第 24 卷 第 5 期 农 业 工 程 学 报 Vol.24 No.5 90 2008 年 5 月 Transactions of the CSAE May 2008

呼伦贝尔草原矿生态受损预测与修复对策

付 慧 1，白中科 1※，张树礼 2，麦方代 3，王岁权 3 （1．中国地质大学土地科学技术系，北京 100083； 2．内蒙古自治区环境科学研究院，呼和浩特 010010；

3．北京华宇工程有限公司，北京 100011）

摘 要：以伊敏五牧场煤矿为例，通过图形叠加法、调查法和类比法，探讨了呼伦贝尔草原矿生态受损预测与修复方法。

根据煤矿开采后土地沉陷以及土地利用情况，将项目区划分为沉陷区和土地占用影响区。项目区总面积为 5638.24 hm2，

受到影响的区域面积为 4244.67 hm2。其中有 75.3%的土地将发生沉陷，由陆地生态系统演化为水域生态系统，另一部分

也产生不同程度的裂缝和塌陷等。主要是通过土地整治和植被恢复等方法进行修复。不受采煤沉陷影响的区域面积是

1393.58 hm2，包括工业场地、排矸场、运输工程和场外线性工程等，工程建设的实施将破坏地表植被，加剧水土流失。

除采取围栏封育的保护措施外，还要制定相应土地复垦和水土保持措施。 关键词：采矿；呼伦贝尔草原；生态受损；生态修复；预测

中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2008)-5-0090-05

付 慧，白中科，张树礼，等. 呼伦贝尔草原矿生态受损预测与修复对策[J].农业工程学报，2008，24(5)：90－94.

Fu Hui, Bai Zhongke, Zhang Shuli, et al. Ecological damage prediction and restoration of coal mine in Hulun Buir Grassland[J]. Transactions of the CSAE, 2008,24(5)：90－94.(in Chinese with English abstract)

0 引 言

近 10 年来，国内开展了不同类型的矿区土地复垦和

生态系统重建的研究[1, 2]，在黄土丘陵区的煤矿生态重 建[3, 4]和东部采煤塌陷地复垦[5, 6]方面有大量成就，草原露

天煤矿的生态恢复重建也有值得借鉴的成果[7]。但是对于

草原井工矿的生态系统受损预测和修复研究并不多见。

呼伦贝尔草原与大兴安岭一起构成了中国北方重要的生

态屏障，有“北国碧玉”之称。但是，近几年来，过度

放牧、滥垦草地、煤矿开采等频繁地人类活动破坏了草

原生态系统内部的调节能力和自我修复能力，草原退化

严重[8-10]。草原煤矿开采影响范围大、程度深，如不及时

对矿区影响区域进行保护和生态恢复，会引起严重的水

土流失，加剧草原荒漠化。本文以呼伦贝尔草原伊敏五

牧场井工煤矿为例，讨论草原矿区的生态保护与修复措

施，对防止草原退化和草原煤矿的保护和生态重建工作

有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

1.1 自然环境概况

五牧场井田位于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族

自治旗。本区属中温带大陆性季风气候，年平均气温

-0.1℃，年平均降水量 354.73 mm，年均蒸发量 1160.0 mm，无霜期 119 d。五牧场井田境界范围地貌较简单，

收稿日期：2006-10-01 修订日期：2007-05-01 基金项目：中国地质大学科研基金（项目编号：200438） 作者简介：付 慧(1981－)，女，山东肥城人，专业方向：土地资源管理。

北京 中国地质大学土地科学技术系，100083 ※通讯作者：白中科（1963－），男，教授，博士生导师，研究方向：矿区

生态修复与重建。北京 中国地质大学土地科学技术系，100083。 Email: baizk@cugb.edu.cn, bzk265@265.com

低山丘陵和伊敏河的河滩阶地位于东西两端。本区土壤

处于黑钙土向暗栗钙土过度带，区内主要地带性土壤有

黑钙土、栗钙土、暗栗钙土、草甸栗钙土，非地带性土

壤主要有草甸土、沼泽土、风沙土。五牧场以西为典型

草原带，大针茅草原群系为代表植被；伊敏河河滩地上

分布着草甸植被；沙地上分布着沙地植被群落。 1.2 工程概况

五牧场煤矿井田面积约 40 km2，服务年限为 46.4a。本矿井共有 9 个含煤组，19 个可采煤层，工业储量 51024.2 万 t，设计生产能力 3.0 Mt/a，选煤厂设计生产能

力 3.0 Mt/a。项目范围设定全井田范围外扩 500 m，面积

5638.24 hm2。

2 研究方法

采用现场调查和室内作业相结合的方法，利用 RS 和

GIS 手段，将植被类型图、土地利用现状图、土壤侵蚀现

状图、土壤类型图相叠加，结合实地调查得到项目区的

生态环境现状图件和统计数据[11]。数据的信息源主要为

2004 年 6 月 15 日的 QuickBird 遥感影像。通过项目区生

态环境现状图件和工程布局图相叠加，并根据环境影响

评价的影响范围，项目区边界外扩 500 m，得到项目区生

态环境受损预测图。通过现场调查，并向当地水保专家

咨询，结合工程特点，预测土壤侵蚀强度。 采用类比法、叠加法、专家咨询法等进行生态环境

受损预测，制定相应的生态保护与恢复措施[12]。经过对

项目区的仔细考察和研究，选定原生态系统和扎赉诺尔

矿区作为其参比对象[13]。选定矿区原生态系统和已受扰

动生态系统作为参比对象，目的是指导生态恢复措施的

制定，使恢复后的生态系统结构尽量与破坏前的相接近，

将破坏程度降低到最低。选择扎赉诺尔矿区及其农垦区

作为参比区域，是因为该矿区与项目区有相类似的生态

第 5 期 付 慧等：呼伦贝尔草原矿生态受损预测与修复对策 91

环境条件，同为井工矿，且其采煤造成的影响已经显现，

也已经实施了治理工程，对矿区恢复恢复重建方向的确

定提供一定的借鉴。以下是 5 种参比对象的选择具体的

选择原因和目的（见表 1）。

表 1 参比对象的选择原则

Table 1 Selection principle of comparative object

序号 参比对象选择 参比因素 目 的

1 五牧场原始生

态系统 比较采矿前后生态环

境变化情况 为矿区生态恢复重建提供

依据

2 扎赉诺尔矿沉

陷区

与将要开采的五牧场

煤矿有类似的生态条

件、生产工艺，已产生

沉陷区景观

为沉陷区生态恢复所选择

的方法和工程措施、生物

措施提供依据。

3

矿区所在地新

修 公 路 两 旁

50m 范围内人

工扰动区

预测地表土层受扰动

的状况，及恢复后的生

态系统现状

为将来矿区工业场地和运

输道路人工扰动范围内的

生态系统受损预测和恢复

方案提供参考

4 扎赉诺尔矿农

垦区

农垦区因毁草种粮，土

壤退化严重，参照作为

借鉴

为选择适宜的生态恢复方

向提供借鉴

5 退化草原的恢

复途径长期实

验示范区

草原退化过程、退化草

地诊断以及退化草原

恢复途径

对矿区受损生态系统恢复

过程中先锋植物及配置模

式的选择具有参考价值

3 结果与分析

3.1 生态环境现状分析

项目区内分布有大面积的典型草原植被，大针茅草

原群系是典型草原的代表植被，是主体草原，在伊敏河

河滩地上还分布有草甸植被等隐域性植被。其中分布在

矿区西侧丘陵区的典型草原草场，牧草产量高，优良牧

草比例大，是项目区最重要的牧场。分布在东侧的河滩

阶地的典型草原草场，由于长期受过度放牧的影响，一

些地区出现盐渍化现象，草群较低矮，虽然植被盖度尚

好，但是草原退化严重。除此之外，在柴达诺敏湖周围

和碟形洼地附近还存在着少量的盐化草甸栗钙土禾草、

杂类草草场。该草场的质量较低，已经有大面积的中度

退化，部分地区发生重度退化。土地利用现状见图 1。

图 1 五牧场煤矿土地利用现状图

Fig.1 Land-use map in Wumuchang mine

本区的土壤侵蚀类型有风力侵蚀和水力侵蚀。根据

《内蒙古自治区水土流失现状》调查资料，土壤风蚀为

Ⅰ—Ⅱ级，属轻度侵蚀。土壤水蚀为Ⅱ级以下，属轻度

侵蚀。 3.2 生态受损预测

3.2.1 生态受损预测分区

根据开采后土地破坏的类型及其未来采取的生态恢

复方式不同把项目区划分为沉陷区和土地占用影响区，

其中占用影响区可划分为工业场地、排矸场、运输工程

和场外线性工程 4 个部分。根据地貌类型不同把沉陷区

划分为两个部分，即西部的低山丘陵区，首采区包括在

此范围内；东部的河前阶地。西部地区沉陷的主要表现

形式是裂隙，裂隙宽度在 0.2～0.3 m，深度在 2～18 m 之

间，同时还伴有局部滑坡或崩塌。东部河流阶地由于地

势平坦，地下水位高（2～5 m），开采后可能形成大面积

沉陷水域。排矸场设计位于伊敏煤矿一号露天矿内排土

场的西南侧。五牧场受损预测分区见表 2。煤矿开采下沉

等值线图见图 2，受损预测分区图见图 3。

表 2 五牧场煤矿生态受损预测分区

Table 2 Ecological damaged prediction partitions in Wumuchang mine

功能分区 面积 /hm2

占地 类型 分区特征

低山丘陵 1685.25 草地 产生裂缝，滑坡等地表变

形，植被退化 沉陷

影响

区 河流阶地 2636.99 草地 地表下沉积水，草地消失，

湖泊周边可能出现盐碱地

排矸场 1.45 排土场 扬尘污染，水土流失加剧

工业场地 18.84 草地 施工结束后，迹地植被破坏

运输工程 49.41 草地 施工过程中，对道路两侧造

成影响，产生水土流失

土地

占用

影响

区

场外线性工程 123.31 草地 施工过程中对周围环境造

成影响，产生水土流失

图 2 主煤层开采后下沉等值线图

Fig.2 Fall-in constant value line after finishing the coal bed mining

92 农业工程学报 2008 年

注：排矸场位于伊敏煤矿一号露天矿内排土场的西南侧，在图上未显示

图 3 五牧场煤矿生态受损预测分区图

Fig.3 Ecological damaged prediction partitions in Wumuchang mine

3.2.2 各分区生态受损预测

1）沉陷区。地表沉陷对该区的地表形态和自然景观

影响较大。预计沉陷区大部分为项目区东部的河流阶地，

开采结束后将会发生大面积沉陷，形成水生-陆生交错的

生态系统。预测地表将会下沉 8.8～12.8 m，其中在边界

和保护煤柱的周围将会发生地形坡度变化和裂缝。五牧

场煤矿开采结束后，沉陷结果和土地利用结构变化结果

见表 3，表 4。 表 3 沉陷区预测结果

Table 3 Prediction results on subsidence region

分区 面积 /hm2

比例 /% 分布情况 情况描述 影响

非积水区 2127.28 37.7 西北部低山

丘陵区

典型草原地貌发

生起伏和形变，有

缝隙产生，但是不

会产生积水

草地生产

力降低

季节性 积水区

178.30 3.2 永久积水区

周边地区 区域盐渍化加剧 草地生产

力丧失

永久 积水区

1939.09 34.4 伊敏河河滩

阶地 地表沉陷形成湖

泊、湿地生态景观 草地生产

力丧失

合 计 4244.67 75.3

表 4 沉陷对土地利用的影响预测结果

Table 4 Prediction effect of subsidence on land use

土地利用类型 沉陷面积/hm2 沉陷面积百分比/%

天然草地 2811.78 66.24

人工草地 706.61 16.65

盐碱地 480.95 11.33

裸露地 186.84 4.40

水 域 41.21 0.97

农村居民点 17.28 0.41

合 计 4244.67 100

注：土地利用分类按照《全国土地分类（试行）》中的三级分类划分。

由表 3 看出，项目区沉陷区的总面积为 4244.67 hm2，

是井田面积 3789.42 hm2的 1.12 倍，沉陷范围已经超出了

井田边界，影响到周围地区。前文提到项目区面积为

5638.24 hm2，其中沉陷区的面积占总面积的 75.3%，可见

沉陷对项目区的生态环境产生了巨大的影响。在沉陷影

响区，积水区和非积水区面积约各占 1/2，按地形不同，

大致分布在东西两侧。在河滩阶地的积水区域，由于草

地的沉陷，使大部分草场功能丧失。 由表 4 知，沉陷土地绝大多数为草地，占总面积的

82.89%。沉陷加剧了草原退化。 沉陷除对草原生态系统造成影响，还给当地的社会

经济环境造成了一定影响。首先，采煤塌陷造成村庄搬

迁。井田范围内仅有一个村庄，以畜牧业为生，生产力

水平低。村庄搬迁，有利于改善和提高当地的物质文化

水平。其次，采煤造成了草地生产力下降和草原资源的

损失。 2）排矸场 排矸场位于伊敏煤矿一号露天矿内排土场的西南

侧，占地面积 1.28 hm2， 总影响面积 1.45 hm2。风化的

矸石在大风的天气下易产生风力侵蚀和扬尘污染，易产

生水土流失。排矸场在煤矿运行后投入使用，因此水土

流失要发生在生产运行期，预测水土流失总量是 760 t，其中新增量 717 t，占总量的 94%。

3）工业场地 工业场地位于柴达敏诺尔湖的北岸 1km 处的坡地

上，包括工业场地及其周围的截水、排水设施。工业场

地永久占地为天然草地，建成后草原生态景观发生进一

步变化，由自然景观向人工景观、自然景观相结合过渡。

草地破坏后，水土流失加剧。预测水土流失总量 7490 t，其中新增量 6756 t，占总量的 90%。

4）运输工程 运输道路包括铁路专用线、场外道路和排矸路 3 部

分。运输工程对生态环境的影响主要表现在施工期施工

作业过程、取弃土、高填深挖路基、临时占地对土地、

植被的破坏并引起水土流失加剧。预计水土流失总量为

9375 t，新增水土流失量为 8305 t，占水土流失总量的

89%。 5）场外线性工程 矿区场外的线性工程主要包括供排水管线、供电线

路和临时供水、供电线路。场外线性工程的生态受损主

要表现在施工过程中场外基槽、基坑开挖和临时堆料场

受到风力侵蚀，地表土层扰动严重，植被退化。预计水

土流失总量为 24546 t，新增水土流失量为 21827 t，占水

土流失总量的 89%。 3.3 生态保护与恢复方案

根据恢复生态学原理、景观生态学原理、矿区土壤

退化理论、草原退化可逆性原理和可持续发展理论[14, 15]，

以及前面提到的 5 种类比区的生态恢复经验和原生态环

境状况，制定五牧场煤矿生态保护与恢复措施 不受沉陷影响的面积为 1393.58 hm2。这部分区域是

生态保护的对象。主要任务防止草原退化，保证草场的

第 5 期 付 慧等：呼伦贝尔草原矿生态受损预测与修复对策 93

生产力不降低。主要采取围栏封育等措施。项目区内受

沉陷影响的区域面积为 4244.67 hm2，按照表 2 划分为 5个功能分区。

1）沉陷区 沉陷区有两种破坏形式，即积水区和非积水区。生

态恢复的主要对象是非积水区。非积水区土地受损主要

是发生在采区边界发生塌方、滑坡和裂缝，积水区主要

是季节性积水区周边土壤的盐碱化。 根据土地的受损形式不同，对不同的区域采取不同

的土地复垦措施。 低山丘陵区生态修复措施包括土地的整治措施和草

地的生态恢复。土地整治的工程措施主要是针对沉陷裂

缝实施的。不同的裂缝类型区对应不同的整治措施。对

于裂缝浅窄，密度低的区域，采用人工治理的措施，人

工就近挖取土石直接充填塌陷裂缝，进行平整。这种方

法土方工程量小，土地类型和土壤的理化性质基本不变。

对于裂缝宽度深，密度高的区域采用机械整治措施。这

种方法土方工程量大，且工序复杂。需要注意的是，无

论是采用什么样的整治措施，都必须保证草原的生产力

不降低，并防止新的水土流失发生。 对于破坏的草地，主要是采取围栏封育的措施进行

恢复。 伊敏河河滩阶地分为 2 个生态恢复区域，永久积水

区和季节积水区。其中主要的生态恢复对象是季节积水

区。季节积水区的主要目标是改良土壤，防止土壤盐碱

化进一步加剧。采取植物措施改良土壤，围栏封育和轮

牧的方法治理盐碱化和草原退化。 2）排矸场 排矸场的复垦分为平台复垦和边坡复垦两部分。平

台复垦前，岩土分层排弃压实，然后表面覆土，覆土厚

度在 0.2～0.3m，覆土来源于采掘场表层剥离土。排土场

覆土后全面种草，草种选择羊草、披碱草。边坡放缓后

覆土，坡度 25°左右，覆土厚度 30 cm。草种选择草木

樨和羊草。 3）工业场地 工业场地对草原的影响是不可逆的，主要任务是防

止水土流失。水土保持措施分为工程措施和植物措施。

工程措施包括场区内部及周围的排水工程和挡护工程。

工业场地按功能可以划分为主井生产区、副井辅助生产

区、风井区及场前区，按照不同分区的功能特点选择不

同的绿化指标，兼顾水土保持和美化环境的功能。 4）运输工程 运输工程的水土保持措施包括工程措施和植物措

施。工程措施是沿道路的排水和挡护工程，目的是保护

路基，减少水蚀和风蚀的威胁。水土保持的植物措施是

在道路两旁种植防护林和道路边坡种草。 5）场外线性工程 场外线性工程中排水管线是地埋式，因此生态保护

主要是做好迹地的保护与复垦工作。

4 结 论

1）项目实施后，地表沉陷对矿区生态环境的影响最

大，其中沉陷区占整个项目区总面积 75.3%。沉陷改变了

项目区的景观格局，由现有的草原景观向草原、湿地、

湖泊并存的景观发展，增加了项目区景观的总体异质性。

主要治理措施包括工程措施和植物措施。工程措施主要

针对低山丘陵区的沉陷裂缝，目的是平整土地，减少水

土流失。植物措施即恢复地表植被，并采取围栏封育措

施保护遭受影响较小的地区，使其自然修复。 2）另一个是对矿区永久性的建设对项目区的影响，

包括工业场地建设、道路建设、辅助系统和排矸场的建

设，直接破坏了地表植被，加剧了风蚀和水蚀。因此，

制定恢复措施的主要目的即为减少水土流失，包括防护

性的工程措施，如排水工程、挡护工程等；最重要的还

是做好地表植被的恢复，选择适当的植被配置，既起到

防止水土流失的作用，又有美化功能。 致谢：感谢内蒙古自治区水利科学研究院和中煤国

际工程集团北京华宇工程有限公司提供基础资料。

[参 考 文 献]

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Ecological damage prediction and restoration of coal mine in Hulun Buir Grassland

Fu Hui1, Bai Zhongke1※, Zhang Shuli2, Mai Fangdai3, Wang Suiquan3

(1. Department of Land Science and Technique, China University of Geo-science, Beijing 100083, China; 2. Inner Mongolia Environmental Science Academy, Huhhot 010010, China;

3. Beijing Huayu Engineering Company Limited of SCIEG, Beijing 100011, China)

Abstract: This paper reported the methods of ecological damage prediction and restoration in Hulun Buir Grassland by overlaying graphics and analogizing, taking as Wumuchang coal mine for an example. The project region would be divided into five parts, including subsidence region, surface plant, gangue field , transportation region and linear project region according to seat of settlement and land utilization. The area of the region is 5638.24 hm2. The area is 4244.67 hm2 that would be influenced by the settlement. Settlement would happen in half of the region, which would translate into the terrestrial ecosystem from aquatic ecosystem, the other parts of the region would subsided and cracked. These damaged lands could be restored by regulating land and planting trees and grass. The area of uninfluenced region would be 1393.58 hm2, including four parts besides the settlement region. It would destroy the plant cover and exacerbate soil and water loss. Excepting take measure of protecting, some other methods like land restoration and water and soil conservation also be made. Key words: coal mining; Hulun Buir Grassland; ecological damage; ecological restoration; prediction