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矿山生态恢复研究进展――基于连续三届的世界生态恢复大会报告【首页】
来源:首页    发布时间:2020-10-06 21:41:01

在最近应排在最后一位的世界生态完全恢复大会上,将矿山生态系统选为大会交流的主题之一。为了了解矿山生态修复的最新进展,本文采用文献分析方法和统计分析法,对这三个大会的论文和报告进行全面比较,包括参加国、主要机关、热点矿区、水利要素、矿山类型、水利技术等。在此基础上,概述了新开发的生态修复技术,包括植被完全恢复、土壤恢复、景观完全恢复等新技术。

总结目前的研究热点,主要有开垦的土壤和修复的植物之间相互作用的机制、矿山生态修复的监测新技术、土著物种维护、污染土壤修复新技术、应对全球气候变化的矿山生态修复事故、矿山生态系统服务价值等。阐述了会议明确提出的新观点,如自然完全恢复和人工完全恢复自由选择的新标准、矿山生态恢复力的新理论、新矿山生态系统及设计等。最后预测了今后的研究趋势。每两年举行一次的“世界生态完整恢复大会”是生态完整恢复领域的盛会,参加者达数千人。

第五、六、七届大会分别在美国麦迪逊市(2013年)、英国曼彻斯特市(2015年)、巴西福斯伊瓜苏(2017年)举行。其中,2013年大会设立了两个口头报告专场,主题为“在矿业相当严重的干扰下,林地生态系统功能完全恢复的挑战”。(challenges in restoring forest ecosystem function following severe Mining disturbance)2015年设立了“矿业”等三个口头报告专场。

2017年设立了“矿井完全恢复:资源铁矿造成的不同破坏的最佳方案和指导方针”主题。(restoration of mining areas:alternatives and guide lines to deal with the different cases)Ing the exploitation of mining resources与出版的科学文献相比,国际大型学术会议报告、摘要等在传达近期研究动态方面具有一定优势。例如,新观点多,实际完全恢复事例多,信息量大,集中注意力多,面对面讨论容易遇到新的思想火花,信息传播缓慢,因此,通过国际大型学术会议的系统总结,可以更准确地实现国际矿山生态完全恢复的研究动向。为此,本文首先对最后三次矿山生态完全恢复专题报告进行统计分析,然后概括总结热点、新观点、新技术,最后预测未来发展趋势,期待对我国矿山生态修复的约束。

1基本情况统计2017年世界生态完全恢复大会上,关于矿山生态完全恢复的口头报告(Oral Presentation)和专题讨论会(Symposium Presentation)共27个,邮政简报(Poster Presentation) 27个在2013年会议上提出口头报告的国家有美国、法国、捷克共和国、刚果、智利、巴西、南非、中国、加拿大、澳大利亚、菲律宾、阿根廷等12个国家,2015年为蒙古、南非、捷克共和国、澳大利亚、加拿大,2017年为巴西。 澳大利亚、加拿大、美国、中国、南非、捷克共和国、巴西等国持续参加该学术会议,可以看到矿山生态完全恢复的国家。

因为这些国家是矿产资源开发大国。参加会议和提交论文的机构主要是高校和科研机构,但企业和政府部门比较少。图1在右图中,参加2013年会议的有30所高校、5个科研单位、4家公司、2个政府管理部门;2015年,共有36所高校、14家科研单位、7家公司、4家政府管理部门。2017年,共有43所高校、30家科研单位、6家公司、5家政府管理部门。

可以看出,高中是矿区生态完全恢复的主要研究机构。但是,澳大利亚铝业有限公司(Alcoa of Australia Ltd)等一些大型矿山企业仍然积极参与矿区生态修复研究。从参加会议的高等教育机构的角度来看,加拿大的艾伯塔大学(University of Alberta)、澳大利亚的昆士兰大学(University of Queensland)、西澳大学(University of Western Australia)。

O Paulo)、波兰克拉科夫农业大学、西班牙阿尔卡拉大学、德国慕尼黑工业大学(University of Alcal-Funda Ci)。主要有加拿大油砂铁矿区、美国阿巴拉契亚矿区、中国西部旱季半干旱矿区、南美热带雨林地区的矿山、澳大利亚热带旱季矿区、非洲金属矿区、欧洲修好的矿区等7大地区,从地面上看,非洲、南美、澳大利亚、印度等季节性旱季的萨凡纳(Savannah)。其次是苔原地区(Tundra),如北美、北欧和高山山区。

这是南美的秘鲁、巴西、非洲的刚果等国家热带雨林著名矿山。从生态修复对象来看,不显眼的程度仍然是植物(图2右),包括林地、苔藓、灌木、草本、豆科植物等。根据植物所在的地区,可以细分为矿山植物、流域植物、泥炭知识物、湿地植物等。根据所在地的不同,可分为旱季腰带、汉代热带、热带、汉代植物等。

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土壤的完全恢复包括土壤有机质上升、重金属迁移、土壤结构重组等。此外,修水要素还包括生态景观、物种多样性、土著物种结构、土壤微生物、生态系统服务、水资源污染、地下水水位、土壤种子库等修水。在近3次会议上,备受关注的生态修复对象之间的比例发生了严重变化,但大体上是一致的。

这指出,近年来国际矿山开垦和生态修复的关注点更加顺畅。从研究的矿区类型(图3)来看,露天矿山的生态修复是突出的重点,精工矿山比较少。从不同的矿井类型来看,煤矿是关注的重点,对金属矿、砂石矿修补的研究也比较多。金属矿山有金矿、铜矿、钴矿、铁矿、铝矿、铀矿多,砂石矿有干旱地区的沙滩多。

此外,油砂光、草原砂光、森林砂光等也受到了一定的关注。另外,还涉及对其他矿山(如粘土矿、页岩矿等)的研究。 有趣的是,恢复矿山的生态恢复受到了比较小的关注。特别是,重新开发长矿井的垃圾填埋场生态物种的形成受到了研究人员的推崇。

例如,研究人员以重新开发矿山为研究场所,通过比较自然的保守和人工维修的效果,反思现有的维修模式。从生态修复方法来看,人工修补是研究的主体。相比之下,自然完全恢复的研究比较少,但有快速增长的趋势。

这是对这两种修补方法的反思和比较热点。对大自然完全恢复的研究特别强调对完全恢复效果的监测和评价,而人工修补研究的重点是开发植被修复、动物修补、微生物修补、表层土壤重塑、营养物覆盖面积方法等多种修复方法。在植物修复方面,研究人员关注氮固定植物、导电重金属植物、保守植物、耐药植物等替代方法。2在新技术进展大会期间,大部分国家专家学者阐述了本国土地开垦和生态修缮经验、不存在的问题、解决问题的方法等,也有不少专家展示了新的土地开垦和生态修复技术。

2.1植物修复新技术植物修复技术的研究开发仍然是矿山生态修复研究的重点。例如,在法国新喀里多尼亚镍矿修补中,用水播种法喷洒的是以15g/L的藻酸盐为销售剂,用微孔膜(Millipore membranes)覆盖面积的菌根菌孢子覆盖的种子。这项技术的核心是控制水的pH值。这是因为水的pH值仅次于8期质量和幼苗的影响。

例如,随着美国密歇根湖地区铜矿地湿地的完全恢复,利用了将土工布、纺织材料(Geotextile materials)、泥炭(Peat)和当地灌溉草相结合的综合生态修复技术。来自澳大利亚的研究人员主张建立种子生产基地、专业种子源等种植种子。他指出,由于野生种子的数量不符合市场需求,打造专业基地、庭院具有保持多样性、保持血统、防止种子污染外来物入侵、提高种子质量等诸多优势。也可以作为气候变化监测场所。

但是近年来,很多情况下都强调植被修复的全过程控制技术,在一定程度上依赖于单一的生态修复技术。例如,加拿大艾伯特油砂矿植被恢复的瓶颈是水。研究人员明确提出了一些核心技术,如加强耕作的保守管理、改造地形、增加水土流失、增加渗透、在地下保存水、自由选择必要的保守植物、将突出的水的时空设备与植被恢复相结合等。在澳大利亚露天矿区植被恢复中,研究人员考虑到植物生命周期的采收、芽、成熟期等三个阶段土壤与植物的相互作用,明确提出了全球植被恢复技术。

还包括植物种类可替代性、土壤基底重建、地表覆盖面积、采收、保障管理等。阿根廷的研究人员明确提出了旱季矿区植物恢复的核心技术,包括物种自由选择、胚胎生产、幼苗种植、苗木生产、土壤和基础重建、群落建设、植物保障等。印度樱桃亚煤田铁矿历史100多年,世界著名煤田,在这里开始煤炭研发的巴拉特焦煤公司明确提出了第三阶段复垦战略。

第一个夺权物种拉马丹(Lantana),第二个阶段种植灌木和草本植物,第三个阶段种植本土乔木。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure(美国电视连续剧),)2.2土壤修复新技术土壤修复经常针对发育土壤的某些性状不足而积极展开。

例如,在加拿大阔叶林生态恢复过程中,研究人员发现,人工扰动发生后,土壤酸性太强,添加石灰中和土壤酸性。但是石灰的加入对土壤微生物功能没有影响。

特别是影响益阳和无机化营养的硝化细菌的活性和潜在的硝化活动,因此研究人员指出,石灰添加量和修补时间是最重要的。例如,加拿大的矿山生态修复研究人员明确提出了专门的土壤修复方法,以增加锌污染,还包括鱼粉、生物碳、钙、膨润土、覆盖面积、木纤维等。 此外,加拿大研究人员开发了加快泥炭向土壤有机质转化的方法。

澳大利亚采矿场土壤修复特别重视土壤种子库的维护和建设,研究人员指出,土壤种子库是修复生态系统抵御旱季扰动的关键。土壤的微生物修复技术也是研究的重点。例如,在英国重金属污染土壤修复过程中,使用了生物木炭和蚯蚓种植技术。

南澳旱季砂矿土壤修复中明确提出了微生物生态银行建设技术。该技术可以最大限度地恢复表面质量,促进采矿场维修,培养蓝菌(Cyanobacteria),促进生态结皮增长和指标稳定。

2.3景观完全恢复新技术,近年来矿山景观完全恢复,更加引人注目。例如,在加拿大恢复油砂矿的过程中,特别强调景观的完全恢复,完全恢复技术包括加强斑块的连通性、地形改造、采石场排水系统与地面水系的有机连接、加强维修场所、加强周边湖滨生态系统功能的协商等。澳大利亚露天矿山水利的重点是模仿自然地形改造景观,这实质上是自然景观的完全恢复,其中核心技术是减少地形的异质性。冰岛相当严重发展的矿山景观完全恢复,特别强调非生物因素的提高、利益相关者的参与、生态修缮院的培训和指导等。

近年来,在矿山景观恢复力评价、矿山生态系统景观服务价值、景观规模上的生态完全恢复、生态完全恢复过程中,对景观结构和功能的诉求和系统、采后景观的维持和优化、不同物种对景观布局的影响、公共政策和社会过程对矿山景观完全恢复的影响、景观完全恢复效果评价也引人注目。3研究热点近3次世界生态完全恢复大会,矿山生态修水研究热点变化主要有:(1)开垦土壤和水利植物之间的机制多,约20%的报告和论文涉及开垦土壤和种植植物之间的相互影响问题。

主要研究一方面调查了植物种植多年后植物根土壤化学和性质的提高情况,说明了土壤-植物相互作用的机制和效果。另一方面,根据不同的土壤开垦模式(如复土厚度、土壤基底重构方式等),对植物的完全恢复效果进行了调查和评价。

此外,土壤重金属污染物向植物移动的界面效果及其影响、土壤水制约下植被生长状态和景观变化、金属矿山(金矿、铀矿、铜等)铁矿地区复垦土壤改造、对植物的影响等都很突出。由于不同地区的气候、土壤资源、植物种类不同,植物与土壤相互作用机制复杂,要想获得普遍意义的规律,还需要提高研究力度。(2)矿山生态修复监测技术矿山土地复垦及生态修复工程很大,工程结束是植物生长、土壤质量提高、系统物种形成及平静的开始。

这意味着矿山土地开垦和生态修复需要多年监测。只有通过多年的监视才能分辨生态水利工程的纯建设。但是很多国家学者认为本国修缮工程缺乏有效的监督和长期监视。

中国的矿山土地开垦和生态修复也没有类似的问题。在过去的3届大会上,对生态完全恢复监测技术进行了很多研究,包括社会监督、国际协议、信息网络、物联网、大数据、移动客户端(APP)等监测技术的主导,从结构和功能监测到过程和性能监测等焦点变化,创立国际生态完全恢复监测统一标准和程序等。生态完全恢复监测的指标、植物等特定因素的监测、生态完全恢复的原动力监测等是探索的重点。

3S技术(GIS、GPS、RS)、物联网技术、无人机技术、大数据技术、社交网络媒体技术是研究热点。(3)保持本土物种和特定污染的土壤修复技术广泛主张在矿山植物的完全恢复中种植本土物种,以避免外来物种的入侵。但是,有人认为,近年来由于气候变化,引入维托式可以更好地适应环境、气候变化。澳大利亚学者通过实验指出,土著植物的适应性更强,外来物种对气候变化的呼吁没有优势,从而证明了“local is best”的观点。

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此外,还有来自不同国家的研究人员,他们正在探索有效修复本土植物的方法。例如,智利巴塔哥尼亚地区的露天煤矿探索种植土著假产妇的可能性。美国阿巴拉契亚山区露天煤矿修缮时,种植大量草、豆科植物,确保风化和立地稳定,但由于动物吞食等扰动,发生本土双子叶根入侵,有助于保持水土。研究结果表明,减少土壤密度会增加灌木和乔木的入侵。

印度托利亚煤田研究,本土植树等。也有国家学者解释了本国矿山生态水利在控制外来物种入侵方面结束的事例,并建议加强对生态完全恢复的监测。金属矿山修补中重金属污染的控制和修复仍然是学者们关注的焦点。

研究案例地点包括美国遗弃的铀矿场、南非金山金矿美广场、刚果加丹加省铜钴矿业场、秘鲁亚马逊东南铝矿、澳大利亚铁广场等。修补方法还包括隔离、覆盖、地形改造、本土植物传导性等。一些学者明确表示,应制定生物利用砷的主导测定方法,自由选择外用砷金属强的植物,并建立监测土壤砷移动的技术体亚博全站手机客户端系。

他还指出,用无人机定期监视现场重金属污染物的移动是一种很好的污染控制方法。澳大利亚的研究人员指出,铁广场水利需要引入生态生理学(Eco-physiological)和生态水文学方法(Eco-physiology),美国研究人员则在污染的土地水利中引入生态和环境毒理学(Environmental toxicology)。(4)应对全球气候变化的矿山生态修缮新思维全球气候变化可能会影响所有规模的生态系统及其因素。

在矿山土地开垦和生态修复规划、设计、实施及管理中如何考虑这种影响成为各国学者的话题。议题之一是全球气候变化引起的极端气候(如洪水、干旱等自然灾害对已修复的生态系统的影响,以及生态系统如何提高应对这些变化的复原力。

二是减少温度异常升高或对植物生长的影响和物种检查及来源战略。例如,澳大利亚旱季矿区植物完全恢复的主要挑战是气候变化,重要物种增长缓慢,但木本植物很难重新生产。研究表明,种子幼苗的阈值与降雨、温度有关,土壤水分的时空变化会限制植物修补的效果。

议程上的第三项是通过长期监测数据证明现有维修工程没有恢复力。例如,澳大利亚西南部经历了明显的气候变化,1975-2004年降雨量比1900-1974年增加了14%,博克托矿区红柳树林完全恢复的壮年记录为验证气候影响获得了良好的信息。研究表明,气候变化对完全恢复有负面影响,但影响规模不大,不受影响的地方占整个恢复场的比例超过二分之一,因此矿井维修对气候变化具有抵抗力。

(五)矿山生态系统服务价值2005年,千年生态系统评价项目报告公开发表后,对生态系统服务价值的研究大幅深化,近年来这一热点也导致了矿山生态系统的修复。 例如,美国学者指出,矿山生态的完全恢复是可持续矿业和开垦的融合,必须反映经济不现实、生态保守和社会期望,综合的完全恢复方法可以通过景观地形设计、河流恢复、土壤重建、完全动植物更换种子库、微观和宏观生境、本土物种的种植和采集等措施完全恢复。

生态完全恢复的好处包括提高土地价值、碳信用潜力、加强矿产资源铁矿利益相关者的合作、维持更好的水域和水质、更好的生态系统服务等。来自中国的学者评价了矿山社会生态系统恢复力及服务价值的恢复。

在蒙古草原深部砂矿生态群落完全恢复效果评价中使用了服务价值指标。德国矿山生态景观大自然完全恢复的可行性评价中也考虑到了风化控制和饲料生产等生态系统服务指标。美国学者明确表示,文化服务价值的完全恢复应受到矿山生态修复的推崇,不能将本土文化与现代文化有机融合,保持本土文化具有相似的意义,因此在生态完全恢复中应关注“本土现代性”。

由此可见,矿山生态系统修复的服务价值越来越受到重视。4新的观点4.1自然完整恢复和人工完整恢复的自由选择标准意味着要探索自然修复或被动完整恢复,这意味着不依赖人工干预或最小化的人工干预比生态完整恢复更多的目标,但这种完整恢复方式仍然受到批评相反,指出人工修复或主动修复的原理和技术是研究重点,是矿区生态修复的最基本方法。但是在最近的第三届世界生态完全恢复大会上,自然水线和人工水线的自由选择成为争论的焦点。捷克、澳大利亚、加拿大、德国、秘鲁、阿根廷、菲律宾等矿山生态完全恢复学者对本国早期及近期修复的矿山生态系统进行了调查,并指出,与未受采矿影响的系统相比,近期寻找人工修复系统的生物量比自然完全恢复,土壤质量完全恢复,碳储量也较大,但随着时间的推移,捷克、德国学者在中欧地区破坏相当严重的矿区使用主动修复是适当的。

在其他条件下不能依赖大自然。因为接近大自然的完全恢复的大地的生物多样性更高,自我维持能力更强。德国学者的研究表明,是否采用自然完全恢复手段取决于周围的景观情况、历史、地区水桶中本土物种或外来物种的共享、栖息地损失缓慢补偿的必要性、风化控制或饲料生产等相关生态系统服务。但是阿根廷、南非、秘鲁等国家学者得出结论,南非金山金矿场尾矿池种植的植物长期不稳定,为了保持稳定,需要人为地定期干预。

对秘鲁金矿完全恢复荒废自然的现场植物结构的调查结果显示,根据完全恢复的年限,植物结构差异相当大,植物完全恢复的速度快,需要主动完全恢复。由此可见,在矿山生态修复中,自然完全恢复和人工修复两种战略的好坏必须随后探索。4.2矿山生态的完全恢复应引入恢复力理论。

人们更加普遍地理解这样的看法,即矿山土地开垦和生态修复的核心不仅要管理被破坏的植物或发育的土壤,还要建设生态系统恢复力。但是,矿山生态系统恢复力所针对的扰动类型没有其他看法。

许多学者指出,矿山土地开垦和生态修复是针对矿山扰动的。包括以下沉降、裂缝、滑坡、地下水破坏、污染等。但是,一些学者指出,这种观点必须改变。

例如,加拿大油砂矿上阔叶林生态系统的结构和功能非常复杂,受地形、土壤、植物、外在扰动等多种因素的影响。这个阔叶林生态系统是适应性系统。

要想恢复有复原力的系统,必须了解该系统的自然物种形成、相互作用和动态。因此,恢复力不应包括两种能力。一个是指矿业扰动的恢复能力,另一个是指从未来扰动中完全恢复的能力。

因此,来自加拿大的研究人员明确提出了建设复原力的方法,并创造了以下新的树种多样性:1)与地形、土壤相匹配。2)用于使用种苗技术,以提高压缩能力。3)利用表面和森林表面物质,促进多种自然森林下植物群落的物种形成。4)利用细长的木材材料,快速启动重要的生态过程。

另外,有人指出,目前提高土壤恢复力、植物群落恢复力、景观恢复力等途径尚不准确,澳大利亚学者敦促不要重新定义Revegetation、Rehabilitation、Restoration,提出了具体的恢复力建设目标。4.3矿山生态修复要重视新矿山生态系统的设计和研究。随着生活水平的提高,对精神文化、环境质量的拒绝也逐渐提高。

早期矿山土地开垦和生态修缮特别强调耕地开垦和低经济效益,最近逐渐减少了对风景和休闲娱乐等生态服务价值的推崇。新的完全恢复目标和方式几乎改变了原系统的结构和功能,被修复的系统经常沦为新型矿山生态系统。如何确保新的生态系统的规划、设计和恢复能力是与会者讨论的重点之一。例如,一些学者指出,无论新的生态系统是无意的,还是特别设计的,都是人类派生出来的景观和文化。

在高度变化的风景中,规划和设计可以提高文化和美学的质量,同时减少生物和自然的相关性。也有相似的看法,认为保障生态和景观系统的持续性太多,在试图减少生态效用的足迹时,不能称之为生态功能再创造。5未来趋势从最后三次世界生态完全恢复大会上关于矿山生态系统完全恢复的论文和报告来看,矿山生态系统是世界生态完全恢复研究的主要对象之一。植被、土壤、水的修复是矿山生态修复的核心主题,系统、大规模的生态完全恢复将是研究的最重要方向。

大自然完全恢复的方法和技术将沦为研究热点,矿区社会生态恢复力建设逐渐受到重视,确保矿区生态系统的可持续性是这项研究的共同目标。_首页。

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