采煤塌陷積水區園林植物配置研究—以濟寧為例

高彥生，時玉芹*，李佩佩，伊盼盼，焦繼波

（1.濟寧市國土空間生態修復中心，山東 濟寧 272005；2.山東省國土空間規劃院，山東 濟南 250014）

我國是產煤大國，也是用煤大國。與國外的露天采煤不同，我國90%以上的煤炭產量通過井工開采，多采用長壁垮落采煤法，地表沉降系數較大，對地面建筑物、農田、道路等的損毀性較強。據統計，我國共有煤炭資源型城市73 個，上規模的煤礦近100 個，重點采煤沉陷區70 余個，主要集中在安徽淮南、淮北、宿州、阜陽，山東濟寧、棗莊，河北唐山、邢臺，河南商丘、平頂山，山西大同、呂梁等地。截至2020 年底，濟寧市采煤塌陷地規模52311.25 hm2，預測2025 年達到53031.62 hm2，其中，重度塌陷積水區面積5183.47 hm2，占比10%。隨著生態修復理念的不斷深入，園林植物配置在采煤塌陷積水區的應用尤為突出，植物群落的水質凈化能力、富營養化水體修復能力、植物配置景觀效果等具有至關重要的作用。

近年來，國內學者針對采煤塌陷地生態修復的研究較多。卞正富等結合景觀生態學理論，提出利用生物多樣性指數評價土地復墾后的結構，從土壤生產力恢復和生態系統平衡修復兩個方面討論采煤塌陷地生態重建的方法。張樹禮等將內蒙古鄂爾多斯市神華黑岱溝煤礦采煤塌陷地規劃為生態觀光園。劉景雙等通過遼寧撫順采煤塌陷地的復墾研究，提出了還田生態重建模式。目前，國內外學者對采煤塌陷積水區植物配置方面的研究較少。本文主要針對采煤塌陷地積水區研究，結合水質特點進行細致的植物配置，達到生態、經濟、社會效益的統一。

1 積水區基本情況

采煤塌陷區是由于煤炭常年大規模的開采，再加上地下水位較低，導致地面移動、土地下沉、盆地積水、淹沒耕地，形成塌陷積水區域。根據魯南地區地質構造、煤層分布、潛水位高度、開采方式等，大部分塌陷積水深度在1～5 m 之間。

采煤礦井水、地下水及大氣降水在作為塌陷水體主要水源的同時，亦攜帶周邊污染物，給塌陷積水區輸入了大量的鈣、鎂、鉀等離子和有機物及氮、磷等，表現出采煤礦區獨具的環境特征。為了確定采煤塌陷積水區水質變化情況，2021 年對濟寧二號煤礦、鹿洼煤礦的積水區地表水進行采樣監測，1 個煤礦選取1 個大面積積水區選取2 點，分別在枯水期和豐水期采樣，取平均值。

表1 典型煤礦地表水監測數據表

指標顯示：（1）pH 值均處在堿性范圍，基本適宜魚類和水生生物的生長[1].（2）SO42-已經超過了《地表水環境質量標準》規定的地表水源SO42-的限值250 mg/L[2]。大量硫酸鹽進入水體，會造成水體酸化，使土壤板結，影響植物生長。（3）COD 指標、TP 指標與水體營養化成正相關[3]，監測中COD 在20 mg/L 左右，TP＞0.02 ppm，表明水體富營養化。（4）F-在0.9～2.0 mg/L 之間，《農田灌溉水質標準》要求灌溉水的氟化物的含量應小于2 mg/L[4]，塌陷水體F-未超標。

2 積水區園林植物配置研究

2.1 配置原則

2.1.1 空間布局

根據采煤塌陷積水區空間梯度的分布情況（水平、垂直）進行植物配置，從深水、淺水到岸邊，按照沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物群落進行選擇[5]。多種不同種類的水生植物種植，在生物多樣性的基礎上，能保持生態環境的連續性。挺水植物莖和葉挺出水面，適應水深0～1.5 m，常見有花葉蘆竹、香蒲、黃菖蒲、水蔥、蘆葦、千屈菜等；沉水植物大部分植株全部沒于水中，適應水深0.3～6 m，常見有苦草、眼子菜、金魚藻等；浮葉植物僅葉片漂浮水面，適應水深0.15～5 m，常見有睡蓮、菱、荇菜等；漂浮植物整個植物體浮懸水面，水深能漂浮即可，常見有鳳眼蓮、浮萍等。在水面規劃配置生態浮島，岸邊搭配濕生植物，形成多層次的、水生植物和陸生植物相結合的景觀效果。

2.1.2 功能指標

①水質凈化能力。蘆葦、美人蕉、香蒲、再力花等對COD 的去除能力較強。富營養化水體的修復，主要以沉水植物為主，對氮、磷的吸收，鳳眼蓮、蘆葦、浮萍、再生花等，能高效凈化氮磷，防止引發藻華[6]。硫酸鹽造成水體鹽度升高，選擇耐鹽脅迫能力的水生植物，如寬葉香蒲、黃菖蒲、蘆葦、美人蕉等，能夠提高凈化效率，形成微生態小環境。②提高水生動物多樣性能力。浮萍、鳳眼蓮、大薸、苦草等漂浮植物和沉水植物，營養價值較高，是河蟹、草魚等水生動物的重要食物來源，可以形成塌陷積水區水生動植物群落新生態。③生物資源化利用能力。有能源燃料生產用途的鳳眼蓮、香蒲等，可食用的茭白、芡實、蓮藕等，可藥用的苦草、金魚藻等，增加經濟效益。達到景觀效益與生態效益、經濟效益和社會效益相結合。

圖1 水生植物適應水深圖

2.2 具體園林植物配置實踐

2.2.1 選取地塊

選取濟寧市鹿洼煤礦采煤塌陷積水區地塊，位于為魚臺縣清河鎮大程莊村，屬于一采區、二采區，因3 上和3 煤層的開采形成采空塌陷。通過開挖淤泥回填，能提供大面積可種植水生植物的淺灘，達到涵養水源、凈化水質的目的。采煤塌陷積水區水深0.5～5.0 m，已穩沉，分布如下圖2 所示。根據現狀，進行園林植物配置實踐研究。

圖2 采煤塌陷積水區分布圖

2.2.2 樹種選擇和搭配

配置具體物種，每一類選擇最適應塌陷積水區生長的園林植物，綜合考慮對采煤塌陷水體進行修復的多種功能指標，并結合景觀效果，形成局部小生態系統。同時，生態浮島在材料中加上陶粒、蛭石等，蚯蚓、貝類等水生動物，提高生態凈化能力[7]。具體如表2。通過剖面圖和效果圖展示植物配置，更加清晰直觀，如圖3、4。

圖3 植物配置效果圖

圖4 植物配置剖面圖

表2 植物配置詳表

2.2.3 配置結果

按照規劃的園林植物配置搭配種植，在2022 年4月、9 月分別對水質進行監測（如表3）。指標顯示：水體的SO42-的含量降低20%以上，但仍未達到飲用水地表水源地標準限值；富營養化程度有所改善；其他指標變動不大。由于動植物種類的增加，鹿洼煤礦采煤塌陷積水區增添新的活力，形成局部小氣候、新環境，是周邊村民游玩的好去處。同時，園林植物在凈化、美化環境的基礎上，也具備一定的經濟價值。

表3 植物配置后地表水監測數據表

3 結論與討論

濟寧市采煤塌陷面積占山東省總面積的一半以上，具有代表性和典型性。由于礦井水的滲透等原因，采煤塌陷地積水區水質較一般地表水有一定的區別。采煤塌陷積水區進行園林植物配置時，一是要充分做好采煤塌陷深度的監測和水質的監測，塌陷達到穩沉狀態，方可進行植物選配和種植。二是要提前掌握植物對于水體污染物的凈化能力，植物配置以凈化功能為主、景觀功能為輔。綜合考慮濕生植物、挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物的搭配，結合生態浮島設計，形成多層次景觀效果。三是因地制宜科學配置的同時，逐步形成“采煤塌陷地+產業”的模式，選擇經濟型水生植物，配合魚類、貝殼類等水生動物，進一步完善動植物生態系統，形成局部微循環環境。通過對濟寧市采煤塌陷積水區的園林植物配置研究，希望對相似地區的生態修復有一定的借鑒作用。