環(huán)境生態(tài)學論文礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復分析摘要討論了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的理論基礎分析了礦區(qū)生態(tài)恢復演替的4個階段模式,在此基礎上,提出了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的策略和綜合技術(shù)體系最后對礦區(qū)生態(tài)重建的認識和方法論提出了建議。ABSTRACTINTHISPAPER,THETHEORETICALBASISFORTHERESTORATIONOFECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREAWASDISCUSSEDANDTHEFOURPHASEMODELFORECOLOGICALRESTORATIONSUCCESSIONOFMININGAREAWASANALYZEDONTHISBASIS,THESTRATEGYANDINTEGRATIVETECHNICALSYSTEMTORESTORETHEECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREAWEREPUTFORWARDFINALLY,SOMESUGGESTSEPISTEMOLOGYANDMETHODOLOGYOFECOLOGICALREHABILITATIONINMINEAREPRESENTEDOUT關(guān)鍵詞礦區(qū)生態(tài)恢復生態(tài)學土地復懇KEYWORDSECOLOGICALENVIRONMENTINMININGAREA,RESTORATIONECOLOGY,LANDRESTORATION礦山開發(fā)會對礦區(qū)的大氣、水和土壤造成污染甚至嚴重破壞。礦山開發(fā)造成的生態(tài)破壞是指在礦山開發(fā)與生產(chǎn)過程中對地表景觀和生態(tài)系統(tǒng)的破壞如挖損、壓占土地、地表塌陷、破壞地表原生植被等,主要表現(xiàn)為礦區(qū)土地及其周邊地區(qū)生物生存條件的惡化、生物量減少,環(huán)境總適宜性降低環(huán)境污染是指礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的大量廢氣、廢水、廢渣等有害物質(zhì)嚴重污染礦區(qū)的空氣、水質(zhì)和土壤。因此,大氣、水、土地的修復治理乃是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的主要任務。礦區(qū)生態(tài)恢復的目的是使被礦山開采破壞了的生態(tài)系統(tǒng)重新具有生產(chǎn)價值、社會服務功能和生態(tài)環(huán)境平衡功能,即重新實現(xiàn)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的平衡。1、礦區(qū)生態(tài)恢復的理論基礎11礦區(qū)生態(tài)恢復研究20世紀80年代,出現(xiàn)恢復生態(tài)學專著,從理論與實踐兩方面研究生態(tài)系統(tǒng)退化、恢復、開發(fā)和保護機理問題。它所研究的對象是那些在自然災變和人類活動壓力條件下受到破壞的自然生態(tài)景觀的恢復和重建的問題。它涉及了大量在自然生態(tài)系統(tǒng)過程中未曾涉及的方法學問題。1980年,CAIMS主編了受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復過程一書,8位科學家從不同角度探討了受損生態(tài)系統(tǒng)恢復過程中重要生態(tài)學和應用問題。同年,BRANDSHAW和CHDWICK出版了RESTORATIONOFLNAD,THEECOLOGYANDRECLAMATIONOFDEGRADEDLAND。1983年,在美國召開了“干擾與生態(tài)系統(tǒng)”國際研討會,探討了干擾對生態(tài)系統(tǒng)各個層次的影響1984年,在美國威斯康星大學召開了恢復生態(tài)學研討會,強調(diào)了恢復生態(tài)學理論與實踐的統(tǒng)一性,并提出恢復生態(tài)學在保護與開發(fā)中起重要的橋梁作用。1996年,在瑞士召開了第一屆世界恢復生態(tài)學大會,大會強調(diào)恢復生態(tài)學在生態(tài)學中的地位,恢復技術(shù)與生態(tài)學的連結(jié),恢復過程中經(jīng)濟與社會內(nèi)容的重要性,隨后國際恢復生態(tài)學會每年召開一次國際研討會。當前在恢復生態(tài)學理論和實踐方面走在前列的是歐洲和北美,在實踐中走在前列的還有新西蘭、澳洲和中國。由于生態(tài)恢復多數(shù)是在極端條件下進行的,可能不是一步到位,而需要通過一串目標來實現(xiàn),恢復生態(tài)學方法的主要理論意義就是說明如何實現(xiàn)這一逆向演替過程。其中,礦區(qū)生態(tài)重建更不例外,因為礦區(qū)生態(tài)重建是生態(tài)學中典型的極端條件下的恢復和重建,如圖1所示。圖1礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化、恢復和重建12礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理現(xiàn)狀與差距121礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理與國外差距加大在國際上，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復治理作為生態(tài)建設和環(huán)境保護的重要內(nèi)容，倍受重視。美國、德國、加拿大、巴西和西班牙等國家都制定了專門計劃，政府投入大量資金進行礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理，礦山土地復墾率已達到5O一70，遠遠高于我國12左右的復墾率。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅美國內(nèi)政部每年投入老礦山和廢棄地環(huán)境恢復治理和土地復墾預算就近2億美元，對廢棄礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理和土地復墾給予專項投入。日本政府特別重視礦山環(huán)境的管理和治理，并建立了一系列比較完善的礦山環(huán)境管理和監(jiān)督體系，制定了行之有效的法律法規(guī)，投人了相當多的資金，加快了礦山環(huán)境治理技術(shù)的研究和開發(fā)，并形成了中央政府、地方政府、私人企業(yè)共同承擔礦山環(huán)境治理義務等比較完善的“三位一體”體系。部分發(fā)展中國家也加快了礦山生態(tài)環(huán)境管理的步伐。例如，印度非常重視礦山環(huán)境的保護管理，在一系列法律法規(guī)中，對污染控制、地表土的堆放和重新利用、廢石的堆放、土地復墾、地面沉陷的控制等作了明確的規(guī)定。巴西政府1991年宣布19912000年投資1200億美元保護和恢復治理亞馬遜地區(qū)主要由開采礦產(chǎn)資源引起的生態(tài)和自然資源破壞的計劃122我國開始重視礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理工作目前，我國在礦山環(huán)境保護方面的立法、管理體系、科學技術(shù)上都有了很大進步，礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理和土地復墾具備了一定基礎。主要表現(xiàn)在一是黨和國家的高度重視，要求加快礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理工作；二是將礦山環(huán)境保護作為國土資源規(guī)劃的重要內(nèi)容，確定了礦山生態(tài)環(huán)境保護的目標任務；三是正在積極推動調(diào)查和生態(tài)環(huán)境恢復治理與土地復墾試點工作；四是社會經(jīng)濟條件趨向成熟，生態(tài)恢復治理技術(shù)不斷進步，資源利用水平提高，生態(tài)恢復治理的手段不斷完善；五是加強礦山環(huán)境和土地復墾的規(guī)范管理和制度建設，礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理和土地復墾規(guī)范管理的一些內(nèi)容已列人標準化工作當中。13礦區(qū)土地復墾和生態(tài)演替的理論研究土地復墾是生態(tài)恢復的核心內(nèi)容。礦區(qū)土地復墾根據(jù)產(chǎn)生的原因可分為三類一是由剝離的表土、開采的廢石及低品位礦石堆積形成的廢石堆棄地二是隨著礦物開采形成的大量的采空區(qū)域及塌陷區(qū),即開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。近年來,土地復墾基礎理論研究在如下幾個方面取得了一些進展,包括采礦的空間規(guī)劃和企業(yè)規(guī)劃對土地復墾的指導作用土地復墾與采礦工藝的有機結(jié)合使采礦損失土地生產(chǎn)能力最小化農(nóng)、林復墾用地表土層的重構(gòu)以及土地生產(chǎn)力提高。生態(tài)演替理論是礦區(qū)生態(tài)恢復理論的基礎。生態(tài)演替理論認為,在退化生態(tài)系統(tǒng)中的植被恢復是恢復生態(tài)學的首要工作,因為所有的自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建,總是以植被的恢復為前提的。生態(tài)恢復的步驟包括4個環(huán)節(jié),尾礦的綜合利用,即從廢棄物中進一步回收有價元素、作為二次資源制取新形態(tài)物質(zhì)、填充井下采空區(qū)土壤治理、包括挖出污染土置換客土或者進行適宜的化學改良植被恢復，即利用人工植被的方法改善和恢復生態(tài)系統(tǒng)微生物恢復,包括抗污染細菌的接種、接種高效生物、接種營養(yǎng)生物。131生態(tài)恢復的概念生態(tài)恢復一般泛指改良和重建退化生態(tài)系統(tǒng),恢復生態(tài)學潛力和有益于重新利用。生態(tài)恢復并不是意味著在所有場合下恢復原有的生態(tài)系統(tǒng),這既沒有必要,也沒有可能,生態(tài)恢復的關(guān)鍵是恢復生態(tài)系統(tǒng)的功能,并使系統(tǒng)能夠自我維持。礦山生態(tài)恢復就是礦山開采后土地治理和恢復,是為了建立與當?shù)刈匀簧鷳B(tài)相和諧的人工生態(tài)系統(tǒng),恢復礦區(qū)廢棄地的生物學潛力,并且有利于礦區(qū)土地的重新利用。一般意義上的生態(tài)恢復,即指土地復墾。132礦山生態(tài)恢復的理論與試驗研究在理論方面,國內(nèi)外研究者對礦山生態(tài)恢復提出了一些新的技術(shù)對策和成果1提出了從沉陷地資源合理利用和復墾管理到復墾工程技術(shù)諸多方面的對策2提出了復墾工程的成本、效益的計算公式和經(jīng)濟評價方法3土壤改良的生物技術(shù)和矸石快速熟化技術(shù)等4提出了尾礦影響植物定居的主要限制因子及其改良措施5通過生態(tài)調(diào)查和試驗手段,篩選出多種可用于尾礦生態(tài)恢復的植物種類6發(fā)展了尾礦酸化的快速、準確的預測方法,并提出了相應的控制酸化措施7深入討論尾礦植物自然定居的過程和機理,豐富了恢復生態(tài)學理論8應用豆科植物和菌根、引入土壤種子庫對尾礦廢棄地植被恢復的作用9研究了重金屬在重建植被中的遷移與積累規(guī)律10建立了十多個野外實驗基地11利用人工濕地處理金屬礦山廢水的研究也取得了長足的進展。14以可持續(xù)發(fā)展為主導思想的理論研究在過去的20年,幾乎所有國家為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標均立法或修改相關(guān)法律以減少采礦的負面影響。在可持續(xù)發(fā)展理論指導下,各國對礦區(qū)生態(tài)恢復提出了更高要求加強對采礦前后生態(tài)資源的調(diào)查和研究在進行重建時,使新建景觀和周邊景觀和諧地融合在一起,并有較高的經(jīng)濟、生態(tài)和美學價值自然保護、物種保護和經(jīng)濟用途在景觀生態(tài)重建過程中具有同樣重要的地位。為保護本地動物、植物物種而構(gòu)建的生態(tài)空間,是生態(tài)恢復方案不可分割的組成部分生態(tài)恢復是對礦區(qū)采礦跡地狀況的改善、環(huán)境的保護,同時也為經(jīng)濟發(fā)展提供了基礎。2、礦區(qū)生態(tài)恢復演替模式分析礦區(qū)生態(tài)重建或恢復,目前尚無確切的概念。在對概念界定之前,首先討論我國目前礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的4種演替模式見圖2。圖2礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演替的4種模式可以看出,我國大多數(shù)礦區(qū)的共同特點是處在生態(tài)脆弱區(qū),有較充足的光溫資源,較貧瘠的水土資源和較豐富的礦產(chǎn)資源。礦產(chǎn)資源開發(fā)的結(jié)果是光溫不變、土水廢棄、礦石耗竭。在進行礦產(chǎn)資源開發(fā)前,原脆弱生態(tài)系統(tǒng)將有兩種可能的演替模式。模式一屬于一般整治下的穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng),因不可能得到礦山經(jīng)濟的支持,故此種生態(tài)系統(tǒng)僅可低水平持續(xù)發(fā)展。模式二維持現(xiàn)狀,因無任何外來經(jīng)濟的支持,屬于不整治下的不穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng),故不可持續(xù)發(fā)展。在進行礦產(chǎn)資源開發(fā)的情況下,原脆弱生態(tài)系統(tǒng)也將有兩種可能的演替模式。模式三是在礦山經(jīng)濟支持和人工誘導下重建的高穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng),故此種生態(tài)系統(tǒng)可高水平持續(xù)發(fā)展。模式四不作處理,僅靠自然恢復,實踐證明,在原生態(tài)系統(tǒng)遠未“超負荷”的情況下,系統(tǒng)有“自凈”的能力,隨著時間的推移,系統(tǒng)可能自然恢復,但對目前造成如此大規(guī)模的礦區(qū)極度退化生態(tài)系統(tǒng)已“超負荷”運轉(zhuǎn),不可能再靠“自凈”而自我恢復,而只會使極度退化生態(tài)系統(tǒng)再度惡化,故不可持續(xù)發(fā)展。3、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的策略與技術(shù)31礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的策略礦區(qū)生態(tài)恢復范圍從空間尺度包括狹義的“礦區(qū)”,即礦山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、影響區(qū)和廣義的“礦區(qū)”,即包括礦山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、影響區(qū)、礦山職工及其家屬生活區(qū)、依托礦山演替而成的鄉(xiāng)鎮(zhèn)等。從時間尺度上發(fā)端于采礦設計階段,終止于礦山閉坑后達到重建生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的時期。因此礦區(qū)是以采礦業(yè)為中心,包含礦區(qū)內(nèi)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它有關(guān)社會、經(jīng)濟領域的一個特殊的“區(qū)域”,是一個復雜的“自然社會經(jīng)濟”的綜合體。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復是一個涉及多學科的復雜的系統(tǒng)工程,并具有顯著的工程技術(shù)特征,屬多學科交叉的綜合性應用學科,它要求多學科專家攜手攻關(guān)。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞是礦產(chǎn)資源開發(fā)中不可避免的、與礦山的規(guī)劃設計和生產(chǎn)密切相關(guān),并且其生態(tài)環(huán)境破壞大都是可以預見的。所以,礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復應改變過去被動的、“先破壞、后修復”的模式,而應轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥?、超前的、動態(tài)的并貫穿于礦山開發(fā)全過程的發(fā)展戰(zhàn)略?！爸鲃拥摹毙迯蛻?zhàn)略是指人們主動地按照礦山開發(fā)和生產(chǎn)的時空變化以及當?shù)氐膮^(qū)域發(fā)展需要,對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能和破壞特征進行積極的調(diào)控,恢復重建一個高水平、可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng),特別是主動地從礦區(qū)的社會形態(tài)、經(jīng)濟組成、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人類行為、價值倫理等進行區(qū)域綜合規(guī)劃、評價、整治和管理,突出人地關(guān)系,追求整體協(xié)調(diào)、共生協(xié)調(diào)和發(fā)展協(xié)調(diào)?！俺暗摹毙迯筒呗允侵富陬A測的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞,超前地采取一些治理措施,從而減輕生態(tài)環(huán)境破壞程度,及早恢復破壞的生態(tài)環(huán)境并節(jié)約修復費用?！皠討B(tài)的”修復策略是指在礦山開發(fā)的每一階段從勘探、設計、基建與生產(chǎn)到報廢均同步開展礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復工作,并根據(jù)生產(chǎn)的變化及時調(diào)整恢復治理規(guī)劃,使礦山開發(fā)更科學、合理,也使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復工作既經(jīng)濟又有效。311礦山污染控制與生態(tài)恢復研究發(fā)展展望礦山廢水和尾礦是造成礦區(qū)環(huán)境污染的主要原因,因此礦區(qū)污染的控制及治理也主要從這兩方面進行。重金屬與其他元素污染和尾礦中有用礦物的回收利用將成為進一步研究的發(fā)展方向。礦山生態(tài)恢復作為較新的研究領域,理論體系與工程應用需要大大加強和完善,存在著廣闊的發(fā)展空間。1對礦區(qū)水體和土壤進行采樣分析,建立各類礦山主要污染元素污染程度的數(shù)據(jù)庫,建立礦山污染的評價指標體系,深入研究礦山尾礦和廢水中污染物的釋放與遷移規(guī)律,研究污染物在水體和土壤中遷移擴散的動力學特征。2礦山尾礦及礦渣中仍存在大量的有價元素,研究開發(fā)新型的礦物采選與加工工藝,提高礦物的利用率,從尾礦和礦渣中提取回收有價物質(zhì),將是未來礦物加工與資源綜合利用工程需要進一步研究的重要課題。3礦山廢棄地生態(tài)恢復與重建的關(guān)鍵是先鋒植物的篩選和基質(zhì)改良。各種植物對各類礦區(qū)廢棄地的生長適應能力需要大量的實地調(diào)查與試驗工作加以發(fā)現(xiàn),從而建立豐富的先鋒植物數(shù)據(jù)庫,可與景觀類植物的培育結(jié)合形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈。礦區(qū)廢棄地土壤基質(zhì)的改良應與先鋒植物試驗相一致,充分利用尾礦砂、垃圾肥等各種有效的基質(zhì)改良劑,并通過覆土措施恢復和提高生物多樣性。312可行建議措施（1）建立多渠道的資金投入機制，加大礦山環(huán)境恢復治理的力度政府預算內(nèi)基本建設投資、財政支農(nóng)資金、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)資金、國土整治費、新增建設用地有償使用費等，都應把國土綜臺整治和礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理作為一項重要內(nèi)容，統(tǒng)籌安排，多方位籌集資金。國家應加大資金投入，設立礦山環(huán)境防治專項基金，形成多渠道的資金籌集體系。礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理，廢棄礦山主要由國家投資；即將廢棄的老礦山由國家、地方和企業(yè)分擔，分清責任，原則上國家、地方和企業(yè)按照111的比例籌集資金；新上礦山或新的礦山環(huán)境問題，嚴格按照現(xiàn)行法律法規(guī)執(zhí)行，由企業(yè)負擔。通過政府的示范引導，本著“誰投資，誰受益”的原則，制定一系列鼓勵投資礦山環(huán)境治理的優(yōu)惠政策，從而造就多渠道投資的良好氣氛。參考一些地方的成功經(jīng)驗，國家可以制定以下優(yōu)惠政策規(guī)定外商和其他單位個人單獨投資復墾治理國家已征用的塌陷地，從收益之年起，10年內(nèi)免交國有土地使用費，10年后實行減半征收；其他單位或個人復墾國家未征用的塌陷地從事糧食生產(chǎn)的，3年內(nèi)免交合同定購任務，并按國家有關(guān)規(guī)定給予稅收優(yōu)惠；外商和其他單位及個人投資人股參與復墾治理的，按其投資比例享受收益分配。（2）采取有效的經(jīng)濟保障措施，建立礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理保證金制度在發(fā)達國家及大多數(shù)發(fā)展中國家，最近一些年來都為礦山環(huán)境的保護和治理設立了各種各樣的保證金和財務擔保制度，以確保礦山環(huán)境治理和礦地復墾等工作落到實處。實行礦山環(huán)境保護財務擔保，在礦山開采作業(yè)期間防治潛在的現(xiàn)行環(huán)境損害，或用于復墾。借鑒大多數(shù)國家的經(jīng)驗，在礦山環(huán)境管理中，應把礦山環(huán)境的保護與治理與經(jīng)濟措施密切結(jié)合起來，盡快實行礦山生態(tài)恢復和土地復墾的保證金制度，并根據(jù)我國的實際情況制定企業(yè)能夠接受、環(huán)境恢復能夠保證的保證金額度。32礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的技術(shù)體系鑒于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的復雜性,其科學的恢復應是綜合治理,為此,人們提出了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的綜合技術(shù)體系。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的綜合技術(shù)主要包括監(jiān)測、預測及風險評估技術(shù),管理技術(shù),規(guī)劃設計技術(shù),工程修復技術(shù),化學與生物技術(shù)等。礦區(qū)生態(tài)風險評價大致包括暴露評價、危害評價、受體分析和風險表征等內(nèi)容,為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理技術(shù)的選擇和有關(guān)法律與技術(shù)標準的制定提供依據(jù)管理技術(shù)主要對受損生態(tài)環(huán)境資源進行科學的管理、宏觀過程管理以及整個礦山生命周期的環(huán)境修復管理技術(shù)規(guī)劃設計技術(shù)就是在詳細調(diào)查、風險評估的基礎上,運用先進的規(guī)劃技術(shù)進行礦區(qū)環(huán)境恢復的規(guī)劃設計工程修復技術(shù)應根據(jù)不同的破壞特征、不同的自然條件采取不同的技術(shù)措施,主要包括生態(tài)破壞的環(huán)境污染的工程物理修復技術(shù),提高和改善重建礦區(qū)系統(tǒng)生產(chǎn)力和環(huán)境安全的各種化學和生物措施,其中包括生物工程植物恢復、生態(tài)工程即土地復墾工程技術(shù)與生態(tài)工程技術(shù)結(jié)合的技術(shù)、土壤改良技術(shù)等。圖3礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的綜合技術(shù)體系4、結(jié)語礦區(qū)生態(tài)恢復或重建不是在采礦出現(xiàn)環(huán)境問題之后才采取的一種后患治理措施,而是在開采之前就預測可能發(fā)生的環(huán)境問題,在開采中盡量避免或減少開采對環(huán)境的破壞,對策應該是超前的。礦區(qū)生態(tài)重建所追求的主要目標不是原始的環(huán)境,而是主動按照采礦的時空發(fā)展順序和最終符合人類需求和價值取向,重建一個高水平、可持續(xù)支持系統(tǒng),對策應該是主動的。礦區(qū)生態(tài)重建不是僅對采礦造成的污染進行限制、賠償和投資,而是從社會經(jīng)濟自然復合生態(tài)系統(tǒng)的角度,突出人地關(guān)系,追求整體協(xié)調(diào)、共生協(xié)調(diào)和發(fā)展協(xié)調(diào),對策應該是和諧的。礦區(qū)生態(tài)恢復或重建不是單純工程