北方干旱地區(qū)金屬礦開采環(huán)境影響研究

＊董翔宇

（沈陽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遼寧 110034）

重金屬是地殼的天然成分，是社會發(fā)展和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要命脈[1]。近年來，金屬礦開采成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。金屬礦山開采活動是鋼鐵、稀有金屬等領(lǐng)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(fā)的中心[2]。

我國擁有多種礦產(chǎn)資源，在全國各地分布著數(shù)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(huán)境，尤其是不當(dāng)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(yán)重的重金屬污染問題。因此，在多數(shù)地區(qū)，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(qū)，大多屬于北方干旱半干旱地區(qū)，隨著金屬礦開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致礦山地形地貌、土地資源等生態(tài)環(huán)境日趨脆弱[4]。北方金屬礦區(qū)開發(fā)歷史較長，但隨著采礦范圍的逐步擴(kuò)大，需更深入研究高強(qiáng)度開采金屬礦與脆弱生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。本文分析北方干旱地區(qū)金屬礦開采對礦區(qū)水、土壤、生物資源等環(huán)境要素的環(huán)境影響，并提出防治整頓金屬礦生態(tài)環(huán)境對策。

1.北方干旱地區(qū)金屬礦開采環(huán)境影響問題研究進(jìn)展

北方金屬礦開采營運(yùn)過程中，鑿巖爆破、分揀采裝和運(yùn)輸?shù)冗^程產(chǎn)生廢水、廢氣、噪聲和固廢等環(huán)境污染物對地下水、植物、土壤、地質(zhì)地貌等生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境問題。

圖1 金屬礦開采流程及排污節(jié)點圖

（1）植物影響分析。金屬礦開采過程中，由于機(jī)械作業(yè)對土地的挖填，導(dǎo)礦區(qū)及周邊生境的初始條件遭到破壞[5]。群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，一定程度上將工礦用地內(nèi)原有植被破壞殆盡，這部分植物將失去生產(chǎn)能力，對其損毀是永久性的。樸哲[6]分析松江河金礦開發(fā)運(yùn)營期礦山占地，砍伐樹木，導(dǎo)致占用林地面積擴(kuò)大和改變灌木林地原生態(tài)環(huán)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(huán)境凈化、防風(fēng)固沙等生態(tài)功能的影響。尚潔[8]通過遙感技術(shù)、野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法研究了礦產(chǎn)資源開發(fā)對植被的影響，認(rèn)為開礦規(guī)模和時間與植被破壞程度成正比，金屬礦的均勻度指數(shù)呈顯著降低趨勢。此外，礦產(chǎn)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(xiàn)在：工程開挖回填及礦區(qū)地表塌陷。金屬礦開挖及地面建設(shè)導(dǎo)致地表植物被清除，部分礦區(qū)地表沉陷，令干旱地區(qū)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(dāng)?shù)拈_礦擾動，能夠引起植物群落優(yōu)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(jù)金礦尾砂周邊晏莊村和東店村人發(fā)中砷含量的監(jiān)測結(jié)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(rèn)為礦區(qū)開采對地表損毀、機(jī)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(qū)域受限，甚至失去覓食、活動及棲息區(qū)域。蔡立帥等[12]分析了山西臭冷杉自然保護(hù)區(qū)實驗區(qū)東部非金屬礦開采對生態(tài)環(huán)境的影響，認(rèn)為金屬礦區(qū)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(huán)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(dǎo)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(nèi)積累，進(jìn)而危及健康；此外污染水體的堆場滲濾液、污染大氣的揚(yáng)塵等生產(chǎn)排污對礦區(qū)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(huán)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(qū)開采破壞土壤組織結(jié)構(gòu)。刁云飛等[13]認(rèn)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(jié)，降低土壤基質(zhì)的生產(chǎn)能力；剩余土方回填會使土壤松散，土壤中的養(yǎng)分將受到損失；處理不當(dāng)?shù)膹U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(tài)風(fēng)險指數(shù)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(yán)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(zhì)對土壤理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及組成等的影響，并為金屬礦廢棄地生態(tài)復(fù)墾提出了規(guī)劃設(shè)計方案。歸納起來，金屬礦開采對土壤環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在：土壤結(jié)構(gòu)改變。礦山開采使產(chǎn)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(fā)生尾礦庫潰壩等安全事件易對生態(tài)環(huán)境造成二次污染。

（4）水環(huán)境影響分析。金屬礦開采破壞含水層，改變地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件。朱曉璐[16]認(rèn)為地面塌陷對含水層破壞影響較為嚴(yán)重：棄渣回填較原土地相比，降雨入滲條件改變，出現(xiàn)負(fù)地形，引起原始地表徑流的改變。史憨等[17]就黑河地區(qū)金礦開采對水環(huán)境的影響總結(jié)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(qū)及周圍水資源減少，導(dǎo)致地下水系統(tǒng)發(fā)展不均衡。劉芳[18]研究發(fā)現(xiàn)：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(zhì)，導(dǎo)致泥沙淤積在河道，水質(zhì)惡化，影響居民及工業(yè)農(nóng)業(yè)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(yù)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(qū)金屬礦地下開采對水環(huán)境的影響可概括為：①破壞含水層。金屬礦開采導(dǎo)致礦區(qū)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度增加，地表水流失嚴(yán)重。②改變水體的理化性質(zhì)。廢石、堆場滲濾液、選礦廢水等可能污染水環(huán)境，引起水體酸化和重金屬超標(biāo)。

2.尚待研究的問題

現(xiàn)在我國對于北方干旱地區(qū)金屬礦開采環(huán)境影響的研究多針對單一環(huán)境要素研究，應(yīng)將多種環(huán)境要素結(jié)合研究其對環(huán)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(biāo)準(zhǔn)。

（1）多要素協(xié)同評價。植被、水環(huán)境等是評價礦區(qū)干旱程度的關(guān)鍵要素，彼此之間是協(xié)同變化的[20]。金屬礦開采導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)和含水層遭到破壞，水土流失嚴(yán)重，一定程度上會影響到其他的環(huán)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(huán)境要素的損傷是具有協(xié)同性的。因此，金屬礦開采將其動態(tài)平衡破壞，除了目前學(xué)者研究的植被、水環(huán)境、動物等單一地表環(huán)境要素的影響，缺少利用遙感、現(xiàn)場觀測、實驗等多種手段對關(guān)鍵環(huán)境要素如植被指數(shù)、生物多樣性、土壤環(huán)境影響機(jī)制的研究[21]，便于更準(zhǔn)確合理地預(yù)測金屬礦開采對環(huán)境帶來的影響，使環(huán)境要素擾動機(jī)制地研究對干旱地區(qū)金屬礦開采中的環(huán)境保護(hù)具有現(xiàn)實意義。

（2）多尺度協(xié)同評價。對于金屬礦開采對環(huán)境影響的研究不應(yīng)該僅局限于金屬礦開采區(qū)，金屬礦開采對環(huán)境的影響并不是采礦區(qū)局部的，而是具有一定的擴(kuò)散性，甚至?xí)^(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，應(yīng)減小大尺度、小尺度、監(jiān)測尺度等單一尺度研究帶來的誤差，進(jìn)行多尺度綜合分析[22]。對金屬礦的環(huán)境工作以往較重視調(diào)查土地資源損毀、礦區(qū)地形地貌破壞等，未來研究中應(yīng)增大研究范圍和研究內(nèi)容，將研究范圍擴(kuò)大為礦區(qū)、開采面、礦井、周圍流域、周圍居民區(qū)等多種空間尺度[23]，將金屬礦對環(huán)境的污染強(qiáng)度、污染途徑等考慮在環(huán)境影響研究中。多尺度分析環(huán)境要素對環(huán)境影響能夠使人們更全面、更方便地認(rèn)識金屬礦開采對區(qū)域環(huán)境的影響，為改善人類活動對區(qū)域環(huán)境影響提供指導(dǎo)依據(jù)[24]。

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

3.結(jié)語

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

針對生態(tài)影響評價提出明確的、統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。從分析方法、評價階段、評價結(jié)果判定等方面細(xì)化生態(tài)評價的標(biāo)準(zhǔn)化，使更直觀地判定金屬礦開采對環(huán)境影響造成的損傷程度。深入研究北方干旱地區(qū)金屬礦開采對多尺度和多環(huán)境要素協(xié)同作用的影響。通過遙感解譯、地理探測和實地跟蹤調(diào)查等方法，從礦區(qū)、開采面、礦井、周圍流域、周圍居民區(qū)等尺度，利用不斷優(yōu)化的金屬礦開采技術(shù)[26]，對金屬礦開采全周期的環(huán)境影響進(jìn)行多要素、多尺度研究。建立煤炭開采影響環(huán)境的預(yù)測模型。通過預(yù)測金屬礦開采對環(huán)境造成的影響，及時為應(yīng)對環(huán)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(tài)及環(huán)境的進(jìn)一步污染。