技术应用单位：鄂尔多斯市环保投资有限公司、兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司

评估情况：原生态环境部科技发展中心（现科技成果转化与产业促进中心）组织专家对方案进行评审，评审意见表明项目的实施将对煤矸石、矿井水等工业废弃物资源化利用和干旱区生态环境恢复具有重要意义和示范带动作用，属于一种矿区生态综合修复的创新模式。

   项目概况

本项目研究区域位于内蒙古自治区鄂尔多斯市新街矿区及呼吉尔特矿区东北部，行政区划属鄂尔多斯市伊金霍洛旗扎萨克镇查干淖尔嘎查。示范工程位于其中伊金霍洛旗石拉乌素煤矿西北3.5km，建设地理坐标东经109°38′，北纬 39°00′（图1）；该区地处毛乌素沙地中部，气候上处于干旱、半干旱区向半湿润区的过渡；植被地带处于典型草原向西部荒漠、荒漠草原的过渡；而在产业方面处于我国北方的农牧交错区，是农牧林工矿的过渡带。

图1 示范区建设地理位置图

   项目关键技术工艺概述

   1.煤矸石填充造田工程

针对煤矸石和矿井淡水综合利用技术模式缺乏的关键问题，根据石拉乌素煤矿区自然地理条件，在石拉乌素煤矿矿区选择沙地500亩，在地质勘探分析的基础上，设计煤矸石用于煤矿塌陷区和沟壑生态景观改造分层铺设方案、基于地质特征的煤矸石填充技术方案、景观格局建设方案、沙区特色水稻田建设方案，建造基于煤矸石基座的沙区特色水稻良田建设模式形成塌陷区和沟壑地煤矸石填充造田示范工程模式。

（1）煤矸石分层铺设技术

以矿区所产的煤矸石为对象，不进行任何破碎处理，直接混合填充塌陷区或沟壑，以80-100cm为1个标准层进行铺设，压实后浇灌一定量的矿井淡水，然后覆盖10-20cm的改良剂和微生物菌剂混合土。然后继续交替铺设煤矸石层和微生物菌改良剂层，合计铺设4层煤矸石后，再铺设1m的表层土建造沙地水稻田，剖面示意图见图2。

（2）改良剂和微生物菌剂添加

以煤矸石铺设标准层为基础，将一定量的煤矸石分解促进改良剂和微生物混合菌剂与土壤进行充分混合，按照10-20cm的标准铺设到煤矸石标准层中。改良剂和微生物菌剂的应用可有效提高煤矸石的分解，使矸石中的腐殖酸和中微量矿质营养元素有效融入土壤并被植物吸收利用，从而改善土壤理化性质，提升耕地土壤质量。在前期试验的基础上，结合煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质制造煤矸石微生物肥料，广泛应用于农业、林业、种植业的研究基础，微生物菌剂按照5kg/亩、改良剂选择磷矿粉，按照50kg/亩的用量进行添加。

（3）沙区特色水稻田建设

针对沙地土壤贫瘠、养分供应能力差，限制植物生长发育的特点，充分利用生态学规律，采用客土和土壤改良的方式，建造沙区特色农田，客土选择周边区域质量相对较好1m表层土壤，土壤改良剂主要采用有机肥、黏土矿物和腐殖酸菌肥，结合前期研究结果，有机肥按照500kg/亩、黏土矿物按照200kg/亩、生物腐殖酸菌剂按照5kg/亩进行添加。

图2 示范工程煤矸石填充剖面示意图

   2.沙地特色景观建设工程

以乡土物种为基础，坚持景观多样性和服务功能最优的基本原则，开展示范区结构功能区划、沙地特色生态农业发展规划、示范区防风固沙与水土保持综合整治、乡土植物材料优选与栽植、沙地特色景观优化建设等方面的工程建设。

（1）示范区结构功能区划

坚持主导功能、相关性、协调性和分类区划的原则，通过对示范区自然生态特征、生态系统服务功能空间分异规律分析，划定不同地块的主导功能，规划出稻田生产功能区、生态景观廊道保护功能区、外围风沙防护功能区、科学研究与科普展示功能区、有机肥生产功能区、配套设施放置区等主要功能区，并严格规划开展建设。

（2）沙地特色生态农业发展规划

通过示范区的建设和运营，让沙漠稻成为沙漠农业的主要经济来源，同时按照农林牧副渔综合发展的思路进行后续的建设和发展：规划防风林保护农田、沙稻和苜蓿轮作、稻田养淡水虾，小龙虾，螃蟹等特色发展模式。其中，沙稻和苜蓿轮作模式中，可充分利用苜蓿的固氮作用，有效提升土地肥力，稻草与苜蓿作为饲料，饲养牛羊等牲口，牛羊粪便堆肥作为有机肥施用于农田；种养模式中，稻田尾水进入晾水池内，养殖鲤鱼，草鱼等，养殖肥水返回灌溉稻田，从而形成一个良性有序的生态循环系统。

（3）防风固沙与水土保持综合整治

为保护建成的沙地农田，防止周边沙丘因风沙和水土流失对沙地稻田造成影响，需对周边沙丘进行防风固沙与水土保持综合整治，在示范区开展边坡防护工程建设。边坡防护工程遵循“因地制宜、就地取材、稳固结实、成本低廉以及外形美观”的原则，将采用生态防护及人工构造物防护相结合的工程措施。在生态防护措施方面，选用根系发达、固土能力强的沙蒿、扬柴、小叶锦鸡儿、沙柳等种植于边坡上，主要靠植物根茎与土壤间的附着力以及根茎间的相互缠绕来达到加固边坡、提高坡表抗冲刷的力；在人工构造物防护方面，将使用档泥墙、抗滑桩等支档结构以及喷浆、混凝土喷注、三合土抹面等措施进行。

   （4）植物材料引进、比选与栽植

半干旱区降水的匮乏是制约沙漠化土地治理的瓶颈问题，在研究团队多年优良抗性乔灌草固沙植物筛选材料的基础上，进一步结合示范区的气候和自然地理特征，进一步开展优良抗性乔灌木固沙植物种筛选及区域造林试验示范，通过优良抗性植物种、微生物等新型生物质材料的筛选、开发、产业化技术推广示范、生态适应性评价、关键栽培管理技术集成，按照乔灌草综合配置的原则，建立塌陷区和沟壑煤矸石综合利用和植被生态恢复的植被筛选、优化和栽植技术体系。

（5）沙地特色景观建设

结合鄂尔多斯地区风沙大的特点，坚持景观多样性和服务功能最优的基本原则，建设农田生态系统、草地生态系统、林木生态系统、沙地生态系统等景观要素为主体，生态廊道进行节点连接的沙地特色景观生态系统。

    3.沙漠水稻种植工程

（1）场地平整及排水渠的开挖

根据采空塌陷区土地地形地貌制定合理的场地平整计划，使工程量最小化。平整好土地后，以100米见方为一地块，四周开挖排水渠，排水渠深度1.5米左右。做防渗处理，如土工膜等方式。

（2）覆膜造田

针对沙漠水稻开发种植没有专业设备的问题，研发、制造自走式沙漠水稻覆膜机，沙漠水稻覆膜机是自走式的宽10米、长12米每次在平整完土地后可以一次性完成宽9米，深挖0.8-1米深取土、覆膜、回填沙土等工序，而且还可以实现双材料防渗膜的铺设，双材料膜可以降低成本增加使用寿命在沙土下没有风吹日晒可以采用薄或普通膜，在边沿能有风吹日晒的地方采用成本高的防老化厚膜。而且沙漠水稻覆膜机有定深调节水平的功能还可以在膜损坏的情况下把铺设在地下的旧膜取出再铺上新膜。这个设备效率高而且防渗膜直接铺设在平整的硬沙地上减少人为因素增加膜的使用寿命有效的防止漏水的情况发生。田地设有灌溉管，排水管系统。

（3）有机肥施肥

稻田建设完成后，投施有机肥，、有机肥翻堆机抛撒机可以自走完成有机肥均匀混合菌剂、散热翻堆、发酵好的菌肥在稻田里均匀散肥，并且还可以作为作业运输车。

（4）沙稻育苗

在每年的4月中旬至5月初，进行稻苗的培育，选用优质有机培养基如牛粪羊粪等制作稻苗培养基。设计制造了育秧基质烘干有机肥烘干稻谷烘干3种功能于一身的热风烘干窑，实现育秧基质灭菌灭草籽有机肥灭菌灭草籽防止外来物质污染稻田，收获季节赶上雨季也能烘干稻谷防止发霉不造成损失。

（5）水稻农艺管理

插秧选用自动打穴插秧机进行大田插秧；清水自田地表面自上而下流动，始终将盐分压制，防止影响作物；按照常规田间管理，随时监测土壤电导，墒情；待沙稻成熟后采用自动收割机收割沙稻；以其他地区经验，每亩沙稻产稻米约200-400kg。

   4.海产品养殖工程

（1）高矿化度矿井水综合利用方案

高矿化度矿井水，在目前行业中，将其视为一种废弃物，而没有将其视为宝贵的资源。高矿化度矿井水形成原因与盐湖卤水一致，都是水将岩石中可溶性矿物质溶解后形成的，其与盐湖卤水都是宝贵的资源。目前，国内相关单位进行了低矿化度矿井水、地下卤水、盐碱地卤水的养殖研究工作。但对于高矿化度煤矿疏干水，目前没有进行相应的研究。我方提出高矿化度矿井水分质利用方案，以高矿化度矿井水利用膜技术分离淡水后用于沙漠农业，采空区生态修复。RO产出的浓盐水经过适当调理后用于养殖海产及盐藻等资源化作物。方案技术路线如下：

图3 矿井水海产养殖技术路线

（2）矿井高盐废水对虾养殖

图4 废水对虾养殖技术路线

矿井高盐水自RO浓水池流入养殖场后，进入水质调节池，水质调节池上安装GAIA反应器，打开GAIA反应器进水泵，开启GAIA反应器，循环处理水质调节池内高盐水，定时检测废水中的重金属，有机物含量，观测水质颜色，气味、符合养殖用水要求后关闭GAIA反应器及进水泵。

检测处理后的高盐水，分析其盐分组成，根据盐分组成不同添加淡水，调理剂等物质，调节水质，使其适宜养殖使用。

调节合适后，送入养殖水存储池，存储池设GAIA反应器，用以控制存储期间的水质，防止微生物滋生。存储池内设置曝气系统，维持养殖用水一定的DO。存储池内的养殖用水，将被用于藻类，育苗，成虾养殖。

（4）藻类养殖

盐藻（Dunaliella salina），亦称“杜氏藻”。绿藻纲，盐藻科。一类极端耐盐的单细胞真核绿藻。藻体无细胞壁，体型变化大，有梨形、椭圆形等，具两条等长鞭毛，体内有一杯状色素体。纵裂或配子生殖。生长于海水中。富含ß-胡萝卜素。可人工培养从中提取甘油或胡萝卜素。并可作鱼、虾、贝等幼体的饵料。盐藻是一种生存在高浓盐湖中的单细胞真核藻类，属浮游生物。是目前发现的唯一能在高浓度盐水中生存的奇特生命，由于富含独特而丰富的生命元素，被世界科学界誉为“细胞的动力源”，“生命的保护剂”。在我国，中盐集团在吉兰泰盐湖建设有盐藻养殖基地。高矿化度的矿井水RO分离后产生的浓盐水，作为一种卤水资源，可以代替内陆盐湖卤水进行盐藻养殖。

图5 盐藻养殖工厂

盐藻是一种极端生物，它可以存活于盐度范围很宽的海水、卤水中。就其商业养殖来说，其目的是追求单位水体中藻的最大生物量和盐藻细胞中的最高胡萝卜素含量。盐藻的适宜温度范围在15～30℃，在此温度下藻体可快速地生长繁殖；高的光强和长时间的光照有利于胡萝卜的积累；另外工厂化养殖盐藻的卤水需求量较大，所以盐藻培养需要选择具有高光强辐射、干旱少雨和可提供廉价卤水的地方。在日照时间长、四季有风且单日降雨量小于30mm的盐场区域养殖盐藻是不错的选择。同时要考虑盐藻养殖池要建在地势平坦。

培养介质的组成直接关系到户外大面积养殖的效果，以生产β-Carotene为目的的盐藻工厂化养殖需要大量的高盐度卤水。用淡水加盐的办法也可使培养液达到所需要的盐度，但会使养殖成本大幅增加。我方采用RO浓水自然蒸发浓缩后的卤水来配制培养基，是较佳选择。

图6 挖坑筑坝土工膜防渗藻类养殖场建设