礦山生態(tài)環(huán)境破壞與生態(tài)修復(fù)

1、礦山生態(tài)環(huán)境破壞與生態(tài)修復(fù)人口、環(huán)境、資源問題是當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的三大主要問題。實(shí)現(xiàn)三者的協(xié)調(diào)、均衡、和諧發(fā)展是當(dāng)務(wù)之急。從某種角度來，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的子集，而礦山生態(tài)環(huán)境問題是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的核心或樞紐，因?yàn)榈V產(chǎn)資源開發(fā)利用對(duì)一定區(qū)域的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)擾動(dòng)最大、破壞力最強(qiáng)。運(yùn)用資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的原理和方法對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行探討，對(duì)一定區(qū)域可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。修復(fù)礦區(qū)土地的生產(chǎn)力、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于礦藏的不可移動(dòng)性，以致礦山開采長(zhǎng)期占用、破壞、污染土地，改變了區(qū)域水系結(jié)構(gòu)，破壞了動(dòng)植物區(qū)系，引發(fā)一系列社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境問題，成

2、為全球環(huán)境與發(fā)展面臨的焦點(diǎn)問題之一。我國(guó)礦區(qū)土地復(fù)墾工作起步較晚，土地復(fù)墾率較低，迫切要求探索適合我國(guó)國(guó)情的土地復(fù)墾技術(shù)，提高土地復(fù)墾率和生產(chǎn)潛力。本文將在系統(tǒng)分析礦山開采生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的基礎(chǔ)上，總結(jié)適合我國(guó)礦區(qū)土地復(fù)墾的典型技術(shù)，以期推動(dòng)全國(guó)土地復(fù)墾工作的進(jìn)一步發(fā)展。1礦山開采的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)（一）誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。由于地下采空，地面及邊坡開挖影響了山體、斜坡的穩(wěn)定，往往導(dǎo)致地面塌陷、開裂、崩塌和滑坡等頻繁發(fā)生。而礦山排放的廢渣堆積在山坡或溝谷，廢石與泥土混合堆放，使廢石的摩擦力減小，透水性變小而出現(xiàn)漬水，在暴雨下也極易誘發(fā)泥石流。（二）水文地質(zhì)條件發(fā)生變化與水質(zhì)污染。礦區(qū)塌陷、裂縫與礦井疏干排水，

3、使礦山開采地段的儲(chǔ)水構(gòu)造發(fā)生變化，造成地下水位下降，井泉干涸，形成大面積的疏干漏斗；地表徑流的變更，使水源枯竭，水利設(shè)施喪失原有功能，直接影響農(nóng)作物耕種。同時(shí)，礦山開采過程中產(chǎn)生的礦坑水、廢石淋濾水等，一般較少達(dá)到工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響水生生物的生存繁衍與人畜生活飲用。（三）土壤退化與污染由于表土被清除采礦后留下的通常是新土或礦渣，加上大型采礦設(shè)備的重壓，往往使土壤堅(jiān)硬、板結(jié)，有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分與水分缺乏。而地面塌陷導(dǎo)致地下水位下降、土壤裂隙產(chǎn)生。土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素也隨著裂隙、地表徑流流入采空區(qū)或洼地，造成許多地方土壤養(yǎng)分短缺，土壤承載力下降。礦山固體廢渣（煤矸石等）經(jīng)雨水沖刷、淋溶，極易將其中的

4、有毒有害成分2滲入土壤中，造成土壤的酸堿污染（主要是強(qiáng)酸性污染）、有機(jī)毒物污染與重金屬污染。而土壤的納污和自凈能力有限，當(dāng)污染物超過其臨界值時(shí)，將向外界環(huán)境輸出污染物，其自身的組成結(jié)構(gòu)與功能也會(huì)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致土壤資源的枯竭。并且，土壤污染在地表徑流和生物地球化學(xué)作用下還會(huì)發(fā)生遷移，危害毗鄰地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，受污染的農(nóng)產(chǎn)品則會(huì)通過食物鏈危害人體健康。（四）水土流失加劇。礦山開采直接破壞地表植被，露天礦坑和井工礦抽排地下水使礦區(qū)地下水位大幅度下降，造成土地貧瘠，植被退化，最終導(dǎo)致礦區(qū)大面積人工裸地的形成，極易被雨水沖刷；由于排土場(chǎng)和尾礦占地，形成地面的起伏及溝槽的分布，增加了地表水的流速，使水土

5、更易移動(dòng)，沖刷加劇。（五）生物多樣性損失。植被清除、土壤退化與污染、水土流失，對(duì)礦區(qū)生物多樣性的維持都是致命打擊，嚴(yán)重威脅了動(dòng)植物生存。2礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的典型技術(shù)2.1礦區(qū)土壤污染的治理礦區(qū)土壤重金屬污染的治理。國(guó)內(nèi)外礦區(qū)土壤重金屬污染治理主要包括物理、化學(xué)和生物治理技術(shù)三類。其中，生物治理技術(shù)包括微生物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)。設(shè)施簡(jiǎn)便，投資少，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)也少，被認(rèn)為是最有生命力的。礦區(qū)土壤培肥改良技術(shù)。土壤培肥改良技術(shù)就是對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、pH值等理化性質(zhì)的改良及土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)狀況的改善，這是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的最終目標(biāo)之一，具體包括：（1）表土轉(zhuǎn)換：在采礦前先把表層及亞表層土壤

6、取走并加以保存，待工程結(jié)束后再放回原處，這樣雖破壞了植被，但土壤的物理性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)條件與種子庫(kù)基本保持原樣，本土植物能迅速定居。（2）客土覆蓋：廢棄地土層較薄時(shí)，可采用異地熟土覆蓋，直接固定地表土層，并對(duì)土壤理化特性進(jìn)行改良，特別是引進(jìn)氮素、微生物和植物種子，為礦區(qū)重建植被提供了有利條件。（3）土壤物理性狀改良：土壤物理性狀改良的目標(biāo)是提高土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，短期內(nèi)可采用犁地和施用農(nóng)家肥等方法。（4）土壤pH值改良：對(duì)于pH值不太低的酸性土壤可施用碳酸氫鹽或石灰來調(diào)節(jié)酸性，增加土壤中的鈣含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。（5）土壤營(yíng)養(yǎng)狀況改良：主要包括化學(xué)肥料、有機(jī)廢棄物、固氮植物、綠肥、

7、微生物等。32.2礦區(qū)植被的恢復(fù)。根據(jù)礦區(qū)的氣候和土壤條件,植被篩選應(yīng)著眼于植被品種的近期表現(xiàn)，兼顧其長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)，植物品種的選擇首先要根據(jù)生物學(xué)特性,考慮適地適樹原則,尤以選擇根系發(fā)達(dá)、固土固坡效果好、成活率高、速生的鄉(xiāng)土植物。在配置植物時(shí)要考慮邊坡結(jié)構(gòu)、種植后的管護(hù)要求、自然條件等,以決定種植的形式和品種。同時(shí)要考慮與設(shè)計(jì)目的相適應(yīng)；與附近的植被和風(fēng)景等條件相適應(yīng)。2.3水土流失的綜合治理（1）固體廢棄物攔擋工程。在堆棄場(chǎng)地建設(shè)擋渣墻、攔渣壩和排水工程等,進(jìn)行攔擋與防漏處理。（2）坡面排水工程。對(duì)影響礦山安全的坡面,根據(jù)坡長(zhǎng)分段布設(shè)截流溝、排洪渠等工程，并配以防護(hù)林草帶，增加植被覆蓋，減少坡面

8、徑流對(duì)地表的沖刷，保證礦業(yè)生產(chǎn)安全運(yùn)行。（3）邊坡防護(hù)工程。礦山開采形成的各類邊坡，除盡可能采取措施恢復(fù)植被外，根據(jù)邊坡穩(wěn)定程度及對(duì)周圍的影響，采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行防護(hù)。坡面防護(hù)根據(jù)坡度不同而采用石砌護(hù)坡或植被護(hù)坡。（4）土地整治工程。對(duì)礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢石堆、廢棄工業(yè)場(chǎng)地及尾礦庫(kù),采取排蓄結(jié)合的辦法,排水?dāng)r渣,有效解決“三廢”污染。同時(shí)對(duì)服務(wù)期滿的棄渣場(chǎng)、尾礦庫(kù)采取復(fù)墾措施，提高土地利用率。（5）植被恢復(fù)工程。對(duì)各類裸露面，分別采取不同的措施，加速植被恢復(fù)。3項(xiàng)目概況本文以“門頭溝區(qū)龍鳳嶺廢棄礦山生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)示范工程”為例，就礦山對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行分析，并提出相關(guān)環(huán)保措施。門頭溝

9、區(qū)內(nèi)礦藏豐富，其中以煤、石灰石儲(chǔ)量大、分布廣，并有近700年的開采歷史。經(jīng)調(diào)查，截止到2004年底區(qū)內(nèi)廢棄礦山133個(gè)，總占地面積866.65公頃，棄渣總量144190立方米。該項(xiàng)目采用的技術(shù)原理：項(xiàng)目將緊緊圍繞工程建設(shè)目標(biāo)，通過結(jié)合重點(diǎn)工程建設(shè)，進(jìn)行單項(xiàng)技術(shù)成果的直接應(yīng)用，及成熟技術(shù)的組裝、配套與集成，解決工程中各項(xiàng)技術(shù)難題，建立具有高科技含量和示范價(jià)值的模式區(qū)，向周邊輻射推廣。并通過建立一定面積的試驗(yàn)示范區(qū)，進(jìn)行初步成果的中試、開展科學(xué)研究、積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與資料，加快門頭溝區(qū)生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)，為切實(shí)提高工程科技含量、確保工程質(zhì)量提供技術(shù)保障。該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：試驗(yàn)示范工程在治理中應(yīng)用了

10、雙向格柵、生態(tài)植被毯、植生基材噴附等技術(shù)，具有一定的創(chuàng)新性；提出的植物品種選擇和品種組合模式，為本地區(qū)大范圍公路邊坡、采石廠、矸石山的水土保持與生態(tài)修復(fù)提供了科學(xué)技術(shù)支撐，具有較突出的推廣應(yīng)用價(jià)值，目前已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。4項(xiàng)目區(qū)環(huán)境問題門頭溝區(qū)礦山企業(yè)大都分布在108、109國(guó)道兩側(cè)和名勝風(fēng)景區(qū)沿線，大量煤矸石山和采石棄渣由于無人管理，天長(zhǎng)日久經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋，風(fēng)化分解，形成沙土，大風(fēng)吹過，揚(yáng)塵四起，不僅影響人們的生產(chǎn)生活，而且造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題；堆放在山坡和溝道的大量煤矸石和采石棄渣，為泥石流和山洪的爆發(fā)提供了大量的物質(zhì)條件，極易產(chǎn)生泥石流，給人們生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成很大的威脅；另一方面，

11、光巖裸地散布于區(qū)內(nèi)主要景點(diǎn)和交通要道沿線，形成山體之中的斑禿，影響了區(qū)內(nèi)的景觀效果，給旅游業(yè)發(fā)展帶來不利的影響。多年無序開采，使得山體傷痕累累。作為首都的西部屏障，如何治理廢棄煤礦、采石場(chǎng)以及河道荒灘，以遏制風(fēng)蝕危害，防治水土流失，實(shí)施生態(tài)修復(fù)已到了刻不容緩的地步。礦山開采后產(chǎn)生的主要環(huán)境問題有：4.1邊坡穩(wěn)定問題礦體剝采活動(dòng)將破壞區(qū)內(nèi)原有地貌景觀及巖體的完整性，形成陡坎、臨空面，破壞斜坡的自然坡度角，導(dǎo)致斜坡的穩(wěn)定性受到影響，加之礦體表層風(fēng)化，在采礦過程中容易發(fā)生石塊滑落，崩塌等邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，從而影響采礦安全。4.2土地和植被破壞問題區(qū)內(nèi)進(jìn)行的露天開采，將完全破壞地表的土地和植被，降低土地涵

12、養(yǎng)分，加劇水土流失，且治理難度較大，過程較長(zhǎng)。廢石堆放和生活建筑物的搭建不僅改變?cè)械孛簿坝^，且覆蓋植被，影響植物生長(zhǎng)。固體廢棄物的堆放也毀壞原生植被，惡化植物群的生存條件，使其覆蓋率降低，并引起水土流失。4.3占用與破壞土地資源露天采礦、開挖和各類廢渣、廢石、尾礦堆置等直接破壞與壓占土地。礦區(qū)5 剝采長(zhǎng)生的排土場(chǎng)如不及時(shí)治理，必然會(huì)產(chǎn)生重大的生態(tài)環(huán)境危害。4.4對(duì)景觀的影響露采礦山不僅占用與破壞大量的土地資源，而且采掘剝離對(duì)自然景觀的肢解和蠶食相當(dāng)嚴(yán)重。采礦使原來綠樹成蔭的青山綠水變得千瘡百孔，采礦留下一些陡峭的光滑石壁（坡度6080，少數(shù)成倒鷹嘴狀），幾乎寸草不生。一些露采礦山采用凹陷式開

13、采，采后形成的深坑廢棄后都積水成潭。這些都嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境景觀。4.5地質(zhì)災(zāi)害露采礦山采礦后形成的高而陡的采礦邊坡常誘發(fā)滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害或存在滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害的隱患；一些廢土、石、渣、煤矸石的堆放不當(dāng)，也會(huì)引起泥石流的發(fā)生。4.6環(huán)境污染露采礦山固體廢棄物長(zhǎng)期堆放在水體邊，經(jīng)降雨淋濾，使廢棄物中的有害物質(zhì)隨雨水排入地表水體，造成水體污染；此外，有些廢土（石、渣）堆中因含有放射性元素，如鍶（天青石），對(duì)周邊環(huán)境形成放射性污染。5環(huán)保措施礦山生態(tài)恢復(fù)治理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及學(xué)科面廣，包括：恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等。廢棄露采礦山生態(tài)恢復(fù)一般可從5個(gè)方面來進(jìn)行：

14、廢棄地的整治；巖質(zhì)邊坡綠化；地質(zhì)災(zāi)害的治理；環(huán)境污染的修復(fù)；景觀綜合治理。5.1廢棄地的整治礦山廢棄地整治的關(guān)鍵是在正確評(píng)價(jià)廢棄地類型和特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被的恢復(fù)與重建，進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)并達(dá)到良性循環(huán)。露采礦山廢棄地包括四種類型：一是由剝離的表土、開采的廢石及低品位礦石堆積形成的廢石堆廢棄地；二是隨著礦物開采形成的大量的采空區(qū)域即采坑廢棄地；三是利用各種分選方法分選出精礦物后的剩余物排放形成的尾礦廢棄地；四是采礦作業(yè)面、機(jī)械設(shè)施、礦山輔助建筑物和道路交通等先后占用后廢棄的土地。（1）基質(zhì)改良。露采礦山廢棄地中一般缺乏N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，但這些難以由自然過程所恢復(fù)，或者需要很長(zhǎng)時(shí)間，

15、必須通過人為方式恢復(fù)。土壤作6 為植物生長(zhǎng)的介質(zhì)，其理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀況是生態(tài)恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵。目前主要有：表土覆蓋法；化學(xué)改良法；施加有機(jī)質(zhì)等方法。采取“以廢治廢”的方法具有很好的生態(tài)效益和社會(huì)效益，污水污泥、生活垃圾、泥碳及動(dòng)物糞便含有大量有機(jī)質(zhì)，釋放緩慢，可緩解金屬離子毒性和提高基質(zhì)的持水保肥能力，以一定比例施用能有效提高礦山廢棄地的有機(jī)質(zhì)含量和改變其結(jié)構(gòu)性能。但是長(zhǎng)期改良必須依靠植物，利用固氮植物和菌根植物改良廢棄地是經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益俱佳的方法。（2）植被恢復(fù)。植被恢復(fù)是礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵，因?yàn)閹缀跛械淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)總是以植被的恢復(fù)為前提的。故根據(jù)具體環(huán)境條件選擇適宜的樹

16、種是生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于礦山廢棄地的自身特點(diǎn)、周邊的自然、社會(huì)環(huán)境等差異，礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)有著完全不同的目標(biāo)。若以水土流失和污染控制為目標(biāo)，則適宜選擇一些生物量高、根系發(fā)達(dá)的多年生的耐性草本植物，同時(shí)選擇部分灌木、喬木加強(qiáng)其控制效果。若以農(nóng)業(yè)用地為目標(biāo)，選用的植物或作物品種，必須考慮到有害元素在可食部分的積累狀況，盡可能避免有害元素在食物鏈中的大量富集。以野生生物保護(hù)為目的的生態(tài)恢復(fù)，則盡可能選擇鄉(xiāng)土物種，而且物種的組成盡可能的多樣化，在這種情況下，引入地帶性原始植被的土壤種子庫(kù)是一個(gè)很好的策略。以旅游休閑為目的的生態(tài)恢復(fù)，則在考慮植被耐性的同時(shí)，也要考慮到可觀賞性花草樹木的配置。

17、可見，物種選擇不僅受制于礦山廢棄地本身特性，同時(shí)還要兼顧生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)。5.2巖質(zhì)邊坡綠化巖質(zhì)邊坡一般坡度較大，在4070之間，通常是碎石和石塊結(jié)構(gòu)。有些石壁坡面光滑，無任何基質(zhì)，而且坡度大多超過80甚至達(dá)90，往往有相當(dāng)?shù)母叨?，通常?shù)十米，甚至上百米，是名副其實(shí)的“懸崖峭壁”。顯然，復(fù)綠都是極其困難的。一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等，較早開始重視坡壁綠化，并開創(chuàng)了一系列的坡壁綠化工程技術(shù)，它們是種子噴播法、客土噴播法、鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、纖維綠化法、厚層基材噴射綠化法、生態(tài)多孔混凝土綠化法以及客土袋液壓噴播植草法等等。7 但是在國(guó)外由于采石有嚴(yán)格的法律法規(guī)約束，石壁坡度超

18、過60時(shí)一律要求臺(tái)階式開采，所以石壁很少有陡高坡，因而這些技術(shù)在國(guó)外能達(dá)到預(yù)期的效果。但我國(guó)大部分地區(qū)的石壁的坡度都超過60甚至達(dá)90，因而直接模仿和引進(jìn)國(guó)外技術(shù)方法，效果不甚理想，而且成本過高，不適合我國(guó)國(guó)情。如目前國(guó)內(nèi)較常用的噴播技術(shù)，由于噴漿與巖體的黏結(jié)很差，防護(hù)效果也不理想。石壁實(shí)現(xiàn)綠化需具備兩個(gè)條件：一是坡面上必須有植物能賴以持續(xù)生長(zhǎng)的種植基質(zhì)；二是種植基質(zhì)能永久固定在巖面上。此外，綠化的同時(shí)，要考慮邊坡的穩(wěn)定和安全，也要考慮與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致做到一勞永逸，避免重復(fù)建設(shè)并盡量減少日常維護(hù)和管理費(fèi)用。此外，對(duì)城市景觀影響較大的如離交通線或者旅游點(diǎn)較近，且可視面積較大的石壁，可以考慮結(jié)合城市片區(qū)規(guī)劃和小區(qū)設(shè)計(jì)，從文化藝術(shù)與體育的視角進(jìn)行整治，對(duì)石壁進(jìn)行景觀再造，將石壁整形、雕塑或用植物造景，美化環(huán)境。5.3地質(zhì)災(zāi)害的治理露天采礦場(chǎng)閉坑后留下的潛在災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流等，這是由于露采后留下的高邊坡和廢石、廢渣堆放較高，這