煤炭是人类开发利用的重要能源之一，也是我国最主要的能源，经济发展需要依靠煤炭等一次能源的开发利用，我国煤炭开采量大约占一次能源总量的74.3%，成为 21 世纪世界第一大产煤国。陕北煤矿区作为煤炭储量丰富的地区，位于城镇周边，是支撑其中心城镇发展的重要区域。然而在煤炭开采带给城镇以及当地经济利益的同时，也对煤矿区的土地生态环境造成了诸多问题，如土壤贫瘠、生态环境容量小、生态承载力低、植被退化等。陕北煤矿区是国家重要的生态脆弱带，是国家级水土流失重点监测区和重点治理区；与此同时陕北煤矿区储煤量大，煤质好，煤层厚度高，易开采等特点，被誉为“中国的科威特”。中国 95%以上的煤炭产量是地下开采，采矿引起的地面下沉形成了地裂缝、沉陷盆地、沉陷洞、沉陷阶地等诸多地表形态的破坏现象。据统计，万吨采煤沉陷率为 0.033~0.530 hm²，每开采万吨煤炭的平均沉陷率为 0.12 hm²。根据调查，神东公司三个煤矿区的沉陷总面积为 39.96 km²。目前，神华神东公司已形成 43.33 km²的沉陷区，占该县沉陷面积的 93.3%。中国地质调查局 2003 年生态环境地质调查报告指出，以陕西省为主的西北五省在内 80%国有大中型煤矿基本上存在地表沉陷的严重现象，60%以上的矿山存在中度以上程度的矿山环境问题，10%～15%的矿山显示其生态环境已经恶化现象。煤矿开采引起地面沉陷现象不仅对煤矿区土地资源构成威胁，而且还带来一系列生态问题，如土壤质量下降、水分流失、水污染、大气污染等，加之我国耕地资源不足，采煤沉陷不仅破坏矿区的土地资源，煤矿区植被退化，土壤养分流失直接引起沉陷地土壤质量的下降，同时也威胁到矿区周边生产生活的居民生存环境，尤其是矿区城市环境问题。所以为恢复矿区土地生态功能，实现矿区土地的可持续利用和改善矿区城市环境状况成为新时代的社会问题和民生问题因此矿区生态环境的恢复已经迫在眉睫。

   煤中含有多种微量元素，其中As、B、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Sn和Zn 等对环境影响较大。因此，煤矿资源的大量开采必然会导致煤矿区周围土壤重金属含量的增加。有研究表明黄土高原煤矿区土壤重金属含量呈上升的趋势，且Cd，Pb和Zn表现出较强的迁移性。此外，黄土高原地区水土流失严重，生态环境脆弱，同时该地区由于气候干旱，环境变化较为剧烈，是我国典型的生态过渡带，其植被恢复过程缓慢，植被恢复限制因素较多，也是我国目前林草植被建设和生态恢复存在问题较多的区域。贫瘠的土壤养分状况也不利于植被的生长恢复，松散的结构使得土壤抗蚀性差极易产生水土流失，因此，土壤贫瘠和结构性差是制约黄土高原区露天煤矿土壤复垦和植被恢复的主要因素。陕北石匠畔煤矿位于神木县大柳塔镇（39°15′29″N，110°9′45″E），目前由于原煤开采殆尽，造成地面塌陷，生态环境污染等一系生态环境破坏现象，成为煤矿典型的采空区。目前，国内外对于煤矿采空区的治理主要包括以下三大方面的内容：煤矿采空区的土地整治，煤矿采空区的生态修复以及煤矿采空区的综合治理。随着技术的发展，煤矿采空区治理在土地复垦的基础上逐步实现生态环境修复，对于采空区的生态修复技术主要体现在土地复垦和生态环境重建两大方面，主要措施以植树造林为主。

本研究针对陕北石匠畔煤矿采空塌陷区土体污损和生态环境退化等问题，利用土地工程集成技术，建立了煤矿采空塌陷区乡土物种植被重建技术体系，取得的主要成果如下：

（1）调查了陕北石匠畔煤矿采空塌陷区土体污染现状、程度；污染物类型及污染程度；土体养分含量状况；植被组成和结构。调查结果显示，该矿区土地损毁总面积81.6864hm²，包括挖损损毁土地面积77.7989hm²，压占损毁土地面积3.8875hm² 。其中耕地28.3798hm²，林地47.4810hm²，采矿用地2.4723hm²，住宅用地3.2942hm²，交通运输用地0.0591hm²。从检测结果来看，该矿区地表土壤中Hg、Cd、Pb和Cr含量均超过了陕西省土壤背景值。在不同土壤剖面，随着土壤沉陷强度的加强，土壤结构受到严重破坏，土壤中部分养分淋失增多，致使土壤有机质、全氮、全钾及全磷含量较低。通过对采样区植被进行调查发现，所有采样点植被类型主要为草本、灌木，其中草本种类较多。

（2）开展了陕北石匠畔煤矿采空塌陷区植被恢复适宜性评价，筛选出了适宜陕北石匠畔煤矿适宜的乡土物种。

（3）通过不同管理水平下的盆栽模拟试验，当水分梯度在60%~65%田间持水量，土壤含水量为14%~16%，氮素含量0.6g/kg，磷含量为3mg/kg，钾含量为100mg/kg时，油蒿的生长最为旺盛，其次为沙打旺。

习总书记对于生态文明的建设一直高度重视，多次在全国重要会议讲话中特别提到其对于我国文明发展的重要性。煤矿区生态文明建设是全国生态文明建设的重要组成部分，采煤塌陷区的治理对矿区的生态文明建设意义重大。本研究为我省煤矿采空塌陷区植被恢复与重建及土地治理修复标准的制定提供技术依据，也为我省煤矿采空塌陷区土地复垦和生态综合治理提供科技撑，促进土地整治行业及土地工程学科的发展。