（环境科学专业论文）矿区景观生态维护与重建研究.pdf

矿区景观生态维护与重建研究 生态环境的关系进行分析，描述了矿区景观生态维护的原则和方法，使矿业开采 活动对生态系统的破坏降低到最小；另外，本文还对该区域两个有代表性的矿区 ( 广东凡洞铅锌矿和湖南郴州铅锌铜矿) 重金属污染严重的尾矿库植被进行分析， 筛选重金属超积累植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 或耐性植物( t 0 1 e r a t i o np l a n t ) ， 通过建立人工湿地及植物接种菌根真菌对土壤持久的重金属污染进行修复和重建 健康植被，以期对矿区废弃地的生态恢复有实际的指导意义。 关键词：矿区复垦；景观生态；生态工程；干扰；斑块；生物技术；植物修复 t l 硕士学位论文 a b s t r a c t b e c a u s eo fn a t u r a lo rm a l l m a d ed i s t u r b a n c e ，t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f e c o l o g ys y s t e mc o m et od e g e n e r a t i o na n ds o l e a d s p e c i e sd i v e r s i t yr e d u c ea n d e c o l o g ys y s t e mi n s t a b i l i t yi n c r e a s e m i n i n gl a n d si sat y p i c a lw e a ke c o l o g ys y s t e m e c o l o g i c a lr e h a b i l i t a t i o no fm i n el a n d ss h o u l db ea m u l t i p l e - s c a l ea n dm u l t i p l e - g r a d ep r o j e c tr a t h e rt h a nb el i m i t e di nas i n g l ee c o s y s t e m ， a n ds h o u l di n c l u d ee c o s y s t e mo rb i o t a ，l a n d s c a p ea n de v e nr e g i o n w h e t h e rf o rt h e s a k eo fe c o l o g i c a ls u s t a i n a b i l i t ya n dp r o t e c t i n g s p e c i e sd i v e r s i t y o rs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t ，l a n d s c a p ei st h eb e s ts c a l ei nt h e o r ya n dp r a c t i c e d i s t u r b e dw i t hh u m a na c t i v i t y ，l a n d s c a p em e m b e r si n c l u d i n gs t a b l em e m b e r s ( s u c ha sv e g e t a t i o n ) a n di n s t a b l em e m b e r s ( s u c ha ss o i l ) a r ed e s t r o y e ds e v e r e l y t h e s t u d yo fp h y t o r e m e d i a t i o nw i t hh y p e r a c c u m u l a t o r so rt o l e r a n tp l a n t si nm i n el a n d si s i nt h ea s c e n d a n t e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n dr e h a b i l i t a t i o n o fm i n el a n d s c a p e sh a si m p o r t a n t r e a l i s ms i g n i f i c a n c ea n de c o l o g i c a lm e a n i n gt ob u i l dar e g i o n a le c o l o g i c a ls e c u r i t y p a t t e r n e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n dr e h a b i l i t a t i o no fm i n el a n d s c a p e ss h o u l dt h i n ko f t i m e s c a l ea n ds p a c e s c a l e j u s tb e c a u s et h ed e s t r u c t i o no fm i n el a n d s c a p e si sa p r o c e s s ，w es h o u l dm a k ear e a s o n a b l ep l a nb e f o r em i n i n ga n dp r o t e c ti nt h ec a u s eo f m i n i n ga n dr e s t o r e i nt i m ea f t e rm i n i n g o n l ys o ，m i n i n gl a n d s c a p e ss h o u l db e d e s t r o y e dl e a s tb u tr e s t o r e df a s t a tt h es a m et i m e ，t h el a n d s c a p e so fm i n el a n d sa r e m a d eu po fd i v e r s i t yp a t c h e sw h i c hh a v ed i f f e r e n tf u n c t i o n s ，s ot h ed e s t r o yo fe a c h p a t c hi sd i f f e r e n t w h e nw er e b u i l dl a n d s c a p e s ，w es h o u l da d j u s tm e a s u r e st ol o c a l c o n d i t i o n s m i n i n gi st h eb a s eo fn a t i o n a le c o n o m ya n dp r o m o t e sl o c a le c o n o m yt oc e r t a i n e x t e n tt o o c o u n t r y , d i s t r i c t sa n dc o r p o r a t i o n sa r ei n c u m b e n to nr e s t o r a t i o na n d r e b u i l do fm i n i n ga r e a s f o u rk e yp o i n t so fr e s t o r a t i o ne c o l o g yw a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，w h i c ha r et h e e c o l o g i c a lp a t t e r n so fm i n i n gl a n d s c a p e s ，t h et h e o r yo fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ，t h e t e c h n o l o g yo fs o i la n dv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n ，t h eg o a la n di m p l e m e n ts y s t e mo f l a n d s c a p er e s t o r a t i o n ，a n dv i ad i a g n o s i so nt h es p o ta n de c o l o g i c a la n a l y s i s ，i n d u s t r i a l s t r u c t u r e s ，e n v i r o n m e n t a ls t a t u s ，e c o l o g i c a lp r o c e s sa n dl a n d s c a p ep a t t e r nh a sb e e n a n a l y z e d ；a tt h es a m et i m e ，t h em o d eo fe c o l o g i c a lm a i n t e n a n c ea n dl a n d s c a p e r e s t o r a t i o ni sp u tf o r w a r d e c o l o g i c a li n d u s t r yo fr e s o u r c ei n t e g r a t e du t i l i z ec e r t a i n l y 1 i i 矿区最胤生态维护与重建研冗 w i l lc u td o w nr e s o u r c ew a s t ea n dc o n t a m i n a t i o nl e t s o i l ，s o i ls e e d b a n k ，v e g e t a t i o n a n dl a n d s c a p er e s t o r a t i o ns h o u l db et h o u g h to v e ra saw h o l es ot h a tt or e a l i z e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nm i n i n gl a n d s t h i ss t u d yh a sa l s os t u d i e dt h ev e g e t a t i o ni nt h et w om i n e sa n ds c r e e n e do u t h y p e r a c c u m u l a t o ro rt o l e r a t i o np l a n tt om a k em a n p o w e rw e t l a n da n dp l a n ti n o c u l a t e d m y c o r r h i z af u n g u st oa c c e l e r a t ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o ni nm i n i n gw a s t e l a n d s k e yw o r d s ：m i n i n gr e s t o r a t i o n ；l a n d s c a p ee c o l o g y ；e c o p r o j e c t ；p a t c h ；d i s t u r b a n c e ； b i o t e c h n o l o g y ；h y p e r a c c u m u l a t o r l v 硕士学位论文 附表索引 表1 1 矿业活动与主要环境问题综合表2 表1 2 国有矿山采矿三场与塌陷区的重建情况6 表l _ 3 主要矿种占地与重建情况6 表2 1 景观生态学理论模型2 7 表2 2 景观具有代表性的模型2 7 表3 1 校准曲线溶液浓度4 5 表3 2 校准曲线溶液浓度4 7 表3 3 水体p h 及重金属含量的空间动态变化5 1 表3 4 废渣浸出液毒性试验5 2 表3 5 不同深度土壤理化性质5 2 表3 6 亚热带森林群落不同演替阶段的时间划分5 4 表4 1 典型的植物修复过程5 7 表4 2 典型重金属超积累植物5 8 表4 3 矿山土壤的基本理化性质6 4 表4 4 矿区土壤总金属含量6 5 表4 5 土壤中不同形态重金属的含量6 5 表4 6 矿山植物体内重金属含量6 7 表4 7 广东凡洞矿各种植物重金属含量与土壤背景值的比值6 8 表4 8 郴州宝山矿各种植物重金属含量与土壤背景值的比值6 8 v 矿区景观生态维护与重建研究 附图索引 图1 1 退化生态系统修复的尺度变化1 0 国1 2 露天丌采面的工程改造1 0 图2 1 生态恢复的两种模式1 4 图2 2 外来入侵种引起的绿色坟墓1 8 图2 3 缺乏异质性的“绿色沙漠”一2 0 图2 4 景观生态学的理论框架2 4 图3 1 大宝山矿生产工艺流程”4 9 图3 2 工业生态系统的进化示意图5 0 图3 3 更复杂的状态和跃迁模型5 4 图3 4 景观生态重建模型框架图5 5 图4 1 广东凡洞铅锌铜矿土壤重金属形态分形图6 6 图4 2 湖南郴州铅锌铜矿土壤重金属形态分形图一6 6 图4 3 植物体内重金属含量对比( p b ，z n ，c u ) 6 7 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本人呈交的论文是在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 铆诺 日期：加辱r 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 作者签名 导师签名 1 、保密口，在一年解密后适用本授权书。 2 、不保密田。 fr 月。日 其卢乇b 硕士学位论文 第1 章绪论 矿产资源是国民经济、社会发展和人民生活的重要物质基础，也是衡量一个 国家实力的标准之一。矿产资源的开发推动了近代工业的迅猛发展，我国目前9 5 的一次性能源，8 0 的原材料，要靠开发矿产资源提供；另一方面，矿产资源是 有限的，绝大多数矿产资源开采后不能再生。中国现在还将处于矿产资源消耗量 增长最快的时期，工业增长加上人口增长，对矿产资源构成强大的需求压力，在 矿产资源大规模开发利用同时，大大改变了矿区生态系统的物质循环和能量流动， 产生了严重的生态破坏和环境污染；同时由于传统价值理论的欠缺，对自然资源 无偿占有、无偿使用，以至掠夺性地开发，导致不可再生资源基础的持久削弱， 并成为诱发环境污染与生态破坏问题的重要社会经济根源，成为影响国民经济持 续、稳定、协调发展的主要因素。矿区景观生态维护与重建，对区域生态安全格 局的构建具有重要的现实意义和生态意义“1 。 1 1 矿产资源的特点 我国国土辽阔，地质情况复杂，成矿条件优越，矿床类型齐全”1 。我国是世 界上矿产资源比较丰富，矿种比较齐全的少数国家之一，目前已发现的矿产有1 6 3 种，已探明储量的有1 4 9 种，矿产地近2 0 万处，矿区( 点) 1 4 万多处。其中2 0 多种矿产探明储量居世界前列：钒、钛、锌、钨、锑、石墨、石膏等矿产资源的 探明储量居世界首位；汞、钼、磷等矿产资源的探明储量居世界第二位；煤、铅、 石棉等矿产资源的探明储量居世界第三位；居世界前列的还有铁、锰、铜、铝、 金、钠盐、石油、天然气等矿产资源。 共生性是矿产资源的显著特点，在有色矿山中，表现尤为突出，如广东大宝 山铅锌矿的矿床中，就同时存在铅、锌、铜和铁四种矿物，它们的品位均达到工 业利用要求。矿产资源的伴生性，是指同一种矿床中除共生的组分外还存在着不 同比例的含量较低达不到现行工业利用指标而只达到综合利用指标的组分的特 性。伴生性是矿产资源显著而普遍的特点，在我国表现很突出。据统计，在综合 评价过的8 0 0 多个矿区中，大部分矿床有多种伴生组分，最多达2 0 多种。如内蒙 古白云鄂博铁矿，具有综合利用可能的有益组分就有2 0 多种。而伴生的组分价值 往往要比主矿物高得多，如白云鄂博铁矿、伴铁矿而生的稀土矿和铌的价值比铁 的价值高2 0 多倍。矿产资源的共生性和伴生性，要求我们在开发利用矿产资源时， 必须注意综合利用，努力提高综合回收率和经济效益。 矿区景观生态维护与重建研究 1 2 矿业活动对生态环境的影响 我园的矿业活动主要指矿石采掘、选矿及冶炼三部分。矿业活动产生的生态 环境问题和破坏的种类很多( 表1 1 ) 。1 。矿山的开采在很大程度上改变了矿山原 有的环境。矿山开采耗费过量的土地资源；开采破坏的土地，既丧失原有的自然 生态系统，又难以直接成为进一步服务于某种社会一经济目的的用地；矿山废弃 物堆置场是周围环境的严重污染源；当矿山位于城市、河流或交通干线附近时， 采矿地的破坏性发展将成为干扰城市和区域经济规划和实施的主要障碍之一。 表1 1 矿业活动与主要环境问题综合表。1 t a b i e1 1t a b i ea b o u tm i n i n ga c t i o l 3a n dm a i ne n v ir o n m e n t a ip r o b i e l n s 环境要素矿业活动对矿山环境的作用形式产生的主要环境问题 大气环境废气排放大气污染 粉尘排放酸雨 废渣排放 地面环境地下采空采空区地面沉陷( 塌陷) 地面及边坡开挖山体开裂崩塌滑坡 地下水位降低 泥石流水土流失 废水排放土地沙化岩溶塌陷 废渣、尾矿排放 侵占土地土壤污染 矿震尾矿库溃坝 水环境地下水位降低水均衡遭受破坏 废水排放 海水入侵 废渣、尾矿排放水质污染 矿山按其产品性质分类，有冶金矿山( 黑色金属、有色金属、稀土元素、放射 性元素等1 和非金属矿山( 煤矿、石料、陶土等) ：按其开采方式分类，有露天开采 矿山和地下开采矿山。不同性质的矿山和不同的开采方式，其对生态环境破坏的 过程和特征有很大差异。 矿山开采引起的生态破坏，主要由以下三个过程导致的：开采活动对土地的 直接破坏，如露天开采会直接毁坏地表土层和植被，地下开采会导致地层塌陷， 从而引起土地和植被的破坏 矿山开采过程中的废弃物( 如尾矿、矸石等) 需要大 面积的堆置场地，从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏： 矿山废弃物中的酸性、碱性、毒性或重金属成分，通过径流和大气飘尘，会破坏 周围的土地、水域和大气，其污染影响面将远远超过废弃物堆置场的地域和空间。 颤上学位论文 由上述三个过程，在生态系统层次上采矿地生态破坏的三个特征：景观型破 坏，对采矿地地貌的影响；环境质量型破坏，对所在地区土质、水质，甚至大气 质量的影响；生物型破坏，对原有生物群落的摧毁，及对当地生物群落的严重破 坏甚至摧毁。 一般可以认为，冶金矿山引起的环境质量破坏以及由此导致的生物型破坏要 比非金属矿山更严重；露天开采的矿山引起的景观破坏和生物型破坏，要比地下 开采的矿山更严重。 1 2 1 水文地质环境的破坏 井巷开掘、矿床排水疏干所形成的降压漏斗的水力影响半径有时可达数十公 里之外，可能造成区域性的水文环境的破坏，使农牧业缺水受损。 另外，疏干碳酸盐围岩含水层时，其岩溶和溶洞会成为地面塌陷下沉，地面 设施被破坏的隐患；而当塌陷区或井巷地表贮水存在水力的沟通时，则会酿成淹 没矿井的重大事故；当岩层疏干影响的设计计划不周时，还可导致露天边坡、台 阶的滑动和变形从而出现相应的灾害后果。 1 2 2 水体污染严重 矿山开采后的废石堆及尾矿库如果不能被妥善处理，将成为一个在一定时空 下的稳定的地下水污染源。 废矿堆及尾矿库长期处在氧化、风蚀、溶滤过程中，使各种有毒矿物成份或 有害物质( 有些矿山的矿石成份中没有或有很微量的有毒矿物存在，则属例外) 随 水转入地下、地表水体和农田、土壤之中，造成地下、地表水体长期不断的化学 污染。 开矿工业用水远远小于选矿工业的用水量，但不论是采矿或选矿若不注意处 理对水体的污染，都会造成严重的后果。据报导，由于采矿对水体的污染，使美 国2 0 6 0 0 k m 长水域和4 4 9 个天然和人工湖泊不再适于养鱼；在国内也不乏其例， 如攀枝花矿选矿厂有部份的尾矿废水长期排入金沙江，对其造成严重的污染。又 如东鞍山矿由于外排废水中含有大量的细粒级悬浮物，使杨柳河的河水呈红色， 不仅妨碍水生物的生长，使鱼虾绝迹，还影响农业灌溉，成为鞍山地区的一大公 害。此外，硫化矿床的开采，由于贮存的低品位黄铁矿随矿石开采、自然堆放或 送进废石场，经风化、雨水的侵蚀产生酸性水，在我国冶金矿山中因酸性水污染 造成的危害是十分严重的。 此外，各冶金矿山的外排水中浮选药剂的污染、硝基苯的污染以及其它重金 属的污染也是屡见不鲜的。 矿区景剐牛态维护j 重建研究 1 23 土地的占用与破坏 掘9 0 年代初统计资料表明h 1 ，全目矿山累计破坏上砸积达2 0 0 x 1 0 7 h m 2 。近 十多年来，矿山开发占用土地每年以4 的速度大幅度的增长。对耕地、林地与 草地资源的破坏相当严重；同时，采矿j 场( 采场、排土场、尾矿场、与塌陷区也 占用了大量的土地。 矿山开采后，将会产出大量的废石、排土和尾砂( 露天开采一吨矿石通常需剥 离5 1 0 吨覆盖的岩土) ，堆存它们将需占用大量的地表面积。例如美国的明尼苏 达卅北部由于大型露天磁铁矿的近半世纪的大量jr 采，如不进行有效的治理将有 沙漠化的危险。 地下开采时，地面下沉虽然是在受控状态下和圈定的范围内发生的，小致造 成人身安全和建筑物破坏事故；但在下沉区内的土地却会受到严重破坏，位置及 安全状况都无查考的废弃老矿洞对地表的突然坍陷，人身安全和财产的损害都可 造成严重的潜在威胁。 另外，尾矿坝或废石堆场设置不当或管理不严，都会造成严重的滑坡或泥石 流事故，使大面积的土地受到破坏，水体污染危及人身和财产的安全。1 9 9 2 年美 国西弗尼砸的一座尾矿坝失事、冲垮九座桥梁和一段公路、1 0 6 人死亡，4 0 0 余人 无家n j 归。1 9 8 5 年我国南方的一尾矿砂坝暴雨倒塌，使土地和地面，井下设施等 受到严重破坏。露天开采三场占用土地也是相当可观的，露天采矿场占地面积 6 1 6 1 0 5 h a l 2 。尤其在有色舍属、黑色金属和建材矿的开采中，露天丌采是重要的， 甚至足主要方法，在这三种矿种的开采巾露天开采面积占5 9 ，7 ，其中黑色金 属中露天开采占本矿种升采面积的6 2 5 ，建材矿中露天开采占本矿种开采面积 的9 9 8 。露天开采虽然具有年采出量大、生产效率高、成本低、同采率高等优 点，但对开采区的再方面的人为变化是最大的，它在很大程度上破坏了原来是稳 定的土壤和植被，使水土容易流失。据加拿大安大略多伦多矿业咨询公司估计， 全世界已有3 0 0 x 1 0 7 h m 2 土地被露天采矿所破坏或荒芜。矿山开采中多有剥离土 和废石产生，尤其露天开采产生量更大，造成排土场和尾矿场大量占地。 此外，矿区的建设也将不可避免地要改变地形、自然景观和植被状况等。我国 土地资源紧缺和环境状况的不断恶化，并且不叮能在短期内扭转。在这种情况下， 每年几十万h m 2 土地受到破坏，更加剧了问题的严重性。土地破坏不仅带来了严重 的社会、经济问题，而且己引起严熏的环境污染和生态景观问题，造成区域环境状 况的不断恶化。 1 2 4 对大气的污染 存矿山生产中，氧化、风蚀作用可使废石堆场、尾矿库成为一个周期性的尘 暴源；此外主要尘源还有矿石破碎、筛分和选矿等工序。矿山对大气的污染还有 暴源；此外主要尘源还有矿石破碎、筛分和选矿等工序。矿山对大气的污染还有 矿【美景观生态维护与重建研究 1 2 _ 3 土地的占用与破坏 据9 0 年代初统计资料表明【”，全国矿山累计破坏土面积达2 o o x l 0 7 h m 2 。近 十多年来，矿山开发占用土地每年以4 的速度大幅度的增长。对耕地、林地与 草地资源的破坏相当严重；同时，采矿三场( 采场、排土场、尾矿场) 与塌陷区也 占用了大量的土地。 矿山开采后，将会产出大量的废石、排土和尾砂( 露天开采一吨矿石通常需剥 离5 1 0 吨覆盖的岩土) ，堆存它们将需占用大量的地表面积。例如美国的明尼苏 达州北部由于大型露天磁铁矿的近半世纪的大量开采，如不进行有效的治理将有 沙漠化的危险。 地下开采时，地面下沉虽然是在受控状态下和圈定的范围内发生的，不致造 成人身安全和建筑物破坏事故；但在下沉区内的土地却会受到严重破坏，位置及 安全状况都无查考的废弃老矿洞对地表的突然坍陷，人身安全和财产的损害都可 造成严重的潜在威胁。 另外，尾矿坝或废石堆场设置不当或管理不严，都会造成严重的滑坡或泥石 流事故，使大面积的土地受到破坏，水体污染危及人身和财产的安全。1 9 9 2 年美 国两弗尼亚的一座尾矿坝失事、冲垮九座桥梁和一段公路、1 0 6 人死亡，4 0 0 余人 无家可归。1 9 8 5 年我国南方的一尾矿砂坝暴雨倒塌，使土地和地面，井下设施等 受到严重破坏。露天开采三场占用土地也是相当可观的，露天采矿场占地面积 6 1 6 1 0 5 h m 2 。尤其在有色金属、黑色金属和建材矿的开采中，露天开采是重要的， 甚至是主要方法，在这三种矿种的开采中，露天开采面积占5 9 7 ，其中黑色盒 属中露天开采占本矿种开采面积的6 2 5 ，建材矿中露天开采占本矿种开采面积 的9 9 8 。露天开采虽然具有年采出量大、生产效率高、成本低、回采率高等优 点，但对开采区的各方面的人为变化是最大的，它在很大程度上破坏了原来是稳 定的土壤和植被，使水土容易流失。据加拿大安大略多伦多矿业咨询公司估计， 全世界已有3 0 0 1 0 7 h m 2 土地被露天采矿所破坏或荒芜。矿山开采中多有剥离土 和废石产生，尤其露天开采产生量更大，造成排土场和尾矿场大量占地。 此外，矿区的建设也将不可避免地要改变地形、自然景观和植被状况等。我国 土地资源紧缺和环境状况的不断恶化，并且不可能在短期内扭转。在这种情况下， 每年几十万h m 2 土地受到破坏，更加剧了问题的严重性。土地破坏不仅带来了严重 的社会、经济问题，而且已引起严重的环境污染和生态景观问题，造成区域环境状 况的不断恶化。 1 2 4 对大气的污染 在矿山生产中，氧化、风蚀作用可使废石堆场、尾矿库成为一个周期性的尘 暴源；此外主要尘源还有矿石破碎、筛分和选矿等工序。矿山对大气的污染还有 4 硕j ：学位论义 公路运输时形成的大量扬尘。对于冶金矿山生产、粉尘污染是大气污染物的一种 主要类型。在我国，由于大气污染而使矿区农牧各业受害的情况颇不少见。 1 2 5 资源浪费严重 我国矿山开发速度不低，但出现了些严重的浪费现象“1 ，按目前已探明的 4 5 种主要矿产中已有1 0 多种矿产储量不能满足国民经济建设需求。而另一方面， 矿产资源由于采矿回采率低、贫化率高和选矿回收率低：综合利用率低，许多共 生、伴生矿产资源白自流失无回收：乱采乱挖现象严重存在，破坏矿产资源的埋 藏条件，使许多矿山的开采寿命急剧缩短等原因，矿产资源流失现象相当严重， 这不仅恶化了近期的矿产品供给，还使许多矿山迅速贫化枯竭，加剧了未来矿产 资源的紧张状态，同时，矿产资源在大量流失过程中，均以“三废”形式排入环境， 造成严重的污染，这是形成低发展水平阶段出现高强度环境污染的一个重要原因。 1 3 矿山复垦的现状 矿山开采造成的大规模土地破坏，在中国以及世界，都是一个十分严重且日 益受到高度重视的问题“3 。关于采矿地治理，我国曾广泛使用“复垦”一词”1 ， 其出发点是赋予采矿地以农业使用价值。国外过去大多采用“r e c l a m a t i o n ”这一 术语，虽然其涵义既包括“复垦”又可包括其它的社会经济目的，但它也是单纯 以人类利益为出发点的。从真正可持续发展的观点看，即从维护生态持续能力的 观点看，采矿地的治理，应服务于包括人类在内的整个自然界。因此，采矿地的 治理应当有两类目标选择：在条件许可的情况下建设一个与当地自然界相和谐的 人类生态系统( 如农业生态系统、城市生态系统等) ；或建立一个自然生态系统 ( 它可以是被破坏的生态系统的恢复，也可以是一个新的自然生态系统的创造) ， 以弥补、充实和丰富这一地区原有的自然界。不论是哪一类选择，整个治理本质 上都是生态学的，而且都应在生态系统水平上进行，因此，采矿地的治理应为“生 态重建”。 世界各国，特别是主要的采矿工业国家都十分重视恢复被采矿工业破坏的土 地，并取得了十分可观的成绩”1 。复垦工作自1 9 1 8 年美国印地安那州首先进行 了试验工作，至今已形成了系统的复垦工程。从1 9 3 0 年至1 9 7 1 年的4 2 年中， 美国已恢复了6 o 1 0 6 h m 2 采矿工业用地，复垦率达4 0 ，1 9 7 1 年采矿工业用地 8 4 1 0 5 h m 2 ，其中6 6 1 0 2 h m 2 已恢复，复垦率已达8 0 。 我国自1 9 8 8 年土地复垦规定颁布以来，我国的土地复垦事业有了长足的 发展。据国家土地局统计，1 9 9 0 年至1 9 9 4 年全国累计复垦利用各类废弃土地约 4 0 1 0 6 h m 2 ，仅1 9 9 4 年就复垦土地1 3 3 1 0 6 h m 2 。土地复垦率也由8 0 年代的1 上升为目前的4 ，但由于我国土地复垦工作起步较晚，欠账较多，历史废弃地 矿区景观生态维护与重建研究 的复垦任务相当艰巨，我国4 的土地复垦率与国外大多数国家的5 0 以上的土 地复垦率相比，差距巨大。我国矿山企业采矿三场与塌陷区用地面积、重建面积 与重建率如表1 2 ： 表1 2 国有矿山采矿三场与塌陷区的重建情况( h m 2 ) “ t a b 1 2r e s t o r a t i0 1 3in s t a n c eo ft h r e ef je l d sa n ds in ks e c t io n 从表1 2 可看出，采矿三场与塌陷区重建率依次为：塌陷区最高4 3 3 4 ，其 次是尾矿场3 5 7 、排土场1 0 6 0 ，露天采场最低5 4 5 。 主要矿种占地与重建情况如表1 3 ： 表1 3 主要矿种占地与重建情况“1 t a b 1 3r e s t o r a t io nn s t a n c eo fm a inf r l in ek in d s 表1 3 显示，煤矿重建率较高，达l8 4 4 。铜矿重建率只有2 1 4 。土地复 垦从总体上讲还处于落后状态。据典型调查，云南锡业公司是一座建矿有四十年 的老矿山，其露天采矿场、排土场、尾矿场与塌陷区的面积均较大，面积达到 1 15 0 3 9h m 2 ，而重建面积只有3 8 0 0h m 2 ，复垦率仅3 3 ；甘肃省大部分矿山重 建工作未进行，地方及乡镇企业重建工作就更差，该省只有金川公司尾矿重建工 作突出；青海省与宁夏矿山重建工作没有进行。 近二十多年来，我国复垦重建取得了大量科研成果”1 。例如矿区废弃地稳定 化技术，包括排土工艺的优化选择和水土保持调控技术；矿区废弃地绿化技术， 包括岩土风化、熟化和培肥等技术及优良植物筛选技术等；矿区废弃地功能化技 术，包括山、水、田、林、路统一规划，农、林、牧、副、鱼及建筑用地统筹安 排技术；矿区废弃地的社会、生态、经济效益的综合研究等。实践证明，这些技 术在生产应用中具有较强的可操作性，但遗憾的是，这些科学成果向生产力的转 6 硕十学位论文 化得不到资金的保证，应用推广面积很小，没有真正发挥出其巨大的效益，矿区 生态环境未得到根本扭转，反而在继续恶化。资金缺乏是制约我国土地复垦重建 事业健康快速发展的一个重要原因。从长远利益和整体考虑，矿山应在采矿的同 时，把生态环境保护放在重要位置来考虑，首先必须提供矿山复垦重建的资金， 保证矿山开采终了后，生态环境重建工作能正常进行。 1 4 矿山开发污染治理技术 1 4 1 废水治理 矿山排放的废水种类主要有酸性废水、含悬浮物的废水、含盐废水和选矿废 水等。为防止对环境的污染，目前主要从改革工艺、更新设备、减少废水和污染 物排放，提高水的重复利用率，以废治废、将废水作为一种资源综合利用三个方 面进行治理【10 1 。 近十多年来，有色金属工业废水治理技术有了较大的发展，废水治理从单 项治理发展到全面规划、综合治理。工业用水复用率逐年提高，1 9 7 3 年仅1 2 ， 1 9 8 7 年达到了5 8 ，目前大中型矿山的废水回用率达到8 0 以上；从废水中回收 有价值金属已初见成效。 1 4 2 废渣处理 矿山废渣的处理主要是综合利用，即废渣减量汇入资源化、能源化。这是一 项保护环境、保护一次原材料、促进增产节约的有效措施。 1 4 3 采空区土地及废渣场土地复垦 土地复垦，是采空区造成的地面沉陷、排土场、尾矿堆和闭坑后露天采场治 理的最佳途径，不仅改善了矿山环境，还恢复大量土地，因而复垦具有深远的社 会效益、环境效益和经济效益。 1 4 4 泥石流的防治 矿山泥石流通常发生在排土初期，随着排出的废弃物数量增加和强度的增高， 排土场的边坡稳定性往往得以提高和加强，矿山泥石流也就逐渐减弱。对矿山泥 石流防治的关键是预防。我国目前所采取的预防措施主要有：合理选择剥离物的 堆置场地，慎重采用“高台阶”的堆置方法：清除地表水对剥离废弃物的不利影 响；有计划地安排岩土堆置；复垦等。对泥石流的治理，可采取生物措旋( 如植 树、种草) ，但其时间长、见效慢。目前除加强排土场和尾矿库的管理外，大多 采用工程治理措施，主要是栏挡、排导及跨越措施。 7 矿区景观生态维护j 熏建研究 1 4 5 岩溶塌陷的防治 我国对岩溶塌陷的防治工作开始于6 0 年代，目前已有一套比较完整和成熟的 方法，防治的关键是在掌握矿区和区域塌陷规律的前提下，对塌陷作出科学的评 价和预测，即采取以早期预测、预防为主，治理为辅、防治相结合的办法。 塌陷前的预防采取主要措施：合理按排矿山建设总体布局；河流改道引流， 避开塌陷区；修筑特厚防洪堤；控制地下水位下降速度和防止突然涌水，以减少 塌陷的发生；建造防渗帷幕，避免或减少预测塌陷区的地下水位下降，防止产生 地面塌陷；建立地面塌陷监测网。 塌陷后的治理措施主要有：塌洞回填；河流局部改道与河槽防渗；综合治理。 1 4 6 矿山水均衡遭受破坏的防治 为防治和防止因疏、排地下水而引起对矿山地区水均衡的破坏，保护地下水 资源，并消除或减轻因疏排地下水引起的地面塌陷等环境间题，白7 0 年代起，一 些矿山相继采用防渗帷幕、防渗墙等工程，堵截外围地下水的补给，取得了显著 的环境效益和经济效益。 1 5 矿山景观生态重建的组织措施及经济手段 1 5 1 保障体系 从1 9 7 2 年联合国人类环境会议的召开到现在，我国一直对环境立法给予极大 的关注和重视。经过3 0 多年的艰苦努力，一个符合中国基本国情的环境法规体系 已经形成【1 1 】。截至2 0 0 1 年4 月，我国共制定环境保护标准4 3 9 项，其中国家标 准3 6 5 项，行业标准7 4 项“。1 9 8 9 年1 2 月2 6 目，我国政府颁布实施我国的环 境保护基本法中华人民共和国环境保护法，为贯彻中华人民共和国环境保护 法，防治土壤污染，保护生态环境，于1 9 9 5 年制定了土壤质量环境标准 ( g b l 5 6 1 8 - 1 9 9 5 ) ，同时也制定了一系列环境资源单行法，如土地复垦法、矿 产资源法等，确保土地矿产资源的合理开发和利用有章可循。 1 5 2 控制体系 为了确保国家和政府颁布的有关环境保护的法律法规的贯彻和实施，各级政 府和企业对矿产资源的开采必须预先有一个详细可行的规划“。政府规划对景观 生态重建做出框架性规定，其具体实施通过企业规划来完成。企业规划包括整体 规划、主要规划、特殊规划和结束规划。对矿区景观的恢复通过企业结束规划来 实现。在结束规划中，企业要对开采活动结束后，排除潜在危险的措施、地表的 硕士学位论文 恢复治理措施、复垦后土地的用途、景观的重构等做出详述和规划；只有企业结 束规划获批准后，企业才允许对矿产进行开采。 1 5 3 组织措施 主要是建立环境保护的管理机构和监测体系。目前，我国矿山环境保护机构 的设置，根据矿山建设和生产过程中对环境污染的程度及企业规模的大小确定。 一般大型矿山设置环保科，中、小型矿山建立科或组。矿山企业中的环境保护人 员主要包括：矿山环保科研人员，环境监测人员，污水治理人员，矿山企业防尘 人员，保护设备检测人员，矿区绿化人员，复垦造田人员等，与环境保护有关的 矿山安全组织机构则比较齐全，且设置时间久。 1 5 4 经济手段 矿山企业环保设施的投资，是矿山基建总投资的一部分。根据目前矿山企业 的生产情况，环保工程投资主要有以下几方面；三废处理设旌、除尘设施、污水 处理设施、噪声防止设施；绿化；放射性保护；环境监测设施；复垦造田等。投 资的来源，大致有以下几个方面：新建、改扩建项目的工程基建投资；主管部门 和企业自筹资金；排污回扣费，即环保补助资金。环保工程投资的多少，根据矿 山建设的客观条件和要求而定。环境保护和治理的资金来源还直接与企业的管理 和经济效益有关。 1 5 5 环保资金来源的政策性措旋 为保护环境和治理污染，国务院和有关部门制定了污染源治理专项基金有 偿使用暂行办法、关于工矿企业治理”三废”污染开展综合利用产品利润提留 办法的通知、关于环境保护资金渠道的规定的通知等行政法规和部门规章， 保证了环境保护与治理经费有一个重要来源。一些省、市、区也制定了相应的法 规，其中福建省1 9 9 0 年颁布的福建省经济委员会、财政厅、环境保护局、煤炭 工业总公司关于做好煤矿生态环境保护费征收、使用和管理工作的通知是直接 针对矿山环境保护经济政策方面的一个法规，其有关规定值得借鉴。 1 6 退化生态系统恢复研究进展 早在2 0 世纪7 0 年代，宫协昭教授就提出了世界公认的“m i y a w a k im e t h o d ”， 继2 0 世纪8 0 年代英、美、澳等国家提出矿区复垦后，基于对生态恢复的不同理 解，世界上很多国家针对退化的采矿地“4 。1 “、湿地、湖泊、森林、河岸生态系统 等不同生态系统展开了不同形式的生态恢复与重建，使生态恢复与重建逐渐成为 现代生态领域中引人注目的主题“6 。1 。 9 矿区景观生态维护与重建研究 1 6 1 退化生态系统修复的尺度变化 退化生态系统的恢复从原始的局限于生态系统尺度的恢复逐渐的发展的当前 的景观生态尺度的恢复，甚至于区域尺度的恢复。退化生态系统修复的尺度变化 过程见图2 1 。 个体尺度恢复_植被尺度的恢复_ 生态系统尺度的恢复 全球尺度卜区域尺度的恢复卜景观生态学尺度的恢复 图1 1 退化生态系统修复的尺度变化 f i g 1 1r e s t o r a t io ns e a i ec h a n g eo fd e g e n e r a t e de c o s y s t e m 1 6 2 工程修复进展 由于剧烈开采活动的影响，矿区地形、地势、土壤状况发生了很大的变化【2 ， 为防止水土流失和山体崩塌，矿区的恢复也会根据不同的情况采取不同的工程措 施。 为防止采矿地的塌陷和山洪的爆发，实施河流改道引流，修筑特厚防洪堤； 建造防渗帷幕，避免或减少预测塌陷区的地下水位下降，防止产生地面塌陷；塌 洞回填等工程技术措施。 矿区土壤重金属的局部地区，应用表土回填覆盖、更换新土、玻璃化技术等 促进土壤重金属的固化或防止重金属散逸。 对于高而陡峭的岩石边坡除了采用攀岩植物进行修复外还研发出一整套修复 技术如高压喷射、客土吹附、液力喷播的岩石治理技术。对露天排土场还采用修 坡技术、平整工程( 见图1 2 ) 。 对于矿区重金属含量高的尾矿库的修复还可以采用电动力修复法和化学萃取 法进行紧急修复。 水土流失严重的霹天开采面 工程改造中的露天开采面 图1 2 露天开采面的工程改造 f i g 1 2p r o j e c tr e b u ii do nt h eo p e na ir s u r f a c e 1 0 厂 硕士学位论文 1 6 3 生物修复技术研究进展 生物修复【2 l 】是利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中的有毒有害物质 的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的环境部分或完全恢复到原初状态，包 括微生物修复、植物修复、动物修复及它们组成的生态系统的修复。 植物修复：选择抗逆性强、生长迅速、改土效果良好和生态功能明显的植 物种类可以相对快速的恢复破