矿区生态环境恢复分析

环境生态学论文矿区生态环境恢复分析摘要讨论了矿区生态环境恢复的理论基础分析了矿区生态恢复演替的4个阶段模式,在此基础上,提出了矿区生态环境恢复的策略和综合技术体系最后对矿区生态重建的认识和方法论提出了建议。ABSTRACTINTHISPAPER,THETHEORETICALBASISFORTHERESTORATIONOFECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREAWASDISCUSSEDANDTHEFOURPHASEMODELFORECOLOGICALRESTORATIONSUCCESSIONOFMININGAREAWASANALYZEDONTHISBASIS,THESTRATEGYANDINTEGRATIVETECHNICALSYSTEMTORESTORETHEECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREAWEREPUTFORWARDFINALLY,SOMESUGGESTSEPISTEMOLOGYANDMETHODOLOGYOFECOLOGICALREHABILITATIONINMINEAREPRESENTEDOUT关键词矿区生态恢复生态学土地复恳KEYWORDSECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREA,RESTORATIONECOLOGY,LANDRESTORATION矿山开发会对矿区的大气、水和土壤造成污染甚至严重破坏。矿山开发造成的生态破坏是指在矿山开发与生产过程中对地表景观和生态系统的破坏如挖损、压占土地、地表塌陷、破坏地表原生植被等,主要表现为矿区土地及其周边地区生物生存条件的恶化、生物量减少,环境总适宜性降低环境污染是指矿产资源开发利用过程中产生的大量废气、废水、废渣等有害物质严重污染矿区的空气、水质和土壤。因此,大气、水、土地的修复治理乃是矿区生态环境恢复的主要任务。矿区生态恢复的目的是使被矿山开采破坏了的生态系统重新具有生产价值、社会服务功能和生态环境平衡功能,即重新实现经济效益、生态效益和社会效益的平衡。1、矿区生态恢复的理论基础11矿区生态恢复研究20世纪80年代,出现恢复生态学专著,从理论与实践两方面研究生态系统退化、恢复、开发和保护机理问题。它所研究的对象是那些在自然灾变和人类活动压力条件下受到破坏的自然生态景观的恢复和重建的问题。它涉及了大量在自然生态系统过程中未曾涉及的方法学问题。1980年,CAIMS主编了受损生态系统的恢复过程一书,8位科学家从不同角度探讨了受损生态系统恢复过程中重要生态学和应用问题。同年,BRANDSHAW和CHDWICK出版了RESTORATIONOFLNAD,THEECOLOGYANDRECLAMATIONOFDEGRADEDLAND。1983年,在美国召开了“干扰与生态系统”国际研讨会,探讨了干扰对生态系统各个层次的影响1984年,在美国威斯康星大学召开了恢复生态学研讨会,强调了恢复生态学理论与实践的统一性,并提出恢复生态学在保护与开发中起重要的桥梁作用。1996年,在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会,大会强调恢复生态学在生态学中的地位,恢复技术与生态学的连结,恢复过程中经济与社会内容的重要性,随后国际恢复生态学会每年召开一次国际研讨会。当前在恢复生态学理论和实践方面走在前列的是欧洲和北美,在实践中走在前列的还有新西兰、澳洲和中国。由于生态恢复多数是在极端条件下进行的,可能不是一步到位,而需要通过一串目标来实现,恢复生态学方法的主要理论意义就是说明如何实现这一逆向演替过程。其中,矿区生态重建更不例外,因为矿区生态重建是生态学中典型的极端条件下的恢复和重建,如图1所示。图1矿区生态系统的退化、恢复和重建12矿山生态环境恢复治理现状与差距121矿山生态环境恢复治理与国外差距加大在国际上，矿区生态环境恢复治理作为生态建设和环境保护的重要内容，倍受重视。美国、德国、加拿大、巴西和西班牙等国家都制定了专门计划，政府投入大量资金进行矿山生态环境恢复治理，矿山土地复垦率已达到5O一70，远远高于我国12左右的复垦率。据不完全统计，仅美国内政部每年投入老矿山和废弃地环境恢复治理和土地复垦预算就近2亿美元，对废弃矿山生态环境恢复治理和土地复垦给予专项投入。日本政府特别重视矿山环境的管理和治理，并建立了一系列比较完善的矿山环境管理和监督体系，制定了行之有效的法律法规，投人了相当多的资金，加快了矿山环境治理技术的研究和开发，并形成了中央政府、地方政府、私人企业共同承担矿山环境治理义务等比较完善的“三位一体”体系。部分发展中国家也加快了矿山生态环境管理的步伐。例如，印度非常重视矿山环境的保护管理，在一系列法律法规中，对污染控制、地表土的堆放和重新利用、废石的堆放、土地复垦、地面沉陷的控制等作了明确的规定。巴西政府1991年宣布19912000年投资1200亿美元保护和恢复治理亚马逊地区主要由开采矿产资源引起的生态和自然资源破坏的计划122我国开始重视矿山生态环境恢复治理工作目前，我国在矿山环境保护方面的立法、管理体系、科学技术上都有了很大进步，矿山生态环境恢复治理和土地复垦具备了一定基础。主要表现在一是党和国家的高度重视，要求加快矿山生态环境恢复治理工作；二是将矿山环境保护作为国土资源规划的重要内容，确定了矿山生态环境保护的目标任务；三是正在积极推动调查和生态环境恢复治理与土地复垦试点工作；四是社会经济条件趋向成熟，生态恢复治理技术不断进步，资源利用水平提高，生态恢复治理的手段不断完善；五是加强矿山环境和土地复垦的规范管理和制度建设，矿山生态环境恢复治理和土地复垦规范管理的一些内容已列人标准化工作当中。13矿区土地复垦和生态演替的理论研究土地复垦是生态恢复的核心内容。矿区土地复垦根据产生的原因可分为三类一是由剥离的表土、开采的废石及低品位矿石堆积形成的废石堆弃地二是随着矿物开采形成的大量的采空区域及塌陷区,即开采坑废弃地三是利用各种分选方法分选出精矿物后的剩余物排放形成的尾矿废弃地。近年来,土地复垦基础理论研究在如下几个方面取得了一些进展,包括采矿的空间规划和企业规划对土地复垦的指导作用土地复垦与采矿工艺的有机结合使采矿损失土地生产能力最小化农、林复垦用地表土层的重构以及土地生产力提高。生态演替理论是矿区生态恢复理论的基础。生态演替理论认为,在退化生态系统中的植被恢复是恢复生态学的首要工作,因为所有的自然生态系统的恢复和重建,总是以植被的恢复为前提的。生态恢复的步骤包括4个环节,尾矿的综合利用,即从废弃物中进一步回收有价元素、作为二次资源制取新形态物质、填充井下采空区土壤治理、包括挖出污染土置换客土或者进行适宜的化学改良植被恢复，即利用人工植被的方法改善和恢复生态系统微生物恢复,包括抗污染细菌的接种、接种高效生物、接种营养生物。131生态恢复的概念生态恢复一般泛指改良和重建退化生态系统,恢复生态学潜力和有益于重新利用。生态恢复并不是意味着在所有场合下恢复原有的生态系统,这既没有必要,也没有可能,生态恢复的关键是恢复生态系统的功能,并使系统能够自我维持。矿山生态恢复就是矿山开采后土地治理和恢复,是为了建立与当地自然生态相和谐的人工生态系统,恢复矿区废弃地的生物学潜力,并且有利于矿区土地的重新利用。一般意义上的生态恢复,即指土地复垦。132矿山生态恢复的理论与试验研究在理论方面,国内外研究者对矿山生态恢复提出了一些新的技术对策和成果1提出了从沉陷地资源合理利用和复垦管理到复垦工程技术诸多方面的对策2提出了复垦工程的成本、效益的计算公式和经济评价方法3土壤改良的生物技术和矸石快速熟化技术等4提出了尾矿影响植物定居的主要限制因子及其改良措施5通过生态调查和试验手段,筛选出多种可用于尾矿生态恢复的植物种类6发展了尾矿酸化的快速、准确的预测方法,并提出了相应的控制酸化措施7深入讨论尾矿植物自然定居的过程和机理,丰富了恢复生态学理论8应用豆科植物和菌根、引入土壤种子库对尾矿废弃地植被恢复的作用9研究了重金属在重建植被中的迁移与积累规律10建立了十多个野外实验基地11利用人工湿地处理金属矿山废水的研究也取得了长足的进展。14以可持续发展为主导思想的理论研究在过去的20年,几乎所有国家为实现可持续发展目标均立法或修改相关法律以减少采矿的负面影响。在可持续发展理论指导下,各国对矿区生态恢复提出了更高要求加强对采矿前后生态资源的调查和研究在进行重建时,使新建景观和周边景观和谐地融合在一起,并有较高的经济、生态和美学价值自然保护、物种保护和经济用途在景观生态重建过程中具有同样重要的地位。为保护本地动物、植物物种而构建的生态空间,是生态恢复方案不可分割的组成部分生态恢复是对矿区采矿迹地状况的改善、环境的保护,同时也为经济发展提供了基础。2、矿区生态恢复演替模式分析矿区生态重建或恢复,目前尚无确切的概念。在对概念界定之前,首先讨论我国目前矿区生态系统可能出现的4种演替模式见图2。图2矿区生态系统演替的4种模式可以看出,我国大多数矿区的共同特点是处在生态脆弱区,有较充足的光温资源,较贫瘠的水土资源和较丰富的矿产资源。矿产资源开发的结果是光温不变、土水废弃、矿石耗竭。在进行矿产资源开发前,原脆弱生态系统将有两种可能的演替模式。模式一属于一般整治下的稳定生态系统,因不可能得到矿山经济的支持,故此种生态系统仅可低水平持续发展。模式二维持现状,因无任何外来经济的支持,属于不整治下的不稳定生态系统,故不可持续发展。在进行矿产资源开发的情况下,原脆弱生态系统也将有两种可能的演替模式。模式三是在矿山经济支持和人工诱导下重建的高稳定生态系统,故此种生态系统可高水平持续发展。模式四不作处理,仅靠自然恢复,实践证明,在原生态系统远未“超负荷”的情况下,系统有“自净”的能力,随着时间的推移,系统可能自然恢复,但对目前造成如此大规模的矿区极度退化生态系统已“超负荷”运转,不可能再靠“自净”而自我恢复,而只会使极度退化生态系统再度恶化,故不可持续发展。3、矿区生态环境恢复的策略与技术31矿区生态环境恢复的策略矿区生态恢复范围从空间尺度包括狭义的“矿区”,即矿山生产作业区、影响区和广义的“矿区”,即包括矿山生产作业区、影响区、矿山职工及其家属生活区、依托矿山演替而成的乡镇等。从时间尺度上发端于采矿设计阶段,终止于矿山闭坑后达到重建生态系统相对稳定的时期。因此矿区是以采矿业为中心,包含矿区内工、农业生产和其它有关社会、经济领域的一个特殊的“区域”,是一个复杂的“自然社会经济”的综合体。矿区生态环境恢复是一个涉及多学科的复杂的系统工程,并具有显著的工程技术特征,属多学科交叉的综合性应用学科,它要求多学科专家携手攻关。矿区生态环境的破坏是矿产资源开发中不可避免的、与矿山的规划设计和生产密切相关,并且其生态环境破坏大都是可以预见的。所以,矿区生态环境恢复应改变过去被动的、“先破坏、后修复”的模式,而应转变为主动的、超前的、动态的并贯穿于矿山开发全过程的发展战略。“主动的”修复战略是指人们主动地按照矿山开发和生产的时空变化以及当地的区域发展需要,对矿区生态系统的组成、结构、功能和破坏特征进行积极的调控,恢复重建一个高水平、可持续的生态系统,特别是主动地从矿区的社会形态、经济组成、产业结构、人类行为、价值伦理等进行区域综合规划、评价、整治和管理,突出人地关系,追求整体协调、共生协调和发展协调。“超前的”修复策略是指基于预测的矿区生态环境破坏,超前地采取一些治理措施,从而减轻生态环境破坏程度,及早恢复破坏的生态环境并节约修复费用。“动态的”修复策略是指在矿山开发的每一阶段从勘探、设计、基建与生产到报废均同步开展矿区生态环境修复工作,并根据生产的变化及时调整恢复治理规划,使矿山开发更科学、合理,也使矿区生态环境修复工作既经济又有效。311矿山污染控制与生态恢复研究发展展望矿山废水和尾矿是造成矿区环境污染的主要原因,因此矿区污染的控制及治理也主要从这两方面进行。重金属与其他元素污染和尾矿中有用矿物的回收利用将成为进一步研究的发展方向。矿山生态恢复作为较新的研究领域,理论体系与工程应用需要大大加强和完善,存在着广阔的发展空间。1对矿区水体和土壤进行采样分析,建立各类矿山主要污染元素污染程度的数据库,建立矿山污染的评价指标体系,深入研究矿山尾矿和废水中污染物的释放与迁移规律,研究污染物在水体和土壤中迁移扩散的动力学特征。2矿山尾矿及矿渣中仍存在大量的有价元素,研究开发新型的矿物采选与加工工艺,提高矿物的利用率,从尾矿和矿渣中提取回收有价物质,将是未来矿物加工与资源综合利用工程需要进一步研究的重要课题。3矿山废弃地生态恢复与重建的关键是先锋植物的筛选和基质改良。各种植物对各类矿区废弃地的生长适应能力需要大量的实地调查与试验工作加以发现,从而建立丰富的先锋植物数据库,可与景观类植物的培育结合形成产业发展链。矿区废弃地土壤基质的改良应与先锋植物试验相一致,充分利用尾矿砂、垃圾肥等各种有效的基质改良剂,并通过覆土措施恢复和提高生物多样性。312可行建议措施（1）建立多渠道的资金投入机制，加大矿山环境恢复治理的力度政府预算内基本建设投资、财政支农资金、农业综合开发资金、国土整治费、新增建设用地有偿使用费等，都应把国土综台整治和矿山生态环境恢复治理作为一项重要内容，统筹安排，多方位筹集资金。国家应加大资金投入，设立矿山环境防治专项基金，形成多渠道的资金筹集体系。矿山生态环境恢复治理，废弃矿山主要由国家投资；即将废弃的老矿山由国家、地方和企业分担，分清责任，原则上国家、地方和企业按照111的比例筹集资金；新上矿山或新的矿山环境问题，严格按照现行法律法规执行，由企业负担。通过政府的示范引导，本着“谁投资，谁受益”的原则，制定一系列鼓励投资矿山环境治理的优惠政策，从而造就多渠道投资的良好气氛。参考一些地方的成功经验，国家可以制定以下优惠政策规定外商和其他单位个人单独投资复垦治理国家已征用的塌陷地，从收益之年起，10年内免交国有土地使用费，10年后实行减半征收；其他单位或个人复垦国家未征用的塌陷地从事粮食生产的，3年内免交合同定购任务，并按国家有关规定给予税收优惠；外商和其他单位及个人投资人股参与复垦治理的，按其投资比例享受收益分配。（2）采取有效的经济保障措施，建立矿山生态环境恢复治理保证金制度在发达国家及大多数发展中国家，最近一些年来都为矿山环境的保护和治理设立了各种各样的保证金和财务担保制度，以确保矿山环境治理和矿地复垦等工作落到实处。实行矿山环境保护财务担保，在矿山开采作业期间防治潜在的现行环境损害，或用于复垦。借鉴大多数国家的经验，在矿山环境管理中，应把矿山环境的保护与治理与经济措施密切结合起来，尽快实行矿山生态恢复和土地复垦的保证金制度，并根据我国的实际情况制定企业能够接受、环境恢复能够保证的保证金额度。32矿区生态环境恢复的技术体系鉴于矿区生态环境的复杂性,其科学的恢复应是综合治理,为此,人们提出了矿区生态环境恢复的综合技术体系。矿区生态环境恢复的综合技术主要包括监测、预测及风险评估技术,管理技术,规划设计技术,工程修复技术,化学与生物技术等。矿区生态风险评价大致包括暴露评价、危害评价、受体分析和风险表征等内容,为矿区生态环境治理技术的选择和有关法律与技术标准的制定提供依据管理技术主要对受损生态环境资源进行科学的管理、宏观过程管理以及整个矿山生命周期的环境修复管理技术规划设计技术就是在详细调查、风险评估的基础上,运用先进的规划技术进行矿区环境恢复的规划设计工程修复技术应根据不同的破坏特征、不同的自然条件采取不同的技术措施,主要包括生态破坏的环境污染的工程物理修复技术,提高和改善重建矿区系统生产力和环境安全的各种化学和生物措施,其中包括生物工程植物恢复、生态工程即土地复垦工程技术与生态工程技术结合的技术、土壤改良技术等。图3矿区生态环境恢复的综合技术体系4、结语矿区生态恢复或重建不是在采矿出现环境问题之后才采取的一种后患治理措施,而是在开采之前就预测可能发生的环境问题,在开采中尽量避免或减少开采对环境的破坏,对策应该是超前的。矿区生态重建所追求的主要目标不是原始的环境,而是主动按照采矿的时空发展顺序和最终符合人类需求和价值取向,重建一个高水平、可持续支持系统,对策应该是主动的。矿区生态重建不是仅对采矿造成的污染进行限制、赔偿和投资,而是从社会经济自然复合生态系统的角度,突出人地关系,追求整体协调、共生协调和发展协调,对策应该是和谐的。矿区生态恢复或重建不是单纯工程