礦山廢棄地生態(tài)退化程度評(píng)價(jià)

王超，畢君，尤海舟

1.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北 石家莊 050067；2.河北省林木良種工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050061

礦山廢棄地是受采礦活動(dòng)劇烈干擾所形成的極度退化的生態(tài)系統(tǒng)。由于采礦活動(dòng)中需要大面積剝離表層巖土和產(chǎn)生大量的廢棄渣石，使區(qū)域景觀破碎化，原生土壤-植被系統(tǒng)遭到完全破壞，土地退化為原生裸地乃至失去利用價(jià)值，并引發(fā)系列的環(huán)境問題如水土流失、環(huán)境污染和地質(zhì)災(zāi)害等(劉海龍，2004)；尤其是金屬礦山廢棄地，由于較高的剝采比和重金屬環(huán)境背景值，表面多形成極端的生態(tài)環(huán)境（薛生國(guó)等，2009），生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展演替困難，生態(tài)恢復(fù)難度較大。我國(guó)礦山生態(tài)恢復(fù)始于 20世紀(jì) 70年代后期，目前在生態(tài)恢復(fù)的理論、規(guī)劃與實(shí)踐等多個(gè)方面仍處于薄弱環(huán)節(jié)；全國(guó)平均恢復(fù)率約為10%～12%，而金屬礦山廢棄地恢復(fù)率較低(5%以下)，與礦業(yè)先進(jìn)國(guó)家的廢棄地恢復(fù)率(50%～80%)相差甚遠(yuǎn)（李明順等，2005）。礦山廢棄地生態(tài)系統(tǒng)退化程度評(píng)價(jià)是對(duì)生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀、生態(tài)影響和可治理難易程度的評(píng)估過程，可為生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)、生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃和生態(tài)治理工程等提供理論基礎(chǔ)。由于礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境的高度復(fù)雜性，已有生態(tài)退化研究多集中于某一方面，而綜合性反映生態(tài)退化程度的研究較少。何書金、孫明迪等對(duì)礦區(qū)廢棄地土地可恢復(fù)潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)（何書金和蘇光泉，2000；孫明迪等，2006），李江峰對(duì)礦區(qū)廢棄地恢復(fù)生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)（李江峰，2010），冀紅娟等對(duì)尾礦庫環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)（冀紅娟等，2008）。礦山廢棄地根據(jù)產(chǎn)生原因可劃分為采礦跡地、排巖場(chǎng)、尾礦庫、壓占區(qū)等主要類型（王超和畢君，2012；吳歡和周興，2003；劉國(guó)華和舒洪嵐，2002），本文分別廢棄地類型進(jìn)行了生態(tài)退化程度的綜合評(píng)價(jià)研究。

1 生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

目前生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法大致分為2種。一種是生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法，主要考慮生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性，例如對(duì)自然保護(hù)區(qū)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)均來自于生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)自然環(huán)境因子，如張崢等對(duì)我國(guó)濕地生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究（張崢等，2000），張濤對(duì)徐州山地森林生態(tài)質(zhì)量的評(píng)價(jià)（張濤等，2009）；另一種評(píng)價(jià)方法是從社會(huì)--經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)來評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所引起的自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變程度，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)強(qiáng)度，如陳橋?qū)邶埥〉V山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)（陳橋，2003）。隨著生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究的不斷深入，兼顧自然因子、人為干擾強(qiáng)度因子的評(píng)價(jià)方法已逐步得到應(yīng)用，如劉燕對(duì)陜北黃土高原生態(tài)質(zhì)量的評(píng)價(jià)（劉燕和劉康，2010）。由于礦山廢棄地是受高強(qiáng)度人為干擾所形成的極度退化生態(tài)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)結(jié)果既要反映礦山廢棄地生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀，也要反映采礦活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度，因此評(píng)價(jià)時(shí)需要同時(shí)考慮生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)屬性。

生態(tài)退化是指由于人類對(duì)自然資源以及不合理利用而造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞、功能衰退、生物多樣性減少、生物生產(chǎn)力下降以及土地生產(chǎn)潛力下降、土地資源喪失等現(xiàn)象（劉國(guó)華等，2000），表征礦山廢棄地生態(tài)退化程度的指標(biāo)通常來自于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)負(fù)面影響、環(huán)境污染及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等方面。由于生態(tài)系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，選擇導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化的主要因子或以宜于反映生態(tài)系統(tǒng)破壞程度或恢復(fù)潛力、生態(tài)影響范圍及程度的自然因子和工程指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，遵循概況性和普適性強(qiáng)、數(shù)量少、便于直接獲得和應(yīng)用的原則（馬祥愛，2005）。

1.1 尾礦庫生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)

尾礦庫是由金屬礦石精選后的廢渣堆棄而成，由細(xì)微的巖土顆粒組成，主要生態(tài)限制性因子為表面干旱高溫的小氣候，土壤缺失和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏、不適宜的pH值以及重金屬離子濃度過高等；生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響表現(xiàn)為自然植被難以生長(zhǎng)、易于水蝕和風(fēng)蝕、粉塵和重金屬離子等有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染，尾礦庫潰壩誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等。因此評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇庫容（設(shè)計(jì)等級(jí)）、坡度、pH值、有害物質(zhì)濃度、自然植被蓋度和安全度6項(xiàng)因子。

1.2 采礦跡地生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)

采礦跡地指礦山采掘過程中對(duì)山體表面直接破壞所形成的創(chuàng)面，地表完全由巖石組成，土壤-植被結(jié)構(gòu)被破壞，生態(tài)限制性因子為土壤結(jié)構(gòu)的缺損、不適宜的pH值和較高的重金屬離子濃度等；生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響表現(xiàn)為自然植被難以生長(zhǎng)、易于水土流失、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)隱患和環(huán)境污染物質(zhì)超標(biāo)等。因此評(píng)價(jià)指標(biāo)選取地表物質(zhì)組成、地表平整度、有害物質(zhì)濃度、自然植被蓋度、面積、地質(zhì)安全性 6項(xiàng)因子。

1.3 排巖場(chǎng)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)

排巖場(chǎng)，通常又稱排土場(chǎng)，是在礦山采掘、采選過程中由剝離廢棄的土壤、石塊和礫石人工堆棄成的松散堆墊體，主要生態(tài)限制性因子為土壤和植被的缺損，水土流失、環(huán)境污染隱患和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等，選取設(shè)計(jì)等級(jí)、物質(zhì)組成、安全度、自然植被蓋度、有害物質(zhì)濃度和坡度6項(xiàng)因子做為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.4 壓占區(qū)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)

壓占區(qū)指由于生產(chǎn)作業(yè)、建筑、交通等先占用后破壞的土地，生態(tài)限制性因子為土壤和植被的破壞，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取壓占面積、地表物質(zhì)組成、有害物質(zhì)濃度和自然植被蓋度4項(xiàng)因子。

2 生態(tài)退化程度的綜合評(píng)價(jià)

礦山廢棄地生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)來自于土壤、植被、景觀和工程等方面，難以實(shí)現(xiàn)不同指標(biāo)的直接量化比較。本文采用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值；結(jié)合實(shí)地調(diào)查結(jié)果、國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)值和專家賦值等對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化和標(biāo)準(zhǔn)化，最后運(yùn)用各指標(biāo)權(quán)重綜合確定生態(tài)退化等級(jí)。

2.1 層次模型的建立

根據(jù)所選擇的指標(biāo)，其生態(tài)退化因子可分為 3層樹狀結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)則層分為4個(gè)方面：工程設(shè)計(jì)條件、土壤條件、地形和地質(zhì)條件、植被條件，其下層由9項(xiàng)評(píng)價(jià)因子組成，層次結(jié)構(gòu)詳見圖1。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值的確定方法

層次分析法是定性和定量分析相結(jié)合的一種評(píng)價(jià)和決策方法。首先采用專家打分法確定各指標(biāo)的重要值標(biāo)度，然后采用和積法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重和最大特征向量，最后進(jìn)行歸一化處理，以量化區(qū)別各指標(biāo)的權(quán)重值（張崢等，2000）。重要值標(biāo)度是為了評(píng)價(jià)各指標(biāo)間的重要性，即在評(píng)價(jià)時(shí)的權(quán)重，各重要值標(biāo)度含義詳見表1。

表1 重要值標(biāo)度含義Table 1 The meaning of importance value

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算借助于天津大學(xué)管理學(xué)院編制的AHP軟件系統(tǒng)完成。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算

依據(jù)專家對(duì)各評(píng)價(jià)因子的打分結(jié)果，各類型廢棄地不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值計(jì)算結(jié)果見表2～表5。從各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果看，破壞面積成為反映生態(tài)退化程度最重要的指標(biāo)；其次是地表物質(zhì)組成，主要反映了破壞程度的嚴(yán)重性，安全性反映了潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，也是評(píng)價(jià)中備受關(guān)注的指標(biāo)；而植被、有害物質(zhì)濃度雖然更能直觀反映生態(tài)退化的程度和易于治理程度，但主要受地表破壞程度的影響，但所得權(quán)重值最低。

3 生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分與量化

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分

根據(jù)礦山廢棄地實(shí)地調(diào)查結(jié)果，參考國(guó)內(nèi)外已有對(duì)生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)研究，進(jìn)行生態(tài)退化等級(jí)劃分：

（1）生態(tài)系統(tǒng)較好（Ⅰ級(jí)）：對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和影響較小，仍具有原有生態(tài)功能，易于治理或不需治理，基本無環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患。本生態(tài)退化等級(jí)定義為可自然恢復(fù)級(jí)。

表2 尾礦庫生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值Table 2 The weight value of evaluation index on tailings reservoir

表3 采礦跡地生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值Table 3 The weight value of evaluation index on mined land

表4 排巖場(chǎng)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值Table 4 The weight value of evaluation index on waste dump

表5 壓占區(qū)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值Table 5 The weight value of evaluation index onoccupied land

（2）生態(tài)系統(tǒng)一般（Ⅱ級(jí)）：對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)和影響較大，但仍具有一定的自然恢復(fù)能力，可以治理，基本無重大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患。本生態(tài)退化等級(jí)定義為可治理級(jí)。

（3）生態(tài)系統(tǒng)較差（Ⅲ級(jí)）：原有生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全被破壞，進(jìn)展演替困難，有較大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患，難于治理。本生態(tài)退化等級(jí)定義為難于治理級(jí)。

（4）生態(tài)系統(tǒng)很差（Ⅳ級(jí)）：原有生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全被破壞，無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)展演替，有重大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患，治理難度極大。本生態(tài)退化等級(jí)定義為無法治理級(jí)。

各類型廢棄地等級(jí)閾值劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表 6～表10。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化

本次評(píng)價(jià)包括定性和定量指標(biāo)，指標(biāo)的量化和標(biāo)準(zhǔn)化是生態(tài)退化程度量化比較的前提。首先對(duì)各指標(biāo)賦以標(biāo)準(zhǔn)分值 10分，然后對(duì)定性指標(biāo)采用專家賦分法進(jìn)行分級(jí)量化，最后采用百分比法對(duì)各指標(biāo)的退化等級(jí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。選取實(shí)地調(diào)查的極限值、國(guó)家相關(guān)的法定標(biāo)準(zhǔn)值為參照值，難以獲得極限值和標(biāo)準(zhǔn)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)?、艏?jí)標(biāo)準(zhǔn)下限值的 1.5倍為極限值。對(duì)于與生態(tài)退化強(qiáng)度呈正相關(guān)的指標(biāo)采用公式（1）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，負(fù)相關(guān)指標(biāo)采用公式（2），對(duì)于參照值為區(qū)間的指標(biāo)（如pH值）采用公式（3）。同一指標(biāo)中有2項(xiàng)因子的情況下（主要是設(shè)計(jì)等級(jí)），以主要生態(tài)影響因子（庫容）為計(jì)算依據(jù)。

其中：F為量化值；S為參照值；C為實(shí)際值；B為某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦分值，B=10.0；K為實(shí)際得分值；W為權(quán)重值。

以上計(jì)算中當(dāng)C值等于或超過S值時(shí)，正相關(guān)時(shí)取K=10，負(fù)相關(guān)時(shí)取K=0。

各類型廢棄地生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)詳細(xì)量化與標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果分別見表6～表9。

4 礦山廢棄地生態(tài)退化等級(jí)評(píng)價(jià)

綜合以上量化、標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，采用公式4計(jì)算各類型礦山廢棄地生態(tài)退化程度實(shí)際得分值，匯總后可得各評(píng)價(jià)等級(jí)的域值，詳見表10。

5 應(yīng)用案例

5.1 案例概況

遵化市位于河北省東北部，屬燕山山脈東段南麓的低山丘陵區(qū)。本區(qū)鐵礦資源豐富，但以貧礦居多，形成了以中小民營(yíng)企業(yè)為主的礦山開采局面。由于不注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，形成了大面積礦山廢棄地，急需進(jìn)行生態(tài)治理。馬棚峪鐵礦位于遵化市東部，屬遵化市中型礦山，集采礦、選礦工藝，年產(chǎn)精鐵粉近萬t，主要以露采為主，總占地面積約20 hm2。區(qū)內(nèi)有尾礦庫2座，庫容分別為200萬m3和30萬m3；采坑占地4 hm2，深28 m；土壤礫石型排巖場(chǎng)1.6 hm2，廢棄土石量300萬m3，因生產(chǎn)、交通等廢棄土地約2 hm2。各類型廢棄地土壤基本可達(dá)到國(guó)家規(guī)定的土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表6 尾礦庫生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)表Table 6 The quantization and standardization of evaluation index on tailings reservoir

表7 采礦跡地生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)表Table 7 The quantization and standardization of evaluation index on mined land

表8 排巖場(chǎng)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)表Table 8 The quantization and standardization of evaluation index on waste dump

表9 壓占區(qū)生態(tài)退化評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)表Table 9 The quantization and standardization of evaluation index on occupied land

表10 礦山廢棄地生態(tài)退化評(píng)價(jià)等級(jí)Table 10 The evaluation grade of ecological degration on mine wasteland

5.2 案例分析

采用上文的生態(tài)退化評(píng)價(jià)方法，對(duì)馬棚峪鐵礦廢棄地分類型進(jìn)行生態(tài)等級(jí)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果詳見表11。

根據(jù)表 11的評(píng)價(jià)結(jié)果，馬棚峪鐵礦各類型廢棄地中以露采跡地生態(tài)退化最為嚴(yán)重，治理難度最大；2＃尾礦庫、排巖場(chǎng)和壓占區(qū)生態(tài)退化程度較輕，較為易于治理。從實(shí)際情況分析，2＃尾礦庫、排巖場(chǎng)和壓占區(qū)占地面積較小，坡度相對(duì)平緩，只要適當(dāng)削坡加固和表層覆土即可種植植被；1＃尾礦庫占地面積大，坡度陡，安全形勢(shì)不容樂觀，應(yīng)加緊治理；露采跡地已退化為原生巖質(zhì)裸地，完全不存在植被生長(zhǎng)的基礎(chǔ)條件，治理難度很大。以上評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合現(xiàn)實(shí)情況，可應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

表11 馬棚峪鐵礦廢棄地生態(tài)退化等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 11 The evaluation grade of ecological degration on Mapengyu mine wasteland

6 結(jié)論與討論

本文建立了針對(duì)尾礦庫、排巖場(chǎng)、采礦跡地和壓占區(qū)4種礦山廢棄地類型生態(tài)退化程度的評(píng)價(jià)體系，將其生態(tài)退化程度分為可自然恢復(fù)、可治理、難于治理和無法治理4個(gè)等級(jí)；所選擇的指標(biāo)相對(duì)簡(jiǎn)單、直觀，其中占用面積和地表破壞程度是最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過案例性分析有較好的適用性，可在實(shí)踐中應(yīng)用。

礦山廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)體系難以全面反映實(shí)際退化所引發(fā)的的生態(tài)負(fù)面影響，如水土流失的加劇程度、有害物質(zhì)的擴(kuò)散程度、生物生產(chǎn)力的下降程度等多個(gè)方面，但指標(biāo)過多又使評(píng)價(jià)系統(tǒng)過于繁瑣而易于忽略主要生態(tài)問題，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)情況對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行合理篩選，以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

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