采煤塌陷积水区园林植物配置研究—以济宁为例

高彦生，时玉芹*，李佩佩，伊盼盼，焦继波

（1.济宁市国土空间生态修复中心，山东 济宁 272005；2.山东省国土空间规划院，山东 济南 250014）

我国是产煤大国，也是用煤大国。与国外的露天采煤不同，我国90%以上的煤炭产量通过井工开采，多采用长壁垮落采煤法，地表沉降系数较大，对地面建筑物、农田、道路等的损毁性较强。据统计，我国共有煤炭资源型城市73 个，上规模的煤矿近100 个，重点采煤沉陷区70 余个，主要集中在安徽淮南、淮北、宿州、阜阳，山东济宁、枣庄，河北唐山、邢台，河南商丘、平顶山，山西大同、吕梁等地。截至2020 年底，济宁市采煤塌陷地规模52311.25 hm2，预测2025 年达到53031.62 hm2，其中，重度塌陷积水区面积5183.47 hm2，占比10%。随着生态修复理念的不断深入，园林植物配置在采煤塌陷积水区的应用尤为突出，植物群落的水质净化能力、富营养化水体修复能力、植物配置景观效果等具有至关重要的作用。

近年来，国内学者针对采煤塌陷地生态修复的研究较多。卞正富等结合景观生态学理论，提出利用生物多样性指数评价土地复垦后的结构，从土壤生产力恢复和生态系统平衡修复两个方面讨论采煤塌陷地生态重建的方法。张树礼等将内蒙古鄂尔多斯市神华黑岱沟煤矿采煤塌陷地规划为生态观光园。刘景双等通过辽宁抚顺采煤塌陷地的复垦研究，提出了还田生态重建模式。目前，国内外学者对采煤塌陷积水区植物配置方面的研究较少。本文主要针对采煤塌陷地积水区研究，结合水质特点进行细致的植物配置，达到生态、经济、社会效益的统一。

1 积水区基本情况

采煤塌陷区是由于煤炭常年大规模的开采，再加上地下水位较低，导致地面移动、土地下沉、盆地积水、淹没耕地，形成塌陷积水区域。根据鲁南地区地质构造、煤层分布、潜水位高度、开采方式等，大部分塌陷积水深度在1～5 m 之间。

采煤矿井水、地下水及大气降水在作为塌陷水体主要水源的同时，亦携带周边污染物，给塌陷积水区输入了大量的钙、镁、钾等离子和有机物及氮、磷等，表现出采煤矿区独具的环境特征。为了确定采煤塌陷积水区水质变化情况，2021 年对济宁二号煤矿、鹿洼煤矿的积水区地表水进行采样监测，1 个煤矿选取1 个大面积积水区选取2 点，分别在枯水期和丰水期采样，取平均值。

表1 典型煤矿地表水监测数据表

指标显示：（1）pH 值均处在碱性范围，基本适宜鱼类和水生生物的生长[1].（2）SO42-已经超过了《地表水环境质量标准》规定的地表水源SO42-的限值250 mg/L[2]。大量硫酸盐进入水体，会造成水体酸化，使土壤板结，影响植物生长。（3）COD 指标、TP 指标与水体营养化成正相关[3]，监测中COD 在20 mg/L 左右，TP＞0.02 ppm，表明水体富营养化。（4）F-在0.9～2.0 mg/L 之间，《农田灌溉水质标准》要求灌溉水的氟化物的含量应小于2 mg/L[4]，塌陷水体F-未超标。

2 积水区园林植物配置研究

2.1 配置原则

2.1.1 空间布局

根据采煤塌陷积水区空间梯度的分布情况（水平、垂直）进行植物配置，从深水、浅水到岸边，按照沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物群落进行选择[5]。多种不同种类的水生植物种植，在生物多样性的基础上，能保持生态环境的连续性。挺水植物茎和叶挺出水面，适应水深0～1.5 m，常见有花叶芦竹、香蒲、黄菖蒲、水葱、芦苇、千屈菜等；沉水植物大部分植株全部没于水中，适应水深0.3～6 m，常见有苦草、眼子菜、金鱼藻等；浮叶植物仅叶片漂浮水面，适应水深0.15～5 m，常见有睡莲、菱、荇菜等；漂浮植物整个植物体浮悬水面，水深能漂浮即可，常见有凤眼莲、浮萍等。在水面规划配置生态浮岛，岸边搭配湿生植物，形成多层次的、水生植物和陆生植物相结合的景观效果。

2.1.2 功能指标

①水质净化能力。芦苇、美人蕉、香蒲、再力花等对COD 的去除能力较强。富营养化水体的修复，主要以沉水植物为主，对氮、磷的吸收，凤眼莲、芦苇、浮萍、再生花等，能高效净化氮磷，防止引发藻华[6]。硫酸盐造成水体盐度升高，选择耐盐胁迫能力的水生植物，如宽叶香蒲、黄菖蒲、芦苇、美人蕉等，能够提高净化效率，形成微生态小环境。②提高水生动物多样性能力。浮萍、凤眼莲、大薸、苦草等漂浮植物和沉水植物，营养价值较高，是河蟹、草鱼等水生动物的重要食物来源，可以形成塌陷积水区水生动植物群落新生态。③生物资源化利用能力。有能源燃料生产用途的凤眼莲、香蒲等，可食用的茭白、芡实、莲藕等，可药用的苦草、金鱼藻等，增加经济效益。达到景观效益与生态效益、经济效益和社会效益相结合。

图1 水生植物适应水深图

2.2 具体园林植物配置实践

2.2.1 选取地块

选取济宁市鹿洼煤矿采煤塌陷积水区地块，位于为鱼台县清河镇大程庄村，属于一采区、二采区，因3 上和3 煤层的开采形成采空塌陷。通过开挖淤泥回填，能提供大面积可种植水生植物的浅滩，达到涵养水源、净化水质的目的。采煤塌陷积水区水深0.5～5.0 m，已稳沉，分布如下图2 所示。根据现状，进行园林植物配置实践研究。

图2 采煤塌陷积水区分布图

2.2.2 树种选择和搭配

配置具体物种，每一类选择最适应塌陷积水区生长的园林植物，综合考虑对采煤塌陷水体进行修复的多种功能指标，并结合景观效果，形成局部小生态系统。同时，生态浮岛在材料中加上陶粒、蛭石等，蚯蚓、贝类等水生动物，提高生态净化能力[7]。具体如表2。通过剖面图和效果图展示植物配置，更加清晰直观，如图3、4。

图3 植物配置效果图

图4 植物配置剖面图

表2 植物配置详表

2.2.3 配置结果

按照规划的园林植物配置搭配种植，在2022 年4月、9 月分别对水质进行监测（如表3）。指标显示：水体的SO42-的含量降低20%以上，但仍未达到饮用水地表水源地标准限值；富营养化程度有所改善；其他指标变动不大。由于动植物种类的增加，鹿洼煤矿采煤塌陷积水区增添新的活力，形成局部小气候、新环境，是周边村民游玩的好去处。同时，园林植物在净化、美化环境的基础上，也具备一定的经济价值。

表3 植物配置后地表水监测数据表

3 结论与讨论

济宁市采煤塌陷面积占山东省总面积的一半以上，具有代表性和典型性。由于矿井水的渗透等原因，采煤塌陷地积水区水质较一般地表水有一定的区别。采煤塌陷积水区进行园林植物配置时，一是要充分做好采煤塌陷深度的监测和水质的监测，塌陷达到稳沉状态，方可进行植物选配和种植。二是要提前掌握植物对于水体污染物的净化能力，植物配置以净化功能为主、景观功能为辅。综合考虑湿生植物、挺水植物、浮叶植物、漂浮植物、沉水植物的搭配，结合生态浮岛设计，形成多层次景观效果。三是因地制宜科学配置的同时，逐步形成“采煤塌陷地+产业”的模式，选择经济型水生植物，配合鱼类、贝壳类等水生动物，进一步完善动植物生态系统，形成局部微循环环境。通过对济宁市采煤塌陷积水区的园林植物配置研究，希望对相似地区的生态修复有一定的借鉴作用。