東北地區(qū)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)淺析

王恒 盧建利 劉承佳 王冬佶 耿紹波 姜超

（中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司 吉林長(zhǎng)春 130021）

東北地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，開發(fā)活動(dòng)開展較早，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了十足貢獻(xiàn)。然而，礦產(chǎn)資源粗放式開發(fā)活動(dòng)給地區(qū)帶來了多種生態(tài)環(huán)境問題。隨著生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)峻已經(jīng)影響到周邊居民的方方面面，廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工作逐漸引起各界的重視，特別是關(guān)閉礦山的生態(tài)恢復(fù)受到了全世界范圍研究學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注［1］。黨的十八大以來，我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)思想已經(jīng)全面形成，生態(tài)文明體系逐步建立，科學(xué)推進(jìn)歷史遺留礦山的生態(tài)修復(fù)，持續(xù)提升生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量成為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的要緊任務(wù)之一。東北地區(qū)不同生態(tài)環(huán)境、不同經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件下的廢棄礦山生態(tài)修復(fù)如何實(shí)施，已經(jīng)成為東北地區(qū)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。以往研究多集中于對(duì)一種或多種生態(tài)修復(fù)模式進(jìn)行分析與論述，缺少區(qū)域整體性廢棄礦山生態(tài)修復(fù)模式。本文結(jié)合東北地區(qū)礦山環(huán)境特點(diǎn)，依據(jù)不同廢棄礦山修復(fù)分區(qū)，提出生態(tài)治理措施，以期為東北地區(qū)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)

東北地區(qū)處于中溫帶與亞寒帶，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春夏秋冬差異明顯，夏季雨水多氣溫高，冬季降水少溫度低，礦山生態(tài)恢復(fù)有其特殊性。自20世紀(jì)開始，東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境由于超負(fù)荷的開采利用，由資源豐富、環(huán)境優(yōu)良的地區(qū)逐漸變成資源過量消耗、生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重的地區(qū)，地區(qū)資源環(huán)境承載力受到嚴(yán)峻考驗(yàn)［2］。東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化集中表現(xiàn)如下幾方面。

1.1 黑土區(qū)水土流失嚴(yán)重

東北地區(qū)的黑土大部分集中在松嫩平原中部，是全國(guó)最重要的糧食產(chǎn)區(qū)。但是由于長(zhǎng)期的過度開發(fā)利用，東北地區(qū)黑土發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，發(fā)生流失面積接近半數(shù)，進(jìn)一步導(dǎo)致土壤肥力退化，有機(jī)質(zhì)含量下降嚴(yán)重。根據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，與20世紀(jì)50年代相比較，黑土區(qū)水土流失面積增長(zhǎng)了80%，水土流失面積達(dá)到了的4.5萬km2［3］，整體呈現(xiàn)出水土流失速度增幅較大，不及時(shí)采取合理的治理措施，黑土區(qū)土地表層侵蝕面積仍然持續(xù)增加。

據(jù)調(diào)查，黑土區(qū)的土地暴露出土母質(zhì)的土地面積逐年增加，導(dǎo)致土地的農(nóng)作物的適合耕種能力逐漸降低，乃至喪失農(nóng)作物耕種機(jī)能。黑土區(qū)逐年加劇的土地表層侵蝕情況導(dǎo)致東北地區(qū)農(nóng)作物整體產(chǎn)量有所降低，產(chǎn)出農(nóng)作物質(zhì)量有所下降。東北地區(qū)作為我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)，多年來飽受土地侵蝕和水土流失問題的困擾。

1.2 可采森林資源銳減

東北林區(qū)從20世紀(jì)80年代開始可采森林資源面臨嚴(yán)重枯竭，東北北部和東部山區(qū)、半山區(qū)天然林大面積減少，天然林面積與20世紀(jì)50年代相比下降超過10%，每公頃蓄積量下降一半以上［4］。長(zhǎng)期的“重采輕育”使東北森林資源半山區(qū)天然林匱乏，大部分原始森林轉(zhuǎn)為次生林，可利用程度顯著減低，生態(tài)功能衰退嚴(yán)重。

1.3 東北平原西部地區(qū)土地荒漠化嚴(yán)重

大面積土地沙漠化、草原退化和土地鹽堿化是東北平原西部地區(qū)的土地荒漠化重要體現(xiàn)特征。有研究表明［5］，西部地區(qū)荒漠化土地面積占總土地面積的1/5以上。20世紀(jì)90年代以來，土地荒漠化雖然有一定好轉(zhuǎn)，但總體趨勢(shì)仍是沙漠化面積在增加。作為我國(guó)主要鹽堿地類型之一的東北蘇打鹽堿地，總面積超過500萬公頃，集中分布在東北平原西部，屬于典型生態(tài)脆弱區(qū)［6］。土地鹽堿化造成區(qū)域生態(tài)環(huán)境功能部分喪失，生態(tài)服務(wù)功能惡化，直接限制了本地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)繁榮。

1.4 城市空氣顆粒物污染嚴(yán)重

由于氣候等原因，東北城市環(huán)境空氣質(zhì)量冬季供暖期顯著差于非供暖期，顆粒物作為影響空氣質(zhì)量的特征污染物，使得東北地區(qū)空氣污染表現(xiàn)出顯著的煤煙型污染特征［7］。東北地區(qū)城市采暖期顆粒物濃度超過非采暖期一倍多，同時(shí)，供暖期燃料燃燒產(chǎn)生的污染負(fù)荷占大氣污染負(fù)荷近一半比重。東北地區(qū)主要城市空氣污染物是PM2.5、PM10和O3，呈現(xiàn)出冬春季時(shí)期污染重于夏季時(shí)期污染的“U”形變化污染特征［8］。

2 東北地區(qū)礦區(qū)環(huán)境問題

東北地區(qū)礦山因?yàn)榈V山類型、開采方式、開采規(guī)模及地質(zhì)環(huán)境條件等因素的不同，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的環(huán)境問題具有成因比較復(fù)雜、類型較為多樣、數(shù)量眾多、影響范圍廣、問題地域性、危害相對(duì)嚴(yán)重等特點(diǎn)［9］。東北地區(qū)廢棄礦山主要生態(tài)環(huán)境問題主要集中在3 個(gè)方面，分別是土地資源破壞、環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害［10］，具體環(huán)境問題類型及表現(xiàn)特征如表1所示。

表1 東北地區(qū)礦區(qū)主要環(huán)境問題分類

2.1 土地資源破壞

東北地區(qū)礦山建設(shè)和開采過程中，對(duì)當(dāng)?shù)氐乇砭坝^造成一定影響，建設(shè)的廠房、堆礦場(chǎng)機(jī)械裝備等設(shè)備設(shè)施都會(huì)對(duì)土地占?jí)海瑤硪欢ǔ潭壬系耐恋刭Y源破壞。另外，礦山開采開發(fā)過程，不免會(huì)對(duì)水文系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，使得水土流失進(jìn)一步加劇，也會(huì)使得生物量有所減少，造成生物多樣性的損失。

2.2 環(huán)境污染

礦山開采帶來的環(huán)境污染大部分集中在礦山開采機(jī)械發(fā)出的噪聲，采礦過程中產(chǎn)生的廢棄、廢水對(duì)水源和大氣的污染，產(chǎn)生的廢料處理不當(dāng)造成的固體廢棄物污染。礦山開采還會(huì)造成土壤環(huán)境不同程度上的破壞，土壤層硬化板結(jié)，土壤養(yǎng)分流失造成土壤退化污染。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害

東北地區(qū)礦產(chǎn)資源開采過程中，由于當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件復(fù)雜和對(duì)原始地質(zhì)情況的改變，非常容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。東北地區(qū)有部分礦產(chǎn)資源需要排干地下水進(jìn)行開采，這類礦山開發(fā)利用各時(shí)期都有可能容易發(fā)生地面沉降塌陷、地表開裂等不同程度的地質(zhì)災(zāi)害。一些露天開采的礦山容易產(chǎn)生泥石流、崩塌及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

3 東北廢棄礦山生態(tài)治理

廢棄礦山的生態(tài)修復(fù)需要環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和技術(shù)的對(duì)個(gè)子系統(tǒng)的綜合作用［11］。基于我國(guó)疆域廣大、生態(tài)系統(tǒng)、地形地貌、自然氣候多種多樣等特點(diǎn)，研究學(xué)者將我國(guó)劃分為3 個(gè)生態(tài)大區(qū)，分別是東部濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)、西部干旱半干旱區(qū)和青藏高原高寒區(qū)。并且依據(jù)區(qū)域植被、地形地貌、生態(tài)系統(tǒng)類型等因素，進(jìn)一步細(xì)化成13 個(gè)生態(tài)地區(qū)［12-14］。針對(duì)不同生態(tài)區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的作用，結(jié)合區(qū)域氣候特征和廢棄礦山位置特征等因素，研究學(xué)者將我國(guó)劃分為14個(gè)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)，分別為溫帶平原區(qū)、溫帶山地丘陵區(qū)、黃土高原區(qū)、亞熱帶熱帶平原丘陵農(nóng)業(yè)區(qū)、亞熱帶山地丘陵區(qū)、巖溶石漠化區(qū)、城鎮(zhèn)及其周邊工農(nóng)業(yè)區(qū)、干旱半干旱森林草原區(qū)、干旱半干旱草原農(nóng)牧區(qū)、干旱半干旱防風(fēng)固沙區(qū)、青藏高原荒漠區(qū)、青藏高原草甸農(nóng)牧區(qū)、青藏高原森林草甸區(qū)、熱帶雨林區(qū)［14］。

依據(jù)該劃分結(jié)果，東北地區(qū)礦山主要處于溫帶平原農(nóng)業(yè)區(qū)、溫帶山地丘陵區(qū)，還有一小部分干旱半干旱草原農(nóng)牧區(qū)和干旱半干旱森林草原區(qū)。分區(qū)特征描述見表2。分布在不同的礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)的廢棄礦山具有各自的特征，針對(duì)不同分區(qū)生態(tài)環(huán)境和自然氣候特征，分別提出各自適合的礦山修復(fù)措施。

表2 東北地區(qū)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)分區(qū)特征描述

3.1 溫帶平原農(nóng)業(yè)區(qū)

該區(qū)多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，農(nóng)田分布較多。該區(qū)域廢棄礦山大部分生態(tài)環(huán)境破壞類型為數(shù)量眾多的采空區(qū)、各種各樣的尾礦廢棄物、斑駁裸露的礦山地質(zhì)災(zāi)害。針對(duì)特有生態(tài)環(huán)境問題，建議運(yùn)用工程防治手段減少土地沉降塌陷、巖體滑落等地質(zhì)災(zāi)害危害，將自然恢復(fù)與工程手段雙管齊下治理環(huán)境污染，減少黑土區(qū)水土流失，日益改善原有生態(tài)系統(tǒng)群落構(gòu)成和生態(tài)服務(wù)效力。土地資源占?jí)禾帒?yīng)優(yōu)先復(fù)耕復(fù)墾，對(duì)于塌陷積水區(qū)，穩(wěn)定后可因地制宜開展?jié)O光互補(bǔ)新能源立體復(fù)合式治理，也可因勢(shì)造景打造城市景觀公園或者濕地公園。

3.2 溫帶山地丘陵區(qū)

該區(qū)多為林業(yè)生產(chǎn)基地，林區(qū)分布較多。該區(qū)域廢棄礦山造成的生態(tài)環(huán)境破壞主要是礦山資源開發(fā)導(dǎo)致的水文地質(zhì)危害、水資源破壞還有生態(tài)平衡破壞，應(yīng)考慮利用工程手段減少地質(zhì)、生態(tài)危害，確保廢棄礦山不會(huì)發(fā)生次生災(zāi)害。位于林區(qū)的廢棄礦山，以封山育林、自然修復(fù)為主的修復(fù)方式，逐步恢復(fù)森林資源；對(duì)周圍居民生活有直接影響的廢棄礦山，應(yīng)保證先將固體廢棄物進(jìn)行無害化處理，再修整地形坡度，最后采取人工種植適宜植物的修復(fù)措施。

3.3 干旱半干旱草原農(nóng)牧區(qū)

該區(qū)礦山多為小型露天開采礦山，其中，位于裸地或荒漠的廢棄礦山，生態(tài)修復(fù)應(yīng)采取自然恢復(fù)為主，同時(shí)，應(yīng)注意工程措施對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；廢棄礦山位于農(nóng)田區(qū)時(shí)，生態(tài)修復(fù)適合進(jìn)行必要工程措施開展土地復(fù)耕復(fù)墾。

3.4 干旱半干旱森林草原區(qū)

該區(qū)廢棄礦山主要分布在鹽漬化土地與荒漠化土地，屬生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)，礦山生態(tài)修復(fù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注土地退化的加劇、水土流失和植被破壞。本區(qū)廢棄礦山修復(fù)應(yīng)以自然恢復(fù)為主導(dǎo)，修復(fù)過程中，可以采取必要的工程措施保護(hù)水源、控制風(fēng)沙、減少水土流失、防止造成風(fēng)沙揚(yáng)塵污染、防止土壤荒漠化情況更加嚴(yán)重。另外，可以增加補(bǔ)充工程方法、設(shè)施，幫忙植被恢復(fù)條件良好的礦區(qū)逐漸改善礦山所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能。

4 結(jié)語

東北地區(qū)水文地質(zhì)條件及氣候類型多種多樣，生態(tài)地理群落豐富多樣，作為資源較為集中地區(qū)，以往礦產(chǎn)資源開發(fā)利用開展過程中難以避免地導(dǎo)致或多或少的周邊生態(tài)環(huán)境問題。東北地區(qū)礦山數(shù)量較多，存在礦山類型、開采方式、開采規(guī)模及地質(zhì)環(huán)境條件的差異化，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源開發(fā)引起的環(huán)境問題也各不相同。開展東北地區(qū)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)，必須以原有生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)環(huán)境問題現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，因地制宜，實(shí)行分區(qū)、分類修復(fù)，避免使用無差別修復(fù)措施。廢棄礦山生態(tài)治理開展模式需依據(jù)廢棄礦山所處的礦山生態(tài)修復(fù)區(qū)，圍繞分區(qū)生態(tài)環(huán)境特征和地形地貌特點(diǎn)，選取科學(xué)、實(shí)用適用、可操作的治理方案，同時(shí)，避免過度修復(fù)，對(duì)原本生態(tài)環(huán)境破壞盡可能降低。