矿山生态修复世界生态恢复大会参与者及新技术研究-尊龙人生就是博官网

世界生态恢复大会都将矿山生态系统列为大会交流的主题之一。为了解矿山生态修复的最新进展，全面对比了大会的论文和报告，包括参会国家、主要机构、热点矿区、修复要素、矿山类型、修复技术等。在此基础上，归纳了新开发的生态修复技术，包括植被恢复、土壤修复和景观恢复等新技术;总结了当前的研究热点，主要有复垦的土壤和修复的植物之间相互作用的机理、矿山生态修复的监测新技术、本土物种保持、污染土壤修复新技术、应对全球气候变化的矿山生态修复新思维和矿山生态系统服务价值等;介绍了会议提出的新观点，如自然恢复和人工恢复选择的新标准、矿山生态恢复力新理论、新型矿山生态系统及其设计等。最后对未来研究趋势进行了预测。

世界生态恢复大会上涉及矿山生态恢复的口头报告(oral presentation)和专题座谈会(symposium presentation)共27个、张贴论文报告(poster presentation)22个,而2013年分别是34个、10个,2015年则分别是31个、18个,可见近三届发表的论文(报告)数量变化不大,这表明矿山生态恢复是一个稳定的研究领域。2013年,在会上做口头报告的有美国、法国、捷克、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年有蒙古、南非、捷克、澳大利亚、加拿大、英国、印度、新西兰、法国、美国、德国、芬兰、尼日尔、冰岛、巴西、爱沙尼亚、比利时、秘鲁、中国等19个国家,而2017年有巴西、澳大利亚、韩国、美国、波兰、西班牙、秘鲁、西班牙、中国、哥伦比亚、阿根廷、拉脱维亚、南非、厄瓜多尔、冰岛、西班牙、捷克、德国、加拿大、爱沙尼亚等20个国家。可见,澳大利亚、加拿大、美国、中国、南非、捷克、巴西等是持续参加该学术会议并长期关注矿山生态恢复的国家,因为这些国家是矿产资源开发大国。

参加会议并提交论文的机构主要是高校和科研单位,而企业和政府部门则相对较少。2013年参加会议的有高校30所、科研单位5所、公司4家和政府管理部门2个;2015年有高校36所、科研单位14所、公司7家和政府管理部门4个;2017年则有高校43所、科研单位30所、公司6家和政府管理部门5个。可见,高等院校是矿区生态恢复的主要研究机构。但值得一提的是,一些大型矿山企业如澳大利亚美铝有限公司(alcoa of australia ltd.)等一直积极参与矿区生态修复的研究工作。

从参加会议的高等院校来看,加拿大的阿尔伯塔大学(university of alberta)、澳大利亚的昆士兰大学(university of queensland)和西澳大学(university of western australia)、捷克的查理斯大学(charles university in prague)和南波希米亚大学(university of south bohemia)、爱沙尼亚的塔林大学(tallinn university)、中国的中国矿业大学(china university of mining and technology)、美国的科罗拉多州立大学(colorado state university)、密歇根理工大学(michigan technological university)、蒙大拿州立大学(montana state university)以及洛杉矶大学(universidad de los los andes)、巴西的南大里约热内卢联邦大学(universidade federal do rio grande do sul)和圣保罗大学(universidade de s?o paulo)、波兰的克拉科夫农业大学(university of agriculture in krakow)、西班牙的阿尔卡拉大学(university of alcalá-fundación fire)、德国的慕尼黑工业大学(technical university munich)是最近几年最为活跃的高校。

世界矿山分布极其广阔,但是研究兴趣区似乎非常集中。主要有加拿大油砂开采矿区、美国阿巴拉契亚矿区、中国西部干旱半干旱矿山、南美热带雨林地区的矿山、澳大利亚热带干旱矿区、非洲金属矿区和欧洲已经修复的矿区等7大地区,表明这些地区资源开采强度大、破坏严重且是生态恢复的重点地区。从地带来看,对干旱半干旱矿区生态恢复的关注度最高,如非洲、南美洲、澳大利亚、印度等季节性干旱的稀树草原(savannah)矿区以及中国西部干旱矿区等;其次是苔原区(tundra)如北美、北欧和高寒山地的矿区;再次是南美洲的秘鲁和巴西、非洲的刚果等国家热带雨林著名矿区。

从生态修复的对象来看,受关注程度最高的一直是植被,包括林地、苔藓、灌木、草本、豆科植被等。根据植被所在地区的不同又可细分为矿区植被、流域植被、泥炭地植被与湿地植被等;根据所处地可分为干旱带、干湿热带、热带以及寒带植被等。土壤的恢复次之,包括土壤有机质提高、重金属迁移和土壤结构重构等。除此之外,修复要素还包生态景观、物种多样性、本土物种结构、土壤微生物、生态系统服务、水资源污染、地下水水位、土壤种子库等的修复。近三届会议关注的生态修复对象间的比例有轻微变化,但大体上保持一致,这表明近年来国际矿山复垦和生态修复的关注点较为稳定。

从研究的矿区类型看,露天矿山的生态修复是关注的重点,井工矿山相对较少。从不同矿山类型来看,煤矿是关注的重点,金属矿、砂石矿修复的研究也较多。金属矿山中,以金矿、铜矿、钴矿、铁矿、铝矿、铀矿为主,砂石矿则以干旱地区的采砂场为主。除此之外,油砂矿、草原沙矿、林地砂矿等也受到一定程度的关注。其他矿山,例如粘土矿、页岩矿等的研究也有涉及。值得一提的是,关闭矿山的生态恢复受到较大程度的关注,尤其是关闭时间很长的矿山的复垦场地的生态演替得到了研究人员的重视,例如,研究人员以关闭矿山为研究场地来比较自然修复和人工修复的效果,从而反思现有的修复模式。

大会期间,大部分国家的专家学者介绍了本国土地复垦和生态修复的经验、存在的问题和解决途径等,也有不少专家展示了新的土地复垦和生态修复技术。

一、植物修复新技术

植物修复技术的开发一直是矿山生态修复研究的重点。例如,法国新喀里多尼亚镍矿山修复中,在水播法中撒播的是一种丛枝菌根真菌孢子包裹的种子,该种子用15g/l的藻酸盐作包衣剂,用微孔膜(millipore membranes)覆盖。该技术的关键是控制水的ph值,这是因为水的ph值对包衣质量和发芽影响最大。再例如,美国密歇根湖区铜矿迹地的湿地恢复中,采用土工合成材料(geotextile materials)、泥炭(peat)和当地灌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、专业种子园等来培育种子,因为野生种子数量难以满足需求,他们认为建立专门基地、园地有很多优点,如保持多样性、血统、防止种子污染外物入侵、提高种子质量等,还可以作为气候变化监测场所等。

然而,近几年很多的案例强调了植被修复的全过程控制技术,而不仅仅依靠单一的生态修复技术。例如,加拿大阿尔伯特油砂矿场植被重建的瓶颈是水,研究人员提出了加强重栽植被的保水管理、重塑地形减少水土流失、加大渗透以在地下保水、选择适当的保水植被、关注水的时空配置及其与植被重建相耦合等关键技术。在澳大利亚露天矿场植被重建中,研究人员考虑到植被生命周期的播种、幼苗和成熟等三个阶段土壤和植被的相互作用,提出了全局植被重建技术,包括植物物种优选、土壤基底重构、表土覆盖、播种和维护管理等环节。阿根廷的研究人员提出了干旱矿区植被重建关键技术,包括物种选择、胚质生产、幼苗种植、苗木生产、土壤和基底重构、群落构建以及植被维护等。印度切里亚煤田开采历史100多年,是世界著名煤田,在这里进行煤炭开发的巴拉特焦煤公司提出了三步式复垦策略：第一步铲除侵入物种如马缨丹(lantana),第二步种植灌木和草本植物,第三步种植本土乔木。

二、土壤修复新技术

土壤修复往往是针对退化土壤的某种性状缺陷而开展的。例如,在加拿大阔叶林生态修复过程中,研究人员发现人工扰动后土壤酸性太强,因而采用添加石灰来中和土壤酸性。然而石灰的添加会影响到土壤微生物功能,尤其是影响到异养的和无机化能营养的硝化细菌的活性和潜在硝化活动,因此研究人员认为石灰添加量和修复时机十分重要。再例如,加拿大的矿山生态修复研究人员为了减少锌的污染,提出了专门的土壤修复方法,包括施加鱼粉生物炭、钙基膨润土和覆盖木纤维等。另外,加拿大研究人员还开发了一种加速泥炭转化为土壤有机质的方法;澳大利亚采矿场地土壤修复中特别强调土壤种子库的保护和建设,研究人员认为土壤种子库是重建生态系统抵抗干旱扰动的关键。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的修复过程中,采用了生物炭和蚯蚓培育技术;在南澳大利亚州干旱砂矿的土壤修复中,提出了构建微生物生态银行技术,这种技术能以最大限度恢复表土质量促进采矿场地重建,通过培育蓝菌(cyanobacteria)以促进生态结皮生长、表土稳定化。

三、景观恢复新技术

矿山景观恢复受到越来越多的关注。例如,在加拿大关闭油砂矿的修复过程中,就特别强调景观恢复,恢复技术包括加强斑块的联通性、地貌重塑、采场排水系统和地面水系的有机联系、加强修复场地和周边湖滨生态系统功能的协调等。澳大利亚露天矿山修复中注重模仿自然地貌来重塑景观,这实质是对自然景观的恢复,其中关键技术是增加地形的异质性。冰岛严重退化的矿山景观恢复强调非生物因素的改善、利益相关者的参与、生态修复人员的培训和引导等。

矿山景观恢复力的评估、矿山生态系统景观服务价值、景观尺度上的生态恢复、生态恢复过程中景观结构和功能的响应和反馈、采后景观的维持和优化、不同物种对景观配置的影响、公共政策和社会过程对矿山景观恢复的作用、景观恢复效果评价这些问题也受到关注。

从生态修复方法看,人工修复是研究的主体。相比之下,自然恢复的研究较少,但有增长趋势。对这两种修复方法的反思和比较是一个热点。对自然恢复的研究强调恢复效果的监测和评价,而人工修复研究则侧重于开发不同的修复方法,如植被修复、动物修复、微生物修复、表层土壤重构、营养物覆盖方法等。在植被修复方面,研究人员关注固氮植物、吸附重金属植物、保水植物、耐受性植物等的优选方法。