黑龙江省乌拉嘎金矿废弃地植被恢复情况研究

2011-06-21宋海涛王海波刁云飞

森林工程 2011年5期

宋海涛，王海波*，刁云飞，郑红

(1.东北林业大学林学院;2.黑龙江省森林工程与环境研究所，哈尔滨150040)

随着全球资源、环境和人口问题的日益突出，环境永续发展已备受世界各国重视［1－2］。人类对资源和能源的索取产生了第一种废弃地－矿区废弃地。近20年来，矿区土地复垦 (Reclamation)逐渐成为世界各采矿大国的热点研究课题。为了保证矿区废弃地生态环境恢复的工作顺利进行，许多国家如美国、英国、日本及东欧一些国家都先后制定了有关法律、法令及规章来约束采矿工业对土地的破坏，以法律形式要求采矿占用、破环的土地生态环境进行恢复［3－5］。据国资源部的估计，在21世纪中期，中国因生产建设而认为破坏的土地将达400万hm2，其中仅有一半可恢复成农业用地。矿区开采的每个环节和过程都与环境发生着密切的关系［5－6］。本研究旨在结合黑龙江省实际情况，通过文献资料检索，对黑龙江乌拉嘎金矿矿区废弃地展开生态恢复现状的调查研究。利用先进的检测手段，采用科学的评价方法，系统分析和研究黑龙江省森工总局所管理的矿区废弃地对环境的影响，全面评估矿区废弃地复垦的成效，研究矿区土地复垦技术结合我省生态环境的应用，为黑龙江省的矿区废弃地生态恢复提供基础资料与技术支持。

1 研究内容及方法

1.1 研究区域概况

黑龙江乌拉嘎金矿位于黑龙江省小兴安岭东段北坡，在伊春市嘉荫县乌拉嘎乡境内。乌拉嘎金矿，隶属于中国黄金集团公司，是国内黄金行业最大的露天矿之一。集采、选、冶综合一体的大型现代化黄金企业。矿区多年的开采，给当地的环境造成了严重的影响。当地采用了矿区废弃地复垦的新技术，对矿区的生态进行了修复［7－8］。

1.2 研究内容及文案

乌拉嘎金矿矿区，因其气候恶劣、土壤侵蚀严重、生态系统抗逆性很差、风蚀和水土流失现象严重。对该矿进行开采，生态环境遭到严重退化。对该矿区复垦地植被重建带来一定难度。尽快改善矿区的生态环境、迅速恢复植被、控制水土流失是极为重要的［9］。本论文选取黑龙江乌拉嘎金矿作为研究对象，对其进行生态恢复现状资料的调查，使复垦技术本土化修正与应用，形成适用于黑龙江省森工林区矿区废弃地复垦的新技术，并建立矿区废弃地的生态恢复现状资料的数据库。

1.3 数据处理

用SPSS11.0进行方差分析和多重比较，用SigmaPlot10.0作图。

2 黑龙江省森工林区矿区弃地植被重建恢复情况

20 世纪70年代末至80年代初，中国的矿山废弃地生态恢复工作才刚刚起步［10］。1988年国务院颁布了《土地复垦规定》，采矿塌陷地、矸石山、露天采矿场、排土场、尾矿场和砖瓦窑取土坑等各类破坏土地的恢复工作受到了政府和社会各界的高度重视，同时也取得了较大的进展，恢复重建的方法从“一挖二平三改造”的简单工程逐渐发展到基塘复垦、矸石和粉煤灰等充填复垦、生态工程和生物复垦等多种形式、多种途径、多种方法相结合的复垦技术体系。近年来，废弃地的恢复重建技术逐渐向生态恢复的方向转变，同时还对修复后的土壤肥力以及各项指标进行了研究，使我国的废弃地恢复重建工作逐步步入了系统化、整体化和高效化相结合的生态发展新阶段［11－14］。

2.1 矿区弃地复垦地植被重建技术

2 .1 .1 固土护坡能力强

关注对环境的生态贡献，而非简单的“美化”。要从“种子”开始的最自然的育林方式，而非“植树”的人工式。通过制备具有优良的团粒结构的土壤培养基，主动防止水土流失并培育目标植被群落，而非使用胶粘剂、水泥、无纺布等材料和手段去对［15－16］。

(1)种植前期:喷播后形成的土壤培养基具有优良的、稳定的团粒结构，抵抗雨水冲刷能力优异，而非靠“覆盖物”和“草”去防止水土流失。

(2)种植后期:形成根系发达的“自然”木本植物群落，还原生态环境，护坡效果显著。此环节在材料生产、施工和植物后期生长的各个环节，均无对环境和资源的二次破坏现象。注重可持续发展和资源的循环利用，施工后无需施肥洒药，所有选用的添加材料均应在1～5a内自然降解，降解前后不会对环境产生污染［17－18］。

2 .1 .2 种植密度与林草混交

在矿区土地复垦初期，栽植纯林较多。纯林的主要缺点是利用林地空间不充分，生物产量不高，生态效益较差，容易发生病虫害和林火等自然灾害，自然景色较单调等。如沙棘、刺槐、榆树等。近几年采用了林草混交种植，该种植方法有利于营养空间的利用，有利于环境的改善，亦利于防护效能的发挥，以及抵抗灾害能力的提高等。如树木栽植将其株行距变为2m×5m，中间套种或间种生命期长短不一的各类牧草。在这些乔灌木树种未长大前，这些混种的牧草可以防止地面的水土流失，维护着自然界的生态平衡。矿区复垦地的气候、水分、温度等条件也是植被重建的重要因素。针对植被对各个条件的适应性，需要采取不同的种植密度［19－20］。

2 .1 .3 直接播种技术

直接播种所需的成本较低。播种的植物生命力强，具有较强的抗逆性，根系扎入土层较深，地下部根系的伸长经常高于地上部的生长量。矿区新垦地上种植的各种牧草和绝大多数药用植物及农作物都是用直播法来繁殖的［21］。

2 .1 .4 移栽技术

移栽与直接播种不同之处在于移栽的苗木较大，移栽时可把苗圃地内的有益菌带到新垦地内，促使植株健壮生长。可在工厂区附近土地较平坦肥沃、可浇水灌溉、排水良好、不西晒、背风向阳的暖和地块选择作为苗圃地。既节省资金，又可提高移栽成活率［22］。

2.2 地表水环境质量现状

评价区内河流属黑龙江水系。主要河流为乌拉嘎河，乌拉嘎河向东北注入黑龙江。采矿工业区位于乌拉嘎河南700m，金矿排水口位于矿区下游3km处，此处乌拉嘎河最低水位为157.98m，最高洪水位为159.05m。

2 .2 .1 地表水监测

(1)监测范围:确定本次评价的监测范围为金矿周围水域及间接纳污水域。项目建成后生产废水的排放方式为:尾矿库→乌拉嘎河→黑龙江，生活污水经处理后排入乌拉嘎河。因此，监测评价范围定为乌拉嘎河中、下游区及黑龙江的乌拉嘎河入江口上、下游区。

(2)监测断面布设:在监测范围内共布设4个监测断面。具体情况见表1。

表1 地表水监测断面布设情况Tab.1 Conditions of monitoring section of surface water

(3)监测时间及频率:监测时间为2008年12月下旬，并利用伊春监测站已有数据。

(4)监测项目及分析方法:根据本项目排放污染物的特征，选择如下监测项目:水温、浊度、pH、总硬度、电导率、Do、BoD5、COD、SS、氰化物、氯化物、硫化物、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、Cu、As、Pb、Hg、Cd，共计20项。具体分析方法根据《水和废水监测分析方法》(第四版)中的规定要求。

(5)监测结果:地表水环境质量现状监测结果见表2。

表2 地表水环境质量现状监测结果统计表Tab.2 Statistics of monitoring results of current environment quality of surface water

2 .2 .2 地表水环境现状评价

(1)评价范围:确定本项目评价区水体为乌拉嘎河，由于本项目最终纳污水体为黑龙江，考虑到黑龙江为界江的特殊性，因此将评价范围扩至黑龙江。本评价对乌拉嘎河水环境质量评价范围自本项目区上游500m至入黑龙江下游5 000m，总控制长度大约45km。

(2)评价参数:根据地表水的使用功能及水质特点，为全面反映地表水水质现状，选取12项监测参数作为评价参数。

(3)评价标准:根据黑河市环保局文件，乌拉嘎河干流均属于Ⅲ类水环境功能区，因此本次水质评价标准采用《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)中的Ⅲ类标准。

(4)评价方法:采用单项污染指数法。模式如下:式中:Pi为某参数的单项污染指数;Ci为某参数的实测浓度，mg/L;Cs为某参数的评价标准，mg/L。

对pH:

式中:Ci为PH值的实测值;Csu为标准规定的pH值上限;Csd为标准规定的pH值下限。

(5)评价结果及分析:乌拉嘎金矿地表水各监测断面标准指数计算结果见表3。

表3 乌拉嘎金矿地表水各监测断面单因子标准指数Tab.3 Single factor standard index of each monitoring section of surface water in Wulaga goldmine

由该表可以看出，监测河段水质较好，各项污染物指数除个别点位超标外均达到Ⅲ类水体标准要求。

本项目区域环境现状良好，乌拉嘎河水质各项指标均符合Ⅲ类水体要求。

2.3 地下水环境质量现状

选择pH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬 (六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物、大肠杆菌群，共计20项作为本次评价地下水环境现状监测项目。

监测时间及频率与地表水同时进行。

监测分析方法根据《水和废水监测分析方法》(第四版)中的规定要求。评价标准执行《地下水质量标准》(GB/T14848－93)Ⅲ类标准，具体标准值见表4。

表4 地下水质量标准 (Ⅲ类)Tab.4 Quality standards of groundwater

地下水水质监测结果见表5。

表5 地下水现状监测结果统计表Tab.5 Statistics of monitoring results of current groundwater

根据地下水的使用功能及水质特点，为全面反映地下水水质现状，20项监测参数均作为评价参数。单项组分评价结果统计见表6。

表6 单项组分评价结果统计表Tab.6 Individual components of evaluation results

根据厂址及附近两处水质监测结果，所有监测项目中除挥发性酚类、氨氮与锰超过《地下水质量标准》(GB/T14848－93)Ⅲ类标准外，其他项目均在Ⅲ类水质标准之内。

黑龙江省地区由于地质原因，地下水锰含量普遍偏高，相对来说，本地区还是比较低的，但作为生活饮用水使用需要进行除锰处理。

结果表明地下水水质较好。

2.4 环境空气质量现状

2 .4 .1 环境空气质量现状监测

监测范围确定为以工业场地锅炉烟囱为中心，边长约为4km的矩形范围内，总评价面积约为16km2。在监测范围内设置1个监测点，具体位置见表7。常规污染物监测因子:TSP、SO2、NO2、PM10。

表7 环境空气监测点位Tab.7 Ambient air monitoring sites

采样频率为检测点连续监测3d。监测分析方法按照《环境空气质量标准》 (GB3095－96)中的规定的方法进行。于2008年12月17－19日进行了现状监测，现按监测项目叙述如下:

TSP日均浓度值为0.316mg/m3;SO2日均浓度值为0.036mg/m3;NO2日均浓度值为0.04mg/m3，PM10日均浓度值为 0.036mg/m3，SO2、NO2、PM10三项监测指标不超标，TSP监测指标超标。

2 .4 .2 环境空气质量现状评价

评价参数同监测参数。评价标准采用国家《环境空气质量标准》(GB3095－96)中的二级标准。见表8。

表8 环境空气评价标准Tab.8 Evaluation standards of ambient air

现状评价结果见表9。

表9 环境空气质量现状评价结果Tab.9 Evaluation results of ambient air quality status

单项污染指数评价结果表明，评价区本监测点单项污染指数除TSP外均小于1，说明评价区各评价因子均具有一定的环境容量。结果表明环境空气优于《环境空气质量标准》中的二级标准。

3 讨论

黑龙江省早期“遍地是金，处处有林”的乌拉嘎金矿，森林植被繁茂，生态环境非常优美。自开采以来，已对开采区的土地、草场、沼泽湿地、森林植被造成了一定的破坏。近几年来，嘉荫县政府和乌拉嘎金矿局极为重视该地的生态环境保护与建设，严格控制砂金矿开采与森林采伐，加强环境治理，使整体生态环境得到改善。但抗外界干扰性的能力远不如原生系统［23－25］。

3.1 矿区建设对生态环境影响分析

黑龙江省乌拉噶金矿矿区的原始森林生态景观是以红松为主的针阔混交林原生植被，现已逐渐被温带针阔叶混交林所替代，仅在小结列河流域和腰乌拉嘎河上游还可以看到小范围的原始森林分布区，植物群落仍以高大乔木为建群种。在乌拉嘎河谷平原区发育有草原、溪谷湿地，水草丰美，植被覆盖率较高，郁闭度可达0.40.5，基本没有发生水土流失。开矿后，森林资源的面积减少，虽然采取了有效的异地恢复森林植被措施，但由于近期人工林低龄、不稳定还没有发挥出森林生态系统的巨大作用［26－28］。

采矿和项目建设过程中，区域土壤结构遭受到不同程度地破坏，降低土壤养分含量，从而影响植物生长。此外，施工中机械碾压等过程也会造成一定程度的土壤板结，降低土壤生产能力。回填的剩余土方土壤松散，易发生水土流失，土壤中养分也将随之流失。但这种影响是有限度的，如果及时治理并不会改变土壤环境的原始功能。废石堆场堆积的废石等固体废物，在雨水淋洗冲洗的作用下，将渗透到周围的土壤中，造成污染，造成土壤肥力下降。所以在排放固体废弃物的过程中，应当采取即时有效的措施、规范操作，将由于采矿而对周围土壤环境造成的影响降到最低程度［29］。

采矿的废渣和尾矿暴露在大气中，由于硫化物能够氧化后降水形成酸雨，将造成矿区附近地表水甚至地下水遭到污染，无法达到饮用灌溉的标准。与此同时，开矿场内若采用疏干排水，则改变了地下水自然流场以及补水、排水的条件，破坏了大气降水与地表水、地下水之间的平衡，通常情况下会在采取的中心位置形成一个大漏斗，导致泉眼和水源的枯竭［30］。

露天的采矿场由于采用大量大型移动和爆破机械设备，在场区内会产生一系列的尘毒污染。主要的污染物质有粉尘、放射性的气溶胶和H2S、SO2、CO、NO2，产尘量由岩石的性质、开采方法、设备的类型及性能决定。由于露天的开采强度较大，机械作业程度较高，受近地面气象条件的影响较为显著，局部的污染可以扩散到全矿。运输过程中的大量粉尘也将影响污染矿区及其周围地区的空气质量［31］。

3.2 矿山生态环境保护对策

在矿产资源开发中应坚持“污染防治与生态环境保护并重、生态环境保护与生态环境建设并举;以及预防为主、防治结合、过程控制、综合治理”的原则。在矿业生产中应坚持推行循环经济的“污染物减量，资源再利用和循环利用”的技术原则。在土地复垦中应坚持“六个结合”的原则。即矿业经济发展与社会生态环境保护相结合;环境综合整治与生态重建相结合;采矿与复垦相结合;土地复垦与农业结构调整相结合;采取有效工艺措施，治理与预防相结合;制度创新、理论方法和技术创新，经济与政策法规相结合的原则。在承担社会责任中应坚持谁开采、谁治理，谁污染、谁治理，谁受益、谁治理的原则［32］。

根据全区矿山环境发展变化趋势，按照区内相似，区间相异的原则，划分出重点保护区、重点预防区、重点治理区和一般治理区，并对各区的保护治理任务分别规划落实。建立和健全矿山生态环境保护的监督管理体系，推进矿山生态环境保护的规范化、制度化建设，解决小型矿山无序开采对资源的浪费和环境的破坏。推广先进合理的矿山生产技术、工艺，实现矿山开采的科学化、环保化，实行边开采，边复垦，恢复土地用途，维护生态环境，提高矿山“三率”水平。节能减排，减少污染。选择节水工艺技术，减少水的排量，对废水废液进行循环利用，防止废水废液对环境的污染。综合利用矿山固体废物和尾矿，不能利用的进行无害化处理，减少固体废弃物对土地的侵占和环境的破坏。对已闭坑矿山进行统筹安排，实行专项整治。开展治理示范工程试点，消除矿山地质环境问题，恢复土地和生态环境［33－36］。

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