金属和非金属矿山土地退化因素调查

李海东，沈渭寿

(环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京　210042)



金属和非金属矿山土地退化因素调查

李海东，沈渭寿

(环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京210042)

摘要：自2014年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”启动以来，课题组根据制定的调查技术方案和分类体系，完成了内蒙古、陕西和甘肃等省(自治区)11个典型矿山的调查任务，对比分析了金属和非金属矿区土壤重金属污染、土地毁损和土地利用变化的差异性。结果表明，金属矿区土壤重金属污染程度总体上大于非金属矿区，矿山开采方式对土地毁损的影响较大，露天开采、露天/地下开采的土地毁损总体上大于地下开采。

关键词：金属矿山；非金属矿山；土地退化因素；调查进展；西部地区

我国金属和非金属矿山的矿种类型多,矿山生态破坏与环境污染问题复杂,重金属污染、水污染和固废污染等总体上较能源矿山严重[1]。金属矿山既是资源集中地,又是天然的水土环境污染源;不少金属矿山的固体废物中含有放射性物质,对接触人群构成潜在的健康风险[2-3]。我国非金属矿产资源丰富,已发现130多种,储量居世界前列的有10余种,非金属矿的产品与制品(如石灰石、萤石、重晶石、滑石、菱镁矿和石墨等)产量多年来居世界之冠。非金属矿山多为露天开采,由于长期落后的采选冶技术、较低的综合利用程度等因素,非金属矿山及其周围环境破坏严重,主要表现为地表扰动(景观破坏、压占土地等)、土壤侵蚀和污染以及地质灾害等,影响区域/流域生态系统健康[1]。矿区土地退化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,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[3]。

自2014年以来,环境保护部南京环境科学研究所依托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”,完成了内蒙古、甘肃和陕西3省(自治区)7个典型金属矿区和4个典型非金属矿区的土地退化因素野外调查、样品采集和分析测试,涉及除石灰石、石棉以外的其他所有矿种。该文基于取得的阶段成果,重点介绍了金属和非金属矿区土壤重金属污染、土地毁损和土地利用变化情况,分析了不同矿种类型和开采方式的矿区土地退化特点,以期为金属和非金属矿山生态环境保护与修复提供依据。

1调查内容与对象

1.1调查内容

(1)矿区基本情况。根据露天开采和地下开采的差异性,调查各典型矿山的开采面积、拐点坐标、生产规模、设计服务年限和剩余年限、开采深度、剥离方式、项目建设规模、开采境界,以及开采工艺及设备、开拓运输方案、总平面布置、采区划分及开采顺序、开采进度计划、采剥工程量、剥离物排弃工艺、排土场参数和排土计划等。

(2)矿区土地退化因素分类。将矿区土地退化划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大类型,包括土地毁损、生态完整性损失、土壤重金属污染、土壤养分、水污染、自然侵蚀(风力、水力)6大类40多项指标[3],具体如下。① 土地毁损类:露天开采挖损土地面积、地下采空区面积、塌陷地面积、排土场占地面积、矸石占地面积和尾矿库占地面积。② 生态完整性损失类:植被破坏面积(草地、林地、农田)、植被覆盖度、生物丰度、自然生产力(生物生产量)、生物多样性和地下水位下降。③ 土壤重金属污染类:镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)和镍(Ni);不同矿种特征元素2～3种。④ 土壤养分类:土壤pH值、有机质、全氮、全磷和全钾。⑤ 水污染类:pH值、水温、溶解氧、电导率、浊度、化学需氧量、生化需氧量和氨氮;重金属染污物(Cd、Hg、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni)。⑥ 自然侵蚀(风力、水力)类:水土流失类型、程度与面积;沙漠化土地类型、程度与面积。

1.2调查对象

25个典型调查矿区的分类情况见表1。

表1金属和非金属矿山的典型调查矿区概况

Table 1Basic situations of representative metal and non-metal mining areas investigated

类型矿种矿区编号矿区名称开采方式分布地金属矿山黑色金属S1内蒙古白云鄂博铁矿区露天内蒙古白云鄂博S2西藏罗布莎铬矿区地下西藏山南地区曲松县S3广西大新县锰矿区露天/地下广西大新县S4四川攀枝花钒钛磁铁矿区露天四川攀枝花市有色金属S5西藏玉龙铜矿区露天西藏昌都地区江达县S6甘肃崖湾锑矿区地下甘肃西和县S7甘肃塔儿沟钨矿区地下甘肃肃北县S8广西南丹锡矿区地下广西南丹县S9陕西金堆城钼矿区露天陕西华县S10青海锡铁山铅锌矿区地下青海海西州S11广西平果铝土矿区露天广西平果县贵重金属S12新疆哈密金矿地下新疆哈密市S13四川东北寨金矿区地下四川阿坝州松潘县S14陕西银硐子银矿区露天陕西柞水县S15甘肃金川铂矿区露天/地下甘肃金昌市稀土金属S16内蒙古白云鄂博稀土矿区露天内蒙古白云鄂博S17四川冕宁稀土矿区露天四川冕宁县非金属矿山石灰石S18西藏山南矿区露天西藏山南地区乃东县S19青海门旦峡矿区露天青海湟中县萤石S20内蒙古达茂旗矿区露天/地下内蒙古达茂旗S21内蒙古苏莫查干矿区露天/地下内蒙古四子王旗石棉S22青海茫崖矿区露天青海海西州S23四川新康矿区露天四川石棉县高岭土S24陕西榆林矿区露天陕西榆林市府谷县S25内蒙古准格尔矿区露天内蒙古准格尔旗

1.3调查方法

(1)范围:各类矿山矿界范围(指采矿许可证登记划定的范围,包括生产用地和辅助生产用地),以及周边受影响区域(“三废”污染、植被破坏和水资源破坏等的间接影响区)。

(2)方法:包括现场调查、定点监测和样品实验分析,以及高分辨率遥感和高光谱遥感动态监测等技术方法。

2调查结果

2.1金属和非金属矿区的土壤重金属污染状况

从土壤重金属含量(表2)来看,土壤Cd含量在11个矿区之间的变化较小,金属矿区介于0.43～1.60 mg·kg-1,非金属矿区介于0.39～0.73 mg·kg-1;以塔尔沟钨矿区、金川铂矿区较高,其余9个矿区均≤0.73 mg·kg-1。土壤Hg含量表现为非金

属矿区(0.11～1.50 mg·kg-1)明显高于金属矿区(0.04～0.09 mg·kg-1)。土壤As含量在金属和非金属矿区间的差别较小(分别为13.01～115.96和2.91～110.84 mg·kg-1),以崖湾锑矿区、苏莫查干萤石矿区、银硐子银矿区较高,其余8个矿区均≤41.22 mg·kg-1。土壤Cu含量在7个金属矿区之间的变化较大,介于22.57～225.05 mg·kg-1之间,总体来讲高于非金属矿区(5.55～67.54 mg·kg-1),以银硐子银矿区、金川铂矿区、金堆城钼矿区较高,其余8个矿区均≤67.54 mg·kg-1。土壤Pb含量除崖湾锑矿区(15.26 mg·kg-1)外,其他6个金属矿区(37.78～271.93 mg·kg-1)均高于非金属矿区(25.87～35.66 mg·kg-1)。土壤Cr和Ni含量表现为金属矿区(分别为58.86～197.56和23.63～270.27 mg·kg-1)高于非金属矿区(分别为27.43～76.89和2.58～22.55 mg·kg-1)。土壤Zn含量在金属矿区之间和非金属矿区之间的变化均较大,分别为38.14～288.01和38.50～159.30 mg·kg-1,以金堆城钼矿区、金川铂矿区较高,银硐子银矿区(38.14 mg·kg-1)较小。

对照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》3级标准[4]可知,塔尔沟钨矿区和金川铂矿区土壤Cd含量超标,苏莫查干萤石矿区土壤Hg含量超标,崖湾锑矿区、银硐子银矿区、金川铂矿区、达茂旗萤石矿区和苏莫查干萤石矿区土壤As含量超标,仅金川铂矿区土壤Ni含量超标(表2)。从矿种类型来看,除土壤Hg含量外,金属矿区土壤重金属污染程度总体上大于非金属矿区,具体的土壤重金属污染状况因矿种的差异性、采样点位置和数量而变化。

表2典型调查矿区土壤重金属污染

Table 2Soil heavy metal pollution in eleven representative mining areas

矿区名称矿区编号w/(mg·kg-1)CdHgAsCuPbCrZnNi白云鄂博铁/稀土矿区S1/S160.43±0.600.04±0.0116.40±6.1422.57±4.7068.34±132.5872.55±12.69123.80±138.3023.63±5.24崖湾锑矿区S60.63±0.270.08±0.05115.96±151.4135.45±11.5315.26±7.6093.30±19.0286.33±38.4041.10±8.06塔尔沟钨矿区S71.60±1.130.07±0.0430.48±22.6351.95±43.4941.21±32.9978.25±6.66140.30±128.9633.37±3.99金堆城钼矿区S90.56±1.240.07±0.0213.01±10.86103.80±146.2937.78±25.8358.86±40.51288.01±366.4933.18±22.22银硐子银矿区S140.71±0.200.07±0.05104.30±102.34225.05±285.38271.93±269.60102.81±9.0838.14±20.0846.84±3.71金川铂矿区S151.45±0.600.09±0.0441.22±17.37133.78±102.9561.63±21.40197.56±76.71179.75±54.46270.27±182.37达茂旗萤石矿区S200.73±1.210.12±0.1640.78±39.0167.54±126.1435.66±28.2576.89±16.79159.30±181.0222.55±11.17苏莫查干萤石矿区S210.69±0.361.50±1.23110.84±100.4738.25±50.1025.87±11.0643.38±4.89140.00±125.5819.94±12.01榆林高岭土矿区S240.39±0.180.17±0.222.91±0.335.55±5.1827.80±0.4427.43±8.5538.50±6.362.58±3.63准格尔高岭土矿区S250.49±0.220.11±0.076.51±12.1810.26±5.9830.58±12.9834.18±9.6449.21±8.443.98±3.793级标准限值[4]1.01.540400500300500200就10km缓冲区面积大小而言，达茂旗萤石矿2010年土地利用动态变化来看，除崖湾锑矿区、塔

数据以平均值±标准差表示。S1/S16、S6、S7、S9、S14和S15为金属矿区,S20、S21、S24和S25为非金属矿区。

2.2金属和非金属矿区土地毁损和土地利用变化

从土地毁损状况(表3)来看,11个调查矿区中以金川铂矿区土地毁损面积最大,其后依次为白云鄂博铁/稀土矿区和准格尔高岭土矿区,除塔尔沟钨矿区以外的其余6个矿区土地毁损面积均≤7.31 km2,以崖湾锑矿区和银硐子银矿区较小。结合表1可见,矿山开采方式对土地毁损的影响较大,表现为露天开采〔包括白云鄂博铁/稀土矿区(S1/S16)、准格尔高岭土矿区(S25)、金堆城钼矿区(S9)和榆林高岭土矿区(S24)〕和露天/地下开采〔包括金川铂矿区(S15)、达茂旗萤石矿区(S20)和苏莫查干萤石矿区(S21)〕矿区土地毁损面积总体上大于地下开采〔崖湾锑矿区(S6)〕,具体情况则受矿山开采规模和周期的影响较大。

就10 km缓冲区面积大小而言,达茂旗萤石矿区为最大,其后依次为白云鄂博铁/稀土矿区、金川铂矿区、塔尔沟钨矿区、准格尔高岭土矿区、金堆城钼矿区、崖湾锑矿区、苏莫查干萤石矿区和银硐子银矿区，以榆林高岭土矿区为最小。从2000年土地利用状况来看,白云鄂博铁/稀土矿区、达茂旗萤石矿区、苏莫查干萤石矿区和准格尔高岭土矿区均以草地面积为最大,草地面积分别占10 km缓冲区面积的96.0%、99.7%、98.9%和66.6%;崖湾锑矿区、金堆城钼矿区和银硐子银矿区均以林地面积为最大,林地面积分别占10 km缓冲区面积的62.4%、93.2%和82.9%;塔尔沟钨矿区和金川铂矿区均以其他类型面积为最大,其他类型面积分别占10 km缓冲区面积的77.8%和79.9%,其后分别为草地(占17.3%)和耕地(占15.2%)。从2000—2010年土地利用动态变化来看,除崖湾锑矿区、塔尔沟钨矿区和达茂旗萤石矿区外的8个调查矿区人工表面面积均呈增加趋势,以准格尔高岭土矿区增加量为最大,其后依次为白云鄂博铁/稀土矿区和苏莫查干萤石矿区,其余4个矿区增长量均≤2.37 km2。

总体而言,草地、林地和耕地为矿山开采的土地毁损对象,其破坏量与矿种类型、开采方式和矿区所在的地带性植被类型有关。

表32000—2010年典型调查矿区土地毁损和土地利用变化

Table 3Variation of land damage and land use in the eleven representative mining areas investigated during the period of 2000-2010

918.21440.47870.80489.64368.43903.82951.09409.84354.30690.35矿区名称矿区编号土地毁损面积/km210km缓冲区1)/km2耕地林地草地湿地人工表面其他合计白云鄂博铁/稀土矿区S1/S1652.591.79/-1.143.92/0.07881.56/-25.481.77/0.1529.11/26.450.06/-0.05918.21崖湾锑矿区S60.36141.08/-4.35274.92/3.6222.66/0.730.05/00.44/01.31/0440.47塔尔沟钨矿区S7—3.40/023.69/0150.94/-0.0114.61/00.61/0677.55/0.01870.80金堆城钼矿区S97.3122.10/-0.30456.54/-2.851.03/02.55/0.796.86/2.370.56/0489.64银硐子银矿区S140.2657.80/-5.61305.46/4.230.01/0.120.36/0.070.74/0.174.06/1.01368.43金川铂矿区S1578.12137.47/0.370.15/02.41/-0.200.76/0.3940.47/1.30722.56/-1.86903.82达茂旗萤石矿区S201.822.13/00.02/0948.62/0.090.22/-0.090.07/00.03/0951.09苏莫查干萤石矿区S211.580/01.85/0405.14/-2.660/01.00/2.491.85/0.17409.84榆林高岭土矿区S240.59290.25/-2.437.85/035.63/0.490.08/-0.0117.83/1.952.66/0354.30准格尔高岭土矿区S2532.01125.80/-4.4162.37/-10.07459.66/-27.737.78/-2.8028.35/42.596.39/2.42690.35

1)“/”前数据为2000年的面积,“/”后数据为2000—2010年的面积变化量。“—”表示缺少数据。

3结语

(1)在8个土壤重金属污染指标中,除Hg含量外,金属矿区土壤重金属污染程度总体上大于非金属矿区。塔尔沟钨矿区和金川铂矿区土壤Cd含量超标,苏莫查干萤石矿区土壤Hg含量超标,崖湾锑矿区、银硐子银矿区、金川铂矿区、达茂旗萤石矿区和苏莫查干萤石矿区土壤As含量超标,仅金川铂矿区土壤Ni含量超标。

(2)矿山开采方式对土地毁损的影响较大,露天开采、露天/地下开采的土地毁损总体上大于地下开采。在11个调查矿区中,金川铂矿区土地毁损面积最大,其后依次为白云鄂博铁/稀土矿区和准格尔高岭土矿区,除塔尔沟钨矿区以外的其余6个矿区土地毁损面积均≤7.31 km2,崖湾锑矿区和银硐子银矿区较小。

(3)草地、林地和耕地为矿山开采的主要土地毁损对象。除崖湾锑矿区、塔尔沟钨矿区和达茂旗萤石矿区外,2000—2010年8个调查矿区人工表面面积均呈增加趋势,以准格尔高岭土矿区增加量为最大,其后依次为白云鄂博铁/稀土矿区和苏莫查干萤石矿区,其余4个矿区增长量均≤2.37 km2。

(4)我国西部重点矿区地理位置偏远,开展典型金属和非金属矿区土地退化因素调查应以遥感技术为主,以人工地面调查为辅。然而,在矿山生产区对土壤、水体和固废等污染状况进行调查,由于矿山企业警惕性高、配合意愿低等因素,野外工作存在着一定的困难,特别是有些金属矿山无法进入。此外,调查发现高岭土和煤炭存在伴生问题,导致高岭土矿区土地毁损面积和缓冲区面积偏大,很可能是因为受其伴生现象的影响。

致谢: 感谢自2014年项目立项与实施以来,参与实施方案论证、野外调查与数据资料分析的邹长新、燕守广、张慧、白淑英、林乃峰、王涛、司万童、刘波、刘冬、欧阳琰、徐德琳、徐梦佳和游广永等同志。

参考文献：

[1]王啟明,徐必根,唐绍辉,等.我国金属非金属矿山采空区现状与治理对策分析[J].矿业研究与开发,2009,29(4):63-68.

[2]沈渭寿,邹长新,燕守广,等.中国的矿山环境[M].北京:中国环境出版社,2013:77-95.[3]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.

[4]GB 15618—1995,土壤环境质量标准[S].

(责任编辑： 李祥敏)

Driving Factors of Land Degradation in Metal and Non-Metal Mining Areas.

LI Hai-dong, SHEN Wei-shou

(Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Abstract:Since the starting of the State Major Basic Sci-tech Research Program in 2014, in line with the technical program and the classification system developed for the investigation, eleven representative mining areas in Inner Mongolia, Shaanxi and Gansu have been investigated, and comparative analysis done of the metal and non-metal mining areas for differences in soil heavy metal pollution, land destruction and land use alteration. Results show that the metal mining areas are generally higher than the non-metal mining areas in soil heavy metal pollution, and mine excavation methods are an important factor of land destruction. Open-cast mining or open-cast/underground mining, on the whole, damages more land than underground mining does.

Key words:metal mine;non-metal mine;driving factor of land degradation;investigation advance;West China

收稿日期：2016-01-28

基金项目：国家科技基础性工作专项(2014FY110800)

中图分类号：X821；X37

文献标志码：A

文章编号：1673-4831(2016)03-0351-04

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.03.002

作者简介：李海东(1984—),男,安徽亳州人,副研究员,博士,主要从事土地退化与矿山生态恢复方面的研究。E-mail: lihd2020@163.com