物，如寬葉香蒲、黃菖蒲、蘆葦、美人蕉等，能夠提高凈化效率，形成微生態(tài)小環(huán)境。②提高水生動(dòng)物多樣性能力。浮萍、鳳眼蓮、大薸、苦草等漂浮植物和沉水植物，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，是河蟹、草魚等水生動(dòng)物的重要食物來源，可以形成塌陷積水區(qū)水生動(dòng)植物群落新生態(tài)。③生物資源化利用能力。有能源燃料生產(chǎn)用途的鳳眼蓮、香蒲等，可食用的茭白、芡實(shí)、蓮藕等，可藥用的苦草、金魚藻等，增加經(jīng)濟(jì)效益。達(dá)到景觀效益與生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相結(jié)合。

圖1 水生植物適應(yīng)水深圖

2.2 具體園林植物配置實(shí)踐

2.2.1 選取地塊

選取濟(jì)寧市鹿洼煤礦采煤塌陷積水區(qū)地塊，位于為魚臺(tái)縣清河鎮(zhèn)大程莊村，屬于一采區(qū)、二采區(qū)，因3 上和3 煤層的開采形成采空塌陷。通過開挖淤泥回填，能提供大面積可種植水生植物的淺灘，達(dá)到涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)的目的。采煤塌陷積水區(qū)水深0.5～5.0 m，已穩(wěn)沉，分布如下圖2 所示。根據(jù)現(xiàn)狀，進(jìn)行園林植物配置實(shí)踐研究。

圖2 采煤塌陷積水區(qū)分布圖

2.2.2 樹種選擇和搭配

配置具體物種，每一類選擇最適應(yīng)塌陷積水區(qū)生長(zhǎng)的園林植物，綜合考慮對(duì)采煤塌陷水體進(jìn)行修復(fù)的多種功能指標(biāo)，并結(jié)合景觀效果，形成局部小生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，生態(tài)浮島在材料中加上陶粒、蛭石等，蚯蚓、貝類等水生動(dòng)物，提高生態(tài)凈化能力[7]。具體如表2。通過剖面圖和效果圖展示植物配置，更加清晰直觀，如圖3、4。

圖3 植物配置效果圖

圖4 植物配置剖面圖

表2 植物配置詳表

2.2.3 配置結(jié)果

按照規(guī)劃的園林植物配置搭配種植，在2022 年4月、9 月分別對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（如表3）。指標(biāo)顯示：水體的SO42-的含量降低20%以上，但仍未達(dá)到飲用水地表水源地標(biāo)準(zhǔn)限值；富營(yíng)養(yǎng)化程度有所改善；其他指標(biāo)變動(dòng)不大。由于動(dòng)植物種類的增加，鹿洼煤礦采煤塌陷積水區(qū)增添新的活力，形成局部小氣候、新環(huán)境，是周邊村民游玩的好去處。同時(shí)，園林植物在凈化、美化環(huán)境的基礎(chǔ)上，也具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

表3 植物配置后地表水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論與討論

濟(jì)寧市采煤塌陷面積占山東省總面積的一半以上，具有代表性和典型性。由于礦井水的滲透等原因，采煤塌陷地積水區(qū)水質(zhì)較一般地表水有一定的區(qū)別。采煤塌陷積水區(qū)進(jìn)行園林植物配置時(shí)，一是要充分做好采煤塌陷深度的監(jiān)測(cè)和水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，塌陷達(dá)到穩(wěn)沉狀態(tài)，方可進(jìn)行植物選配和種植。二是要提前掌握植物對(duì)于水體污染物的凈化能力，植物配置以凈化功能為主、景觀功能為輔。綜合考慮濕生植物、挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物的搭配，結(jié)合生態(tài)浮島設(shè)計(jì)，形成多層次景觀效果。三是因地制宜科學(xué)配置的同時(shí)，逐步形成“采煤塌陷地+產(chǎn)業(yè)”的模式，選擇經(jīng)濟(jì)型水生植物，配合魚類、貝殼類等水生動(dòng)物，進(jìn)一步完善動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)，形成局部微循環(huán)環(huán)境。通過對(duì)濟(jì)寧市采煤塌陷積水區(qū)的園林植物配置研究，希望對(duì)相似地區(qū)的生態(tài)修復(fù)有一定的借鑒作用。