礦區損毀地生態環境破壞現狀分析及治理方式研究

王 斌

(惠州市博潤生態工程咨詢有限公司，廣東 惠州 516003)

1 概述

鞍山市是我國重要的工業基地，以“鋼都”蜚聲中外，經濟實力已躍入全國50強之列。隨著市場經濟體制的建立及國家“重振老工業基地”戰略的實施，采礦業發展勢頭迅猛，除國有大、中型采礦企業生產規模不斷擴大外，個體私營礦點也大量涌現。采礦業雖然對全市、全省乃至全國經濟發展和綜合國力的提升做出了突出貢獻[1]，但是長期以來，由于偏重經濟效益，忽視環境保護，采礦業大規模的基本建設，在開采過程中造成嚴重的環境問題[2]。尤其是露天開采方式，造成植被破壞、水污染、水土流失等現象[3-4]。采礦造成的廢料，不僅占用大量的土地資源，而且造成植被破壞、土壤侵蝕等，嚴重危害區域生態環境安全[5-6]，同時高強度的資源開發，還會造成棄土、棄石、棄渣的任意傾倒[7]，嚴重破壞環境，形成了大面積的礦區損毀地。

在采礦過程中會造成地面沉陷、坍塌、泥石流等地質災害，以及較大范圍景觀破壞等[8-10]；采礦過程中產生的“三廢”會造成大氣、地下水污染、重金屬對土壤污染等對周邊環境的影響[11-14]；還會對生態環境造成嚴重破壞，露天開采造成植被蓋度下降，甚至會導致土地完全裸露，與此同時，廢棄物會導致土壤物理性質變差，不利于植物生長[15-17]。損毀地嚴重的水土流失，惡化的生態環境，制約了鞍山市經濟的可持續發展。因此，探索鞍山市礦區損毀地生態環境保護和生態重建方式迫在眉睫。

通過對全市礦點的相關信息進行普查、統計分析，獲取全市礦點種類、數量、破壞面積、水土流失量等資料，全面摸清礦區損毀地破壞狀況及其危害程度，了解礦區損毀地破壞特點，掌握其生態環境破壞規律，從管理上、技術上和投入上有針對性地啟動全市礦區損毀地生態重建，保護水土資源，改善生態環境，有著重要的指導意義；同時對保護全市的生態安全，實現經濟社會的可持續發展和重振遼寧省老工業基地戰略目標，有著重要的歷史意義。

2 研究內容與方法

2.1 調查研究內容

調查研究對象為鞍山市所有采礦企業，分為金屬類(鐵、錳、銅、金、鉛、鎢、鉬等)和非金屬類(石、磚廠、菱鎂、煤、滑石、石灰石、磷、膨潤土、石棉等)兩類。

調查內容如下：① 企業基本情況(包括礦點地理位置、初采時間、開采年限、固體廢棄物年排放量和累計排放量等)；② 植被、地貌破壞情況(生態環境破壞面積、植被蓋度、坡度、坡長等)；③ 生態環境因子(下墊面表層及礦區損毀地氣溫、下墊面表層物質含水量及礦區損毀地空氣濕度等)；④ 水土保持狀況(林草措施種類及面積、工程措施種類及數量等)；⑤ 生態環境破壞類型及危害。

2.2 數據統計分析方法

采用訪問調查、GPS實地測量和觀測試驗相結合的方法，對礦區植被、地形地貌、生態環境破壞類型及危害、水土保持狀況等進行調查，由于全市礦點種類豐富、數量眾多，數據統計分析任務繁重，為確保及時、準確完成對全市礦點的統計分析工作，利用Excel、SPSS數據處理工具對鞍山市礦點種類、數量、所有制結構、生態環境破壞面積、水土流失量、水土流失侵蝕模數等數據進行統計分析。

3 礦區損毀地破壞情況

調查結果表明，鞍山市共有452處礦場(廢棄15處，437處正在開采)，分為26個不同礦種，其中金屬礦場164處(以鐵、金、鉛、鋅為主)，占總數的36.28%；非金屬礦點288處(以各種石材和磚為主)，占總數的63.72%。

3.1 礦區損毀地破壞面積

利用SPSS對鞍山市礦點情況進行統計分析，不同種類礦點損毀地破壞面積情況見表1。從表1可以看出，全市礦場平均單位破壞面積為22.63 hm2，金屬礦破壞規模較大，礦場平均單位破壞面積達50.24 hm2，非金屬礦破壞規模較小，礦場平均單位破壞面積僅為6.92 hm2。采礦場、排巖場、尾礦庫和道路造成的破壞面積中，金屬礦分別是水金屬礦的2.6、18.4、1 695、2.6倍，主要由采礦工藝、礦產和尾礦庫等形式不同造成的，尾礦庫破壞面積差異最大。從破壞土地類型及面積看，全市礦區開采占用荒山最多，林地次之，農地最少。由于金屬礦破壞面積巨大，因此，礦區損毀地重建重點應放在金屬礦上。

表1 鞍山市不同種類礦點損毀地破壞面積情況

3.2 礦區損毀地水土流失狀況

采礦在取得很好的經濟效益的同時，對生態環境也造成了嚴重破壞(如水土流失現象)[18]。礦區損毀地水土流失量的計算是根據各礦點不同組成部分的水土流失特點，選用相應的土壤侵蝕模數計算數學關系模型[19]，具體模型見表2所示。

表2 礦區損毀地土壤侵蝕模數計算數學關系模型

通過選用不同處理方式的土壤侵蝕模數計算模型，計算不同種類礦點的不同組成部分開礦前、后水土流失量，以及水土流失增量(萬t/a)，計算結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，非金屬礦平均每個礦點引起新增水土流失量為359.38 t/(處·a)，而金屬礦引起新增水土流失量為9 141.46 t/(處·a)，是非金屬礦的25.4倍，這與其較大的破壞面積有很大關系；若從不同種類礦點單位面積水土流失增量看，非金屬礦新增水土流失量為51.97 t/(hm2·a)，金屬礦新增水土流失量為181.96 t/(hm2·a)，是非金屬礦的3.5倍，由此可見金屬礦對生態環境擾動的劇烈性及其破壞區域內水土流失的嚴重性，因此金屬礦是礦區損毀地治理的關鍵區域。從礦區損毀地組成結構看，采場、排巖場、尾礦庫、道路和廠區單位面積水土流失增量分別為77.94 t/hm2、426.02 t/hm2、75.42 t/hm2、35.98 t/hm2和20.61 t/hm2，由此可見排巖場、采場和尾礦庫是水土流失最嚴重的區域，是礦區損毀地生態重建的重點區域。

圖1 鞍山市不同種類礦點水土流失情況示意

3.3 礦區損毀地生態環境破壞危害

礦山開采對地形、地貌產生劇烈擾動，破壞礦區水土資源、植被，再塑地貌的作用和影響之大是空前的。礦山開采形成大面積的挖損地貌和堆墊地貌，與原地貌相比，這些人為再塑地貌坡度大、植被蓋度低，同時堆積物結構松散，極易產生水土流失，進而對其周邊地區和下游河道及兩岸村屯、城市、道路和農田造成危害。

1) 生態環境破壞嚴重，恢復難度大

調查結果表明，露天采場開采后、排巖場排棄后和尾礦庫庫區植被蓋度變為0%，露天采場坡度開采后平均增加到52°，最高為90°；地下采場及其周邊地區植被蓋度平均比開采前降低19%。地下采場塌陷后邊坡都增至60°～90°；排巖場排放后坡度增至平均41.4°，有的可達52°。

同時采礦對地溫、氣溫、巖土含水量、水分蒸發及空氣相對濕度等生態環境因子都有較大的影響。對地面溫度而言，當氣溫升高時排巖場的地面溫度高于開采前(夏季可高3℃～7℃，最高達10℃以上)，當氣溫降低時排巖場的地面溫度低于開采前[20]。在春、夏、秋三季排巖場不同深度土層地溫都表現出明顯的白天驟升、夜晚驟降的統一趨勢，直到80 cm土層才達到恒溫層。礦區損毀地氣溫，春、秋季節比開采前低1℃～2℃，夏季則比開采前高2℃～3℃，極端最高溫度比開采前高6℃，極端最低氣溫比開采前低9℃以上。礦區損毀地巖土含水量，明顯低于對照土壤含水量，平均低6%～11%，最多的低15%以上，且涵養水源能力大大減弱。排巖場平均日蒸發量比開采前高1～5 mm，但空氣相對濕度卻顯著低于開采前。

由于表土剝離與壓埋，植被破壞，基巖裸露，砂礫遍布，地面坡度增加，致使礦區損毀地立地條件相當惡劣。同時損毀地地溫的驟升驟降、氣溫與土壤含水量低調解能力以及高的蒸發量與低的空氣相對濕度，致使植物易遭遇凍害、灼傷、干旱等威脅，使其恢復治理難度加大。

2) 水土流失強度大，恢復治理率低

根據對全市礦區損毀地現狀的調查、統計、計算與分析，采礦活動擾動原地貌、破壞植被致使基巖裸露、砂礫遍布，同時固體廢棄物的松散堆放、大量尾礦的隨意排放，在強降雨和大風的作用下大大增加了礦區損毀地的水土流失強度。

全市礦區損毀地平均侵蝕模數為18 070 t/(km2·a)，是全市平均侵蝕模數的5.2倍。金屬礦侵蝕模數為20 492.43 t/(km2·a)，是全市平均侵蝕模數的5.9倍，非金屬礦侵蝕模數為8 048.72 t/(km2·a)，是全市平均侵蝕模數的2.3倍，金屬礦對礦區生態環境造成劇烈擾動，并且還會對區域內嚴重水土流失的破壞，因此，金屬礦是礦區損毀地恢復治理中的重點；從礦區損毀地組成結構看，排巖場侵蝕模數為44 355.04 t/(km2·a)，是全市平均侵蝕模數的12.7倍，其次為采場，侵蝕模數為11 050.80 t/(km2·a)，是全市平均侵蝕模數的3.2倍，之后依次為尾礦庫、道路、廠區，侵蝕模數分別為8 706.47 t/(km2·a)、6 723.17 t/(km2·a)和3 349.71 t/(km2·a)，分別是全市平均侵蝕模數的2.5倍、1.9倍和1倍。全市礦區損毀地每年水土流失量高達184.87萬t/a，這相當于全市1 0230.77 hm2的礦區損毀地每年流失表土厚度為1.34 cm。全市10 230.77 hm2的礦區損毀地面積，已恢復治理的面積為525.02 hm2，僅占總破壞面積的5.13%。

3) 水蝕淤積下游河庫，增加洪澇災害，污染水質

由于礦區損毀地地表植被覆蓋率較低，其涵養水源能力相當差，每逢降雨，很快就形成地表徑流，并攜帶著表層細顆粒物質進入下游溝道河流，淤積河床、水庫，抬高河床、縮短水庫使用壽命，有可能導致水庫調蓄雨洪能力降低，增大洪水危害。更為嚴重的是，有些采礦固體廢棄物中含有大量有毒、有害物質，輸移到下游河道、水庫后，造成水質污染，致使水資源利用價值降低甚至喪失。

4) 風蝕灰塵蔽日，危害人民群眾身體健康

采礦過程中產生的廢棄物結構松散、碎屑多，特別是選礦過程中形成的尾礦，顆粒細小，多為粉塵狀物質，表面又無任何覆蓋物，遇大風嚴重時，能見度不足10 m，對周邊環境產生極為不利的影響。

4 礦區損毀地生態環境恢復措施

全市現有治理面積相對于破壞面積是相當小的，全市礦區損毀地水土流失治理率僅為5.13%。礦區損毀地生態恢復治理任務十分艱巨，因此，應建立相應的生態環境治理措施，恢復礦區損毀地生態環境。白中科等[21]提出了礦區“地貌重塑、土壤重構、植被重建、景觀重現、生物多樣性重組與保護”生態系統恢復重建的“五階段”。結合本市現有生態環境治理情況，應對礦區損毀地地貌與植被恢復、水土流失防治、生態環境恢復等提出相應的恢復措施。

4.1 地貌與植被恢復措施

為滿足礦區植被生長發育需要，結合礦區實際情況與周圍環境的實際情況，確保自然景觀的協調發展。首先對礦區坡度較大邊坡進行削坡處理，并將其碎石回填低洼處。采用“臺階式”削坡處理方式對于坡度較高的邊坡進行削坡處理，全坡面遵循自上而下進行人工坡面修整，每段施工長度不小于10 m，按照要求制成間距20 m的臺階和排水措施。碎石的處理方式為：對體積較大的碎石進行填埋(表面的碎土層應為30～50 cm以上)，小碎石直接進行夯實處理。在處理過程中，還應當格外注意邊坡的傾斜角度，控制在5°～10°左右，便于降雨和農業生產用水等的排放，確保不發生滑坡和小面積垮塌等[22]。

進行植被恢復時，金屬礦采用ArcGIS空間插值分析方法研究金屬礦(鐵、錳、銅、金、鉛、鎢、鉬等)的空間分布，通過相關性分析判斷重金屬來源并討論污染成因。然后金屬礦和非金屬礦都采用客土整理方法對礦區損毀地進行修復，為了避免對礦山周圍的生態環境造成二次破壞，遵循氣候環境適應性原則和相關植物的生長特點，選擇適宜于本地生長的植被(灌木為丁香、喬木等，喬木為楓樹和愉樹等)。在種植植被的同時進行封山育林，通過封山育林可減少人類活動對植物的影響，有效提高植被的自我繁殖能力，從而確保礦區綠化后，植物快速生長，盡快恢復被破壞的礦區生態環境。

4.2 礦區水土流失防護措施

礦區損毀地大面積地貌形態和植被破壞，地表風化層疏松，即使利用客土法整治后，整治區域仍會因砂礫化面蝕、溝蝕和土砂流瀉等而再次毀壞。為防止水土流失，以保土為原則，恢復植被，首先礦區損毀地種植先鋒植物(如沙打旺、首獵、紅豆草、刺槐等)，使地表迅速覆蓋，保持表層土[23]，同時，在礦區邊坡坡度較緩的區域，修建排水溝，采取明溝開挖和自然排水方式，使降雨能沿著排水溝順利排泄，引致礦區地勢較低處使其自然排放。但是過分排水，會導致礦區土壤干旱，增加植被恢復難度；蓄水太多，使堆積體深層形成軟弱面而產生滑坡和泥石流。因此，建立相應的排蓄系統，采取必要的抗滑、抗崩塌措施，有助于礦區的穩定性和環境恢復。

4.3 礦區生態環境恢復措施

礦區損毀地會對生態環境造成嚴重的破壞，容易導致水土流失、土壤沙漠化等自然災害，生態環境修復是對礦區環境產生的損毀進行修復。礦區環境修復主要恢復土壤特性和提高植被覆蓋率，修復礦區土壤和植被能有效地緩解水土流失、土壤沙漠化，還能夠防止粉塵污染、泥石流和滑坡等等自然災害的發生。生態環境恢復過程中主要采用工程技術措施(坡形修整技術、土體壓實技術、地表水系改造技術等)、物理修復技術(物理粉粒技術、蒸汽浸提技術、熱力學技術和冰凍技術等)和化學修復技術(化學氧化技術、電化學技術、化學淋洗技術和溶劑浸提技術等)等措施相結合的方法[24]。

土地修復是植被和水資源等環境修復的前提保障，礦區產生的有害氣體會導致礦區土壤積累過多的有害物質，造成礦區植被數量減少，同時會對礦區土壤微生物生活環境造成嚴重破壞，可以利用化學修復技術來調整土壤中有害物質(氮、磷、鉀等)的含量，提高土壤生產能力，增強礦區土壤肥力，使礦區植被能更好地生長，還可以利用植物降低土壤中有害物質含量。礦區廢棄物中的無機添加劑(如煤灰、氯化鈣以及石膏等物質)可以降低廢棄物中有毒物質的對土壤環境的破壞，對土壤一定的改良作用。通過物理方法優化土壤結構使其逐漸恢復原有結構形態，能夠通過覆蓋、培育并維持礦區表土結構，有效控制表層土壤的水土流失[25]。可以通過控制礦區水資源污染源頭方法來減少礦區廢水的排放量，植被可以吸收礦區空氣中的有害氣體(CO2)，合理利用植被可有效改善礦區大氣和水體環境，進而使其得以修復[26]。

5 結論與建議

鞍山市礦場平均單位破壞面積為22.63 hm2，金屬礦排巖場、采場和尾礦庫是水土流失最嚴重的區域，是礦區損毀地生態重建的重點區域。礦區水土流失強度大，水蝕淤積下游河庫，增加洪澇災害，污染水質，風蝕灰塵蔽日，恢復難度大；恢復治理率低；危害人民群眾身體健康。

礦區損毀地地貌與植被恢復中應當遵循以下步驟：① 針對坡度較大邊坡進行削坡處理，并將其碎石回填低洼處；② 采用客土整理方法對礦區損毀地進行修復；③ 通過植樹造林提高植被覆蓋率，起到防沙固土減少水土流失的目的，同時應當建立相應的排蓄系統，采取必要的抗滑、抗崩塌措施；④ 采用物理和化學修復技術調整土壤中有害物質(氮、磷、鉀等)的含量，使礦區植被能更好地生長。