金属矿山废弃地的生态恢复实践与对策.pdf

2 0 0 5 年8月 矿 业安 全 与 环 保 第3 2 卷第4 期 金属矿山废弃地的生态恢复实践与对策 李明顺。 ， 唐绍清 ， 张杏辉。 ， 阮敏‘ ， 吴玉呜 1 ． 广西师范大学 资源与环境学 系， 广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ； 2 ． 广西师范大学 生命科 学学院， 广西 桂林 5 4 1 0 0 4 3 ． 广西师范大学 法商学院， 广西 桂林 5 4 1 0 0 4 摘 要 金属矿 山废弃地 尤其是尾矿库 因重金属含量高、 营养贫乏等限制 因子需要人工协助恢 复 。表土 覆盖 、 尾 矿基质 改 良、 植物修 复是 目前 较常用 的 生态恢 复技术 ， 但仍 需要 实践 的检 验 。探讨 了 我国生态恢复实践 中存在的差距， 并提出了较为具体和可操作的改善措施。 关键词 矿山废弃地； 生态恢复； 金属矿山； 尾矿基质改良； 对策 中图分 类号 T D 8 8 ； X1 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 84 4 9 5 2 0 0 5 0 40 0 1 60 3 矿产资源开采是迄今人类最大规模改变地球表 面景观和破坏 地表 生态 系统 的有 组织 的人类 活 动。 矿藏开采已有 3 0 0 0 a 以上的历史 ， 而对其进行修复 和生态恢复还不足 1 0 0 a 。由于我国矿产开发 、 ； u - r 的技术总体上 比较落后， 加上长期的无序开采 、 重利 润轻保护的掠夺式开发方式 ， 引发 了诸多的环境问 题 ， 危及到人体健康和矿产业的可持续发展。 矿山废弃地生态恢复是指将受损生态系统恢复 到接近于采矿前的 自然状态 ， 或重建成符合人类某 种有益用途的状态 ， 或恢复成与其周 围环境 景观 相协调的其他状态。它强调 的是一个动态 的过程 ， 而不单是过程的结果。几乎在所有的情况下， 开采 活动的干扰都超过了开采前生态系统的恢复力承受 限度， 若 任 由采矿 废 弃 地 依 靠 自然 演 替 n a t u r a l s u c c e s s io n 恢复 ， 可能需要 1 0 0～1 0 0 0 0 a ⋯。尤其是 金属矿开采后的废弃地 如尾矿库 ， 其表面形成极 端的生态环境 ， 自然条件下植物几乎无法定居。因 此 ， 人工协助恢复在绝大多数情况下是十分必要的。 1 矿废排放量与 占地面积 根据 中国环境年鉴 2 0 0 3 的统计资料， 2 0 0 2年 我国产生工业固体废弃物 9 ． 4 5亿 t ， 其 中尾矿 2 ． 6 5 亿 t ， 煤矸石 1 ． 3 亿 t ， 冶炼废渣 1 ． 0 7亿 t 。累积工业 收稿 日期 2 0 0 50 22 1 修 回日期 2 0 0 50 42 0 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 7 0 4 6 3 0 0 1 ； 广西师范 大学引进人才科研启动基金 2 0 0 4年 资助项 目 作者简介 李明顾。 男， 广 西师范大 学教授 ， 博 士， 主要从 事污染土地生态恢复和生物 多样性保护的科研和教学工作。 】 6 固体废弃物储存量 6 3 ． 4亿 t 。如按工业行业计算， 金属矿开采 、 冶炼及加工业产生的固废 占工业固废 总量的 4 2 ． 7 ％， 非金属矿开采产生的固废 占1 5 ． 7 ％。 金属矿开采 、 冶炼所产生的固废中， 尾矿 占 9 1 ． 3 ％。 尾矿含有大量的有毒有害的物质 如金矿开采中的 氰化物 、 铅锌矿选矿投放的黄药等 及本身含有的重 金属 ， 对周围环境 、 地表水 、 地下水造成严重的污染。 据估算， 我国每年因固废污染环境所造成的直接经 济损失超过 9 O 亿元 ， 间接经济损失达 3 0 0 亿元_2 ] 。 我国因固废堆存 占地近 6 万 ， 其 中河北 、 辽 宁、 宁夏、 山东 、 吉林 、 江西等省因固废堆放 占地最 多， 尤其是河北 、 辽宁、 山东、 江西四省的人均耕地低 于全国平均水平， 土地损失问题尤为突出。据报道， 我国 因 采 矿 导 致 的 废 弃 地 到 2 o世 纪 末 约 为 3 0 0 万 h m 2 L4 J 。如按 每年 4 ． 6 7万 h r n 『的增长速度推 算 ， 到 2 0 0 4 年底， 矿山废弃地总面积达 3 2 0 万 h 。 2 废弃地恢复技术 在 矿 山废弃 地 的表层 ， 影 响植物 定居 的主要 环 境胁迫因子_ 6 有 物理结构不良， 持水保肥能力差 ； 极端贫瘠 ， N ， P ， K及有机质含量极低； 重金属毒性 大 ， 抑制植物 的正常生长； 极端 p H值 强酸或强碱 性 ； 干旱或盐分过高引起的生理干旱 ； 表层不稳定 性和表层温差变化大。因此有必要先对废弃地基质 进行改 良， 以利 于植物定居 。 表土覆盖是最简单且有效的措施。最好是利用 原表土 ， 因为其中含有本地植物 的种子库。因此采 矿清除土层时， 应妥善保存好表土， 待工程结束后立 即回填。若表土堆放时间过长 ， 其养分损失越多， 植 维普资讯 2 0 0 5 年 8月 矿 业 安 全 与 环 保 第3 2 卷第4 期 物繁殖体的死亡率越高， 其回填价值就越低 。另外 的选择是采用一些含较高有机质 的无害废料， 如污 泥、 堆肥 、 泥炭土、 牲畜粪便、 生活垃圾等与基质混合 或直接覆盖 ， 必要时再施加石灰 、 化肥进行改 良。 尾矿库是金属矿山最常见并且最难恢复的废弃 地。在中国的铅锌矿 、 铜矿 区等已开展 了一些有关 尾矿基质改 良的研究。据 目前已有的研究资料， 尾 矿基质中极高的重金属含量和极低的营养成分 尤 其是 N缺乏 是限制植物定居的主要因子。铅锌尾 矿中含有非常高的 P b 中国土壤背景值的 3 4 ． 2～ 1 8 1 0 ． 8 倍 ， 而铜尾矿 的 C u含量非常高 3 2 ． 1 1 2 6 ． 2 倍 ， 但 P b ， z n ， C d相对较低。而且每种尾矿中都含 有数种有毒重金属元素， 为耐性植物的筛选带来困 难 。表 1 列 出了部分 金属尾 矿改 良的试验 技术 。在 铜尾矿恢复地种植玉米 、 高梁 、 花生 、 大豆等农作物 ， 经测试其中的 A s ， c d ， P b 含量符合食品卫生标准_9 J ， 但花生 、 大豆中的 C u 超过食品卫生标准。对锡尾矿 用豆科植物银合欢的复垦试验表 明， 成功定居生长 的银合欢叶不适宜作动物饲料_8 j 。需要指出的是 ， 以上这些技术多数处于实验室盆栽或野外小规模试 7 8 0 ． 6 倍， 下同 ， Z n 1 2 ． 3～2 4 7 ． 3倍 和 C d 6 8 ． 9 ～ 验阶段 ， 仍需要进行中试和实际应用的检验。 表 1 部分金属尾矿基质改良技术及其效应 尾矿类型 改 良方法 测试植物 效应／ 效益 文献 植物修复 P h y to r e m e d i a t i o n 是 目前 国际学术界 研究的热点问题， 并且 开始进入初步商业化 阶段。 植物修复包括植 物提取 P h y t o e x t r a c t i o n 、 植物固定 P h y t o s t a b i l i s a t io n 、 植物挥发 P h y t o v o l a t i l i s a t i o n 和根 际过滤 R h iz o fi l t r a t io n 4种类型。就矿山废弃地恢复 而言， 植物固定是 比较有应用前景 的技术。我 国的 植物修复工作刚刚起步 ， 但有越来越多的数据表明， 通过有选择地 种植一些耐性植 物 ， 辅 以基质改 良， 可 加速矿山废弃地的生态恢复。 生态恢复成功的衡量标准通常来源于所希望的 生态系统 目标生态系统 的某些特征。C a i rn s 提出 了已恢 复生 态系 统应 达 到 的 3个 通 用 的成 功准 则_ l引 ①自我调节， 指在没有人工支持 如施肥 、 播 种 条件下 ， 生态系统的结构和功能特征持续存在 ； ②达到生态恢复规划的设计标准 恢复 目标 、 指标 ； ③在较大的生态景观范围内没有能观察到的不利影 响。目前我国在生态恢复成功的衡量标准研究和恢 复后评估方面仍十分薄弱。 3 废弃地 生态恢复对 策 我国矿 山生态恢复开始于 2 0世纪 7 0年代后 期 ， 在整个 8 0 年代还是处于分散 、 小规模 、 低水平的 状态。1 9 8 8 年 土地复垦规定 的实施， 废弃地 的恢 复工作进入法制轨道。尽管如此 ， 矿 山废弃地的生 态恢复工作进展缓慢。我 国 8 0年代初矿 区废弃地 恢复率只有 0 ． 7 ％ ～1 ％， 8 0 年代末提高到 2 ％， 9 0 年 代初增至6 ． 7 ％， 1 9 9 4 年为 1 3 ． 3 ％E4 ] 。目前我国矿山 废弃地的平均恢复率约为 1 0 ％ ～1 2 ％[ 17 3 ， 其中煤矿 类废弃地生态恢 复率较高 ， 而金属矿 山废弃地恢复 率较低 5 ％以下 ， 与矿业先进国家的废弃地恢复率 5 0 ％ ～8 0 ％ 相差甚远。随着我国新一轮的经济快 速发展， 矿产资源需求量 的增加将加速矿产业 的发 展， 显著加大对环境的压力。矿 山废弃地的生态恢 复需要政府严格管理 、 多方引导和各利益方的共同 参与。可采取的对策有 1 政府部 门应尽快 实施对小型矿山的有效管 理。目前我国有 2 0万个以上的小型矿山， 遍布全 国， 尤其是经济欠发达地 区和边远地区。许多这类 小型采矿作坊工艺落后 、 安全无 保障、 资源浪费严 重。目前我国对这类小型矿 山的管理基本是处于失 控状态 。据 对 3 8 9个 乡镇 小 矿 山的 调查 表 明 ， 小 型 矿山破坏土地十分严重， 生 态恢 复率几乎为零_2 ] 。 如果数量众多的小型矿山得不到有效的管理， 则总 体生态恢复率难以提高。建议成立专门的小型矿山 管理机构， 对小型矿山进行执法管理 ， 以保证国家的 相关法规 、 政策得到有效 的落实。或者将小型矿山 1 7 维普资讯 2 0 0 5 耳8月 矿 业安 全 与环 保 第3 2 卷第4 期 的所有管理权限下放给县级政府 ， 让当地政府按国 家和地方 的法 规政策实施 管理。 2 生态恢复 目标应多样化。我国矿 山废弃地 恢复后的功利性利用十分明显， 以农业最多 ， 林业其 次。如果被恢复土地用于农业生产 ， 则应进行风险 评估和监测 ， 以保证有毒物质没有通过食物链转移 和富集 ， 尤其是对金属矿山复垦地， 对农作物的重金 属含量进行 跟踪 监 测 是必 要 的。在 很 多复 垦 区 ， 种 植水果 、 蔬菜 、 经济 作物 比较普 遍 如 广西 的锰 矿 复 垦区 ， 而相应的研究 、 监测几乎是空 白。在发达 国 家如澳大利亚和欧洲 ， 农业用途往往是最后考虑的 恢复 目标。其实 ， 除了农业与林业用途外， 生物多样 性保护 、 提供动物生境 、 娱乐 、 市政或工业建筑或防 止水土流失也可以成为生态恢复的目标。 3 生态恢复产业化。引人市场经济体制 ， 以科 技为驱动力 ， 以适宜的政策为平 台， 借鉴 目前在美 、 欧市场出现的土地污染修复行业， 大胆将废弃地恢 复市场开放给有技术 、 有资金的国内外企业 包括矿 产开发企业 或私营公司。矿产开发企业可委托第 三方来进行生态恢复。政府作为土地的主管部门， 可对生 态恢复过程实施 监督和验收 。 4 政府相关部门应尽快联合制定 矿山废弃地 生态恢复指南 。尽管生态恢复地域性较强， 但还是 有很多共同的恢复原则可以遵守 ， 如表土保存与回 填 、 土地整理、 应满足的法规要求 、 生态恢复规划 的 体现 、 恢复 目标的制定方法 、 恢复物种 的选择原则、 闭矿撤离时应注意的事项等。该指南不宜太长 ， 简 单易明， 适于矿山开采企业与恢复人员使用。 5 强化矿 山生态恢复薄弱环节的研究。生态 恢复需要严谨的规划和现场科学研究 的支持 ， 需要 生态学、 植物学、 土壤学 、 环境科学 、 地质学 、 地理学 、 农艺学 、 毒理学 、 林学和工程学的联合攻关。据作者 统计， 自 1 9 9 4至 2 0 0 4 年间 ， 我国有关矿 山废弃地生 态恢复的原始研究论文共有 1 4 9篇 2 1篇 国外发 表 ， 其中 7 0 篇是关于金属矿山， 6 l 篇是关于非金属 类矿山， l 8 篇为综合类研究。金属矿山中以铅锌矿 和铜矿研究最多， 而非金属类则以煤矿研究 占绝对 优势。尽管我国的研究已涉及到生态恢复过程的各 个方面， 但以下几个方面十分薄弱 生态恢复的规划 几乎未触及 ； 恢复成功标准及恢复后评估是空白； 金 属矿山废弃地的实用恢复技术欠缺； 恢复成农业用 途的环境风险评估亟待加强。从研究规模看 ， 长期 性 1 0 a以上 的跟踪研究 项 目和 中试项 目极少 。 因 此 ， 政府可优先资助对薄弱环节的研究并加大对长 期性研究和野外中试项 目的扶持力度。 l 8 参考文献 [ 1 ]B r a d s h a w A D ． R e s t o r a t i o n o f m i n e d l a n d s u s i n g n a l u l p r o c e s s ．E c o l E n g ，1 9 9 7，8 2 5 52 6 9 [ 2 ]刘国华， 舒洪岚 ． 矿 区废 弃地 生态恢复研 究进展 [ J ] ． 江 西林业科技 ， 2 0 0 3 2 2 1 2 5 [ 3 ]L i n C S ，H o P S ．C h i n a ’ S r e s o u r c e s a n d l a n du s e c h a n g e i n s i g h ts f r o m t h e 1 9 9 6 l a n d s u r v e y． L a n d Us e P o l i c y 2 0 0 3， 2 0 8 7 1 0 7 [ 4 ]黄铭洪， 骆永明． 矿区土地修复与生态恢复[ J ] ．土壤学 报， 2 0 0 3 ， 4 0 2 1 6 1 1 6 9 [ 5 ]柬文圣， 叶志鸿， 张志权 ． 华南铅锌尾矿生态恢复的理论 与实践[ J ] ．生态学报 ， 2 0 0 3 ， 2 3 8 1 6 2 9 1 6 3 9 [ 6 ]Wo n g M H． E 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l a c c u m u l a ti o n i n v e t i v e r an d t wo S e s b a n i a s p e c i e s o n l e a d ／ z i n c mi n e r a i l i n g s ． Ch e mo s p h e r e 2 0 0 3 ，5 2 1 5 9 3 1 6 0 0 [ 1 3 j Y e z H， Wo ng J W C ，Wo n g M H． L i m e and p i g l1 l a I 1 u r e as a me l i o r a n ts f o r r e v e g e t a fi ng l e a d ／ zin c mi n e t a i l i n g s a g r e e n h o u s e s t u d y．B i o r e s T ec h 1 9 9 9．6 9 3 5 4 3 l 1 4 J Ye z H，Y a n g Z Y，C h a n G Y S ．G r o w t h r e s p o n s e o f S e s b a n i a r o s t r a t a a n d S．c an n a b i n a t o s l u d g e a me n d ed l e a d／ zin c mi n e t mh n g s A g r e e nh o u se s t u d y． E n v i r o n I n t 2 0 0 1 ． 2 6 4 4 94 5 5 [ 1 5 ]张志权 ， 柬文圣， 廖文波．豆科植物 与矿业废弃地植被 恢复[ J ] ． 生态学杂志， 2 0 0 2 ， 2 1 2 4 7 5 2 l 1 6 j C a i r n s J_ J ．E c o l o g i c a l r e s t o rat i o n r e p l e n i s hing o u r nat i o n a l a n d g l o b a l e c o l o g i c a l c a p i t a 1 ．I n S a u n d e r s D A，Ho b b s R J a n d E h r c h P R．e d s ．N a t u r e c o n s e r v a t i o n 3Reco n s t r u c ti o n o ff r a g me n t ed e c o s y s t e ms o b a l a n d r e g i o n a l p e r s p ecti v es ． Ne w S o u th Wa l es S u r r e y B e a t t y S o n s ．1 9 9 3，1 9 32 0 8 [ 1 7 ]周连 碧． 矿 山复垦 与生态恢复[ J ] ． 有色金属工业， 2 0 0 4 6 1 92 1 责任编辑 吕晋英 维普资讯