王超，畢君，尤海舟

1.河北省林業(yè)科學研究院，河北 石家莊 050067；2.河北省林木良種工程技術研究中心，河北 石家莊 050061

礦山廢棄地是受采礦活動劇烈干擾所形成的極度退化的生態(tài)系統(tǒng)。由于采礦活動中需要大面積剝離表層巖土和產(chǎn)生大量的廢棄渣石，使區(qū)域景觀破碎化，原生土壤-植被系統(tǒng)遭到完全破壞，土地退化為原生裸地乃至失去利用價值，并引發(fā)系列的環(huán)境問題如水土流失、環(huán)境污染和地質(zhì)災害等(劉海龍，2004)；尤其是金屬礦山廢棄地，由于較高的剝采比和重金屬環(huán)境背景值，表面多形成極端的生態(tài)環(huán)境（薛生國等，2009），生態(tài)系統(tǒng)進展演替困難，生態(tài)恢復難度較大。我國礦山生態(tài)恢復始于 20世紀 70年代后期，目前在生態(tài)恢復的理論、規(guī)劃與實踐等多個方面仍處于薄弱環(huán)節(jié)；全國平均恢復率約為10%～12%，而金屬礦山廢棄地恢復率較低(5%以下)，與礦業(yè)先進國家的廢棄地恢復率(50%～80%)相差甚遠（李明順等，2005）。礦山廢棄地生態(tài)系統(tǒng)退化程度評價是對生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀、生態(tài)影響和可治理難易程度的評估過程，可為生態(tài)環(huán)境影響評價、生態(tài)恢復規(guī)劃和生態(tài)治理工程等提供理論基礎。由于礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境的高度復雜性，已有生態(tài)退化研究多集中于某一方面，而綜合性反映生態(tài)退化程度的研究較少。何書金、孫明迪等對礦區(qū)廢棄地土地可恢復潛力進行了評價（何書金和蘇光泉，2000；孫明迪等，2006），李江峰對礦區(qū)廢棄地恢復生態(tài)質(zhì)量進行了評價（李江峰，2010），冀紅娟等對尾礦庫環(huán)境影響進行了評價（冀紅娟等，2008）。礦山廢棄地根據(jù)產(chǎn)生原因可劃分為采礦跡地、排巖場、尾礦庫、壓占區(qū)等主要類型（王超和畢君，2012；吳歡和周興，2003；劉國華和舒洪嵐，2002），本文分別廢棄地類型進行了生態(tài)退化程度的綜合評價研究。

1 生態(tài)退化評價指標選取

目前生態(tài)系統(tǒng)的評價方法大致分為2種。一種是生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的評價方法，主要考慮生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性，例如對自然保護區(qū)環(huán)境質(zhì)量的評價，評價指標均來自于生態(tài)系統(tǒng)的各項自然環(huán)境因子，如張崢等對我國濕地生態(tài)質(zhì)量評價方法的研究（張崢等，2000），張濤對徐州山地森林生態(tài)質(zhì)量的評價（張濤等，2009）；另一種評價方法是從社會--經(jīng)濟的觀點出發(fā)來評價生態(tài)系統(tǒng)，評價人類社會經(jīng)濟活動所引起的自然生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的改變程度，評價指標主要反映社會經(jīng)濟活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的擾動強度，如陳橋?qū)邶埥〉V山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評價（陳橋，2003）。隨著生態(tài)系統(tǒng)評價研究的不斷深入，兼顧自然因子、人為干擾強度因子的評價方法已逐步得到應用，如劉燕對陜北黃土高原生態(tài)質(zhì)量的評價（劉燕和劉康，2010）。由于礦山廢棄地是受高強度人為干擾所形成的極度退化生態(tài)系統(tǒng)，評價結果既要反映礦山廢棄地生態(tài)質(zhì)量現(xiàn)狀，也要反映采礦活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾強度，因此評價時需要同時考慮生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和社會經(jīng)濟活動屬性。

生態(tài)退化是指由于人類對自然資源以及不合理利用而造成生態(tài)系統(tǒng)結構破壞、功能衰退、生物多樣性減少、生物生產(chǎn)力下降以及土地生產(chǎn)潛力下降、土地資源喪失等現(xiàn)象（劉國華等，2000），表征礦山廢棄地生態(tài)退化程度的指標通常來自于生態(tài)系統(tǒng)結構、生態(tài)負面影響、環(huán)境污染及環(huán)境風險等方面。由于生態(tài)系統(tǒng)的高度復雜性，選擇導致生態(tài)系統(tǒng)退化的主要因子或以宜于反映生態(tài)系統(tǒng)破壞程度或恢復潛力、生態(tài)影響范圍及程度的自然因子和工程指標作為評價指標，遵循概況性和普適性強、數(shù)量少、便于直接獲得和應用的原則（馬祥愛，2005）。

1.1 尾礦庫生態(tài)退化評價指標

尾礦庫是由金屬礦石精選后的廢渣堆棄而成，由細微的巖土顆粒組成，主要生態(tài)限制性因子為表面干旱高溫的小氣候，土壤缺失和營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、不適宜的pH值以及重金屬離子濃度過高等；生態(tài)環(huán)境負面影響表現(xiàn)為自然植被難以生長、易于水蝕和風蝕、粉塵和重金屬離子等有害物質(zhì)對環(huán)境的污染，尾礦庫潰壩誘發(fā)地質(zhì)災害等。因此評價指標選擇庫容（設計等級）、坡度、pH值、有害物質(zhì)濃度、自然植被蓋度和安全度6項因子。

1.2 采礦跡地生態(tài)退化評價指標

采礦跡地指礦山采掘過程中對山體表面直接破壞所形成的創(chuàng)面，地表完全由巖石組成，土壤-植被結構被破壞，生態(tài)限制性因子為土壤結構的缺損、不適宜的pH值和較高的重金屬離子濃度等；生態(tài)環(huán)境負面影響表現(xiàn)為自然植被難以生長、易于水土流失、地質(zhì)風險隱患和環(huán)境污染物質(zhì)超標等。因此評價指標選取地表物質(zhì)組成、地表平整度、有害物質(zhì)濃度、自然植被蓋度、面積、地質(zhì)安全性 6項因子。

1.3 排巖場生態(tài)退化評價指標

排巖場，通常又稱排土場，是在礦山采掘、采選過程中由剝離廢棄的土壤、石塊和礫石人工堆棄成的松散堆墊體，主要生態(tài)限制性因子為土壤和植被的缺損，水土流失、環(huán)境污染隱患和地質(zhì)風險等，選取設計等級、物質(zhì)組成、安全度、自然植被蓋度、有害物質(zhì)濃度和坡度6項因子做為評價指標。

1.4 壓占區(qū)生態(tài)退化評價指標

壓占區(qū)指由于生產(chǎn)作業(yè)、建筑、交通等先占用后破壞的土地，生態(tài)限制性因子為土壤和植被的破壞，評價指標選取壓占面積、地表物質(zhì)組成、有害物質(zhì)濃度和自然植被蓋度4項因子。

2 生態(tài)退化程度的綜合評價

礦山廢棄地生態(tài)退化評價指標來自于土壤、植被、景觀和工程等方面，難以實現(xiàn)不同指標的直接量化比較。本文采用層次分析法確定各評價指標權重值；結合實地調(diào)查結果、國家現(xiàn)有標準值和專家賦值等對各項指標進行量化和標準化，最后運用各指標權重綜合確定生態(tài)退化等級。

2.1 層次模型的建立

根據(jù)所選擇的指標，其生態(tài)退化因子可分為 3層樹狀結構，準則層分為4個方面：工程設計條件、土壤條件、地形和地質(zhì)條件、植被條件，其下層由9項評價因子組成，層次結構詳見圖1。

2.2 評價指標權重值的確定方法

層次分析法是定性和定量分析相結合的一種評價和決策方法。首先采用專家打分法確定各指標的重要值標度，然后采用和積法計算各指標權重和最大特征向量，最后進行歸一化處理，以量化區(qū)別各指標的權重值（張崢等，2000）。重要值標度是為了評價各指標間的重要性，即在評價時的權重，各重要值標度含義詳見表1。

表1 重要值標度含義Table 1 The meaning of importance value

評價指標權重值計算借助于天津大學管理學院編制的AHP軟件系統(tǒng)完成。

2.3 評價指標權重值計算

依據(jù)專家對各評價因子的打分結果，各類型廢棄地不同評價指標的權重值計算結果見表2～表5。從各指標權重計算結果看，破壞面積成為反映生態(tài)退化程度最重要的指標；其次是地表物質(zhì)組成，主要反映了破壞程度的嚴重性，安全性反映了潛在的生態(tài)風險，也是評價中備受關注的指標；而植被、有害物質(zhì)濃度雖然更能直觀反映生態(tài)退化的程度和易于治理程度，但主要受地表破壞程度的影響，但所得權重值最低。

3 生態(tài)退化評價指標的等級劃分與量化

3.1 評價指標的等級劃分

根據(jù)礦山廢棄地實地調(diào)查結果，參考國內(nèi)外已有對生態(tài)質(zhì)量評價的相關研究，進行生態(tài)退化等級劃分：

（1）生態(tài)系統(tǒng)較好（Ⅰ級）：對原有生態(tài)系統(tǒng)結構的擾動和影響較小，仍具有原有生態(tài)功能，易于治理或不需治理，基本無環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患。本生態(tài)退化等級定義為可自然恢復級。

表2 尾礦庫生態(tài)退化評價指標權重值Table 2 The weight value of evaluation index on tailings reservoir

表3 采礦跡地生態(tài)退化評價指標權重值Table 3 The weight value of evaluation index on mined land

表4 排巖場生態(tài)退化評價指標權重值Table 4 The weight value of evaluation index on waste dump

表5 壓占區(qū)生態(tài)退化評價指標權重值Table 5 The weight value of evaluation index onoccupied land

（2）生態(tài)系統(tǒng)一般（Ⅱ級）：對原有生態(tài)系統(tǒng)結構擾動和影響較大，但仍具有一定的自然恢復能力，可以治理，基本無重大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患。本生態(tài)退化等級定義為可治理級。

（3）生態(tài)系統(tǒng)較差（Ⅲ級）：原有生態(tài)系統(tǒng)結構完全被破壞，進展演替困難，有較大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患，難于治理。本生態(tài)退化等級定義為難于治理級。

（4）生態(tài)系統(tǒng)很差（Ⅳ級）：原有生態(tài)系統(tǒng)結構完全被破壞，無法實現(xiàn)進展演替，有重大環(huán)境污染和地質(zhì)安全隱患，治理難度極大。本生態(tài)退化等級定義為無法治理級。

各類型廢棄地等級閾值劃分標準詳見表 6～表10。

3.2 評價指標量化與標準化

本次評價包括定性和定量指標，指標的量化和標準化是生態(tài)退化程度量化比較的前提。首先對各指標賦以標準分值 10分，然后對定性指標采用專家賦分法進行分級量化，最后采用百分比法對各指標的退化等級進行標準化。選取實地調(diào)查的極限值、國家相關的法定標準值為參照值，難以獲得極限值和標準值的評價指標?、艏墭藴氏孪拗档?1.5倍為極限值。對于與生態(tài)退化強度呈正相關的指標采用公式（1）進行標準化，負相關指標采用公式（2），對于參照值為區(qū)間的指標（如pH值）采用公式（3）。同一指標中有2項因子的情況下（主要是設計等級），以主要生態(tài)影響因子（庫容）為計算依據(jù)。

其中：F為量化值；S為參照值；C為實際值；B為某項評價指標賦分值，B=10.0；K為實際得分值；W為權重值。

以上計算中當C值等于或超過S值時，正相關時取K=10，負相關時取K=0。

各類型廢棄地生態(tài)退化評價指標詳細量化與標準化結果分別見表6～表9。

4 礦山廢棄地生態(tài)退化等級評價

綜合以上量化、標準化評價結果，根據(jù)各評價指標權重，采用公式4計算各類型礦山廢棄地生態(tài)退化程度實際得分值，匯總后可得各評價等級的域值，詳見表10。

5 應用案例

5.1 案例概況

遵化市位于河北省東北部，屬燕山山脈東段南麓的低山丘陵區(qū)。本區(qū)鐵礦資源豐富，但以貧礦居多，形成了以中小民營企業(yè)為主的礦山開采局面。由于不注重生態(tài)環(huán)境保護，形成了大面積礦山廢棄地，急需進行生態(tài)治理。馬棚峪鐵礦位于遵化市東部，屬遵化市中型礦山，集采礦、選礦工藝，年產(chǎn)精鐵粉近萬t，主要以露采為主，總占地面積約20 hm2。區(qū)內(nèi)有尾礦庫2座，庫容分別為200萬m3和30萬m3；采坑占地4 hm2，深28 m；土壤礫石型排巖場1.6 hm2，廢棄土石量300萬m3，因生產(chǎn)、交通等廢棄土地約2 hm2。各類型廢棄地土壤基本可達到國家規(guī)定的土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標準。

表6 尾礦庫生態(tài)退化評價指標量化與標準化統(tǒng)計表Table 6 The quantization and standardization of evaluation index on tailings reservoir

表7 采礦跡地生態(tài)退化評價指標量化與標準化統(tǒng)計表Table 7 The quantization and standardization of evaluation index on mined land

表8 排巖場生態(tài)退化評價指標量化與標準化統(tǒng)計表Table 8 The quantization and standardization of evaluation index on waste dump

表9 壓占區(qū)生態(tài)退化評價指標量化與標準化統(tǒng)計表Table 9 The quantization and standardization of evaluation index on occupied land

表10 礦山廢棄地生態(tài)退化評價等級Table 10 The evaluation grade of ecological degration on mine wasteland

5.2 案例分析

采用上文的生態(tài)退化評價方法，對馬棚峪鐵礦廢棄地分類型進行生態(tài)等級評價。評價結果詳見表11。

根據(jù)表 11的評價結果，馬棚峪鐵礦各類型廢棄地中以露采跡地生態(tài)退化最為嚴重，治理難度最大；2＃尾礦庫、排巖場和壓占區(qū)生態(tài)退化程度較輕，較為易于治理。從實際情況分析，2＃尾礦庫、排巖場和壓占區(qū)占地面積較小，坡度相對平緩，只要適當削坡加固和表層覆土即可種植植被；1＃尾礦庫占地面積大，坡度陡，安全形勢不容樂觀，應加緊治理；露采跡地已退化為原生巖質(zhì)裸地，完全不存在植被生長的基礎條件，治理難度很大。以上評價結果基本符合現(xiàn)實情況，可應用于生產(chǎn)實踐。

表11 馬棚峪鐵礦廢棄地生態(tài)退化等級評價結果Table 11 The evaluation grade of ecological degration on Mapengyu mine wasteland

6 結論與討論

本文建立了針對尾礦庫、排巖場、采礦跡地和壓占區(qū)4種礦山廢棄地類型生態(tài)退化程度的評價體系，將其生態(tài)退化程度分為可自然恢復、可治理、難于治理和無法治理4個等級；所選擇的指標相對簡單、直觀，其中占用面積和地表破壞程度是最重要的評價指標。通過案例性分析有較好的適用性，可在實踐中應用。

礦山廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)評價是一個復雜的系統(tǒng)，現(xiàn)有評價指標體系難以全面反映實際退化所引發(fā)的的生態(tài)負面影響，如水土流失的加劇程度、有害物質(zhì)的擴散程度、生物生產(chǎn)力的下降程度等多個方面，但指標過多又使評價系統(tǒng)過于繁瑣而易于忽略主要生態(tài)問題，實際應用中應根據(jù)情況對各指標進行合理篩選，以保證評價結果的可靠性。

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