干旱半干旱地区生态恢复工程建设思路

李志伟，王 旭，胡 峰

(神东煤炭集团环保管理处，陕西 榆林 719315)

0 引言

煤炭在我国的能源结构中占有重要的位置，是一次能源的重要组成部分[1]。神东矿区作为中国最大的煤炭生产基地，开采规模十分巨大，其年生产能力超过2亿t，位居国内第一[2-3]；矿区面积达1 000 km2，沿乌兰木伦河分布，年降雨量仅仅是蒸发量的1/6，地下水水系也相当匮乏，不到全国平均数值的4%。在这样的情况下若沿用传统方式进行煤炭资源的开发建设，随之而来的就是地表沉陷、矸石排放、水资源流失、动植物种群减少等生态损毁的现象。因此，最早负责这一区域煤炭开发的神府、东胜两大公司就分别组建了环保绿化机构，全面负责矿区的生态环境保护工作，并且提出了“建设一流的能源基地，必须有一流的生态环境”的超前开发思想。但由于条件限制，当时主要以公路为依托，建设防护林防风固沙，没有形成实质上的大规模绿化活动，仅仅是为了改善生产生活的环境。1999年神东环保管理处成立，2000年神东正式拉开了大规模生态建设的序幕。

神东的生态工程建设在30多年的过程中，取得了傲人的成绩，创造性的提出了“三期”“三圈”的生态建设模式[4]。所谓“三期”，就是在采前、采中、采后3个时期采取生态手段对影响范围的生态结构和功能进行预防、加强、夯实；所谓“三圈”，就是在外围、周边、中心3层空间梯次配置植物种类实现水保、固沙、美化。在此架构下神东矿区走出了一条主动型水土保持生态建设道路，探索总结出一套具有神东特色兼顾社会效益和经济发展的生态工程建设模式与思路。

1 神东矿区生产活动对生态的影响

1.1 煤炭生产对水资源影响

我国的水资源储量丰富，但是人均占有不足，而且分布范围极不均衡，南方丰沛北方匮乏。作为耗水量巨大的煤炭产业，这种现象却恰恰相反，我国煤炭资源北方巨大南方瘠薄，丰水区就是少煤区，缺水区即是富煤区。然而，煤炭开采会进一步加剧水资源的缺乏，导致区域的径流量减少，地下水位下降。矿山作为面源污染，充满不确定性和难治理性，在人为和自然因素的双重作用下，通过不同的方式侵蚀水体，导致水中各种指标超限，有毒有害物质增加，使原本就不富余的水资源受到污染，区域的水资源情况更加恶化[5]。

1.2 煤炭生产对土壤的影响

微观上讲，土壤是三相分散系，具有水肥气热效应，煤炭开采影响土壤的物理结构，表现在土壤3项组成、孔隙度以及容重的变化，即土壤的颗粒组成；其次是影响土壤的化学性质，表现在土壤酸碱度、胶体和肥性、有机质含量以及离子交换等[6]。宏观上讲，露天开采将会大量的剥离表层土壤，破坏土地上层结构，间接的导致土地沙化，生态环境退化，土壤肥力减弱；井工矿的开采方式，主要是导致地表沉陷，破坏整体的土壤构造，减弱抵抗力，促使环境变差，矸石的堆积侵占大量的土地，更加加剧了对土壤的破坏[7-9]。

1.3 煤炭生产对大气影响

在煤炭开采建设活动中产生的煤尘、二氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，直接对大气进行扰动。煤尘的散播极大程度地降低区域的环境空气质量，二氧化碳的大量产生会造成热岛效应，对局域小气候产生扰动，二氧化硫的排放加大了酸雨的发生率。对土壤的损毁，加剧水土流失以及对植物的影响，很大程度上削弱了植物的净化作用，此消彼长的情况下，对大气的污染是日渐严重。

2 生态工程的内涵

生态工程是致力于建立复合生态系统，秉持可持续发展理念的工程技术，是站在全局层面上把控、研究、设计人工系统的方法，重点是资源的整合和综合利用、技术的衔接与组合、学科交叉以及产业化构建[10]。生态工程的概念是著名生态学家奥多姆在20世纪60年代率先提出的，他认为自然调控是重点，人类只需要轻微的干预即可，注重环境效益[11]；在20世纪70年代，我国的生态学先驱马世骏先生根据我国的生态工程建设实践，对“生态工程”进行了具体定义，即应用生态系统中物种共生、物质循环再生以及结构与功能协调原则，结合系统工程的最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统[12]。其重点是达到经济效益和生态效益的统一，人为的主动调控和干预，该定义被认为是发展中国家可持续发展的方法论基础[13]。

需要指出的是，目前大部分人对于生态建设理解比较狭隘，把园林绿化和生态工程建设混为一谈，简单地认为生态工程建设就是园林绿化，就是植树种草，充其量再加上部分园林景观，仅此而已。事实上，这甚至都不能认为是狭义的生态工程概念，绿化工程的重点是植物的栽植养护，包括水生、陆生植物，属于园林工程的部分，但是生态工程是整体的协调系统，是生态学原理和现代技术的有机结合，是涉及自然、经济、社会的复合生态大系统，园林工程也只是其中的一部分。所以要正确地认识生态工程这一范畴，需要在全局上对与工程有整体性地把握与度量[14-15]。

3 神东生态建设模式

3.1 总体内容

神东生态工程建设模式是环保管理处站在全局的角度，依托公司的整体规划，结合多年的实践经验，以生态学理念为基础，以生态规划为桥梁，以解决问题为导向，探索研究出有效的生态修复与重建、生态产业等建设模式。该模式主要有依据、目标、内容、结构、经济、技术6个方面内容，其核心理论是“山水林田湖草生命共同体”，旨在打造自然经济社会复合生态系统，见表1。

表1 生态工程建设模式Table 1 Ecological engineering construction mode

3.2 建设依据

生态专项计划和设计委托书：神东煤炭集团在每年年初制定的生态专项计划是最基础的建设依据，所有的建设项目均要符合计划要求，在此计划内有序开展；在委托第三方设计院进行设计时，神东煤炭集团下的设计委托书，是建设生态工程项目的主要依据，设计院要满足公司对区域生态环境的整体发展规划，而后提出设计方案。设计依据文件在实际设计的过程中，对于涉及到的质量标准、行业规范等技术性的条款必须严格遵守，特别是针对部分国家层面的技术文件，及时查阅按照最新要求实施。

地类分析和现场实际：设计阶段要明确国土空间规划，结合规划进行合理的布局布置。由于神东的生态工程主要是沉陷区治理，位于井田区域，所以井上下位置对照就尤为关键，再结合现场的立地条件，做到和已治理区域的整体协调。

3.3 建设目标

生态工程的内涵已经要求我们，在实现环境效益的基础上，主动追求经济效益，神东煤炭集团的建设目标就是在实施生态工程项目的时候，实现三大效益，即生态效益、经济效益、社会效益，在改善调整生态环境的同时，打造生态产业，带动经济发展，改善民生；达到三方共赢，即政府增绩、企业增效、村民增收，主要是通过生态经济林的建设，结合土地复垦和环境治理，创造新的经济创收点和增长点，根本目的是在达到治理目的的同时，为当地村民创收，为政府脱贫攻坚助力。

3.4 建设内容

“山水林田湖草”大系统:山指的是矿山，积极建设绿色矿山，发展新技术，研究新工艺，使用新材料，将矿山生态建设由被动转为主动，有效地防止生态环境事件的发生，做到产清洁能源，建绿色矿区。水指的是矿井水，开发建设矿井水循环利用系统，矿井水净化系统，区域水源涵养技术，利用新技术的研发和使用以及升级迭代来破解煤炭开采耗水量大，工业废水多的难题。林指的就是生态树林，根据不同的立地条件以及地形地势，综合多方考虑，主要建设4种林地，即水保林、景观林、碳汇林、经济林。田指的是土地复垦，采用机械作业的方式平整土地，尽可能多的恢复为农田，选用耐受性强的植物改良土壤，改善土地环境，助力农业生产有序推进。湖指的是“仿生湿地”，根据湿地的生态原理，人工干预，建设水保设施，蓄水保土，并且再次净化矿井水，浇灌植被。草指的是播草治裸，在未种植树林的地方播撒草籽，治理裸地风沙，有条件的地方可以发展农牧业生产。

配套系统:在规划治理区域的时候，应充分的考虑后期管护、消防的要求，以及其他的功能属性，所以要配套建设道路系统、灌溉系统、消防系统，如果要打造产业园区，就需要进一步细化系统，增设必要的具有文化属性的牌板、标语等简介。

3.5 建设结构

在实际建设方面，适地适树是首要原则，神东矿区主要是沙土、黄土、硬梁地3种土质类型，根据植物的特性选择种植的区域。矿区境内地势崎岖，需要进行坡度分析，根据水土保持的需要，在不同的坡度种植不同植被种类，一般分为0°～10°、10°～25°、25°以上3个部分。再者就是要规范植物种类，杂而不乱，整体上植被种类比较单一，局部上植物配比千变万化，兼顾规模化和多元化，大概比例为9∶1。在湖田林草的配置上，大概比例是1∶2∶3∶4，既考虑到农业生产的需要，又考虑到恢复生态的要求。时间上仍然沿用“三期三圈”治理模式，集中统筹规划部署，形成整体的区域建设规划，构成完整的区域生态系统。空间上主要是考虑到地理位置和气候因素，打造带具有典型代表性的大型煤炭综合恢复治理新模式。

3.6 建设经济

生态工程建设是建设人工的生态系统，在结构上要模仿自然生态系统，在功能上要有所补充与创新。在保证质量的情况下，实现投入产出比最大化，尽可能地降低投入；建立的新系统系统需要具备自我完善的能力(自然生态系统的自我演替能力)，能够朝着更高级的方向进行自我发展；在3年幼苗管护期结束后，可以放手托管，产生经济效益，具有高收益和高效益的特点；在生态工程的建设过程中也要尽可能地减少工程量，让自然控制占据主导地位，减少对本就脆弱的生态环境的扰动。

3.7 建设技术

在技术上要大胆创新勇于突破，根据不同的项目确定科研项目，研究如何提高本地物种的产量、生长量等。适当地探索适合本地气候水文条件的新物种，采取不同的灌溉措施、混交方式等类比，让科研和生态工程建设紧密结合。但是在此过程要严密做好植物的检疫工作，避免生物入侵事件的发生。与此同时，不断加强防护设施的建设，谨防因采矿引起的地质灾害，比如裂缝滑坡、灌溉下渗等，主要以生态措施为手段，减少砼等工业材料的使用。

4 结语

神东生态工程建设模式兼顾了自然经济社会三大效益，修复了区域生态环境，完善了区域生态系统功能和结构，促进了区域经济的发展。此外，带动了村民再就业，解决了居民就业创收问题，高质量的完成了政府对企业沉陷区治理的要求，实现了政府、企业、村民三方共赢。同时，探索新的采煤沉陷区治理技术标准，可以为以后的沉陷区治理积累宝贵经验。