閆海祥，賀 騰

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272000）

礦產(chǎn)資源是指經(jīng)過地質(zhì)成礦作用形成的，天然賦存于地殼內(nèi)部或地表埋藏于地下或出露于地表，呈固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的，并具有開發(fā)利用價(jià)值的礦物或有用元素的集合體。現(xiàn)階段我國95%的能源、80%上的工業(yè)原料及70%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料都來自于礦產(chǎn)資源的供給。目前我國已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)173種，包括：能源礦產(chǎn)13種、金屬礦產(chǎn)59種、非金屬礦產(chǎn)95種、水氣礦產(chǎn)6種。已探明的礦產(chǎn)資源總量約占全球的12%，居世界第三位。

近年來，隨著市場(chǎng)需求的增加，我國礦山的開采速度持續(xù)加快。在礦山開采活動(dòng)中，因受技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)因素影響，許多開采單位進(jìn)行了不合理的開發(fā)，對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞[1]。以金屬礦山為例，在開采過程中，地層中的金屬礦物會(huì)伴隨開采過程暴露在地表環(huán)境中，除大量堆積在地表的廢料外，在空氣的氧化作用下，金屬物質(zhì)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，從而通過各種形式破壞生態(tài)環(huán)境。

重金屬是指密度大于4.5g/cm3的金屬。在化學(xué)周期表中原子序數(shù)超過23位的元素中，有54種密度大于4.5g/cm3的天然金屬元素，它們都屬于重金屬，包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等。在環(huán)境污染方面，重金屬主要是指汞（水銀）、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬非常難以被生物降解，在食物鏈的生物放大作用下成千百倍的富集，最后進(jìn)入人體。當(dāng)人體內(nèi)重金屬超過一定量濃度，便會(huì)對(duì)人體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的改變，造成慢性中毒等嚴(yán)重影響[2]。礦石中的重金屬會(huì)伴隨礦山開采活動(dòng)進(jìn)入大氣和土壤中，造成重金屬污染。在無法被生物降解的背景下，最終影響人類的生命安全。

本文以此為基礎(chǔ)，研究金屬礦山開采中，重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，分析重金屬污染產(chǎn)生的主要原因，為后續(xù)改善生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 占用和破壞礦山周圍土地資源

在金屬礦山的開采工作中，不同的開采階段對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞程度不同，但其中在各個(gè)環(huán)節(jié)中，均可以對(duì)土地資源進(jìn)行占用和破壞。

分析金屬礦山開采的全流程，在對(duì)土地資源占用的問題上，主要分為兩個(gè)破壞階段：首先是建設(shè)礦山開采場(chǎng)地，會(huì)占用大量土地進(jìn)行物料的堆放，尤其是廢棄材料的堆放問題，會(huì)將礦產(chǎn)資源中的重金屬物質(zhì)帶入到土壤中，造成土地的破壞。其次是在礦產(chǎn)資源運(yùn)輸過程中，需要建設(shè)大量的物資運(yùn)輸通道，為加快礦產(chǎn)資源的轉(zhuǎn)運(yùn)，可能會(huì)直接對(duì)地表的植被進(jìn)行砍伐。綜合礦山開采的全過程，金屬資源的開發(fā)利用會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬粉塵，一旦其進(jìn)入地表或者空氣中，會(huì)嚴(yán)重影響該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，具體破壞形態(tài)如下圖1所示[3]。

圖1 金屬礦產(chǎn)資源堆放情況

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，該狀態(tài)為礦山開采過程中物資的堆放，由于礦產(chǎn)資源的開發(fā)過程較快，需要將開發(fā)的資源先存放在場(chǎng)地內(nèi)，再由車輛進(jìn)行運(yùn)輸。金屬資源內(nèi)部包含的不穩(wěn)定化學(xué)元素會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重破壞，如硫化物等，會(huì)在空氣中產(chǎn)生化學(xué)變化，經(jīng)過大氣降水轉(zhuǎn)化為酸雨，造成生態(tài)環(huán)境的二次破壞。

2 局部地區(qū)形成酸雨氣候

酸性廢水是重金屬污染危害中最主要的環(huán)境問題之一，在大量堆放金屬礦產(chǎn)資源下，裸露狀態(tài)下的含硫礦物質(zhì)，在經(jīng)過空氣的氧化作用下，形成酸性氣體，通過大氣的蒸發(fā)作用，在降水過程中重新回到地表，造成土壤的二次污染。具體表現(xiàn)為：礦坑中的酸性廢水在含有大量的酸性物質(zhì)基礎(chǔ)上，經(jīng)過地表水的徑流作用，轉(zhuǎn)存至地下水中，一方面能夠在大氣降水的流通環(huán)節(jié)中產(chǎn)生酸雨氣候，另一方面為地下水的硫化程度增加，導(dǎo)致土壤酸性化。針對(duì)酸雨形成的條件和具體流程，分析重金屬污染對(duì)局部生態(tài)環(huán)境的影響，具體如圖2所示。

圖2 酸雨形成過程示意圖

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在金屬礦體中包含大量的硫化物質(zhì)，受廢棄石料和尾礦的堆積作用影響，當(dāng)金屬資源沒有被回收的情況下，能夠和空氣相結(jié)合形成硫酸。而在酸性條件下，各類有毒有害的金屬物質(zhì)，會(huì)更加容易地在雨水中被淋溶出來，參與到大氣降水環(huán)節(jié)中，形成局部的酸雨氣候[4]。

3 改變和制約生物多樣性發(fā)展

動(dòng)植物的生長(zhǎng)和繁衍需要穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，在金屬礦山開采過程中，對(duì)森林資源的破壞和土壤條件的改變，在一定程度上會(huì)改變區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。如森林的覆蓋面積減少會(huì)造成局部溫度變化，以及濕度變化。而森林資源的破壞不單單只局限在土地破壞中，由于金屬礦山的重金屬元素過多，在其不斷地累積作用下，會(huì)造成土地的次生鹽化，如膏鹽類礦床的開發(fā)。統(tǒng)計(jì)某省金屬礦山開發(fā)過程中，生物生存環(huán)境的變化情況，分析其對(duì)生物多樣性的改變，具體如下圖3所示[5]。

圖3 生物生存環(huán)境變化與多樣性的內(nèi)在聯(lián)系

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，過量地吸收重金屬物質(zhì)，在超過一定濃度范圍時(shí)，會(huì)發(fā)生植物生態(tài)的變化。其中Cu元素和Zn元素會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)起到抑制作用，且在高濃度的重金屬元素下，土壤的活性酶也會(huì)存在抑制作用。而生物賴以生存的環(huán)境在被破壞的情況下，會(huì)有物種絕跡的危險(xiǎn)，難以保證生物的多樣性發(fā)展[6]。

4 嚴(yán)重污染區(qū)域水資源

為保證金屬礦山開采的有效性，在開采過程中需要使用大量的水資源，一般情況下開發(fā)部門會(huì)直接采用地下水進(jìn)行礦產(chǎn)清洗，而這些水資源被利用后，會(huì)包含多種金屬污染成分。

一些開發(fā)商為了減少經(jīng)濟(jì)投入或者加快開發(fā)進(jìn)程，不會(huì)對(duì)污染的水資源進(jìn)行清潔，而是直接排放到地表中，造成開發(fā)區(qū)域內(nèi)的水體污染。水體具有流動(dòng)性，在重金屬物質(zhì)被排放其中后，一些金屬元素會(huì)和水分子進(jìn)行結(jié)合，增加水體的氧化程度。如鐵元素在孔隙水中最活躍，其不僅以Fe2+的形式存在，甚至?xí)訤e3+的形式呈現(xiàn)，而一旦其暴露在水體中，會(huì)加快水體的氧化速度，造成金屬礦山的氧化現(xiàn)象，具體如下圖4所示[7]。

圖4 鐵元素對(duì)水體的氧化變化現(xiàn)象

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，隨著鐵元素的不斷增加和分解，水體的氧化速度會(huì)逐漸增加，過濃的水體氧化程度會(huì)造成水體富營養(yǎng)化。

水作為生命活動(dòng)的源泉，我國水資源分布本身就存在嚴(yán)重不均現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)局部地區(qū)的水體污染，會(huì)進(jìn)一步加劇水資源的利用困難程度。

5 農(nóng)作物重金屬含量超標(biāo)

重金屬元素能夠多種途徑下對(duì)人體產(chǎn)生影響，分析重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞作用，能夠降低宏亮元素對(duì)生物和人體的負(fù)面影響?；旧现亟饘僭貢?huì)在土壤和植物的作用下，以及土壤和水的相互作用下，對(duì)人體產(chǎn)生傷害，因此分析重金屬對(duì)植物的破壞作用，能夠在一定程度上改善污染地區(qū)的生存條件。

在金屬礦山開采過程中國，對(duì)礦山廢棄用水的排放，除了一部分流入地下水外，會(huì)有一部分用水被再次利用，進(jìn)行農(nóng)作物的灌溉。不論是哪一種方式，金屬元素是不能被降解的，因此會(huì)一直以化學(xué)形態(tài)存留在土壤和水體中，而金屬元素的長(zhǎng)期存在，會(huì)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，在幼苗生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)枯死現(xiàn)象，而存活下來的農(nóng)作物會(huì)存在重金屬含量超標(biāo)問題。分析不同重金屬元素對(duì)水稻的生長(zhǎng)全周期影響，以Mg、K和P金屬元素為例，對(duì)生長(zhǎng)的不同階段進(jìn)行金屬含量測(cè)定，對(duì)比不同金屬元素污染土壤下水稻的生長(zhǎng)情況，具體如下圖5所示。

圖5 不同金屬元素對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響作用

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，在含有金屬元素的土壤中，無論是哪一種金屬元素，均會(huì)導(dǎo)致水稻減產(chǎn)甚至死亡現(xiàn)象。而通過水稻中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在污染土地中的水稻金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)存留倍數(shù)，超過了國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)至少30倍以上。礦山開采過程中產(chǎn)生的重金屬污染問題，是一個(gè)綜合的生態(tài)破壞結(jié)構(gòu)，會(huì)在多方面的條件下進(jìn)行重組融合，嚴(yán)重制約區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展，必須進(jìn)行強(qiáng)有力的管理[8]。

6 結(jié)語

金屬礦山開采過程中產(chǎn)生的生態(tài)問題，會(huì)在不斷地遷移變化過程中產(chǎn)生各種嚴(yán)重的后果，直接影響到人們的生產(chǎn)生活，應(yīng)該引起人們的足夠重視。本文就現(xiàn)階段金屬礦山開采過程中的重金屬污染現(xiàn)象，從五個(gè)方面著手分析了其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。由于篇幅所限，在此次研究過程中，沒有對(duì)不同的破壞問題提出解決措施，存在不足之處。后續(xù)研究中會(huì)針對(duì)此現(xiàn)象，更深層地研究重金屬污染對(duì)環(huán)境的制約作用，以提出生態(tài)環(huán)境治理的相關(guān)手段，為礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)提供理論依據(jù)。