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  • 2022-06-16 12:00:17 发布

呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价的研究

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摘要土地复垦是最近20多年来土地资源研究的重要内容之一,其中土地复垦适宜性评价可为土地利用现状分析、土地利用规划、土地资源合理开发利用提供科学可靠的基础依据。论文以牙克石东山煤矿采煤塌陷地为研究对象,以恢复生态学、景观生态学等为理论基础,选用研究区所在1:5万地形图和1:1万土地利用现状图为工作底图,运用MAPGIS6.7软件提取了采煤塌陷地土地利用类型和高程等数据,并选用可拓法结合物元模型对牙克石煤矿采煤塌陷地进行土地适宜性评价和分析。研究表明,研究区是一个连续的点状塌陷区域,根据研究区的连续性和不可分割性,整体土壤类型和植被类型较单一,将研究区划分为1个评价单元。选取地形坡度、土层厚度、塌陷深度、灌溉水源、降雨量、岩土污染、土壤有机质含量等作为适宜性评价的参评因子。研究区原土地利用类型为草地,周边地区主要土地利用类型有耕地、林地;目前存在的问题有地表出现塌陷坑和塌陷裂缝;雨季塌陷坑中容易积水造成地表植被因过涝而死亡;粉煤灰、煤矸石对当地环境造成一定污染,尤其是对土壤,影响后期塌陷区复垦方向。适宜性评价结果表明:研究区复垦为宜耕、宜园方向的评价结果为勉强适宜,评价等级较低,需要调整的评价因子多,而调整参评因子的过程中不可避免的要进行工程措施,这必将对本来脆弱的土地造成新的扰动,并且对生态环境造成二次破坏,因此不适宜恢复为耕地、园地;复垦为林地、草地方向的评价结果均为中度适宜,其中复垦为草地不需要对参评因子进行调整,复垦为林地只需要对个别因子进行调整,因此,林、草的适宜性明显高于耕地、园地的适宜性,最终确定研究区复垦为林地和草地。对采煤塌陷地进行生态恢复治理时,采用工程措施和生物化学措施种树、种草。研究区林草复合型复垦模式也符合呼伦贝尔天然林与草原共同组成的生态构架。关键词:土地复垦;采煤塌陷地;适宜性评价;内蒙古牙克石 ReseachonSuitabilityEvaluationofLandReclamationoftheDongshancoalminingsubsidenceinofYakeshiinHulunbeierAbstractLandreclamationisoneoftheimportantpartoflandresourcesresearchduringthelast20years.Itcanprovidesreliablescientificbasisforlanduseplanning,landusesituationanalysisandrationaldevelopmentandutilizationoflandresourceswithdamagedlandduetolandExploitationofmineralresources.Inthispaper,coalminingsubsidenceregioninInnerMongoliayakeshiisstudyarea.Restoringtheecologyandlandscapeecologyistheoreticalbasis.1:50000topographicmapsofthestudyareaand1:10000presentlandusepicturearebasemap.Landusetypesandelevationdataofminingsubsidencewereextracted,UsingMapGIS6.7software.Thisstudyevaluateandanalysislandsuitabilityofthisareausingdigitalmodel.Theresultsshowthat:thestudyareaisacontinuousandpoint-likecollapseregion.Accordingtothecontinuityandindivisibilityofthestudyarea,theoverallsoiltypeorvegetationtypeissingle,sothestudyareawasdividedintoanevaluationunit.ThisstudyselectTerrainslope,soilthickness,depthofcollapse,irrigationwater,rainfall,soilpollution,soilorganicmattercontentandotherfactorstoevaluate.Grassistheoriginalland-usetypesofthestudyareaandthemainlandusetypesofthesurroundingareaisfarmland,woodland.Exploitationofcoalresourcesconstantlyformssurfacesubsidencepitsandsubsidencecracks.Thecollapseoftherainyseasonpitwatereasilycancausedeathofvegetationduetofloods.Intheminingprocess,flyashandcoalgangueonthelocalenvironmentcanresultinenvironmentalpollution,especiallyimpactingonsoilwithlatesinkreclamationdirection.Localherdersshouldterminateplantingartificialpastures.TheresultofstudyarearevertingtocultivatedlandisMarginallysuitable,thelowerlevelofevaluation,neededtoadjustInvolvedFactors.Thenfactorsadjustedinevitablyresultinengineeringmeasures,whichareboundtodisturbfragilelandandcausesecondarydamagetotheecologicalenvironment.Soitisnotappropriatetorestorecultivatedland.TheresultofstudyarearevertingtowoodlandorgrasslandisModeratelysuitable,andconvertingtograsslandnotneededtoadjustInvolvedFactors,revertingtowoodlandonlyneededtoadjustsingleInvolved.Sorevertingto woodlandorgrasslandismoreappropriatethencultivatedland.Therefore,woodlandorgrasslandisthefinalselection.Useofengineeringmeasuresandbiochemicalmeasures,plantingtrees,grass,canecologicallyrestoreminingsubsidenceregion.NaturalforestandgrasslandcomposedecologicalarchitectureinHulunbeier,occupyingavitalposition.Keywords:Landreclamation;Coalminingsubsidencearea;Suitabilityassessment;YakeshiofInnerMonggolia;Directedby:Prof.ARuHan(Ph.D)ApplicantforMasterdegree:LongFei(LandResourceManagement)(CollegeofEcologyandEnvironmentScience.InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019.China) 目录1引言............................................................11.1研究背景....................................................11.1.1选题背景..................................................11.1.2研究意义..................................................21.2矿区土地复垦国内外研究进展..................................41.2.1国外研究进展..............................................41.2.2国内研究进展..............................................41.3土地复垦的概念、特点及原则..................................61.3.1土地复垦的概念、基础理论和原则............................61.3.2土地复垦适宜性评价的原则和依据............................81.3.3采煤塌陷地的形成与分类....................................91.4研究内容及研究方法.........................................101.4.1研究内容.................................................101.4.2研究方法.................................................112牙克石东山煤矿概况............................................152.1自然环境概况...............................................152.1.1地理位置与范围...........................................152.1.2地形与地貌...............................................162.1.3水文地质.................................................162.1.4气象条件.................................................172.1.5土壤.....................................................172.1.6植被.....................................................172.2社会经济概况...............................................183牙克石东山煤矿采煤塌陷地土地复垦适宜性评价.....................183.1资料的收集.................................................183.2评价单元的确定与划分.......................................183.3土地适宜性评价参评因子的选择与确定.........................193.3.1参评因子的选择...........................................193.3.2参评因子的确定...........................................203.3.3土地利用及其存在的主要问题...............................203.4土地复垦适宜性评价过程与结果...............................213.4.1耕地方向适宜性等级评价...................................213.4.2园地方向适宜性等级评价...................................28 3.4.3林地方向适宜性等级评价...................................333.4.4草地方向适宜性等级评价...................................373.4.5结果与分析...............................................424牙克石东山煤矿采煤塌陷地生态恢复治理分析.......................444.1塌陷地土地复垦生态工程设计.................................444.1.1采煤塌陷地裂缝的整治.....................................454.1.2塌陷地地表下沉盆地的整治.................................454.2塌陷地复垦生物化学措施.....................................454.2.1生物化学措施.............................................454.2.2植被恢复措施.............................................465结论与讨论.....................................................475.1结论.......................................................475.2讨论.......................................................48致谢..........................................................50参考文献..........................................................52作者简介..........................................................50 插图和附表清单1.图1中国煤炭能源利用状况............................................22.图2内蒙古自治区煤炭资源分布图......................................33.图3技术路线图.....................................................144.图4地理位置图.....................................................155.图5项目区低山丘陵地貌.............................................166.图6土地复垦适宜性评价参评因子.....................................197.图7土地利用现状图.................................................218.图8耕地标准下参评因子关联度值.....................................279.图9参评因子在园地不同等级关联度...................................3210.图10参评因子在林地不同等级关联度..................................3611.图11参评因子在草地不同等级关联度..................................4112.图12各适宜方向评价结果对比图......................................4213.图13采煤塌陷地总关联度对比图......................................441.表1等级评定表.....................................................132.表2主要数据及来源.................................................183.表3土地复垦适宜性参评因子表.......................................204.表4宜耕参评因子分级指标及等级标准.................................225.表5归一化处理后的耕地适宜性等级标准...............................226.表6耕地权系数表...................................................257.表7耕地标准下参评因子关联度表.....................................268.表8评价单元耕地适宜程度评价结果...................................279.表9宜园类参评因子分级指标及等级标准...............................2810.表10归一化处理后园地适宜性等级标准................................2911.表11园地权系数表..................................................3012.表12参评因子在园地适宜性标准关联度................................3113.表13评价单元园地适宜程度评价结果..................................3214.表14宜林类参评因子分级指标及等级标准..............................3315.表15归一化处理后的林地适宜性等级标准...............................3316.表16林地权系数表..................................................3517.表17参评因子在林地适宜性标准关联度................................3518.表18评价单元林地适宜程度评价结果..................................3619.表19宜草类参评因子分级指标及等级标准..............................3720.表20归一化处理后的草地适宜性等级标准..............................3821.表21草地权系数表..................................................3922.表22参评因子在草地适宜性标准关联度................................4023.表23评价单元草地适宜程度评价结果..................................4124.表24参评因子等级计算结果表........................................4225.表25采煤塌陷地总关联度计算结果表..................................43 内蒙古农业大学硕士学位论文11引言1.1研究背景1.1.1选题背景随着经济的发展,城乡的建设和工业的不断发展,煤炭资源和其他矿产资源开采以及随着经济发展各种生产建设活动对土地的破坏也日渐突出,已破坏的土地资源中耕地资源被破坏的更为严重。煤炭生产导致土地资源的大量破坏,严重地影响矿区的生态环境和社会的可持续发展[1-2];协调矿产资源开采和土地保护之间的矛盾至关重要,土地复垦就是为了实现矿产资源开采与土地使用可持续发展、保持耕地总量动态平衡、恢复生态环境的重要道路[3-5]。内蒙古自治区幅员辽阔,作为全国原煤生产第一大省份,内蒙古已经成为全国重要的能源保障基地。据内蒙古煤炭工业局统计,2011年内蒙古生产原煤9.78[6]亿吨,内蒙古查明煤炭资源储量跃居全国第一位。内蒙古自治区的煤炭资源分布在东、西两部,东部的煤炭资源主要分布从呼伦贝尔市到锡林郭勒盟的东北—西南向狭长的地带,占该地区煤炭资源总储量的43.7%。西部的煤炭资源主要分布在鄂尔多斯盆地,约占全区煤炭保有储量的54.39%,见图1、2。内蒙古接近80%的煤炭产量以井工开采方式获取。井工开采造成的地表塌陷深度一般为煤层开采总厚度的0.75倍[7]。在全国目前有400万hm2的塌陷区,在内蒙古自治区大2约每年会因开采煤炭资源形成0.6~1.0万hm的地表塌陷。大多数煤矿在煤矿开采过程中伴随表土存放区、储煤场等地,这些伴随地对土地资源的的占用造成了很大的损毁[8],加剧了人均土地资源占有量降低,耕地资源总量下降、环境恶化。国外对矿山的土地复垦工作开始的较早,并且取得了较大的进展。对煤矿区的土地复垦研究我国开始的相对较晚。在1988年国务院第一次颁布了《土地复垦规定》,之后对复垦工作开始进行大规模的研究,目前形成了比较完备的理论和技术体系,但是到目前为止,对复垦技术和理论体系的研究还不够深入,加之矿山土地复垦的难度较大,新的技术又滞后于实践,对土地复垦工作的进一步提高提出了迫切的要求。2007年国土资源部下发的文件《关于组织土地复垦方案编报和审查有关问题的通知》(国土资发〔2007〕81号文件),在一定程度上有效缓解煤矿区所占建设用地和农业用地之间的矛盾,保护耕地[9]。中华人民共和国国务院在2011年下发了《土地复垦条例》(国务院令第592号文件),第一次将复垦工作上升到法律制约的高度,对复垦工作的提出了更高的要求,可见土地复垦工作的重要性。 2呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究图1中国煤炭能源利用状况Fig.1ThestateofChinacoalenergyutilization1.1.2研究意义对煤炭资源进行大规模的井工开采,不可避免的造成矿区地表沉陷、表土层松散,水土流失、对原有地表植被造成破坏,最终导致生态环境恶化。面对人地矛盾日益突出、耕地资源紧缺等问题,如何对采煤塌陷地开展复垦工作,对破坏的土地进行生态恢复、再利用是我们应该关注和解决的问题。开展复垦工作的关键是确定破坏区域的复垦方向。目前,土地复垦适宜性评价方法较多,但是大多方法较简单,评价过程不完整,评价结果不够准确。本文以牙克石东山煤矿采煤塌陷地为研究对象,对牙克石煤矿开采形成的塌陷地进行适宜性评价,确定出各适宜方向土地类型,并最终确定土地复垦目标,提出牙克石煤矿区生态恢复技术与恢复模式,从而实现矿区生态效益、经济效益和社会效益的有效统一,使矿区的经济与社会能够可持续协调发展,为呼伦贝尔地区采煤塌陷地复垦研究提供借鉴。 内蒙古农业大学硕士学位论文3图2内蒙古自治区煤炭资源分布图Fig.2DistributionofcoalresourcesinInnerMongoliaAutonomousRegion 4呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究1.2矿区土地复垦国内外研究进展1.2.1国外研究进展美国生态重建学会提出生态重建定义:“将人类所破坏的生态系统恢复成具有生物多样性和动态平衡的本地生态系统,其实质是将人为破坏的区域环境恢复或重建成一个与当地自然界相和谐的生态系统[10]。”Chdwick和Bradshaw出版了《theEcologyandReclamationofDerelictandDegradedLand,TheRestorationofLand》,从两个方向分别总结了生态恢复和土地复垦过程中理论和应用问题[11-14]。最初国外的土地适宜性评价开始于上个世纪30年代由德国和美国分别颁布的《农地评价条例》和《期托利指数分级》,主要用于赋税方面的研究;60年代,日本对标准化土壤进行系统化调查和评价研究,前苏联把土地生产划分为土地类、土地等、土地级和土地种;而美国颁布的了土地潜力分类系统,是世界上第一个相对较为全面的土地评价系统;随即加拿大和英国推出了各自的土地潜力分类系统;70年代,资源调查和遥感等技术手段的广泛应用,土地研究已经开始从土地清查真正走向土地评价;而土地评价是从一般目的的土地评价转向特殊用途目的的土地评价,结果通常揭示了土地的生产潜力,更为重要的是针对某种土地利用方式来进行,反映土地的适宜性程度和最佳利用方式;80年代,美国、加拿大各自分别对土地评价及立地系统以及作物的生产潜力适宜性评价为主要内容进行研究;90年代,巴西建立决策支持系统,FAO颁布了《可持续土地利用纲要》,多学科交叉研究和3S技术应用于土地适宜性评价中,各国的研究更向综合化、定量化、精确化发展[15]。近20年,Z.Strzyszcz[16]对中东、欧洲一些国家景观重建和植被重建进行过总结,结果发现不同的开采技术、各国不同的法律法规和开采区自然地理环境的差异致使各个国家生态恢复效果有一定区别;YuriGorokhovich等[17]曾运用GIS对矿区的复垦工程进行研究,取得了比较好的研究成果。RobertB.Atkinson[18]提出把湿地也归为矿区废弃地生态恢复中的一部分。NadjaZier[19]等通过研究利用废弃的城市垃圾及煤渣(或煤矸石)对废弃的土地进行农业复垦。S.K.Lee等[20]对回填粘土复垦的土地上红树再生进行了研究。A.P.Schwab[21-30]对美国Kansas州西部生长在粉煤灰复垦后废弃地上植物进行研究,结果表明植物体内重金属含量与粉煤灰中重金属的种类及含量有着一定正比例的关系。1.2.2国内研究进展2011年我国发布关于《土地复垦条例》国务院592号令明确指出土地复垦的定义是:凡是在生产过程中,因塌陷、挖损、压占等造成破坏的土地,采取适当的整治措施,使其恢复到可供利用的综合性技术过程,称作土地复垦。土地复 内蒙古农业大学硕士学位论文5垦中土地适宜性评价是土地复垦的重要组成部分,为破坏的土地提供复垦方向,为损毁的土地植被恢复提供依据。《土地复垦规定》颁布后,在土地复垦工作的基础上对矿区土地资源生态恢复取得了一系列的理论研究成果。(1)区域生态修复评价的理论与方法。不同的复垦模式、不同的生态恢复方式下采取定量的方法对复垦后土壤有机质含量、地表植被恢复程度、有无重金属污染及污染程度进行研究[31-34]。采取层次分析法、特尔菲法、可拓等方对采空区进行损毁类型、损毁程度、复垦方向进行评价[35-38];工业生态学和循环经济理论应用于对工业园区的评价[39-41]。(2)对矿区生态环境的规划和研究。矿产资源的开采涉及对湿地造成破坏后,复垦主要以生态设计理念及以人为本为基础[42]。一般情况下,按照矿山的基[43,44]建、生产工艺等过程进行未破坏土地预防控制和已破坏土地的恢复治理设计。因矿产资源开采造成的废弃地可通过景观再造实现对废弃地的再生利用及生态系统的恢复[45-47];特别对于粉煤灰的治理,目前主要是通过粉煤灰配置人工土壤覆盖在露天煤矿边坡,为后期种植的植被提供土壤[48]。(3)矿区生态的修复模式研究。矿区在具备一定自然环境的基础上,可以发展和培育生态农业及生态工业区、生态旅游等复垦模式[49-50];依据矿区的特点,自上而下的对复垦区域进行不同层次和阶段的生态修复,最终实现相互独立而又彼此联系的“点、线、面、立体”的多层次生态修复模式[51];根据复垦区的实际情况建立不同功能修复区,实行“宜农则农、宜林则林、宜渔则渔、宜建则建”的多层次、多元性开发的修复模式[52];通过划分采煤沉陷区功能,建立以蓄水为主和湿地、景观等多种功能的修复模式[53];资源枯竭型矿区生态修复采用景观结构修复、生态过程修复、生态服务功能修复、人文生态修复和生态经济修复以及社会经济修复等多方面、全方位的生态修复模式[54]。(4)对矿区进行生态恢复的技术和措施的研究。通过植被对矿区土地污染物进行提取、挥发、固定等途径降低土地污染程度的修复技术[55-58]。探讨土壤动物改善土壤肥力及土壤生态功能[59-61]。利用微生物恢复已破坏的矿山生态系统[62]。矿磷粉可以缓解矿区土壤酸性[63],在植物根系接种根瘤菌促进根系对钙、钾等元素的吸收,增强植物的抗逆性[64]。对不同复垦阶段植被进行土壤根系拉力试验,研究生态系统抵抗水土流失的能力[65]。以矿山所处的环境和开采方式对环境的影响为基础,适当的突出填充、非填充、景观再造的生态修复技术[66]。从矿区地质条件出发,采用工程技术和生物技术修复受损的矿区生态系统[67-68];不同的开采工艺对矿区土地的损毁方式不同,应该因地制宜提出生态恢复目标[69];对废弃砖瓦窑取土区进行生态恢复可以提高其土壤质量[70];生态修复最主要的目的之一是 6呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究通过植被进行修复[71];根据植被恢复区的自身的特点对其进行恢复、重建生态环境是实现塌陷地可持续发展道路的必经之路[72]。(5)矿区土地复垦实践。从我国研究土地复垦以来,复垦的方式主要有填充复垦法、非填充复垦法、挖深垫浅法等多种方式的复垦模式[73-75]。随着土地复垦工作的开展,在矿区土地复垦实践的基础上国家出台了一系列的规划和标准[76-79],《全国土地开发整理规划》、《土地开发整理规划编制规程》、《土地开发整理项目规划设计规范》、《全国生态环境保护纲要》,推动我国复垦工作的实施。我国土地复垦适宜性评价开始的较晚,20世纪50年代到70年代中期逐渐开展土地资源调查和开发利用。到70年代后期,开始了大规模且比较综合的土地适宜性评价,相继制定了适用于我国的评价规范、评价标准及评价指标,同时制图方法的提高大大改进了我国的评价结果质量。20世纪80年代初中国科学院自然资源综合考察委员会编制的《中国1:100万土地资源图》对土地适宜性评价具有举足轻重的作用[80]。井工开采引起的土地破坏模式以沉降为主[81-85]。随着土地复垦适宜性评价工作的开展,21世纪研究适宜性评价已有多种方法,其中,杨国栋等在高速公路复垦土宜评价中采取BP神经网络模型进行评价[86];陈秋计等将GIS和ANN技术应用于矿区复垦土地适宜性评价[87];鲍艳等利用层次分析法在土地开发中对土地的适宜进行性评价[88];吴文斌对研究区进行基于遥感和GIS的土地适宜性评价的研究[89];同样吕云峰等将遥感和GIS结合起来运用于土地适宜性评价研究[90];张秋玲等运用层次分析法对矿区待复垦土地进行适宜性评价[91];谢洪斌等将模糊证据权法应用于夏橙产区土地适宜性评价中[92]。土地复垦中矿区生态恢复已经成为研究热点[93]。矿区生态系统的恢复在其自然地理条件的基础上选择符合符合复垦方向及植被和种植方式[94]。矿区土地恢复技术主要运用于已经开采并造成破坏的矿区土地[95]。国内外对采煤塌陷地的复垦方面已经有较成熟的技术[96-97]。采煤塌陷地可以通过填充和非填充等方法进行治理[98]。复垦过程中要提高对重金属污染的处理[99]。1.3土地复垦的概念、特点及原则1.3.1土地复垦的概念、基础理论和原则1.3.1.1土地复垦的概念土地复垦,英文为reclamationofland或landreclamation。土地复垦是指对生产建设过程和自然灾害损毁的土地,采取整治措施,使其达到可供利用状态的活动.广义的土地复垦指对退化和损毁的土地进行为恢复其生态系统和生产力而进行的综合性技术过程。狭义定义指专门对工矿业用地的再利用和生态系统的恢复。 内蒙古农业大学硕士学位论文71.3.1.2土地复垦的基础理论土地复垦研究的基本理论主要有恢复生态学、景观生态学、等级理论、地域分异规律等理论。土地复垦的研究还与许多学科交叉渗透,如:生态学、土壤学、地质学、水文学、植物学等。近些年来随着学者对土地复垦的研究,对生态恢复和重建理论作出了巨大的贡献,为复垦工作提供了更科学的研究平台[100]。恢复生态学是对导致生态系统退化的原因,已经退化的生态系统恢复与重建的方法和技术。一般“恢复”是指生态系统的原貌的恢复(如:土地的生产功能的恢复),使其原来的生态功能重现,“重建”指在不强调或不可能恢复为原貌的生态系统下重新建立一个不完全雷同于原生态系统的全新生态系统。目前,恢复已被用作一个概括性术语,包括重建、改建、改造、再植等含义,一般泛指对退化生态系统的改良和重建,使其恢复生态功能,并恢复其生物学潜力,也称为生态恢复。生态恢复具有重要的意义,其最关键的是系统功能的恢复和合理生态结构的构建[101]。景观生态学理论生态学以整个景观为研究对象,强调空间异质性的维持、发展与生态系统之间的相互作用,研究内容主要包括三个方面:景观结构、景观功能和景观动态变化;核心内容是空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用[102]。景观生态学的重要理论有生态平衡及其调控理论、岛屿生物地理学、复合种群理论、景观连接度和渗透理论、等级理论和景观复杂性[103-104]等。地域分异理论实际上是一种空间地理的分布规律,是研究自然地理学的重要工具,揭示了各区域自然地理系统的整体性及差异性。大多数情况下区域的土地利用现状是由其自然地理状况与社会经济状况决定,因此复垦工作在很大程度上取决于地域特点及土地利用现状为背景对塌陷区进行进一步评价和复垦。1.3.1.3土地复垦的原则根据研究区自然环境与社会经济发展情况,按照经济可行、技术科学合理、综合效益最佳,结合研究区实际特征和情况,体现以下复垦原则:(1)源头控制、防治结合、复垦恢复生态。在从事生产、建设活动过程中应采取预、防结合的控制措施,对土地的破坏降到最低程度。使土地资源破坏面积和程度控制在最小范围和最低限度。坚持开采工艺设计、复垦设计与恢复生态设计相统一的原则,使矿区的生态环境得到明显改善。(2)统一规划,统筹安排。依据复垦区的土地利用总体规划及矿区土地利用现状,合理对复垦区进行规划,做到土地复垦与生产统一规划,统筹安排做到“边破坏,边复垦”。(3)因地制宜,综合利用,优先用于农用地。按照“因地制宜,综合利用” 8呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究的原则,依据矿区所在地区的土地利用总体规划,并对不同区域的土地适宜性及不同项目对土地的破坏程度,确定不同地块的土地复垦方向,最终合理确定复垦土地用途,宜农则农、宜林则林、宜牧则牧、宜建则建,同时优先考虑复垦为农用地,用于粮食生产、种植林果、蓄养牲畜及渔业生产,确实不适宜农业生产的,可以依法复垦为非农建设用地。(4)谁破坏、谁复垦的原则。坚持谁开发谁保护,谁破坏谁复垦,落实责任,建立矿区生产环境治理和土地复垦的长效机制。实行企业发展和负责破坏土地复垦的相关约束机制,实行目标责任制,保障破坏土地的及时和有效复垦。(5)综合效益的原则。破坏土地的复垦是一个完整而复杂的综合体,追求的目标是融社会、经济和生态效益为一体,综合效益最优,就是使土地复垦融于社会经济发展和维持生态平衡之中,谋求社会、经济、生态效益的统一。1.3.2土地复垦适宜性评价的原则和依据1.3.2.1土地复垦适应性评价原则在进行土地复垦过程中,复垦的最高标准是不留生产建设痕迹,也就是完全恢复原地形地貌和土地利用类型和水平。具体复垦规划和实践中,土地复垦方向应尽可能与原(或周边)土地利用方式保持一致。但是对于无法完全恢复的破坏土地,应该根据一定得原则进行土地复垦适宜性评价。这些原则包括:(1)可垦性与最佳效益原则。在土地复垦过程中确定土地复垦方向,其次按照当地的土地利用总体规划、原土地利用现状的要求外,应当首先考虑其可垦性和综合效益,即根据被破坏土地质量是否适宜于某种用途的土地,复垦产生的社会、生态效益是否为最好。(2)因地制宜原则。对破坏土地复垦进行适宜性时,应当分别根据所评价土地的自然地理条件和社会经济条件等具体条件确定其利用方向,不能强求一致,做到因地制宜。(3)综合分析与主导因素相结合。在进行评价时,以主导因素为主,对影响土地复垦利用的众多因素,如气候、土壤、地形地貌、道路状况、土地破坏程度等综合分析对比,从中选出影响复垦利用的主导因素,之后按主导因素确定其适应的利用方向,增强土地适宜性评价的科学性和实用性。(4)自然属性和社会属性相结合。待复垦土地的评价,一方面要考虑其自然属性(如土地质量),同时也要考虑社会属性(如社会需要)等。在评价时主要以自然属性为主来设定复垦方向,但也需要顾及社会属性(如种植习惯、社会需求等),二者相结合确定复垦利用方向。(5)现实情况和预测分析相结合的原则。待复垦土地,一般分为已破坏土 内蒙古农业大学硕士学位论文9地和拟破话土地。为了作出准确的评价,故对拟破坏预测分析必须准确,根据预测区的各个指标,应对类似的现实情况加以推测和预测,这为评价打好基础。(6)动态性与持续发展的原则。土地破坏是一个长期的动态过程,复垦土地的适宜性也随土地的破坏等级与破坏过程而变化。在进行复垦土地适宜性评价时,首先应考虑矿区工农业发展前景、科技技术力量,确定复垦土地的开发利用方向。从土地利用历史过程看,土地复垦必须长期着眼于可持续发展原则,应保证所选土地利用方向具有持续生产能力避免掠夺式利用资源,或土地复垦过程中造成二次污染等问题。(7)理论与实践相结合的原则。对被破坏土地进行适宜性评价时,要把理论作为研究区的基础,综合分析已有的实际材料,确定复垦土地的利用方向。1.3.2.2土地复垦适宜性评价依据土地复垦适宜性评价是在详细调查和分析研究区自然条件、社会经济状况以及土地利用状况的基础上,依据国家和地方的法律法规及相关规划,综合考虑土地的被破坏程度及周边类似地区的复垦经验等采取切实可行的办法、确定复垦利用方向。土地复垦适宜性评价依据主要包括:(1)相关法律法规和规划,如《土地复垦条例等》、相关规程和标准、《土地复垦技术标准》等。(2)研究区内自然社会经济概况、土地损毁程度、土地损毁前后的土地利用等条件。1.3.3采煤塌陷地的形成与分类1.3.3.1采煤塌陷地的形成地下煤层开采时,井下出现大面积的采空区,破坏了围岩原有的应力平衡状态,发生了指向采空区的移动和变形。当岩层的移动、沉陷和弯曲变形相继发展到地表时,地表就会出现下沉、水平移动、倾斜、水平变形和弯曲,形成塌陷区。在采深与采厚之间的比值较大时,地表的变形和移动在时间和空间上是连续渐变的,具有明显的规律性;当采深和采厚的比值较小或具有较大的地质构造时,地表的移动和变形在时间和空间上是不连续的,移动和变形的分布没有严格的规律性。一般说来,开采工作面越大,塌陷区越大,影响越严重,煤层的厚度和倾[105-106]角与地表的塌陷程度成正比,开采的深度与地表塌陷成反比。1.3.3.2我国采煤塌陷地分类(1)从矿区地形、地貌、地质条件角度 10呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究山地丘陵地区,开采塌陷后地形和地貌无明显变化,基本不积水,对土地影响较小。在地下水位较深的平原区域,一般开采后地面只有少部分常年积水,在低潜水位平原地区,因地下水位较深,开采塌陷后地面一般有很小部分积水。高潜水位平原地区,由于地表潜水位高,开采塌陷后地表大部分常年积水。(2)从开采引起的塌陷程度角度从开采角度分析,塌陷程度一般分为轻度塌陷、中度塌陷和重度塌陷,其中轻度塌陷一般不明显,只有少数低浅裂缝并且分布稀疏,中度塌陷塌陷高差一般2小于50cm,裂缝宽在0.1~0.3m之间,重度塌陷的地表变形面积大于lkm以上,原地貌被破坏农业生产受到严重影响。(3)从塌陷地的稳定性和积水深度角度分为稳定塌陷地和不稳定塌陷地。通不稳定塌陷地还会出现地表二次下沉,处于不稳定阶段。稳定塌陷地塌陷地面不再出现二次下沉,处于相对稳定的阶段,易于复垦工作的开展。1.4研究内容及研究方法1.4.1研究内容本文通过对牙克石东山煤矿采煤塌陷地的实地调查,以研究区1:5万地形图和1:1万土地利用现状图为工作底图,运用MAPGIS6.7软件对采煤塌陷地土地利用类型和地形图进行矢量化,对牙克石煤矿因开采损毁产生的塌陷地进行土地适宜性评价确定其土地复垦方向。在此结果基础上,根据塌陷地的特点,采用工程技术措施和生物技术措施进行生态恢复。具体内容如下:(1)土地适宜性评价单元划分及参评因子的确定。土地适宜性评价单元划分及参评因子的确定是土地复垦适宜性评价重要的前提与基础。根据研究区塌陷特征,土壤类型分布和植被类型等特点,划分研究区评价单元。在影响土地质量的众多因素中,对研究区影响较大的主导因子作为参评因子;选取相对稳定且能长期影响土地适宜性的参评因子,避免使用不稳定的参评因子,影响评价结果。(2)研究区土地利用现状及其存在的问题。将研究区边界叠加至土地利用现状图,分析研究区原土地利用现状及周边主要的土地利用类型,为下一步的确定研究区的复垦方向提供依据。总结因开采对研究区造成的土地破坏、生态环境退化及对人类的影响等方面的问题。(3)土地复垦适宜性评价。以采煤塌陷地土地利用现状、土地利用特点为基础,结合研究区自然、社会、经济概况确定评价方向和参评因子,建立基础数据库,通过可拓法结合物元模型对研究区进行耕地、园地、林地、草地方向的土地复垦适宜性评价。对比各适宜 内蒙古农业大学硕士学位论文11方向的评价结果,确定最终土地复垦方向。(4)生态环境治理对策。根据评价结果对研究区实施工程措施和生物化学措施,并确定植被恢复模式及植被类型的选择。1.4.2研究方法1.4.2.1土地复垦适宜性评价方法土地复垦适宜性评价步骤为:研究对象的选取、评价单元的划分、确定并建立评价体系、选定参评因子、确定评价指标、参评因子权重的确定、评价数据库的建立、评价单元的等级评定。选择适宜评价对象的评价方法需要根据评价对象的实际情况选择最佳的评价方法[107-110]。本文所用的土地复垦适宜性评价方法为可拓综合评价法结合物元模型的评价方法。可拓综合评价法是将可拓学形式化的工具从定量和定性的两个角度去解决问题。运用可拓法来建立多指标参数的质量评定模型,完整地反映评价对象的综合质量水平,避免因单个因素的评价造成评价结果的偏差。本文采取可拓法进行土地复垦适宜性评价,物元模型的建立步骤如下:(1)确定经典域一般情况下在可拓法的建立过程中,把研究区即评价对象P、特征值c和它的量值x的三元有序组合R=(P,c,v)称为物元,如果评价对象N有n个特征值,则将它称为n维物元,用矩阵表示为:P0j,C1,V0j1P0j,C1,a0j1,b0j1C,VC,a,b20j220j20j2R0j=(N0j,C,V0j)==(1)...,......,...Cn,V0jnCn,a0jn,b0jn其中P0j表示所划分的j个质量等级,ci(i=1,2,…,n)表示质量等级N0j的特征,V0ji分别为P0j关于特征ci所规定的量值范围,即各质量等级关于对应的特征所取的数据范围(经典域)。(2)确定经节域,令P,C1,VP1P,C1,aP1,bP1RP=(P,C,VP)=C2,VP2=C2,aP2,bP2(2)............C,VC,a,bnPnnPnP其中P表示质量等级的全体划分,Vpi为P关于Ci所取的量值范围,即P的节域,apn、bpn表示Vpi取值范围的最大值和最小值。 12呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究(3)确定待评物元把需要评价的对象用物元的方式表达为:P,C1,V1R=C2,V2(3)......C,VnnP表示待评对象,Vi为P关于Ci的量值,即待评对象的具体的指标值。(4)计算待评对象P关于各质量等级的关联度(vi,V0ji),vVi0jiv0jiKj(vi)=(4)(v,V)i0ji,vV(v,V)(v,V)i0jii0jii0jtabbajijijijixi,V0ji=x,(5)i22abbapipipipixi,Vpi=x,(6)i22V0jibjiaji,(j1,2,...,m:i1,2,...,n)(7)关联函数的数值表示评价单元符合某标准范围的隶属程度,所以可以依据K(x)的不同取值来确定复垦土地的适宜性等级。(5)确定权重采用公式(8)计算权重:xijαij=(j=1,2,3…,m:i=1,2,3…n)(8)nxiji1式中αij表示第j个等级第i个指标的权系数;xij表示第j个等级第i个指标的界限值。(6)计算待评对象P关于等级j的关联度值:nKj(X)=iKj(vi)(9)i1(7)等级评定若K0j(X)=max(Kj(X))(10)则评定对象P属于等级0j。根据K0j(x)的取值范围确定土地适宜性的评价标准。 内蒙古农业大学硕士学位论文13表1等级评定表Tab.1gradeestimationt关联函数数值等级程度范围高度适宜K0j(x)≥1说明评价因子超过上限且数值越大开发潜力越大中度适宜0≤K0j(x)≤1说明评价物元符合该适宜方向的要求,且不需要调整评价因子说明评价物元不符合该适宜方向要求,但对限制因子进行调整可勉强适宜-1≤K0j(x)≤0达到该适宜方向说明评价物元不符合该适宜方向要求,通过调整也无法符合标准不适宜K0j(x)≤-1对象的要求1.4.2.2选取参评因子的原则土地复垦适宜性评价过程中关键是参评因子的选取和评价指标的确定。土地复垦适宜性评价的自然属性影响土地利用方向和各利用方向适宜等级,同时社会经济概况也对土地的利用方向有一定的影响。针对不同的适宜方向,合理选择参评因子是科学的揭示反应土地利用差异的前提。参评因子的选取应遵循以下原则:(1)完备性。各适宜方向的指标体系应从自然地理条件、经济因素等多方面加以考虑,避免因参评因子选取不全面影响土地复垦实施前后土地的综合质量。(2)可比性。参评因子的选择需要考虑它在研究区内部各个评价单元间的差异或复垦前后可能发生得变化,横向或纵向比较,最终确定参评因子。(3)不可替代性。指标之间尽量独立,互相之间不存在包含关系,如果选取的因素之间关联性太大,对土地质量的影响作用将重复计算,增加工作量的同时影响评价结果的准确性。(4)定性与定量相结合。定量指标具有明确的量级标准,将参评因子尽可能的量化,对于难以量化的因子,给予定性的描述。(5)可操作性。评价指标体系尽量简明,要充分考虑到参评因子选取的利用性和可行性。 14呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究1.4.2.3技术路线图3技术路线图Fig.3TechnicalMethod 内蒙古农业大学硕士学位论文152牙克石东山煤矿概况2.1自然环境概况牙克石东山煤矿始建于1970年10月,原名牙克石兴隆沟煤矿,1998年底兴隆沟煤矿破产重组更名为牙克石东山煤矿,开采范围为F7断层以西30、33煤层。同时据调查F7断层以东的F3以南30号煤层在此期间(1992-1998年)亦有开采,到2003年底,随着关闭小煤窑政策的颁布而停产。此后的牙克石东山煤矿也因建设资金等问题经常停产,2004年后基本处于技改项目的整合筹备阶段。经2002年核实30号煤层已全部消耗,33号煤层也有一定的消耗。现牙克石东山煤矿划定矿区范围内开采设计的煤层主要为33号煤层,截止2011年,经过整2合的牙克石东山煤矿矿区面积0.1946km,到2012年东山煤矿基本开采完毕,形22成采煤塌陷一连续的采煤塌陷地,塌陷面积33.78hm,即研究区面积为33.78hm。2.1.1地理位置与范围牙克石东山煤矿位于内蒙古东北部(见图4),在呼伦贝尔市牙克石市大雁煤田一矿东南侧,位于东经120°35′57″-120°37′17″,北纬49°13′35′-49°14′38″之间。北部与额尔古纳市、根河市相接,南部与扎兰屯市相邻,西与陈巴尔虎旗、呼伦贝尔市、鄂温克自治旗连接,东部与鄂伦春自治旗、阿荣旗相接。东山煤矿至牙克石市和巴雁镇均有公路相通,301国道及滨(哈尔滨)至州(满洲里)铁路在矿区北部通过,交通较为方便。图4地理位置图Fig.4Thelocationofarea 16呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究2.1.2地形与地貌牙克石东山煤矿位于大兴安岭西坡,属于新华夏系第三隆起带(大兴安岭隆起带)西坡的一部分,区域地貌形态属于侵蚀、堆积与低缓丘陵地形的过渡地带。地势总体是南高北低,东南部为低山丘陵地貌,北部为低洼沼泽地,东部为河谷平原,海拔标高在640-900m之间。牙克石东山煤矿一号井位于大雁矿区东南部,属低山丘陵区,海拔685m-730m,相对高差45m。研究区低山丘林地貌见图5。图5研究区低山丘陵地貌Fig.5LowmountainsChulin2.1.3水文地质井田地层主要为中生界白垩系下统梅勒图组(K1m)的酸性熔岩和碎屑岩、大磨拐河组(K1d)的凝灰碎屑岩、泥岩、砂岩、煤层及新生界第四系(Qh)的松散沉积物。区内含煤地层仅为大磨拐河组地层。大磨拐河组含可采煤层较多,是大雁煤田最具经济价值的含煤地层,也是牙克石东山煤矿开采的含煤地层。海拉尔河在牙克石东山煤矿北侧自东向西流过,距矿区约8km。海拉尔河夏雨冬雪兼补的河流,源于大兴安岭西侧吉勒老奇山西坡,全长1430多km。流域2面积5.3万km。流域内年积雪厚度可达半米。封冻期约200天。年中洪峰分两3次,一是5月融雪期,一是8月夏雨期。牙克石站多年平均流量为60.1m/s,最3大可达1000m/s。河谷宽达30~130m,水深1m左右,流速一般为2m/s。河道曲33流发育,流速1m/s左右,海拉尔站多年平均流量为101m/s,最高达1800m/s。区内有布洛莫也沟、顺河、扎尼河三条季节性河流,分别在牙克石东山煤矿的东33部、中部和西部由南向北流过,最终注入海拉尔河,平均流量均在50m/h~450m/h之间。本区属大雁煤田西区水文地质单元。水文地质条件中等,既有第四系砾砂潜 内蒙古农业大学硕士学位论文17层地下水(局部为弱承压水),又有基岩裂隙、煤层裂隙承压水。地下水赋存类型如下:第四系孔隙潜水,在自然状态下主要受大气降水补给,河流、季节性河流补给、基岩裂隙水侧向补给。第四系孔隙水水位一般情况下每年有两次上升期,第一次上升期为每年的4、5月份,与冰雪融化入渗补给有关,这时河流水位也相应上升;第二次上升期为每年的7、8月份,是年降水量集中期,降水入渗补给地下水,这时河水水位要升高,季节性河流也不断流。区域地下水位上升幅度值为1.5m左右。区域地下水变幅为1.5m。第四系孔隙潜水迳流(正常情况下)流向河流。2.1.4气象与气候呼伦贝尔地区是我国最高纬度地区之一,属大陆性中温带、亚干旱气候。气候特征为冬季寒冷漫长,夏季温凉短促,春季干旱多风,秋季降温急促。牙克石昼夜温差大,1月份最冷,7月份最热。从冷暖分布看,东南部最暖,北部最冷。全年温差约80℃。昼夜温差约20℃。无霜期70-102d。牙克石平均日照时数2378-2720h,日照百分率为55-63%。日照时数东南部最长,西南部最短。根据牙克石气象站多年气象统计资料,该地区年年最大降水量为560mm,最小降水量为215mm,年平均降水量为344mm,年平均蒸发量为1314.7mm;年平均气温为-3.1°C,最低气温为46.7°C,最高气温为39.5°C;年平均风速为2.9m/s,最大风速为23m/s,风向多为西南;降雪期一般为每年10月到翌年的5月中旬。2.1.5土壤牙克石市位于大兴安岭西麓,土壤类型以地带性栗钙土、黑钙土为主,少数隐域性土壤有沙土、草甸土、沼泽土。成土母质主要有泥质岩类残积物、坡积物和黄土状物,其中西部为半干旱草原栗钙土,是纯牧区,农业很少;其东部为森林草原一黑钙土,是农、牧交错地区。研究区土壤类型为栗钙土,土壤表层PH值6.5-7.0左右,钙积层PH值7.5-8.5,表层有机质含量平均6%,土地集中成片。2.1.6植被牙克石市植被类型属于草原和疏林灌木,温带禾草杂草类草原。地表植被以草本植物为主,有部分森林,研究区地带性植被有林缘草甸、草甸草原,在隐域性的生态环境境条件下还分布南北地带性的草甸、沼泽化草甸植被。现有一些散生或岛状分布的山杨(Populusdavidiana)、白桦(BetulaplatyphyllaSuk)次生林、落叶松(Larixspp.)等。草本主要有羊草(Leymuschinensis)、拂子茅 18呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究(Calamagrostisepigeios)、无芒雀麦(BromusinermisLeyss.)、线叶菊(Filifoliumsibiricum)、贝加尔针茅(Gramineae)等。草群覆盖度60-70%,草层高度40-60cm。2.2社会经济概况2011年,全市总人口37747人。其中农业人口13824人,非农业人口364436人该区为半农半林区,居住有汉、蒙等民族,林业采伐业为该区主要经济支柱,近些年来随着矿区的开发,煤炭采掘业成为该区主要经济支柱,带动地方经济的发展。矿区内劳动力充沛,邻近大雁矿区现有8万余人口,劳动力资源充足。国民经济持续快速增长,经济总量逐年攀升。地区生产总值69.7亿元,比上年增长19.9%。其中第一产业增加值18.4亿元,增长24.8%;第二产业增加值21.4亿元,增长31.0%;第三产业增加值29.9亿元,增长12.0%。三次产业比重分别为26.4%、30.7%和42.9%。在农民人均纯收入5400元,增长34.2%。3牙克石东山煤矿采煤塌陷地土地复垦适宜性评价3.1资料收集进行研究区适宜性评价前,需收集与采煤塌陷地相关的资料作为评价基础,资料收集主要有两个方面:(1)采煤塌陷地所在区域的地形地貌、水文地质、气象、土壤、植被类型等自然地理数据;(2)研究区土地利用和土地破坏现状数据及来源,见表2。表2主要数据及来源Tab.2dataandmainsource数据类型参数数据来源DEM坡度1:5万地形图采煤塌陷地所在区域原土地土地利用现状图1:1万土地利用现状图利用类型气象数据降雨等牙克石市气象局1:2000煤层(30、33号)资源储煤层分布图30、33号煤层分布状况量水平投影估算图塌陷深度、土壤质地、土壤类型、其他数据实地调查道路状况等3.2评价单元的确定与划分评价单元,是按照土地质量均匀一致的原则划分的土地适宜性评价的基本单位,是由对土地质量具有关键影响的各土地要素组成的空间实体,是土地评价的 内蒙古农业大学硕士学位论文19[111]基础图斑。遵循以单元评价为基础的原则,能更为精确地分析一个研究区内不同破坏方式、破坏程度以及地块所在区域、周边环境都能对最终的复垦方向产生较大的影响。划分评价单元,采用同一单元或相似单元进行评价,更能够准确的确定适宜方向。目前,土地复垦适宜性评价单元的划分有多种方法,主要的有地块法、叠置法、动态网格法等。目前牙克石东山煤矿采煤塌陷地形成一个连续的点状塌陷区域,基于研究区的连续性和不可分割性,整体土壤类型和植被类型较单一,将研究区划分为1个评价单元。3.3土地适宜性评价参评因子的选择与确定3.3.1参评因子的选择参评因子是土地复垦适宜性评价中重要的组成部分,而影响土地质量的因素众多,如果全面考虑会给土地适宜性评价带来繁重的工作量。实际评价过程中,首先,选取对评价单元影响较大的主导因子,一般影响因子较多,各参评因子对研究区的影响程度大小不同,应选取影响程度较大的几个或多个因子;其次,选取相对稳定且能长期影响土地适宜性的参评因子,避免使用不稳定的参评因子,影响评价结果。由上述分析可知,土地适宜性评价中要考虑以下参评因子,如图6。土地复垦地质条件水文条件地形地貌气候条件交通条件基础设施土地地地坡坡降平对内排环林壤质表下度向水均外部灌保网灾水水情气交交条设设害文文况温通通件施施图6土地复垦适宜性评价参评因子Fig.6Evaluatedfactorsoflandreclamationsuitabilityassessment 20呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究3.3.2参评因子的确定土地适宜性评价是以评价单元为依托对评价单元可能适宜的利用类型进行适宜程度评价的过程。根据研究区的实际情况对各适宜方向选择参评因子,参评因子选取地形坡度、土层厚度、塌陷深度、灌溉水源、降雨量、岩土污染、土壤有机质含量等指标。本文将土地适宜性等级分为四级,一级(高度适宜),二级(中度适宜)、三级(勉强适宜)、四级(不适宜)。图6中参评因素及土地复垦的特性,将土地复垦适宜类型确定为宜耕、宜林、宜草方向。确定各适宜土地类型对应的参评因子时可参考表3。表3土地复垦适宜性参评因子表Tab.3EvaluatedfactorsofLandreclamationsuitabilityassessment土地适宜类宜耕宜园宜林宜草参评因子地形坡度√√√√土层厚度√√√√塌陷深度√√√√灌溉水源√√降雨量√√√稳定情况√√道路条件√√岩土污染√√√√土壤有机质√√√√田面平整度√土壤质地√√土源保证率√注:表中“√”代表各土地适宜类型对应的参评因子。3.3.3土地利用现状及其存在的主要问题2牙克石东山煤矿的经过长期的开采造成采煤塌陷地33.78hm,原土地利用类型为草地,研究区周边土地利用类型为耕地、林地。(1)煤炭资源的开采不断形成地表的沉陷,且伴随着地下采空区面积的扩大地表出现塌陷坑和塌陷裂缝,雨季塌陷坑容易积水造成地表植被因过涝而大面积死亡。(2)煤矿在开采过程中,粉煤灰、煤矸石对当地环境造成一定污染,尤其是对土壤,影响后期塌陷区复垦方向。(3)采煤塌陷地的形成对周边居民的生产生活及牲畜的饲养造成不便。(4)人工牧草地是当地牧民种植,牧民需要终止种植,采煤塌陷地的形成影响收入,因此尽快的恢复采煤塌陷地的生态环境是当务之急。 内蒙古农业大学硕士学位论文21图7研究区土地利用现状图Fig.7mappingofcurrentsituationoflanduse3.4土地复垦适宜性评价以采煤塌陷地所在1:1万土地利用现状图为研究背景,对东山煤矿采煤塌陷地进行耕地、园地、林地、草地方向的适宜性程度及等级进行评价,分析采煤塌陷地复垦为各适宜方向的等级程度,确定采煤塌陷地最终复垦方向。3.4.1耕地方向适宜性等级评价(1)在选定耕地参评因子的基础上,确定耕地对应的分级指标和等级标准,各等级标准对应的分值见表4。(2)对耕地评价标准和评价指标进行归一化处理:对牙克石采煤塌陷地进行耕地适宜方向进行评价时,由于耕地适宜性等级标准中各参评因子的评价标准及分级指标量化值所取范围不完全相同,有的参评因子是以数值越小级别越高(如:坡度),有的参评因子是数值越大级别越高(如:土层厚度),因此对表4数据进行归一化处理,结果见表5: 22呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究表4宜耕参评因子分级指标及等级标准Tab.4ClassifieationindexandstandardofevaluatedfactorsforPlantation等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度0~33~77~15>15(°)土层厚度>5030~5020~300~20(cm)塌陷深度(m)0~0.50.5~1.51.5~3.0>3.0水源近、水质好水源较远,水质一般远离水源、灌溉无保证无水源灌溉水源80~10050~8010~500~10降雨量(mm)>300200~30050~2000~50稳定较稳定一般不稳定稳定情况80~10050~8010~500~10有完善的道,路体有道路,但未形成系有道路、但道路无道路道路条件系统80~100统60~80状况差20~600~20无污染轻微污染中度污染重度污染岩土污染80~10050~8010~500~10土壤有机质>2.01.0~2.00.6~1.00~0.6(%)田面平整,无田面较平整,有少田面不平整,田面平整无田面平整度塌陷80~100量塌陷60~80有塌陷10~60塌陷0~10表5归一化处理后的耕地适宜性等级标准Tab.5ClassifieationstandardofunitarylandsuitabilityforPlantation等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(C1)0.1200.2800.6001.000土层厚度(C2)0.2500.4000.6661.000塌陷深度(C3)0.1000.2000.6001.000灌溉水源(C4)0.1000.1250.2001.000降雨量(C5)0.1000.1660.2501.000稳定情况(C6)0.1000.1250.2001.000道路条件(C7)0.2000.4000.6001.000岩土污染(C8)0.2000.4000.6001.000土壤有机质(C9)0.2000.3000.6001.000田面平整度(C10)0.1000.1250.1671.000(3)建立物元模型:P0j,C1,V0j1P0j,C1,a0j1,b0j1C,VC,a,b依据公式(1),R20j220j20j20j=(P0j,Ci,V0j)==...,......,...Cn,V0jnCn,a0jn,b0jn建立采煤塌陷地在耕地适宜方向下的物元模型。P0j表示耕地标准划分的j个评价等级,Ci(i=1,2,„,n)表示评价等级P0j的特征值。V0ji分别为P0j关于 内蒙古农业大学硕士学位论文23各参评因子Ci所规定的量值范围,即各评价等级关于对应的各个参评因子所取的数据范围(经典域),其中a0jn表示参评因子在该评价等级所取的最小值,b0jn表示参评因子在该评价等级所取的最大值。根据表4建立物元模型的经典域:①确定经典域耕地适宜性标准下建立研究区高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜等级的物元经典域,表示为R1、R2、R3、R4。P,C1,0,0.120P,C1,0.120,0.280C,0,0.250C,0.250,0.40022C,0,0.100C,0.100,0.20033C,0,0.100C,0.100,0.12544C,0,0.100C,0.100,0.16655R1R2C6,0,0.100C6,0.100,0.125C,0,0.100C,0.100,0.40077C,0,0.200C,0.200,0.40088C,0,0.200C,0.200,0.30099C,0,0.100C,0.100,0.1251010P,C1,0.280,0.600P,C1,0.600,1.000C2,0.400,0.666C2,0.666,1.000C3,0.200,0.600C3,0.600,1.000C4,0.125,0.200C4,0.200,1.000C,0.166,0.250C,0.250,1.00055R3C,0.125,0.200R46C6,0.200,1.000C,0.400,0.600C,0.600,1.00077C8,0.400,0.600C8,0.600,1.000C9,0.300,0.600C9,0.600,1.000C,0.125,0.167C,0.167,1.0001010②确定节域P,C1,VP1P,C1,aP1,bP1根据公式(2),RP=(P,C,VP)=C2,VP2=C2,aP2,bP2............C,VC,a,bnPnnPnP其中P表示质量等级的全体划分,Ci为各参评因子,Vpn为质量等级关于各参评因子(Ci)所取的量值范围,即P的节域,apn、bpn表示Vpii取值范围的最大值和最小值。确定节域: 24呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究PpRpC1C2C3C4C5C6C7C8C9C100,10,10,10,10,10,10,10,10,10,1(4)建立采煤塌陷地的物元矩阵采煤塌陷地塌陷稳定后地形最坡度23°,土层平均厚度50cm,塌陷最大深度3.4m,塌陷区远离水源灌溉无保证,年平均降雨量344mm,采煤塌陷地稳定性情况一般,有道路但未形成体系质量稍差,土壤质地为中轻壤土,污染状况为轻度污染,土壤有机质6%,田面不平整有塌陷。确定判断物元:P,C1,23C,502C,3.43C,454C,3445RC6,57C,607C,708C,69C,5510采煤塌陷地物元矩阵的各参评因子经归一化处理后的物元为:P,C1,0.460C,0.3892C,0.2833C,0.2004C,0.1175RC6,0.300C,0.3337C,0.2838C,0.0399C,0.20010(5)确定各参评因子的权重根据表5运用公式(8)计算耕地适宜性等级标准中各参评因子的权重,见表6:xij根据公式(8)αij=(j=1,2,3…,m:i=1,2,3…n)nxiji1确定各参评因子的权重,公式中αij表示第j个等级的第i个指标权系数;xij表示第j个等级的第i个指标界限值。 内蒙古农业大学硕士学位论文25表6耕地权系数表Tab.6CoeffieientresultsforPlantationaijC1C2C3C4C5C6C7C8C9C10高度适宜0.0880.1830.0730.0730.0730.0730.1460.0730.1450.073中度适宜0.1340.1910.0950.0600.0800.0600.1190.0600.1430.060勉强适宜0.1570.1750.1570.0520.0660.0520.0870.0520.1570.045不适宜0.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.100由表6得到,高度适宜的10项参评因子中,C2(土层厚度)、C9(土壤有机质)的权系数值均大于各参评因子所占权重的平均值0.1,说明这两项参评因子的权重较大,对采煤塌陷地高度适宜的等级评定有较突出的影响;中度适宜的10项参评因子中C1(地形坡度)、C2(土层厚度)、C7(道路条件)、C9(土壤有机质)的权系数值均大于所占权重的平均值0.1,说明这4项参评因子对研究区中度适宜的等级评定有较大的影响;勉强适宜的参评因子中C1(地形坡度)、C2(土层厚度)、C3(塌陷深度)、C9(土壤有机质)的权系数值均大于平均值0.1,说明这4项参评因子对采煤塌陷地中度适宜的等级评定有较大的影响;不适宜的参评因子中各参评因子的权重相同,各个参评因子对不适宜等级评定影响力相同。综合分析,影响采煤塌陷地复垦为耕地的主导限制性参评因子为土层厚度、地形坡度、土壤有机质。(6)参评因子的单指标关联度值根据表5、表6,运用公式(4、5、6、7),计算各参评因子在耕地适宜性标准下单指标关联度值,结果见表7:(vi,V0ji),vVi0jiv公式(4):Kj(vi)=0ji(v,V)i0ji,vV(v,V)(v,V)i0jii0jii0jtabbajijijijixi,V0ji=x,公式(5):i22abbaxi,Vpi=pipipipix,公式(6):i22V0jibjiaji,(j1,2,...,m;i1,2,...,n)公式(7):其中Kj(vi)表示采煤塌陷地各参评因子与耕地适宜性标准第j个评价等级 26呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究下各因子间的单指标关联度,vi表示采煤塌陷地物元矩阵各参评因子的值,v0ji表示关于各参评因子Ci所规定的量值范围,即各评价等级关于对应的各个参评因子所取的数据范围。a0jn表示参评因子在该评价等级所取的最小值,b0jn表示参评因子在该评价等级所取的最大值。表7耕地标准下参评因子关联度表Tab.7CoefficientresultsforthefactorofPlantationstandard等级Kj(x1)Kj(x2)Kj(x3)Kj(x4)Kj(x5)高度适宜-0.425-0.263-0.393-0.400-0.127中度适宜-2.2810.073-0.227-0.3680.258勉强适宜0.438-0.0280.021-0.250-0.259不适宜-0.233-0.417-0.5820.125-0.532评价结果勉强适宜中度适宜勉强适宜不适宜中度适宜等级Kj(x6)Kj(x7)Kj(x8)Kj(x9)Kj(x10)高度适宜-0.500-0.283-0.2270.045-0.333中度适宜-0.3680.3500.415-0.995-0.273勉强适宜-0.250-0.175-0.377-0.790-0.142不适宜0.125-0.447-0.528-0.8590.040评价结果不适宜中度适宜中度适宜高度适宜不适宜由表7得到,10项参评因子评价等级中,评价结果为高度适宜的参评因子为1项(土壤有机质),占全部参评因子的10%,说明采煤塌陷地土壤有机质含量符合耕地适宜标准且适宜程度很高,是采煤塌陷地复垦为耕地的优势因子;评价结果为中度适宜的参评因子为4项(土层厚度、降雨量、道路条件、岩土污染),占总参评因子量的40%,说明采煤塌陷地土层厚度、降雨量较好的符合耕地适宜性标准要求,道路条件较好,岩土污染程度轻微。评价结果为中度适宜的4项参评因子关联度值由大到小为,岩土污染(0.451)>道路条件(0.350)>降雨量(0.258)>土层厚度(0.073),说明土层厚度、降雨量、道路条件、岩土污染4项参评因子虽然均为中度适宜,但关联度值存在差异,且4项参评因子的参评因子关联度值体现了各参评因子的优势潜力,即各参评因子复垦为耕地的优势为岩土污染>道路条件>降雨量>土层厚度;评价结果为勉强适宜的参评因子为2项(地形坡度、塌陷深度),占总参评因子的20%,说明采煤塌陷地地形坡度、塌陷深度勉强符合耕地适宜性标准要求。2项参评因子关联度值由大到小为,地形坡度(0.438)>塌陷深度(0.021),说明采煤塌陷地塌陷深度比地形坡度有更大的限制性;评价结果为不适宜的参评因子为3项(灌溉水源、稳定情况、田面平整度),占总参评因子的30%,说明采煤塌陷地灌溉水源、稳定情况、田面平整度不符合耕地适宜性标准要求。评价结果为不适宜的3项参评因子关联度值由大到小为,灌溉水源 内蒙古农业大学硕士学位论文27与稳定情况关联度值均为0.125,大于田面平整度关联度值(0.040),说明3项参评因子中田面平整度是影响采煤塌陷地复垦为耕地最大的限制性因素,其次为灌溉水源和地面稳定情况。参评因子评价结果为勉强适宜和不适宜占评价结果的50%。说明采煤塌陷地复垦为耕地的限制性较大。参评因子在耕地适宜标准等级关联度见图8。图8耕地标准下参评因子关联度值Fig.8CoeffieientresultsforthefactorofPlantationstandard(7)确定参评因子的多指标关联度值及评价结果依据表6、表7,运用公式(9)计算采煤塌陷地多因子总和关联度值,结果见表8。关联度的结果表示采煤塌陷地符合耕地适宜性标准的隶属程度,根据Kj(x)的最大值来确定研究区复垦为耕地的评价结果。表8评价单元耕地适宜程度评价结果Tab.8Evaluationunitsofcultivatedlandsuitabilityevaluationresults等级Kj(x)高度适宜-0.265中度适宜-0.428勉强适宜-0.141不适宜-0.265评价结果勉强适宜根据表8得到,采煤塌陷地宜耕类评价等级的总关联度中,高度适宜的总关联度为-0.265,中度适宜的总关联度为-0.428,勉强适宜的总关联度为-0.141,不 28呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究适宜的总关联度为-0.265,采煤塌陷地多因子总和关联度值最大值为-0.141,确定采煤塌陷地复垦为耕地的土地适宜性等级为勉强适宜。-1≤-0.141≤0,参照表1表示采煤塌陷地恢复为耕地方向虽然符合标准对象要求程度,但是必须对限制采煤塌陷地恢复为耕地方向的限制因子进行转化。截止2012年8月东山煤矿开采完毕,采煤塌陷地部分地区后期采空区还有局部的沉陷或塌陷。研究区复垦为耕地有较多局限性:①如果采煤塌陷地复垦为耕地,后期塌陷区域将对农作物造成一定的影响;②研究区煤矿粉煤灰含量与地表植被中重金属含量有一定正相关关系,因此采煤塌陷地如复垦为耕地将影响作物的质量;③采煤塌陷地原土地利用类型为草地,鉴于研究区破坏方式的特殊性及地表植被破坏程度相对较小,如果将采煤塌陷地复垦为耕地需对地表原有植被进行清除、平整土地,不仅对已经脆弱的地表造成二次破坏,而且造成了人力、物力资源的浪费。可见采煤塌陷地复垦为耕地的适宜性评价结果为勉强适宜是合理的。3.4.2园地方向适宜性等级评价(1)在选定园地参评因子的基础上,确定园地对应的分级指标和等级标准,各等级标准对应的分值见表9。表9宜园类参评因子分级指标及等级标准Tab.9Classifieationindexandstandardofevaluatedfactorsforgarden等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(°)0~55~1515~25>25土层厚度(cm)>8050~8030~500~30塌陷深度(m)0~33~66~9>9水源近、水质好水源较远,水质一般远离水源、灌溉无保证无水源灌溉水源80~10050~8010~500~10降雨量(mm)>300200~30050~2000~50无污染轻微污染中度污染重度污染岩土污染80~10060~8010~600~10土壤有机质>2.01.0~2.00.6~1.00~0.6(%)中轻壤土粘砂壤土重粘土砂土砂砾土土壤质地>7050~7020~500~20(2)对园地评价标准和评价指标进行归一化处理:对研究区进行园地适宜方向的适宜性评价时,由于园地适宜性等级标准中各参评因子的评价标准及分级指标量化值所取范围不完全相同,有的参评因子是以数值越小级别越高(如:坡度),有的参评因子是数值越大级别越高(如:土层 内蒙古农业大学硕士学位论文29厚度),因此对表9数据进行归一化处理,结果见表10:表10归一化处理后园地适宜性等级标准Tab.10ClassifieationstandardofunitarylandsuitabilityforGarden等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(C1)0.1000.3000.5001.000土层厚度(C2)0.0300.2500.6001.000塌陷深度(C3)0.2500.5000.7501.000灌溉水源(C4)0.1000.1250.2001.000降雨量(C5)0.1250.1670.2501.000岩土污染(C6)0.1000.1250.1671.000土壤有机质(C7)0.2000.3000.6001.000土壤质地(C8)0.2220.2860.4001.000(3)建立物元模型①确定经典域根据公式(1)及表10建立园地适宜性标准下研究区高度适宜、中度适宜、勉强适宜、不适宜等级的物元经典域,表示为R1、R2、R3、R4。P,C1,0,0.100P,C1,0.100,0.300C2,0,0.030C2,0.030,0.250C3,0,0.250C3,0.250,0.500C4,0,0.100C4,0.100,0.125R1C,0,0.125R2C,0.125,0.16755C6,0,0.100C6,0.100,0.125C7,0,0.200C,0.200,0.3007C,0,0.222C,0.222,0.28688P,C1,0.300,0.500P,C1,0.500,1.000C2,0.250,0.600C2,0.600,1.000C3,0.500,0.750C3,0.750,1.000C4,0.125,0.200C4,0.200,1.000R3C,0.167,0.250R4C,0.250,1.00055C6,0.125,0.167C6,0.167,1.000C7,0.340,0.600C,0.600,1.0007C,0.286,0.400C,0.400,1.00088②确定节域NpRpC1C2C3C4C5C6C7C80,10,10,10,10,10,10,10,1(4)建立物元矩阵研究区开采完毕后地形坡度23°、土层厚度50cm、塌陷深度3.4m、无灌溉水源、降雨量344mm、土壤为轻度污染、土壤有机质6%、土壤质地为中轻壤土。 30呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究确定判断物元:P,C1,23C,502C,3.43C4,45RC,3445C6,70C,67C,608研究区各参评因子经归一化处理后的物元为:P,C1,0.460C,0.5912C,0.2833C,0.1804R=C,0.1915C6,0.219C,0.3607C,0.2458(5)根据表10运用公式(8)计算园地适宜性等级标准中各参评因子的权重,园地权系数表见表11:表11园地权系数表Tab.11CoeffieientresultsforGardenaijC1C2C3C4C5C6C7C8高度适宜0.0890.0270.2220.0890.1110.0890.1770.197中度适宜0.1380.1150.2300.0570.0770.1150.1380.131勉强适宜0.1440.1730.2160.0580.0720.0480.1730.115不适宜0.1250.1250.1250.1250.1250.1250.1250.125由表11得到,8项参评因子,高度适宜的参评因子中塌陷深度、土壤有机质、土壤质地的权系数值均大于平均值0.125,说明这3项参评因子在评价体系所占权重较大,对待采煤塌陷地高度适宜的等级评定有较突出的影响;中度适宜的参评因子中地形坡度、塌陷深度、土壤有机质、土壤质地的权系数值均大于平均值0.125,说明这4项参评因子对采煤塌陷地中度适宜的等级评定起主导作用;勉强适宜的参评因子中地形坡度、土层厚度、塌陷深度、土壤有机质的权系数值均大于平均值0.125,说明这4项参评因子对采煤塌陷地中度适宜的等级评定有较大的影响;不适宜的参评因子中各参评因子的权重相同,各个参评因子对不适 内蒙古农业大学硕士学位论文31宜等级评定影响力相同。总之,影响采煤塌陷地复垦为园地的主要参评因子为土层厚度、土壤有机质、塌陷深度、土壤质地。(6)各参评因子的单指标关联度值根据表11及归一化处理后物元的各参评因子值,运用公式(4、5、6、7),计算各参评因子在园地适宜性标准下单指标关联度值,结果见表12:表12参评因子在园地适宜性标准关联度Tab.12RelateddegreeresultsofevaluatedfaetorsforGarden等级Kj(x1)Kj(x2)Kj(x3)Kj(x4)高度适宜-0.439-0.578-0.104-0.308中度适宜-0.258-0.4450.132-0.075勉强适宜0.200-0.383-0.0430.267不适宜-0.080-0.022-0.623-0.100评价结果勉强适宜不适宜中度适宜勉强适宜等级Kj(x5)Kj(x6)Kj(x7)Kj(x8)高度适宜-0.257-0.352-0.307-0.085中度适宜-0.112-0.300-0.1430.359勉强适宜0.289-0.2400.200-0.143不适宜-0.2360.062-0.379-0.387评价结果勉强适宜不适宜勉强适宜中度适宜由表12得到8项参评因子分别在4个等级下的单指标关联度值,各参评因子的评价结果由各参评因子的最大等级关联度值确定。评价结果属于中度适宜的参评因子为2项(塌陷深度、土壤质地),占全部参评因子的12.5%,评价结果为中度适宜的2项参评因子关联度值由大到小为,土壤质地(0.359)>塌陷深度(0.123),说明土壤质地、塌陷深度2项参评因子虽然均为中度适宜,但关联度值存在差异,且2项参评因子的参评因子关联度值体现了各参评因子的优势潜力,即各参评因子复垦为园地的优势为土壤质地>塌陷深度;评价结果属于勉强适宜的参评因子为4项(地形坡度、灌溉水源、降雨量、土壤有机质),占全部参评因子的50%,说明采煤塌陷地地形坡度、塌陷深度、降雨量、土壤有机质勉强符合耕地适宜性标准要求,4项参评因子关联度值由大到小为,降雨量(0.289)>灌溉水源(0.267)>土壤有机质(0.200)、地形坡度(0.200),说明勉强适宜等级下4项参评因子的优势潜力为降雨量>灌溉水源>土壤有机质、地形坡度。参评因子评价结果属于不适宜等级为2项(土层厚度、岩土污染),占全部参评因子的25%,土层厚度、岩土污染是影响研究区复垦为园地的主导限制性因子,且参评因子评价等级和评价值整体偏低。说明采煤塌陷地复垦为园地的限制性较大。参 32呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究评因子在园地适宜标准等级关联度见图9。图9参评因子在园地不同等级关联度Fig.9differentgradesofCoeffieientresultsforGarden(7)确定参评因子的多指标关联度值及评价结果根据表11、表12,运用公式(9)计算研究区各评价等级的多因子总关联度值Kj(x)以及相应的园地适宜性评价结果,得到表13。多因子总和关联度的结果表示采煤塌陷地符合园地适宜性标准的隶属程度,根据Kj(x)的最大值来确定复垦为园地的适宜性等级。表13评价单元园地适宜程度评价结果Tab.13Theevaluationunitsuitabilityevaluationresultsforgarden等级Kj(x)高度适宜-0.236中度适宜-0.076勉强适宜-0.004不适宜-0.221评价结果勉强适宜宜园类评价等级的总关联度中,总关联度中高度适宜的关联度值Kj(x)为-0.236,中度适宜的关联度为-0.076,勉强适宜的关联度为-0.004,不适宜的关联度为-0.221。关联度最大值为-0.004,说明采煤塌陷地恢复为园地的适宜性评价结果等级为勉强适宜,且最大关联值属于-1≤K(xj)≤0范围,表示采煤塌陷地复垦为园地属于园地标准对象的范围,但是需要对限制性的参评因子进行调整,即研究区复垦为园地适宜程度较低。参评因子评价结果为勉强适宜等级和不适宜等级的占62.5%,整体参评因子对研究区复垦为园地劣势较大,如复垦为园地需要对大 内蒙古农业大学硕士学位论文33部分的参评因子进行调整提高个参评因子的等级及评价结果的等级,这样就必然进行大量的工程措施,不仅加大复垦的投资,而且不可避免的对地表造成二次扰动,损毁地表植被,进一步破坏原有生态系统。综合分析,采煤塌陷地不宜复垦为园地。3.4.3林地方向适宜性等级评价(1)确定采煤塌陷地复垦为林地及各指标的基础上,确定林地对应指标的分级指标和等级标准。各指标和等级标准都以连片成规模为前提,各程度对应的分值见表14。表14宜林类参评因子分级指标及等级标准Tab.14Classificationindexandstandardofevaluatedfactorsforwood等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(°)0~55~1515~25>25土层厚度(cm)>8060~8040~6020~40中轻壤土粘砂壤土重粘土砂土砂砾土土壤质地>8060~8040~6020~40土壤有机质(%)>3.02.0~3.01.0~2.00~0.6无污染轻微污染中度污染重度污染岩土污染80~10060~8010~600~10塌陷深度(m)0~33~66~9>9(2)对林地各评价标准和评价指标进行归一化处理对表14进行评价标准和评价指标的归一化处理,结果见表15。表15归一化处理后的林地适宜性等级标准Tab.15ClassifieationstandardofunitarylandsuitabilityforWood等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(C1)0.1000.3000.5001.000土层厚度(C2)0.2500.3330.5001.000土壤质地(C3)0.2230.2860.4001.000土壤有机质(C4)0.2000.3000.6001.000岩土污染(C5)0.2500.5000.7001.000塌陷深度(C6)0.2500.5000.7501.000(3)建立物元模型 34呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究①确定经典域建立林地适宜性标准下各等级的物元经典域,表示为R1、R2、R3、R4。P,C1,0,0.100P,C1,0.100,0.300C2,0,0.250C2,0.250,0.333C3,0,0.223C3,0.223,0.286R1R2C4,0,0.200C4,0.200,0.300C,0,0.250C,0.250,0.50055C6,0,0.250C6,0.250,0.500P,C1,0.300,0.500P,C1,0.500,1.000C,0.330,0.500C,0.500,1.00022C,0.286,0.400C,0.400,1.00033R3R4C,0.300,0.600C,0.600,1.00044C,0.500,0.700C,0.700,1.00055C6,0.500,0.750C6,0.750,1.000②确定节域NpRpC1C2C3C4C5C60,10,10,10,10,10,1(4)物元矩阵采煤塌陷地塌陷稳定后地形坡度23°,土层厚度50cm,土壤质地为中轻壤土,土壤有机质6%,塌陷深度3.4m,土壤为轻度污染。确定判断物元:P,C1,23C,502C,853RC,64C,3445C6,70采煤塌陷地各参评因子经归一化处理后的物元为:P,C1,0.460C,0.4002C3,0.222R=C,0.0094C,0.2835C6,0.375(5)确定各参评因子的权重:根据表15运用公式(8)计算林地适宜性等级标准中各参评因子的权重,林地权系数结果见表16。 内蒙古农业大学硕士学位论文35表16林地权系数表Tab.16CoeffieientresultsforWoodaijC1C2C3C4C5C6高度适宜0.0790.1960.1750.1570.1960.196中度适宜0.1350.1500.1290.1350.2250.225勉强适宜0.1450.1450.1160.1740.2030.217不适宜0.1670.1670.1670.1670.1670.167由表16得到,高度适宜的参评因子中土层厚度、土壤质地、岩土污染、C6塌陷深度的权系数值均大于平均值0.167,说明这4项参评因子在林地高度适宜性标准中所占的权重较大,对研究区高度适宜的等级评定有较突出的影响;中度适宜的参评因子中岩土污染、塌陷深度的权系数值较高,说明这2项参评因子对采煤塌陷地中度适宜的等级评定有较大的影响;勉强适宜的参评因子中土壤有机质、岩土污染、塌陷深度的权系数值较高,说明这3项参评因子对林地的适宜性等级评定有较大的影响;不适宜的参评因子中各参评因子的权重相同,各个参评因子对不适宜等级评定影响力相同。由上述分析,影响研究区复垦为林地的主要参评因子为岩土污染、塌陷深度。(6)参评因子的单指标关联度值根据表16及物元归一化处理后的各参评因子值,运用公式(4、5、6、7),获得各参评因子在林地适宜性标准下单指标关联度值,结果见表17。表17参评因子在林地适宜性标准关联度Tab.17RelateddegreeresultsofevaluatedfaetorsforWood等级Kj(x1)Kj(x2)Kj(x3)Kj(x4)Kj(x5)Kj(x6)高度适宜-0.439-0.2730.0500.450-0.104-0.250中度适宜-0.258-0.143-0.005-0.9950.1320.500勉强适宜0.2000.401-0.224-0.970-0.437-0.250不适宜-0.080-0.200-0.445-0.985-0.623-0.500评价结果勉强适宜勉强适宜高度适宜高度适宜中度适宜中度适宜由表17得到,6项参评因子评价等级中,评价结果为高度适宜的参评因子为2项(土壤质地、土壤有机质),占全部参评因子的33.3%,说明研究区土壤质地、土壤有机质含量符合林地适宜标准且适宜程度很高,是研究区复垦为林地的优势因子;评价结果为中度适宜的参评因子为2项(岩土污染、塌陷深度),占总参评因子量的33.3%,说明研究区岩土污染、塌陷深度较好的符合林地适宜 36呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究性标准要求,塌陷深度较浅,岩土污染程度轻微。评价结果为中度适宜的2项参评因子关联度值由大到小为,塌陷深度(0.500)>岩土污染(0.132),说明岩土污染、塌陷深度2项参评因子虽然均为中度适宜,但关联度值存在差异,且2项参评因子的参评因子关联度值体现了各参评因子的优势潜力,即各参评因子复垦为耕地的优势为塌陷深度>岩土污染;评价结果为勉强适宜的参评因子为2项(地形坡度、土层厚度),占总参评因子的33.3%,说明地形坡度、土层厚度勉强符合林地适宜性标准要求。2项参评因子关联度值由大到小为,土层厚度(0.401)>地形坡度(0.200),说明勉强适宜等级下,研究区地形坡度比土层厚度有更大的限制性;参评因子评价等级和评价值整体较好,参评因子评价结果没有不适宜等级,说明采煤塌陷地复垦为林地的限制性小。参评因子在林地适宜标准等级关联度见图10。图10参评因子在林地不同等级关联度Fig.10differentgradesofCoeffieientresultsforWood(7)确定参评因子的多指标关联度值及评价结果运用公式(9),结合表16、表17计算研究区与林地适宜性各评价等级的多因子总和关联度值Kj(x)以及相应的评价结果,获得了表18。关联度的结果表示采煤塌陷地符合园地适宜性标准的隶属程度,根据Kj(x)的最大值来确定复垦为耕地的适宜性等级。表18评价单元林地适宜程度评价结果Tab.18Theevaluationunitsuitabilityevaluationresultsforwood等级Kj(x)高度适宜-0.078中度适宜-0.049勉强适宜-0.251不适宜-0.473评价结果中度适宜 内蒙古农业大学硕士学位论文37宜林类总关联度高度适宜的关联度为-0.078,中度适宜的关联度为-0.049,勉强适宜的关联度为-0.251,不适宜的关联度为-0.473,关联度最大值为-0.049,说明研究区恢复为林地的适宜性评价结果等级为中度适宜,且最大总关联度中属于-1≤K(xj)≤0范围,表示研究区复垦为林地属于林地标准对象的范围,但是需要对限制性的参评因子进行调整。由结果分析可知,影响研究区土地适宜性等级为中度适宜的参评因子为限制因子包括地形坡度、土层厚度。牙克石区域一般形成的采煤塌陷地为连续块状,造成塌陷地区域坡度较大的区域一般分布在塌陷地边缘地带,且裂缝的出现需要进行回填、平整后、再覆盖表土,通过减小地形坡度、增加土层厚度来实现为林地方向的开发潜力。3.4.4草地方向适宜性等级评价(1)在选定草地参评因子的基础上,确定草地对应的分级指标和等级标准,各等级标准对应的分值见表19。表19宜草类参评因子分级指标及等级标准Tab.19Classificationindexandstandardofevaluatedfactorsforlawn等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(°)0~55~2525~50>50土层厚度(cm)>4020~4010~200~10塌陷深度(m)0~55~1010~15>15土源保证率(%)>8040~8040~600~40降雨量(mm)>300200~30050~2000~50稳定情况稳定较稳定一般不稳定有完善的道,路体有道路,但未形有道路、但道路无道路道路条件系统80~100成系统60~80状况差20~600~20无污染轻微污染中度污染重度污染岩土污染80~10060~8010~600~10土壤有机质(%)>2.01.0~2.00.6~1.00~0.6(2)对草地各评价标准和评价指标进行归一化处理对表19进行评价标准和评价指标的归一化处理,结果见表20。 38呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究表20归一化处理后的草地适宜性等级标准Tab.20Classifieationstandardofunitarylandsuitabilityforlawn等级因子高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜地形坡度(C1)0.0710.3570.7141.000土层厚度(C2)0.1670.2500.5001.000塌陷深度(C3)0.2500.5000.7501.000土源保证率(C4)0.4440.5000.6671.000降雨量(C5)0.1000.1670.2501.000稳定情况(C6)0.2000.4000.6001.000道路条件(C7)0.2000.4000.6001.000岩土污染(C8)0.2000.4000.6001.000土壤有机质(C9)0.2500.3330.5001.000(3)建立物元模型①确定经典域建立草地适宜性标准下各等级的物元经典域,表示为R1、R2、R3、R4。P,C1,0,0.071P,C1,0.071,0.357C,0,0.1672C2,0.167,0.250C3,0,0.250C,0.250,0.5003C,0,0.4444C4,0.444,0.500C,0,0.100C,0.100,0.167R15R25C6,0,0.200C6,0.200,0.400C,0,0.200C,0.200,0.40077C8,0,0.200C8,0.200,0.400C9,0,0.250C9,0.250,0.333P,C1,0.357,0.714P,C1,0.714,1.000C,0.250,0.500C,0.500,1.00022C,0.500,0.750C,0.750,1.00033C,0.500,0.667C,0.667,1.00044C,0.167,0.250C,0.250,1.000R35R45C6,0.400,0.600C6,0.600,1.000C,0.400,0.600C,0.600,1.00077C,0.400,0.600C,0.600,1.00088C,0.333,0.500C,0.500,1.00099②确定节域 内蒙古农业大学硕士学位论文39NpRpC1C2C3C4C5C6C7C8C90,10,10,10,10,10,10,10,10,1(4)物元矩阵采煤塌陷地塌陷稳定后地形坡度23°,土层厚度51cm,塌陷深度3.4m,土源保证率85%,降雨量344mm,稳定情况一般,有道路但未形成体系质量稍差,土壤为轻度污染,土壤有机质含量6%。确定判断物元:p,C1,23C,3.42C,513C,0.854RC,3445C6,57C,607C,708C,69采煤塌陷地各参评因子经归一化处理后的物元为:p,C1,0.329C,0.2192C,0.1963C,0.4714RC,0.1305C6,0.500C,0.5307C,0.0808C,0.0929(5)确定各参评因子的权重根据表20运用公式(8)计算草地适宜性等级标准中各参评因子的权重,草地权系数结果见表21。表21草地权系数表Tab.21CoeffieientresultsforlawnaijC1C2C3C4C5高度适宜0.0380.0890.1330.2360.053中度适宜0.1080.0760.5100.1510.050勉强适宜0.1380.0970.1450.1290.048不适宜0.1110.1110.1110.1110.111aijC6C7C8C9高度适宜0.1060.1060.1060.133中度适宜0.1210.1210.1210.101 40呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究勉强适宜0.1160.1160.1160.097不适宜0.1110.1110.1110.111由表21得到,高度适宜的9项参评因子中,塌陷深度、土源保证率、土壤有机质的权系数值均大于各参评因子所占权重的平均值0.111,说明这3项参评因子的权重较大,对研究区高度适宜的等级评定有较突出的影响;中度适宜的9项参评因子中塌陷深度、土源保证率、稳定情况、道路条件、岩土污染的权系数值均大于平均值,说明这5项参评因子对研究区草地中度适宜的等级评定有较大的影响;勉强适宜的9项参评因子中地形坡度、塌陷深度、土源保证率、稳定情况、道路条件、岩土污染的权系数值均大于平均值,说明这6项参评因子对研究区草地勉强适宜的等级评定有较大的影响;勉强适宜的参评因子中地形坡度、土层厚度、塌陷深度、土壤有机质的权系数值均大于平均值0.1,说明这4项参评因子对采煤塌陷地中度适宜的等级评定有较大的影响;不适宜的参评因子中各参评因子的权重相同,各个参评因子对不适宜等级评定影响力相同。综合分析,影响采煤塌陷地复垦为草地的主导限制性参评因子为土层厚度、地形坡度、土壤有机质。(6)参评因子的单指标关联度值根据表21及归一化处理后物元的各参评因子值,运用公式(4、5、6、7),计算各参评因子在草地适宜性标准下单指标关联度值,结果见表22:表22参评因子在草地适宜性标准关联度Tab.22Relateddegreeresultsofevaluatedfaetorsforlawn等级Kj(x1)Kj(x2)Kj(x3)Kj(x4)Kj(x5)高度适宜-0.329-0.1290.320-0.072-0.054中度适宜0.0980.537-0.3200.5370.482勉强适宜-0.078-0.492-0.695-0.198-0.058不适宜-0.533-0.702-0.660-0.466-0.294评价结果中度适宜中度适宜高度适宜中度适宜中度适宜等级Kj(x6)Kj(x7)Kj(x8)Kj(x9)高度适宜-0.188-0.375-0.413-0.250中度适宜0.488-0.167-0.2170.500勉强适宜-0.2220.5000.350-0.250不适宜-0.480-0.167-0.130-0.500评价结果中度适宜勉强适宜勉强适宜中度适宜由表22得到,采煤塌陷地进行适宜性评价的9项参评因子中,评价结果为高度适宜的参评因子为1项,占全部参评因子的11.1%,评价结果为中度适宜的参评因子为6项,占全部参评因子的66.7%,评价结果为勉强适宜的参评因子为2项,占全部参评因子的22.2%,参评因子的评价等级中没有不适宜的评价结果。 内蒙古农业大学硕士学位论文419项参评因子的评价结果均大于0,其中高度适宜的1项参评因子评价值大于0.3,中度适宜的5项参评因子评价值大于0.4,勉强适宜的2项参评因子均大于0.3,分析可知,复垦为草地方向的评价等级最高,各因子评价值整体较高,复垦为草地有很强优势。参评因子在草地适宜标准等级关联度见图11。图11参评因子在草地不同等级关联度Fig.11differentgradesofCoeffieientresultsforlandlawn(7)确定参评因子的多指标关联度值及评价结果以表21、表22为基础,运用公式(9)计算采煤塌陷地与草地适宜性各评价等级的多因子总和关联度值Kj(x)以及相应的评价结果,获得了表23。关联度的结果表示采煤塌陷地符合草地地适宜性标准的隶属程度,根据Kj(x)的最大值来确定复垦为耕地的适宜性等级。表23评价单元草地适宜程度评价结果Tab.23Theevaluationunitsuitabilityevaluationresultsforlawn等级Kj(x)高度适宜-0.021中度适宜0.052勉强适宜-0.213不适宜-0.348评价结果中度适宜根据表23,宜草类总关联度高度适宜的关联度为-0.021,中度适宜的关联度为0.052,勉强适宜的关联度为-0.312,不适宜的关联度为-0.348,其中关联度最大值为0.052,属于0≤K(xj)≤1范围,说明土地适宜性等级为中度适宜,表示采煤塌陷地恢复为草地方向符合标准对象要求程度,且不需要对各参评因子进行调 42呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究整。采煤塌陷地复垦为草地适宜程度较高。参评因子评价结果为高度适宜等级和中度适宜等级的占77.8%,整体参评因子为对采煤塌陷地复垦为草地具有最高优势。采煤塌陷地复垦为草地可以不进行参评因子值的调整,这样就避免进行大量的工程措施,浪费复垦的资金,避免的对地表造成二次扰动,保护了地表存活下来的植被。综合分析,采煤塌陷地复垦为草地的适应性较高。3.4.5结果与分析根据表7、12、17、22统计各评价方向下相应参评因子评价等级结果见表24。表24参评因子等级计算结果表Tab.24Chiefrelateddegreeresultsofcoalminingsubsidencearea评价方向高度适宜中度适宜勉强适宜不适宜耕地10402030园地012.562.525林地33.333.333.40草地11.166.722.20图12各适宜方向评价结果对比图Fig.12Theappropriatedirectiontotheevaluationresults根据表24、图12,各评价方向中,评价结果为高度适宜的参评因子占耕地总参评因子的10%,林地占33.3%,草地占11.1%,其中林地、草地的参评因子总量所占高度适宜的比例较高;评价等级为中度适宜的参评因子占耕地总参评因子的40%,园地占12.5%,林地占33.3%,草地占66.7%,其中耕地、林、草地的参评因子总量所占高度适宜的比例较高;评价等级为勉强适宜的参评因子占耕 内蒙古农业大学硕士学位论文43地总参评因子的20%,园地占62.5%,林地占33.4%,草地占22.2%,其中园地、林地的参评因子总量所占高度适宜的比例较高评价等级为不适宜的的参评因子占耕地总参评因子的30%,园地占25%,林地和草地的个参评因子的评价等级均高于该等级,结果表明,林地、草地的各参评因子评价等级整体程较高等级,评价结果中没有不适宜的参评因子,这就很大程度的减小了复垦难度。从评价结果等级为不适宜的参评因子量分析,耕地评价等级为30%,园地占25%,林地、草地都无此等级,说明复垦为耕地有30%的参评因子较大的程度的限制采煤塌陷地复垦为耕地,需要调整的参评因子较多,不仅增加了工程量还影响复垦的效果;园地有25%的的参评因子较大程度的限制采煤塌陷地复垦为园地,需要调整的参评因子较多,不适宜复垦为园地。结合表8、13、18、23归纳采煤塌陷地总关联度结果,见表25:表25采煤塌陷地总关联度计算结果表Tab.25Chiefrelateddegreeresultsofcoalminingsubsidencearea评价等级宜耕宜园宜林宜草高度适宜-0.265-0.236-0.109-0.021中度适宜-0.428-0.076-0.0810.052勉强适宜-0.141-0.004-0.319-0.213不适宜-0.265-0.221-0.415-0.348评语勉强适宜勉强适宜中度适宜中度适宜从表25、图13分析得到,宜耕方向的最大总关联度值-0.141,评价结果为勉强适宜,最大关联值属于-1≤K(x)≤0,表示评价对象不适宜恢复为耕地方向,但具备转化为耕地的条件。宜林方向的最大总关联度值为-0.081,评价结果为中度适宜,最大关联值属于-1≤K(x)≤0,表示评价对象不适宜恢复为林地方向,但具备转化的条件。宜草方向的最大关联度值0.052,评价结果为中度适宜,最大关联度值属于1≤K(x)≤0,表示评价对象符合标准对象要求的程适宜恢复为草地。从图10可以看出宜草的总关联数值最接近标准上线,其次是宜林、宜耕,因此东山煤矿采煤塌陷地复垦方向优先考虑宜草方向,其次可以考虑宜林和宜耕。牙克石采煤塌陷地位于大雁煤田东部向斜南翼的第一勘探区东南角F4、F3断层以南,整个大雁煤田较大,大面积的开采煤田对环境造成污染,地表煤灰较多,煤灰中含有不同程度的污染成分,对土壤造成污染,雨季来临时污染物随煤灰等渗入到土地,鉴于牙克石东山煤矿采煤塌陷地的所在的特殊区域环境,不适宜将采煤塌陷地复垦为耕地。采煤塌陷地复垦为林地适宜性评价关联度最大值为-0.081评价等级为中度适宜,但最大关联值属于-1≤K(xj)≤0范围,表示采煤塌陷地恢复为林地方向虽然 44呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究符合标准对象要求程度,但是必须对限制采煤塌陷地恢复为林地方向的限制因子进行转化,其中限制因子包括地形坡度与土层厚度。采煤塌陷地复垦为林地需要将其最大关联度值转化到符合标准对象要求的范围内。对复垦为宜林方向,表15中的数据,中度适宜对应的权系数较大值为地形坡度、土壤质地、岩土污染,分析表16,中度适宜对应的关联数值最大值为-0.995,对应Kj(x4)(土壤有机质),限制采煤塌陷地复垦为林地方向的主要因子为地形坡度、土壤质地、岩土污染、土壤有机质。对于多数研究的区域,土壤质地相对稳定,尤其采煤塌的关联度值在陷区大部分区域的表土没有被破坏,因此采煤塌陷地复垦为林地方向需要对另三个限制因子进行转化,减小地形坡度较大的局部地区;降低土壤污染、增加土壤有机质。采煤塌陷地恢复为草地方向的适宜性评价等级为中度适宜,且最大关联度值0.052,最大关联值属于0≤K(xj)≤1范围表明采煤塌陷地适宜恢复为草地。根据表16,宜林的转化条件地形坡度作为中度适宜对应的关联度数值(绝对值)占很大比例,产生该结果的主要原因是宜林方向地形坡度为0.1时与中度适宜的关联度很小。图13采煤塌陷地总关联度对比图Fig.13Eontrastchiefrelateddegreeresultsofcoalminingsubsidencearea4牙克石东山煤矿采煤塌陷地生态恢复治理分析4.1塌陷地土地复垦生态工程设计由井工开采形成的地表塌陷使该区域生态系统退化,影响人们的日常生活。因此退化生态系统的生态恢复理论和实践成为生态学研究的前沿和优先领域[112]。上世纪70年代首次提出“受损生态系统恢复”,并在生态系统的恢复、重 内蒙古农业大学硕士学位论文45建过程等进行讨论[113-114]。上世纪80年代Cairns编写了《受损生态系统的恢复过程》[115],Jordan编写了第一本生态恢复研究专著[116],由此标志着生态恢复理论的开始。牙克石东山煤矿采煤塌陷地对地表生态系统的损毁是不可避免的,其中地面塌陷以整体沉陷为主,并且塌陷区边缘伴随产生塌陷裂缝。为恢复采煤塌陷地的生态系统,需要对采煤塌陷地进行整治包括对地表裂缝及地表下沉盆地的整治。4.1.1采煤塌陷地裂缝的整治根据地表塌陷的地貌变化趋势及矿井开采顺序分析,塌陷地形成的地表裂缝,一般情况是宽深的裂缝一般发生在塌陷地的边缘地带,一般裂缝面积约占塌陷面积的1%,平行于采区方向延伸,且塌陷地裂缝通常伴有塌陷地应根据塌陷形式采取相应措施进行治理。对沉陷区造成的地表裂缝,设计采用填充废石料、煤矸石等废弃物对填裂缝进行回填,回填时先回填大的块状废弃物后回填粉末状废弃物,平整土地一般平整深度0.30m,最后覆盖表土然后对裂缝区进行人工补播牧草和栽植树木。4.1.2塌陷地地表下沉盆地的整治采煤塌陷地地表下沉盆地的治理一般分为回填和非回填两种方式。东山煤矿井工开采引起的地面塌陷使地表发生变形,矿区的地层较软形成的塌陷地较为平缓整齐且地面沉陷的幅度较小,对矿区和周边居民的生产生活影响相对较小,同时塌陷地原土地利用类型为草地,建议对矿区不进行平整土地以免破坏塌陷地表层的植被及有效土层结构,只对采煤塌陷地进行植被补植和部分植被损毁程度重的地区进行植被重建。对矿区内的地面沉陷区域加强监测措施,及时对沉稳不稳定区域进行预警和及时采取有效措施。4.2塌陷地复垦生物化学措施煤炭资源的开采造成土地的破坏,其复垦最终目的是恢复土地的再利用功能,改善矿区脆弱的生态环境,实现土地长期可持续发展。根据适宜性评价的结果,可将采煤塌陷地恢复方向定为林草结合,东山煤矿属于大兴安岭山地,该区域林草长势良好,选取当地优势树种、草种进行复垦。4.2.1生物化学措施生物化学措施是通过生物改良措施,改善土壤环境,恢复土壤肥力与生物生 46呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究产能力的活动。利用生物措施恢复土壤肥力及生产能力的技术措施,包括无机化肥、有机化肥等,对土地进一步熟化,以增加土地的肥力和活性。在复垦前期同时选择栽植适生草种、树种,可以增加土壤入渗能力,减少地表径流量,削弱冲刷力,增加土壤肥力,改善复垦土地的表层土土壤理化性状。通过林草结合种植、翻耕枯草可明显改善土壤肥力,大大提高了土壤肥力,这才具有进行复垦良好的用地条件。由于地下采空区的形成导致地表塌陷,地表土壤有机质随雨水下渗造成土壤有机质含量降低,土壤板结,土壤结构。对牙克石采煤塌陷地可以进行有机肥的施加如沤肥,人畜粪尿等。但施肥过程中要少量多次避免地下水的污染;其次可以施加化学肥料,补充地表流失的微量元素,增加N、P、K等;第三通过接种菌根如(AMF-丛枝菌根真菌,是自然界中普遍存在的一种土壤微生物),提高生物量,改善土壤理化性质。4.2.2植被恢复措施4.2.2.1种植物种的特点牙克石东山煤矿位于大兴安岭西坡,冬季寒冷,因此要选取适宜当地气候的当地物种为主要的植被。(1)东北地区较寒冷,树种选择具有较强的适应能力。对于病虫害等不良立地因子具有较强的忍耐能力;对粉尘污染、冻害、风害等不良大气因子具有一定的抵抗能力。(2)树种应选择根系发达,能固持土壤,防止后期水土流失。(3)播种栽培较容易,成活率高。种源丰富,育苗方法简易,若采用播种则要求种子发芽力强,繁殖量大,苗期抗逆性强,易成活。4.2.2.2种植植被的选择采煤塌陷地属低山丘陵地貌特征,地处内蒙古高原东部,属于温带大陆性季风气候。冬季寒冷漫长,夏季干燥炎热,昼夜温差较大。这就要求选择抗旱抗风强的植被。结合该区气候特征树种选择白桦、华北落叶松,草种选择羊草、线叶菊、贝加尔针毛。4.2.2.3植被恢复方式-林草复合模式采煤塌陷地造成地表土壤肥力逐步降低,开采期管理形式简单或疏于管理、保水性差的条件下采取林草结合模式恢复植被,林草可以相互依存,相互作用,种草可以降低对地表腐殖质层及表土的冲刷,有助于提高肥力,促进树木的良性 内蒙古农业大学硕士学位论文47生长[117]。呼伦贝尔存在天然林与草原共同组成的生态构架,在呼伦贝尔市的生态建设和经济发展中,占据着至关重要的地位[118]。将林与草有机结合,配置成各种优化模式,能为人类生产和生活奠定生产物质基础,给社会经济发展和人类生存带夹显生态效益、经济效益和社会效益[119]。林草复合模式符合呼伦贝尔土地利用的方式,且前文对采煤塌陷地适宜性评价结果为林地和草地也符合当地的情况。林草符合的复垦模式的优势有:(1)林木可以保持草地生产力,改善草地生态环境,利于破坏区域植被恢复[120]。(2)提高光能利用率。林牧复合生态系统能分层次,多级的利用光能资源,提高光能利用率,增加植被生产碳水化合物的能力。(3)林草结合有利于防风固沙、涵养水源、防治水土流失,提高植被盖度与密度。(4)改善林内环境。林草复合经营后可明显改善水、热状况,夏季可以提高林内湿度,降低温度;冬季可以阻挡风寒,同时可以延长青草绿期,减少或阻止草本植物的日灼现象。(5)改良土壤肥力状况。林草复合模式是将乔灌木枯枝落叶和草本植被的[121]碎屑和落叶为土壤提供有机质,提高土壤肥力。(6)提高表土的抗冲刷能力,降低水土的流失。林草复合模式是垂直方向上的双层节流降水层,加上草本植被生长迅速、固结土壤,增强土壤的蓄水能力。5结论与讨论5.1结论本文对牙克石东山采煤塌陷区为研究区,以土地复垦作为目标,对土地复垦适宜性进行了评价及植被恢复模式的研究,主要研究结论如下:(1)根据研究区实地踏勘及社会经济和自然环境特点,将研究区划分为1个评价单元。依据研究区实际情况及自然、经济、社会经济和国家的政策、土地损毁程度等因素,选取地形坡度、土层厚度、塌陷深度、灌溉水源、降雨量、岩土污染、土壤有机质含量等参评指标。(2)研究区原土地利用类型为草地,周边地区主要土地利用类型有耕地、林地。由于东山煤矿煤炭资源的不断开采逐出现地表的沉陷,并伴随着地表塌陷坑和塌陷裂缝,对周边居民的生产生活及牲畜的饲养造成不便,容易造成损失。煤矿在开采过程中,粉煤灰对当地环境造成一定污染,尤其是对土壤,影响后期塌陷区复垦方向。(3)根据研究区原土地利用现状及自然地理条件选取土地复垦适宜的宜耕、 48呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究宜园、宜林、宜草等四个方向,建立了各适宜方向下的参评因子及评价标准。宜耕方向的适宜性评价总关联度最大值为-0.141,-1≤-0.141≤0表示符合标准范围要求的程度,但是需要对限制性因子进行调整,土地适宜性评价等级为勉强适宜;宜园方向的适宜性评价总关联度最大值为-0.004,-1≤-0.004≤0表示符合标准范围要求的程度,但是需要对限制性因子进行调整,土地适宜性评价等级为勉强适宜;宜林方向的适宜性评价总关联度最大值为-0.081,-1≤-0.081≤0表示符合标准范围要求的程度,但是需要对限制性因子进行调整,土地适宜性评价等级为中度适宜;宜草方向的适宜性评价总关联度最大值为0.052,0≤0.052≤1表示符合标准范围要求的程度,土地适宜性评价等级为中度适宜。通过比较分析复垦为宜耕、宜园方向的评价等级较低,需要调整的评价因子多,对本来脆弱的土地造成的扰动较大,不适宜恢复为耕地、园地;复垦为草地方向不需要对参评因子进行调整,复垦为林地只需要对个别因子进行调整,且对林草方向适宜性评价等级较高。另一方面通过各方向下评价结果为不适宜的参评因子所占比例分析发现:耕地与园地参评因子评价结果为不适宜的分别占总参评因子30%,25%,说明耕地、园地参评因子中均有较高比例的参评因子限制研究区复垦为耕地和园地,且需要调整的参评因子较多,这样不仅增加了工程量还影响复垦的效果,这必将对本来脆弱的土地造成新的扰动,并且对生态环境造成二次破坏,因此不适宜恢复为耕地、园地。林、草地中各参评因子均不存在不适宜的评价结果,说明林地、草地的各参评因子评价等级整体呈较高等级,这就很大程度的减小了复垦难度,也更有利于研究区生态环境的改善。由此可知,采煤塌陷地适宜复垦方向为林地和草地。(4)在工程措施和生物化学措施等生态治理措施中工程措施通过裂缝进行回填、平整、植被恢复,对塌陷地地表下沉盆地的整治。生物化学措施通过微生物措施对土壤进行培肥改土,改善土壤微量元素的含量,尽可能达到促进当地植被生长的水平。同时呼伦贝尔天然林与草原共同组成的生态构架在当地生态建设和经济发展中占据着至关重要的地位,此林草复合形式与评价结果相符合。5.2讨论本文运用可拓法结合物元模型对采煤塌陷地进行适宜性评价,从定量和定性的两个角度去研究和解决问题。评价过程中运用可拓法,建立多指标参数的质量评定模型,对采煤塌陷地的复垦方向进行评价,避免了单个因素评价对评价结果造成偏差。由于精力和时间有限,在获得内蒙古呼伦贝尔市牙克石采煤塌陷地的部分有 内蒙古农业大学硕士学位论文49意义结论和成果的同时,也存在着一些不足,还有待于今后进一步探讨研究。其中,土地适宜性评价过程参评因子的选择和等级划分还没有达到完全客观,有待于进一步完善。 50呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究致谢光阴荏苒、隙驷不留,转眼间我即将从敬爱的母校毕业,千言万语涌上心头我却不敢动笔,我生怕这僵硬的文字难以表达我内心这份深深的感情。在这不算短暂的七年中,我不仅仅学到了知识,还向老师和同学们学到了许多让我终身受益的优秀品质,是你们让我的思想轨迹迈上了更高的台阶,这些都让我终生受益。在研究生这宝贵的三年中,首先我要感谢我的恩师-阿如旱副教授,有幸成为恩师的学生,我心存感激,是您打开了我研究生生涯的大门给了我继续深造的机会,是您使我明白许多待人接物的道理,是您给予了我和您一起成长的机会,是您的宽容和理解让我明白成长不仅仅仅限于知识,感谢您对我的帮助和支持,您是我一生的导师,学生永远铭记在心。您严谨的治学态度、渊博的知识、高尚的品格、精益求精的的工作作风和孜孜不倦的敬业精神都让我受益匪浅。感谢您在生活中总是像朋友一样关心我、鼓励我,在论文的写作方面严格要求我,让我在生活和学术上有了很多的成长,这些都是我人生宝贵的财富。论文是在阿老师的悉心指导下完成的,从论文的选题、资料和数据的收集整理、方法的确定等各个环节,导师都给了我很大的帮助和指导。值此论文完成之际,谨向我敬爱的导师表达我最崇高的敬意和最诚挚的感谢。其次,我要感谢土地资源管理教研室的各位老师,感谢秦富仓老师、张武文老师在学习期间为我们提供那么多互相交流和讨论的机会,在这种讨论的博弈中我拓宽了自己的思维,接收到了更多的见解;感谢孙紫英老师、孙旭老师、包亮老师时常帮助我解决地信方面的难题;感谢凌霞老师在我写论文期间对我的鼓励和支持。感谢岳永杰老师、左合君老师在开题时对我毕业论文的指导和引导,感谢老师们给我提出的宝贵意见。感谢我的班主任杨霞老师,面对那么多琐碎的工作却一直给予我无私的关心和帮助。在三年的学习生活中,研究生院的各位老师及生态环境学院的领导和老师给了我很多帮助,在此一并向他们表示衷心的感谢。对论文中所有被引用并参考文献的作者们表达深深地感谢。对参加论文评阅、答辩的专家们和对本论文提出宝贵意见的所有老师和同学们表示真诚的谢意。感谢我的师姐杨杨对我的帮助,她给我很多意见和建议,让我少走了许多弯路,感谢我的同学尹亚楠、曾月娥、朱雷、李磊、陈小雨、王营在三年的学习生活中互相鼓励,一起进步,能和你们一起成为土管班的一员我感到很幸运。感谢师弟田恩来和巩灿旺的热心帮助和支持。感谢我的舍友阿力古恩、吴丽媛、徐伶俐,三年里我们见证了彼此的喜怒哀乐,休戚与共,感谢我的姐妹们,感谢你们的陪伴。感谢我的父母一直以来对我的信任和关怀,只想对你们说“感谢你们耐心的陪我长大,拥有你们我真的很幸福”。最后,感谢李星同学在我学习和生活上的帮助和关心,感谢你时常给我提出宝贵的意见让我不断的修正自己的缺点,感谢你的坚定与坚持,使我们度过了这艰难而又让人怀念的三年异地恋,谢谢你。青春有两条路/一条是必须走的/一条是想走的 内蒙古农业大学硕士学位论文51只有把必须走的路走好/才能走想走的路青春有两个方向/一个是成长/一个是沧桑只有经历沧桑/才能真正成长青春有两个我/一个明亮/一个忧伤只有扛得住忧伤/才能活的明亮感谢我的母校陪我走过七载青春,祝愿母校永远意气风发、永远年轻…… 52呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究参考文献1渠俊峰,李钢,高小英.我国耕地资源安全存在问题分析及战略选择[J].农业环境与发展.2007(1):14-26.2潘明才.我国土地复垦概况及发展趋势与对策[M].北京:地震出版社,2001,297-301.3王慎敏,金晓斌,周寅康等.基于GIS的采煤塌陷地土地复垦项目规划设计研究[J].地理科学.2008,28(2):196-199.4章家恩,徐琪.恢复生态学研究的一些基本问题探讨.应用生态学报,1999,10(1):109~112.5贾绍凤,张豪禧,孟向京.我国耕地变化趋势及对策再探讨[J].地理科学进展,1997,3(1):24-30.6刘永胜.内蒙古煤炭资源开采区土地复垦方案编制及实施情况研究[D].呼和浩特:内蒙古师范大学,2007.7王筱明,闫弘文,卞正富.基于适宜性的济南市宜耕未利用地开发潜力评估[J].农业工程学报,2010,26(2):307-312.8李晓伟.典型平原区采煤塌陷地复垦中生态工程重建技术研究-新郑赵家寨煤矿为例[D].郑州:河南农业大学,2007.9朱宗泽.潞安矿区生态恢复模式研究[D].焦作:河南理工大学,2011.10白中科,郭青霞,王改玲,等.矿区土地复垦与生态重建效益演变与配置研究[J],自然资源学报,2011,16(6):255-530.11WengQH.LandusechangeanalysisintheZhujiangDeltaofChinausingsatelliteremotesensing,GISandstochasticmodelling[J].JournalofEnvironmentalManagement,2002,64(3):273–284.12Bonham-CarterGG.Geographicinformationsystemsandtheanaly-sisofmineralexplorationdatasets[C]SilverAnniversaryMeet-ingofInternationalAssociationforMathematicalGeology,New-york,1993.13AgterbergFP,Bonham-CarterGF,ChengQ,etal.WeightsofEvi-denceModelingandWeightedLogisticalRegressionforMineralPotentialMapping[M].Newyork:OxfordUniversityPress,1993.14LesleyWyborm.UsingGISformineralpotentialevaluationinareaswithfewknownmineraloccurences[C]:SecondNationalForumonGISintheGeosciences.Canberra:[s.n],1995:675-681.15陈旭欣.基于适宜性评价的土地复垦技术体系研究[D].北京:北京林业大学,2009.16Z.Strzyszcz.Recultivationandlandscapinginareasafterbrown-coalmininginmiddle-eastEuropeancountries[J].Water,Air,SoilPollution.1996,91(1,2):145-157. 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内蒙古农业大学硕士学位论文59作者简介龙菲,女,汉族,1983年7月出生于内蒙古锡林郭勒盟,2005-2009年就读于内蒙古农业大学土地资源管理专业,获管理学学士学位;2010-2013年就读于内蒙古农业大学生态环境学院土地资源管理专业攻读硕士学位。攻读硕士学位期间发表论文2篇:1.基于可拓法的东山煤矿采煤塌陷区生态恢复评价研究(内蒙古土地2013.1:48-51,第一作者)2.牙克石市东山煤矿采煤塌陷区基于植被恢复的土地适宜性评价(内蒙古农业大学学报自然科学版.2013.4:待刊.第一作者) 呼伦贝尔市牙克石东山煤矿区采煤塌陷地土地复垦适宜性评价研究作者:龙菲学位授予单位:内蒙古农业大学被引用次数:3次参考文献(83条)1.渠俊峰,李钢,高小英我国耕地资源安全存在问题分析及战略选择[期刊论文]-农业环境与发展2007(01)2.章家恩,徐琪恢复生态学研究的一些基本问题探讨[期刊论文]-应用生态学报1999(01)3.贾绍凤,张豪禧,孟向京我国耕地变化趋势与对策再探讨[期刊论文]-地理科学进展1997(01)4.王筱明,闫弘文,卞正富基于适宜性的济南市宜耕未利用地开发潜力评估[期刊论文]-农业工程学报2010(02)5.朱宗泽潞安矿区生态恢复模式研究[学位论文]硕士20116.白中科,郭青霞,王改玲,张前进,魏忠义矿区土地复垦与生态重建效益演变与配置研究[期刊论文]-自然资源学报2001(06)7.陈旭欣基于适宜性评价的土地复垦技术体系研究[学位论文]硕士20098.程吉宏,王晶日区域环境影响评价中土地使用生态适宜性分析[期刊论文]-环境保护科学2002(04)9.陈燕飞,杜鹏飞,郑筱津,林瑾基于GIS的南宁市建设用地生态适宜性评价[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版)2006(06)10.曾敏,段建南,李帅,晏涵,刘沛近10年中国土地评价研究进展[期刊论文]-湖南农业大学学报(自然科学版)2009(z1)11.何英彬,陈佑启,杨鹏,吴文斌,姚艳敏,李志斌国外基于GIS土地适宜性评价研究进展及展望[期刊论文]-地理科学进展2009(06)12.秦喜文,张树清,李晓峰,那晓东,潘欣,于欢基于证据权重法的丹顶鹤栖息地适宜性评价[期刊论文]-生态学报2009(03)13.陈松林,刘强,余珊,林志垒福州市晋安区土地适宜性评价[期刊论文]-地球信息科学2002(01)14.刘汝海,王起超,刘景双东北地区煤矸石环境危害及对策[期刊论文]-地理科学2002(01)15.李江锋,周心澄,徐建明北京首云铁矿区生态环境现状及评价[期刊论文]-中国水土保持2009(04)16.李艺,李明顺,赖燕平,杨胜香,李晖广西思荣锰矿复垦区的重金属污染影响与生态恢复探讨[期刊论文]-农业环境科学学报2008(06)17.廖怡斐,康乔煜,达峰,赵璇,赵建峰古交西山矿区煤矸石山生态修复模式研究与探讨[期刊论文]-山西煤炭2009(03)18.谢宏,王茂春贵州采煤塌陷引发的地质灾害及塌陷区的类型[期刊论文]-贵州大学学报(自然科学版)2012(03)19.郭敏杰,余学义宁东矿区开采损害控制与生态重建模式探讨[期刊论文]-西北煤炭2005(04)20.季夏微,蔡永立,左俊杰,罗坤山东九龙山废弃采石坑生态和景观评价与修复方案[期刊论文]-华东师范大学学报(自然科学版)2009(06)21.赵一平,朱庆华,武春友工业园可持续发展定量研究--生态承载力方法应用[期刊论文]-大连理工大学学报(社会科学版)2005(02)22.屈振军大型煤炭开采项目采空塌陷区水土流失监测方法初探[期刊论文]-水土保持通报2009(02)23.王兆华,尹建华工业生态学与循环经济理论:一个研究综述[期刊论文]-科学管理研究2007(01)24.刘梅冰,陈兴伟福建省水资源可持续利用的模糊综合评判[期刊论文]-福建师范大学学报(自然科学版)2006(01)25.徐琳瑜,赵彦伟,刘桂友,苏美蓉板集矿区生态恢复规划研究[期刊论文]-水土保持研究2008(05)26.田燕,黄焕工业废弃地的生态修复与再生实践[期刊论文]-武汉理工大学学报2008(08)27.宋书巧,周永章矿业废弃地及其生态恢复与重建[期刊论文]-矿产保护与利用2001(05)28.章超城市工业废弃地的景观更新研究[学位论文]硕士200829.闫旭骞矿区生态系统健康评价的理论与方法研究[学位论文]博士200430.赵淑云淮北市采煤塌陷地生态修复的模式[期刊论文]-中国煤炭2008(09)31.张文波,孙楠,李洪远多层次生态修复实践模式及其理论探讨[期刊论文]-自然资源学报2009(11)32.林祖锐,常江,王卫城乡统筹下徐州矿区塌陷地生态修复规划研究[期刊论文]-现代城市研究2009(10)33.王振龙,章启兵,李瑞采煤沉陷区雨洪利用与生态修复技术研究[期刊论文]-自然资源学报2009(07)34.王霖琳,胡振琪资源枯竭矿区生态修复规划及其实例研究[期刊论文]-现代城市研究2009(07)35.曲晨晓河南省土地开发整理潜力分区研究[期刊论文]-中国农学通报2007(04)36.翟文侠,王舒,黄贤金,杜文星,钟太洋区域有机农业发展的自然资源适宜性评价--以江苏省溧水县为例[期刊论文]-中国生态农业学报2007(02)37.吕伟才,杨世清开采沉陷对矿区生态环境的影响评价[期刊论文]-江苏环境科技2006(z1)