澳大利亚的矿山环境恢复技术与生态系统管理

澳大利亚的矿山环境恢复技术与生态系统管理澳大利亚是一个重要的矿业国，矿业每年给澳大利亚的经济带来约400亿美元的产值。但在过去，由于对环境保护措施以及废物处理不当所造成的影响缺乏了解，大多数开发项目只注重生产，很少考虑生物多样性和生态状况，使矿业活动遗留下许多问题，如废弃物没有得到有效处理、河流污染、山坡裸露等。最近，澳大利亚政府巳经花巨资恢复历史活动对环境造成的破坏，加大对矿山生态环境的治理力度。但目前对矿业部门来说，矿山生态环境问题仍然是它们必须认真解决的问题。澳大利亚之所以在矿山生态方面能取得良好成效，主要是因为它们既注重技术应用，又重视管理保护。澳大利亚在恢复技术方面在国际上处于领先地位，特别是矿山现场生态恢复。1996—1997年期间矿业部门花了3.69亿美元用于环境保护，主要用于废水管理、水资源保护以及生物多样性和景观生态系统的保护方面。同时，由于除了在农用地上进行的采矿活动外，大多数矿山是在闭坑后建立本地生态系统。因此，为了在不利的环境条件下使这些生态系统成功地得以建立并达到稳定，在技术发展方面仍然有许多的工作要做。在管理上，澳大利亚还要求，如果对矿产资源进行开采，需要取利益相关者的同意，至于矿业部门将来能否继续进行开采，则越来越取决于它们在生态环境保护工作方面的成效。特别是在立法上，澳大利亚通过制定相关法律对矿山生态环境进行有效的管理。如1996年，澳大利亚矿业协会发起制定了澳大利亚矿山环境管理规范，其主要目的是在矿产开发的各个阶段，即从最初的勘探、闭坑到最终的矿山恢复，为促进环境管理工作提供一种框架。下面分别从技术和管理两个方面介绍澳大利亚在矿山生态系统管护方面的理论和经验。1.矿山生态系统恢复的技术澳大利亚早期的采矿活动一般是地下的，对地表所造成的影响较小。但由于对生物种群不太关注，而且对环境问题缺乏了解，所以常常根本没有对矿山环境进行恢复。而现在越来越多的矿山采取大规模露天开采的方式，这样所造成的影响要比小规模地下采矿活动更大、更广。然而，由于现代采矿活动造成的废弃物和尾矿坝要按照高标准进行恢复，这就减轻了对生态系统所造成的影响。矿山一般有附属矿井，另外还有运输公路及基础设施，这势必会对生物多样性功能（如水文和动物的迁徙）产生影响。为了最大程度减少对当地生态系统的影响在监测和管理方面对新矿山的要求更加严格。目前，澳大利亚矿业部门为了进一步了解当地的生态系统，提高对受影响地区的恢复水平，巳经开展了许多工作，这大大地改进了闭坑后矿山地区的生态环境质量。1.1表土处理和苗床管理技术表土是否富有生命力对于矿山土地的恢复非常重要，这一点巳为矿山恢复活动所证实。例如，在西澳大利亚所恢复的铝土矿坑里红柳桉树森林种群中，77%的物种来源于土壤种子库。而对于植被生物量中不复存在的许多物种的种子，特别对于早期的演替物种，土壤种子库常常是它们的唯一来源。在受到扰动后的最初阶段.这些物种对种子库的发展具有促进作用。表土还原是目前止在利用的一项技术。虽然并不都能直接将表土还原，但大多数矿山还是利用了这项技术.并最大程度地减少堆放表土的时间。澳大利亚有关人员为此对种子的掩埋进行了研究，结果表明，当深度超过5?10CM时.许多物种就难以发芽了。此外还发现，土壤的堆放降低了土壤种子库的活力。利用岩石护体降低侵蚀，形成有利于建立本地植被的小气候，也是一项可行的技术。在陡峭的斜坡上只利用表土不可能阻止发生侵蚀。从而减缓植被形成的速度。如果结合石块铺砌方法，可以利用表土来保护所恢复区域内的生物多样性，同时铺砌的石块可以防止将来一些突发性事件，如暴雨或火灾等。利用肥料来促进幼苗的早期生长直到能够形成有机物以及营养物质的循环为止，这样可以促进矿山生态系统的恢复。许多公司在所恢复的区域内，将提炼铝土矿时产生的能够吸收磷的矿渣加入到沙质土壤中，可以增加土壤的肥力，目前巳对此项技术进行了调查，而且取得了一定的成效。土壤松动技术在澳大利亚运用得很普遍。由于在恢复活动期间，重型机械在土壤表面反复碾压，可能在下面形成硬质底层。如果用推土机或铧犁犁动深部，就可以松动地下密实层.使深根物种在恢复区内能够长期生存。土壤松动技术还可以帮助形成小气候.使水发生渗透，从而最大程度地降低侵蚀作用，同时还可以有助于源汇区的发展，促进营养物质的循环。1.2种子撒播技术在种植计划中，通过撒播种子能够帮助建立本地物种。矿业部门为此做了大量的工作.通过利用种子处理和储藏技术、选择撒播种子的时间、开发休眠中止技术以及各种工程措施，形成了低成本、高效率的种子撒播技术，使生态系统得到最大程度的恢复。矿业部门利用直接播种技术来恢复闭坑后的矿山土地，而种植管桩幼苗在所恢复景观中只占较小的一部分。在种子来源方面，尽可能在活动地附近寻找种子。同时由于种子撒播的成功取决于气候和发芽后的降雨情况，所以为了最大程度地提高种子在干旱区的成活率，矿业部门一般只预先处理30?50%的种子，如果最初的种子没有成活，种子库中还有一部分可供备用。在澳大利亚通过烟熏来帮助在矿山环境中重新播种植被潜力巨大。因为对于生态系统中的许多植物种类来说，烟熏能够促进种子发芽。所以在播种成储藏前，为了解决种子的休眠问题，可以用烟熏作为一种处理方式。为此在维多利亚的桉树林曾进行过一项研究，结果表明，没有发现烟熏对于种子发芽有不利影响。该研究结果支持将烟熏作为撒播种子的一种常规处理方式，这项技术在澳大利亚一些矿业公司得到了利用，可用来改善所恢复地区的物种补充和生态系统状况。1.3利用单一我种和外来物种方法许多矿山一直是利用单一栽种和外来物种对矿山生态进行恢复。而外来植物种类（以及动物和微生物）可能明显改变澳大利亚的生态系统。在某些地方，巳经出现了这种情况，对生态系统造成了危害。因此，在澳大利亚的“生物多样性国家战略”中，其中有一个目标是在生态系统恢复工作中鼓励使用本地物种，不再使用非本地物种（不管是国内的还是国外的），防止非本地物种繁殖传播。而在过去，外来固氮作物或者保护性作物用来帮助改善矿山土壤，提供有机质以及稳定土壤表面。通过土壤种子库的补充恢复，这些物种中有许多一直存活干闭坑后的矿山环境中。目前，在矿山开采区，大多数恢复活动是在混合种子中使用外来物种，或者利用不育的、不结果的外来物种，目的是帮助稳定土壤，使本地物种能够建立起来。在常年利用外来物种来稳定土壤的地方，巳进行了认真监测，使这些物种不向邻区蔓延。例如，在过去的30多年中，澳大利亚Alcoa矶土公司一直在西南澳大利亚的红柳桉树林中开采铝土矿。在这段时期，矿山生态系统恢复的标准不断发生变比。在上个世纪70年代早期以前，闭坑后的矿山生态系统是利用外来松树来恢复，按照非底层播种的方法来种植。而松树不利于当地废土层的发育，因此底土层物种很少能生长起来，只有松树能够成活。所以在上世纪70年代就停止了松树的栽种。由于对当地上层物种对疾毒苗引起的顶枯病的敏感性缺乏了解，后来选用了非本地的桉树物种。在种植桉树的地方（这些桉树来自东部各州），于下层土中播种了本地出物物种。这些地方要比松树林具有更高的生物多样性，但生物品种没有采矿的那么齐全。在过去数年中，随着认识的提高、对生出多样性的重要性认识的增强以及技术的进步，矿业部门的恢复目的总体上巳经发生了显著的变化。在考虑红柳桉树林这样一个复杂的、具有高度多样性系统时，Alcoa公司目前的战略是恢复一个稳定的、具有自生能力的森林主态系统，维持或提高在水、木材、休闲娱乐和环保等方面的价值。1.4建立动物栖息场所许多矿业公司都面临这样的问题，即在矿山生态系统恢复过程中，一些动物栖息场所（如树木、树洞和树枝堆等）需要很长的时间才能建立起来。许多公司正利用矿山开采前在附近清理出的物质来建立动物栖息地。栖息场所的组成物质可能是干木材、木材堆、岩块或者这些物质的各种组合，其周围堆培有土壤。在闭坑后再次引入栖息原木，这有助于本地动物在矿山生态环境中的演替。矿业部门在恢复工作中还使用了巢穴箱，这可以供各种小型材栖哺乳动物和两栖动物使用。如北Stradbroke岛的金红石联合有限公司在其所恢复的砂矿山上就设立了原木堆和高硒木。目的是为了吸引猛禽和其它鸟类、而这些动物又可以将植物种子和营养物质带到所恢复的地区。1.5恢复水生栖息地为了说明矿山生态实践活动，特另是采矿活动对河流下游水生植物群落及其生物多样性的影响，下面列举了澳大利亚北部热带地区具有对比性的两个实例。第一个是RumJungle铜铀矿，该矿目前巳经停产，但由于酸性岩石的排泄，对下游的生态巳造成了严重的影响。从1983年到1985年，联邦政府对矿山进行了恢复，共花费1800万澳元.使每年排入Finniss河的痕量金属和硫酸盐的数量大大减少（大约减少70%）。而污染物减少后，矿山以下河段中的淡水生物群的多样性和丰度增加了。第二个是目前正在生产的Ranger铀矿。它为单一金属矿，铀在矿体中的富集浓度很高，而且铀在矿山废水中具有潜在生态毒物。该矿也是澳大利亚受到最严格管理的矿山。在过去20多年中，巳开展了一项广泛的地学和生物监测计划，连续对Magela河进行了生物监测，并且对矿山废水进行了毒性评价。到目前为止，尚无迹象证实矿山废水对Ranger矿山下游的水生生态系统造成了明显的影响。通过对这两个矿山几十年的广泛研究，还获得了一个长期性数据库，可以根据所测量的污染物（如金属和/或PH值）浓度来量化实际的和预测的生态影响。同时也进行了一些其他研究，如调查金属有机物相互作用（即吸附作用、毒化）的机制，特别是对与水生金属物种形成有关的生物响应的了解，其中包括水质变化（如PH值、硬度、碱度和溶解的有机物质）如何影响痕量金属的生物可获性。这种方法提高了在一系列水化学条件下预测金属对生物影响的能力。2矿山生态系统的管理方法和经验2.1坚持生态可持续发展和预防性原则实现生态可持续发展（ESD）的关键是对生物多样性进行保护和适当管理。在澳大利亚的许多政策中，特别是国家生态可持续发展战略（1992）以及澳大利亚生物多样性保护国家战略（1995）中.巳经提到了预防性原则。在有关环境的政府部门协议门（I?GAE）中也提出了这一原则，即：“如果存在严重危害或者不可逆转的环境危害所造成的威胁，那么就不应当以缺乏充分的科学根据为由，推迟采取各种措施，防止环境发生退化。”澳大利亚矿业部门为了继续保持运转，采取了预防性原则，事先采取各种措施来防止环境发生退化，并在保证生态可持续发展的前提下开展活动。目前，澳大利亚在了解生态系统和生物多样性某些方面的恢复能力上，还有不少研究工作要做。而且日常常在系统出现明显的生态退化之前，不了解系统能经受多大的和什么类型的外部干扰，也不知道系统退化持续多长时间。由于这些不确定因素矿业部门更应当采取各种预防措施，并加强生态系统的研究。2.2注重发展新的技术方法要想对生态系统进行有效管理需要克服各种制约因素，其中一个主要制约因素就是，对于生物多样性随外来干扰发生变化的方式缺少有关的科学数据。为此.澳大利亚矿业部门注重发展新的技术方法和数据采集。在1996年，矿业部门开展了有关研究项目，发展新的技术方法。确定重建生态系统所需要的潜在生态过程是否会在所恢复的矿区出现。其中“生态系统功能分析”（EFA）非常有效，它是根据对牧场生态系统20年的研究，对一系列因素进行了调查，目的是确定在一定的时期内，生态系统达到自我可持续性和营养物质循环的程度。该方法由二个模块组成，即景观功能分析（LFA）、植被动态特性和栖息地复杂性。简要地说，景观功能分析是调查生态系统资源（如水、土壤、有机物和营养物质）如何在系统内滞留和循环，植被动态特性是将所恢复区与类似地区进行比较，而栖息地复杂性则是根据许多特征进行评价，如树荫覆盖、灌木覆盖、地表植被覆盖、树叶量以及水的可得性等。该方法目前巳经得到推广，并充分利用了澳大利亚类型不同、环境有别的13个矿山的数据。日前，“生态系统功能分析方法”先后为矿业部门和政府所采纳，以此作为澳大利亚矿业环境研究中心（ACMER）的矿业资助研究的一部分，并且正在通过进一步的矿山现场试验来做出评价。2.3加强立法.规范管理在保证矿山生态系统进行有效恢复方面，矿业部门和政府主要通过教育和鼓励的方式进行管理，而不是通过管理人员采取行政命令的方式。为了保证这种管理的有效性，矿业部门制定了相关的法律条例，如澳大利亚矿业协会在1996年制定了“澳大利亚矿山环境管理规范”，并将有关生态系统保护问题纳入到其他法律条例中。2.3.1制定澳大利亚矿山环境管理规范1996年澳大利亚矿业部门制定了“澳大利亚矿山环境管理规范”，意味着各矿山单位在环境管理方面共同遵守下列7项原则：对于所有开展的活动承担环境责任；密切与社区的关系；将环境管理综合到工作方式中；最大程度地减少各种活动的环境影响；鼓励对产品开展有责任的生产和使用；继续改善环境工作;就环境工作进行交流。对该规范的承诺也随之带来许多的义务。总的说来，这些义务是：无论公司在什么地方运作都应该执行该规范；在注册的两年时间内，提交年度公共环境报告；完成对规范执行错况的年度调查，根据规范的原则对进展情况进行评价；要有一名审计员对调查结果进行核实，而且至少每三年核实一次。对于“澳大利亚矿山环境管理规范”来说，其中的一项基本义务就是在两年登记时间内编写出年度公关环境报告。在2000年，世界野生动植物基金会（WWF）对各矿业公司所提交的32份环境报告进行了独立评估，并对该规范提出了批评意见，其中主要是没有区分各矿业公司不同的环境活动水平。为了对矿业公司所提交的报告进行评价，世界野生动植物基金会巳经制定出了报告的规范格式。鉴于社会对环境活动独立评价的关注和重视，矿业部门巳经组建了澳大利亚矿业外部咨询小组（EEAG），就有关如何调查和改进环境活动方面的问题，可以通过这种途径得到独特的建议。2.3.2推行联邦环境保护和生物多样性保护法（EPBC）联邦政府1974年制定井实施了”环境保护法。根据该法令，对于需要在联邦层次获得通过的那些项目，都要求提交一份环境影响报告（EIS）o2000年7月16日，该法案纳入到1999年制定的“联邦环境保护和生物多样性保护法”（EPBC）中。根据这个新的法案对于具有全国性环境意义的各种活动，需要经过严格的推荐、评价和批准等程序。该法案目前确定了具有全国性环境意义的6个方面：世界遗产特性；具有国际意义的Ramsar湿地；所列出的受威胁的物种和生态种群；所列出的迁徙物种；联邦海洋区域；与原子能有关的活动（包括铀矿开采）。2.3.3各州国地制宜.制定了相应的法规由于澳大利亚各州负责各自区域内的环境管理，所以它们为评价矿业项目的环境影响，也制定了相应的程序。这种自治方式在全国范围内形成了不同的环境立法。例如在昆士兰州，1994年制定的“矿产资源法”（及以后的修正案）要求矿山承包人必须提出经认可的环境管理总体战略（IMOS），该战略是政府与矿山公司或承包人之间的一项协议，需要执行环境保护措施，对受到破坏的土地进行恢复。在新南威尔士州，对于环境管理计划，也有类似的正式要求。这些管理类型有许多，包括一个后备储蓄系统，涵盖矿山生态恢复所需的费用。但由于这些后备储蓄往往太低，再加上通货膨胀，一些恢复工作需要得到州政府的资助。Bradfield等人（1996）认为，过去10年中澳大利亚在生态系统管理和控制方面有以下趋势。首先是由于认识到大多数环境问题的系统性特征，从而推进了更具有整体性、综合性的立法工作。各州现巳颁布的环境保护法案，包含以前针对单个问题的许多立法条例。综合性立法现在常常由某一政府组织来管理。第二个重要趋势是，随着澳大利亚和国际社会对环境问题日益关注，许多州的立法审查更加严格，这进一步抑制了将对生态系统造成危害的各种活动。总之，纵观过去几年，澳大利亚矿业在朝着更广泛的自我管理方向巳经迈出了重要的一步，同时逐渐淡化对环境进行管理的传统“命令和行政管理”方法，完善和更新了澳大利亚矿山环境管理规范，建立矿业公司的自我听证制度，确保对自我约束标准的遵守；推行污染减轻目标和激励方案。2.4开发与保护并重??矿业活动与国家公园和保护区在澳大利亚，巳经查明的矿床一般远高保护区和其他开发活动区，但仍有一些矿床要在国家公园和其他保护区中进行开采。澳大利亚的国家公园和保护区共有3216个，其中大多数是按照各州的立法来划定和管理的。联邦政府所管理的只是在其所拥有或租赁的土地、联邦水体以及出租给联邦的邻近土地上的公园和保护区，而其余的地区则由各州来管理。因为各州之间没有协调性法律，所以主要通过联合计划来确保这些受保护的地区。目前所选定进行保护的地区有50多个，同时对这些地区的活动范围都做了规定，但管理方式却是各不相同的。1992年，联邦政府为实现生态可持续发展，推行了国家战略。而在此之前，矿业部门就巳经认识到了生态可持续发展的需求。因此矿业部门使用了最好的实用技术，而且这些技术所造成的影响比起历史上任何开采活动所造成的影响都要小。同时它们也认识到，如果在敏感的环境中开展活动，只要规划、监测和恢复的目标很严格，其活动与保护目的就可能不会发生冲突。另外，由于受采矿影响的范围一般不大，同时也由于对活动区之外的区域进行了有效的管理（如防火、野生动物管理、杂草处理等），所以与周围的国家公园相比，这些矿区的环境可能会处于更“原始”的状态。下面的兰杰铀矿可以说明矿业部门进行了严格的规划和监测，以尽量减少对生态系统的影响。兰杰铀矿的开发与保护之间的多重土地利用是相互兼容的。该矿邻近巳列入世界遗产名录的Kadadu家公园。在1969年，对该矿山的铀矿体进行了空中辐射度调查，从1980年开始进行露天开采。在矿山开发和运作的20年中，矿山没有对Kadadu国家公园造成环境影响。通过监督人员的检测可以确定，在该世界遗产地中，放时性核素的任何升值都在所确定的限度之内而且没有对周围的生态系统带来危害。2.5不断增加环境治理费用在澳大利亚，用于矿山环境恢复的费用一直呈增加的趋纵。虽然有关环境费用方面的特定数据很少，难以得出矿业部门生态恢复费用的全国性总体趋势。但每年的“矿山调查报告”可以提供有关信息，因为这些报告中包含了有关恢复费用的数据，但未包括研究活动、污染监测和管理、清理净化以及用于降低加工厂和加工设备的环境影响的基本费用等。表1.列出了从“矿山调查报告”所得出的恢复费用。数据表明，20世纪90年代中期以来，矿业部门的恢复费用整体上呈增加的趋势。澳大利亚矿业协会（MCA）（2000）认为.这反映厂过去几年矿业部门对环境恢复越来越重视。项目19鲫卯1397/981998/991995/90百万美;L：百万关元百万万元百万美兀百万美元（预计额）年徵款柄178址2?5242285拨款累积余额928卯S12081396—而在州级层次上，昆士兰环境保护署（1999）报道.该州矿业部门审于环境保护的费用，包括污染物管理、土地恢复和生产过程的变化，1993—94年为5360万美元，1994一95为7950万美元、其中大约70%的费用是与环境恢复有关的，从全国来看，矿化部门目前大约0.5%的总费用以及大约0.7%的矿业周转金额是与环境有关的支出费用。2.6加强合作，促进信息传播在矿业部门的环境可持续发展方面有两个关键问题，一是将现有的技术推广到整个矿业部门，另一个是继续研究新的方法，最大程度地降低对环境的影响。上个世纪90年代中期，澳大利亚矿业部门和环境保护局（EPA）协作，收集与主题有关的信息，这些主题都是对澳大利亚矿业部门中实施得最好的环境管理作出阐明和解释。后来又发行了系列出版物题为“最佳矿山环境管理实践”，目的是通过遵守生态可持续性发展的原则帮助矿业部门保护环境，减少矿业所带来的影响。矿业部门还利用各种研讨会和短训班促进信息和技术转让。澳大利亚有许多这样的中心，它们专门设计和开设针对矿业部门环境恢复方面的课程。这些课程（如景观设计、尾矿管理、矿山酸性排放物、盐碱地上的再种植、动物栖息地重建以及本地种子生物学等）可以推广最新的研究成果和最好的实践技术。此外，矿业部门通过建立信息机构，传播研究成果和实践技术。同时为了保证将矿业活动对生态系统的影响降到最低程度.还需要对所有矿业工作继续进行调查和研究，以得到最新的决策信息。但在过去5年中，可能由于公司接管和合并所造成的附带影响，矿业部门的研究和开发费用一直呈下降趋势，研究工作受到了一定程度的影响。2.7增进矿业部门与当地社区的协商矿业部门与当地社区协商合作是促进矿山生态系统管理的一项有效措施。1993年、联邦本地权利法大大增加了矿业部门与当地之间的协商机会。矿业部门为了进行勘探和开采，必须就土地使用权问题与当地进行协商同时要付给当地土地使用费。所以，矿业部门一方面保证对矿床进行合法开采，改善当地的社会环境，另一方面为当地人提供就业协会通过承包各种企业、使矿业部门减少从城市高薪引进劳务的数量。在澳大利亚就有这样几家矿业公司，它们己经认识到了与当地社区进行协商的价值，因为这样可以帮助开展生态问题的管理。如澳大利亚能源公司（ERA）开采北部领土的兰杰铀矿。它制定了一项雇佣当地人的战略，目的是为当地人增加就业和培训机遇。该公司还雇佣了两家协会，同时为矿山和当地的环境恢复工作与当地部门订立承包合同。总之，根据上面所提到的澳大利亚矿山生态系统的技术和管理，并结合我国矿山生态系统管理的现状，笔者得出如下几点体会：澳大利亚的矿山生态恢复技术比较完备。从表土处理、种子撤播到外来物种的管理，都能够因地制宜，最大程度地保证矿山生态系统的恢复。矿业部门不仅积极利用所开发的恢复技术，而且愿意将所得到的认识