关闭矿山采煤沉陷地农业复垦路径选择

2018-02-28张绍良侯湖平张向东梁俊义董新宇

中国矿业 2018年2期

李悦，张绍良，侯湖平，张向东，梁俊义，董新宇

(1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 221116；2.沈阳煤业(集团)有限责任公司，辽宁沈阳 110122)

0 引言

矿产开采对土地资源破坏严重，据国土资源部土地整治中心统计，1987年以前，全国历史遗留土地损毁面积2 647.47万hm2，其中，未复垦面积181.16万hm2；1987～2015年，因煤炭开采造成的土地损毁面积约136.51万hm2，已复垦面积30.71万hm2，复垦率22.5%，而复垦面积中15.36万hm2复垦为耕地。随着我国老工业基地煤炭资源的枯竭以及煤炭去产能、供给侧改革的政策影响，我国关闭的矿山将越来越多，矿区土地复垦任务十分艰巨[1]。矿山转型发展和产业接替中，如何开发好采矿废弃地，盘活土地存量资源，是亟待解决的难题。

矿山关闭后，采矿废弃地的农业复垦往往被视为首要目标。然而，传统农业效益低、产出少，这极大地阻碍了地方政府和煤矿企业的农地复垦积极性，因此，十分必要探索新的农业复垦模式。

相对于传统农业，现代农业正在向特色、观赏、休闲、美化等方向发展[2-3]。假日农业、休闲农业、观光农业、旅游农业、参与式农业等新型农业形态，除了农产品供给以外，还具有生活休闲、生态保护、旅游度假、文明传承、教育等功能[4-11]，综合收益高，经济收入高。现代新型农业的兴起，为采煤沉陷地农业复垦提供了一个可选的方向。

本文以辽宁沈北矿区采煤沉陷地为例，分析辽宁沈北矿区采煤沉陷地损毁现状，以及采煤沉陷地农业复垦的制约因素，寻找新的农业复垦利用路径，探索采煤沉陷地现代农业复垦路径选择方法。为调动地方政府和煤炭企业农地复垦积极性、高效利用废弃土地、改善矿区生态环境、带动经济转型发展提供依据。

1 采煤沉陷区现状

沈北矿区位于辽宁省沈阳市沈北新区中部，虎石台经济区、辉山经济区和清水台街道之间，距离沈阳市中心38 km。矿区总面积达65.74 km2，2015年总人口115 084人，其中涉农社区基层从业人员28 369人，农业生产总值11.72亿元。

研究区域属北温带大陆性季风气候，四季分明，气候温和，雨热同季，无霜期176 d，年平均气温为 8.0 ℃，冬夏温差大，年平均积温3 432.7 ℃，年日照时数2 485.1 h，年平均降水量为 573 mm。地势平坦、开阔，平均海拔58 m，采煤沉陷地为次生黄土堆积平原，黄土层厚度一般为5～30 m，土壤主要为棕壤土和草甸土，具有通透性好、保水力强、排水良好、腐殖质层厚的特点，曾是沈北新区粮食、油料和蔬菜的主要产地，十分适合农业发展。

沈北矿区有大桥煤矿、前屯煤矿、蒲河煤矿和清水煤矿等四对矿井，最早从1958年开始生产。随着煤矿资源的枯竭，大桥矿和前屯矿分别于1997年、2003年关闭，清水矿于2016年11月关闭，蒲河矿将于2018年关闭。

沈北矿区属于次生堆积平原，地下潜水位较高，在1.2～1.5 m，沉陷后普遍积水。各矿采煤沉陷状况见表1，沉陷土地总面积为998.51 hm2，其中清水矿积水区域面积大于前屯矿和蒲河矿的积水面积，积水深度最大达到6 m，前屯矿和蒲河矿70%以上沉陷区域为坡耕地。大桥矿建成后仅运行1 a就因复杂的地质条件而关闭，所以地表没有受到破坏。

沈北矿区采矿塌陷近60年，沉陷地一直没有复垦，主要原因：一是地表沉陷没有稳定；二是农业复垦效益比较低。这导致长期以来矿区农民养成了依赖煤矿每年损害赔偿的习惯，失去复垦动力。但是随着矿山关闭，赔偿得不到保障，引发了严重的社会问题，采煤塌陷地复垦因此变得十分迫切，需要寻求一条高效益、企业接受且农民乐意的复垦路径。

表1 沈北矿区采煤沉陷地损毁现状统计表

2 采煤沉陷地农业复垦制约因素及破解路径

2.1 采煤沉陷地农业复垦的制约因素

2.1.1 地表破坏严重，不利于农业生产

沈北煤田为隐伏煤田，煤层赋存在下第三系渐新统杨连屯组的下部，为复合煤层。可采煤层总厚0.89～49.91 m。煤以低硫、磷的褐煤为主及少量长焰煤。长年的地下开采，造成地表大面积下沉，加之潜水位较高，下沉区域极易形成水坑。而耕种对土地有一定要求，根据《土地开发整理标准》等相关规程，田块平整度应满足作物灌溉、排水要求，土地平整后田面坡度一致，局部起伏高差10～15 cm；田面坡度在2°以下，灌溉地的坡度1/800～1/400，水稻坡度1/1 000～1/2 000；再者，土地平整必须保留一定厚度的表土，保留表土厚度20～30 cm为宜。

显然，采煤沉陷区地表破坏严重，地面凹凸不平，甚至积水区域深度可达6 m没有表土覆盖，耕种条件差，不利于直接生产利用。要想恢复耕种，必须通过一定的土地复垦工程，平整地表，覆盖表土，以满足作物生长、灌溉排水等要求。

2.1.2 环境污染严重，影响农业生产质量

随着煤炭开采，区域内生态环境不容乐观。一方面，煤炭加工产业园区的规划建设，使得大气污染有所加剧。主要来源于工业污染所排放的粉尘、一氧化碳、二氧化硫等有害气体和汽车尾气所排放的乙烷、乙炔、氮氧化物、醛等污染物。这些有害气体的排放，不仅给大气环境带来威胁，也给生态环境造成负面影响。另一方面，面源污染比较严重，大量生物酸性肥料如过磷酸钙、硫酸铵、氯化铵等，长期大量施用此类化肥，尤其在连续施用单一品种化肥时，在植物吸收肥料中的养分离子后，土壤中氢离子增多，易造成土壤酸化。土壤酸化后会导致有毒物质的释放，或使有毒物质毒性增强，对生物体产生不良影响。另外，塌陷积水区还存在水污染，由于四周地势高，田间播洒的农药化肥、周边的生活垃圾以及煤矸石等废弃物的有害物质，在雨水的作用下运移到积水区，影响了水质。

大气、土壤、水的污染，不仅是对环境的污染，而且对作物种植、畜牧养殖都有不利影响。如果无法深度治理这些污染，那么在采煤沉陷区内种植农作物、养殖家禽，就可能累积污染物，进而影响粮食安全、危害人体健康。因此，环境污染对于沉陷区农业复垦是重要的限制因素之一。

2.1.3 沉陷区农业复垦缺乏资金，复垦动力不足

根据《土地复垦条例》，生产建设活动损毁的土地，按照“谁损毁，谁复垦”的原则，由生产建设单位或者个人(土地复垦义务人)负责复垦。研究区内的四对矿井属于沈煤集团，由采煤而形成的沉陷地应由沈煤集团负责复垦，但是随着煤炭资源的枯竭，以及受煤炭经济下行压力、国家去产能和供给侧改革的影响，煤炭企业效益减少，缺乏用于复垦的资金。即使按照规定进行复垦，复垦后的土地用于耕种，带来的效益也极低，因此煤炭企业缺乏复垦动力。

其次，采煤沉陷地原为农用地，由于地下煤炭资源的开采，农用地破坏严重，农民无法继续耕种，煤炭企业通过现金补偿当地农民来缓解双方矛盾，造成农民长期依赖补偿，无心恢复耕种，因此农民也缺乏农地复垦动力。

2.1.4 结构单一，经济效益低下

传统农业追求产量最大化，主要通过增加劳动投入提升农产品的产量，从而获取收益。其要素多是从大自然中获取，极度依赖自然条件，技术含量低且基本处于停滞状态，农业生产的目的以获得农产品为主，形式主要是种植、养殖，结构单一，附加值小，因此效益低下，无法与工业、服务业的高产值相比。

2.2 采煤沉陷地农业复垦破解路径

国家对采煤沉陷地的复垦有硬性规定，但是复垦为传统农业用地存在环境污染、效益低下、动力不足等诸多问题，如果复垦为非农业用地又面临耕地日益减少的窘境，因此，将采煤沉陷地复垦为现代农业用地是一条可行的路径。

现代农业与传统农业之间存在着本质的区别，现代农业是指处于一个时期和一定范围内具有现代先进水平的农业形态，具体是指用现代工业力量装备的、用现代科学技术武装的、以现代管理理论和方法经营的，生产效率达到现代先进水平的农业[12]。现代农业和传统农业的目标不同，现代农业以效益最大化为目的，改变了传统农业封闭低效、依赖自然条件、技术和管理落后的情况[13]，并且逐渐拥有科研教育、休闲观光、旅游体验等新功能，通过这些附加功能促进经济效益增长，是农业发展的新方向。

采煤沉陷地和现代农业的结合也有诸多优势。其一，充分利用采煤沉陷地的地表破坏情况，宜耕则耕、宜渔则渔，减少土地平整的工程量，节约复垦成本;其二，改善生态环境，因采矿活动对大气、土壤、水都有污染，也严重破坏地貌景观，通过复垦为现代农业用地，配合一定的污染治理工程，可有效缓解污染，重塑地貌景观;其三，现代农业相比传统农业经济效益高，采煤沉陷地复垦为现代农业用地，不仅满足国家政策要求，而且可以带来良好的社会、经济、生态效益，充分调动地方政府、煤炭企业、当地农民的积极性。

现代农业发展模式多样，李娜等[4]以江苏省现代高效农业为例，总结了以下几种模式：设施农业、集约化规模养殖业、特色农业、生态农业、休闲观光旅游农业、优质粮食产业。学者张九汉[14]从各地实践出发，发现高效农业模式主要有“以提高科技含量为先导发展高效农业；以优化产业结构为先导发展高效农业；以建设龙头企业为先导发展高效农业；以强化市场流通为先导发展高效农业；以增加农业投入为先导发展高效农业；以改革经济机制为先导发展高效农业”六种模式。还有学者认为高效农业模式分为：特色产业带动型高效农业发展模式、农产品加工业带动型高效农业发展模式、与第三产业融合的高效农业发展模式、高科技设施型高效农业发展模式[5]。这些现代高效农业发展模式，都与科学技术、生态环保、特色产业、旅游观光等紧密联系。

2.2.1 精致农业

精致农业(质量农业)依托高新技术改造传统农业，以生产高品质、高科技含量、高附加值的农产品为目标，以特色化布局、标准化生产、产业化经营为主要抓手，从而实现高质量、高效益、高水平的现代农业生产综合体系[9]。精致农业是现代农业的重要形式之一，在生产方式上要精耕细作，在生产过程中要应用现代科技，实行生产、加工、包装、流通、监管的标准化。

2.2.2 生态观光农业

农业与休闲观光旅游合一，以农业为依托，农业效益和旅游效益并重，生产与休闲功能兼容的农业形态，其目标是满足人们返璞归真的心理需求，满足人们获取新知识的需求，满足人们得到生态食品的物质需求[4]。沉陷地复垦后可作为以学习、体验、观赏、采摘、休闲为主的生态观光农业用地。

2.2.3 特色农业

特色农业以提高经济效益为目标，关键点是“特”，即利用独特的区域自然资源禀赋、独特的技术、独特的市场掌握形成优势产品[4-5]，然后，向前或向后延长食物链或加工链，开发系列相关产品，充分提高当地资源利用率、生物能利用率、废弃物利用率[15]。在有特殊条件的沉陷区，复垦后种植特色作物(如牡丹)，通过育苗培育、成苗养护、产品的加工等，形成种植、深加工产业链。

2.2.4 立体农业

立体农业是以配套发展水产养殖业、家禽养殖业、蔬果种植业及农副产品加工业为一体的综合生态农业模式。充分利用农产品对土地空间的不同需求，在地势低的地方形成人工库塘，建立养鱼、养虾等养殖区；地势高的地方，种植玉米、小麦等粮食或者蔬菜瓜果，也可以造人工林，林下养殖鸡、鸭、鹅等家禽，最终形成水产、禽畜、农田、林带相间的景观格局，达到养殖和种植业共同发展的目的。

2.2.5 湿地农业

湿地农业指在天然湿地基础上改造成以稻田、苇塘、鱼塘、小型水库为主体的人工农业复合生态系统[16]。对常年积水区中面积很大、积水很深且不能做高产养殖区的塌陷湖可开发为湿地，建立湿地生态系统，保护生物多样性，改善生态环境。

3 不同农业模式选择方法

采煤沉陷地的现代农业复垦，需要依据沉陷地的具体状况，按照不同农业模式对土地的需求，辅以合适的工程，择优安排复垦的农业模式，这就需要对采煤沉陷地的农业模式适宜性进行分析和评价。

3.1 评价单元划分

评价单元是按照土地质量均匀一致的原则划分的土地利用的基本单位，各评价单元要尽可能保证单元内土地质量、土地属性的相对一致性。以土壤、地貌、植被和土地利用现状的相对一致性作为划分依据，结合RS、GIS技术，通过土地利用现状图、2016/05/28Quickbird卫星影像、土地损毁程度图叠加分析来划分评价单元，共将研究区域划分为浅塌陷区、深浅交错塌陷区、深塌陷区三个大单元，263个子单元。

其中，浅塌陷区地表变形小，损毁情况多表现为坡耕地；深浅交错塌陷区地表变形较大，形成深浅不一的沉陷积水区，与前文季节性积水区对应；深塌陷区地表沉陷量最大，形成大面积的积水区，与常年积水区对应。

3.2 评价方法

采用极限条件法与指数和法，评价研究区采煤塌陷地现代农业复垦适宜性。

极限条件法是基于系统工程中“木桶原理”，强调主导限制因子的作用[17-18]，如煤矿区采煤塌陷破坏程度和积水深度，利用极限条件法对浅塌陷区、深浅交错塌陷区、深塌陷区三个大单元进行适宜性评价，确定大致的复垦方向。应用模型见式(1)。

Yi=min(Yij)

(1)

式中：Yi为第i评价单元的最终分值；Yij为第i评价单元中第j参评因子的分值。

指数和法是根据各参评因子对土地适宜性贡献或限制的大小赋权重，并根据经验分级结果对评价单元赋值，然后用各参评因子的权重与其分值相乘的指数之和来表示评价单元的土地利用适宜性高低[18]。根据极限条件法确定的结果，进一步对子单元综合评价，得出最终的复垦适宜性结果。计算模型见式(2)。

(2)

式中：Gi为第i评价单元的综合质量指数;Pij为第i评价单元j评价因子的权重;Xij为第i评价单元j评价因子的等级分值;i为评价单元。

3.3 评价指标及适宜性标准

3.3.1 评价指标及权重

结合自然条件分析和复垦后土地利用要求，该沉陷区土壤条件、气候条件和光热条件等基本一致，而现场勘查表明，能体现差异性且制约不同用途的因素主要是塌陷坡度、积水情况、交通便捷情况、距离旅游景点距离等。

进一步，将适宜用途分为农用地和水域用地两大类，因为这两类用地对土地质量的要求不同。其中，农用地包含生态观光农业用地、特色农业用地；水域用地包含水产养殖(主要为立体农业用地)和湿地。采用专家打分法，确定评价指标权重，结果见表2。

3.3.2 评价指标适宜性标准

不同复垦利用方向对土地质量有不同要求，根据调查和已有的研究结果，将适宜性分为“高度适宜、适宜、比较适宜、不适宜”，对应分值为“4、3、2、1”，农用地和水域用地的适宜性标准见表3和表4。

表2 采煤沉陷地现代农业复垦的评价指标及权重

表3 采煤沉陷地农用地复垦评价指标适宜性标准

表4 采煤沉陷地水域用地复垦评价指标适宜性标准

精致农业用地对地形坡度要求比较严格，因为机械化操作适合在平整的土地上进行。生态观光农业将农业和旅游观光结合，其选址更多的考虑交通条件，特别是与已有景观廊道的距离，距离越近越有利于发展生态观光农业。研究区内适宜发展牡丹花卉种植加工的特色农业，对地形坡度、交通条件的要求没有精致农业和生态观光农业的高。

湿地农业和立体农业的选择与积水面积、积水深度关系密切。湿地农业更适合在水域面积大、积水较深，且与景观廊道距离近的地方发展。立体农业由于充分利用农产品对土地空间的不同需求，打造水陆一体的格局，在积水面积小、深度适中的地方发展更有利。

3.4 评价结果与讨论

浅塌陷区、深浅交错塌陷区和深塌陷区适宜复垦的方向见表5。

表5 不同塌陷程度区域复垦适宜方向评价结果

适宜复垦为精致农业、特色农业的沉陷地多为浅塌陷区。一方面，浅塌陷区破坏程度小、地表变形少，环境污染较低，复垦难度小，一般土地平整后即可恢复生产；另一方面，精致农业强调科学技术支撑，连片平整的土地适合精细化耕作及加工运输，结合物联网、大数据、云平台等技术，推进现代信息技术应用于农业生产、经营、管理和服务全过程，标准化生产、精细化加工、创意化包装、电子化管理、个性化服务，可大大提高农业附加值。特色农业的根本在于自然地理环境条件，人无我有、人有我优才能“特立独行”，浅塌陷区地势开阔，土壤肥沃，适宜种植牡丹，可经营牡丹籽油产业、精油产业、牡丹食品制品产业，配套经营牡丹苗圃培育、盆栽、切花产业、牡丹尾料综合处理产业，实现牡丹全产业链经营。

适宜复垦为生态观光农业的沉陷地为浅塌陷区和深浅交错塌陷区。生态观光农业的形式多样，可感受四季变换，春赏花、夏耕耘、秋摘果、冬随俗；可体验农村生活，住农屋、吃农饭、干农活；可学习农业历史、游览文化遗迹；可参观突出生态环境、生态食物、生态服务的现代生态园[4]。发展生态观光农业要求交通方便、地表受破坏程度较小且靠近景观廊道，农业结合旅游产业协同发展。浅塌陷区复垦后可直接建设以上任意类型的生态观光农业，深浅交错塌陷区则充分利用水域，丰富农业景观。

适宜复垦为立体农业的沉陷地是深浅交错塌陷区。研究区地下潜水位高，部分地区因采煤沉陷形成积水，但是积水深浅不一，不适宜全部复垦为耕地，因此，充分利用塌陷地貌，根据农产品对土地空间的不同需求，采用挖深垫浅技术，在地势低的积水区养鱼、养虾、养鸭，地势高的耕地种植作物或蔬菜瓜果，也可以造林养殖鸡、鸭、鹅等家禽，最终形成水产、禽畜、农田、林带相间的景观格局。

而湿地适宜复垦在大面积常年积水区，即深塌陷区，不仅沉陷面积大、积水深度深，而且与景观廊道十分接近，交通便捷，复垦后与原有的旅游景观带连成一片，不仅与原有的旅游规划相互呼应，而且净化水体、美化环境。

对263个子单元进行适宜性评价，并按照实际情况整合零星地块，分矿区汇总复垦利用方向的面积，见表6。由表6可知，前屯矿沉陷地适宜复垦为特色农业用地和立体农业用地，其中特色农业用地为主要复垦方向，占前屯矿总面积的81%。清水矿沉陷地适宜的复垦方向较广，包括精致农业用地、生态观光农业用地、立体农业用地和湿地，比例为51%、13%、19%、17%。蒲河矿沉陷地适宜复垦为精致农业用地和生态观光农业用地，比例分别为71%和29%。大桥矿区土地因未受到破坏，不参与复垦评价。

表6 不同矿区复垦适宜方向评价结果

本文的适宜性评价主要考虑的是地形坡度、复垦难易程度、灌溉、交通等自然条件，除此之外，还有市场需求、农民技术等社会经济因素影响着采煤塌陷区的复垦方向。但是，考虑到现代农业的市场竞争优势明显、多地实践经验丰富等情况，在因采矿造成土地损毁的沉陷区内，制约农业复垦的因素更多的是自然条件，因此，本文在适宜性评价时主要选择了表现自然因素的评价因子。

4 结语

我国东部采煤沉陷地大多为高产农田，矿山关闭后其农业复垦往往被国土管理部门视为首要目标，而传统的农地模式不能为地方政府、煤矿企业和农民带来高收益，随着农业现代化发展，形成以市场为导向，运用现代科学技术，充分合理利用当地资源环境，实现各种生产要素的最优组合，最终实现经济、社会、生态综合效益最佳的现代农业生产经营模式，因此关闭矿山采煤沉陷地复垦为现代农业是十分必要的。

沈北矿区案例表明采煤沉陷地复垦为现代农业在一定范围内是适宜的。具体来讲，浅塌陷区可以重点发展精致农业、特色农业、生态观光农业；大面积深浅交错的塌陷区则发展养殖、种植、加工三位一体的立体农业、生态观光农业；大面积深塌陷区则适宜开发为湿地农业，发展生态旅游。

致谢感谢项目组成员戴培超、张黎明、郭山川等人对资料的收集和整理，为本研究提供了大量基础数据。最后也要感谢沈煤集团工作人员李飚、郭学文、柯福奎、兰志仁、刘洪林、刘洪迪等人对我们在调研过程中提供的帮助。

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