白銘波，浮耀坤，馮澤偉，石國牟，王建文，胡振琪

(1.陜西陜煤陜北礦業(yè)公司 韓家灣煤炭有限公司，陜西 榆林 719300；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所，北京 100083；3.陜西陜煤陜北礦業(yè)公司 檸條塔礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719300)

西部礦區(qū)已成為我國能源開發(fā)戰(zhàn)略中心，其煤礦開采機(jī)械化水平和開采強(qiáng)度的不斷提升，勢必?fù)p傷本已脆弱的礦區(qū)環(huán)境[1]，造成土地資源損毀。對開采損毀的土地進(jìn)行土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)，是改善西部礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要手段之一，而科學(xué)、合理的土地復(fù)墾方案是實施土地復(fù)墾的重要依據(jù)[2]。

許多學(xué)者對礦山開采導(dǎo)致的土地?fù)p毀、環(huán)境破壞及其修復(fù)進(jìn)行了分析研究，趙艷玲、黃琴煥研究了礦山土地破壞程度分析方法，對土地破壞分析因子的選擇、破壞等級和分析單元的劃分進(jìn)行了詳細(xì)的描述[3]；李偉對神府礦區(qū)進(jìn)行了采動沉陷損害程度的分區(qū)分級界定，劃定了評價神府礦區(qū)開采損害分級與判定條件，提出了基于陜北神府礦區(qū)地貌類型，確認(rèn)生態(tài)修復(fù)區(qū)特殊土壤環(huán)境生長植物種類的土地復(fù)墾與生態(tài)重建模式[4]；胡海峰、何萬龍等對山西的土地破壞程度分級指標(biāo)進(jìn)行了研究[5]。余學(xué)義針對礦區(qū)因礦產(chǎn)資源開采造成的受損土地，基于神東礦區(qū)近10a土地復(fù)墾監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計土地復(fù)墾影響因素等級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建以礦區(qū)土地復(fù)墾效益為指標(biāo)的評價體系，對神東礦區(qū)榆家梁煤礦土地復(fù)墾綜合效益進(jìn)行評價，其研究表明實施土地復(fù)墾使礦區(qū)土地類型得到大幅改善[6]。由于西部生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境本底脆弱，目前高強(qiáng)度的煤炭開采導(dǎo)致大量地面沉降、地質(zhì)災(zāi)害、水土流失、植被衰退等災(zāi)害，致使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更加惡劣。本文以檸條塔煤礦為研究區(qū)，基于礦區(qū)自然地理特征，整理采煤塌陷土地?fù)p毀環(huán)節(jié)與形式，確定復(fù)墾區(qū)及復(fù)墾責(zé)任范圍，劃定評價單元，采用綜合分析方法對研究區(qū)土地復(fù)墾的適宜性進(jìn)行評價，并得出最終評價結(jié)果和復(fù)墾方向。

1 研究區(qū)自然地理概況

檸條塔礦區(qū)位于晉陜蒙能源“金三角”區(qū)域，陜北黃土高原與毛烏素沙地東南緣接壤處。礦區(qū)地貌以風(fēng)沙灘、黃土丘陵溝壑為主，溝谷縱橫，梁峁交錯，地形破碎，溝谷陡峻，植被稀少，以考考烏素溝為界，其北為黃土丘陵溝壑，南部為風(fēng)沙灘地貌。礦井地處考考烏素溝附近，屬于風(fēng)沙地貌向黃土溝壑地貌過渡區(qū)間。檸條塔礦采用斜井開拓，綜合機(jī)械化采煤，全部垮落式管理頂板，井下煤炭開采造成礦區(qū)地表塌陷、壓占損毀，地質(zhì)環(huán)境、土地資源受到破壞。研究區(qū)自然地理情況分述如下：

1)地層巖性及構(gòu)造。礦區(qū)南部大部覆蓋著風(fēng)積沙及薩拉烏蘇組沙層，北部地表大部出露第四系黃土及新近系紅土，考考烏素溝兩側(cè)零星出露基巖層。區(qū)內(nèi)地層由老至新依次有三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)，侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a)，新近系上新統(tǒng)保德組(N2b)，第四系中更新統(tǒng)離石組(Q2l)，第四系上更新統(tǒng)馬蘭組(Q3m)和薩拉烏蘇組(Q3s)，第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙(Q4eol)和沖積層(Q4al)[7]。礦區(qū)地層大致為向西傾斜的單斜層構(gòu)造，局部見有波狀起伏，傾角小于2°，未見斷層及巖漿巖，構(gòu)造簡單。

2)水文地質(zhì)條件。檸條塔礦屬于黃河流域中游地區(qū)窟野河流域，廟溝、考考烏素溝及其支溝由北向南形成地表水系。井田南翼地表水系主要為考考烏素溝及其支溝肯鐵嶺河、小侯家母河溝，最南部為麻家塔溝的支溝蘆草溝。地下水主要是接受大氣降水補(bǔ)給，雖屬干旱半干旱大陸性氣候，降水集中在7月—9月，沙層降水滲入率高，成為地下水補(bǔ)給的有利因素。

3)氣候特征。檸條塔煤礦氣候特點為冬季寒冷，春季多風(fēng)，夏季炎熱，秋季涼爽，四季冷熱多變，晝夜溫差懸殊，干旱少雨，蒸發(fā)量大，年平均降雨量在380～415mm，多集中在7、8、9三個月[8]。全年無霜期短，為11月份至次年3月份。

4)土壤特征。研究區(qū)內(nèi)出露的主要地層包括基巖、黃綿土和風(fēng)沙土。黃綿土是北翼最主要地面物質(zhì)，分布面積約占63.63%以上。南翼為風(fēng)沙土，其土質(zhì)地粗，細(xì)砂粒占土壤礦質(zhì)部分重量的80%～90%以上，而粗砂粒、粉砂粒及粘粒的含量甚微。

5)植被特征。研究區(qū)植被類型按區(qū)劃分，北翼盤區(qū)為黃土丘陵地區(qū)，植被以灌木為主；南翼盤區(qū)植被主要為沙生植被類型，以沙蒿、沙柳。

6)土地利用類型。研究區(qū)內(nèi)以草地和林地為主，草地面積3674.23hm2，占45.16%，林地面積3262.08hm2，占40.1%，耕地面積1082.96hm2，占13.32%，工礦用地、住宅用地、交通運輸用地及其他用地面積116.58hm2，占1.42%，研究區(qū)內(nèi)基本農(nóng)田面積為834.6hm2。

7)賦存特征。檸條塔礦含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，自下而上劃分為五個中級旋回巖段，分別含5個煤組。區(qū)內(nèi)延安組地層含煤層11層，可采煤層6層，其中主要可采煤層為2-2、3-1、5-2上、5-2煤層4層[7]。

2 檸條塔礦區(qū)土地復(fù)墾特征

西部礦區(qū)生態(tài)本底脆弱，陜北煤炭開發(fā)基地是我國大型重點煤炭開采和能源化工基地的核心區(qū)域，該地區(qū)處于黃土高原和毛烏素沙漠的過渡地帶地表植被稀少，水土流失及土地荒漠化程度嚴(yán)重。煤炭資源大規(guī)模開采，土地?fù)p毀越發(fā)嚴(yán)重，產(chǎn)生大量的塌陷坑、地表裂縫、堆積物，特別是黃土區(qū)的崩塌、坡體滑移等，對土地資源的影響十分嚴(yán)重，因此對該地區(qū)的土地復(fù)墾具有以下特點：

1)沉陷損毀土地具有損毀土地面積廣、損毀類型多樣性、分散性、損毀程度嚴(yán)重等特征，壓占損毀土地具有污染嚴(yán)重、分布集中、負(fù)荷大等特征[9]。沉陷區(qū)土地?fù)p毀，造成土壤質(zhì)地改變，土壤有機(jī)質(zhì)流失，加劇水土流失，含水層被破壞，影響地表植被生長；區(qū)域內(nèi)損毀形式和損毀程度都有所不同，造成的損毀區(qū)域較為分散，復(fù)墾成本增大；壓占區(qū)損毀土地分布集中，堆積物及工業(yè)建筑體積大，改變原本地貌，修復(fù)難度大。

2)土地復(fù)墾過程需要時間與空間耦合。在時間上，應(yīng)將礦區(qū)土地復(fù)墾工作劃分為采前規(guī)劃、復(fù)墾實施和后期監(jiān)管三個階段，提高復(fù)墾效率，減少復(fù)墾周期和資金投入；在空間上，需要井上井下協(xié)同，進(jìn)行采復(fù)一體化研究，同時考慮區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型，提高環(huán)境脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能。

3 土地?fù)p毀特征

3.1 土地?fù)p毀形式

采礦對土地的損毀形式存在有四種，分別是塌陷、壓占、污染和挖損，研究區(qū)域煤炭開采對土地的破壞主要有采空區(qū)塌陷破壞土地、煤矸石和表土場壓占土地以及部分取土場、道路挖損土地。

1)沉陷。地下煤層采出后，圍巖應(yīng)力被打破，覆巖垮落形成的采空區(qū)，導(dǎo)致上覆巖層垮落、產(chǎn)生裂隙和巖層移動，形成地表移動盆地。出現(xiàn)臺階、裂縫和塌陷坑等不連續(xù)變形。

2)排矸場、表土場壓占。煤矸石對矸石周轉(zhuǎn)場土地壓占以及表土的堆放，使得原有的表土層將變?yōu)樯钔翆?，原地表植被將不?fù)存在，排矸形成的自然表面將無植被覆蓋，容易導(dǎo)致?lián)P塵和水土流失，惡化當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境。

3)取土場、道路挖損。取土場與道路挖損對土地的損毀在于改變了原有的土壤理化性質(zhì)，破壞了原有的地表植被，改變了原始地形地貌，易導(dǎo)致水土流失并產(chǎn)生揚塵，原有的表土層失去，復(fù)墾時將對土地進(jìn)行翻耕和土壤改良。

3.2 土地?fù)p毀時序

井工開采是造成地面塌陷的主要環(huán)節(jié)，排矸場、表土堆放以及道路臨時占地是造成壓占損毀的主要環(huán)節(jié)。基建期損毀土地主要是排矸場、表土場、排矸道路和進(jìn)礦道路引起的壓占土地?fù)p毀，生產(chǎn)期沉陷和裂縫的損毀時序是伴隨各盤區(qū)和各煤層的開采時序安排而發(fā)生。土地?fù)p毀時序如圖1所示。

圖1 研究區(qū)土地?fù)p毀時序

3.3 土地?fù)p毀程度劃分

研究區(qū)內(nèi)每種破壞形式對土地的損毀程度都存在差異，采取基于實際情況的因地制宜的復(fù)墾措施，需要對土地破壞程度進(jìn)行評價，綜合考慮多年降雨量、松散層厚度分布、礦區(qū)塌陷面積、每單元格礦山分布密度、裂縫寬度、深厚比、采動次數(shù)、采煤方法與水資源破壞程度等評價因素，將評價結(jié)果劃分為輕度、中度、重度3個等級[10，11]。輕度損害：土地破壞輕微，基本不影響土地功能；中度損害：土地破壞比較嚴(yán)重，影響土地功能；重度損害：土地嚴(yán)重破壞，喪失原有功能。

4 土地復(fù)墾適宜性評價

土地復(fù)墾適宜性評價是依據(jù)相關(guān)土地利用規(guī)劃，區(qū)域自然、社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，調(diào)查分析原土地利用類型、土地?fù)p毀情況、公眾參與意見及周邊項目復(fù)墾案例，在經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)合理的條件下，確定擬復(fù)墾土地的最佳利用方向[12]。

4.1 復(fù)墾區(qū)與復(fù)墾責(zé)任范圍確定

1)復(fù)墾區(qū)面積。分析土地?fù)p毀狀況，結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀和實際需求，復(fù)墾區(qū)面積為永久性建設(shè)用地和損毀土地面積之和[13]，即復(fù)墾區(qū)面積=永久性建設(shè)用地面積+損毀土地面積=8135.85hm2。研究區(qū)永久性建設(shè)用地面積為67.83hm2；土地?fù)p毀總面積8068.02hm2，已損毀土地面積為1332.83hm2，擬損毀土地面積為6735.19hm2。

2)復(fù)墾責(zé)任范圍面積。復(fù)墾責(zé)任范圍是指復(fù)墾區(qū)中已損毀和擬損毀的土地及土地復(fù)墾方案設(shè)計的生產(chǎn)年限結(jié)束后不再繼續(xù)使用的永久性建設(shè)用地共同構(gòu)成的區(qū)域。復(fù)墾責(zé)任范圍總面積為8068.02hm2，包括開采沉陷損毀土地8052.57hm2和臨時壓占用地15.45hm2。

圖2 復(fù)墾區(qū)和復(fù)墾責(zé)任范圍各用地單元土地面積關(guān)系

4.2 評價范圍及評價單元的劃分

1)評價范圍。評價范圍主要是開采所導(dǎo)致的沉陷區(qū)的沉陷地、裂縫地和排矸場，表土場、道路臨時用地區(qū)，其中沉陷土地在風(fēng)沙區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)都有分布，排矸場、表土臨時堆放場和道路臨時用地位于南部風(fēng)沙區(qū)。

2)評價單元的劃分。評價單元是進(jìn)行適宜性評價的基本工作單位，同一評價單元內(nèi)土地的基本屬性、土地特征、土地復(fù)墾利用方向和改良途徑應(yīng)基本一致，同時評價單元之間具有一定差異性，能客觀反映出土地在一定時期和空間上的差異[13，14]。

研究區(qū)土地復(fù)墾適宜性評價對象包括擬損毀土地，其評價單元應(yīng)具有一定特征，便于對未來土地狀況的評價分析。首先，礦區(qū)原土地利用類型是長期在自然條件下所形成的，具有一定的適應(yīng)性，因此土地利用現(xiàn)狀應(yīng)作為評價的重要依據(jù)；其次，煤礦開采對土地原始地貌造成損毀，土壤狀況和類型等都將受到影響。因此，應(yīng)充分考慮煤炭開采對土地造成的影響；最后，人為的土地復(fù)墾措施在一定條件下能夠改善并幫助礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重建，所以，人為復(fù)墾措施也是重要的考慮因素，檸條塔煤礦土地復(fù)墾適宜性典型評價單元類型劃分詳見表1。

表1 土地復(fù)墾適宜性評價單元類型劃分表

4.3 評價方法

1)沉陷區(qū)土地適宜性評價。礦區(qū)內(nèi)沉陷地和裂縫地采用指數(shù)法進(jìn)行適宜性評價。設(shè)每一評價單元有n個單因子加權(quán)評價指數(shù)，則加權(quán)指數(shù)和可表示為：

式中，Rj表示第j個評價單元最后所得到的評價分?jǐn)?shù)；αi表示該評價單元在第i個評價因素中所得到的分值；bi表示第i個評價因素所占的權(quán)重。

根據(jù)以上分析，綜合考慮研究區(qū)的主要評價因子，可得土地主要限制因素的農(nóng)、林、牧等級標(biāo)準(zhǔn)及其指標(biāo)權(quán)重。分別對宜耕、宜林和宜草的土地進(jìn)行評價，得到檸條塔煤礦在剩余年限15.25a沉陷區(qū)土地適宜性評價表，詳見表2。評價等級分值在12～54之間，為了更好地表明分類，把分值乘上修正系數(shù)1.8，讓分值分布在37.8～98之間，土地適宜性評價等級分值及評價結(jié)果見表3。

表2 沉陷地、裂縫地評價體系表

表3 評價等級分值及評價結(jié)果表

檸條塔礦區(qū)沉陷土地復(fù)墾為三種類型，分別為宜耕、宜林和宜草?；谕辉u價單元，宜耕評價得分高于宜林、宜草。陜北地區(qū)自然環(huán)境、氣候因素對草、樹木和農(nóng)作物生境條件影響的差異性，從而導(dǎo)致得分不同原因[15-17]。耕地屬于人工生態(tài)系統(tǒng)，受人為因素影響極強(qiáng)，更有利于農(nóng)作物生長與加強(qiáng)抗災(zāi)能力[18]。耕地主要分布在北翼盤區(qū)，少量分布在南翼盤區(qū)。北翼盤區(qū)為黃土溝壑區(qū)，耕地分布比較零散，以小塊面積分布居多，南翼盤區(qū)為風(fēng)沙區(qū)，耕地數(shù)量分布有限，并且大面積集中分布。林地大多數(shù)分布在耕地附近，在河流溝谷處較多，南翼盤區(qū)的西南角是林地主要分布的地區(qū)，并與井田界線以外的天然林形成大面積的林地。

2)排矸場土地適宜性評價。排矸場土地適宜性評價采用簡易評價法，檸條塔礦井生產(chǎn)所產(chǎn)生矸石量很少，大部分矸石已經(jīng)作科學(xué)的綜合處理，所以排矸場的規(guī)模有限；矸石的灰分、粒徑和水解能力具有自身的特點，加上堆存方式及相應(yīng)的防護(hù)措施，大大降低了矸石自燃的可能性。但是矸石本身對作物等的生長具有較大的限制作用，同時考慮恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的因素，排矸場復(fù)墾一般考慮宜林和宜草地，評價結(jié)果見表4。

表4 礦區(qū)矸石場土地適宜性評價

3)表土場土地適宜性評價。表土場土地適宜性評價采用簡易評價法。表土臨時堆放場設(shè)計于工業(yè)廣場和排矸場的中間，方便表土剝離和運送。根據(jù)礦區(qū)實際情況，表土臨時堆放場利用結(jié)束后，將其復(fù)墾成草地，面積為2.93hm2。

4.4 評價結(jié)果

綜合考慮復(fù)墾區(qū)自然條件、經(jīng)濟(jì)因素與工程施工難易程度，結(jié)合各適宜性評價單元復(fù)墾為原地類的可行性分析結(jié)果，最終確定各評價單元復(fù)墾方向，基于便于工程設(shè)計、施工與監(jiān)督管理，在確定各損毀單元復(fù)墾方向的基礎(chǔ)上，對復(fù)墾方向相同、主要復(fù)墾工程和技術(shù)措施一致的損毀單元進(jìn)行歸并，確定損毀土地的復(fù)墾單元。各評價單元的最終復(fù)墾方向及復(fù)墾措施詳見表5。

表5 土地復(fù)墾適宜性評價最終結(jié)果及復(fù)墾措施表

5 結(jié) 論

1)在分析檸條塔礦區(qū)自然地理特征、水文氣候、植被、土地利用類型的基礎(chǔ)上，研究該區(qū)域土地復(fù)墾特征。研究表明該區(qū)域沉陷損毀土地面積廣、損毀類型多樣性、損毀程度嚴(yán)重等特征，壓占損毀土地分布集中、負(fù)荷大等特征。對該區(qū)域進(jìn)行土地復(fù)墾需要階段性、一體化研究，并考慮其空間特征。

2)通過分析礦區(qū)土地?fù)p毀環(huán)節(jié)與形式，表明塌陷和壓占是陜北煤礦開采造成土地?fù)p毀的主要方式，井工開采是造成地面塌陷的主要環(huán)節(jié)，排矸場、表土堆放以及道路臨時占地是造成壓占損毀的主要環(huán)節(jié)。

3)通過綜合分析法劃分土地評價單元，對研究區(qū)土地復(fù)墾適宜性進(jìn)行了評價，評價結(jié)果表明：研究區(qū)土地復(fù)墾責(zé)任范圍總面積為8068.02hm2，包括開采沉陷損毀土地和臨時壓占用地區(qū)域；對排矸場、表土場采用簡易評價法，對礦區(qū)內(nèi)沉陷地和裂縫地采用指數(shù)法進(jìn)行適宜性評價，綜合考慮研究區(qū)的主要評價因子，得到土地主要限制因素的農(nóng)、林、牧等級標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)權(quán)重與分值，得出檸條塔煤礦在剩余年限15.25a沉陷區(qū)土地適宜性評價結(jié)果；綜合國家政策和區(qū)域地方規(guī)劃、區(qū)域自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)因素、土地權(quán)利人意愿以及工程施工難易程度分析，并考慮復(fù)墾區(qū)各評價單元原地類，因地制宜，宜林則林、宜耕則耕、宜草則草，給出各評價單元的最終復(fù)墾方向，并提出各復(fù)墾單元適宜的復(fù)墾措施，主要包括土壤重構(gòu)、植被重建、監(jiān)測與管護(hù)等。