《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》是安徽大學於2016年8月9日申請的發明專利，該專利申請號為2016106497483，公布號為CN106171116A，專利公布日為2016年12月7日，發明人是劉輝、周立志、施六林、鄭劉根、孫慶業、周忠澤。
《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》適用於礦產開採沉陷積水區的生態系統修復及農業種養殖結構重構。包括將採煤沉陷積水區域劃分為平整地區域，斜坡區域、沉陷積水區含水區域；檢測積水，當積水符合農業水質標準則直接進行改造，當檢測結果不符合農業水質標準則進行規劃使水質合格；構建蓄水區水位平衡系統，在平整地區域範圍內對進行充填復墾，改造濕地，進行土壤改良使其成為耕地，在搭建可移動大棚；將斜坡區域分為三份種植喬木、灌木和牧草；在淺水區種植水生蔬菜，在深水區飼養水生生物。通過對採煤沉陷積水區生態農業重構，提高沉陷區水土利用率，構建完整的沉陷區生態系統，適用於中國東部各類採煤沉陷積水區生態環境恢復治理。
2019年5月16日，《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法
- 公布號：CN106171116A
- 公布日：2016年12月7日
- 申請號：2016106497483
- 申請日：2016年8月9日
- 申請人：安徽大學
- 地址：安徽省合肥市經濟技術開發區九龍路111號
- 發明人：劉輝、周立志、施六林、鄭劉根、孫慶業、周忠澤
- 代理機構：南京瑞弘專利商標事務所
- 代理人：楊曉玲
- Int.Cl.：A01B79/02(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
採煤沉陷積水區是中國東部高潛水位礦區開採沉陷造成的一種典型的地質災害。東部礦區普遍具有儲量大、多煤層、高潛水位、地表疊加沉降等特點，開採造成地表大量土地資源喪失，原有耕地破壞，地表形成大面積塌陷坑，同時受到地下潛水外滲、大氣降水的綜合影響，塌陷坑內常年積水，截至2016年，歷經幾十年重複開採，大片開採沉陷區形成地表塌陷塘，地表原有耕地、道路、村莊等被淹沒，塌陷區原有生態系統發生不可逆的破壞。一方面，為保證國民經濟建設，大量煤炭資源被采出的同時，採煤沉陷造成大量耕地、村莊喪失，以兩淮礦區為例，截至2015年底，已形成的塌陷區面積達508平方千米，且以20平方千米/年的速度在增加，同時受到高潛水位和地表降水的綜合影響，塌陷區形成大量水域，原有陸生生態系統發生顛覆性變化，轉變為水生生態系統和水陸複合生態系統，動態沉陷形成的生態系統服務功能低下，導致生態環境惡化，大量沉陷區土地撂荒，社會問題突出，嚴重影響了沉陷區可持續發展；另一方面，煤炭開採產生的煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物含有大量氮、磷、銅、鋅、鎘等有害重金屬元素，通過地表徑流、土壤滲透、大氣揚塵等途徑遷移擴散，進入沉陷區，造成環境二次污染，導致土壤養分流失，水體富營養化嚴重。
常規沉陷區土地復墾和生態環境治理一般採用以下兩種方式：一種是通過採用“表土翻出-深部充填-表層覆土”的傳統土地復墾模式，其缺點在於：成本較高、工藝複雜、復墾周期較長，復墾區表層土壤板結、貧瘠及重金屬污染嚴重等；一種是在積水區進行水生養殖、人工濕地構建等模式，其缺點在於生物結構單一，難以形成合理的生物鏈，積水區的過度養殖造成水體富營養化嚴重，且養殖成本較高，難以形成有效合理的生態系統。以上兩種方式均未考慮沉陷區邊緣斜坡地的利用，造成大量斜坡地撂荒。
針對2016年8月之前技術中不能解決沉陷區平整地、斜坡地、積水區綜合生態環境治理的技術問題，尚未提出有效的解決方案。
發明內容
專利目的
《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉、高效全面進行採煤沉陷積水區生態環境綜合治理的方法，構建採煤沉陷積水區生態農業，為沉陷區綜合治理、發展農業經濟建設提供一種有效模式。
技術方案
《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》包括如下步驟：
a.將需要構建生態農業的採煤沉陷積水區進行區域劃分，根據沉陷積水區的實際情況將沉陷積水區劃分為平整地區域，斜坡區域和蓄水區，其中地勢平坦區域為平整地區域，斜坡區域為平整地區域與沉陷積水區水面之間的坡地，蓄水區為沉陷積水區含水區域，包括淺水區域和深水區域，其中水深0.5米以內的區域為淺水區域，水深超過0.5米的區域為深水區域；
b.對採煤沉陷積水區的積水進行採樣檢測，當積水採樣檢測結果符合農業水質標準則直接對沉陷積水區水下土壤進行改造，當檢測結果不符合農業水質標準則重新對沉陷積水區進行規劃使沉陷區水質合格；
c.在蓄水區構建水位平衡系統，以保證蓄水區的水面位置；
d.在沉陷區平整地區域範圍內對土地進行充填復墾，並改造濕地，進行土壤改良使其成為耕地，在耕地區域搭建可移動大棚，從而使耕地一年四季均實施蔬菜栽培；
e.調整蓄水區的水位高度，並在蓄水區水位處的斜坡區域上修建邊坡護岸，邊坡護岸即為斜坡區域坡底；
f.將邊坡護岸到平整地區域之間的斜坡區域根據高度平分為三份，在坡頂1/3範圍內沿地形等高線以交錯的品字形模式種植喬木，種植株行距為3米×3米，在坡中1/3範圍內，沿地形等高線以交錯的品字形模式種植灌木，種植株行距為2×2米，在坡底靠近水面的1/3範圍內，沿地形等高線以播撒種植的模式種植牧草；
g.在蓄水區的淺水區域種植水生蔬菜，在深水區域飼養水生生物。
所述的平整地區域範圍為沉陷區距離斜坡區域距離100米範圍內。
所述沉陷積水區規劃為：將沉陷積水區積水抽走後清除淤泥和腐質土層，夯實積水區底部土地，在積水區底部土地上進行土工膜防滲處理，使地下採煤區的有害物質不會滲入，在土工膜上方布置改良後的土壤，重新在沉陷積水區注入清水從而使水質安全可靠。 所述土工膜防滲處理步驟為：清除淤泥和腐質土層，鋪上支持層後進行基底壓實，使用防滲材料構成複合防滲基底，在防滲基底上鋪上保護層後碾壓夯實；其中支持層為鋪碎石、中砂和細沙構成，保護層為黃土、粉細沙和砂卵石分層輾壓構成。
所述水位平衡系統包括浮子和水位感測器，水位感測器通過單片機分別與水源上的電磁閥和抽水泵開關相連線，當水位感測器檢測到浮子高度低於預設值時，則通過單片機開啟水源上的電磁閥打開向蓄水區補水，當水位感測器檢測到浮子高度高於預設值時，則通過單片機開啟抽水泵開關將多餘的水抽走。
所述平整地區域與斜坡區域之間構建污染防滲堤，防止平整地區域的污水流入蓄水區。
所述種植的喬木為蘋果、梨樹、銀杏；種植的灌木為大葉女貞、碧桃、日本櫻花、香樟、桂花、紅葉石楠、紫薇；種植的牧草為紫花苜蓿。
所述淺水區域種植的水生蔬菜品種為蓮藕、茭白；深水區域養殖品種為黃顙魚、絨螯蟹。
所述斜坡區域與平整地區域和蓄水區交界處分別設有隔離圍欄，隔離圍欄之間放養有家禽。
改善效果
《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》有益效果：該發明涉及一種採煤沉陷積水區的生態農業重構技術，按照沉陷區類型，劃分為平整地、斜坡地、淺水區、深水區四個部分，分別進行設施蔬菜、喬-灌-草立體複式種植、水生蔬菜、健康水產，充分利用高潛水位礦區採煤沉陷積水區：
（1）避免了採煤沉陷區的土地復墾，打破了傳統復墾模式，提高了沉陷區治理效率；
（2）根據採煤沉陷積水區特點，進行全方位立體式生態農業重構，形成完整的食物鏈及生態系統結構；
（3）適用於礦產資源重複開採的各種穩沉、非穩沉區生態環境治理，可移動大棚可根據地表動態沉陷時間，進一步調整空間布局；
（4）將採煤沉陷區生態環境恢復治理和生態農業重構相結合，將沉陷區利用率提高到100％，實現採煤沉陷區無空白綜合治理；
（5）通過對採煤沉陷積水區的綜合利用，通過平整地進行綠色蔬菜種植和斜坡地苗木種植，利用植被攔截和吸收沉陷區污染物，進一步改善土壤質量，構建完整的浮葉植物、挺水植物、水生動物水域食物鏈，可有效降低水體富營養化程度，淨化沉陷區水體環境。
（6）提出了高潛水位採煤沉陷區邊采邊治的動態治理模式，通過平整地設施蔬菜，進一步改善土壤質量，提高土地利用率；通過斜坡地立體苗木複式種植，集土壤改良和牧草生產為一體的生態修復模式；通過淺水區水生蔬菜和深水區健康水產養殖，採用湖泊逆變原理，構建以沉水植物為主、浮葉和挺水植物為輔的水生植物群落，引入魚蟹等消費者，延長食物鏈，提升生態系統服務功能。
附圖說明
圖1是《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》採煤沉陷積水區生態農業重構示意圖。
圖2是該發明的斜坡地品字形種植模式示意圖。
圖中：1-平整地區域，2-斜坡區域，3-淺水區域，4-深水區域，5-可移動大棚，6-苗木，7-水生蔬菜，8-水生生物，9-喬木，10-灌木，11-牧草。
技術領域
《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》主要涉及一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法，適用於東部採煤沉陷積水區生態環境綜合治理。
權利要求
1.《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》包括如下步驟：
a.將需要構建生態農業的採煤沉陷積水區進行區域劃分，根據沉陷積水區的實際情況將沉陷積水區劃分為平整地區域，斜坡區域和蓄水區，其中地勢平坦區域為平整地區域，斜坡區域為平整地區域與沉陷積水區水面之間的坡地，蓄水區為沉陷積水區含水區域，包括淺水區域和深水區域，其中水深0.5米以內的區域為淺水區域，水深超過0.5米的區域為深水區域；
b.對採煤沉陷積水區的積水進行採樣檢測，當積水採樣檢測結果符合農業水質標準則直接對沉陷積水區水下土壤進行改造，當檢測結果不符合農業水質標準則重新對沉陷積水區進行規劃使沉陷積水區水質合格；
c.在蓄水區構建水位平衡系統，以保證蓄水區的水面位置；
d.在沉陷積水區平整地區域範圍內對土地進行充填復墾，並改造濕地，進行土壤改良使其成為耕地，在耕地區域搭建可移動大棚，從而使耕地一年四季均實施蔬菜栽培；
e.調整蓄水區的水位高度，並在蓄水區水位處的斜坡區域上修建邊坡護岸，邊坡護岸即為斜坡區域坡底；
f.將邊坡護岸到平整地區域之間的斜坡區域根據高度平分為三份，在坡頂1/3範圍內沿地形等高線以交錯的品字形模式種植喬木，在坡中1/3範圍內，沿地形等高線以交錯的品字形模式種植灌木，在坡底靠近水面的1/3範圍內，沿地形等高線以播撒種植的模式種植牧草；
g.在蓄水區的淺水區域種植水生蔬菜，在深水區域飼養水生生物。
2.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述的平整地區域範圍為沉陷積水區距離斜坡區域向外延伸100米。
3.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於所述沉陷積水區規劃為：將沉陷積水區積水抽走後清除淤泥和腐質土層，夯實積水區底部土地，在積水區底部土地上進行土工膜防滲處理，使地下採煤區的有害物質不會滲入，在土工膜上方布置改良後的土壤，重新在沉陷積水區注入清水從而使水質安全可靠。
4.根據權利要求3所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於所述土工膜防滲處理步驟為：清除淤泥和腐質土層，鋪上支持層後進行基底壓實，使用防滲材料構成複合防滲基底，在防滲基底上鋪上保護層後碾壓夯實；其中支持層為鋪碎石、中砂和細沙構成，保護層為黃土、粉細沙和砂卵石分層輾壓構成。
5.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述水位平衡系統包括浮子和水位感測器，水位感測器通過單片機分別與水源上的電磁閥和抽水泵開關相連線，當水位感測器檢測到浮子高度低於預設值時，則通過單片機開啟水源上的電磁閥打開向蓄水區補水，當水位感測器檢測到浮子高度高於預設值時，則通過單片機開啟抽水泵開關將多餘的水抽走。
6.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述平整地區域與斜坡區域之間構建污染防滲堤，防止平整地區域的污水流入蓄水區。
7.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述種植的喬木為蘋果、梨樹、銀杏；種植的灌木為大葉女貞、碧桃、日本櫻花、香樟、桂花、紅葉石楠、紫薇；種植的牧草為紫花苜蓿。
8.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述淺水區域種植的水生蔬菜品種為蓮藕、茭白；深水區域養殖品種為黃顙魚、絨螯蟹。
9.根據權利要求1所述的採煤沉陷積水區生態農業重構方法，其特徵在於：所述斜坡區域與平整地區域和蓄水區交界處分別設有隔離圍欄，隔離圍欄之間放養有家禽。
實施方式
如圖1所示，《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》包括如下步驟：
a.對需要構建生態農業的採煤沉陷積水區進行區域劃分，根據沉陷積水區的實際情況將沉陷積水區劃分為平整地區域1，斜坡區域2和蓄水區，其中地勢平坦區域為平整地區域1，斜坡區域2為平整地區域1與沉陷積水區水面之間的坡地，所述的平整地區域1範圍為沉陷區距離斜坡區域2距離100米範圍內，所述平整地區域1與斜坡區域2之間構建污染防滲堤，防止平整地區域1的污水流入蓄水區；蓄水區為沉陷積水區含水區域，包括淺水區域3和深水區域4，其中水深0.5米以內的區域為淺水區域3，水深超過0.5米的區域為深水區域4；
b.對採煤沉陷積水區的積水進行採樣檢測，當積水採樣檢測結果符合農業水質標準則直接對沉陷積水區水下土壤進行改造，當檢測結果不符合農業水質標準則重新對沉陷積水區進行規劃使沉陷區水質合格，所述改造步驟為：將沉陷積水區積水抽走後清除淤泥和腐質土層，夯實積水區底部土地，在積水區底部土地上進行土工膜防滲處理，使地下採煤區的有害物質不會滲入，在土工膜上方布置改良後的土壤，重新在沉陷積水區注入清水從而使水質安全可靠；所述土工膜防滲處理步驟為：清除淤泥和腐質土層，鋪上支持層後進行基底壓實，使用防滲材料構成複合防滲基底，在防滲基底上鋪上保護層後碾壓夯實；其中支持層為鋪碎石、中砂和細沙構成，保護層為黃土、粉細沙和砂卵石分層輾壓構成；
c.對蓄水區構建水位平衡系統，以保證蓄水區的水面位置；
d.在沉陷區平整地區域1範圍內對土地進行充填復墾，並改造濕地，進行土壤改良使其成為耕地，在耕地區域搭建可移動大棚5，從而使耕地一年四季均實施蔬菜栽培；
e.調整蓄水區的水位高度，並在蓄水區水位處的斜坡區域上修建邊坡護岸，邊坡護岸即為斜坡區域坡底；
f.將邊坡護岸到平整地區域1之間的斜坡區域2根據高度平分為三份，在坡頂1/3範圍內沿地形等高線以交錯的品字形模式種植喬木9，所述種植的喬木9為蘋果、梨樹、銀杏，種植株行距為3米×3米；在坡中1/3範圍內，沿地形等高線以交錯的品字形模式種植灌木10，種植的灌木10為大葉女貞、碧桃、日本櫻花、香樟、桂花、紅葉石楠、紫薇，種植株行距為2米×2米；在坡底靠近水面的1/3範圍內，沿地形等高線以播撒種植的模式種植牧草11，種植的牧草11為紫花苜蓿；
g.在蓄水區的淺水區域3種植水生蔬菜7，在深水區域4飼養水生生物8；所述淺水區域3種植的水生蔬菜品種為蓮藕、茭白；深水區養殖品種為黃顙魚、絨螯蟹；斜坡區域2與平整地區域1和蓄水區交界處分別設有隔離圍欄，隔離圍欄之間放養有家禽，該方法具有操作靈活性、生物多樣性、生態系統性等技術優點，通過對採煤沉陷積水區生態農業重構，提高沉陷區水土利用率，構建完整的沉陷區生態系統，適用於中國東部各類採煤沉陷積水區生態環境恢復治理。
所述水位平衡系統包括浮子和水位感測器，水位感測器通過單片機分別與水源上的電磁閥和抽水泵開關相連線，當水位感測器檢測到浮子高度低於預設值時，則通過單片機開啟水源上的電磁閥打開向蓄水區補水，當水位感測器檢測到浮子高度高於預設值時，則通過單片機開啟抽水泵開關將多餘的水抽走。
榮譽表彰
2019年5月16日，《一種採煤沉陷積水區生態農業重構方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
