喀斯特石漠化地区采矿环境影响及综合治理研究
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摘要
本文以喀斯特石漠化地区平果铝大型露天矿开采对生态环境影响为研究对象,总结前人生态治理的经验和技术,通过实地野外调查,对固定样地和示范区进行监测的基础上,运用可持续性发展理论、多目标决策、生态景观学、恢复生态学、生物学、生态经济学、管理学、反贫困理论、人地关系地域系统理论和系统工程学中的系统分析方法等的基本理论和思想,结合最新政策导向和市场变化,从理论基础、恢复技术、水土保持、土地利用结构变化和石漠化生态保护政策等方面,就石漠化区采矿环境影响和生态综合治理技术开展调查与研究。研究石漠化生态治理的技术,根据生态系统的特点,兼顾生态、经济、社会效益,将石漠化地区生态环境的建设、耕地总量动态平衡和反贫困结合起来,逐步恢复石漠化地区植被和生境,建立辐射效应强的复垦示范区,促进社会经济发展和保护喀斯特地区脆弱的生态平衡为目的。论文首次将“景观生态空间结构分析法”运用于平果铝土矿开采矿区的恢复生态的预测,得到了该地区生态环境的发展趋势及影响因素、时间及空间变化。针对影响矿区社会经济可持续发展的脆弱生态环境的主要驱动力因素和时空变化,提出了研究区域生态环境综合治理技术和对脆弱生态环境保护政策和措施。论文的主要研究成果如下：
(1)生态脆弱性的主要成因是以气候条件、地质地貌条件为基底的原生脆弱性,加上人为活动的胁迫性影响而导致的次生脆弱性交互作用的结果。本文总结前人研究成果和调查分析平果铝矿区生态环境脆弱性的主要形成因素,研究发现喀斯特石漠化的成因机理和生态脆弱性是由土地与资源不合理利用、土壤侵蚀、酸盐岩性、地表水流失、植被退化与丧失和土地生物生产力退化等要素引起。引入生态景观学对土地石漠化的概念进行了完善和补充,丰富了石漠化的定义。对那豆岩溶区土壤质量、土壤水进行评价,定量计算了岩溶矿区土壤养分变异对生态环境效应影响。分析土壤水分的生态系统作用机理,运用水库效应模型以及原生植被破坏后土壤水污染物运移风险预测模型。
(2)平果铝露天开采对原生植被的破坏、水土流失严重,滑坡、泥石流等地质灾害发生,严重地威胁着矿区的生态环境,加剧了区域石漠化的发展。本文在调查了解平果铝土矿区地质及自然条件状况、矿区土地利用、土壤资源状况和开采工艺的基础上,研究平果铝露天矿开采对当地生态环境造成的影响和生态景观变化。用Bayes判别分析数学模型对平果铝采矿的矿山地质环境进行了评估。
(3)对平果铝矿二期工程水土保持及复垦后水土保持模式进行剖析。总结出了一套完整而可行的水土保持经验,对其它喀斯特石漠化地区矿山或同类矿区的水土保持具有较强的借鉴意义。耕地总量动态平衡是土地研究的重点,平果铝矿区由于开采引起土地利用结构的变化而导致了耕地总量变化,通过矿区复垦土地适宜性评价确定平果铝矿区待复垦土地的最佳用途。
(4)露天开采使其生态系统急剧破坏和退化,首要的是了解其生态脆弱性的成因及生态因子对生态脆弱性的作用,才能进行生态重建的综合治理。本文对喀斯特石漠化地区平果铝土矿露天开采的生态重建从工程复垦技术、生物复垦技术和菌根技术三个方面进行了综合治理技术研究,加速了土壤熟化以及植被重建,成功地利用了平果铝工业废弃物作为复垦的人工再造耕层材料,并提出了最佳配土方案,即解决了缺少覆土的难题,初步实现了矿区废弃物的减量化、资源化和无害化。并对复垦后的生态系统从经济效益、社会效益和生态效益三个方面进行评价论证。建立了景观生态空间结构模型,并对采空区土地利用结构变化和生态重建生态系统进行了预测；建立了综合费—效分析的灰色评价模型,对采空区复垦效益进行了综合评价,预测和评价结果证明了平果铝生态恢复是成功的。
(5)提出了生态系统学概念,分析喀斯特石漠化地区生态环境保护的特点,从国家政策和管理学角度,提出了实施喀斯特石漠化地区生态保护政策11条建议性措施。
The research object of this paper is the influence on ecological environment caused by surface mining in karst rocky desertification areas, taking Pingguo as the example. On the basis of the former experience and technique in ecological control, through field investigation, monitoring in fixed sample plot and demonstration areas, by using sustainable development theory, multi-objective decision, method of system analysis, ecological landscape science, restoration ecology, biological, ecological economics, management, anti-poverty theory, man-land relationship regional system theory, and so on, combined with new policy guidance and market change, the investigation on mining environment effect and ecological comprehensive treatment technology was carried out in theoretical foundation, recovery technique, soil and water conservation, land use structure changes and policies of ecological protection. The research on rocky desertification ecological management technology is based on the characteristic of ecosystem, accord with the ecological, economical, social benefits, combined with ecological environment construction, total dynamic balance of cultivated land, and anti-poverty. The vegetation and ecological environment are gradually renewed; strong radiation effect reclamation demonstration is built. It has great practical significance to the social economic development, protect the frail ecological balance of karst areas and prevent further expansion of Rocky Desertification mountainous bare areas. The first time, the landscape ecological spatial structure analysis method,applied to Pingguo bauxite mining areas, restoration of ecological forecasts, the region has been the development trend of ecological environment and influencing factors, time and spatial variation. In this paper, the impact of socio-economic sustainable development in mining areas vulnerable ecological environment, the main driving force factors and temporal and spatial changes in the study area presented the ecological environment comprehensive treatment technology and the fragile eco-environmental protection policies and measures.
The main research results of the paper are as follows:
(1) The main cause of the ecological fragility is the result of the interaction by primary vulnerability with climate condition and geological and geomorphological conditions and secondary vulnerability caused by human activities stress.
This paper summarized the predecessor's s research results, investigated and analyzed the main forming factors of ecological environment vulnerability in Pingguo Bauxite. In the research, it found that genetic mechanism of karst rocky desertification and ecological vulnerability were caused by irrational utilization of land and resources, soil erosion, acid salt lithologic, surface water loss, vegetation degradation and lose, land biological productivity degeneration, and etc. This paper introduces the Ecological Landscape the concept of land rocky desertification has improved and added to enrich the definition of rocky desertification. Then soil quality and soil water in Nadou were evaluated, the effect on Ecological Environment caused by soil nutrient variation was calculated. It analyzes the soil moisture ecosystem mechanism, and utilizes the reservoir benefit model and soil water pollutants migration risk prediction model after original vegetation destruction.
(2) The surface mining of Pingguo Bauxite forces the original vegetation drastically destroyed, soil lost, landslide, debris flow, and other geological hazard happed. It seriously threats the mine ecological environment, intensifies the development of rocky desertification. Through the investment of the geological, natural conditions, mine land use, soil resources condition and mining technology, the paper study the influence on ecological environment caused by surface mining, the ecological landscape change, and evaluate the mine geological environment by Bayes discriminant analysis model.
(3) By analysis of the soil and water conservation and conservation model after reclamation in Pingguo Bauxite second stage, the complete and feasible experiences are summarized; it has strong reference meaning to soil and water conservation in the mines of Karst areas and other mine areas. The total cultivated land dynamic equilibrium is the key of the land use research. The land use structure change made the total cultivated land change. The best use of the reclaimed land in Pingguo Bauxite was fixed by the Suitability Evaluation of reclaimed land in mining area.
(4) Surface mining makes the ecosystem drastically damaged and degenerated. The principal way of the ecological reconstruction comprehensive management is to understand the cause of ecological fragility and the effect by ecological factors. The comprehensive management research for ecological reconstruction of Pingguo Bauxite in karst areas was made in three ways:engineering reclamation and biological reclamation and mycorrhizal technology, It accelerates the ripening of soil and vegetation reconstruction. Successfully used Pingguo aluminum industry waste as recycled topsoil reclamation of artificial materials, and made the best with soil program, that is, to solve the lack of the casing of the problem, the initial implementation of the mine waste reduction, resource and harmless. And ecosystem after reclamation was evaluated and proved in three aspects:economic benefit, social benefit, and ecological benefit. In the paper, it constructs landscape ecological spatial structural model, and predicts land use structure change and the eco-system after goaf ecological reconstruction; it establishes the integrated cost benefit analysis Grey Evaluation model based on the reclamation efficiency, the prediction and evaluation results prove that the Ecological in Pingguo Bauxite is successful.
(5) It puts forward the concept of eco-system, analyzes the characteristic of the entironment safeguard in karst areas, and proposes eleven constructive measures for policies of ecological protection in karst rocky desertification areas.
(1)生态脆弱性的主要成因是以气候条件、地质地貌条件为基底的原生脆弱性,加上人为活动的胁迫性影响而导致的次生脆弱性交互作用的结果。本文总结前人研究成果和调查分析平果铝矿区生态环境脆弱性的主要形成因素,研究发现喀斯特石漠化的成因机理和生态脆弱性是由土地与资源不合理利用、土壤侵蚀、酸盐岩性、地表水流失、植被退化与丧失和土地生物生产力退化等要素引起。引入生态景观学对土地石漠化的概念进行了完善和补充,丰富了石漠化的定义。对那豆岩溶区土壤质量、土壤水进行评价,定量计算了岩溶矿区土壤养分变异对生态环境效应影响。分析土壤水分的生态系统作用机理,运用水库效应模型以及原生植被破坏后土壤水污染物运移风险预测模型。
(2)平果铝露天开采对原生植被的破坏、水土流失严重,滑坡、泥石流等地质灾害发生,严重地威胁着矿区的生态环境,加剧了区域石漠化的发展。本文在调查了解平果铝土矿区地质及自然条件状况、矿区土地利用、土壤资源状况和开采工艺的基础上,研究平果铝露天矿开采对当地生态环境造成的影响和生态景观变化。用Bayes判别分析数学模型对平果铝采矿的矿山地质环境进行了评估。
(3)对平果铝矿二期工程水土保持及复垦后水土保持模式进行剖析。总结出了一套完整而可行的水土保持经验,对其它喀斯特石漠化地区矿山或同类矿区的水土保持具有较强的借鉴意义。耕地总量动态平衡是土地研究的重点,平果铝矿区由于开采引起土地利用结构的变化而导致了耕地总量变化,通过矿区复垦土地适宜性评价确定平果铝矿区待复垦土地的最佳用途。
(4)露天开采使其生态系统急剧破坏和退化,首要的是了解其生态脆弱性的成因及生态因子对生态脆弱性的作用,才能进行生态重建的综合治理。本文对喀斯特石漠化地区平果铝土矿露天开采的生态重建从工程复垦技术、生物复垦技术和菌根技术三个方面进行了综合治理技术研究,加速了土壤熟化以及植被重建,成功地利用了平果铝工业废弃物作为复垦的人工再造耕层材料,并提出了最佳配土方案,即解决了缺少覆土的难题,初步实现了矿区废弃物的减量化、资源化和无害化。并对复垦后的生态系统从经济效益、社会效益和生态效益三个方面进行评价论证。建立了景观生态空间结构模型,并对采空区土地利用结构变化和生态重建生态系统进行了预测；建立了综合费—效分析的灰色评价模型,对采空区复垦效益进行了综合评价,预测和评价结果证明了平果铝生态恢复是成功的。
(5)提出了生态系统学概念,分析喀斯特石漠化地区生态环境保护的特点,从国家政策和管理学角度,提出了实施喀斯特石漠化地区生态保护政策11条建议性措施。
The research object of this paper is the influence on ecological environment caused by surface mining in karst rocky desertification areas, taking Pingguo as the example. On the basis of the former experience and technique in ecological control, through field investigation, monitoring in fixed sample plot and demonstration areas, by using sustainable development theory, multi-objective decision, method of system analysis, ecological landscape science, restoration ecology, biological, ecological economics, management, anti-poverty theory, man-land relationship regional system theory, and so on, combined with new policy guidance and market change, the investigation on mining environment effect and ecological comprehensive treatment technology was carried out in theoretical foundation, recovery technique, soil and water conservation, land use structure changes and policies of ecological protection. The research on rocky desertification ecological management technology is based on the characteristic of ecosystem, accord with the ecological, economical, social benefits, combined with ecological environment construction, total dynamic balance of cultivated land, and anti-poverty. The vegetation and ecological environment are gradually renewed; strong radiation effect reclamation demonstration is built. It has great practical significance to the social economic development, protect the frail ecological balance of karst areas and prevent further expansion of Rocky Desertification mountainous bare areas. The first time, the landscape ecological spatial structure analysis method,applied to Pingguo bauxite mining areas, restoration of ecological forecasts, the region has been the development trend of ecological environment and influencing factors, time and spatial variation. In this paper, the impact of socio-economic sustainable development in mining areas vulnerable ecological environment, the main driving force factors and temporal and spatial changes in the study area presented the ecological environment comprehensive treatment technology and the fragile eco-environmental protection policies and measures.
The main research results of the paper are as follows:
(1) The main cause of the ecological fragility is the result of the interaction by primary vulnerability with climate condition and geological and geomorphological conditions and secondary vulnerability caused by human activities stress.
This paper summarized the predecessor's s research results, investigated and analyzed the main forming factors of ecological environment vulnerability in Pingguo Bauxite. In the research, it found that genetic mechanism of karst rocky desertification and ecological vulnerability were caused by irrational utilization of land and resources, soil erosion, acid salt lithologic, surface water loss, vegetation degradation and lose, land biological productivity degeneration, and etc. This paper introduces the Ecological Landscape the concept of land rocky desertification has improved and added to enrich the definition of rocky desertification. Then soil quality and soil water in Nadou were evaluated, the effect on Ecological Environment caused by soil nutrient variation was calculated. It analyzes the soil moisture ecosystem mechanism, and utilizes the reservoir benefit model and soil water pollutants migration risk prediction model after original vegetation destruction.
(2) The surface mining of Pingguo Bauxite forces the original vegetation drastically destroyed, soil lost, landslide, debris flow, and other geological hazard happed. It seriously threats the mine ecological environment, intensifies the development of rocky desertification. Through the investment of the geological, natural conditions, mine land use, soil resources condition and mining technology, the paper study the influence on ecological environment caused by surface mining, the ecological landscape change, and evaluate the mine geological environment by Bayes discriminant analysis model.
(3) By analysis of the soil and water conservation and conservation model after reclamation in Pingguo Bauxite second stage, the complete and feasible experiences are summarized; it has strong reference meaning to soil and water conservation in the mines of Karst areas and other mine areas. The total cultivated land dynamic equilibrium is the key of the land use research. The land use structure change made the total cultivated land change. The best use of the reclaimed land in Pingguo Bauxite was fixed by the Suitability Evaluation of reclaimed land in mining area.
(4) Surface mining makes the ecosystem drastically damaged and degenerated. The principal way of the ecological reconstruction comprehensive management is to understand the cause of ecological fragility and the effect by ecological factors. The comprehensive management research for ecological reconstruction of Pingguo Bauxite in karst areas was made in three ways:engineering reclamation and biological reclamation and mycorrhizal technology, It accelerates the ripening of soil and vegetation reconstruction. Successfully used Pingguo aluminum industry waste as recycled topsoil reclamation of artificial materials, and made the best with soil program, that is, to solve the lack of the casing of the problem, the initial implementation of the mine waste reduction, resource and harmless. And ecosystem after reclamation was evaluated and proved in three aspects:economic benefit, social benefit, and ecological benefit. In the paper, it constructs landscape ecological spatial structural model, and predicts land use structure change and the eco-system after goaf ecological reconstruction; it establishes the integrated cost benefit analysis Grey Evaluation model based on the reclamation efficiency, the prediction and evaluation results prove that the Ecological in Pingguo Bauxite is successful.
(5) It puts forward the concept of eco-system, analyzes the characteristic of the entironment safeguard in karst areas, and proposes eleven constructive measures for policies of ecological protection in karst rocky desertification areas.
引文
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