北方干旱地區金屬礦開采環境影響研究

＊董翔宇

（沈陽師范大學生命科學學院 遼寧 110034）

重金屬是地殼的天然成分，是社會發展和國家經濟發展的重要命脈[1]。近年來，金屬礦開采成為國民經濟的基礎產業。金屬礦山開采活動是鋼鐵、稀有金屬等領域范疇中重金屬獲取的重要途徑，其中北方為重金屬資源開發的中心[2]。

我國擁有多種礦產資源，在全國各地分布著數千個大型或中型金屬礦和眾多小型金屬礦。但采礦活動可能通過一系列途徑污染周圍環境，尤其是不當開采和不受控制地傾倒，造成礦山尾礦、景觀的物理干擾、礦山尾礦的溢出等嚴重的重金屬污染問題。因此，在多數地區，采礦活動被記錄為土壤重金屬污染的最重要來源之一[3]。

東北、西北及西藏等地區，大多屬于北方干旱半干旱地區，隨著金屬礦開采規模的不斷擴大，導致礦山地形地貌、土地資源等生態環境日趨脆弱[4]。北方金屬礦區開發歷史較長，但隨著采礦范圍的逐步擴大，需更深入研究高強度開采金屬礦與脆弱生態環境協調發展。本文分析北方干旱地區金屬礦開采對礦區水、土壤、生物資源等環境要素的環境影響，并提出防治整頓金屬礦生態環境對策。

1.北方干旱地區金屬礦開采環境影響問題研究進展

北方金屬礦開采營運過程中，鑿巖爆破、分揀采裝和運輸等過程產生廢水、廢氣、噪聲和固廢等環境污染物對地下水、植物、土壤、地質地貌等生態環境造成巨大影響見圖1。本研究從植物、野生動物、土壤、水資源4個方面分析金屬礦開采引起的生態環境問題。

圖1 金屬礦開采流程及排污節點圖

（1）植物影響分析。金屬礦開采過程中，由于機械作業對土地的挖填，導礦區及周邊生境的初始條件遭到破壞[5]。群落結構趨于簡單，一定程度上將工礦用地內原有植被破壞殆盡，這部分植物將失去生產能力，對其損毀是永久性的。樸哲[6]分析松江河金礦開發運營期礦山占地，砍伐樹木，導致占用林地面積擴大和改變灌木林地原生態環境。趙麗紅[7]利用多因素評價法從廢石的排放等方面研究了地表塌陷和場地占用對環境凈化、防風固沙等生態功能的影響。尚潔[8]通過遙感技術、野外調查和數據分析相結合的方法研究了礦產資源開發對植被的影響，認為開礦規模和時間與植被破壞程度成正比，金屬礦的均勻度指數呈顯著降低趨勢。此外，礦產資源開采在一定程度上對植物群落多樣性增加是有利的。由上述可知，金屬礦開采對植物的影響主要表現在：工程開挖回填及礦區地表塌陷。金屬礦開挖及地面建設導致地表植物被清除，部分礦區地表沉陷，令干旱地區水土流失加劇，影響植被生長，甚至引起土地耕作條件喪失，造成永久損毀[9]。但另一方面，適當的開礦擾動，能夠引起植物群落優勢種的變化，物種多樣性呈上升趨勢。

（2）野生動物影響分析。金屬礦地下開采對野生動物的影響：李懷永等[10]根據金礦尾砂周邊晏莊村和東店村人發中砷含量的監測結果，討論了金礦尾砂對人體及直接飲用選礦廢水的牲畜造成的不利影響。武新偉等[11]認為礦區開采對地表損毀、機械的噪聲和人為活動的干擾會引起各種鳥類、昆蟲等野生動物的活動區域受限，甚至失去覓食、活動及棲息區域。蔡立帥等[12]分析了山西臭冷杉自然保護區實驗區東部非金屬礦開采對生態環境的影響，認為金屬礦區開采形成的塌陷、占用土地的廢石和尾礦堆存加劇植被生存環境而惡化，較低的植被生長量影響野生動物的生存。歸納起來：金屬礦開采導致土壤中重金屬含量超過背景值，土壤動物吸入重金屬能引起體內積累，進而危及健康；此外污染水體的堆場滲濾液、污染大氣的揚塵等生產排污對礦區爬行類、昆蟲動物，如鼠、兔、鳥等，生境和活動造成一定影響，從而引起動物一定范圍的遷徙。

（3）土壤環境影響分析。重金屬容易在土壤中富集，具有持久性、積累性、不可逆性和隱蔽性，礦區開采破壞土壤組織結構。刁云飛等[13]認為施工活動會不同程度地擾亂地表土壤層，造成局部的土壤板結，降低土壤基質的生產能力；剩余土方回填會使土壤松散，土壤中的養分將受到損失；處理不當的廢石等固體廢物在雨水淋刷沖洗后會造成土壤污染。晏利晶等[14]基于潛在生態風險指數法，不僅考慮了重金屬的含量，也分析了重金屬的潛在影響，計算出土壤重金屬污染最嚴重的情況為有色金屬礦開采。周欣[15]分析了撫順沃谷銅鋅礦土壤中有毒有害物質對土壤理化性質、結構及組成等的影響，并為金屬礦廢棄地生態復墾提出了規劃設計方案。歸納起來，金屬礦開采對土壤環境的影響主要表現在：土壤結構改變。礦山開采使產生的廢水中多種有毒有害重金屬離子對土壤造成污染，水土流失加劇，肥力下降，甚至發生尾礦庫潰壩等安全事件易對生態環境造成二次污染。

（4）水環境影響分析。金屬礦開采破壞含水層，改變地下水的補給、徑流和排泄條件。朱曉璐[16]認為地面塌陷對含水層破壞影響較為嚴重：棄渣回填較原土地相比，降雨入滲條件改變，出現負地形，引起原始地表徑流的改變。史憨等[17]就黑河地區金礦開采對水環境的影響總結為通過礦坑疏干排水滿足礦體在地下水位之上的開采條件后，地下水位下降，礦區及周圍水資源減少，導致地下水系統發展不均衡。劉芳[18]研究發現：固廢堆放和尾礦堆場滲濾液等影響河道流向，水文情況和水體的理化性質，導致泥沙淤積在河道，水質惡化，影響居民及工業農業用水和水生生物的生長繁殖。張紫昭等[19]基于急傾斜、硬覆巖條件下的公式，預測采礦活動會造成地下水污染，一定程度的破壞含水層。干旱區金屬礦地下開采對水環境的影響可概括為：①破壞含水層。金屬礦開采導致礦區導水裂隙帶發育高度增加，地表水流失嚴重。②改變水體的理化性質。廢石、堆場滲濾液、選礦廢水等可能污染水環境，引起水體酸化和重金屬超標。

2.尚待研究的問題

現在我國對于北方干旱地區金屬礦開采環境影響的研究多針對單一環境要素研究，應將多種環境要素結合研究其對環境的影響。此外還需要大尺度、多尺度開展研究和確定具體的、模式化的評價標準。

（1）多要素協同評價。植被、水環境等是評價礦區干旱程度的關鍵要素，彼此之間是協同變化的[20]。金屬礦開采導致土壤結構和含水層遭到破壞，水土流失嚴重，一定程度上會影響到其他的環境要素，如土壤含水量過低引起植被生長損傷，并且這種對環境要素的損傷是具有協同性的。因此，金屬礦開采將其動態平衡破壞，除了目前學者研究的植被、水環境、動物等單一地表環境要素的影響，缺少利用遙感、現場觀測、實驗等多種手段對關鍵環境要素如植被指數、生物多樣性、土壤環境影響機制的研究[21]，便于更準確合理地預測金屬礦開采對環境帶來的影響，使環境要素擾動機制地研究對干旱地區金屬礦開采中的環境保護具有現實意義。

（2）多尺度協同評價。對于金屬礦開采對環境影響的研究不應該僅局限于金屬礦開采區，金屬礦開采對環境的影響并不是采礦區局部的，而是具有一定的擴散性，甚至會對區域生態環境產生影響，應減小大尺度、小尺度、監測尺度等單一尺度研究帶來的誤差，進行多尺度綜合分析[22]。對金屬礦的環境工作以往較重視調查土地資源損毀、礦區地形地貌破壞等，未來研究中應增大研究范圍和研究內容，將研究范圍擴大為礦區、開采面、礦井、周圍流域、周圍居民區等多種空間尺度[23]，將金屬礦對環境的污染強度、污染途徑等考慮在環境影響研究中。多尺度分析環境要素對環境影響能夠使人們更全面、更方便地認識金屬礦開采對區域環境的影響，為改善人類活動對區域環境影響提供指導依據[24]。

（3）評價標準。目前對環境影響的研究是多采用生物量損失指數評價法、生態環境狀況指數評價法等方法進行分析[22]，以研究區初始生境質量作為生態背景值進行對比說明的。但相較于聲、水、氣等具體的評價標準，生態影響評價的標準是更概念化的、更抽象的[25]。對于生態影響評價，首先，應明確金屬礦開采中的環境影響指標體系，其次，針對礦山開采的勘查期、施工期、生產運營期、退役期不同的工程時段確定合適的、有效的、先進的定量分析方法和準確的生態影響評價標準，從而將生態影響評價定量化，便于更有效地應對金屬礦開采造成的環境問題。

3.結語

本文分析了我國北方干旱地區金屬礦開采對植被、動物、土壤和水環境等環境要素影響的研究進展。歸納起來，有較多的關于北方地區開采環境影響的研究，但是所研究的環境要素多為單一要素對環境的影響，對環境要素在多要素協同、多尺度影響方面要進一步深入研究。

針對生態影響評價提出明確的、統一的評價標準。從分析方法、評價階段、評價結果判定等方面細化生態評價的標準化，使更直觀地判定金屬礦開采對環境影響造成的損傷程度。深入研究北方干旱地區金屬礦開采對多尺度和多環境要素協同作用的影響。通過遙感解譯、地理探測和實地跟蹤調查等方法，從礦區、開采面、礦井、周圍流域、周圍居民區等尺度，利用不斷優化的金屬礦開采技術[26]，對金屬礦開采全周期的環境影響進行多要素、多尺度研究。建立煤炭開采影響環境的預測模型。通過預測金屬礦開采對環境造成的影響，及時為應對環境損傷問題提出解決方案，使得金屬礦開采工作更安全、更綠色，避免造成生態及環境的進一步污染。