西部重點礦區土地退化因素調查

卞正富，沈渭壽

(1.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州　221116；2.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京　210042)

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西部重點礦區土地退化因素調查

卞正富1，沈渭壽2

(1.中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇 徐州221116；2.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京210042)

摘要：在國家科技基礎性工作專項的支持下，西部重點礦區土地退化因素調查工作于2014年初正式啟動。按照總體調查方案，需要對51個煤礦區作一般性調查，對12個重點煤礦區、17個重點金屬礦山和8個重點非金屬礦山進行重點調查，對2個煤礦區開展土地退化因素跟蹤監測，分為5個課題進行。項目啟動近2 a來，項目組重點編制了調查技術方案與規程草案，搭建了調查礦區的自然地理與環境本底數據庫平臺，完成了近60%的野外調查任務，初步掌握了重點煤礦區、金屬礦山和非金屬礦山的土地退化特點、規律和驅動因素。調查結果表明，不同的礦產資源開發引起土地退化的因素不同，位于不同地理區域的礦區損毀的土地類型也不同。

關鍵詞：礦產開發；土地退化；調查；西部

礦產資源與土地不僅是我國經濟快速發展的重要保障,也是全球經濟與社會發展的基礎。我國西部省區礦產資源豐富,正經歷著前所未有的大開發。國務院發布的《能源發展“十二五”規劃》中提出建設的5個國家綜合能源基地分別位于山西、鄂爾多斯盆地、內蒙古東部地區、西南地區和新疆,其中,4個集中在我國西部省份,而山西基地由于開發歷史長,資源逐步枯竭,缺乏增長潛力,且由于歷史原因,山西的資源開發導致的環境問題已十分突出[1]。因此,能源開發的重心已轉移至西部省份。以煤炭為例,西部11個省份預測資源量占全國的84.6%,產量占全國的比例也已經超過60%[2]。西部礦產資源開發面臨的問題是更為脆弱的生態環境,如果在開發過程中不注重環境保護和土地退化因素,將帶來比中東部更為嚴重的后果。

對于土地退化,國際土壤參考資料和信息中心(ISRIC)發布的全球人類誘發的土壤退化評價(GLASOD)將土地退化定義為土壤生產能力的惡化或完全喪失,將其劃分為水蝕、風蝕、物理和化學4種類型,并指出人類活動已引起全球15%的土地產生退化;聯合國糧農組織(UN FAO)進一步將其劃分為10 種形式,即表土損失、地形變形、養分流失、鹽漬化、板結、污染、風蝕、水淹、酸化和下沉,占比分別為70%、13%、6.9%、3.9%、3.5%、1.1%、0.6%、0.5%、0.3%和0.2%[3];《聯合國防治荒漠化公約》(UNCCD)將土地退化劃分為土壤侵蝕、土壤物理化學及生物特性或經濟特性的喪失以及自然植被的長期喪失3大類[4-5];北京大學蔡運龍教授將中國的土地退化劃分為沙漠化、土壤侵蝕、土地污染、鹽堿化與潛育化、耕地生產力下降以及采礦跡地6大類[6]。關于礦產資源開發誘發的土地退化有必要在既有分類基礎上進一步尋求誘發因素,找出根源,以便控制礦產資源開發區的土地退化和開展有效的生態恢復工作。世界主要采礦國家都十分重視礦區土地退化的調查與控制工作,將其作為礦區環境保護的重要內容。在美國西部,數千個被廢棄的硬巖金屬礦山(如金、銅、鉛和鋅)遺留下許多問題,這些廢棄礦山反映了美國西部的發展歷史,同時也對人類健康和當地生態系統構成了潛在威脅,美國地質調查局(USGS)為保護和恢復廢棄礦山土地附近的環境,開展了廢棄礦山土地優先研究項目,該項目的宗旨是凈化被廢棄礦山污染的聯邦土地。加拿大聯邦政府建有“礦產地索引數據庫”,加拿大地質調查局(GSC)設有礦產地學計劃(MGP),該國在MGP經費大幅減少情況下,仍然加強區域地球化學調查與地表調查,減少礦產調查項目費用,增加環境調查項目費用[7]。我國尚未開展過采礦區地表環境的系統調查,需要的參數以估算或類比參數為主,為加強礦區環境管理與生態恢復,迫切需要分礦山類型開展土地退化調查工作。

1調查范圍與方法

1.1調查范圍

調查范圍包括我國西部的四川、云南、貴州、重慶、廣西、西藏、陜西、內蒙古、甘肅、青海、新疆和寧夏12 個省(市、自治區)。礦產類型分為煤炭、金屬和非金屬3類,煤炭重點礦區主要集中在云、貴、陜、蒙、新、寧和甘等省(自治區),金屬重點礦區主要分布在青、藏、新、蒙、陜、甘、川和桂等省(自治區),非金屬重點礦區主要分布在青、藏、蒙、川、陜等省(自治區)?？梢?除少量金屬、非金屬礦區位于青藏高原外,其他大部分重點調查礦區位于我國地形的二級階梯上。為此,將調查范圍劃分為青藏、蒙東、新疆、陜甘寧蒙和云貴5個片區。此次調查區域除具有地勢高、平地少特征外,地表覆蓋以林草、荒漠為主,耕地較少,西北干旱區植被稀疏,易毀難造。

1.2調查方法

采用重點調查與一般調查相結合的方法進行調查。一般調查主要收集我國重點礦區的自然地理環境背景數據,包括基礎地理、礦產資源、地質災害、社會經濟、土地利用、土地覆被、土地退化專題數據及其他數據,一般調查的礦區個數為51個;重點調查是在一般調查的基礎上,選取12個重點煤礦區、17個重點金屬礦山和8個非重點金屬礦山進行深入調查,選用較大比例尺的底圖或遙感影像,調查礦區土地利用、土地挖損與壓占、礦區開發、水土流失、土地沙漠化、土地污染、地質災害以及土地復墾與生態恢復狀況,土地利用現狀調查尺度以1∶1萬和1∶5萬比例尺為主。在重點調查的基礎上,還對2種類型的重點煤礦進行動態監測,這2個重點煤礦區是位于內蒙的神東井工開采礦區和準格爾露天煤礦區。

整個調查項目分為西部重點礦區自然地理與環境本底調查、重點煤礦區土地退化因素調查、金屬礦山土地退化因素調查、非金屬礦山土地退化因素調查以及西部重點礦區土地退化數據庫建設與共享發布5個課題展開。調查內容及技術路線見圖1。

2初步調查成果

2.1礦區土地退化因素調查技術方案及規程

編制礦區土地退化因素調查技術方案及規程草案是調查工作得以順利進行并保證調查質量的基礎。技術方案與規程草案對下述調查內容及調查方法、數據獲取精度要求做了統一而明確的規定,以保證調查數據的可靠性和可比性。

露天煤礦調查主要包括露天采場的挖損、外排土場的壓占和土地復墾狀況等。(1)土地挖損狀況調查:對露天采場的地表境界線、底部境界線、開采深度、地表變形的邊坡、土體剖面挖損土層厚度以及對地表水和地下水的影響;(2)土地壓占狀況調查:主要包括表土剝離和外排土場堆土的壓占。主要調查表土剝離堆放狀況、堆放壓占面積、堆土場的邊坡穩定性、外排土場壓占土地狀況以及外排土場堆放的邊坡穩定性等;(3)土地復墾狀況調查:主要包括露天采場和外排土場的復墾狀況,具體調查復墾工藝、土地復墾面積、土地復墾率、土壤重構措施、復墾土地利用方向、土地復墾效果、重建植被類型和配置方式以及相關管護措施;(4)礦山開發狀況調查:主要包括調查區內礦山分布密度、挖損區面積占總面積的比例以及露天煤礦剝采比等。

圖1　調查內容與技術路線

井工煤礦調查主要包括土地塌陷、土地壓占和土地復墾等因素。(1)土地塌陷狀況調查：主要包括土地變形、地表裂縫、土壤性狀、水文狀況以及植被狀況的調查。具體包括塌陷區面積、塌陷深度、萬噸塌陷率、塌陷區各土地利用類型面積、地表裂縫的寬度和間距、土壤肥力狀況、土壤有機質含量、土壤酸堿度、土壤侵蝕狀況、土壤鹽堿化程度、土地塌陷對地表水和地下水的影響、礦井水涌水量以及地面植被覆蓋率變化等;(2)土地壓占狀況調查:主要包括表土剝離壓占和矸石山壓占2個部分。具體指表土剝離堆放方式、堆放壓占面積、堆土場邊坡穩定性、萬噸排矸率、矸石山壓占面積、矸石山高度、矸石山邊坡穩定性、矸石堆放對地表水和地下水的影響以及矸石山的自燃狀況等;(3)礦山開發狀況調查:主要調查區內礦山分布密度、煤礦采深采厚比以及采空區面積占總面積的百分比等;(4)土地復墾狀況調查:主要包括塌陷區土地復墾率、土地復墾面積、復墾土地利用方向、土地復墾措施、土地復墾效果以及矸石山復墾狀況等。

對于金屬礦山與非金屬礦山的調查,由于涉及的礦種類型多，生態破壞與環境污染問題復雜,特別是土壤污染、固體廢棄物污染和水污染等導致的土地污染較煤礦嚴重,建立了礦區土地退化因素分類體系[8]。除上述土地毀損(挖損、塌陷和壓占)等引起的直接土地退化以外,還重點從土壤元素污染(Cd、Hg、As、Cu、Zn、Ni、Cr和Pb)、土壤養分(pH值、有機質、全氮、全磷和全鉀)、水污染(pH值、水溫、溶解氧、濁度和電導率)等方面,調查了典型礦區土地污染和退化特點。

自然地理與環境本底數據按照8大類數據建庫,分別為土地利用數據庫、土地覆被數據庫、土地退化專題數據庫、地質災害數據庫、基礎地理數據庫、礦產資源數據庫、社會經濟數據庫和其他數據庫。用戶上傳的數據是總體的文件地理數據庫以及相應的元數據文檔和數據說明文檔,需要后臺進行分類。后臺可進行簡單的智能分類,為確保正確地理要素與相應的元數據和說明文檔的映射關系,用戶需手動來進行確認操作。

統一了元數據文檔編寫格式,開發了西部礦區土地退化調查信息登記系統,初步完成了數據共享上傳平臺,編制了部分西部煤礦區自然地理與環境本底圖集。

2.2初步掌握部分重點煤礦區土地退化狀況

已調查完成了分布在云南、貴州、四川、內蒙古、寧夏和新疆等省(自治區)的一般調查礦區,分布在寧夏、內蒙古、云南、貴州和新疆的石嘴山、寧武、神東、準格爾、平莊、勝利、小龍潭、盤縣、準東等重點煤礦區的調查工作已初步完成。

調查結果表明:以內蒙古、寧夏重點煤礦區為代表的西北煤礦區生態環境脆弱,植被覆蓋度低,大中型露天煤礦多,土地挖損、壓占面積大,生態環境受采礦影響明顯。礦區內土地利用以草地、林地為主,土壤侵蝕兼有水力和風力侵蝕,地質災害以地面塌陷和地裂縫為主,土地退化主要表現形式為土地荒漠化。以貴州、四川重點煤礦區為代表的西南煤礦區植被覆蓋度高,生態環境較西北礦區良好,小型井工煤礦多,周圍環境受采礦影響不顯著。礦區內土地利用以耕地、林地為主,土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主,地質災害以滑坡和泥石流較突出,土地退化主要表現形式為土地石漠化,整體呈加劇趨勢。內蒙古的勝利礦區、平莊礦區土地退化主要體現在土地挖損、土地壓占、水土流失、沙漠化和土地污染等方面;貴州的盤縣礦區土地退化主要體現在矸石山壓占、土地石漠化、土地污染和地質災害等方面;云南的小龍潭礦區土地退化主要體現在土地挖損、土地壓占和地質災害等方面。

2.3初步掌握重點金屬和非金屬礦山的土地退化因素

已調查了7個典型金屬礦山和4個非金屬礦山。7個金屬礦山分別為內蒙古的白云鄂博鐵礦區和稀土礦區,陜西的金堆城鉬礦區和銀硐子銀礦區,以及甘肅的崖灣銻礦區、塔兒溝鎢礦區和金川鉑礦區,涉及黑色、有色、貴金屬和稀土金屬4種類型。4個非金屬礦山分別為內蒙古達茂旗螢石礦區、蘇莫查干螢石礦區和準格爾高嶺土礦區,以及陜西榆林高嶺土礦區,有石灰石、螢石和高嶺土3種類型。

調查的9個重點金屬和非金屬礦區面積及土地損毀情況見表1。由表1可知,不同的礦產類型、不同的地質采礦條件,礦區土地損毀類型也不同,受破壞的土地類型主要取決于地理位置,如內蒙古以草地為主。

表1幾個典型金屬與非金屬礦山土地損毀情況

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

礦區總面積/萬m2不同損毀類型土地面積占總面積比例/%主要土地類型開采區排土場尾礦庫建設用地名稱面積/萬m2內蒙白云鄂博鐵/稀土礦區5058.4313.1739.0919.8227.92草地2871.69陜西金堆城鉬礦區730.8430.7131.0118.9919.30建設用地168.34陜西銀硐子銀礦區26.2014.124.1654.8126.91耕地20.14甘肅金川鉑礦區7812.076.285.6816.1371.91建設用地4354.69甘肅崖灣銻礦區36.1115.9233.7928.2722.02耕地18.29內蒙古達茂旗螢石礦區284.6028.4316.3542.1713.05草地174.44內蒙古蘇莫查干螢石礦區153.1221.7433.1717.6927.40建設用地135.14內蒙古準格爾高嶺土礦區4003.0423.5055.267.1014.14草地2456.02陜西榆林高嶺土礦區652.3820.9230.825.7142.56濕地652.37

對照GB 15618—1995《土壤環境質量標準》三級標準,白云鄂博鐵礦區35個調查樣點中只有1個樣點土壤Pb 和Cd 超標,超標141%和381%,其他各樣點8種元素均不超標;金堆城鉬礦區10個調查樣點中只有礦坑滲漏水下游河岸和露天采礦區2個樣點Zn超標,其他元素均不超標;陜西銀硐子銀礦區5個采樣點中,只有樣點4的Cd超標,其他均不超標;甘肅金川鉑礦區超標元素有老尾礦庫生態修復區的Ni,礦坑邊和排土場滲濾溝土壤中的As,露天采場邊草坪、礦坑邊土、排場滲濾溝、生活區和老尾礦庫生態修復區土壤中的Cd;內蒙古達茂旗螢石礦區的15個樣點中,2個樣點的As,1個樣點的Cu、 Cd、 Zn和As,1個樣點的Cd和As超標,As超標最高達397%,其他各樣點8種元素均不超標;內蒙古準格爾高嶺土礦區的7個采樣點、陜西榆林市高嶺土礦區的2個采樣點的8種元素均未超標。由此可以判斷土地污染程度與礦種類型有關。

3下一步的工作

3.1完善西部重點礦區土地退化因素調查規程

調查方案和規程不盡合理,導致目前的調查工作中還存在名詞術語不統一、不同類型礦區的調查數據可比性差以及同一類型礦產不同地區的礦區調查數據缺乏完整性或者數據精度不統一的問題,均有待下一步完善。期待完善后的調查規程不僅能指導下一步的調查工作,還能作為行業標準為今后類似的調查服務。

3.2完善數據共享系統

數據共享是此次調查的最終目的,目前數據共享方案只在項目組承擔單位內使用,今后如果對社會開放,還需考慮用戶數量、數據類型及其安全性等。

3.3調查數據挖掘

調查數據的挖掘工作包括利用調查得到的數據進一步分析土地退化規律,如礦區植被退化程度、土地荒漠化程度、土地污染風險和水土流失程度等,進一步分析土地退化與采礦工程之間的關系,提出源頭控制礦區土地退化的技術措施和政策措施等。

致謝: 在項目立項啟動及年度工作總結中項目跟蹤專家組孫九林院士、孟偉院士、黃鼎成、歐陽志云、李振山、李全生、韓霽昌等專家對調查方案和研究思路提出了寶貴建議。野外調查與室內數據處理工作由中國礦業大學、環境保護部南京環境科學研究所、中國國土資源航空物探遙感中心、南京信息工程大學、中國科學院寒區旱區環境與工程研究所和中國土地勘測規劃院6家單位的數十位同志參與完成。對專家的建議及項目組成員的辛勤勞動表示感謝!

參考文獻：

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[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.

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(責任編輯： 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

作者簡介：卞正富(1965—),男,江蘇建湖人,教授,博士,研究方向為土地資源管理。E-mail: zfbian@cumt.edu.cn

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.001

中圖分類號：X821；X37；TD8

文獻標志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)02-0173-05

基金項目：國家科技基礎性工作專項(2014FY110800)

收稿日期：2016-01-06

編者按: 國家科技基礎性工作專項“西部重點礦區土地退化因素調查”由中國礦業大學與環境保護部南京環境科學研究所共同牽頭承擔，共設置5個課題，分別為自然地理與環境本底調查、重點煤礦區土地退化因素調查、金屬礦山土地退化因素調查、非金屬礦山土地退化因素調查、土地退化數據庫建設與共享發布。自2014年啟動實施以來，在卞正富教授和沈渭壽研究員的共同帶領下，項目組按照任務書要求和年度計劃，編制了西部重點礦區土地退化因素調查技術方案及分類體系，開展了內蒙古、陜西、甘肅、貴州、寧夏和四川6個省(自治區)3大類典型礦區(煤礦、金屬礦和非金屬礦)的土地退化因素調查，獲取了導致礦區土地退化的生態破壞和環境污染等方面的大量第一手科學數據，詳細調查與評估了不同類型重點礦區土地退化現狀、類型、成因和趨勢，初步掌握了典型礦區土地退化的特點、規律和驅動因素。本刊將分期刊載該項研究的20余篇優秀論文。