西部重点矿区土地退化因素调查

卞正富，沈渭寿

(1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州　221116；2.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京　210042)



西部重点矿区土地退化因素调查

卞正富1，沈渭寿2

(1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州221116；2.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京210042)

摘要：在国家科技基础性工作专项的支持下，西部重点矿区土地退化因素调查工作于2014年初正式启动。按照总体调查方案，需要对51个煤矿区作一般性调查，对12个重点煤矿区、17个重点金属矿山和8个重点非金属矿山进行重点调查，对2个煤矿区开展土地退化因素跟踪监测，分为5个课题进行。项目启动近2 a来，项目组重点编制了调查技术方案与规程草案，搭建了调查矿区的自然地理与环境本底数据库平台，完成了近60%的野外调查任务，初步掌握了重点煤矿区、金属矿山和非金属矿山的土地退化特点、规律和驱动因素。调查结果表明，不同的矿产资源开发引起土地退化的因素不同，位于不同地理区域的矿区损毁的土地类型也不同。

关键词：矿产开发；土地退化；调查；西部

矿产资源与土地不仅是我国经济快速发展的重要保障,也是全球经济与社会发展的基础。我国西部省区矿产资源丰富,正经历着前所未有的大开发。国务院发布的《能源发展“十二五”规划》中提出建设的5个国家综合能源基地分别位于山西、鄂尔多斯盆地、内蒙古东部地区、西南地区和新疆,其中,4个集中在我国西部省份,而山西基地由于开发历史长,资源逐步枯竭,缺乏增长潜力,且由于历史原因,山西的资源开发导致的环境问题已十分突出[1]。因此,能源开发的重心已转移至西部省份。以煤炭为例,西部11个省份预测资源量占全国的84.6%,产量占全国的比例也已经超过60%[2]。西部矿产资源开发面临的问题是更为脆弱的生态环境,如果在开发过程中不注重环境保护和土地退化因素,将带来比中东部更为严重的后果。

对于土地退化,国际土壤参考资料和信息中心(ISRIC)发布的全球人类诱发的土壤退化评价(GLASOD)将土地退化定义为土壤生产能力的恶化或完全丧失,将其划分为水蚀、风蚀、物理和化学4种类型,并指出人类活动已引起全球15%的土地产生退化;联合国粮农组织(UN FAO)进一步将其划分为10 种形式,即表土损失、地形变形、养分流失、盐渍化、板结、污染、风蚀、水淹、酸化和下沉,占比分别为70%、13%、6.9%、3.9%、3.5%、1.1%、0.6%、0.5%、0.3%和0.2%[3];《联合国防治荒漠化公约》(UNCCD)将土地退化划分为土壤侵蚀、土壤物理化学及生物特性或经济特性的丧失以及自然植被的长期丧失3大类[4-5];北京大学蔡运龙教授将中国的土地退化划分为沙漠化、土壤侵蚀、土地污染、盐碱化与潜育化、耕地生产力下降以及采矿迹地6大类[6]。关于矿产资源开发诱发的土地退化有必要在既有分类基础上进一步寻求诱发因素,找出根源,以便控制矿产资源开发区的土地退化和开展有效的生态恢复工作。世界主要采矿国家都十分重视矿区土地退化的调查与控制工作,将其作为矿区环境保护的重要内容。在美国西部,数千个被废弃的硬岩金属矿山(如金、铜、铅和锌)遗留下许多问题,这些废弃矿山反映了美国西部的发展历史,同时也对人类健康和当地生态系统构成了潜在威胁,美国地质调查局(USGS)为保护和恢复废弃矿山土地附近的环境,开展了废弃矿山土地优先研究项目,该项目的宗旨是净化被废弃矿山污染的联邦土地。加拿大联邦政府建有“矿产地索引数据库”,加拿大地质调查局(GSC)设有矿产地学计划(MGP),该国在MGP经费大幅减少情况下,仍然加强区域地球化学调查与地表调查,减少矿产调查项目费用,增加环境调查项目费用[7]。我国尚未开展过采矿区地表环境的系统调查,需要的参数以估算或类比参数为主,为加强矿区环境管理与生态恢复,迫切需要分矿山类型开展土地退化调查工作。

1调查范围与方法

1.1调查范围

调查范围包括我国西部的四川、云南、贵州、重庆、广西、西藏、陕西、内蒙古、甘肃、青海、新疆和宁夏12 个省(市、自治区)。矿产类型分为煤炭、金属和非金属3类,煤炭重点矿区主要集中在云、贵、陕、蒙、新、宁和甘等省(自治区),金属重点矿区主要分布在青、藏、新、蒙、陕、甘、川和桂等省(自治区),非金属重点矿区主要分布在青、藏、蒙、川、陕等省(自治区)。可见,除少量金属、非金属矿区位于青藏高原外,其他大部分重点调查矿区位于我国地形的二级阶梯上。为此,将调查范围划分为青藏、蒙东、新疆、陕甘宁蒙和云贵5个片区。此次调查区域除具有地势高、平地少特征外,地表覆盖以林草、荒漠为主,耕地较少,西北干旱区植被稀疏,易毁难造。

1.2调查方法

采用重点调查与一般调查相结合的方法进行调查。一般调查主要收集我国重点矿区的自然地理环境背景数据,包括基础地理、矿产资源、地质灾害、社会经济、土地利用、土地覆被、土地退化专题数据及其他数据,一般调查的矿区个数为51个;重点调查是在一般调查的基础上,选取12个重点煤矿区、17个重点金属矿山和8个非重点金属矿山进行深入调查,选用较大比例尺的底图或遥感影像,调查矿区土地利用、土地挖损与压占、矿区开发、水土流失、土地沙漠化、土地污染、地质灾害以及土地复垦与生态恢复状况,土地利用现状调查尺度以1∶1万和1∶5万比例尺为主。在重点调查的基础上,还对2种类型的重点煤矿进行动态监测,这2个重点煤矿区是位于内蒙的神东井工开采矿区和准格尔露天煤矿区。

整个调查项目分为西部重点矿区自然地理与环境本底调查、重点煤矿区土地退化因素调查、金属矿山土地退化因素调查、非金属矿山土地退化因素调查以及西部重点矿区土地退化数据库建设与共享发布5个课题展开。调查内容及技术路线见图1。

2初步调查成果

2.1矿区土地退化因素调查技术方案及规程

编制矿区土地退化因素调查技术方案及规程草案是调查工作得以顺利进行并保证调查质量的基础。技术方案与规程草案对下述调查内容及调查方法、数据获取精度要求做了统一而明确的规定,以保证调查数据的可靠性和可比性。

露天煤矿调查主要包括露天采场的挖损、外排土场的压占和土地复垦状况等。(1)土地挖损状况调查:对露天采场的地表境界线、底部境界线、开采深度、地表变形的边坡、土体剖面挖损土层厚度以及对地表水和地下水的影响;(2)土地压占状况调查:主要包括表土剥离和外排土场堆土的压占。主要调查表土剥离堆放状况、堆放压占面积、堆土场的边坡稳定性、外排土场压占土地状况以及外排土场堆放的边坡稳定性等;(3)土地复垦状况调查:主要包括露天采场和外排土场的复垦状况,具体调查复垦工艺、土地复垦面积、土地复垦率、土壤重构措施、复垦土地利用方向、土地复垦效果、重建植被类型和配置方式以及相关管护措施;(4)矿山开发状况调查:主要包括调查区内矿山分布密度、挖损区面积占总面积的比例以及露天煤矿剥采比等。

图1　调查内容与技术路线

井工煤矿调查主要包括土地塌陷、土地压占和土地复垦等因素。(1)土地塌陷状况调查：主要包括土地变形、地表裂缝、土壤性状、水文状况以及植被状况的调查。具体包括塌陷区面积、塌陷深度、万吨塌陷率、塌陷区各土地利用类型面积、地表裂缝的宽度和间距、土壤肥力状况、土壤有机质含量、土壤酸碱度、土壤侵蚀状况、土壤盐碱化程度、土地塌陷对地表水和地下水的影响、矿井水涌水量以及地面植被覆盖率变化等;(2)土地压占状况调查:主要包括表土剥离压占和矸石山压占2个部分。具体指表土剥离堆放方式、堆放压占面积、堆土场边坡稳定性、万吨排矸率、矸石山压占面积、矸石山高度、矸石山边坡稳定性、矸石堆放对地表水和地下水的影响以及矸石山的自燃状况等;(3)矿山开发状况调查:主要调查区内矿山分布密度、煤矿采深采厚比以及采空区面积占总面积的百分比等;(4)土地复垦状况调查:主要包括塌陷区土地复垦率、土地复垦面积、复垦土地利用方向、土地复垦措施、土地复垦效果以及矸石山复垦状况等。

对于金属矿山与非金属矿山的调查,由于涉及的矿种类型多，生态破坏与环境污染问题复杂,特别是土壤污染、固体废弃物污染和水污染等导致的土地污染较煤矿严重,建立了矿区土地退化因素分类体系[8]。除上述土地毁损(挖损、塌陷和压占)等引起的直接土地退化以外,还重点从土壤元素污染(Cd、Hg、As、Cu、Zn、Ni、Cr和Pb)、土壤养分(pH值、有机质、全氮、全磷和全钾)、水污染(pH值、水温、溶解氧、浊度和电导率)等方面,调查了典型矿区土地污染和退化特点。

自然地理与环境本底数据按照8大类数据建库,分别为土地利用数据库、土地覆被数据库、土地退化专题数据库、地质灾害数据库、基础地理数据库、矿产资源数据库、社会经济数据库和其他数据库。用户上传的数据是总体的文件地理数据库以及相应的元数据文档和数据说明文档,需要后台进行分类。后台可进行简单的智能分类,为确保正确地理要素与相应的元数据和说明文档的映射关系,用户需手动来进行确认操作。

统一了元数据文档编写格式,开发了西部矿区土地退化调查信息登记系统,初步完成了数据共享上传平台,编制了部分西部煤矿区自然地理与环境本底图集。

2.2初步掌握部分重点煤矿区土地退化状况

已调查完成了分布在云南、贵州、四川、内蒙古、宁夏和新疆等省(自治区)的一般调查矿区,分布在宁夏、内蒙古、云南、贵州和新疆的石嘴山、宁武、神东、准格尔、平庄、胜利、小龙潭、盘县、准东等重点煤矿区的调查工作已初步完成。

调查结果表明:以内蒙古、宁夏重点煤矿区为代表的西北煤矿区生态环境脆弱,植被覆盖度低,大中型露天煤矿多,土地挖损、压占面积大,生态环境受采矿影响明显。矿区内土地利用以草地、林地为主,土壤侵蚀兼有水力和风力侵蚀,地质灾害以地面塌陷和地裂缝为主,土地退化主要表现形式为土地荒漠化。以贵州、四川重点煤矿区为代表的西南煤矿区植被覆盖度高,生态环境较西北矿区良好,小型井工煤矿多,周围环境受采矿影响不显著。矿区内土地利用以耕地、林地为主,土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主,地质灾害以滑坡和泥石流较突出,土地退化主要表现形式为土地石漠化,整体呈加剧趋势。内蒙古的胜利矿区、平庄矿区土地退化主要体现在土地挖损、土地压占、水土流失、沙漠化和土地污染等方面;贵州的盘县矿区土地退化主要体现在矸石山压占、土地石漠化、土地污染和地质灾害等方面;云南的小龙潭矿区土地退化主要体现在土地挖损、土地压占和地质灾害等方面。

2.3初步掌握重点金属和非金属矿山的土地退化因素

已调查了7个典型金属矿山和4个非金属矿山。7个金属矿山分别为内蒙古的白云鄂博铁矿区和稀土矿区,陕西的金堆城钼矿区和银硐子银矿区,以及甘肃的崖湾锑矿区、塔儿沟钨矿区和金川铂矿区,涉及黑色、有色、贵金属和稀土金属4种类型。4个非金属矿山分别为内蒙古达茂旗萤石矿区、苏莫查干萤石矿区和准格尔高岭土矿区,以及陕西榆林高岭土矿区,有石灰石、萤石和高岭土3种类型。

调查的9个重点金属和非金属矿区面积及土地损毁情况见表1。由表1可知,不同的矿产类型、不同的地质采矿条件,矿区土地损毁类型也不同,受破坏的土地类型主要取决于地理位置,如内蒙古以草地为主。

表1几个典型金属与非金属矿山土地损毁情况

Table 1Land damage in some typical metal and non-metal mining aeras

矿区总面积/万m2不同损毁类型土地面积占总面积比例/%主要土地类型开采区排土场尾矿库建设用地名称面积/万m2内蒙白云鄂博铁/稀土矿区5058.4313.1739.0919.8227.92草地2871.69陕西金堆城钼矿区730.8430.7131.0118.9919.30建设用地168.34陕西银硐子银矿区26.2014.124.1654.8126.91耕地20.14甘肃金川铂矿区7812.076.285.6816.1371.91建设用地4354.69甘肃崖湾锑矿区36.1115.9233.7928.2722.02耕地18.29内蒙古达茂旗萤石矿区284.6028.4316.3542.1713.05草地174.44内蒙古苏莫查干萤石矿区153.1221.7433.1717.6927.40建设用地135.14内蒙古准格尔高岭土矿区4003.0423.5055.267.1014.14草地2456.02陕西榆林高岭土矿区652.3820.9230.825.7142.56湿地652.37

对照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》三级标准,白云鄂博铁矿区35个调查样点中只有1个样点土壤Pb 和Cd 超标,超标141%和381%,其他各样点8种元素均不超标;金堆城钼矿区10个调查样点中只有矿坑渗漏水下游河岸和露天采矿区2个样点Zn超标,其他元素均不超标;陕西银硐子银矿区5个采样点中,只有样点4的Cd超标,其他均不超标;甘肃金川铂矿区超标元素有老尾矿库生态修复区的Ni,矿坑边和排土场渗滤沟土壤中的As,露天采场边草坪、矿坑边土、排场渗滤沟、生活区和老尾矿库生态修复区土壤中的Cd;内蒙古达茂旗萤石矿区的15个样点中,2个样点的As,1个样点的Cu、 Cd、 Zn和As,1个样点的Cd和As超标,As超标最高达397%,其他各样点8种元素均不超标;内蒙古准格尔高岭土矿区的7个采样点、陕西榆林市高岭土矿区的2个采样点的8种元素均未超标。由此可以判断土地污染程度与矿种类型有关。

3下一步的工作

3.1完善西部重点矿区土地退化因素调查规程

调查方案和规程不尽合理,导致目前的调查工作中还存在名词术语不统一、不同类型矿区的调查数据可比性差以及同一类型矿产不同地区的矿区调查数据缺乏完整性或者数据精度不统一的问题,均有待下一步完善。期待完善后的调查规程不仅能指导下一步的调查工作,还能作为行业标准为今后类似的调查服务。

3.2完善数据共享系统

数据共享是此次调查的最终目的,目前数据共享方案只在项目组承担单位内使用,今后如果对社会开放,还需考虑用户数量、数据类型及其安全性等。

3.3调查数据挖掘

调查数据的挖掘工作包括利用调查得到的数据进一步分析土地退化规律,如矿区植被退化程度、土地荒漠化程度、土地污染风险和水土流失程度等,进一步分析土地退化与采矿工程之间的关系,提出源头控制矿区土地退化的技术措施和政策措施等。

致谢: 在项目立项启动及年度工作总结中项目跟踪专家组孙九林院士、孟伟院士、黄鼎成、欧阳志云、李振山、李全生、韩霁昌等专家对调查方案和研究思路提出了宝贵建议。野外调查与室内数据处理工作由中国矿业大学、环境保护部南京环境科学研究所、中国国土资源航空物探遥感中心、南京信息工程大学、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和中国土地勘测规划院6家单位的数十位同志参与完成。对专家的建议及项目组成员的辛勤劳动表示感谢!

参考文献：

[1]卞正富.矿山生态学导论[M].北京:煤炭工业出版社,2015:8-38.

[2]崔村丽.我国煤炭资源及其分布特征[J].科技情报开发与经济,2011,21(24):181-183.

[3]RICCARDO B,FREDDY N,MONICA P,etal.Land Degradation Assessment in Drylands[M].Rome,Italy:FAO of the United Nations,2013:22-76.

[4]United Nations.United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD)[EB/OL].(1994-12)[2016-02].http:∥www.fao.org/desertification/intro-txt/en/index-en.htm.

[5]白冶,尚修治,石森.地质工作的社会化(上):从加拿大地质调查机构看全球地质调查工作的发展趋势[J].地质科技管理,1999,16(1):45-50.

[6]沈渭寿,曹学章,沈发云.中国土地退化的分类与分级[J].生态与农村环境学报,2006,22(4):88-93.

[7]蔡运龙,蒙吉军.退化土地的生态重建:社会工程途径[J].地理科学,1999,19(3):198-204.

[8]李海东,沈渭寿,司万童,等.中国矿区土地退化因素调查:概念、类型与方法[J].生态与农村环境学报,2015,31(4):445-451.

(责任编辑： 李祥敏)

Driving Factors of Land Degradation in Major Mining Areas in West China.

BIANZheng-fu1,SHENWei-shou2

(1.College of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Abstract:With the support of the Special Foundation for State Major Basic Research Program of China, investigations of driving factors of land degradation in major mining areas in West China were launched in early 2014. According to the overall investigation plan, 51 coal mining areas are to be generally surveyed, 12 key coal mining areas, 17 key metal mining areas and 8 key non-metal mining areas to be investigated in detail, and 2 coal mining areas to be tracked and monitored with focus on factors of land degradation, thus forming five sub-projects. In the 2 years since this plan was launched, the research group of this project has finished the compilation of a technical scheme and regulations for the survey, the construction of a platform for physical geography and environment background database of the mining areas, the survey and investigations of nearly 60% of tasks and acquisition of primary mastery of the characteristics, and the rules and driving factors of the land degradations in important coal, metal mines and non-metal mining areas in West China. Results of the surveys and investigations show that driving factors of land degradation varied with the type of the mine resources exploited and so did the type of land destruction with geographic location.

Key words:exploitation of mineral resources;land degradation;investigation;West China

作者简介：卞正富(1965—),男,江苏建湖人,教授,博士,研究方向为土地资源管理。E-mail: zfbian@cumt.edu.cn

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.001

中图分类号：X821；X37；TD8

文献标志码：A

文章编号：1673-4831(2016)02-0173-05

基金项目：国家科技基础性工作专项(2014FY110800)

收稿日期：2016-01-06

编者按: 国家科技基础性工作专项“西部重点矿区土地退化因素调查”由中国矿业大学与环境保护部南京环境科学研究所共同牵头承担，共设置5个课题，分别为自然地理与环境本底调查、重点煤矿区土地退化因素调查、金属矿山土地退化因素调查、非金属矿山土地退化因素调查、土地退化数据库建设与共享发布。自2014年启动实施以来，在卞正富教授和沈渭寿研究员的共同带领下，项目组按照任务书要求和年度计划，编制了西部重点矿区土地退化因素调查技术方案及分类体系，开展了内蒙古、陕西、甘肃、贵州、宁夏和四川6个省(自治区)3大类典型矿区(煤矿、金属矿和非金属矿)的土地退化因素调查，获取了导致矿区土地退化的生态破坏和环境污染等方面的大量第一手科学数据，详细调查与评估了不同类型重点矿区土地退化现状、类型、成因和趋势，初步掌握了典型矿区土地退化的特点、规律和驱动因素。本刊将分期刊载该项研究的20余篇优秀论文。