锰尾矿库植物适生性研究及生态恢复的环境效益.pdf

中图分类号 U D C X 8 2 6 5 0 2 硕士学位论文 学校代码 密级 1 0 5 3 3 锰尾矿库植物适生性研究及生态恢复的环境效益 S t u d yo nP l a n tA d a p t a b i l i t ya n d E n v i r o n m e n t a lB e n e f i t a b o m E c o l o g i c a lR e s t o r a t i o no fM a n g a n e s eT a i l i n g s 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 黄艳红 环境科学与工程 环境工程 冶金与环境学院 薛生国教授 答辩委员会主席趁 中南大学 二。一三年五月 原创性声明 I IllI IIII I I Il l l l l l1 1 1 1 1 1 1 1U l I I III II Y 2 4 2 6 6 0 4 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名二姚 日期韭年上月且日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名撒导师签名鎏垒 霾日期丝年』月L 日 中南大学硕士学位论文 摘要 锰尾矿库植物适生性研究及生态恢复的环境效益 摘要废弃尾矿库是金属矿山最常见并且最难恢复的矿山废弃地， 物理结构不良、营养物质缺乏、重金属含量高，一般植物难以生 长。裸露尾矿由于风蚀水蚀作用严重影响周边环境，污染农田，危 及人类健康。因此，废弃金属尾矿库的环境治理和生态重建已成当 务之急，也是我国实现矿业可持续发展战略优先关注的问题之一。 本文以湘潭锰矿小浒尾矿库为研究对象，通过系统的生态调查， 对尾矿砂的物理性质、养分状况和金属元素含量进行分析，开展废弃 锰尾矿库的植物适生性研究；建立尾矿库生态恢复研究基地，采用样 方法调查不同恢复模式下植物种类组成，开展锰尾矿库植物多样性研 究；通过在尾矿库设置径流场和扬尘收集装置，监测不同恢复模式下 的地表径流和扬尘量，开展尾矿库生态恢复的环境效益评估。结果表 明 1 锰尾矿库植被重建的主要障碍是尾矿砂的理化性质极差， 不具备一般植物生长必需的基本条件。锰尾砂与普通土壤理化性质存 在明显差异，物理结构不良、养分含量低、金属元素毒性强，这可能 是影响尾矿库植被重建和生态恢复的关键因素。 2 锰尾矿库植被重建的关键是改善裸露尾矿库小环境、为先 锋植物提供生长基本条件。裸露尾矿条件下，无论采用实生繁殖还是 植物促生菌接种，金属耐性植物都难以生长。然而，尾矿库表层覆土 后，采用耐性草本植物实生繁殖方法，植物生长良好，植被盖度超过 9 8 ％。 3 锰尾矿库生态恢复后，植物多样性增加。尾矿库生态恢复 后可以加快先锋植物的定居，增加物种多样性，丰富度指数为植被 恢复区 尾矿库覆土区 裸露尾矿区；物种均匀度指数为植被恢复区 尾矿库覆土区 植被恢复区；地表径流金属 总量浓度裸露尾矿区 尾矿库覆土区 植被恢复区。 论文通过开展尾矿库的植物适生性研究，分析尾矿库不同恢复模 式下的植物多样性、扬尘产生量、地表径流量、地表径流金属元素含 量，表明尾矿库生态恢复可以明显控制重金属的迁移扩散，减少地表 径流和扬尘，而尾矿库闭库过程的土壤铺覆并不能起到重金属污染控 制作用，这将为金属尾矿库的闭库工程和生态恢复提供科学依据和实 践参考。 图2 4 幅，表17 个，参考文献1 1 4 篇。 关键词锰；尾矿库；植物适生性；生态恢复；环境效益 分类号X 8 2 6 I I I S t u d yo nP l a n tA d a p t a b i l i t ya n dE n v i r o n m e n t a l B e n e f i ta b o u t E c o l o g i c a lR e s t o r a t i o no fM a n g a n e s eT a i l i n g s A b s t r a c t A b a n d o n e dt a i l i n g s a r et h em o s tc o m m o nm e t a lm i n i n g w a s t e l a n d s ．w h i c h d i f f i c u l tt or e s t o r e ， m t a i n i n 。a r g a m o u n t so fwastelandsw h i c ha r ed l t t l c u l tt or e s t o r ec o n t a i n i n gl a r g ea m o u n t so i ，， t o x i ca n dh a z a r d o u ss u b s t a n c e s ．D u et ot h ep o o rp h y s i c a ls t r u c t u r e ， l a c k i n go fn u t r i e n t sa n dh i g hc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l s ，p l a n t sa r e d i f f i c u l tt og r o wo na b a n d o n e dt a i l i n g s ．T h eb a r et a i l i n g su s u a l l ya f f e c t t h es u r r o u n d i n gr e s i d e n t s ，p o l l u t ef a r m l a n d s ，a n di n c r e a s em e t a lc o n t e n t s i ng r o u n d w a t e ra n dc r o p s ，a sw i n de r o s i o na n dw a t e re r o s i o n ．T h e r e f o r e ， c u r r e n t l yt h ee n v i r o n m e n t a lt r e a t m e n t a n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no f a b a n d o n e dt a i l i n g sh a sb e c o m eo n eo ft h em o s tu r g e n tt a s kt or e a l i z et h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g i e so fm i n i n gi n d u s t r y ． I nt h i sp a p e r , b a s e do ns y s t e m a t i c a l l ye c o l o g i c a li n v e s t i g a t i o no f X i a n g t a nM a n g a n e s et a i l i n g ， r e s e a r c ho ft h ep l a n ta d a p t a b i l i t yw a s c a r r i e do u tb ya n a l y z i n gt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e s ，n u t r i e n ts t a t u sa n dm e t a l e l e m e n tc o n t e n t so ft a i l i n gs a n d ；R e s e a r c hc e n t e ro ft h et a i l i n gw a s e s t a b l i s h e d ，w i t ht h ei n v e s t i g a t i o no fp l a n ts p e c i e su s i n gp l o tm e t h o d ； b e s i d e s ．；u r f i , f ff i e l dn dl u s tc o l l e c t i i n s t r u m e n t t s e dt obesidess u r t a c er u n o l tt i e l da n dd u s tc o l l e c t i o nm s t r u m e n tw e r eu s e 1t o， m o n i t o rs u r f a c er u n o f fa n dd u s te m i s s i o n ，t oa s s e s st h ee n v i r o n m e n t a l b e n e f i t so fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no ft h et a i l i n g 。R e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 T h ep o o rp h y s i c a lp r o p e r t i e s ，w h i c hr e s t r i c tp l a n t s ’g r o w t h ，a r e t h em a i nl i m i t i n gf a c t o r st or e v e g e t a t em a n g a n e s et a i l i n g s ．T h ep h y s i c a l a n dc h e m i c a ‘o r o o e r t i e so ft a i l i n gs a n d“ g n i f i c a n td i f f e r e n tfrchemical p r o p e r t i e so tt a i l i n gs a n da r es i g n i f i c a n ta l t l e r e n tI r o m n o r m a ls o i l s ，a st h ep o o rp h y s i c a lc o n s t r u c t i o n ，l o wn u t r i e n tc o n t e n t sa n d h i g ht o x i c i t yo fm e t a l s ，w h i c hm a y b et h ek e yl i m i t i n gf a c t o r si n f l u e n c i n g t h ev e g e t a t i o nr e c o n s t r u c t i o na n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no ft h et a i l i n g ． 2 T h ek e yo fv e g e t a i o nr e c o n s t r u c t i o no fm a n g a n e s et a i l i n gi s t o i m p r o v em i c r oe n v i r o n m e n t o fb a r e t a i l i n g s ，p r o v i d i n gb a s i cg r o w t h e c o n d i t i o n sf o rp i o n e e rs p e c i e s ．I nt h ec o n d i t i o n so fb a r er a i l i n g s ，t o l e r a n t p l a n t sw e r eh a r dt og r o w ，w h e t h e ru s i n gs e e dp r o p a g a t i o no ri n o c u l a t i n g p l a n tg r o w t hp r o m o t i o nb a c t e r i a ．H o w e v e r ，w h e nt h es u r f a c eo ft h e t a i l i n gw a sc o v e r e ds o i l sa n dt h es e e dp r o p a g a t i o no f t o l e r a n th e r bp l a n t s w a su s e d ，p l a n tg r o w t hw a sw e l l ，w i t hv e g e t a t i o nc o v e r a g eo v e r9 8 ％． I V 3 A f t e rt h ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no ft h em a n g a n e s et a i l i n g ，p l a n t d i v e r s i t yw a si n c r e a s e d ．T h ee c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nc o u l da c c e l e r a t e p i o n e e rs p e c i e sc o l o n i z a t i o n ，a n di n c r e a s es p e c i e sd i v e r s i t y m ei n d e xo f s p e c i e se v e n n e s so fv e g e t a t i o nr e s t o r e dz o n ew a st h eh i 曲e s t ，w h i l ee a r t h c o v e r e dz o n ec a m es e c o n da n db a r et a i l i n gz o n e sc a m e1 a s t ；C y n o d o n d a c t y l o n L i n n ． P e r s ．h a st h ei m p o r t a n c ev a l u eo f3 3 ．9 2 ％a n d4 4 ．8 8 ％ i ne a r t hc o v e r e dz o n ea n dv e g e t a t i o nr e s t o r e dz o n er e s p e c t i v e l y ，w h i c h m a k e si tt h ep i o n e e rp l a n ti nt a i l i n gr e v e g e t a t i o n ；u n d e rd i f f e r e n t r e c o v e r y m o d e s ，p l a n t s i nb a r e t a i l i n gz o n e ss h o w e dt h eh i g h e s ta b s o r p t i o n c a p a c i t yo fh e a v ym e t a l s ，w h i l et h ee a r t hc o v e r e dz o n ec a m es e c o n da n d v e g e t a t i o nr e s t o r e dz o n ec a m e l a s t ． 4 C y n o d o nd a c t y l o n L i n n ． P e r s ．i st h em o s tt o l e r a n tp l a n t ， a n dc o u l db eu s e da st h ep i o n e e rp l a n to fv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n ． D e s p i t ei t sl i m i t e da d s o r p t i o na b i l i t yo fh e a v ym e t a l s ，i tC a ni m p r o v e t h e r e g i o n a l e n v i r o n m e n ta n dp r o m o t et h ef u n c t i o n r e s t o r a t i o no f d e g r a d e de c o s y s t e mi nas h o r tt i m e ． 5 R a i s i n gd u s t C a nb ec o n t r o l l e d e f f e c t i v e l yb yv e g e t a t i o n r e c o n s t r u c t i o n ，r e s u l t i n gt h a t9 4 ．6 4 ％o fd u s te m i s s i o nC a nb er e d u c e d ． c o m p a r e dt ot h eb a r et a i l i n gz o n e ．V o l u m eo fs u r f a c er u n o f fi nv e g e t a t i o n r e s t o r e dz o n ew a sf a r1 e s st h a nt h ee a r t hc o v e r e dz o n ea n db a r et a i l i n g z o n e ，a n dm e a n w h i l et h es o i lc o v e r e dz o n eh a dt h em a x i m u mr u n o f f ． S u s p e n d e d m a t t e rc o n c e n t r a t i o no fs u r f a c er u n o f fa n ds o i le r o s i o na m o u n t p e ru n i ta r e ao fe a r t hc o v e r e dz o n ew e r eh i g h e rt h a nv e g e t a t i o nr e s t o r e d z o n ew h i l el o w e rt h a nt h eb a r e t a i l i n gz o n e ． B yc a r r y i n gt h er e s e a r c ho fp l a n ta d a p t a b i l i t y , a n a l y z i n gt h ep l a n t d i v e r s i t y ，d u s tc o n t r o l ，s u r f a c er u n o f fc o n t r o la n dh e a v ym e t a lc o n t e n t si n s u r f a c er u n o f fo fd i f f e r e n tr e s t o r a t i o nm o d e s ．i ti Sp r o v e dt h a te c o l o g i c a l r e s t o r a t i o ni nb a r et a i l i n gC a na p p a r e n t l yc o n t r 0 1t h er e l o c a t i o no fh e a v y m e t a l sa n dr e d u c es u r f a c er u n o f fa n dd u s te m i s s i o n ，w h i l ee a r t hc o v e r i n g d i d n ’tw o r ke f f e c t i v e l yi nc o n t r o l l i n gh e a v ym e t a lp o l l u t i o n ．T h e r e f o r e ， t h es t u d yC a np r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sa n dp r a c t i c a lr e f e r e n c ef o rt h e e n g i n e e r i n gp r o je c t so fc l o s i n gr a i l i n g sa n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no f m i n i n gt a i l i n g s ． T h e r ea r e2 4f i g u r e s ，17t a b l e sa n d91r e f e r e n c e si nt h i sp a p e r ． V 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T K e y w o r d s M a n g a n e s e ；T a i l i n g s ；P l a n tA d a p t a b i l i t y ；E c o l o g i c a l R e s t o r a t i o n E n v i r o n m e n t a lB e n e f i t C l a s s i f i c a t i o n X 8 2 6 V I 中南大学硕士学位论文 目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V I I 1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 矿山开发的环境影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．3 矿山废弃地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．1 矿山废弃地的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．2 矿山废弃地的现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．3 矿山废弃地的环境特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．4 矿山废弃地的治理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．4 废弃金属尾矿库植被重建与生态恢复⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 ．1 国外金属尾矿库的生态恢复⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 ．2 国内废弃金属尾矿库的生态恢复⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．5 矿山废弃地生态恢复环境效益评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 O 1 ．6 研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 1 ．6 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 1 ．6 ．2 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．6 ．3 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 废弃锰矿尾矿库植物适生性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．2 研究区域概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 1 2 ．1 气候特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．2 矿产资源特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．3 生态环境问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．3 ．1 野外调查与采样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．2 尾矿砂物理性质测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．3 尾矿砂养分状况测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．3 ．4 尾矿砂金属元素含量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．5 植物鉴定及元素含量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 V I I 中南大学硕士学位论文 目录 2 ．4 ．1 尾矿的物理性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．2 尾矿砂的养分状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．4 ．3 尾矿砂的元素含量状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．4 ．4 尾矿库生长的先锋植物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 2 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 尾矿库不同恢复方式的植物多样性及重金属吸收能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．1 实验基地概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．2 ．1 裸露锰尾矿库耐性植物定植⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 ．2 小浒尾矿库生态恢复基地的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．3 物种多样性的测定方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．4 植物的重金属吸收能力分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．5 数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．3 ．1 裸露尾矿库植物定植状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 ．2 植被生长状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．3 不同恢复模式对植物群落组成的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．4 不同恢复模式的物种多样性差异⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 ．5 不同恢复方式下植物体内重金属元素的含量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 锰尾矿库生态恢复的环境效益评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．1 流场的布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．2 扬尘收集装置布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 ．3 地表径流样品的采集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 ．4 径流样中重金属含量及悬浮物浓度的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．2 ．5 土壤侵蚀量的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．2 ．6 数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．3 ．1 尾矿库不同恢复条件下扬尘产生量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．2 径流量的特征变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．3 ．3 不同恢复模式下悬浮物浓度及土壤侵蚀量的变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．3 ．4 地表径流中的重金属⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 V I I I 中南大学硕士学位论文 目录 4 ．4小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 主要结论和建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．1主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 5 ．2 建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 攻读学位期间主要的研究成果目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 I X 中南大学硕士学位论文 1 概述 1 概述 1 ．1引言 矿产资源是自然资源的重要组成部分，是人类生存和社会发展的重要物质基 础。据统计，我国9 5 ％以上的能源、8 0 ％以上的工业原料、7 0 ％以上的农业生产 资料都来自矿产资源；若包含制造业等下游产业在内，我国7 0 ％以上的国民经济 及其相关部门的运转需要矿业的支撑【1 1 。经济建设的持续快速发展必然要求矿产 资源的大幅供应增长来保证建设的需求，对矿产资源的需求主要来自美国、英国、 德国、法国、日本等发达国家以及中国、韩国等新兴工业化国家，然而，矿产资 源主要分布在澳大利亚、俄罗斯、印度、巴西等国家，这使得资源外交成为2 1 世纪最重要的外交手段之一【2 1 。建立在资源外交下的矿产资源利用合作从传统意 义上的经贸合作上升为具有战略意义的政治合作；在具体领域的项目合作也代表 着国家政府行为，而不再是单纯的企业行为【3 1 。鉴于矿产资源的重要性及其分布 地极度不均，对矿产资源地争夺一直以来都是世界各国间冲突的主要原因之一。 据不完全统计[ 4 】，包括对我国的南沙、西沙及钓鱼岛等在内的1 3 项重要国际争 端，均是出于争夺矿产资源引起的。 我国目前已发现矿产1 7 1 种，其中有1 5 9 种己探明储量，矿产资源总量约占 世界的1 2 ％，仅次于美国和俄罗斯。但我国人均矿产资源占有量仅为世界平均水 平的5 8 ％，特别是石油、天然气、铝土矿等主要矿产资源的人均储量远远低于世 界人均水平【5 矧。作为世界上最大的发展中国家之一，中国正处于工业化、城镇 化和农业现代化加速推进和全面建设成小康社会的关键时期，经济长期持续较快 发展，必然导致矿产资源消费快速增长，使矿产资源供需矛盾日益突出【。经历 了数百年的探寻和开发，我国地表及浅部的矿产资源多己被探明和开发利用，向 地下深部和海域探寻和开发矿产资源成为新的发展出路，但是，开发利用的难度 和风险性越来越大，前期投入成本亦越来越高，这将直接影响国民经济地持续发 展和国家战略安全【8 】。过去1 0 年，我国矿产资源消费量之大、增速之快，是历 史上任何国家所不曾有过的【9 ‘1 0 】。国内矿产的供应难以满足如此之高的需求，对 外依存度不断攀升，使我国矿产资源安全面临前所未有的挑战。我国矿产资源在 未来5 到1 0 年内供需矛盾将最为突出，矿种短缺的局面将从部分矿种向更大范 围矿种发展，国内矿产资源供给形势将日益严峻，矿产资源问题将成为制约我国 国民经济持续健康发展的重要瓶颈之一【1 1 I 。 1 ．2 矿山开发的环境影响 矿山开发可以为国民经济社会发展提供不可或缺的原材料，同时也支撑着区 中南大学硕士学位论文 1 概述 域经济的发展，但是，也不可避免地带来了一系列的生态环境问题【1 2 】。 1 破坏和占用土地资源 矿产资源的开发利用引发的最直接的资源问题是大量破坏与占用土地资源， 为了保障矿山开采的顺利进行，需要修筑道路、固定井架、建立料场及必需的生 活设施，这将不可避免地需要占用大量面积的土地。我国耕地面积仅占全国土地 面积的1 ／1 0 ，人均耕地只有0 ．1h a ，不足世界平均水平的1 ／3 [ 1 3 】。近年来，随着 矿山开采业的发展，土地破坏的情况越来越严重，导致我国可耕地资源越来越紧 张。据统计，我国因采矿累计占用土地约5 8 6 万h a ，破坏土地1 5 7 万h a 且每年 以4 万h a 的速度增长；矿业废弃地迅猛扩增，大量侵占耕地资源，破坏耕地面 积2 6 ．3 万h a ；仅国有煤矿矸石山就达1 5 0 0 余座，历年累计堆积量达3 0 亿t ，占 地超过5 0 0 0h a ；各类尾矿矿石累计约2 5 亿t ，并以每年3 亿t 的速度不断增长【1 4 】。 这使得我国土地资源面临更严峻的形势，人地矛盾更突出。 2 破坏自然景观 矿产资源的勘查、开发和利用，对周围的生态环境产生不同形式的扰动作用。 一般矿山在进行开采前多为草地、森林等自然植被覆盖的山体。开采过程中砍伐 森林，压覆、毁坏土地，以及选矿废石与垃圾地堆置等，严重破坏森林、草地等 自然景观，形成一个与周围环境极不协调的外观。据调查，全国因采矿而被破坏 的森林面积己达1 0 6 万h a ，矿产资源开发占用和破坏林地的现象不容忽视；全 国矿山开发占用草地面积为2 6 ．3 万h a ，草地退化情况日趋严重，退化率由7 0 年 代的1 6 ％上升到3 7 ％，必须引起高度重视【l5 1 。有些矿区位于名胜古迹之下，地 下的开采塌陷直接或间接威胁到名胜遗迹，给人类文明带来重大损失。 3 诱发地质灾害 矿区开挖活动将改变矿区及周边区域的地质条件，加上地表植被的破坏，长 期裸露的露天矿边坡、废石堆、尾矿库每年可造成大量的水土流失，甚至垮塌形 成滑坡，尾矿库的溃坝很容易形成泥石流、岩土崩塌、地面塌陷等矿山地质灾害， 使附近及下游的沟谷堆积大量泥沙及废石，造成沟谷变浅及下游河水严重污染， 部分农田、公路等也遭受破坏，甚至造成人员伤亡，给人类的生产和生活造成巨 大损失。2 0 0 6 年全国矿山地质环境调查与评估表明，辽宁、吉林、黑龙江等1 2 个重点矿山省区共有采空塌陷3 2 5 7 处，面积达3 6 6 2 8k m 2 ，地裂缝2 1 6 1 条，滑 坡7 0 9 处，泥石流5 0 5 处，崩塌4 9 0 处，造成的经济损失积累达1