矿区生态研究的现状及发展趋势

收稿日期:2003-08-14;修订日期:2003-11-19

基金项目:国家教育部博士点基金资助项目(1999014513)。

作者简介:尹德涛(1961-),男,辽宁省营口市人,在读博士,副教授,主要从事矿产资源开发影响评价、旅游地理等方面的研究。E 2mail :

yindetao @s

矿区生态研究的现状及发展趋势

尹德涛1,2,南忠仁3,金成洙1

(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110004; 2.沈阳师范大学旅游管理学院,

辽宁沈阳110034; 3.兰州大学资源环境学院,甘肃兰州730000)

摘要:矿区是由资源、环境、经济和社会等子系统构成的复杂生态系统。从矿区生态环境问题、土地复垦与生态恢复方法、矿产资源综合利用、可持续发展、矿产资源利用规划、生态恢复技术、土壤生态环境与生物生态、矿区地球化学、矿区生态系统、矿区景观生态、法律法规和政策研究等11个方面总结了矿区生态研究的现状,提出了矿区生态研究的发展趋势。

关　键　词:矿区;矿区生态学;矿区生态重建

中图分类号:Q149 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2004)02-0238-07

矿区是由资源、环境、经济和社会等子系统构成的复杂生态系统。从生态学角度看,矿区属于自然人文复合生态系统。从空间上看,矿区包括矿业生产区,依托矿业生产形成的城镇或其他居民点,以及农业、畜牧业、林业、渔业等生产区。矿业生产区有的是集中连片分布,如大型铁矿山和露天煤矿;有的分散于一定地域内,如石油油井等;有的分布于人迹罕见的自然条件恶劣的地带,如沙漠中的油田;有的分布于人类密集的地带。

矿区生态研究和实施在矿业生产的不同阶段有不同的侧重。开采中的矿区主要考虑充分利用有利于保护和恢复矿区生态环境的技术,减少环境污染和破坏。开采后的矿区以恢复当地的生态环境为主要任务,消除矿业生产造成的环境污染和破坏,进行土地复垦和生态重建,充分利用当地的土地等自然资源。

1　矿区生态研究的主要内容

1.1　矿区生态环境问题研究

1.1.1　矿区及其邻近地区的环境污染与防治

由于矿产资源开发利用导致的环境污染和破坏非常明显,所以矿区环境污染及其防治成为矿区生态研究中开展最早的领域。从最初关注矿产资源开发与生态环境保护研究,逐渐发展到矿区生态环境的恢复治理研究。研究内容涉及矿产资源开

发对生态环境的影响,矿产资源综合利用政策,矿

产资源综合开发利用与环境治理的政策等[1～5]。 矿区生态环境评价与预测是矿区生态环境研究的重要内容。矿产资源开发的生态环境影响评价,应关注矿产资源开发与环境的关系及其对环境的影响、矿产资源开发的生态环境影响评价方法、矿产资源开发不利影响的减缓措施与对策[6]。地区矿业环境评价,是以采空区塌陷及地面沉降、矿业“三废”及污染源、地表水、地下水及大气为一级评价因子,对地区矿业环境污染状况进行定性和定量评价,查明矿区的主要污染源、污染物和污染类型,并给出矿业万元产值废物和废液产生量[7]。矿区水环境问题主要表现为矿产资源开发造成的水体污染。煤矿开采诱发的水环境问题是煤矿排渣污染水源,地下水在动态的交换过程中被“有毒”或者“有害”的离子污染;地下水位不断下降,降落漏斗逐渐增大,酸性水范围增大,逐渐影响到周围的水源,威胁人们的正常生活[8]。矿区地下水资源的评价和利用也已成为矿区水环境研究的重要内容[9～12]。酸性矿山废水是全球采矿业面临的最严重的环境问题之一,目前在硫化物氧化机理及影响因素、重金属的迁移转化规律、酸性矿山废水污染的生态效应、水文地球化学模拟应用等5

第24卷第2期2004年04月

地　理　科　学SCIE NTI A GE OG RAPHIC A SI NIC A V ol.24　N o.2

Apr.,2004

个方面取得了较大的进展[13]。

一些西方国家对矿区生态环境保护研究开展得较早,积累了丰富的防治经验,在处理可能的环境问题时,强调“预防优于治理”[14]。澳大利亚、德国等国家在矿业活动前后,都有相应的矿区生态环境保护与恢复的法规制度[15,16]。

1.1.2　水土流失与地质灾害

水土流失是露天矿区常见的生态环境问题。这方面的研究主要是分析矿业开发引起水土环境演化的机制,探讨调控水土环境的技术途径、工艺流程和技术[17]。对矿区水土流失状况的评价,是矿区环境保护和水土流失防治的重要依据[18]。

矿区地质灾害在深大露天矿闭坑后表现的最为突出。大型露天煤矿经历几十年的开采后,形成了陡峭的深大边坡,生产过程及闭坑后将可能诱发大量地质灾害[19]。在矿区地质灾害研究中已确定了矿山灾害学的研究模式、特征与方法[20]。

1.2　土地复垦、生态恢复与重建方法研究

中国在矿区土地修复与生态恢复的限制因素、矿区退化土壤的物理和化学修复、矿区金属污染土壤的植物稳定和提取修复、矿区污染土壤的植物-微生物及动物协同修复、矿区土地修复的技术要求与管理等方面,有了一定的基础[21,22]。

德国在煤矿区景观生态重建与土地复垦过程中,确定了景观生态重建的目标和实施体系,即景观生态重建的保障体系是法律手段,控制体系是规划手段,实施体系是技术手段。在矿区景观生态重建与土地复垦的理论研究方面,分别开展以经济利用、景观结构及可持续发展为主导思想的理论研究。其经验是:健全法制;分清责任,各司其职;建立完整的规划体系;重视公众参与,在环境可接受的前提下,实现社会的可接受性[23]。

在矿区土地复垦中,应用生态环境重建理论,做好塌陷地土地复垦科学规划;因地制宜,选用高效的生态复垦与环境重建方法与技术;采用推高填低整平复垦种植措施;常年积水的浅水位塌陷地实施水冲沉淀造田,建设高效农业养殖区;煤矸石充填复垦造地,用粉煤灰充填塌陷地、复垦造田,发展农林种植业;制定复垦远景规划[24]。

露天煤矿土地复垦及生态重建规划,需要对排土场和采场的生态重建和复垦土地的利用方向作出具体的规划。工程复垦包括土壤重构和地表整形。为了最大限度地减少复垦费用,把工程复垦内容纳入采矿计划之中,统一规划、统一管理,使开采程序和排土程序根据土地复垦的要求作出相应的调整。复垦地土壤改良和熟化,可采用种植豆科牧草进行植物固氮和施入粉煤灰改良土壤的办法,以加速土壤的熟化,提高土壤肥力。植被重建选择适生植物时,需要根据当地的自然条件和立地条件,选择成活率高的植被,使植被按自然演替规律稳定持续发展。复垦土地再利用是根据各排土场的立地条件及矿区的自然条件,遵循因地制宜的原则,选择具有最佳效益的利用方向。在干旱少雨的矿区,灌溉系统是非常重要的因素,利用污水处理厂出水进行灌溉,具有直接和间接的经济效益[25]。

对矿区塌陷地可以实行梯次动态复垦,根据采区内煤层赋存状况,合理布局回采工作面,厚薄煤层交替配采,使地表塌陷呈梯次动态变化。塌陷区综合治理应分别规划。对浅部块段先行复垦还田;中部块段休耕期同治,挖深垫浅;形成精养鱼塘,发展水产养殖业;深部块段用固体废弃物充填,覆土后用于开发经济林地[26]。塌陷地土地复垦要建立健全多元化投资机制,因地制宜,采用多种方法进行高效复垦;规范塌陷地土地权属管理[27]。

在金属矿区,生态重建的基本原理和方法是稳定化处理和植被恢复,可采取覆土植被生态重建模式和直接以恢复植被为主的生态重建模式[28]。要着重对废石场的农业复垦进行规划和技术、经济评价,可采用淤泥覆土[29]。

矿区废弃地生态恢复与重建的主要问题是矿区废弃地基质改良、土壤侵蚀控制和植物种类的筛选,关键是在正确评价废弃地类型、特征的基础上,进行植被的恢复与重建,进而使生态系统实现自行恢复并达到良性循环[30]。土壤生物肥力水平是成功地进行矿业废弃地土地管理的关键因素之一,是矿区废弃地生态恢复和治理的重要指标。矿区废弃地的土壤生物群落具有一定的组成及功能,矿业废弃地特殊的生境对土壤生物群落具有重要的影响,矿区复垦土壤,微生物区系会发生会明显改变,需要加强对矿业废弃地生态恢复的土壤生物管理工作[31,32]。

1.3　矿产资源综合利用研究

矿产资源综合利用是实现矿区生态环境保护、恢复和建设的重要途径。对矿产资源、废弃资源、水资源等合理的规划及多种途径的开发利用,能使矿山生产活动对矿区生态环境的影响减少到最低

932

2期 尹德涛等:矿区生态学研究的现状及发展趋势