矿区土地退化的内涵、类型和驱动因素

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  我国矿产资源开发为经济发展做出了巨大贡献,但矿山生态破坏与环境污染使“绿水青山就是金山银山”的生态战略思想的实现受到巨大威胁,成为制 约 区 域 经 济 社 会 可 持 续 发 展 的 重 要 因素.采矿活动尤其是不合理、粗放式的开采方式,不仅严重破坏陆地自然系统,诱发地质灾害,而且破坏深层储水结构,导致地表水渗漏,污染矿区环境等,最终影响山、水、田、林、湖等自然系统生态完整性的维护、人类居住环境和人体健康。矿区土地退化导致土壤系统功能退化,自然系统生产力和自维持能力下降,在一定程度上压缩了当地居民的生产空间、生态空间和生活空间,矿区是亟待强化自然系统保护和环境管理的生态安全重点关注区域。

  目前,我国部分地区已经开展了矿山环境的例行监测,涉及水污染土壤污染和噪声污染,以及土地毁损、植被破坏、生物多样性丧失和水土流失等,对矿区生态环境有了较为全面的了解。但是,在高强度的人为干扰和加速侵蚀背景下,矿山生态破坏与环境污染状况,及其与水蚀、风蚀等自然营力的相互影响与反馈,综合导致我国矿区土地退化形势日益严峻,亟待开展不同开采方式、不同类型矿山土地退化的驱动因素分类与调查。为此,该研究通过全面梳理与综述国内最新研究进展,进一步界定了矿区范围,阐明了矿区土地退化的内涵、类型和驱动因素,并推荐了可用于矿区土地退化因素调查的有效指标体系与方法,以期为我国矿产资源开发生态监管和绿色矿山建设提供科技支撑。

  1 矿区土地退化的概念与内涵

  1. 1 矿区的概念界定

  目前,矿区没有统一的概念。从隶属关系来看,由于行政上或经济上的原因,将邻近的几个矿井划归一个行政机构管理,其所属的井田合起来称为矿区。从开采对象来看,矿区是一个包含地下空间的特殊区域,是开发矿产资源所形成的社会组合.不同学者根据研究目的的差异性,赋予矿区不同的涵义。王广成等和雷冬梅等认为,矿区是以开发利用矿产资源的大中型矿山企业的生产作业区和职工及其家属生活服务区为核心,辐射一定范围而形成的具有行政职能和经济功能的社区,它可能是依托矿业演替而成的城镇或城镇工业区。徐嘉兴则认为矿区是指以开发利用矿产资源的生产作业区及其家属生活区为主,在一定范围内对其土地生态环境造成破坏和影响的经济和行政社区,可以是能够反映矿区生态演变而建成的乡镇、县市,甚至是整个流域。李文银等则将工程建设区、工厂和矿区统称为工矿区,指出不能仅仅将其理解为矿产开采企业进行生产活动的场所,而是指国土范围内修筑公路、铁路、水工程,开办矿山、电力、化工、石油等工业企业,以及采矿、取石、挖砂等建设活动的场地。

  通常来讲,狭义的矿区可理解为采矿工业所涉及的地域空间,即埋藏在地下的矿产资源开采范围和影响范围,具有空间的有限性和连续性。广义的矿区是指以矿产开采、加工为主导产业发展起来,从而使人口聚集在一起并辐射一定范围而形成的经济与行政社区,具有空间的有限性和不连续性.综合不同概念特征,为更好地突出矿山生态破坏与环境污染的特点,将矿区范围界定为矿山开采、选矿直接形成的生产作业区和生活区,以及由于生态破坏或环境污染产生的颗粒物随风力吹扬、流水运移等形成的间接影响区域,包括矿界范围( 指采矿许可证登记划定的范围,包括生产用地、辅助生产用地) ,以及“三废”污染、植被破坏和水资源破坏等间接影响区。

  1. 2 土地退化的概念与类型

  许多机构和学者对土地退化的概念和成因进行了深入探讨.目前,使用最广泛的定义为1996 年生效的《联合国防治荒漠化公约》( UNCCD)给出的,即: 土地退化是指由于使用土地或由于一种营力或数种营力结合,致使干旱、半干旱和亚湿润干旱地区雨浇地、水浇地,或草原、牧场、森林和林地的生物( 或经济) 生产力和复杂性下降( 或丧失) ; 包括风蚀和水蚀致使土壤物质流失; 土壤的物理化学特性或生物特性或经济特性退化,及自然植被长期丧失.可以看出,土地退化是在不利的自然因素和人类影响下土地质量与生产力下降的过程。从生态学的观点来看,土地退化是植物生长条件的恶化和土地生产力的下降。从系统论的观点来看,土地退化是人为因素和自然因素共同作用、相互叠加的结果.从实质上讲,土地退化的基本内涵与变化过程是通过土壤退化反映的,近年来国际上常用“土壤退化”一词来代替土地退化等.造成土地退化的原因包括自然因素和人为因素。自然因素有气候变化( 如极端干旱、气温升高等) 、地貌过程( 如滑坡、泥石流) 、水文过程( 如洪水) 和地质运动( 地震、海啸) 等; 人为因素主要指各种不合理的人类活动,如过度放牧、滥垦、污染物排放、过度抽取地下水等.

  根据区域与驱动力的差异性,土地退化有多种分类方法。全球土壤退化评价( GLASOD) 将土壤退化定义为人类引起的现象,它降低了土壤支持人类生存的能力( 目前和将来) ,并将其划分为水蚀退化、风蚀退化、物理退化和化学退化 4 类。赵其国等将我国土地退化分为土壤侵蚀、土壤性质恶化和非农业占地 3 类。朱震达等按起主导作用的营力,将土地退化划分为风力作用下的荒漠化土地、流水作用下的荒漠化土地以及物理化学作用下的荒漠化土地 3 类。沈渭寿等将中国土地退化划分为风蚀作用下的土地退化、水蚀作用下的土地退化、物理退化和化学退化 4 类。目前,多数研究者或机构主要根据土地退化的成因、特点、主要营力、可操作性和后果等进行类型划分,但尚无统一方案。

  1. 3 矿区土地退化的内涵

  按导致土地退化的营力和矿区范围,矿区土地退化因素亦可分为人为因素和自然因素,其中,人为活动是导致矿区土地退化的主导因素。根据开采方式,采矿系统可分为露天开采和地下开采 2 大类。总体来讲,露天开采的地面扰动比地下开采要大,地下开采导致的水资源破坏和地面塌陷等危害较露天开采大.

  露天开采主要由生产设施( 采矿场、选矿厂) 、采矿工业场地、行政管理与生活服务设施、公用工程设施、矿区道路( 包括运矿道路、运废石道路、至尾矿库道路等) 、弃渣场( 排土场、尾矿库) 和拆迁安置工程等组成.直接从敞露于地表的采矿场采出有用矿物,或将矿藏上的覆盖物( 岩石、土壤等) 剥离、开采显露矿层,这样的开采方式会导致开采区域的地形地貌、土壤系统、景观系统和生态系统完整性等都受到不同程度的影响,往往形成大型的人工剖面和大型排土场。露天开采对生态环境最直接、最严重的影响是土地毁损( 压占、挖损等) ,导致地表自然系统破坏,水土流失加剧,滑坡、泥石流等地质灾害频发,水体和土壤污染等。

  地下开采主要由生产设施( 采矿场、选矿厂) 、坑口工业场地、行政管理与生活服务设施、公用工程设施、矿区道路、弃渣场( 排土场、尾矿库) 、拆迁安置工程和地表沉陷区等组成.该开采方式通常采用立井、斜井和平硐形式从地下矿床采出有用矿物.地下开采会形成大量采空区,引发地面沉降和塌陷,加之大量疏矸排水,造成矿区地表塌陷、裂隙、地下水位下降、土壤干化等,影响当地群众的生产和生活.此外,尾矿库存在巨大的环境风险。由于大量裸露土地的长期存在,矿区极易产生风蚀和水蚀作用。

  为突出矿区受人类活动高强度干扰和加速侵蚀的特点,在参照土地退化概念和内涵的基础上,可以将矿区土地退化理解为: 以矿产资源开发产生的生态破坏与环境污染为主要营力,高强度的人类干扰叠加在矿区自然侵蚀的本底之上,综合一种或数种营力致使矿山开采区、辅助生活区,以及生态破坏与环境污染间接影响区的土地质量和生产力下降( 自然生产力和自维持能力) 的一个动态过程。

  2 矿区土地退化类型与驱动因素

  基于建设绿色矿山和矿区环境管理的需求,将矿区土地退化分为生态破坏导致的土地退化、环境污染导致的土地退化和自然侵蚀导致的土地退化 3大类。其中,生态破坏和环境污染导致的土地退化是人类不合理的矿山采选活动叠加在自然侵蚀之上而产生的自然系统加速退化过程。

  2. 1 生态破坏导致的土地退化

  矿山采选活动不仅破坏原始地貌,导致土地毁损、土壤质量下降、自然生产力降低、生物多样性丧失和景观破坏等后果,而且导致矿区的生态系统完整性受损,生态服务与调节功能降低甚至完全丧失。该类型的土地退化主要位于矿山矿界范围内。

  首先,矿山开采期间会引起不同程度的地表下沉、塌 陷、岩 体 开 裂、山 体 滑 坡 等 地 质 环 境 问题.以安徽省为例,截至 2011 年底全省矿山累计占用、损毁土地面积为 760. 43 km2( 其中,井下开采损毁 504. 13 km2,露天开采损毁 221. 01 km2,尾矿及固体废弃物占用 21. 75 km2) ,其他地貌景观遭受破坏的土地面积为 13. 54 km2; 采矿损毁土地面积以50 ~60 km2·a- 1的速度递增,远大于矿山地质环境治理速度.

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