新疆准东大型露天煤矿开采对生态环境的影响∗

侯艳军，塔西甫拉提特依拜，杨 春，吴攀升

(1.忻州师范学院地理系，山西忻州034000；2.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830046；3.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐830046)

中国矿产资源丰富，煤炭储量位于世界前列．煤炭是我国主要的消耗能源，在国民经济中起着重要作用．随着经济的飞速发展，有着开采规模大、成本低、生产安全可靠、资源回收率高等明显优势的露天煤矿开采占据越来越重要的地位[1]．准东煤田是目前中国最大的整装煤田，其发展目标是“煤海新城，世界铝都”，打造以煤炭、煤电、煤电冶、煤化工为重点的煤炭资源综合利用产业聚焦区、国家战略型能源开发综合改革试验区．准东煤田处于中国西北内陆干旱荒漠地区，高强度、大规模的露天煤矿开采会加剧区域生态环境的恶化，如何正确评价露天煤矿开采对区域生态环境的影响，协调露天煤矿开采与生态环境保护的关系，是实现区域可持续发展迫切需要解决的问题，研究可以为露天煤矿开采过程中环境监测、管理和防治提供科学依据，为区域生态环境的修复提供依据，为“资源开发可持续、生态环境可持续”战略的实施提供理论基础和方法指导[2]．

1 研究区概况

1.1 准东煤田

准东煤田位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州东部三县（吉木萨尔县、奇台县和木垒县）境内（见图1），东至木垒县老君庙，西起阜康市东界，南接古尔班通古特沙漠北缘，北至卡拉麦里山南麓，交通便利．东西长约220 km，南北宽约60 km，煤田面积约13 000 km2，预测煤炭资源储量3 900亿吨．研究区地处欧亚大陆腹地，属典型的极端干旱大陆气候，全年干旱少雨、日照充足、昼夜温差大、春秋季多风．全年主导风向为西北风．土壤淋溶作用微弱，有机质积累量少，植被覆盖度较低．

1.2 煤炭资源产业现状

准东煤田单层煤最厚可达80 m，可采煤层平均厚度43 m，丰厚度值高达每平方公里5 000万吨，煤层稳定性好、埋藏较浅、易于开采，主要由五彩湾（原新疆准东煤田西部矿区）、大井、西黑山和老君庙、将军庙等五大矿区组成．五彩湾矿区东部、大井矿区西部和东部、西黑山矿区中东部4个区域约60亿吨煤炭资源具备露天开采条件，煤炭储量占全国储量的7%．随着煤炭资源的大规模开采，进行煤炭开发、煤电煤化工和煤电铝等工业生产的神华、湖北宜化、东方希望等大型企业陆续入驻准东地区．

图1 准东地区影像图

准东地区隶属于国家级经济技术开发区的新疆准东经济技术开发区，西北部建有五彩湾煤电煤化工产业带，中部、东部亦散布将军庙煤化工产业带、北山煤化工园区、大沙丘煤电园区等工业园区，开发区工业区在进一步建设完善过程中．准东露天煤矿的开发对推动新疆经济结构的战略性调整和促进地方经济持续发展具有显著的影响[3]．

2 准东大型露天煤矿开采对生态环境的影响

准东煤田地处卡拉麦里山前戈壁荒漠带，生态环境非常脆弱．根据新疆生态功能区划，准东煤田地区生态环境主要敏感因子为生物多样性及其生境高度敏感、土壤侵蚀极度敏感、土地沙漠化及土壤盐渍化高度敏感．土壤侵蚀以风蚀为主，沙漠化程度严重．

大型露天煤炭资源的开发对脆弱的生态环境具有强烈的破坏性，会改变区域生态环境甚至造成生态系统不可恢复的破坏[4]．开采活动首先破坏生态系统的大气、土壤和水等物理环境，进而影响植物生态系统的形态和结构，最终损害生态系统整体功能[5]．

露天煤矿开采主要导致地表景观破坏（即地形地貌和土地利用的变化）、环境质量的变化和生物群落的破坏，尤其是植被和土壤微生物．

2.1 准东露天煤矿开采导致景观破坏

2.1.1 地形地貌变化

区域地貌类型简单，主要为荒漠与部分低山，煤炭资源的大规模开发利用主要改变区域小地貌与微地貌形态．露天开采留下的大量采矿坑造成地表沉陷，排土场的堆积又会造成地表抬升，增大地势起伏．

2.1.2 土地利用变化

准东地区的开发建设不可避免的破坏原有土地与植被资源，开采过程中工业场地及附属建筑物、公路、铁路、供排水和供电线路的建设等对土地的挖损和压占会直接损毁土地，改变原有土地利用类型，影响区域景观格局[6]，引发地质灾害，使地表出现裂隙、塌陷，造成土地沉陷，表土剥离加剧土地沙化与土壤贫瘠化速度，导致严重的矿区水土流失[7]．准东地区草地面积大规模减小，保护区范围也在日益减少，随之而来的是工矿用地的增加和沙化、荒漠化土地面积的增加．

准东境内有多条交通线路：国道216线、省道228线、火烧山—彩南油田公路、准东公路、大黄山—将军庙段铁路等造成准东自然区划的不完整、景观破碎化、系统间断，导致区域生态系统过渡带缺失．

2.2 准东露天煤矿开采导致环境质量变化

2.2.1 大气环境影响

准东地区是大规模的露天煤矿开采及煤化工、电力和冶金工业的聚集区，露天煤矿开采及工业活动和交通活动造成了煤粉颗粒、工业废气、扬尘、尾气的急剧增加，使得区域大气颗粒物浓度增加，大气环境恶化．

大气污染源主要来自露天采掘场、排土场产生的粉尘，道路扬尘、工业生产废气及煤炭自燃产生废气等．露天煤矿开采是巨大的周期性污染源，大气中SO2、NO2浓度较低，但TSP、PM10浓度值较高，在地表受到扰动或大风天气情况下容易造成污染．矿区低风速不利于大气污染物的扩散和稀释，较大的风速又会增加扬尘量和扩大扩散影响范围，影响卡拉麦里山自然保护区，对保护区的动植物产生不良影响[8,9]．煤炭粉尘颗粒物会造成土壤污染，加重土壤重金属污染并影响植物生长．

粉尘、煤粉颗粒物是区域大气环境的第一大污染源，还有采暖锅炉房燃煤、煤层和煤矸石的自燃和生活设施的燃煤污染物、煤自燃产生有毒有害气体和烟尘、汽车尾气等．煤层、残煤和煤矸石氧化自燃会产生大量CO、SO2和COX等有害气体，由于空气扩散作用，污染物污染范围会扩散影响大范围区域[6]．

2.2.2 土壤环境影响

准东露天煤矿开采对土壤环境的影响主要集中在地表土和土壤质量两方面．

1.地表土影响

露天开采活动产生大量煤炭粉尘，悬浮在空气中，降落地表造成土壤污染．

准东地区土地荒漠化高度敏感，属准噶尔盆地沙漠化轻度危害重要防治区[10]，研究区东北部主要为戈壁和裸露土地，植被覆盖度低；西部与南部地表植被稀疏，沙丘流动性强，生态系统脆弱，土壤稳定性差，土地沙化和水土流失严重．露天排土场和煤矸石堆放场在降雨和风蚀作用下易造成局部水土流失和风蚀．

2.土壤质量影响

露天开采活动会破坏土壤生态系统的稳定导致土壤质量下降，进而影响区域生态环境．准东露天煤矿开采对土壤质量的影响主要是土壤重金属和煤炭粉尘污染．土壤重金属含量是表征土壤质量的重要指标，土壤内部的机械结构改变会影响重金属的含量[11]，煤矿开采会改变土壤内部结构进而影响土壤重金属的含量．露天煤矿开采过程中重金属污染主要表现为煤矸石中由于风化、自燃，浸出重金属离子并通过淋溶作用迁移到土壤造成土壤污染．煤矸石自燃产生的SO2、CO、H2S和氮氧化物等气体氧化致使土壤酸污染，危害植被生长，煤矸石是目前新疆排放量最大的工业固体废弃物[8,12]．研究区土壤中Cu的污染较轻，Cr的污染程度最高．煤矿开采对Zn含量的影响较小，而土壤中Cr含量主要受煤矿开采时煤尘和人为因素的影响[13]．开采区、工业区和排土场的重金属含量明显高于生活区[14]．准东煤中主要含有水溶态碱金属，碱金属含量明显偏高[15,16]．准东地表有一定厚度的煤灰层，对土壤质量和植被生长带来危害．大气降尘通过重力降落在土壤和植被上，然后通过淋溶过程输入到土壤中，改变土壤pH值和有机质含量，增重土壤的重金属污染．

2.2.3 水环境影响

露天开采过程致使地表岩层大面积剥离，对地表水、地下水资源和区域水循环构成严重威胁．露天开采活动会破坏煤系地下含水层和上覆含水层，导致区域水质及水化学特征较大程度的改变．改变区域原始径流条件并导致水资源的污染，对地下水环境造成不可恢复的严重损害[17]．

准东地区水文地质条件相对简单：无常年性地表水体，仅在春季融雪和夏季暴雨时形成暂时性地表水流；地下水水质较差，区内地下水水质硬度和溶解性总固体等含量很高，成为咸水或盐水．

由于区内无地表水体，因此主要是固废和被污染地表水的不合理排放污染矿区土壤，并通过淋溶作用污染地下水环境．工业区锅炉灰渣浸出液呈强碱性且含氟量高，下渗影响地下水水质．大规模集中的露天开采活动易造成地下水系的破坏，改变地下含隔水层结构，导致地下水位的大幅下降，引起土壤盐渍化；露天开采过程中产生的大量清洗废水和矿井废水会造成区域地表水和地下水系的严重污染[8]．并且随着矿区各项配套设施的完善，将产生大量的工业废水和生活废水，如若得不到合理有效处置，将会对区域土壤和水环境造成严重影响．

2.2.4 声环境影响

准东煤田多为戈壁荒漠，露天开采活动对区域的声环境影响是短暂而剧烈的，随着噪声源的消失而消失．噪声源主要由人类生产和生活活动产生，分为设备噪声、交通噪声及突发噪声．声环境主要影响煤田矿区的工作人员和周边的居民，也对卡拉麦里山自然保护区内的野生动物产生一定的影响．

2.3 准东露天煤矿开采对生物群落的破坏

准东分布有1个国家地质公园、2个自然保护区，分布着大量珍稀动植物，保存着大量古生物化石和地貌类地质遗迹．准东属西北典型生态脆弱区，生态环境脆弱、水资源匮乏、植被稀少，破坏环境的生态恢复很困难，物种多样性是维持生态系统稳定的基础和必要条件．

2.3.1 植物群落

准东地区属典型荒漠地带，受干旱区气候因素影响，地表植被稀疏、物种单一、组成简单、覆盖度低、生物量小．目前准东地区植被整体状况逐渐恶化[18]，草地退化现状十分严峻[9]，离煤矿开采区和道路等人为活动频繁的区域越近，植被受影响越大，受损程度越严重[19]．

土壤是植物的营养来源，土壤生态系统的破坏会直接影响植物生态系统的物质迁移、转化．区域物理环境的改变，影响植被的生长分布．准东地区地表有较厚的煤灰层，植物根系会从土壤中吸收重金属，茎叶吸收降尘中的重金属受到污染，对植物的生长发育产生较大影响．露天开采活动对地下水环境的影响也会间接造成植被的破坏．

大气降尘覆盖植株茎叶表面，能够导致植物气孔堵塞，使得植株的光合作用和呼吸作用受到抑制．粉尘浓度严重时，会使植物死亡，影响植物群落的垂直结构和水平分布，甚至导致演替发生[20]．

奇台荒漠草原类草地自然保护区位于温带荒漠自然带，主要保护荒漠草地生态系统及生物种，荒漠植被非常丰富．准东地区露天煤矿的开采活动产生的粉尘、噪声对保护区影响较小，地下疏干会对研究区植被生长产生一定影响，荒漠草原生态系统的景观体系受到影响相对较弱．

2.3.2 动物群落

卡拉麦里山自然保护区是中国最大的有蹄类野生动物自然保护区，位于准噶尔盆地东缘、乌伦古河以南、北塔山西部、将军戈壁以北的古尔班通古特沙漠核心区域，是普氏野马的故乡和野化基地．保护区形成了有蹄类占优势的典型中亚荒漠类野生动物种群，主要保护珍稀动物资源及其生境．区内分布有珍稀的恐龙、硅化木化石群．准东五彩湾煤电煤化工产业带建设项目位于卡拉麦里山有蹄类自然保护区的核心地带．随着保护区矿产资源的进一步开发和交通线路的完善，将大量侵占野生动物栖息地，减少适宜生境；纵横交错的交通线路和围栏将保护区分隔，使其迁徙受阻，严重影响野生动物正常生长分布和繁殖，影响和破坏区域生态环境[21]．保护区内野生动物的饮用水源地部分依靠地下水补给，露天采对地下水环境的影响会影响到野生动物的生存．

保护区野生动植物种类和数量锐减，植物物种丰富度下降，劣草、杂草种类增多[22−24]，生物多样性受到严重破坏．致使保护区土地沙化现象严重，荒漠化加剧．

3 减缓准东大型露天煤炭开采生态与环境破坏的对策

虽然准东地区具有较大的环境容量，但煤炭开采会对区域生态安全与环境造成长期而深远的影响．怎样在保障煤炭相关产业的健康、有序、高效发展的同时切实保护好区域内大气环境、水环境、土壤地表环境及保护区生态环境，真正实现经济效益、社会效益和生态效益“共赢”是我们急需解决的问题[25]．

首先我们要高度重视准东地区生态安全和环境保护，其次加强矿区生态环境综合治理，对排放废弃物、排土场、露天采沉陷区等进行专项治理，制定相应生态恢复措施．

1.煤炭资源的开采遵循绿色开采准则，建设生态矿山；煤炭资源相关产业链的开发建设过程中，尽量降低对土壤的扰动和破坏[26]，加大对露天煤炭开采新技术研发投入；对水土流失实行综合防治，加大生态补偿力度，实现开采与土地复垦[27]，生态重建同步进行[28]．提升准东地区煤炭资源产业的合理高效配置，实现资源的本地高效转化[3]．

2.确定环境保护标准，注重生态安全与生态保护工作．设立并健全保护区野生动植物资源调查和环境监测的长效机制[3,4,22,23]．能源产业开发应缴纳一定的生态环境补偿基金[21]并完善生态补偿机制[21,29]，开展生态安全调控研究[26]．

3.加快推进准东生态环境的综合整治，加强环境基础设施建设，依法加大排污费征收力度[4,30]，在优化生产作业环节的基础上，建立科学的管理体系和明确的法律法规体系、完善矿山生态环境污染监督检查制度[27]．

4.加强宣传，提高公民环境保护意识；开展生态旅游、野外实习等活动，以生态文化建设增强公民的环保意识，在促进地方经济和社会发展的同时形成环境的可持续发展[23]．

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