采矿迹地生态农业重建模式能量分析研究

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摘要：指出了矿产资源开发在我国国民经济建设中起着十分重要的作用，但在矿产资源开发的同时也带来了严重的环境问题，形成了大量的采矿迹地。对其现有生态农业重建模式进行了以能量流动分析为主的能源利用效率评价分析，反馈修复生态农业重建模式，提出了以提高采矿迹地的综合生物生产力，构建社会-经济-自然复合生态系统为目标的采矿迹地生态农业重建模式，为实现采矿迹地高效重建提供科学依据与技术方法。

关键词：采矿迹地；生态农业；能流

中图分类号：S718.52 文献标识码：A

1 引言

采矿迹地即矿区废弃地，是指矿山开采过程中形成的露天采矿场、排土场、尾矿库、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地。根据其来源可分为4种类型：在场地存放表土、废石以及煤矸石堆积所形成的废石场；露天矿开采形成的巨大矿坑及开采所造成的地表塌陷区；尾矿库为矿石在经过选矿后排弃所造的压占土地；矿山建设永久性建筑物、道路以及机械设备压占所造成的损毁土地。

生态农业概念没有统一的定论，在国内比较普遍的概念为：生态农业是按照生态学基本原理及生态经济规律，根据实际情况、设计、构造、整合和经营农业生产和农村经济的工程体系。它吸取了农业中传统的精髓，应用已有的技术和管理办法，通过继续发展粮食及其他经济作物种植产业，并推广大田种植与林、牧、副、渔业，促进农业与第二、第三产业的结合，即通过传统农业的精髓与现代技术相结合，经过专业人员：规划生态系统、控制发展与环境、使用资源与保护环境间的矛盾，使人的发展和自然平衡相协调，构建经济效益和生态效益的良性循环，实现经济、社会和生态效益的和谐统一。

矿产资源开发在我国国民经济建设中起着十分重要的作用，但在矿产资源开发的同时也带来了严重的环境问题，形成了大量的采矿迹地，因此对采矿迹地进行生态农业恢复与重建，不仅可以实现矿产资源开发与生态环境保护协调发展，而且具有重要的科学价值和实际意义[1]。

采矿迹地农业生态重建是按照景观生态学原理，在宏观上设计出合理的景观格局，在微观上创造出合适的生态条件，使其具有某种形式和一定水平的生产力，并维持相对稳定的生态平衡，而且与周围景观价值相协调[2]。本文以迁安市五重安乡某农业大观园采矿迹地生态农业重建为例，通过农业生态重建，并进行能量分析反馈修复重建生态农业模式。

2 生态农业重建能流分析

迁安市某生态农业大观园原为采矿迹地，现已建成以农业为基础的综合性生态大观园，在此基础上采用定性和定量分析相结合的方法对已初步形成的生态农业模式进行以能流分析为主的能源利用效率评价[3]，从而确定对采矿迹地进行生态农业重建的可行性和提出相应的改进方案。

能流循环指数是反映农业生态系统内部系统稳定性、自我维持能力的一个指标[4]。在种植业子系统投能结构中，若以无机能为主，则说明系统的自给能力差；反之，若以有机能为主，则说明系统的自给能力强。

2.1 确定系统的边界和组分

本项目的能量流动分析主要以大观园规划建设的6大功能区为研究对象，共有3个子系统。

2.1.1 种植业子系统

初级生产者子系统包括18.3hm2的名优果品示范采摘区，种植旱丰、燕魁、燕山短枝、大板红、燕明、紫泊板栗（5.3hm2）、丽春、春雪、北京晚密桃（2.2hm2）、美国八号、姬神、昌红苹果（1.7 hm2）、绿宝石、黄金梨、红安久、考密斯梨（1.8hm2）、辽核1号、辽核3号等核桃（6hm2）、赛来娜、金太阳、凯特杏（1.3hm2）。

现代设施农业示范展示区1.3 hm2，春节特供桃（0.2hm2），花生（0.1hm2）、大豆（0.1hm2）、甘薯（0.1hm2）、玉米（0.1hm2）、杂粮（0.2hm2）、有机无土栽培示范（0.2hm2）以及4棚展示立体水培蔬菜（0.3hm2）。有机甘薯基地4.7 hm2；有机花生基地6.3 hm2。

2.1.2 饲养业子系统

初级消费者子系统包括一个特色养殖区18hm2，其中散养宫廷皇鸡19090只，占地6.3hm2；散养野猪3422头，占地7.7 hm2；梅花鹿560只，占地4hm2。

2.1.3 农副产品加工业子系统

占地4hm2，年产有机杂粮10000t，年产1421t纯物理5级压榨有机花生油，年产1402t甘薯系列产品，年加工1570t果品。

2.2 确定各项输入和输出的数量

各项输入和输出的数量见表1。

2.3 能流特征分析

2.3.1 种植业子系统投能结构

子系统投能结构见表2。

图1 种植业子系统能量投入结构对比图人工辅助能投入量为123164.98，其中无机能为25862.02，占21.0 %；有机能为97302.96，占79%（能流循环指数）。无机能/有机能为3.76∶1，高于全国平均水平的3.37。这种投能结构优于全国有机能77%的平均水平，结构良好，说明系统内有机肥料和劳动力相对充足。但是人工能与机械能的投入水平都很低，这从另一侧面反映了种植业子系统产量的提高主要依赖于化肥能的投入。

2.3.2 饲养业子系统分析

本子系统中，加入的人工辅助能为1614.64×1010J，其中无机能为60.77×1010J，占3.76%；有机能1553.87×1010J，占96.24%。无机能/有机能比率为3.91%，与普通地区的养殖业水平相当，结构还算合理（表3）。但是在饲养业系统中由于系统外投入的精饲料数量比较大，致使系统内能量循环水平较低，要想提高产量必须要依赖于精饲料加大投入，所以系统本身的抵抗干扰能力比较弱。如果遇到市场饲料价格上涨，会很大的影响系统的效益[5]。

2.4 全系统分析

根据上述分析，迁安市某生态园能够得到0.93的产投比，与美国（0.10）、英国（0.17）、日本（0.25）的石油农业产投比高很多[6]，初步使生态农业的优越性得到充分的显现。但是与我国其他生态农业比较发达的地区相比产投比还有一定的差距。

依据能量分析可以得出：综合养殖场的结构相对基本合理，由于农牧鱼比例协调程度不够好，造成结构化的投能不够优化，降低了全系统的生态效率[7]，应将饲料投入增加，会带来生态效率的极大提高。只进行种植业生产的土地生产力低，应将其他副业的比例增大。

3 结语

采矿迹地生态农业重建实质是在破坏土地的重建利用过程中发展生态农业，目的是建立一种多层次、多结构、多功能集约经营的综合农业生产系统。能量流动是农业生态系统的基本功能，是地球上生命赖以生存和发展的基础。农业生态系统中生命活动的能量大部分来自于太阳能，绿色植物通过光合作用合成有机物质，这些有机物质所贮藏的能量在生态系统中通过食物链和食物网，从一个营养级传递到另一个营养级，实现能量转化和流动。在农业生态系统中，人们通过投入人工辅助能进行调节和控制，使能量转化和流动向人们所希望的方向进行。因此在采矿迹地重建过程中进行能量分析评价，并根据评价结果提出合理的结构调整使采矿迹地生态重建的结构更加合理，控制能量的流动方向和数量，使其流动更加复合人们的需求，真正实现环境效益和经济效益的双丰收具有很强的实际意义。同时为采矿迹地生态恢复提供一种新的优化和评价方法，在其他的采矿迹地生态恢复中也可以参照应用。

参考文献：

[1] 杨福海，李富平，甘德清，等. 矿山生态恢复与露天地下联合开采[M]. 北京：冶金工业出版社，2002.

[2] 麦少芝，徐颂军，梁志娇，等. 矿业废弃地的特点及其环境影响[J]. 云南地理环境研究，2005（5）：23～27.

[3] 胡明忠，汤 杰，王小雨，等. 矿山生态恢复与重建存在的问题及对策[J]. 中国环境管理，2003（6）：7-9.

[4] 李凌宜，李 卓，宁 平，等. 矿业废弃地生态植被恢复的研究[J]. 矿业快报，2006，8（8）：25～28.

[5] 师 雄，许永丽，李富平，等. 矿区废弃地对环境的破坏及其生态恢复[J]. 矿业快报，2007，6（6）：35～37.

[6] 方月梅，罗承辉，张晓玲，等. 发展矿冶生态环境，促矿业可持续发展[J]. 中国矿业，2008，17（5）：39～41.

[7] 刘 新，赵晓龙. 矿山土地复垦存在的主要问题和对策[J]. 科技情报开发与经济 2007，17（31）：23～27.