采煤塌陷新生湿地生态保护与修复措施研究——以沛县安国湖国家湿地公园为例

朱兴沛，张 亮，朱乾坤，胡明凤，王 新，王 菲，魏恒乾，曹 峰，李长远，倪士峰

沛县是江苏省和华东地区的煤炭主产地，探明煤储量24 亿吨，占江苏省总储煤量的40%以上，徐州市的66%以上，境内包含了张双楼煤矿在内的8 对矿井[1］.因采煤造成的“万亩”土地塌陷区，多年来缺乏人工管护，垃圾遍地，水质遭到了破坏且水土流失比较严重[2］.

安国湖国家湿地公园前身为农业用地及农村居住用地，后由于张双楼矿采煤导致周边区域形成了较大范围的沉陷，2012 年建立省级湿地公园，2015 年被原国家林业局批准为国家级湿地公园（试点）.湿地公园开展了地形重塑、水系贯通、植被恢复、生态驳岸修复、智慧监测、科普宣教等一系列湿地保护与恢复工作，改善了塌陷区湿地生态环境，逐步提升了区域水质.

本文通过介绍沛县安国湖国家湿地公园独特的采煤塌陷地湿地保护与修复措施，对其他同类型的采煤塌陷地生态保护修复具有一定的示范和参考作用.

1 安国湖国家湿地公园概况

安国湖国家湿地公园位于江苏省沛县安国镇南部，湖区原址为农耕区，后因境内采煤而造成塌陷，形成大面积的积水区，地理坐标为：东 经116°48'42.49″~116°51'46.55″，北 纬34°47'36.88″~34°49'02.04″. 湿 地 公 园 总 面 积5.170 6×106m2，湿地总面积达到3.920 9×106m2，湿地率75.84%，包括沼泽湿地1.499 3×106m2、人工湿地2.421 6×106m2，湿地资源丰富，为野生动植物提供了优良的栖息生境（表1）.

表1 安国湖国家湿地公园湿地类型及面积

1.1 地质水文

江苏沛县安国湖国家湿地公园原属沛县安国镇张双楼矿片区，张双楼矿区含煤地层主要为晚古生代的太原组和山西组，根据沉积条件、岩性、水利特征、含水层、隔水层的组合关系，结合对矿井可采煤层的影响，矿区内自上而下可归并为三个含水层，一个弱透水层组和一个隔水层组[3］.上世纪70 年代以来，湿地公园所在的区域由于采煤塌陷沉降，逐渐形成了大面积的积水区.目前湿地公园内水域面积宽广，与外界水系沟通主要有三个途径，西部与龙口河相接，南部通过燕牌坊大沟和张双楼大沟分别连通挖工庄河与徐沛河，北部则通过左尧大沟连接徐沛河、京杭大运河和微山湖.

1.2 动植物资源

根据最新的动植物本底资源调查，安国湖湿地公园内维管束植物75 科172 属210 种（变种）.有国家Ⅰ级保护植物2 种，为裸子植物水杉（Metasequoia glyptostroboidesHu & W. C.Cheng，栽培种）和银杏（Ginkgo bilobaL.，栽培种）；国家Ⅱ级保护植物3 种，为野大豆（Gly⁃cine sojaSieb. et Zucc.）、莲（Nelumbo nuciferaGaertn.）和榉树（Zelkova serrata（Thunb.）Makino，栽培种）（《国家重点保护野生植物名录》）.湿地公园内共有野生脊椎动物28 目49 科121种，其 中 鸟 类15 目33 科89 种，鱼 类4 目6 科14 种，两 栖类1 目2 科5 种，爬 行类3 目3 科7种，哺乳类5 目5 科6 种.其中，记录有青头潜鸭（Aythya baeri）、震旦鸦雀（Paradoxornis heu⁃dei）、小天鹅（Cygnus columbianus）、鸳鸯（Aix galericulata）、黑耳鸢（Milvus lineatus）等国家Ⅰ、Ⅱ级重点保护鸟类11 种（《国家重点保护野生动物名录》），江苏省级重点保护鸟类46种（《江苏省重点保护陆生野生动物名录》）（苏政发〔1997〕130 号）.

2 湿地保护和恢复措施

安国湖采煤塌陷地湿地保护恢复工程从2013 年开始实施，总投资超3.5 亿元，通过开展地形重塑、水系贯通、湿地植被恢复、生态驳岸修复、栖息地保护与修复等工作，有效保护了安国湖湿地，为鸟类和鱼类等湿地动物提供了良好的栖息生境.

2.1 地形重塑与水系贯通

安国湖国家湿地公园内部水系梳理紧紧围绕湿地公园地形及自然环境特点展开，立足于恢复湿地生态系统的结构与功能完整性，在对原采煤塌陷地开展地形重塑的基础上，打通塘埂，对不同区域进行针对性的水系沟通.原采煤塌陷地自然环境状况如图1 所示.

图1 原采煤塌陷地自然环境状况

2013—2016 年期间，安国湖国家湿地公园投入资金超过8 000 万元，先后开展了地形整理、水系贯通等工作.据不完全统计，共整理土方1.8×106m3，疏通水道5 000 m，建设桥梁4 座，涵洞4 座，水闸6 座，调水泵站2 座，埋设过路涵管160 余道.2016—2019 年，整理安国湖采煤塌陷地超过1 250 亩.采煤塌陷地地形整理、水系贯通施工现场如图2 所示.

图2 采煤塌陷地地形整理、水系贯通施工现场

这些工程的实施，使湿地公园东西两区水系贯通，改善了湿地原有短流与水力死区现象，强化了湿地的生态净化效果，为湿地公园栖息地恢复提供了良好的地理条件.湿地公园地形整理、水系贯通工程生态效果如图3所示.

图3 湿地公园地形整理、水系贯通工程生态效果

2.2 植被恢复与驳岸修复

（1）湿地植被恢复与提升植物多样性.湿地植物带构建需要根据水体深浅、水面大小、水流速度等来选择适合的沉水植物、浮水植物、漂浮植物、挺水植物，以及沿岸耐湿的乔灌木.沛县安国湖湿地公园管理中心根据植物的生活习性、当地环境的适存率，以及水生植物的形态、花期、色叶等，优先栽植了大量适宜本地生长、观赏性好和净化能力强的芦苇、香蒲、芦荻、水葱、荷花、睡莲等水生植物，构成一个完整的湿地植物群落和水体过滤净化系统，提高了湿地的生态修复能力[4］.原采煤塌陷地生态植被状况如图4 所示.

图4 原采煤塌陷地生态植被状况

2013—2021 年，依托各种资金（中央财政林业补助资金、省矿地融合试点项目补助资金等），多次开展了湿地植被恢复工程，通过恢复种植湿生植被与乡土植被，重现了原生态湿地风貌.其中2013—2014 年期间是安国湖植被恢复的主要时间，恢复植被面积超过3.5×105m2，构建了目前湿地公园范围及其沿线周边内的植被基底，种植了千屈菜、鸢尾、荷花、睡莲、芦苇等适生湿地植物.2016—2021年，恢复植被面积超过3.4×105m2，进一步营造了园内湿地景观.采煤塌陷地生态植被恢复保护施工现场如图5 所示.

图5 采煤塌陷地生态植被恢复保护施工现场

目前，湿地公园内植物资源较为丰富，有蕨类植物2 科2 属2 种、裸子植物4 科6 属6种、双子叶植物58 科133 属163 种、单子叶植物11 科31 属39 种.由此，逐步形成了沉水-浮叶-挺水-灌木及地被-乔木的植被群落结构，既对湿地景观起到了美化作用，也为湿地公园内野生动物提供了良好的栖息生境.湿地公园生态植被恢复保护效果如图6 所示.

图6 湿地公园生态植被恢复保护效果

（2）生态驳岸修复.湿地公园结合地形梳理及植被恢复工程，开展驳岸修复工作.驳岸修复土方工程现场如图7 所示.

图7 驳岸修复土方工程现场

安国湖国家湿地公园内湖岸较平且水流缓慢的滨岸带区域较多，考虑到保护自然状态，并根据水位的变化，选择相应的乡土物种配合耐湿乔灌木、湿生植物的种植，形成水生-湿生-陆生植物群落带，达到了稳定河岸的目的.驳岸修复生态植被物种配置如图8 所示.

图8 驳岸修复生态植被物种配置

据不完全统计，完成中部、北部、西部等区域生态驳岸建设约5 km.湿地公园内所有驳岸均通过近自然驳岸的营造，形成季节性水陆交错区域，不仅构建了良好的水陆交界地带生态群落，而且提高了湿地对有机物及氮磷的去除能力，保护和改善了安国湖水质，保障了湿地原生态风貌.湿地公园驳岸修复后生态保护效果如图9 所示.

图9 湿地公园驳岸修复后生态保护效果

2.3 栖息地保护与恢复

（1）健康水生态系统构建.安国湖国家湿地公园通过补种水生植物、投放鱼苗等措施，构建物种间相互依存、相互作用的种间关系，从而形成稳定的生态系统，极大地完善了食物链.目前，湿地公园内水生生态系统基本构成了由生产者（浮游植物、水生植物）→第一级消费者（食草浮游动物、底栖动物）→第二级消费者（食肉浮游动物、底栖动物）→第三级消费者（鱼类）→腐物寄生菌→无机营养盐→生产者形成的完整食物链循环.

（2）鸟类栖息地保护.安国湖湿地公园内鸟类资源丰富，是湿地公园生机的重要体现.根据不同湿地鸟类栖息环境的多样性，对一些湿地浅滩进行了封闭恢复管理.通过补植湿地植被或是回土等方式进行湿地修复，将其恢复成鸟类栖息地；通过在安静、较为封闭的场所保留自然状态下的树杈、草丛、倒木等吸引鸟类自行筑巢，提供原生态栖息场所；在洲滩边缘地带应适量投入螺类等软体动物和甲壳类动物等，吸引鸟类前来觅食；通过补植一些冬季有宿存果实的树种来吸引留鸟（如火棘、楝、栾树、苹果属的一些植物以及石楠类等）.湿地公园鸟类栖息觅食场所如图10 所示.

图10 湿地公园鸟类栖息觅食场所

为了进一步保障园内湿地水鸟多样化的栖息生境，为秋冬季节候鸟栖息觅食提供适宜的场所，安国湖国家湿地公园管理中心投入640 万元在公园北部开展鸟类栖息地恢复工程200 亩，同时在保育区内筑建面积120 余亩的人工岛6 处.湿地公园生态鸟岛施工现场如图11 所示.

图11 湿地公园生态鸟岛施工现场

通过地形改造、恢复适生植被、塑造沼泽、浅滩等湿地类型，构建了多个生态小岛，从而为各种鸟类提供栖息、觅食、繁衍的空间（图12），不仅有效地丰富了区域物种资源，也在一定程度上增加了保育区内湿地面积，为湿地保护恢复及科普宣教奠定了良好基础.

图12 湿地公园鸟类栖息、觅食、繁衍的天堂

2.4 构建“人工监测+自动监测”相结合的监测管理体系

安国湖国家湿地公园为了准确把握和了解湿地公园的湿地资源情况，与南京大学常熟生态研究院合作，除进行湿地公园资源本底情况的人工监测外，还通过构建“智慧监测与管理系统”实现全湿地公园范围覆盖的自动化监测和管理（图13），建设湿地公园的水质、大气、土壤、地质沉降，以及动植物种类等监测的大数据网络平台.

图13 湿地公园野外环境因子及动植物监测设备

两种监测调查方式相互补充、相互印证，可以完整地体现出湿地公园的自然本底和变化情况，实现了实时、自动化、智能化监测，实时展现水体的pH、溶解氧（DO）、电导率（EC）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）、大气、土壤、地质沉降、动植物种类等监测数据，为湿地公园的保护恢复和管理运营提供了坚实的数据支撑.湿地公园智慧监测与管理系统数据平台如图14 所示.

图14 湿地公园智慧监测与管理系统数据平台

这不仅在江苏省湿地公园生态监测方面具有先行的示范作用，而且可以成为全国湿地公园中的样板工程，为其他湿地公园提供有益的借鉴和参考.

2.5 全方位的湿地科普宣教体系

安国湖国家湿地公园为满足游客对于湿地探索体验的需求，满足湿地公园湿地知识宣教的需求，公园内建立了完整的、全方位的湿地功能展示和湿地科普宣教体系，通过湿地科普馆室内展示，结合湿地科研和湿地观鸟活动，强化游客保护湿地、保护动植物的生态保护意识，丰富游客的游览需求.

一方面，建设湿地科普馆，以室内集中式展示湿地科普常识、安国湖湿地特色、地方文化、湿地保护成效等内容，便于游客短时间内了解湿地常识，了解安国湖湿地的建设历程.湿地科普馆自然湿地学校如图15 所示.

图15 湿地科普馆自然湿地学校

另一方面，在室外建设湿地宣教展牌、常见植物挂牌等室外宣教设施（图16），通过室内室外的内外联动形式，让游客置身于自然实景当中，切身感受湿地功能和湿地美景.湿地公园注重科普宣教工作的开展，唤起了周边民众的湿地保护意识，营造了湿地保护和修复方面良好的社会教育氛围.周边不少的中小学校都在制订来安国湖湿地进行研学活动的计划.

图16 湿地公园室外宣教展牌

3 讨论与结论

采矿塌陷地一般坚持“宜农则农、宜林则林、宜牧则牧、宜渔则渔、宜建则建”的“五宜”原则进行综合整治与修复，从90 年代起，马金玲[5］、董祥林[6］、寿冀平[7］等学者相继开展了一系列相关研究.根据采煤塌陷地的实际情况及预测模型，将积水型采煤塌陷地根据面积大小、破碎度、周边环境的不同恢复为湿地或水产养殖塘；将无积水或轻度积水的采煤塌陷地恢复为耕地[8］；将土壤盐渍化或过度贫瘠的采煤塌陷地恢复为林地，实现了采煤塌陷地的保护恢复.

3.1 与采煤塌陷地复垦还田方式的比较

复垦还田是常见的采煤塌陷地恢复方式之一，主要采取挖深垫浅、浅层平整等方式进行土地复垦.刘景双等[9］以抚顺煤矿为例，研究了采用复垦还田与排研相结合，复垦高质量农田，既减少占用土地面积，也将剥离岩石等固体废物掩埋，防止环境污染，有利于保护环境.何斌[10］以平原矿区煤矿塌陷地复垦为方向，思考农田良性生态改造工程.

安国湖国家湿地公园原址为农耕区，后因境内采煤塌陷形成大面积的积水区.针对湿地公园的自然本底资源与地质环境情况，2018 年开展了采煤塌陷区矿山地质生态环境修复项目，在公园中部、东南部进行了土地整理，综合考虑湿地公园的生态敏感性和管控要求，后期在对应区域开展了植被恢复工作，并未开展复垦还田.塌陷地的复垦还田修复方式容易对湿地生态系统的平衡性造成破坏，且对还田区域的管理及还田程度的管控要求高，所以不建议在湿地公园内以复垦还田的方式开展塌陷地修复.

3.2 与采煤塌陷地开展生态养殖方式的比较

孤立型的深度塌陷地，由于周围无过渡地带，恢复多样性的浮叶植被、挺水植被和沉水植被存在一定的难度，针对这类塌陷地的修复，大多经过整治后开展综合模式下的生态养殖活动.李淑娟等[11］对济宁二号煤矿塌陷地现状进行综合分析，提出了采煤塌陷地复垦治理及生态养鱼方案.陈德福等[12］探索了煤矿塌陷地水域的生态养殖的可行性，指出了塌陷地治理后开展生态利用活动的经济效益.张东京等[13］以山东新巨龙煤矿塌陷地为例，结合农业技术及生物技术，总结新巨龙煤矿塌陷地采用土地复垦、开发塌陷地以及发展高效生态渔业的情况.

安国湖国家湿地公园内存在部分孤立型的深度塌陷地，但大部分塌陷后的水面呈现自然原生态景象，且园内北部与西部片区仍存在持续塌陷沉降的现象.开展生态养殖方式在一定程度上可以提高塌陷地的生产利用率，但也会对不稳定的塌陷地湿地生态系统造成影响，当人为利用活动强度超过环境承载力时，会对湿地环境造成巨大损害，两者之间难以做到相对稳定的平衡.建议在保障湿地生态系统保护不受破坏的前提下，未来可考虑在合理利用区开展适度的生态种养殖，并做好严格监管，尽量减少对湿地的人为干扰.

3.3 与采煤塌陷地开展生态恢复前后成效的比较

沛县安国湖湿地公园位于京杭大运河上游，是南水北调东线工程清水廊道天然屏障，以生态修复保护、水质净化为主要目标，通过实施水系贯通、种植乔、灌、草、浮游、沉水、挺水植物、恢复和丰富湿地原植被物种、恢复和保护栖息生境等工程，生态环境得到了显著改善.湖水的水质由原V 类已达到Ⅲ类水质标准.通过构建“人工监测+自动监测”相结合的科研监测体系，完整地体现出湿地公园的自然本底和变化情况，实时展现了湿地公园水体、大气、土壤、地质沉降、动植物种类等监测数据，为湿地公园的保护恢复和管理运营提供了坚实的数据支撑.据当前监测数据统计，新增湿地植物69 种，国家Ⅰ、Ⅱ级重点保护鸟类8 种，有青头潜鸭、震旦鸦雀、白腰杓鹬、白尾鹞、黑耳鸢、雀鹰、红隼、燕隼；新增须浮鸥（Chlidonias hybrida）、黄嘴白鹭（Egretta eulophotes）、黄苇鳽（Ixobrychus sinensis）、红头潜鸭（Aythya ferina）等省级重点保护鸟类36种，还有国家“三有”保护鸟类15 种（原国家林业局令第7 号）.大气质量以及土壤环境均达到了生态环保标准.智慧监测工程不仅在江苏省湿地公园生态监测方面具有先行的示范作用，而且可以成为全国湿地公园中的样板工程，为其他湿地公园提供了借鉴和参考.

3.4 结论

（1）安国湖国家湿地公园原址为农耕区，后因境内采煤塌陷形成大面积的积水区.由于塌陷地的复垦还田方式容易对湿地生态环境的平衡性造成破坏，且考虑湿地公园的生态敏感性和管控要求，所以复垦还田的修复方式不很适合安国湖国家湿地公园.

（2）安国湖国家湿地公园内存在部分孤立型的深度塌陷地，但大部分塌陷后的水面呈现自然原生态的景象，且园内北部与西部片区仍存在持续塌陷沉降的现象.基于国家级湿地公园的管控要求、考虑塌陷地湿地生态系统的不稳定性与完整性，已经禁止在园内保育区与恢复重建区开展与湿地保护和管理无关的活动.在保障湿地生态系统保护不受破坏的前提下，未来可考虑在合理利用区开展适度的生态种养殖，并进行严格的管理.

（3）与江苏九里湖国家湿地公园、潘安湖国家湿地公园成因相似，安国湖国家湿地公园也是因采煤塌陷而形成的新生湿地.因其作为湿地及国家湿地公园的特性，需要坚持全面保护、科学修复、合理利用、持续发展的原则，将生态保护放在首要地位.所以不同于一般采煤塌陷地采用复垦还田、生态养殖等的修复利用方式，安国湖国家湿地公园以湿地生态保护与恢复为重点，开展了地形重塑、水系贯通、植被恢复，以及生态驳岸修复等一系列工作.通过突出人工干预的采煤塌陷地生态修复特色，注重植物、动物与湿地类型的融合、协调与健康发展，安国湖国家湿地公园整个湿地生态系统经历了采煤塌陷地—近自然湿地—自然湿地的恢复过程和演替过程，有效地改善了塌陷区的水质，实现了产业转型发展和人居环境改善的有机结合，创新了采煤塌陷地综合治理模式并实现了突破，具有保护与修复的典型性和示范性.