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(xué)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(chǔ)，對(duì)土地資源不科學(xué)、不合理的利用是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的桎梏問(wèn)題。煤礦開(kāi)采過(guò)程雖然為人類發(fā)展提供了重要的能源支撐，但與此同時(shí)也給生態(tài)文明造成了嚴(yán)重破壞，兩者之間的矛盾尤其突出[1]。如果可以基于先進(jìn)的技術(shù)對(duì)煤礦礦區(qū)土地進(jìn)行復(fù)墾，則可以較好地解決以上矛盾問(wèn)題。在我國(guó)大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，礦區(qū)土地復(fù)墾方面的研究越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注[2]。通過(guò)開(kāi)展土地復(fù)墾工作，能對(duì)寶貴的耕地資源進(jìn)行保護(hù)，提升土地的利用效率，使之更好地為人們的生活和生產(chǎn)服務(wù)[3]。開(kāi)展土地復(fù)墾前需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)礦區(qū)土地的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，找到土地最好的開(kāi)發(fā)方向。在此基礎(chǔ)上，提出針對(duì)性措施對(duì)土地資源進(jìn)行治理[4]。本文主要結(jié)合某煤礦礦區(qū)土地復(fù)墾情況進(jìn)行分析，對(duì)復(fù)墾適宜性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，提出了有效的治理措施，對(duì)于促進(jìn)煤礦礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)及其土地利用概況

1.1 研究區(qū)域概述

某煤礦于20世紀(jì)70年代開(kāi)始建設(shè)，并于80年代正式進(jìn)行煤礦開(kāi)采。截至目前已經(jīng)運(yùn)行幾十年，整個(gè)礦區(qū)的面積達(dá)到了340 hm2。礦區(qū)附近有2條大型河流經(jīng)過(guò)，水資源比較豐富，距離市區(qū)只有8 km左右，附近有多條國(guó)道或高速公路，交通方面比較便利。煤礦所在地區(qū)屬于暖溫帶氣候區(qū)，平均溫度15 ℃，年平均風(fēng)速2.5 m/s，全年日照時(shí)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(qū)土地利用情況

在土地自然資源管理局提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，配合使用遙感影像數(shù)據(jù)，根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)，可以將整個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)的土地利用類型劃分成為9種。礦區(qū)土地的分類及占據(jù)比例的統(tǒng)計(jì)情況如圖1所示。由圖1中數(shù)據(jù)可知，耕地和商服用地占據(jù)的面積相對(duì)最大，占據(jù)總面積的比例依次為26.42%和28.39%。煤礦在建設(shè)階段及后期的開(kāi)采運(yùn)行階段，都對(duì)附近的土地資源造成了一定的損壞，部分損壞嚴(yán)重的區(qū)域?qū)е峦恋匾呀?jīng)完全喪失了原有的功能，地形和地貌都出現(xiàn)了極大的改變。土地輕則出現(xiàn)了地表水平變形，更嚴(yán)重的出現(xiàn)了傾斜變形，最嚴(yán)重的地表出現(xiàn)了嚴(yán)重的塌陷現(xiàn)象。

圖1 礦區(qū)的主要土地類型及其占比統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of the main land types and their proportions in the mining area

1.3 土地復(fù)墾的必要性

所謂煤礦塌陷區(qū)指的是在地底下開(kāi)展煤礦開(kāi)采工作時(shí)，將地下掏空，導(dǎo)致地表巖石和土壤出現(xiàn)懸空現(xiàn)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(xiàn)塌陷現(xiàn)象，會(huì)對(duì)地表的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，給地質(zhì)安全埋下安全隱患。對(duì)于煤礦礦區(qū)土地如果不加以處理，時(shí)間長(zhǎng)久后就會(huì)荒廢。所以有必要對(duì)礦區(qū)土地進(jìn)行復(fù)墾，提升土地資源的利用效率。在我國(guó)大力開(kāi)展生態(tài)文明建設(shè)的背景下，此項(xiàng)工作特別有意義。

2 礦區(qū)土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

研究基于層次分析法建立土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)煤礦所在區(qū)域的實(shí)際情況，礦區(qū)土地可以復(fù)墾利用的方向主要有3個(gè)，分別為農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地和生態(tài)用地，此為整個(gè)指標(biāo)體系的第1層。第2層指標(biāo)體系同樣有3個(gè)指標(biāo)，分別為適宜因素、驅(qū)動(dòng)因素和制約因素。根據(jù)第2層指標(biāo)可以確定第3層指標(biāo)，為具體的適宜性評(píng)價(jià)。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(jìn)行復(fù)墾，驅(qū)動(dòng)因素主要描述地區(qū)人口和經(jīng)濟(jì)水平等對(duì)不同的復(fù)墾方向的影響情況，制約因素主要反映土地復(fù)墾活動(dòng)可能對(duì)本地區(qū)人們生活和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的影響。結(jié)合實(shí)際情況構(gòu)建的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及不同復(fù)墾方向?qū)?yīng)的指標(biāo)如圖2所示。

確定好具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)后，還需要從土地質(zhì)量、土地限制以及土地適宜等多個(gè)層面出發(fā)，結(jié)合《土地復(fù)墾條例》文件，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的復(fù)墾適宜性，將其劃分成為不同的等級(jí)[6]。研究將其分為4個(gè)等級(jí)，分別為高度適宜、重度適宜、基本適宜和不適宜，為了方便對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算，以上4個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)分別取100、75、50、25分。以地形坡度指標(biāo)為例，根據(jù)《土地復(fù)墾技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中的要求，地形坡度不超過(guò)6°時(shí)最佳，屬于高度適宜，計(jì)算時(shí)取100分，地形坡度分別在6°～15°、15°～25°以及>25°時(shí)，對(duì)應(yīng)的適宜等級(jí)分別為重度適宜、基本適宜和不適宜，定量計(jì)算時(shí)所取分值依次為75、50、25分。

2.2 各指標(biāo)權(quán)重的確定

考慮到各個(gè)具體指標(biāo)對(duì)不同復(fù)墾方向的影響程度存在差異，并且差異性相對(duì)較大，因此需要結(jié)合實(shí)際情況確定不同復(fù)墾方向?qū)?yīng)指標(biāo)的權(quán)重大小。指標(biāo)權(quán)重大小確定的科學(xué)性與合理性，會(huì)直接影響復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)的質(zhì)量和效果?；贏HP方法確定各影響因素之間的權(quán)重大小，根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)復(fù)墾方向的影響程度，將其劃分成為5個(gè)等級(jí)，從高到低依次為絕對(duì)重要、十分重要、比較重要、稍微重要、不重要，5個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的取值分?jǐn)?shù)依次為9、7、5、3、1[7]。具體打分時(shí)制作調(diào)查問(wèn)卷表，邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)專家和學(xué)者打分后取平均值，最后根據(jù)不同復(fù)墾方向各指標(biāo)的分?jǐn)?shù)計(jì)算其權(quán)重大小。不同復(fù)墾方向?qū)?yīng)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Land reclamation suitability evaluation index system

2.3 土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

按照式（1）對(duì)土地復(fù)墾適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算：

（1）

式中，n為不同復(fù)墾方向?qū)?yīng)指標(biāo)的數(shù)量；S為不同復(fù)墾方向的綜合得分；Si和Wi分別為具體指標(biāo)的得分及對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

基于上文所述的評(píng)價(jià)方法并結(jié)合式（1），可以計(jì)算得到3個(gè)土地復(fù)墾方向?qū)?yīng)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，結(jié)果如圖3所示。由圖3中數(shù)據(jù)可知，農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地和生態(tài)用地3個(gè)復(fù)墾方向的適宜性評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)依次為77.57、67.11、62.04分。說(shuō)明此煤礦塌陷區(qū)土地最適合作為農(nóng)業(yè)用地進(jìn)行復(fù)墾開(kāi)發(fā)?；诖?，決定將礦區(qū)土地復(fù)墾為農(nóng)業(yè)用地。

3 礦區(qū)土地復(fù)墾治理措施研究

3.1 土地復(fù)墾工程措施

對(duì)煤礦礦區(qū)土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)復(fù)墾時(shí)，需要對(duì)整個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)的土地進(jìn)行土壤重構(gòu)，主要包括廢棄礦井填封、塌陷區(qū)填充、土壤剝覆及平整、土壤培肥等工程項(xiàng)目[8]。對(duì)于已經(jīng)關(guān)閉的礦井，可以利用地表中的無(wú)害垃圾進(jìn)行回填，回填至井筒時(shí)利用細(xì)小碎石進(jìn)行回填，為了防止地表水過(guò)快向下滲透，回填至地表位置時(shí)需要利用水泥砂漿對(duì)其進(jìn)行封堵，然后利用種植土進(jìn)行填充。開(kāi)展土地復(fù)墾工作時(shí)必然會(huì)開(kāi)挖一些池塘并疏通河流區(qū)域，開(kāi)挖獲得的土方可以運(yùn)輸至塌陷區(qū)進(jìn)行填充，以避免農(nóng)業(yè)種植區(qū)域出現(xiàn)過(guò)大的地勢(shì)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(duì)其他位置適合植物種植的熟化土壤進(jìn)行收集，然后運(yùn)輸至土地復(fù)墾區(qū)域進(jìn)行覆蓋，以改善礦區(qū)土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，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(duì)地面塌陷較小的區(qū)域進(jìn)行平整；②對(duì)原本高低不平的區(qū)域利用土方進(jìn)行回填平整。最后，為了防止復(fù)墾區(qū)域表層土壤肥力的流失，還需要開(kāi)展土壤培肥工程項(xiàng)目，以提升土壤的肥力以及有機(jī)質(zhì)的含量。

表1 不同復(fù)墾方向?qū)?yīng)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of corresponding index weights for different reclamation directions

圖3 不同土地復(fù)墾方向適宜性評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)Fig.3 Suitability evaluation scores for different land reclamation directions

土壤重構(gòu)基本流程及其影響因素如圖4所示。

圖4 土壤重構(gòu)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(hù)工作。另外，整個(gè)過(guò)程中還會(huì)受到很多其他方面因素的影響，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。基于土地復(fù)墾工程，使得復(fù)墾區(qū)域土壤的生物化學(xué)環(huán)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(zhì)及內(nèi)部包含的生物多樣性也得到了強(qiáng)化。

3.2 生物化學(xué)措施

所謂生物化學(xué)措施，主要是基于化學(xué)和生物的方法對(duì)土壤的環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化改善，提升土壤的肥力以及生物多樣性，以達(dá)到改善礦區(qū)土壤環(huán)境的效果[9]。為了加快土壤優(yōu)化速度，此過(guò)程需要通過(guò)人工干預(yù)的方式進(jìn)行，主要是選擇合適的植被進(jìn)行種植，使植被與土壤之間發(fā)生復(fù)雜的相互影響和作用，從而改善土壤的理化性質(zhì)。植被與復(fù)墾土壤之間的相互作用關(guān)系如圖5所示。

采取措施時(shí)需要重點(diǎn)從2個(gè)方面著手：①選擇適合礦區(qū)土壤的耕作技術(shù)；②選擇適合土壤的植被類型。耕作技術(shù)主要是采取措施提升土壤的肥力，在合理選擇肥料構(gòu)成的基礎(chǔ)上還要使用科學(xué)的施肥技術(shù)。選擇植被類型時(shí)必須遵循因地制宜的方法，通常豆科植物能夠適應(yīng)礦區(qū)復(fù)墾土壤復(fù)雜的環(huán)境，同時(shí)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(qū)土壤修復(fù)方面具有非常好的效果[10]?？紤]到本土植物對(duì)本地區(qū)氣候條件具有很好的適應(yīng)性，在礦區(qū)修復(fù)植被類型選擇方面，最好選擇本地區(qū)的植被。選擇本土植被更加有利于形成完善的生態(tài)系統(tǒng)。

結(jié)合本文所述煤礦的地質(zhì)條件和氣候條件，選擇的植被需滿足以下幾點(diǎn)：①對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和氣候條件具有良好的適應(yīng)性，且具有很好的抗逆境能力；②具有相對(duì)較好的固氮性能；③資源比較豐富，容易獲得，成活率相對(duì)較高；④水土保持能力相對(duì)較好，可以有效降低地表徑流、存儲(chǔ)水分，防止發(fā)生水土流失現(xiàn)象。本案例中，結(jié)合不同生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際需要，最終選定的植被類型如圖6所示。

4 礦區(qū)土地復(fù)墾效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

礦區(qū)土地復(fù)墾經(jīng)濟(jì)效益可從2個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算：①土地重構(gòu)以及植被重建帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；②為農(nóng)作物種植的銷售效益。根據(jù)土地復(fù)墾的實(shí)踐效果，可以將其劃分成為3個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)期，土壤的生產(chǎn)力分別可以恢復(fù)到普通情況的30%、80%和120%。在土地復(fù)墾初期為了改善土壤性質(zhì)種植的為先鋒植物，將土地作為林地使用。預(yù)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能部分每年的經(jīng)濟(jì)效益為2 244元/hm2，在中期經(jīng)濟(jì)效益有所提升，每年可以達(dá)到5 984元/hm2，后期經(jīng)濟(jì)效益更加顯著，每年可以達(dá)到8 976元/hm2。本案例中，煤礦土地復(fù)墾面積大約為47.5 hm2?；诖?，可以計(jì)算得到第1部分經(jīng)濟(jì)效益在初期、中期和后期的經(jīng)濟(jì)效益依次為10.66、28.43、42.65萬(wàn)元。

圖5 植被與復(fù)墾土壤之間的相互作用關(guān)系Fig.5 Interaction between vegetation and reclaimed soil

圖6 不同生態(tài)系統(tǒng)選用的植被類型Fig.6 Vegetation types selected for different ecosystems

對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的土地進(jìn)行復(fù)墾后，耕種面積有所提升，使平均耕作成本大幅度降低，生產(chǎn)效率也得到改善。礦區(qū)復(fù)墾土地中，農(nóng)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(nóng)作物的種植比例及其平均產(chǎn)量如圖7所示。

圖7 不同農(nóng)作物的種植比例及其平均產(chǎn)量Fig.7 Planting ratios of different crops and their average yields

考慮到土地復(fù)墾初期農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)非常不好，不適合進(jìn)行農(nóng)作物種植，因此農(nóng)作物的銷售效益主要從中期和后期開(kāi)始考慮。假設(shè)水稻、小麥、玉米、大豆的收購(gòu)價(jià)格為2.5、2.3、2.4、3.8元/kg，則每年的農(nóng)作物銷售額度可以達(dá)到65萬(wàn)元。不同農(nóng)作物的收購(gòu)價(jià)格及平均銷售收益如圖8所示。

4.2 社會(huì)效益

通過(guò)對(duì)煤礦礦區(qū)土地進(jìn)行復(fù)墾，從微觀層面改變了土壤的理化性質(zhì)，從宏觀層面給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活帶來(lái)了巨大的促進(jìn)作用。土地復(fù)墾工程本身可以為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┖芏嗑蜆I(yè)崗位，提升了勞動(dòng)力的利用效率。通過(guò)土地復(fù)墾極大地增加了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)種植面積，使得人均耕作面積有了大幅度提升，

圖8 不同農(nóng)作物的收購(gòu)價(jià)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(nóng)村勞動(dòng)力過(guò)多的現(xiàn)象，解決了就業(yè)問(wèn)題。通過(guò)復(fù)墾，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)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(shù)量減少，為保障居民過(guò)上更好的生活奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。綜上，礦區(qū)土地復(fù)墾為該地區(qū)創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益，提升了社會(huì)的穩(wěn)定性。

4.3 生態(tài)效益

通過(guò)此次礦區(qū)土地復(fù)墾，將原先的塌陷區(qū)等對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不良影響的用地全部轉(zhuǎn)變成為了耕地。通過(guò)礦井回填、塌陷區(qū)填充、土地平整和增肥等一系列措施，目前塌陷區(qū)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(qū)抵御災(zāi)害的能力以及保持水土流失的能力均得到顯著加強(qiáng)，這些都是生態(tài)效益的重要體現(xiàn)形式。

5 結(jié)論

本文主要以煤礦礦區(qū)土地復(fù)墾過(guò)程為研究對(duì)象，對(duì)土地復(fù)墾適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出了有效的復(fù)墾治理措施。

（1）某煤礦由于開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)，形成了大量的塌陷區(qū)，給該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，急需對(duì)礦區(qū)土地進(jìn)行復(fù)墾，以改善生態(tài)環(huán)境。

（2）結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況確定了農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地和生態(tài)用地3個(gè)復(fù)墾方向，基于層次分析法建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了各指標(biāo)的權(quán)重。3個(gè)復(fù)墾方向的評(píng)價(jià)得分依次為77.57、67.11、62.04分，所以將農(nóng)業(yè)用地作為最終的復(fù)墾方向。

（3）從土地復(fù)墾工程措施和生物化學(xué)措施2個(gè)層面詳細(xì)介紹了土地復(fù)墾相關(guān)的技術(shù)，基于以上技術(shù)實(shí)施后，在礦區(qū)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。