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浅议我国矿山生态系统修复

2020-07-20 23:009340王成龙采矿技术
      1 我国矿山开采及环境现状

随着我国经济不断发展,相关行业对矿产资源的需求量也日渐增加。根据资料统计,截至 2015年底,我国已经发现矿产种类 170 余种,各类矿山总数已超过 10 万个,占用土地面积超过 250 万km2[1]。我国固体矿产资源的特点决定了矿山综合利用的资源类型及固体废弃物数量较多,矿业开发提高社会进步和经济发展的同时,矿山固废物也造成一定规模的环境破坏,不仅造成土地资源破坏,还诱发矿区周边农田弃耕和地质灾害等问题[2]。据魏艳[3]等人的研究表明,我国矿区被毁坏的土地面积累计已达 2.88 万,且随着矿山的开发大约以 467km2 的速度逐年增长。为了保护矿山企业本地区环境和生态的可持续发展,在矿山土地复垦中应尽可能恢复原来的生态和生物结构,尽量将复垦后的环境复原到原来的程度甚至更好[4]。自 1980 年代以来,我国矿山土地复垦治理工作获得较大进展,然而因为技术等方面的因素,目前的复垦工作没有系统地分析复垦区域环境、经济、社会等因素的影响,对矿区用地布局、矿区破坏土地的发展方向没有系统的研究。基于以上原因,我国土地复垦率约为 12%,对比先进国家65%的复垦率还有一定差距[5]。

2 我国矿山生态修复技术研究进展

基于生态学原理的矿山生态修复是将破坏的生态系统由一种类型有序转向另一种类型,进而完成矿山废弃地环境的生态交替。依据生态修复的定义不难看出,修复主要从两个方面来进行,一是弱生态负荷的压力,减小人的行为对生态系统的干扰,使得生态系统向良好的方向进行演化;二是充分应用生态系统的自我还原能力和调节能力,使遭到毁坏的生态系统逐渐恢复。生态系统恢复过程中,如果仅仅依靠自然恢复能力,是十分迟缓的,但人工植被抚育无疑加快了这一过程,特别是人工生态体系模式的建立,在带来巨大的经济效益和社会效益的同时,也可以在矿山废弃地植被复垦恢复与重建过程中带来生态效益[6]。它通过人为手段改善植被、水系和土壤等条件来恢复和提高生态系统的功能,采取相关措施对生物修复、水体治理及农林利用等进行综合处理,逐步完成矿区修复。而因地质水文条件差异,不同矿区的恢复策略也不尽相同,在实际工作中,应根据各矿区自然环境条件和本地社会经济发展状况,依照经济可行、技术合理、方案简捷和效益最优的要求,结合项目特征和矿山实际,采取相关措施使受破坏的土地能够快速恢复。根据上述原理,我国现行的矿山系统修复技术措施主要从改良矿区土壤基质恢复土壤生态系统[7和筛选耐贫瘠、抗旱的速生先锋植被品种,进行抚育优化。在初步构建恢复区生态系统后,结合区域水文地质条件,有针对性的发展多种植被,因地制宜的综合利用矿山群落结构[8]。

2.1 矿区土壤基质改良

矿山生态修复的前提是土壤基质改良,针对土壤的团粒结构、土质酸碱度和保持水肥的能力进行相应的改良,魏远[9]等人的研究表明,通过工程办及其他措施对土壤剖面和理化性质重新构造,改良后再进行下一步的生物种植。在实际操作中,矿山生态退化区在生态修复过程中普遍存在阶梯状地形、缺乏土壤、基质含潜在污染物等限制性因子。另外,退化区内基质保水能力差、肥力低、不利于植被着生。针对以上问题,首先应结合矿山不同生态退化区内地形、水文、基质等环境因子特征,以及植被多样性、覆盖度等生态指标,建立矿山退化区不同区域内生态复垦植被恢复评价指标,确定各区域内植被恢复等级,绘制研究区内植被分布与修复图,确定关键修复区域,明确生态恢复关键节点区。在此基础上,通过实调研,查明矿山生态退化区不同区域在生态恢复过程中的限制性生态因子(水分、养分、风蚀等),明确矿山不同生态退化区土壤、水分时空分异特征,摸清植被演替规律及影响矿山退化区生态恢复的关键性因子。针对不同生态退化区特征,依据恢复生态学原理,采用再造生境法,对比并筛选防风固基技术、基质微生物改良技术、保水及养分调控技术等先期生境改造技术,综合利用养分调节措施改善微生境环境,并筛选适宜矿区尾矿库风、水蚀严重区的下垫面改善技术,形成矿山生态退化区下垫面改善与基质养分调控技术体系。

2.2 先锋物种筛选与群落结构优化

根据矿山不同退化区生态恢复技术的要求与研究区生态修复等级划分结果,分别开展恢复等级区不同植被恢复技术评估与筛选。结合具体坡位和坡度采取相应的治理方法,筛选不同生态退化区的适宜性品种,并重点依据矿区不同区段养分、水分等生态限制因子,对各类先锋物种进行合理配置,对退化区表土剥离复垦、客土植物种植、尾矿砂种子包被养分调控等技术手段进行集成应用,研制适合矿区生境特点的先锋种养分调节配方与种植方法,完善相关抚育措施及材料,力争实现矿区生态退化区先锋植被直种,减少客土量,降低退化区生境恢复成本,提高先期生境恢复效率。形成矿山陆域生态退化区不同区域最佳修复先锋植被种类,并形成先锋物种抚育强化技术体系。矿山生态修复的植物物种的筛选应当遵循以下原则:

(1)首选植被品种原则是速生,且所选物种具有耐贫瘠、耐酸碱、抗逆性强等特点。(2)所选物种应具备一定的固氮能力,最好兼有改善土壤相关性质的功能,以缓解养分不足的问题。(3)优先选取优秀的土著物种和先锋植物。(4)物种筛选过程中应兼顾经济效益和植物性能,包括保持水土效果、耐旱涝、抗风沙和抗病虫害。(5)草本植物是生态修复过程初级阶段的首选品种[1-3]。在现有生态修复案例中,马桑、刺槐、沙柳等都可以用作生态修复物种, 能够起到保持水土和固土护坡的作用[10]。

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