提出了露天煤矿区近自然生态修复模式及原理,构建了露天煤矿区近自然生态修复技术框架。 近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。
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论露天矿区近自然生态修复
煤炭是我国的主体能源,是国家能源安全的“压舱石”。露天煤矿因建设速度快、开采能力大、劳动效率高、生产成本低等诸多优势,已成为我国能源安全的“稳定器” 。截至2022年底,露天煤矿全年产能超10.4亿t,约占我国煤炭总产能的25%。未来,随着新疆煤炭大规模开发和中东部地区井工煤炭资源枯竭,露天煤矿产量占比将进一步增加 。我国现有露天煤矿共400余座,主要分布在内蒙古、新疆等地,大多位于北方防沙带和东部草原区等重要生态功能区 ,受干旱半干旱气候等因素影响,区内土壤贫瘠、风速大、干旱缺水、植被稀少、生态脆弱 。露天开采是一种剥离上覆岩土层以采出下伏煤炭资源的开采方法,采剥量巨大,单矿每年可达上亿立方米,采损压占面积大,煤矿生命周期内排土场累积的采排面积可达50 km 2 以上 ,采后矿区地形地貌、景观格局变化剧烈,生态环境影响程度高,土壤侵蚀和粉尘控制难度大。因此,露天煤矿规模开采与脆弱生态环境保护矛盾突出 。
露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。
在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,① 提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。② 近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③ 实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。
图 1 传统内排土场景观生态问题示意 ( 左 ) 与沿着 “ 条列式 ”
植株汇集的径流引起的坡面细沟侵蚀 ( 右 )
图 2 露天矿近自然生态修复技术框架
图 3 宝日希勒露天煤矿外排土场近自然边坡重塑效果
图 4 内排土场全生命周期近自然地貌重塑技术路径
图 5 某矿内排土场全生命周期近自然地貌重塑时序动态结果
图 6 某矿区周边问题地貌协同充填修复及效果模拟验证
图 7 矿山活土层近自然重构原理示意
图 8 宝日希勒排土场北坡不同立地条件下的近自然植物配置
雷少刚( 1981 年),中国矿业大学教授、博士生导师,矿山生态修复教育部工程研究中心主任、山东省采煤塌陷地和采空区治理工程研究中心副主任;教育部新世纪优秀人才、自然资源部青年科技人才、江苏省“ 333 ”高层次人才、江苏省青蓝工程教师,江苏省土地科技优秀工作者、煤炭青年科技奖、徐州市优秀共产党员。
研究方向
主要研究方向是矿区土地复垦与生态修复、生态环境遥感与监管
主要成果
主持或完成了十四五、十三五国家重点研发计划课题 2 项、国家 973 计划子课题、国家自然科学基金、国家自然科学基金重大项目子课题、教育部新世纪人才基金等 20 余项国家和省部级科技项目,企业科技项目 30 余项;在神东矿区、准格尔旗、宝日希勒、北电胜利等矿区建立了多个科研示范基地。在 Science 、煤炭学报、生态学报等期刊发表论文近 200 篇,出版专著 6 部、授权发明专利 13 项。获江苏省科技进步一等奖 1 项、教育部高等学校科学技术二等奖 1 项、国土资源科学技术二等奖 1 项、中国煤炭工业协会科技进步一等奖 2 项、内蒙古科学技术二等奖 1 项。
来源:
雷少刚 , 夏嘉南 , 卞正富 , 等 . 论露天矿区近自然生态修复 [J]. 煤炭学报 , 2024 , 49(4) : 2021−2030.