高寒生态脆弱区矿产资源开发的生态环境效应研究

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  [摘要]西藏地区矿产资源丰富,矿产开发与管理非常薄弱,本身生态环境脆弱的西藏高寒地区在粗放的矿产资源开发方式下产生诸多生态环境问题,制约了该区矿产资源的可持续发展与利用。本文以西藏的那曲地区为研究区域,阐明目前矿产资源开发对于高寒脆弱区的地质、土壤、水体、植被和生物多样性等的生态环境效应,提出针对矿区生态保护与恢复的建议。
  [关键词]西藏 矿区 生态环境
  [中图分类号] X826 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-9-196-2
  基金项目:2012年中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助。
  西藏自治区位于祖国的西南边疆,平均海拔高度在4000 m以上,素有“世界屋脊”和“世界第三极”之称。其主体即青藏高原,是我国典型的高寒脆弱区,地处世界最大的成矿带之一,阿尔卑斯—喜马拉雅成矿带的东段,地质构造独特,成矿条件优越,蕴藏着丰富的矿产资源,优势矿产资源包括铬、铜、钼、铅、锌、铁、金、银、盐湖资源等,多数为国家紧缺的矿种,是我国重要的矿产资源战略储备基地。目前,已发现的矿种有101种,有查明资源储量数据的矿种41种,矿产地近3000处。其中,铬、铜和盐湖锂矿资源储量居全国首位,鉴于铬、铜以及盐湖中的锂、钾等均为我国最主要的紧缺矿产,西藏矿产资源的战略意义尤为凸显。
  长期以来,西藏矿产业发展落后,与其资源地位极不相称,但近年来,西藏自治区矿业发展速度较快,在国民经济和社会发展中的地位越来越重要。西藏矿产开发管理薄弱,多数矿山属于盲目投资建设、盲目开采,采矿方式原始,采矿工艺落后,大多露天开采零星分散矿产,而且只采富矿,资源利用效率和效益很低。这种粗放的矿产资源开发方式带来了诸多的生态环境问题,制约了矿区资源的可持续发展与利用。随着对西藏的矿产资源开发力度的加大,矿山迹地环境问题日益突出。粗放式矿山开发遗留的大量矿山迹地,带来一系列的环境问题急需解决。矿山迹地也称矿山废弃地、采矿废弃地、矿区废弃地等,是指为采矿活动所破坏的,未经治理而无法使用的土地,包括露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地等。本研究选取西藏自治区的那曲地区为研究区域,试图阐明高寒脆弱区矿产资源开发对土壤、植被和水体的生态效应,为高寒脆弱区矿产资源开发生态保护和生态修复提供理论和技术支撑。
  1研究区概况
  那曲地区位于83°55'-95°5'E和29°55'-36°30'N之间,冈底斯山—念青唐古拉山主脊分水岭以北,昆仑山、唐古拉山以南,西与阿里地区为界,东缘与昌都地区毗邻,总面积达45多万平方公里。这里是长江和怒江的发源地,为青藏高原腹地。在综合自然区划上属羌塘高原高山草原带和怒江上游高山灌丛草甸带。那曲是一个具有地热资源、水利资源、湖泊资源、矿产资源丰富的地区,现已发现著名的藏北、藏南两大超基性岩带,蕴藏着丰富的与超基性岩有关的各种矿产,特别是我国急缺的矿种:金、铬、铜、钼、硼。目前,矿山已成为那曲地区社会经济发展的六大特色的支柱产业之一,成为了那曲地区重要的经济增长点。矿山的发展,还带动了那曲地区交通、能源等基础设施建设的发展。但同时也应看到,在大力发展矿产资源的同时,对当地的生态环境造成了很大的破坏,由于那曲处于高寒生态脆弱区,生态一旦破坏,恢复起来相当缓慢,甚至不可逆,所以很有必要对这一地区矿产资源开发的生态环境效应进行评价和研究,为高寒脆弱区矿产资源开发的生态保护和生态修复提供理论和技术支撑。
  2研究方法
  利用较高分辨率遥感数据,对选取的典型矿产资源开发区内的主要地物进行判读,并指出环境破坏程度不同的区域;然后根据遥感信息判读结果,在不同破坏方式和破坏程度的区域进行实地监测研究。
  为了调查矿产资源开发对地形地质、土壤理化性质、植物多样性与生物量的影响,在那曲那木切砂金矿附近,选择未退化草地、退化草地和矿区草地,取1m×1m草地样方进行调查,记录草地类型、物种组成、植被盖度、地形、草地退化程度等,测定土壤含水量,同时取0~30cm的表层土壤样品以备室内分析,采用刈割法获取植物样方地上部分,取回实验室后置于65℃下烘干后称重,得到地上生物量;使用根钻获取群落根系,用淘洗法将根系与土壤分离,在65℃下烘干后称重,得到地下生物量。共取得有代表性的草地样方和土壤样品各30个,分别代表未退化草地、退化草地和矿区草地。
  使用样方调查数据统计物种数并计算Shannon-Wiener指数作为群落物种多样性的表征。Shannon-Wiener指数(H)的计算方法为: 式中ni为第i个物种的株(丛)数,N为样方各物种株(丛)总数。
  3矿产资源开发的生态环境效应
  目前矿产资源开采生态环境效应的研究主要集中在水體、土壤(地质)、大气、植被和人类健康等5个方面。(1)矿产资源开采对水环境的影响主要体现为:地表河流和地下水污染,如矿山场滤液和有害物质流入河流,改变水质、硬度和pH值等;地下水水源枯竭。(2)矿产资源开发不仅破坏地质结构,导致地面沉降、地面塌陷和裂缝,还可能引起崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害;另外,矿产资源开发导致地表植被破坏和土壤的裸露,引起土地沙化和水土流失[1],有些矿产资源开发过程中还会形成土壤的重金属污染;(3)矿山开采后,长期暴露地表的固体废弃物在空气、水、太阳能和生物等的共同作用和影响下,将发生物理的和化学的变化,并使固体废弃物风化解体,形成碎屑、粘土和溶解物3类风化物质。这些物质在风力作用下,将产生风化扬尘,污染矿区大气环境。(4)矿区植被的破坏主要是由于矿山工业广场的建设、废弃物堆放、开山修路、地面塌陷与露天采矿剥离引起的。矿区的建设和生产改变了土地养分的初始条件,从而使植被生长量下降[2]。(5)矿山开采所引发的粉尘以及水体和土壤中的重金属污染都会影响人体健康[3]。   那曲矿产资源开发环境效应的特殊之处在于地处高寒脆弱区,生态环境脆弱,一旦破坏很难恢复。因此,有必要对研究区域内矿产资源开发造成的环境效应进行分析,为进一步的评价提供依据和对策。通过实地调查和遥感图像的解译与判读,在矿产资源开采活动中,对环境的影响主要表现在对区域地质地貌、土壤、生物多样性和生物量的影响。
  3.1对区域地质地貌的影响
  在采挖的过程中造成地面不均沉降,常引起地层变形,局部塌陷、生成不规则裂缝,此外大量废渣的堆放不仅占用大量土地,且形成局部人工地貌,破坏地表结构,易引起滑坡、地震、泥石流等次生地质灾害,对矿区生态坏境和工作人员的生命和健康造成威胁。且很多矿区开采之后没有治理和恢复地貌,任由废矿和废渣堆放,严重破坏了地表景观和当地的生态环境。露天开采在矿区形成众多大大小小的露天采坑,其中小者一般深几米至十几米不等,长和宽一般为20~40m,而大者深可达数十米,长达数百米。采坑开挖边坡高度2.5~30m不等,坡度一般在60°~85°,个别地段呈近直立状态,崩塌隐患严重。地面露天开采占用和扰动地表面积规模大,弃土弃渣数量多,这又为水土流失的形成提供了基础。
  3.2对土壤的影响
  采矿采挖的过程最直接的影响就是对土壤的影响,矿区的土壤大部分都会遭到毁灭性的影响,此外,产生的废液、废渣、废气会污染当地土壤环境,通过对矿区土样进行分析,发现土壤矿化度、酸碱度和重金属含量明显大于周边地区,污染严重,且土质退化严重,极易造成土壤贫瘠和风沙化。通过对未退化草地、退化草地和矿区草地土壤样品的分析,表明矿区土壤的碱解氮、全氮、有机质、速效钾、速效磷、粉粒和黏粒的含量低于未退化草地和退化草地,而砂粒含量则相比偏高。其中下降最为明显的是碱解氮和全氮,仅有未退化草地的约40%,退化最不明显的是速效钾,分别为未退化草地的82%和退化草地的95%。矿区由于人工开挖表层土壤和矿渣占压地表植被,优良河谷草场破坏殆尽,砂卵砾石裸露。有机质含量高的河谷草甸土表层土壤裸露,经过采金冲洗以及风化、侵蚀等作用,弃渣土层中的大量粘(壤)质成分、有机质成分随之流失,其毛细作用大大降低,土壤肥力降低、土质恶化。另外,矿渣中重金属含量较高,重金属随尾矿砂进入矿区周边土壤,土壤中绝大多数金属污染物都难以溶解,其生物有效性较低,植物难以吸收利用。同时由于受到因采矿引起水土流失的影响,矿区下游草场也受到影响,导致下游草地土壤沙化,草场退化。矿区地处高寒高海拔区,生态环境脆弱,生态系统的抗干扰能力弱,植被一经破坏,自然恢复极其困难。因此,在自然状态下,露天开采对植被的破坏往往是不可逆转的,由于露天开采造成的植被破坏很难恢复到原始状态。
  3.3对植被和生物多样性的影响
  采矿活动破坏了地表结构和土壤水体环境,也破坏了地表的植被,使植被面积减少,矿区周围群落的结构和功能发生变化,造成生境破碎和生物多样性受损,进而影响矿区植被群落的演替和生物多样性的构成。相比未退化草地,矿区草地的单位面积物种数降低了51%,Shannon-Wiener指数降低了39%,盖度降低了46%,生物量降低了34%。
  4矿区生态保护与恢复建议
  目前,我国矿区的生态重建主要在采矿造成的四种破坏类型上进行,即露天采矿场、废石场(排土场)、尾矿场(包括采煤中产生的矸石山)和地下开采造成的塌陷区。不同破坏类型的生态重建方式也有一定的区别。高寒脆弱区因其独特的高原气候和特殊的自然条件,其矿山迹地的环境治理有别于一般区域的治理经验。由于矿山矿体埋藏较浅,矿山多以地面露天开采为主,极少数为地下硐采,如砂金矿、铬铁矿、铁矿、铜矿、铅锌矿等,尤以砂金矿和铬铁矿露天开采留下的矿山迹地规模最大。粗放式矿山开发遗留的大量采坑和弃土弃渣等引发了一系列严重的社会及环境问题,增加了生态恢复难度[4]。针对于西藏矿产资源开发引起的生态环境问题提出以下建议:
  4.1生态安全战略对策,实施整体保护战略,建设国家生态公园
  基于西藏生态环境地位的重要生态环境的脆弱性和生态环境问题日趋突出的综合考虑,提出对西藏生态环境应实施整体保护和重点开发的生态安全战略,把那曲的部分地区建成具有国际影响和世界水平的我国国家级生态公园。把国家生态公园的性质、任务及其管理的体制与机制的研究纳入国家科技发展战略。
  4.2加大现有自然生态系统保护的力度
  在国家生态公园框架下,对现有自然生态系统特别是关键、特殊自然生态系统类型实施重点保护的对策。加大高原高寒天然草地以及江河源区水源涵养和原始林保护的力度。
  4.3加强实施生态安全战略的科学研究
  重点开展如下内容的研究: 在生态环境不稳定性与敏感性评价与研究基础上,开展生态安全格局、生态系统健康诊断、生态功能效益价值判断的研究;研究西藏生态安全等级划分和生态环境变化允许值的判定;建立生态安全评价指标体系和生态安全预警系统。
  4.4矿业结构调整与优化
  矿业结构关系到资源的合理利用,矿业环境的有效保护,矿业的可持续发展以及不同类型矿业企业的地位与作用由于西藏自然地理交通能源条件较差,基础设施落后,矿业开发工作起步晚,起点低,部分矿山规模过小,设备简陋,技术落后,资源浪费的现象严重,致使矿业开发成本加大,矿业开发受到严重限制因此,要积极利用市场机制,通过联合开发的办法,提高矿业开发水平,积极引进和推广先进技术和工艺方法,提高矿业开发的效益,降低矿业开发成本,提高矿业开发的科技含量,对落后的采矿技术和选冶工艺要进行限制,加快自治区矿业开发的步伐逐步清理关闭生产工艺落后资源利用水平低下以及资源保证程度不足乱采滥挖浪费资源的矿山企业,减少企业数量,提高企业质量实现从粗放到集约的转变严格禁止工艺落后破坏环境浪费资源的区外矿业企业向区内转移,确保有效保护和合理开发利用矿产资源。
  4.5建立和完善法规建设,健全监督管理体系
  按照社會主义市场经济的要求,针对矿山环境保护的特点,在国家出台的矿山环境保护法律法规体系和技术标准体系下,针对实际情况,完善并制定相关实施办法,努力使矿山环境保护工作走上法制化制度化规范化和科学化的轨道,如矿山地质环境恢复保证金制度就很好地遏制了矿山业主的破坏行为大力查处破坏生态和污染环境的矿山企业,突出解决群众反映强烈的区域性生态破坏问题,遏制矿产资源开发过程中生态破坏和环境污染严重的趋势,改变矿山乱挖滥采浪费资源的现状,协调好矿产资源开发与环境保护的关系,为西藏矿业经济作为支柱产业,实现高起点、规模化、规范化发展打好基础。
  参考文献
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