景观稳定性破坏的生态过程分析

景观稳定性破坏的生态过程分析

淮南矿区位于安徽省中北部，淮河上游。东径11621211171159，北纬323245330024。高度为16.5.240米，地形高度为18.27米。从西北向东南倾斜，坡度减少1.1%。矿区地跨淮河两岸,东西长约70km,南北倾斜宽约25km,总面积约1571km2。整个矿区位于江淮丘陵与黄淮平原的交界处,地貌类型兼有平原和丘陵的特点,地形较为复杂,山丘、岗地、平原、湖洼、河流、湖泊、水库兼而有之。淮河由西向东横穿矿区,淮河北岸为地势平坦的淮北平原,淮河南岸为丘陵地区。淮南矿区是中国东部和南部地区资源最好、储量最大的一块整装煤田,总储量占华东地区煤炭储量的45%,被列为全国13个亿吨煤炭生产基地、6个煤电基地之一。淮南矿区由淮河以南的老矿区及淮河以北的潘谢新矿区组成。淮河以南的老矿区包括位于城区的“泉大”1资源枯竭老矿区和位于矿区中南部的衰退型矿井区,现有新庄孜、李咀孜、谢一、李一4对矿井;淮河以北潘谢新矿区是淮南矿区煤炭开发重点矿井区,现有潘一、潘二、潘三、张集、谢桥、顾桥、顾北、丁集、潘北9对矿井。除此以外,淮南矿区另有选煤厂12座,发电厂4座及其相关辅助设施。淮南矿区景观生态建设是指对因煤炭开采及利用而造成生态环境破坏的区域进行治理、改造和再利用,包括采煤沉陷、废渣堆积、工矿道路布局等。宗旨在于合理配置矿区各景观要素,发挥其最大景观生态功能,提高区域景观稳定性和生物多样性。景观生态建设需依赖于景观生态规划与设计,即在空间上和时间上合理安排景观格局,以实现矿区整体景观的持续利用。一、生物与环境相互作用从景观生态学来看,矿区开采前后,表现出十分不同的景观:采矿之前,当地生态系统通过生物之间、生物与环境之间的相互作用和系统内的自我组织、自我调整呈相对稳定状态,具有正常的生产功能和保护功能;开采后,景观的稳定性往往会被破坏,景观的改变超出了自然系统的调节和物种的适应能力,这时的矿区景观往往呈现如下特征:1.典型矿矿景观质化特征煤炭开采和利用活动实际上就是将原来较为均质的景观进行异质化的过程,这些景观包括采矿点、矸石堆场、粉煤灰堆场、沉陷地以及厂房、矿井、采掘设施、道路、水渠、积水区等景观要素,具有典型矿业开发的景观镶嵌格局特征,景观破碎化明显。2.生态系统退化的原因矿区强烈的人工干扰会超出当地景观生态系统本身的自我恢复能力,甚至会导致生态系统的退化,其最明显的标志是生态系统生产力降低、生物多样性减少或丧失、土壤养分维持能力和物质循环效率降低以及外来物种入侵和非乡土固有物种优势度的增加等。随着干扰加剧,生态系统自身的生态平衡和稳定性会受到破坏。3.生态过程的改变矿区及其周边环境是一个完整的生态系统,采矿活动势必会影响到区域生态格局与各种生态过程的连续,如水(地表和地下水)的过程、土地的过程、物种迁徙的过程、人类聚居的过程等,造成污染扩散。二、储层景观类型通过对矿区景观生态系统结构特点的分析,可以将淮南矿区景观类型归纳为如下五种:矿区工业化景观、固废堆场景观、沉陷地景观、“城市荒地”景观、居住区景观。21.现代电厂三大电厂矿区工业景观主要由矿井工业广场(井架、选煤厂、矸石电厂、瓦斯综合利用设施和办公生活设施等)、煤电一体化电厂及其他相关工业设施组成。目前,淮南矿区现有生产矿井13对、选煤厂12座、电厂4座以及瓦斯综合利用设施、矿井水处理设施和工业锅炉等。整个矿区已初步形成资源利用最大化、废物排放最小化、矿井环境优美化的目标,煤炭资源生产链得到了极大延伸。2.开采开采粉煤灰堆场煤矸石和粉煤灰是淮南矿区产生量最大的固体废物。矿区历史矸石最大堆存量近4000万吨。2003年以来,矿区经过多渠道、多层次的综合利用,截至2007年年底,煤矸石堆存量已削减为2200万吨;粉煤灰是发电厂排放的主要固废,矿区范围内除集团公司的煤电一体化电厂和综合利用电厂外,还有其它电力和企业所属的田家庵、洛河、平圩等电厂,导致矿区内分布有多处粉煤灰堆场。煤矸石和粉煤灰堆场在地下水和环境空气等产生二次污染的同时,还存在着累积性环境影响。3.对土壤肥力的影响根据《淮南矿区开采沉陷预计报告》(2008年),截至2007年年底,淮南矿区采煤沉陷面积总计为100.37km2,其中积水面积为59.80km2。采煤沉陷直接改变了土地的性质,使得昔日平原变成高低不平的沉陷地,农田变成沼泽或人工湖泊(水库),导致耕地面积减少,土壤肥力下降;同时,采煤沉陷引起地表移动和变形,易引起工程建筑物的破坏和河道堤坝的损害,并可能影响铁路和公路线的安全。4.泉大地区的发展现状矿产资源的开发与矿业城市的建设是紧密联系在一起的。尤其是以前老矿区的开发建设,必然伴随着周边城市的发展,淮南市也不例外。泉大地区是具有近百年开采历史的资源枯竭型矿区,随着城市经济的不断发展和规模的不断扩大,其已位于淮南市新老城区之间,处于城市“东拓南进”空间发展的中心位置。但是区域内采煤沉陷地、废弃的采石场和生产区域长期无人治理,形成大面积的“城市荒地”,不仅浪费了应有的区域价值,降低了土地使用效率,其所形成的“破窗效应”还严重影响了城市的形象。5.由“两山”结合的“矛盾空间”形成了4个主要的基本特征在淮南城市发展的历史过程中,煤炭工业的兴起和发展功不可没,现在的淮南市区基本上是在矿区发展的基础上形成的。“先有矿、后有市,市矿功能空间合一”,是淮南城市的基本特征。由于矿业企业职工人数众多,且相对集中,形成了淮南城市特有的历史产物“棚户区”。棚户区大多为上世纪五六十年代为职工建造的简易平房及部分筒子楼等,区内典型的问题一是房屋破损严重,二是公用设施陈旧,功能不配套,环境脏乱拥挤,既威胁职工居住安全和影响生活质量,又有损城市形象。三、景观生态系统建设的六类基本类型为了使重建景观的生态学性质与社会发展相协调,根据景观生态类型的分析结果,以满足景观生态系统的环境服务、生物生产及文化支持三大基础功能为目的,依据景观生态建设原则和矿区社会、经济、文化发展的要求,针对矿业开发活动对矿区生态环境和社会环境影响的类型和方式,将上述矿区景观生态类型归结为以下六类景观生态系统的建设:1.矿区绿化规划主要是指矿区内矿井的工业广场、煤电一体化电厂等工业类景观,该区规划内容主要是为了绿化美化环境,给职工创造环境优美、生态宜居的工作环境,需紧紧围绕提高矿区职工生产生活质量、改善工作地生态环境,以创建绿化、绿色文明达标矿区为目标。(1)树景园区植物配置矿区各矿井工业广场,立地条件较差、复杂,土壤依矿区不同而有差异,土壤肥力较差。广场中心区域宜营造各种草坪,以显示出建筑物的优美线条;广场四周以种植各种树形优美、观赏性强的树种;地表种植具有不同层次的地被植物。(2)结构不尽人类,射线源至建构的观点分布于矿区工业场所各建筑的周边,该区土壤贫瘠,光线不足。植被种植可考虑缓解建筑物和地面垂直、僵硬的线条,美化建筑立面,如各种绿篱、彩篱,或者乔、灌、草相结合的复层混交林等。(3)矿区绿化改造分布矿区工业场所的空地,土壤较厚,立地条件较好。可在该区域加强矿区绿化,提高矿区的绿化率,同时栽植各种吸尘、降噪树种,美化环境,可按乔、灌、草复层混交结构栽植,中间点缀花草。2.固垃圾填埋场的生态恢复(1)生产规模对石存量的影响淮南矿区现有煤矸石堆场19座,矸石存量近2200万吨,总占地面积约81.67hm2。虽然根据要求新建矿井将取消永久矸石堆场,但随着生产规模的扩大,矸石存量仍将呈现不断上升趋势。对于矸石堆场的生态恢复,主要采取覆土绿化措施。2008年,淮南矿区对潘一矿S225省道东侧矸石堆场进行了覆土绿化试验,取得了一定的成效。矿区固废堆场的持水保肥能力差,需采取客土法恢复植被,首先进行表土重建,并在挖取大的种植穴后进行客土植树,宜采用乔灌或乔灌草的块状混交配置,植株行距5m×5m,并选用营养袋苗于雨季造林。(2)矿区灰场堆场,实现生态恢复粉煤灰是电厂排放的工业废渣,是一种大有开发利用前途的再生资源。但大量的粉煤灰于灰场堆存,需要很大的储灰场,既占地又污染环境。对于矿区已经形成的粉煤灰堆场,可以采取待储灰场堆满后覆土绿化的措施进行生态恢复;对于新建电厂利用粉煤灰就近充填采煤沉陷地并覆土造地,可形成采煤-发电-充填复垦沉陷地-农林利用的良性系统,具有环境保护和复垦土地的双重效益。3.沉陷区生态恢复(1)养护和利用林对于矿区塌陷未稳沉区域不填充,进行阶段性治理、养护和利用。其中塌陷不明显、不积水的区域,修缮排灌系统,可继续农林生产;塌陷明显、形成水域的区域,进行合理利用,可进行陆地和水岸的临时绿化。(2)生态恢复措施大多数稳沉区域都形成了大小不等的水面,生态恢复要因地制宜,区别对待,分步实施,宜农则农,宜林则林,宜水则水。第一,农林植被恢复。稳沉的区域,适宜复垦和林业种植,位于城市区域的可纳入城镇绿化及景观用地。采取客土造林方法恢复植被,先用矿区内固废(如煤矸石、粉煤灰等)充填沉陷区,再用表土覆盖,使之成为可利用的土地。绿化树种选择矿区耐干旱、抗逆性强的乡土树种。第二,渔业林业生态恢复。常年积水的沉陷区域,筑堤围成鱼塘,发展渔业。充分发挥当地水土资源的生产潜力,调整产业结构,变害为利。第三,湿地生态恢复。矿区主要沉陷区,水深面广,虽然农业景观被破坏,但却形成了较好的水面,有利于发展湿地。为了保护和利用此类湿地资源,必须削弱居民生产活动,减轻人类对湿地的破坏。依靠独特的沉陷区湿地资源优势,科学规划、合理布局,建设规范有序、管理高效的湿地生态旅游产业,最大限度地发挥湿地生态系统的生态、社会和经济效益。全面掌握矿区湿地资源的动态变化,实现湿地资源的优化配置,充分发挥湿地在改善生态环境中的巨大效能,实现湿地生态系统的可持续发展。4.“三自”模式下城市中心城区景观格局的确立淮南矿区“城市荒地”是指泉大资源枯竭矿区,原九龙岗和大通的报废矿井,位于淮南市城市规划“东进南扩”战略发展的主轴上,是连接东、西城区与山南新城区的城市中心地带,也是未来以舜耕山为中心向南北两翼扩建中心城区的一个重要组成部分,有着优越的地理位置和人文环境。环境修复将一改“城市荒地”的原有面貌,建成以山、水、林、居为特征,植被覆盖率高、生物多样性丰富、生态景观多样、生态系统稳定的城市中心景观区域。区内采矿迹地废弃已久,土壤以石灰为主,土厚60cm以上,排水较好,较湿润,腐殖质含量较多。区内分布有人工针、阔混交林,由于人为影响较大,没有得到应有的保护,急需进行环境恢复。根据自然、气候和林分等情况,一方面采取封山育林方法保护现有森林植被;另一方面,对生态破坏严重的区域,根据城市景观规划要求,采用人工造林和造景的方法恢复森林植被,重塑中心城区特色景观。泉大资源枯竭矿区的生态环境修复,应遵循自然生态规律,顺应地形地貌之势,沿山脉、水脉修复环境,宜山则山,宜水则水,宜林则林,将其建成中国煤矿最佳人居环境和煤矿资源枯竭矿区生态环境修复示范区,为国内煤炭城市资源枯竭矿区沉陷治理和矿山全生命周期建设探索出一条新路,为国内资源型城市转型提供一种模式(本工程已被国家列入循环经济试点项目)。5.工程建设成效从2003年开始,淮南矿业集团抓住国家采煤沉陷综合治理和淮南市旧城改造的机遇,及时启动了行业规模最大的棚户区改造和采煤沉陷危房治理(统称为“棚户区改造”)。目前,总面积为350×104m2的安居工程一期已完成,实际完成投资44.50亿元,工程除建设小区住宅楼和相关配套设施外,还承担了城市市政基础设施和公共服务设施建设。工程的实施,改变了城市形象,改善了城市生态环境。整个棚户区改造未征用新土地,并把节约下来的土地用于城市新增绿地和公用设施用地,新增城市绿地面积166hm2。目前,安居工程二期已启动,投资53.19亿元,已建成22个项目,完成工程建筑面积350104m2。将在改善城市居住环境的同时,进一步营造矿区和谐的社会环境与多样的城市景观,创造优美的居住环境。6.残遗斑块的景观廊道在淮南矿区这样人为干扰强烈的景观中,自然生态过程的连续畅通以及自然残遗斑块之间的联系,需要通过景观廊道来实现。即构建道路两侧的树篱、滨河绿化带等景观廊道,使之成为细微、密布的网线,从而可以连接矿区中自然生态环境较好的区域(种群源),并起到物种流、能量流的通道作用3。(1)营造防护林河流绿化带主要为矿区河流沿线,在淮河、西淝河、永幸河、泥河、黑河等河流沿岸因地制宜地选用耐水淹、抗风浪的树种,营造防护林。同时,从植被的“生态效益”出发,以恢复地方性植被为主、外来适生树种为辅。在淮河大堤两岸设置至少30m的树篱,其它主要河岸可设置10～20m宽的乔、灌木结合的林带,灌木林应设在靠水面的一侧,离开河岸3～5m处设置林带;乔木树种可选择意杨、水杉、旱柳、垂柳、枫杨等,灌木有紫穗槐等。(2)适地适树,注重树种选择铁路绿化带分布于矿区的铁路沿线,地界很不规则,大部分路基外的宜林地已经被农民种植了农作物。铁路沿线地质情况复杂,铁路路基与绿化带的高差随着地形地貌的不同存在多样的变化。因此,铁路绿化需适地适树,选择易成活的树种,速生和慢生树种相结合。同时,注意