吉卡矿区环境承载现状与维育措施
相震1王连军1吴向培2李兆佳2
（1.南京理工大学，江苏 南京210094；2.青海省环境科学研究设计院，青海 西宁810008）
摘要：吉卡金矿开采造成了生态环境的严重破坏,矿区的自然恢复十分缓慢,部分地区已不可能自然恢复。针对吉卡金矿开采中的生态环境问题，在对吉卡金矿及自然环境、生态环境现状调查基础上，提出了吉卡金矿生态环境治理与维育措施，以实现生态系统健康，生态格局安全。
关键词：生态恢复 矿地 维育
Actuality of Environmental Carrying Capacity and Measure of Ecology Environment Protection to the Jika Gold Mining Area
XIANG, Zhen1, WU Xiang-pei2, WANG Lian-jun1, LI Zhao-jia2
(1. Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, 210094 China；
2. Qinghai provincial research and design academy of environmental sciences Xining, 810007 China)
Abstract: Gold mine of Jika locates in Tibetan plateau and headwaters area of Yangtse Rive. Mining activities of Jika had caused catastrophic and extensive environmental changes, and eventually caused major damages to the whole ecosystem. The natural restoration was a very slow process, and a part of lands even can not reach their original states. In order to solve the environmental problem in the Jika gold mining area exploitation. On the basis of investigating the natural environment and ecological environment, the paper did some research and established the regulation of environment treatment, by which to achieve the aim of a healthy ecosystem and a secure ecology pattern.
Key word: Ecological restoration; Mine land; Enhance
吉卡金矿地处青海省果洛藏族自治州班玛县境内杜柯河流域河谷地带，该地区蕴藏有丰富的砂金资源。1999年吉卡金矿建成投产。在矿山设计及环境影响评价中，虽然都有包括复垦措施在内的环境保护规划和设计内容，但实际运行中未认真予以实施，已造成矿区生态严重破坏。杜柯河流域属长江水系源头地区。“三江源”地区（长江、黄河、澜沧江源头地区）是我国主要水源涵养地区之一，对中下游地区的水源涵养功能显著。由于自然的变迁、气候的变暖、人类经济活动的影响,使“三江源”地区本已十分脆弱的高寒生态环境日趋恶化，致使草原退化,土地沙漠化拓展,水土流失加剧,冰川、雪线上升,湿地面积萎缩,生态环境恶化,生物多样性锐减[1,2,3]。采矿要损坏植被和表土，生产废水和渗出液导致土壤污染和退化，使受损生态系统的恢复十分缓慢，影响周边地区的生物多样性[4,5]。通过实施严格的生态环境治理和生态监管措施，遏制砂金开采对生态的破坏，恢复已被破坏生态功能已显得十分迫切。
1. 自然环境
1.1 地质地貌与气候特征
吉卡金矿位于青藏高原长江水系源头区，杜柯河上游支流夏曲河主河床，松潘-甘孜印支褶皱系南巴颜喀拉冒地槽带东南部，青藏滇“歹”字型构造的头部。区内褶皱强烈，断层发育，构造线总体呈北西-南东向。出露地层主要有三迭系上统巴颜喀拉山群，属海相浅变质碎屑岩、类复理石建造。第四系地层普遍发育。区内岩浆活动不甚强烈，呈株状零星分布。中-酸性脉岩、特别是石英脉十分发育。在地貌区划上属青南高原大区的江河上游中-大起伏高山河谷中区。由于新构造运动是以整体上升为主，虽有其他因素影响，但内部差异不大。该区总体上是高原高山地貌景观。山体一般较陡峻，呈北西-南东向延展，与主体构造线基本吻合，海拔高度3800m ~4600m。
1.2 气候特征
区内气候具有气温低、日温差大、日照时间长、太阳辐射强、干湿季明显且雨热同季等典型的高原大陆气候特点，四季不分明，只有冷暖季之分，年降水量681.0 mm，6月-8月为雨季，雨水较多。
1.3 冻土环境现状
区内高海拔地域分布有带状融区、岛状融区、非贯通融区等。冻土带年平均地温、冻土上限深度、冻土厚度、不良冻土现象随所在区不同海拔、地形、水文地质条件有所不同。其热稳定性、含水及土质条件决定了冻土受扰动后的破坏程度。
1.4 土壤类型
矿区内主要土壤类型为高山草甸土、高山灌丛草甸土和沼泽土。高山草甸土广泛分布于区内山地各坡面和山顶、山梁、排水良好的沟道。地表草被茂密，草根絮结，剖面表层为较紧实的草皮层，厚10cm -14cm；表层(0cm -10cm)高山草甸土土壤经化学分析，有机质含量为13.06%，全氮为0.67%，全磷为0.25%，全钾为2.89%；高山灌丛草甸土分布于区内山地阴坡、半阴坡。多由坡积母质在高寒阴湿的气候条件下，在灌丛草甸植被的参与下发育而成。该土类土层较厚，一般40cm~60cm，表层高山灌丛草甸土土壤经化学分析，有机质含量为13.47%，全氮为0.77%，全磷为0.24%，全钾为2.06%；沼泽土分布于沟谷低洼滩地、沟脑、阴坡缓坡坡麓，是隐域性水成土。该土类有机质含量高达30%~40%，潜在肥力很高。表层沼泽土土壤经化学分析，有机质含量为32.78%，全氮为0.96%，全磷为0.19%，全钾为1.57%。
1.5 植被类型
矿区内主要植被类型为高寒草甸植被型、高寒灌丛植被型和沼泽化草甸植被。高寒草甸植被型，为当地草场的主要植被类型，植物种类多为中生、湿生多年生地面芽、地表芽植物，植被总盖度55%~93%。主要优势种有高山嵩草、矮嵩草、线叶嵩草、垂穗披碱草、曲尖委陵菜等，其草群层次分化不明显，一般仅一层，高3cm~18cm；高寒灌丛植被型，多分布于山地阴坡、半阴坡，灌丛种类较多，优势种有高山柳、金露梅、杜鹃等，高40cm~100cm，灌丛盖度20%~70%，底层草本主要有线叶嵩草、黑褐苔草、羊茅、早熟禾、黄芪、珠芽蓼、凤毛菊、大戟、龙胆等。灌丛下常有枯落物和苔藓覆盖，草皮层不发育；沼泽化草甸植被，以藏嵩草、水嵩草为主要优势种，伴生种有苔草、甘肃嵩草、早熟禾、金莲花、驴蹄草、垂头菊、凤毛菊、毛茛等。草群结构均一，层次不明显，一般高20cm左右，总盖度85%。
2. 生态环境现状及治理规划
矿区流域内无农业生产，畜牧业生产以草地畜牧业为主，无其它污染型工业企业。因此，区域环境空气、水环境、土壤环境现状质量良好。但矿区位于青藏高原，自然条件严酷，生态环境极其脆弱。在高原寒冷严酷气候条件下，土壤贫瘠，植被较稀少，构成生态系统主体的植被为高寒类型的草甸和草原，其主要生物群落特征是生物组成种类较少，植物群落稀疏，地表盖度较低，生物生产力水平低，是在极端干旱和严重缺水的生境条件下形成的。这类植被群落结构简单，生态系统组成成分单纯，自我调节能力小，系统稳定性极差。占主导地位的牧草生长期短暂，系统内物质循环、能量流动缓慢，系统的抗干扰和自我恢复能力极差，具有很强的敏感性和不稳定性，十分原始脆弱，极易产生植被的退化，且恢复困难。在植被退化的条件下产生土地沙化和“黑土滩”型裸地等土地荒漠化现象。在地质、地形地貌、寒旱气候以及生物因素等共同作用下形成的土壤发育比较原始，具有粗骨性、有机质分解缓慢、土层薄等特点。在该地区广泛存在的冻融、水力和风力的共同作用下，易发生土壤侵蚀。
该区域生态环境问题主要表现为不同程度草地植被退化和土地的退化，而且这种退化目前总体上正呈现加剧趋势。草场植被退化表现为植被高度、盖度等的下降，草地第一性生产力降低。土地退化表现为冻融侵蚀、风力侵蚀和水力侵蚀强度的增强，同时这种退化又加剧了草地水源涵养功能下降和局地气候的旱化，造成地表径流减少。
1999年吉卡砂金矿投产后，设计采区面积4678454m2，2115年闭矿，目前在已开采的315535 m2面积中，开展复垦190605m2，占60.4%。采用机械整平后淤洪养土自然恢复植被的形式基本完成复垦，尚有124930m2未采取复垦措施。按照生产规划，剩余采区面积4362919m2。根据青海省环境科学研究设计院的制定的治理规划，至2016年完成生态治理恢复任务，即达到因砂金开采而破坏的生态环境明显得到改善，采区河床、河漫滩、草地其原有生态功能基本恢复，并具备有向良性的和自然的生态环境发展条件的终期目标。共需完成治理总面积4678454m2，其中尾矿回填整平4492532m2、工程量3794344m3砂砾石，表土还原2589157m2、土方量518832m3，另有130887m2采区经土方平衡计算，剥离表土不足以还原，安排淤洪养土措施；人工种草2905966 m2，建设网围栏2905966m2；洗矿废水导流、洪水导流、道路防护及其他防护工程采用铅丝笼块石坝，合计4825 m3。生态治理工程投资概算23139791.24元，其中投资于新采区生态治理的资金为22067889.42元，未复垦区生态治理885968.00元，已复垦区人工种草185933.00元。
3. 生态环境承载系统恢复与维育措施
生态环境承载系统恢复与维育总目标为消除由于砂金开采可能诱发的次生地质灾害（滑坡、塌岸、泥石流、洪水等）的潜在危害；已占用和破坏草地生态功能和生产能力的恢复；针对景观退化的负面效应进行景观恢复与重建；实现生态系统健康，生态格局安全。
3.1 恢复治理措施
3.1.1 表土剥离和堆场稳定化处理
无论所形成的植被如何，回填表土的改土效果与恢复效果都十分明显，因此，在采矿前须采取表土剥离，将表土挖掘放在一边，采矿结束后再尽快覆上。对邻近回填区距离小于50m，则直接将剥离表土推到已整平的回填区回填。植被应分割划块铲起。表土剥离必须与沙砾石剥离分开作业，剥离的表土和砂砾石分地堆置。剥离沙砾石的堆置应选择无行洪要求且运距合理的地块作为临时堆场堆置。剥离完毕，应做表面适度平整和适度削坡，使堆料坡角小于砾料自然安息角。
3.1.2 表土堆置
如设计就地回填，则选择无行洪要求且运距合理的地块作为临时堆土场堆置。临时堆土场的位置应选择在无行洪要求的地段，并应尽量少占压草地。堆置作业完成后，应人工拣集石块作干砌石防护墙，以避免洪水冲刷和雨水侵蚀而造成流失。干砌石墙高0.5 m~1.0m，外边坡不小于1：0.5。临时堆土场的堆土高度应小于2m，表面用推土机或人工概略整平和压实。同时要防止表层剥离土堆置时间过长，否则会造成表土丧失原有的特性，土壤的适应性状与养分大量损失，土壤中植物繁殖体的死亡率升高，就可能导致表土回填价值的降低。
3.1.2 削坡
阶地开采时局部区段分层回填整平后允许形成高于原地面的整平区。但这类整平区最大高度不得高于原地表1m~2m，同时必须削整边坡使之成为缓坡，以利于植被恢复和放牧利用。
3.1.3 回填表土
表土回填是人工修复的重要手段，也是最为常用和有效的措施。在无表土回填的矿地，生物多样性的恢复速度受到严重抑制，在无表土覆盖的矿区要实现生态恢复在短期内不可能的[6,7,8]。表土是当地物种的重要种子库，它为植被恢复提供了适合的重要种源。回填表除了提供土壤贮藏的种子库外，土也保证了根区土壤的高质量，包括良好的土壤结构，较高的养分与水分含量等，并包含有比心土多得多的参与养分循环的微生物与微小动物群落[6]。设计采区的砂金开采完并及时回填和整平尾矿砂后，适时回覆土层，及时人工清理堆置场，避免因临时堆置对草地造成占压和破坏。表土回覆应以胶轮车人工运土作业为主，表面覆土厚度不小于0.2m，覆土后立即实施人工种草，避免裸露土层的水力侵蚀和风力侵蚀。对铺在坡面的表土采取一定措施，既流于排水，又可防止水土流失。必须遵循先回填和整平尾矿砂，再回填和整平剥离沙砾石，最后表面覆土的作业次序。区段采金作业完毕，应立即回填。必须先回填和整平尾矿砂，再回填和整平剥离沙砾石，作业不可倒置。分层回填后整平面平顺，方可进行下一次序作业。如果表土是覆盖在有一定坡度的矿山上，应注意覆盖土的质地连续性与层次的紧密性，防止滑坡的产生。无?
靥畋硗撂跫牟汕梢橛偻粒匀换指?~5年，表土层达到0.05m后人工种草。
3.2 保护措施
3.2.1 冻土保护
对冻土地带已开采完的区域应及时回填、平整、顺坡，并在第一时间恢复表层植被，对坑洼部分必须填埋。生活营地、施工便道、人工排水设施和构筑物应尽量避开冻土地带。冻土地带上的临时房屋应采用架空、通风基础，减少对基底多年冻土的热扰动。
3.2.2 物种保护
矿区开采前对尚未开采区内生物物种进行调查，采集植物种子，特别是稀有物种和关键物种的采集以保存物种资源，必要时应对重要物种进行迁地保护。
3.3 维育建议
对于那些破坏严重，自然恢复比较困难的退化草地。通过工程方法和采用补播乡土优良牧草种、合理放牧等措施以促进恢复，可恢复退化生态系统，实现植物重建、生态结构和功能回复以及保持系统的持续性 [9,10]。
3.3.1草种选择配置原则
抗寒、抗旱、再生力强、与当地自然草种有良好的兼容性，产量高，有利于提高人工草地的载畜能力，有利于当地环境与经济的可持续发展是草种选择配置的基本原则。
3.3.2 人工种草种类组成与配置
根据矿区自然条件和当地已有人工草种的生物学特性，设计选择使用草种以老芒麦和垂穗披碱草为主。应尽量优先采用垂穗披碱草，以提高人工草地的载畜能力。老芒麦（垂穗大麦草）为多年生疏丛型草本植物，具有抗寒、抗旱、再生力强，对土壤要求不严等特点。对足量自然草种侵入有良好的兼容性，利于草地向自然群落演替。可适应于全矿区种植。在河漫滩和水分条件较好的阶地，优先选种垂穗披碱草（钩头草、弯穗草），其为多年生疏丛型草本植物，具有抗寒、再生力强，对土壤要求不严等特点，但抗旱性稍差，在水分充足时生长旺盛。
3.3.2 保证重建生态系统的动态稳定性
由于该项人工种草旨在恢复自然草地生态，因此管护中不做除杂草、灌溉及病虫害防治等田间管理，以利于乡土草种的侵入和群落的自然演替。矿业废弃地上植被自然恢复是十分缓慢的, 向这种生境人为引入更多植物种类，对于增加矿业废弃地上植物物种的多样性及地面覆盖是十分重要的，它们对于恶劣环境具有特别的耐性和适应力。播种第三年后可交由原土地使用权牧民使用。
3.3.3 人工草地防护
人工种草地地块必需建网围栏进行防护，养护不少于2年，使覆盖度达到50%(高盖度)以上。网围栏区块面积以一个畜群一个季节的利用为宜。
3.3.4 生态系统动态监控
对生态系统的恢复过程进行监测，包括人工草地的成活率、生长速率、生物多样性的变化、外来物种的侵入情况及其矿区的水土流失状况，对被恢复的群落结构与组成与当地未受干扰的天然群落进行对比评价，以实现良性演替。
参考文献：
[1]丹果.试论“三江源区”的生态环境与水利建设.青海民族研究 [J].2002, 5(4): 37～39. [DAN Gou. Ecological environment and water construction. Qinghai nationality research [J]. 2002,5(4): 37-39.]
[2]孟延山,李长明. 三江源自然保护区生物多样性的保护.青海农林科技[J].2002, 5(4): 37～39.[MENG Yan-shan, LI Chang-ming. Protection of biodiversity in fountainhead region of three rivers[J]. Qinghai science and technology of agriculture and forestry.2002,5(4):37-39]
[3]韩永荣.“三江源区”水资源的开发利用与保护.长江职工大学学报[J].2002, 19(1): 12～15.[HAN Yong-lu, Water source use and protection in fountainhead region of three rivers [J]. Journal of Yangtze worker university.2002, 19(1):12-15.]
[4]Dobson A.P.,Brandshaw A.D.,Baker A.J.M. Hopes for the future: Restoration ecology and conservation biology[J].Science.1997(277):515-522.]
[5]Cherry,D.S., Currie R.J., Soucek D.J., et al. An integrative assessment of a watershed by abandoned mined land discharges [J]. Environmental Pollution, 2001(111): 377-388.]
[6]夏汉平,蔡锡安.采矿地的生态恢复技术.应用生态学报[J].2002,13(11):1471～1477.[XIA Han-ping, CAI Xi-an. Ecological restoration technologies for mined lands: A review[J].Chinese Journal of applied ecology.2002,13(11):1471-1477]
[7]Brandshaw,A.D,,Huttl,R.F.. Future mine site restoration involves a broader approach. Ecol. Eng.,2001(17):87-90.
[8]Putwain,P.D.,Gillbam,D.A..The significance of the dormant viable seed band in the restoration of heath lands [J]. Biol. Cons. 1990(27):1-6.
[9]Gaynor, V. Prairie restoration on a corporate site[J]. Restoration and Reclamation Review.1990, 1(1): 35-40.
[10] Cairns, J. J. Restoration ecology[J]. Encyclopedia of Environmental Biology. 1995(3): 223-225.
说明：本论文属首次报道。
作者简介：
1、相 震 男，汉族，出生年: 1970年。南京理工大学博士研究生
研究方向：环境科学与工程 已发表论文20余篇
Email: xiangzhen02@yahoo.com.cn
２、王连军 南京理工大学化工学院院长、教授、博导
３、吴向培 青海省环境科学研究院院长，研究员
４、李兆佳 青海省环境科学研究院高工