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神东矿区开荒复垦与再生模式研究
摘要：矿业资源是我国重要的基础能源资源之一.近年来，矿区游荡活动较为频繁，在保护矿区经济社会发展方面发挥着重要作用.然而，它已导致严重破坏土地资源和环境污染。相应地出现了大量采矿荒地.因此，有必要对采矿荒地进行复垦，并进行再生工程。在本研究中，陕西神木和内蒙古鄂尔多斯的神东矿区是研究地点。论述了适合神东矿业废弃矿区地形改造，土壤改良，植被恢复和生态修复的生态修复工程措施,提出了生态农业模式、建设用地模式、矿山园区模式等三种新的开发利用模式，以期恢复土地资源，为申东矿区经济、社会和生态可持续发展提供参考。
导言
煤炭工业作为国民经济发展的基本能源之一，是工农业生产和社会经济发展的重要组成部分。据统计，95%以上的基本能源、80%的工业原料和70%的农业生产原料来自煤炭工业。煤炭工业的重要性显而易见。自20世纪80年代以来，煤炭工业和其他重工业空前繁荣，但持续的高强度采矿活动对土地（如地表沉降、固体废物污染、地质灾害)和自然环境(土壤污染、水污染、空气污染等）造成了严重破坏。即使采矿作业结束，矿区大面积土地的破坏仍然存在。
世界发达国家（包括英国和德国）的发展历史也经历过类似的“工业疾病”。通过土地整理和复垦，已经被污染和破坏的土地可以恢复活力[4-5]。为了减少环境污染，保护矿区生态，我国许多矿区开展了土地整治复垦工作[6-8]。随着申东矿区社会经济的发展，对建设用地的需求逐渐增加..积极推进废弃矿山土地复垦，改善当地自然，生态条件的同时可以提高社会，经济，生态效益，为当地集约高效可持续的土地资源提供保障。
2.研究区概况及土地利用现状
2.1社会经济和自然条件
中煤企业神华集团经营的神东矿区，神华集团2009年实现商品煤销售收入236.05亿元，营业收入至2013年大幅增长，神东矿区作为神华煤业的核心区，有总储量约2000亿吨煤炭资源，被认为是世界八大煤田之一，神东矿区建成的煤炭生产基地在全国实现首个亿吨现代大型厂，并纳入19个高产高效煤矿，年生产能力在2吨以上，生产能力居全国第一，随着神东矿区的开发建设，极大地促进了区域经济的快速发展，神木和依金霍洛成为全县增长最快的经济，为国民经济发展做出了巨大贡献。
神东矿区位于陕西省榆林市西北部边境地区和内蒙古自治区市鄂尔多斯南部（图1），位于黄土高原，内蒙古草原和穆乌山地的复杂过渡带，位于东经109°30′30′至北纬38°30′32′′，海拔1000m以上。地貌单元为黄土丘陵沟壑区，部分地表多为第四纪风沙和砂质黄土覆盖；为半干旱大陆性季风气候，年降雨量402.7mm，但蒸发量高达1753.8mm~1978.7mm，风蚀和水蚀很强，由于气候和沙区植被稀少，耐旱性和干旱性植物主要表现为稀疏灌木植被景观；区域生态环境非常脆弱，是国家重点水土流失监测区。
2.2围垦项目区情况
神东矿区含大量优质煤，属浅埋。煤矿开采后，容易形成地面塌陷坑。随着采煤强度的增加，采空区逐渐变大，塌陷逐渐扩大，周围出现大量裂缝。煤炭资源的大规模开采不仅破坏了原有的地形地貌和自然景观，还留下了贫瘠的矿区、尾矿和塌陷的采空区和废石场。神木县大柳塔矿业大煤矿区采空区和沉陷区地表面积变形严重，面裂缝宽2m，纵向深度10~18m..区域部分区域整体下沉2～3m，最大塌陷深度为几十米，如图2所示。
另一方面，随着矿区的大规模开采和地表的广泛扰动，植被受到严重破坏，废渣堆积达6858万吨，土地荒漠化加剧。
由于矿区煤层较浅，人工排水和地下水引起的排水和开采导致地下水大规模下降。农田供水不足，地表植被枯萎，同时，煤化工废水的排放严重污染了水资源。详见图3和图4。
3.矿山荒地生态修复理论与方法
3.1土地开垦和生态恢复的基本原则
根据矿产资源规律，采矿或采矿活动后，有完整的废物处置和土地生态恢复规划及相应的技术措施和评价指标。土地复垦是对生产建设活动和受到自然灾害破坏的土地采取补救措施，恢复到可利用活动的预期状态，其目的是恢复土地利用、循环利用、生产建设的生态平衡，同时促进土地资源的健康发展，保护土地资源，使其可持续发展。
生态修复是一种局部生态系统，它恢复了被人类扰动破坏的生态系统，恢复为生物多样性和动态平衡。其本质是将受损的区域环境恢复或重建成一个与当地自然相容的生态系统。包括重新植被，复垦和重建。其中，生态的关键重建是恢复生态系统必要的结构和功能，使其能够自我维持。
3.2生态恢复的目标和原则
生态修复是恢复废弃矿山自然生态景观，改善区域环境质量的重要措施,生态修复目标的确定是基于废弃土地的理化性质，自然条件和社会需要理化性质以采样调查分析为主，并考虑地形地貌和地质稳定性；自然条件需要考虑气候，景观，菌群；社会需要考虑荒地生态恢复主体，环境保护和经济发展需要矿区生态修复遵循以下基本原则：
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- 定性与定量相结合的原则..定性与定量相结合的评价方法是研究综合分析土壤、气候、地形、生物等自然因素和经济条件、种植习惯等社会因素，考虑破坏程度和园林类型，确定园林方向。
- 矿山生态恢复合理。
- 原则坚持因地制宜,根据不同的区块破坏特征，生态环境条件，需要经济，合理，有效的方法，严格控制矿区矿产资源开发环境扰动和破坏对保护和保持原有植被和土地复垦的利用，最大限度地减少开发活动对生态环境的影响。
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4.神东矿区废弃物生态修复工程措施
4.1土地改造和土壤改良
矿区地貌和土壤改良改造是矿区生态改造的基础工程。在神东矿业，第一项工作是露天采场充填和土壤平整工作。充填复垦技术是指利用煤矿开采的废弃物（如粉煤灰和煤矸石等）作为修复受损土地的填充材料。其中，燃烧后的煤矸石是一种强酸物质，能中和土壤的基本成分，因此用于填农林复垦。未燃尽的煤矸石能够夯实基础，并能建成基本建设用地。粉煤灰复垦适用于旱地，它的用途是土壤改良，可以改变土壤质地，提高土壤持水能力，提高土壤p H值，提高土壤肥力。矿区荒地复垦复垦技术如图5所示。
在对神东矿业复垦废弃区域土地进行填筑时，首先要完成剥离土(表层土厚度约30cm，表层土厚度约60cm~地下土)的取，收，放在指定区域，采用煤矸石，粉煤灰作填充材料，以便露天填仓。根据形状和尺寸，在底层布置大煤矸石，在表面松散放置小煤矸石。灌装后，复垦区地表覆盖备用土壤，恢复土壤的理化特性和营养状况，为矿区植被重建提供生长条件。
神东矿业荒地土壤改良包括物理性质改良，pH改良和营养改良等方面。物性改善的目标是增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤结构，可用于犁地，农家肥等方法。低p H值的土壤可反复应用于磷矿，长期控制p H值，低p H值的酸性土壤可利用石灰调节酸度，降低土壤pH并促进微生物活性，改善土壤结构。
4.2恢复植被和生态重建
神东矿区生态环境脆弱，煤炭资源开采后，环境破坏和生态失衡较为严重，因此，生态工程措施的植被恢复和重建是必要的。植被恢复不仅是为了在废弃的土地上种植作物，而且是为了创造一个生物群落，这是自我维持的自然环境。植被恢复重建工程，是一般通过人工干预改善场地条件，能适应植物的生物学特性；植被根系具有固定作用，能在一定程度上控制水土流失和土壤蒸发，增加微生物活性，改善小气候。因此，植被恢复已成为煤矿废弃土地复垦的重要手段和环境保护措施。
植物种类的选择在土地复垦和生态恢复的初期是非常重要的。利用复垦区当地的农作物品种，种植此类植物能够快速适应复垦土地的生长环境，能够很好地生长繁殖，基于恢复生态学原理，景观生态学原理和植被群落理论，设计植被群落的组成，结构和密度，创造适宜的生存空间，避免种间竞争。植被群落结构自然植被结构模拟，实施落叶乔木，灌木混播，利用少量土壤配合种植常绿乔木在土壤中球移植，草本植物应浸泥或土壤混播种植[37]..此外，通过区分矿区表土开发的优缺点，我们可以覆盖一个弃土表面一定厚度的土壤、污泥和粉煤灰，将大大改善土壤环境，促进植物生长。
神东矿区黄土坡较缓，厚，植物种类丰富，黄土地区植被类型为裂殖，莱斯培扎，黄芪，百里香，紫花苜蓿，三叶草；植被以沙漠灌草草，杨柴为优势种，与水稻，昆虫，相联系，三尖瓣砂1至2年草本植物。根据申东矿区的气候和土壤，降雨等自然条件和邻近生态地理区域的植被情况，如表1首选植物种类和植被恢复。
在矿区生态重建中，牧草植被的主要选择是苜蓿和黄芪，冠状静脉曲张，这是神东矿区的先锋植物物种。其抗旱性较高，生长速度较快，具有固氮改良土壤的能力；对于灌木种，以沙柳，柠条，紫穗槐，夏枯草为首选。这些灌木适应性好，抗逆性强，成活率高；主要树种考虑油松，侧柏，国槐，刺槐，新疆洋等优良乡土树种，神东矿区为缺水区，培育适宜外来物种难度较大，故优秀乡土植物物种优先，总体而言，土地复垦和生态重建的目标是采取切实可行的措施，使土地可持续利用的完成因采矿而受损，矿区土地复垦生态重建系统如图6所示。
5.神东矿区土地再生模
5.1生态农业模式
以我国人口众多，人均耕地少，后备资源不足，人地矛盾突出为基础，造成的土地破坏多为农用地，甚至绝大多数为耕地.因此，土地复垦的目的是优先考虑农业用地。气候，光照，水体等自然条件相结合，采用综合分析设计的生态复垦模式，果业农业复垦模式和综合养殖模式。..
5.1.1生态农业园区复垦模式
生态农业园区模式，注重从生态和园林角度打造植物景观，突出当地农村植物景观，合理布局生产项目和设施，使之成为观赏景观，旨在发展庭院经济和生态旅游休闲农业..农产品主要种植玉米，马铃薯，葵花等杂粮，瓜果，蔬菜等优质品种，形成标准化种植基地。充分利用现代农业技术，建设现代“四区一园”。农业园区，即生产生猪养殖和蔬菜种植区、植草羊养殖区、粮食种植区、加工配送区和文化产业园，以建设生态农业园区为核心，综合国家公园、现代种植养殖、加工、科技、旅游开发，构建现代农业循环西北范式。
5.1.2林业和水果养殖复垦模式
林果农垦模式是对神东矿区废弃土地和破坏塌陷区进行生态复垦..在林业树种的选择上，既要考虑经济效益高，又要考虑根系发达、抗旱适应性强、固水固沙效果好等多功能效益。神东矿区适宜的经济林种植主要有银杏，沙柳，柠条，杨和新疆两种生态林和桃，杏，枣经济林。
在黄土丘陵沟壑区荒地和采矿沉陷区，荒漠区，建设林果农垦模式，不仅可以改善荒漠区的生态景观，而且形成以杏，桃，枣林为主的产业链..这有利于保持土壤水分和防止水土流失、荒漠化，也能产生可观的经济效益和良好的生态效益。
5.1.3综合育种模式
在水足一代的神东矿区，按照具有植物浇水功能的生态综合养殖，养殖和复垦设计标准还可以利用耕地的水平梯田或浅平作物种植，旱地农垦将在单一的运行模式之前进行水垦立体生态农业模式的转变。采取深挖浅，平整的土地复垦，在黄河及其支流临河地区附近，建设生态农业综合养殖项目，养殖池，猪场，羊场和后院养殖场及高标准大棚，种植马铃薯，小杂粮等农作物品质。在这一生态系统中，饲料发酵粪塘和池塘肥沃，种植秸秆和草，实现多层次循环植物育种体系，生态合理，功能齐全，整体能源投入产出养殖体系比重较高，具有生态农业优势。
5.2矿山公园模型
以土地复垦生态公园为手段，以优化矿区生态可持续发展为目标，以独特的自然景观和遗迹采矿景观为背景，建设反映神东矿产资源勘查开发历史和具有地域特色的鄂尔多斯北部草原风格，同时与湿地、荒漠化研究价值的历史文化教育功能，并可用于生态复垦开发模式科研实验中的人们观赏和休闲旅游。
神府矿业生态脆弱矿区生态公园模式土地复垦，以采矿土地复垦，环境治理和保护为基础，以采矿景观为轴线，以绿色（农林牧）景观为主体，由当地文化景观实施，依托景观的科学内涵。本次开采的环境治理文化，典型生态景观，历史文化，游憩等景观是系列的有机结合..展示神东矿区特殊矿产资源勘查开发历史，更重要的是通过土地复垦这一模式促进神东矿区社会经济发展转型，以促进社会，经济，神东矿区生态和谐可持续发展..
5.3建立土地模型
鉴于神东矿区自然条件限制与日益紧张的趋势之间的矛盾，鉴于大面积地面沉降，新闻报道，结合县域产业发展规划和区域自然条件，可以在稳定沉降区采用充填复垦模式，补充建设用地。利用煤矸石，粉煤灰等固废产生，生活垃圾填埋复垦作为建设用地复垦是一种较为成熟的方式，可处置大量的煤矸石，粉煤灰等固废产生和生活废料，避免造成土壤，环境和水体污染。可增加工业园区规划建设用地，采矿用地，城市建设用地和新农村建设用地..
特别是在工业园区，物流园区选址相对平坦的“神府经济技术开发区”金街、店塔、严家塔等区域，通过解决填料、抽水疏浚、原位土、矸石回填坝层等，同时采取沉降充填复垦过程，梳理土地利用总体规划要求和土地复垦后新农村生活生产基础设施用地、工业园区、风力发电基础设施用地的政策。同时，园区要充分利用煤矸石，粉煤灰作为建材循环经济的材料。
6.讨论和结论
本文以神东矿区为研究对象，通过文献研究，实地调查和分析开采荒地复垦区的破坏情况，对项目区的自然和社会条件进行了解，神东矿区大面积开采导致地裂缝明显，露天开采荒地和水土污染增加，生态植被破坏严重，基于申东矿区土地破坏现状，提出生态修复技术对矿区受损土地进行治理。主要工程措施
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