在采后矿区建立可持续发展的生态系统

1、在采后矿区建立可持续发展的生态系统澳大利亚创新技术之实例简介尼古拉斯·欧文博士，研究程序管理员，贝尔·克莱夫，澳大利亚矿产开发与研究中心执行董事澳大利亚昆士兰州坎摩尔4053号 883号信箱摘要：生态环境恶化是世界上大部分地区公认的严重的环境问题。尽管在澳大利亚因采矿而破坏的天然植被面积比用于其他目的的土地使用面积，例如农业耕地，要少一些，但是，采矿业与矿石处理（例如：矿物残渣的储存）对当地环境的影响也是非常重大的。采矿后成功的恢复措施，已经大大的降低了对生态环境的破坏。澳大利亚的采矿业包括对煤、金、矾土、铁、贱金属和粗矿石的处理作业，矿区广泛地分布在不同的气候带和许多不同

2、的生态系统环境中。人们必须依靠国际先进科学技术，来保证在长年严寒气候条件下成功地重新建立新的生态环境系统，并保证其稳定性。这些技术包括整体的土地利用规划、精确的建筑规划、为保证生态系统稳定性而进行的地形设计、与地质断面相适合的建筑、植被和动物群的建立、恢复工作的监控和管理，以用于保证建立可持续利用的富饶的土地。上述各方面都在矿业与生物多样性实践指导一书中，关于恢复的一部分中做了描述，本书是由国际矿业与金属委员会(ICMM)委托, 澳大利亚矿产开发与研究中心（ACMER）与ERM顾问共同合著的。本文通过对矾土、煤和粗矿石工业的个案研究及北京附近地区有关复原事例的分析，总结了澳大利亚的不同地区，采

3、矿后一些公司用于重新建立本地生态系统而采用的革新方法。澳大利亚矿产开发与研究中心（ACMER）的研究项目将继续以新的复原技术为重点。本文将对于目前的研究项目进行研究，并将对于通过研究与培训而获得的合作机遇进行讨论。绪论澳大利亚是世界上的矾土、氧化铝、钻石、钛铁、金红石和钽主要出产国，锌矿石第二大出产国，铝、铁矿石、镍矿和金矿第三大出产国，煤的第五大出产国。总的来说，采矿业和矿石加工业是澳大利亚的主要经济支柱产业。在澳大利亚有80个生物地理区域，其中66个区域分布着500余座矿山。虽然在澳大利亚采矿业(<0.05%)用地比起农牧业(» 60%)用地相对较少，但依然存在严重环境破坏

4、的隐患，如植被面积减少，野生动植物破坏或土壤全部或部分流失，和地形与水文的改变，从而导致土地腐蚀沉降，水质浑浊；另外废矿石中硫的氧化物也能够导致产生含有稀释金属毒性的酸矿废物，这些隐患的影响范围可能从轻微而变的非常严重，这将取决于地表层土壤及处理废矿（例如矿石废料）的物理和化学性质、气候、和操作场所与其周围土地利用的关系。矿山开采使用寿命规划（矿山寿命规划）对于成功将其对环境破坏程度减少为最低，和最大程度恢复生态环境至关重要。关于生物多样性价值管理在某个矿山开采规划和运作过程中的“实践指导部分”，最近已由ERM 和 ACMER的顾问共同创作完成，它是由国际矿业与金属委员会委托编写的矿业与生物多

5、样性实践指导论文中的一部分（见ICMM 2005)。关于恢复生态环境系统的第三部分，描述了综合所有规划阶段所需的程序和确保持续恢复成果的操作与恢复工作。在规划和执行成功的恢复生态环境系统项目中所需几个关键阶段：利用全面土地使用规划与审议标准，来决定矿化土地使用生态环境恢复计划中的具体位置规划和发展需要满足下列所有因素有关土壤、表土及废料对于植物生长和水污染的隐患的综合描述为了保护水资源和为植物创造一个满意的（非敌对的）基础区域，对土壤和表土进行选择性处理开采后的地形建筑，能稳定的抵抗风与水的腐蚀力量，从而确保开采后土地使用的持续性和对周围水资源的保护可持续发展的植被和生物群落的建立为确保可持续

6、的和多产的土地利用而建立的恢复监控和管理本论文着重论述了不同生物地理区域的矿山问题。尽管所引事例来自澳大利亚，但是其相关的原理与世界其他地方的矿山均有所联系。综合的土地利用规划最初的对于矿山寿命规划的一个重要考虑，是利用综合的土地使用规划，来决定开矿后的土地使用问题。应该对下列问题认真考虑，如周围的地形、土壤、水文和土地使用，以及开矿后周围社区的地形、景观的生态潜能。气候因素是澳大利亚的矿山所存在的主要决定性因素，大部分矿山都位于干旱或半干旱地区。对于一种确定的气候，开采后的生态潜能（开采后的土地使用选择）将会明显地受到下列因素的影响，如为保持适当的植物生长地层而给予原料选择处理的重视程度，和

7、对腐蚀力量具有稳定性的地形建设的保证程度。在新南威尔士猎人谷煤矿地区，开发了一个采矿运作与一系列土地使用共存的地方，这是利用综合土地使用规划程序的成功例子。与国家政府机构（例如，那些负责农业、林业、水资源和矿业）、地方政府、所有的土地使用者（代表农业和矿业）以及有关的公众，进行了长期的磋商。通过这个过程，产生了一个初步的计划新南威尔士猎人谷（矿物资源部 1999）煤矿恢复综合前景展望，在更广阔的猎人谷前景范围内的，为矿山恢复、土地使用和社会经济学问题之间更好的合作，提供了一个基本框架。通过一系列观点阐述，强调了与矿山恢复项目发展和执行相关的各个方面的综合考虑，这为将来本地区土地使用规划提供了：

8、股东之间更好的协调需要促进上述猎人谷的全面植被管理计划的发展与执行的需要为倡议生物多样性和降低温室效应的目标做出贡献的机会包括商用木材种植、重建和管理生物多样性和形象化的舒适感在内的，可持续采矿后的土地使用的建立工业的需要，与生物群落共同建立与本地生物复原及水管理使用有关的目标与标识。这个初步的计划已被当地权威人士及土地使用者欣然接受，许多面临倒闭的矿业公司正在考虑它的建议，在新南威尔士政府打算在不久的将来更新此计划。总之，使用的程序和结果，能够为一个地区的整体采矿业的其他土地使用，提供一个有用的模式。具体场地的规划好的规划是有效的土地管理和高标准的可持续种植的关键。良好的实践要求矿山在整个采

9、矿寿命的基础上（也就是从开始执行到最终结束）和整个租期的基础上 （也就是要同时考虑在租期内被占用和恢复的地区以及邻近的土地）（见ICMM 2005），现在在澳大利亚采矿业中它已被广泛公认。整体采矿寿命规划开始于基线的研究， 它构成了环境破坏评估方法。对动、植物群的调查研究是为了确保它们能够提供用于评估破坏程度、计划再种植和评价再种植成功的必要信息(EPA 2002, 2003)，关于土地使用、社会与社会经济方面、地形、生物多样性、土壤和水文学的信息被用来发展可持续矿山的再生长和土地管理程序，它们被统一用于局部与整体规划策略，例如，在前一章中讨论的计划。许多公司都与当地股东集团就复原计划的有关方

10、面进行了讨论。整体租期管理正如许多公司所采取的方式，为矿山资源再生与周围土地的可持续性管理的统一，提供了极好的机会。对于许多矿山而言，被影响的实际土地面积仅占租借面积的一小部分。可靠的管理与周围退化的动植物生活环境的复原，会成为一个成功的矿山恢复项目重要的组成部分，它们均来自于动植物群生活环境和动植物群的补充来源。整体租期管理的一个实例，铁矿业公司（Hamersley Iron）采用了可持续发展决策方法来提高经济效益，优化其在澳大利亚西北部现在和将来铁矿用地环境和社会成果。这个方法的使用表明以目前的程度来维持家畜的产量水平是可能的，而放弃边缘地区和提高当地本土的生物群落的比例。这与最近西澳大利

11、亚和新南威尔士EPA (EPA 2005 和 NSW EPA 2002) 和由ICMM (2005)论文所描述的“绿色补偿”和“多样性补偿”具有很多共同点，这是要补偿环境破坏，例如由技术局限性造成的，它会在很多情况下阻止公司准确更换曾经存在的生态系统，这个概念现正在澳大利亚各地以各种方式被人们所接受。正如ICMM (2005) 和 ANZMEC/MCA (2000)中所描述的，全面终止策略和计划应在一个矿山的开采寿命早期实施。它必须集中上面所讨论的所有方面，包括可完成的复原目的和目标。需要这些来提供可测量标准，用来衡量公司，调整权威和其他股东来决定是否所有必须的要求都已满足了优先于矿山的关闭。

12、当制订目标时，需考虑的方面在ICMM (2005)中进行了描述。终止策略和计划应该每五年至少进行一次回顾（作为终止途径应该更为频繁），作为新的信息和技术应该可以更新。当设定恢复目标时，公司必须考虑需要什么样的管理要求来维持长期的保存价值，谁将负责管理它们、将如何筹集管理成本？一但设定目标，就应该产生一个具体的恢复计划。这将清楚地向政府管理者和其他人员说明，公司将如何执行恢复计划，从而满足设定目标。计划必须包含足够的细节，以便于在采矿完成时公司审计人员、管理人员及任何其他股东能够评估恢复计划的实施，是否已经按照规定的进行实施。还应描述最终土地使用和所有的目标、目的，并且应包含充分的土壤和地表土层

13、材料的细节，表层土处理程序、土壤改善技术，例如石灰和石膏的使用、美化程序（包括建筑物的腐蚀控制和水管理结构）、化肥的使用及植被建立技术。计划应该包括时间细节，需考虑任何革新、复原及终止的机会。从生物多样性保持和重新建立的观点出发，受影响区域在任何时间的减少，是非常重要的。恢复计划应定时进行回顾，随着地点条件的信息近一步获得，新的恢复程序也将开展。美国铝业澳大利亚公司使用了GIS来统一关于采矿前的价值保护，用来降低破坏的最佳的采矿策略，和复原方案的信息，它为我们提供了一个很好的有效采矿规划的例子。复原计划在每年的九月份产生，这些计划会为土壤运动计划提供必要准备。有些程序，例如播种，将会提前两三年

14、进行以便获得足够的种子。如何执行复原操作的工作指导文件和基于复原计划要求的清单将被用来确定这些均已完成。材料特征一贯取得良好治理恢复标准的澳大利亚矿业公司认识到土壤与其它物质(表土，矿石处理废弃物)属性在对植物生长的局限性及对水质的潜在影响等方面的特征是有效治理的一个重要的先决条件。此特征描述应在考察初期开始，并作为矿山规划的基础贯穿于预可行性及可行性报告阶段。在矿山运营过程中同样要求对物质的特征进行描述，尤其是在因矿物产品价格变化而导致矿石等级及采矿计划变更时。对于废弃矿，可能得到或得不到现有材料特征描述的信息，但为确保矿山治理的成功必须获得此信息。材料的特征描述一般包括矿物学、物理学及化学

15、分析；生物学分析在后期评估重建的生态环境的表现时更常用到。矿物学分析有助于描述矿山废弃物例如废弃矿石及处理过的尾渣。可以确定可能会产生酸性物质的硫化物的属性，硫化物在PH值低为23时会严重地直接影响植物生长，或者通过产生过量可溶性金属成份而间接影响植物生长。狄克逊与舒乐兹(2002)对矿物学分析技术进行了全面探论。威廉斯与舒曼(1987)、赫斯内(1988)、索贝克等人(2000)、丹恩与托普(2002)等人对用于评估矿山物质对植物生长的物理局限性的实验进行了描述。威廉斯与舒曼(1987)、赫斯内(1988)及斯帕克斯等人(1996)对评估土壤及矿山废弃物的化学局限性可获得的实验范围进行了描述

16、。威廉斯与舒曼(1987)、哈特金森与埃利斯(1992)、伊万格鲁(1995)及斯各森等人(2000)对预测硫化物的酸性衍生物的量级及比率的实验进行了详细描述，并给出可控制此问题的解决办法。对矿山实地物质的特征描述的实验室分析值高度依赖于取样协议的有效设计。多尔霍普(2000)、德·克鲁杰(2002)、叶兹与瓦瑞克(2002)提供了关于以上内容的有益指导。威斯特实验室的分析提供了有助于植物生长的土壤与矿山废弃物的可能性、暖房实验(亚瑟等人，2002)的指南、及在矿山实地对矿化后土壤上生长的不同植物种类的表现提供了较为清晰的评估 (贝尔，2002)。.选择性地处理建造适宜的根系层的材料

17、重建的根系层包括土壤、表土损土，尾渣或这些物质的各种组合物。具体的组成物取决于将要建造的植物覆层的自然属性的要求，例如，如要求恢复为农业用地，为达到原始的生产力，就需要保留整个土壤剖面并进行替换(达克与巴恩黑索，2000)。重要的一面是适宜的足够扎根的根系层厚度(尤其是在风害地区)及充足的水源使植物群落在缺水季节仍然能够存活。为达到以上要求，一般会要求1-2米的根系层物质厚度，但根据气候及植物的自然属性会有所区别。选择性地处理土壤在治理恢复项目中需要提到的问题：决定是否留存土壤。汉纳与贝尔(1993)探讨了土壤留存的优缺点及在治理恢复中的作用。大多数表层土壤对植物生长的限制远远少于表土物质对植

18、物生长的限制，对土壤处理的额外成本通常因建造植被层的更大的成功而被忽略。决定是否留存土壤要求在采矿前对土壤与表土种类的自然属性与分类进行全面的评估。总体讲，如果表土物质或尾渣不能达到矿化后土壤的使用要求时，就应当留存土壤并在治理恢复项目时使用，即使改善处理的成本已达到有关保留与替换土壤的总计成本(汉纳与贝尔，1993)。应当留存哪种土壤层。对于给定类型的土壤，底土物质在植物生长特征方面与原始的丰富的表层显著不同。需要剥离合适的土壤以便在治理恢复项目时使用，厚度是由详细的化学与物理分析来决定，并在土壤剥离图上做记录。土壤剥离时有几种选择方法，取决于土壤的质量及要求的矿化土地使用方式。有些土壤的表

19、下层具有许多植物不需要的特征，例如高盐及高纳的，或过酸的，铝过度的和/或钙缺乏等。澳大利亚许多矿山分布在底土含盐和纳多的地方，一般在治理恢复项目中只留存表层土。只有在所有土壤层面适合植物生长(或可以通过化学方法改善后适合使用)时才使用全部土壤剖面层。当发生这种情况时，在移动及处置过程中土壤各层面的混合会为植物生长提供一个适宜的媒介。然而，这会导致原本集中于表层土壤中的有机物质、微观生物、本土植物繁殖体的稀释。通常，倾向于单独剥离并替换土层(双层剥离)以确保有营养的、富含微生物的、(有时)含种子层能够保留在地表。万一需要重建本地植物种类时，在进一步剥离土壤前，应当先将表层土壤移留薄薄一层。这是由

20、于大多数本土植物种子集中于土壤最上层50mm内(土壤种子库)。并且，含有这些种属的土壤最大深度为30-100mm。剥离并重新覆盖超过100mm的表层会因种子的稀释与发芽失败而导致潜在的种苗的相当大的损失。一个非常成功的用于保留本土种子存活力的土壤处理值运作案例是美国铝业在西澳大利亚进行世界矾土采矿的运作。(科赫等人，1996)土壤转移及安置。土壤转移及安置的两个重要方面是使用设备的种类及土壤的湿度。这两个因素都会影响在转移安置过程中不可避免产生的土壤压缩及结构分裂的程度。严重的压缩很难再改善，并会导致根部生长的减少。在土壤安置过程中，铲土机的使用会导致底层物质的重度压缩，并且拖运距离的限制为小

21、于1公里。在转移、运输与撒播土壤时同时使用前端装料机、卡车与推土机是减少压缩的最佳组合。对于所有土壤，当湿度高于某临界点时，如果不将土壤压缩至某一程度将很难使用设备来处理，但这一程度将会严重影响植物的生长。当持续装载土壤时，其水含量持续增加，而体积密度持续增加至最大限度。对于很多种土壤，在潮湿时，一辆满载的铲土机将会使体积密度增大至高于根部生长的临界值。体积密度是通风与机械阻抗的间接度量，直接影响植物生长。在该值高于某一点时植物生长会受到影响，对于土壤毛细含水量排列为粘土的1.3克/ cm3至沙土的1.8 克/cm3。优化重置的土壤厚度。 在损土，尾渣或其它废弃物上重新置换的土壤厚度是由以下因

22、素决定的：需要的植被、可获得的表土及底土的数量与质量及底层物质的自然属性。一个普遍原则是建造的根系层应具有充足的植物可获得的水源以帮助需要栽植的植被渡过最干旱的季节。既可以通过增加重置植物生长媒介的厚度来实现，也可以，如果可能的话，通过高含水量的物质来实现。如果化学与物理实验显示底层物质对根部生长没有重要限制，例如盐度、钠含量或酸度，一层50mm厚的土层，通过提供有助于种子发芽的适宜环境、水的渗透，并提供养分与微生物就可以帮助建立植被；并且，当需要恢复本地生态系统时，此种土壤可能会成为一种重要的种子来源。当底层物质含有不利根部生长的特征时，为获取得长期生产力，土壤厚度将起到物质特性的自然属性与

23、严重程度的作用。尽管100mm至200mm的土壤厚度施于盐地和/或含钠高的损土通常会有益于建立本地物种或改善草场，但由于根部在损土的穿透能力差，导致植被因为干旱季节缺水而减少寿命。并且，如果底层物质的水传导力差，盐份向上进入重置土壤显著而使土壤重置的正面效果明显降低。当底层物质的水传导力适度时，盐分向上迁移速度慢。当发现硫化废弃物时，应当使之置于土层的底部，远离根系区。使土壤储存对土壤属性的影响最小化。 理想状态下，土壤不应有存积。然而，气候条件、远的拖运距离及选择适宜采矿活动的治理恢复的时间选择的难度使得，在某些情况下，土壤必须为将来的使用进行储备。储存时间超过6-12个月可能会导致土壤结构

24、性降级及种子与微生物的死亡(沃德等人，1996a)。可以通过建设设置间隔区并规定最小高度(例如，<2-3米)与最大面积的堆积场来减少土壤质量恶化。表层与底土物质应当分别储存。用一种草与豆类植物的混合物或本地物种对堆积土壤进行播种有助于控制腐蚀并减少有益于土壤的微生物的损失。选择性地处理表土选择性地提取并安置表土层有两个原因，即(1) 掩埋不利于植物生长或会污染表层或地下水供给的物质，或(2)抢救有助于治理恢复项目的物质。特殊的表土地层会因其盐度、钠含量或通过硫化物的氧化而产生酸度的可能性而不受欢迎。通常，需要将约2米厚的无毒害的表土或废弃物置于有害物质上。当大多数表土含盐高或不适宜植物生

25、长时，应当有选择地处理表土以拯救最有益的可获取的地层置于最终重置的地表上或附近。如果只有一小部分物质是有害的，选择性处理应当致力于确保此种材料在表面附近使用时不会用完。当采矿前的表土包含可能产生酸性物质的硫化物时，则表面风化(氧化)层成为很有价值的资源，应当注意在采矿末期确保此种物质足够覆盖产生酸性物的物质。哈特金森与埃利斯(1992)描述了在矿石废弃物与尾渣中减少由于硫化物氧化而形成的酸性物的产生或控制其影响的工程选择。建造可持续性的地形治理恢复若需满足指定的矿化土地使用，防止因表层腐蚀而损失有价值的表层土并裸露出有毒害或产生酸性物质的损土，最终导致水资源污染，其基本是优秀的地形设计。托尔与

26、哈德利(1987)、托尔与布莱克(2000)均陈述了矿石废弃物、尾渣存放设施及露天矿坑治理恢复的地形设计的基本原则。在澳大利亚，林德贝克与汉纳(1998)描述了地形设计的基本原则与一些澳大利亚矿山的最佳实地案例。采矿前对土地使用及土地持续性的调查对适宜的矿化土地使用提出了指南。然而，地形学与水文地理学的更新排除了部分土地使用方式，因为重新规划的地形需符合指定的土地使用，例如，耕种地的坡度通常应当小于5-8%，而可持续的草场或森林用地/本地生态系统用地则可以接受更倾斜的坡度。随着矿地的重新规划，表面排水密度(每单位集水区的全部水路长度)应当与矿化土地使用方式相符，而不应与采矿前的地形相差太大，以

27、避免可能导致水道侵蚀的产出物的集中。并且，重新规划需要确保所有在矿区内的产出物到达环绕的水路时在体积与速度上不会导致水道的侵蚀或沉淀(林德贝克与汉纳，1998)。对于在矿区内的每一个恢复治理单元(矿石废弃物，尾渣存放设施等)，重要的是控制表面腐蚀以维持矿化土地的使用并保护周边地表的水资源不会沉降。在设计矿化地形时，需要理解矿区内各单元分别可以承受的土壤损失，及在不造成严重环境影响的条件下周边河流接受沉积物的能力。农业方面大量研究提供了各种土壤类型的土壤损失承受值，但有关重置土壤，损土及其它矿山荒地的以上数据更有限。自然地形的地质侵蚀因气候与原材料而有所差异。但速度可以是以下顺序0.01-0.1

28、 mm yr-1 (» 0.15-1.5 t ha-1 yr-1)。农业用地的承受值在0.5-1.0 mm yr-1 (» 7.5-15 t ha-1 yr-1)范围内。未恢复的矿区的值可能会超过10-20 mm yr-1 (» 150-300 t ha-1 yr-1)。为支持重建地形的设计，设计了一系列侵蚀模型(埃文斯，2000；尼可鲁，2003)，用来预测在给定地点，在不同斜坡的长度与角度、不同植被覆层及地表微地貌等条件下不同材料的沉积损失。这些模型包括根据经验产生的有助于在设计初期指示土壤损失的通用土壤损失方程修订版(RUSLE)(雷纳多等人，1994)，以

29、及复杂的地形学演化模型，SIBERIA(威尔古斯与瑞利，1998)。后一模型在北澳大利亚瑞奇铀矿的地形设计时使用到，是一个成熟的三维地形学演化模型，它模拟了产出物、侵蚀与沉积，并预测了一个集水处的通道与山坡度的长期发展(长至1000年)。在澳大利亚，取得长期稳定性的矿石废弃物的最佳设计仍然在具有高度分散的损土和/或具有强降雨量的某些矿区进行着实验。许多矿山使用传统方法通过减少外斜坡的角度与长度来控制侵蚀，后者通过下降结构的导出产出物的矿山狭道来实现(林德贝克与汉纳，1998)。然而，由容易引起隧道侵蚀的损土构成的狭道的使用可能会导致严重的地表不稳定性。有些矿山无需狭道，使用S形斜坡来模仿自然地

30、形。然而通常明智地做法是让水从含有大量会产生酸性物质的材料堆的堆顶流下。增加对堆顶的渗透具有以下优点：(1)减少外斜坡的流出物，(2)增加植被生长，而植被的生长反过来有助于控制侵蚀。采用此方法的两个例子是处于昆斯兰的布温盆地的欧凯克里克煤矿使用的池塘形的地形系统(麦克纳马拉等人，1999)及在北昆斯兰凯兹顿金矿使用的“存储与释放”形覆盖系统(威廉斯等人，2003)。澳大利亚涉及尾渣存放设施的地形设计的若干革新包括：(1)使用凹形外斜坡，作为留存墙体，是否具有岩石表面均可；(2)加厚的尾渣，能形成要求的地形表面(例如，精炼矾土)；以及(3)粗糙废弃物与尾渣的共同处置(例如在煤矿开采中)。可以维系

31、的植被和动物群落的建立植被挖掘时运用良好的方法确定地形和土壤剖面，能够保存种子和表层土壤的营养以及土壤生态区，从而大大提高恢复成功的机会。而所使用的确定植被的程序在决定恢复的成果方面也有着不可估量的作用。尽管现在，许多澳大利亚的矿区恢复设计工作旨在制造出一些本地生态系统形态，但是，将他们恢复成适合放牧的牧场的设计仍方兴未艾，特别是针对新南威尔士和昆市兰州的煤矿。汉纳（Hannan，1995） 以及汉纳和贝尔（Hannan and Bell，1993）的书中对成功使用多年的技术做了概要描述。最近的研究着眼于长期管理的指导方针的决定（如：出芽强度、肥料要求）以确保意向土地被合理使用（格瑞克等，20

32、02）。充足营养的可获得性对植被群落的长期确定起着重要的作用，正如在之前的部分提到的那样，多数采矿作业都会严重改变土壤带的成分，这就会导致一些营养物质的缺乏。决定所需肥料的总量和类型以促进幼树的茁壮成长，在许多情况下是一种相对直接的办法（欧尔等1990（Orr et al 1990）、格瑞克等1998（Grigg et al 1998）、马里根和贝尔（Mulligan and Bell 1991）。虽然许多公司采取这种方法，并通常用直升机施放所需肥料，但是理解长期营养物循环的过程（诸如：垃圾分解、菌根在养分摄取方面的角色、以及火和豆类在氮的可用性方面的生长和衰老）却是非常复杂、而且毫无疑问对生

33、态系统的确立又是非常重要的问题。对这些方面的调查包括对矾土矿（沃尔德等，1985，1991）和煤矿的研究（伯文和马里根2001；格瑞克等1998）。尽管在某些地方采用秧苗种植的方法，但是许多矿区植被的建立还是利用了直接播种的方法。播种时，既可以将种子盒安装在推土机或农业播种机上，也可以利用直升飞机。相较秧苗种植而言，直接播种更加经济，并且能够使植物的分配更加随机。在一些本地植物不易成活的地区，播种也许是唯一可行的方法。在矿区，即便包含本地种子的表层土是可以获得的，也还是需要通过播种补充土壤中的种子库，以建立对营养循环非常重要的物种（如：豆类）；控制腐蚀或保持（如：稀有物种）。出于上述原因，许多

34、矿区采用了直接播种的方法。美国铝业公司矾土矿公司（见案例研究1）目前每年花费大约四十万美元在其恢复计划的播种方面。他们的这些种子包括大约70个种类，全部从当地收集。植被建立的最佳方法，以及提高种子出芽率的方法被广泛调查。1995年皇家公园植物园（Kings Park Botanic Gardens）研究发现，烟尘可以在很大程度上提高许多种类种子的出芽率，这在整个澳大利亚采矿业中反响巨大，并且这个技术现在已应用于许多矿区以提高出芽率。作为其有效性的一个例子，当一份典型的美国铝业公司（Alcoa）混合种子在播种之前应用这种技术，其出芽总数将提高到85%，而出芽品种将上升到34%（洛西等1997b）

35、。其他用于提高种子出芽率的技术包括热处理和gibberillic酸的使用。秧苗种植在一些不适合使用播种；或为了获得一些其种子很难得到或非常昂贵，并且不易出芽以及储存时不能成活的物种的情况下还会用到。例如，2003年美国铝业通过种植二十三个品种的十八万四千棵秧苗（通过组织培养或插条获得的）补充了其播种和直接表土回种项目。秧苗种植也同样被一些建立人造林的公司所使用，以确保较好的树种有适当的生长空间，以便为未来的管理创造便利条件。动物区系动物区系是恢复生态环境的一个重要部分，许多澳大利亚采矿公司对脊椎动物和无脊椎动物区系进行了大量调查，以深入对动物区系回归过程的理解，并促进可以维系的动物区系的建立。

36、他们证明，在以重建本地生态系统为目标的采矿业，可以通过为动物区系提供适宜的栖息地来达到使他们回归到已恢复区域的目的。建立与开采之前相似的植被以确保多数种类的动物及时回迁。达到使自然界动物区系迁徙的目的，首选的方式是按自然法则引进动物，这种方式不会有成本的问题，当栖息环境能够满足动物们的要求时，他们必然会回来（如果他们被引进得过早将不会成功）。尼可和尼可（Nichols and Nichols ，2003）一书对恢复矿区生态，重新建立适宜动物生活的环境的一些重要方面进行了讨论，案例研究选自加拿大格瑞戈河床矿脉（Gregg River Mine in Canada）一书。（见ICMM 2005）在

37、一些情况下，动物区系种类的生存环境的主要组成部分可能在很多年都不会在矿区恢复工作中呈现出来，例子包括：树洞，许多鸟类和哺乳动物用于藏身；圆木或圆木堆，底栖动物在其中或下面藏身；栖木，猛禽或其他鸟类（可能引进种子的）所使用的；枯死老树，有空洞或裂缝等所有这些都能够为小型脊椎动物或无脊椎动物提供藏身之处；一项名为“开采之后建立动物区系生态环境的创新技术”的项目最近由ACMER完成，他提供了目前许多澳大利亚矿业公司所采取的建立动物区系生态环境的大量科技实例。（见.au ）恢复的监督和管理监督和研究是成功的长期恢复计划的重要组成部分。监督和研究的目的是：作为质量控制清单，以确认恢复行动得到开展；提供必

38、要数据，促进对恢复的方法进行持续的改进；它们需要做为与ISO 14001相兼容的环境管理系统的一部分；确定恢复的目的是否在实现，或将在可接受的时间框架内实现；确定恢复中出现的任何问题，找到解决方法，并且评估得到恢复的区域和开采后矿山的土地利用的长期可维系性。澳大利亚矿业公司所使用的恢复监督计划的范例在尼可（2004，2005）以及尼可和福特的著作（2002）中得到描述。出色的监督计划应当包括基线监督（干扰前）、未开采的相关区域当前的监督、所执行的恢复程序的档案记录（为以后参考用，如在对监督结果进行说明时）、对最初的过程活动的监督、以及长期监督恢复过程以便确定目标是否实现。所有恢复使用的矿山土地

39、都需要管理和监督，甚至是在矿山关闭以后。确定需要做什么，以及谁去负责做这些事是任何矿山关闭程序中关键的部分。这些问题应当在矿山还在运转时就及早考虑。所要求的管理的范围根据所选土地的使用、恢复的目标以及场地的具体因素，如地形、土壤和植被的不同而不同。一般来说，有可能需要的让渡后管理会包括重新施肥、杂草管理、被放牧动物的转移或控制、对公众进入的控制、对所观察到的被毁坏设施的修复、火的管理、以及安全信号和围栏的维护。矿山关闭后管理的责任取决于需要做什么、谁将拥有土地并负责对其管理以及司法方面，如安全责任。制定让渡后管理策略应当包括：准确确定需要什么样的管理；整体考虑所租借的事项，而不只是要恢复的区域

40、；向股东进行咨询；对安全方面进行彻底检查；就谁将负责让渡后管理的各方面达成一致；并且确定所需资金，以及资金的来源。成功的矿山恢复计划包括对所有这些问题可行的解决方案。在昆士兰州博文（Bowen）盆地和新南威尔士州猎人谷（尼可2004、2005）进行的两个ACMER项目两个煤矿是由不同公司开展的解决可持续性矿山关闭问题的两个范例。案例研究1：美国铝业澳洲公司美国铝业世界氧化铝澳洲公司在西澳大利亚的西南部开采矾土矿，该区域冬季的降水量不大，全年降水量大约为1200 mm。采矿活动在红柳桉树林中开展，这些树林是高大的干硬叶林，上层林主要是红柳桉树和美叶桉木。这里有相对开阔的中间林种类，如bull b

41、anksia和snottygobbles (Persoonia longifolia, P. elliptica)，而下层林通常不足1米高，主要是各种灌木以及不同类系的草本植物，包括百合科、豆科、掌脉石楠科、第伦桃科、帚灯草科和莎草科植物（贝尔和海德尔1989）。尽管主要的森林区域尚不清楚，它已经受到了诸如伐木、水坝建设和恶疫霉枝枯病的影响，这种病能杀死红柳桉树和许多下层植物。森林中主要的土地使用为集水区，其余的使用包括环保、木材生产和旅游。美国铝业的采矿活动开始于1963年。当前每年大约开采并恢复大约550公顷。矿区以“豆荚”的方式分布，通常范围为2-60公顷，平均10公顷。露开采矿开始于清

42、除植被并剥离富含种子以及营养的上层土壤，其深度达150mm。这些土地可以现实可行的重新加以恢复利用。0-1米不等的表层土被清除并储存。然后就会开采矾土，平均深度为4米。开采后，按照自然地形，将矿坑的边缘加以修整，矿坑的地表被剥开，使之疏松。表层土被放回原处，最终表面的轮廓被划出以防止侵蚀。通过播种和栽培种植当地树木和70多种下层植被，并且施肥。在其它地方可以找到更详细的恢复程序（参见沃德等1993；沃德等1996b；加德纳2001）。恢复的总体目的是“恢复一种稳定的、自生的红柳桉树林生态系统，根据计划促进或维护水、木材、休闲、环保和其它为人所提出的的森林价值”。具体的环保目标是“鼓励与本土红柳

43、桉树生态系统类似的植物、动物和土壤特征的发展”（尼可等1991）。为了实现这些目标并确保恢复标准的不断改进。美国铝业开展了大量恢复研究计划，调查与森林生态系统开发中植物和动物群落重新确立相关的方面。相关恢复研究美国铝业的研究计划促使该公司去测量其在实现以上目标中所取得的进展，以及设定具体的完成标准，并确定这些标准作为整体矿山关闭过程的一部分是否得以实现。关键的研究领域包括生物多样性重新确立、连续性过程、营养循环、可持续性和对干扰的恢复性。恢复计划的相关方面总结如下：就持续改进恢复技术进行了大量研究，该技术用来建立一个红柳桉树森林生态系统。这由尼可（2003）进行了总结。关键的研究领域与疏松、表

44、层土处理、施肥和播种有关。所开发任何具有成本效度的改进措施都被结合使用到恢复方案中。连续性研究已经调查了植物和动物群落随时间推移取得的发展（如沃德等1990，格兰特2003，尼可1998，尼可和尼可2003，格兰特2005）。这些研究发现最初的植物种类会主宰一个地区的植物群落很长时间。 这在术语上称做“原始植物种类”模型（伊格尔1954）。这使美国铝业认识到在一开始就建立物种多样性的重要性，并因此花大力气研究上述的上层土壤的处理和播种方法。具体的动物群落研究集中在批示生物多样性和生态系统功能的关键方面，诸如鸟类（植被结构、植物种类以及昆虫丰富性）、爬虫动物（地面掩蔽处和无脊椎动物的出现）、蜘蛛

45、（植物结构和适当的被掠食者）蚂蚁（授粉、土壤通风）、弹尾目昆虫和白蚁（营养循环）。已经开展具体的营养循环研究，以确定是否为成熟的森林发展储存了充足的营养，并且，如果是这样的话，需要时植物是否能够得到营养。具体的项目与对树木生长、生物量、垃圾分解、树叶组织分析、土壤微生物学和土壤剖面的开发（在尼可1998、2003年的著中总结）有关。更近一些的研究研究了在恢复区域中对营养池计划中的烧除的影响（莫利等2003）。可持续性没有简单的方法实现。认识到这一点，美国铝业对被开发的生态系统可持续性方法的演示集中在对以上描述的连续性和营养循环的发现成果的解释和理解。如果它在关键方面与未开采的森林相一致和/或没

46、有明显的问题，这一系统被认为可以是可持续的。因此，在植物种类丰富性以及生态功能上与未开采的森林相一致，并且支持关键动物种群的一定数量，这种恢复可能就是可持续的。森林生态系统对火的弹性也被详细研究。火是红柳桉树森林中一个循环的要素，并且使用可控制的燃烧方法的将被恢复的矿区同周围的森林协同管理十分重要。植物研究已经监督燃烧后的一些参数反映，包括燃料负荷、树木生长、植物密度、生存植物的覆盖、物种的丰富性、杂草反映、阿拉伯树胶的密度以及覆盖度（格兰特等1997，格兰特等1998，史密斯等2000，格兰特等2003，史密斯等2003）。已经开展了具体的动物群落研究以评估脊椎动物（尼可和尼可2003）以及

47、无脊椎动物（布伦南2002）的反映。美国铝业的恢复计划被公认极其成功。收集了恢复后15个月的监督数据，并且与从未开采地区获得的数据相比较。在恢复中记录的植物种类的平均值现在同未开采的红柳桉树林中控制所记录的种类相符（图1；尼可2003）。图1：该图显示了恢复的年份同美国铝业15个月的恢复的物种的数量的关系，显示了在同样规模的红柳桉林木控制区记录的物种数量的百分比。动物群监督显示了得到恢复的矿区的物种的回迁也是成功的，在恢复域区记录到了超过95%的鸟类、87%的爬虫动物、所有的哺乳动物以用70-90%的无脊椎动物群的返回（尼可1998）。案例研究2：Consolidated Rutile有限公司

48、Consolidated Rutile有限公司经营北斯特拉德布罗克岛（North Stradbroke）的矿砂矿，该岛距昆士兰州布里斯班40公里。储藏在又长又高的抛物线状沙丘中的金红石、钛铁矿和锆石的重型矿砂被使用大规模挖掘过程开采。在开采后，沙丘被用以下方法重新建立和恢复：用沙丘残渣对沙丘进行恢复重新散布表土播种包括23种本地树木和下层物种的种子；在外层覆盖混合的草本植物或谷物使用一种播种机以300千克/公顷的数量施加特殊混合肥料；使用含沥清的稳定剂；应用护根物；施加维护肥料；种植苗木；移植木本单子叶植物 (草状木)；并且建立动物栖息地（如，圆木、直立的死树等。）克立福德和斯佩奇（1979）

49、对该岛的自然植被做了描述。除了一些地区矿产进行了开采外，当前大部分地区的矿产没有开采，它们由开阔的桉树林和一些有少量小桉树（矮小的、多茎的桉树）的林地组成。在森林和树林中，分布着不多的拔克西木属的中层林和许多种下层林。明确用于开发的地区可用作木材生产、使用、环保、供水或综合以上各方面。这种责任的多样性以及土地的使用在CRL确定开采后土地出租利用时已经加以考虑。该公司打算通过在所有恢复区域重新建立灌木林以获得最大的灵活性。这些在同主要股东进行商谈后，确定了恢复目标。当前环境管理综合策略（Consolidated Rutile 1998）中陈述的总的恢复目标是“在尽可能的利用当前技术和最好的环境管

50、理实践行为的情况下，重新恢复开采之前的本土植物和动物群落，要符合以下标准：”总体目标设定一个目的，在该目的下，通过CRL的最大努力，规划方案及其最终结果。认识到场地的限制，如土壤的结构的变更可能阻止完全替换为以前存在的群落。如果很明显，当前最好的实践行为不能重建生态系统，要对恢复计划进行修改，以建立最可行的替代方案，以完成计划的土地使用，并且当目标是最终重新建立同未开采前的控制区类似数量的植物和动物物种，根据当前的气候和生态条件，它们密度会随地区和时间的不同而不同。这一再生长方案设计提供充分的植物数量和种类，以使同开采前的情况，或同北斯特拉德布罗克其它地区现有状态类似植物群落和动物栖息地得以建

51、立。已开发出详细的监督方案（见尼可和富特2002）。这一方案设计用来测量目标实现的程序，并提供促进恢复的质量的必要信息。随时间推移，监督方案应当揭示是否生态持续性的其它方面在朝有利方向进行。例如，对树木生长的测量和健康评估可以显示营养的缺乏。不过，为了全面评估长期生态系统的可持续性，生态系统发展的其它方面也需要测量和加以理解。它们包括土壤物理和化学发展，土壤微生物和动物生态学，它们在科贝特和哈伍德（2000）的著作中加以总结。他们调查了生态系统持续性中以下方面：同各种本地生态系统相比，在恢复中植物的发展；土壤剖面的发展；琉球松菌根；营养循环和垃圾分解；土壤种子库；植物水文关系；在恢复的不同阶段

52、中火的影响；火对土壤种子库的影响（研究还在持续中）；以及阿拉伯树胶的稀释对恢复发展的影响。其它研究方案着眼于：本地植物种子的冬眠机制；生态系统恢复成功的指示器；在矿物开采尽后的地形条件下，将动物群同生物化学循环相联系；以及对动物的迁回和均衡系统的研究现在正在开始。诸如木材生产、环保、休闲或集水在内的土地使用的内容的管理在考虑恢复的可持续性时也需要加以考虑。而包括火灾和旱灾在内的循环性干扰行为也要考虑。这些研究方案显著地增进了公司对如何开发恢复行为的理解，并对恢复的方法做了许多改进。随时间推移，所进行的监督也预期有助于进行进一步的改进。案例研究 3：卡拉夫卡拉夫 是一个位于昆士兰省的中部的伯温(

53、Bowen)盆地采煤区的明挖的煤矿。降雨量小 (大约 600 毫米) 而且让人捉摸不定。在该区域有代表性的主要植物包括高大的镰叶相思树(澳大利亚金合欢) 丛，白杨(桉树)林，以及沿着 Blackwater 小溪的零星的桉树。没有稀罕的植物在植物学的调查中的记载； 然而，私人采矿使得该地区的生态系统面临灭绝的危险。在开矿前，该区域主要用于用粮食饲养肉牛。这些放牧活动造成该区域80%的没有植被覆盖，剩下的区域也被放牧过。在开矿后，现有的租地禁止放牧，使得镰叶相思树丛和一些林地得以生长。采矿开始于 1982 年，现在大约年出产煤五百八十万吨 (卡拉夫 2002)。在此期间，七千五百万吨的表层覆盖土被

54、移到被破坏过的土地用于改造和恢复原貌。截至 2002 年六月，总共 3064 公顷的土地被采矿和相关的活动破坏。当时，有1163 公顷还可以恢复，其中 69% 的受到再次破坏，移去表层， 63% 进行了植被种植。类似在许多其他煤矿的采矿活动，在采矿前，表层土被移到开垦的区域或被储蓄。在打孔和爆破后，电动的挖掘机被用来除去表层的采矿弃土。露出来的煤层被挖煤机挖开，装进卡车运到煤碳加工处理厂。采矿弃土被用推土机进行处理。由于膨胀系数，最后的地形是比周围的土地高。复原后的总体印象是一块覆盖着沼泽地植被的偶尔蓄水的起伏不平的地块。在采矿弃土经过处理后，采取了防止水土流失的措施。表层土被大约 10-15

55、 m 宽，20 cm 深，有 0.5% 的倾斜度的条状地块所代替。这些表层覆土与采矿弃土是分离的，因为早期的研究(穆利甘与贝尔，1991)表明，引进的由种在表层土中种子的长成的牧场 Buffel 草 (Cenchrus ciliaris) 生长繁茂，阻止了本地植物物种的成功生长。在外层的斜坡，相应的减少采矿弃土以便用于水土保持的草能迅速生长。深层的种植也同时进行，将放种子的盒子装在挖掘机上。在裸露的采矿弃土上种植本地的树和灌木，在条状表层土地块种植草和豆类。广泛的研究和监控已经在卡拉夫展开。这被视为是一个持续不断的改进过程的一部份, 目的是了解被恢复的生态系统的主要方面，改进恢复技术，而且确定

56、从长期来看，植物和动物是否能实现他们的预定功能。早先的和现在进行的研究主要关注树和下层矮生植被的建立，土壤营养物和土壤微生物，当地的生态系统发展和植物和动物群成功标准。除了帮助改进恢复技术，在 卡拉夫进行的研究已经提供了长期如何进行恢复，或可能进行的恢复。这对完成标准的建立非常有用。像在许多国家一样，在澳大利亚，用来决定一个矿何时已经履行了它所有的承诺的恢复目的的标准(即完成标准)富有挑战性。卡拉夫 是两个被用于ACMER 研究的矿之一，该研究为了制订一个在该地区建立针对煤矿的完成标准的程序。研究的细节见 尼可斯(2004)，总结见尼可斯, 格兰特 and 贝尔 (2005)。给出的程序涉及确

57、定详细的恢复目标，同时推荐了一个评估计划目标是否达到的监控程序。挑选的恢复完成标准针对卡拉夫进行了发展，这些在 尼可斯, 格兰特与贝尔 (2005)中有描述。标准是基于分阶段方式的，这就要求 卡拉夫 满足下列阶段所界定的标准或重要事件：计划这一阶段要求所有的目标，程序，地形计划 , 监控和研究计划满足主管当局的要求。建立这一阶段要求所有的恢复已经按照预定的程序得以实施，而且保留了必要的记录。发展和完成这一阶段设定必要的标准和重要事件，用于发展被恢复的生态系统，聚焦涉及植物，动物群，地形稳定性，土壤和土地使用的重要方面和指标。监控和保持这一阶段涉及煤矿关闭后涉及监控，管理，所有权和责任，资金和危

58、险评估的有关问题。所列标准类型是多样化的。一些要求特定的行动被采取，如，挖掘和表层土的铺展, 可核查的记录被保留以便查证他们已经被做。其它的可能需要对特定的区域进行细致的研究和监控，如，那些表明营养物循环过程正在满意的进行，或总土壤腐蚀率不超过规定的比率。一些标准需要被在前面的章节中所述的监控计划验证。最后，一些标准要求，机制应解决涉及煤矿关闭后的议题，藉此确保，一经所有的标准已经被符合，卡拉夫 将不再继续承担有关恢复建立的责任。被发展的程序在新威尔士南部的猎人山谷采煤矿区中被试验 (尼可斯 2005), 而且正被大量矿区所采用。ACMER 研究和技术转移计划澳大利亚矿产扩展和研究中心 (ACMER) 成立于 1998 年。ACMER 是一个非营利的组织，通过澳大利亚矿业协会 (MCA)接受工业界的财政支持，和从研究计划和技术转移的参加方获得支持。ACMER 董事会包括6个工业界成员( 昂格鲁-戈登阿善堤澳洲有限公司，BHP 比利顿有限公司，MCA，纽蒙特澳洲有限公司，普雷斯道姆亚太有限公司和里奥葡萄有限公司)，矿物和石油资源委员会 ( 代表所有矿物和能源的州政府部门和澳大利