基于RS和GIS技術(shù)的生態(tài)環(huán)境影響回顧性評價(jià)

1、基于RS和GIS技術(shù)的生態(tài)環(huán)境影響回顧性評價(jià)摘要：在實(shí)際調(diào)查的基礎(chǔ)上采用RS、GIS等高新技術(shù)相結(jié)合的方法對福建紫金山礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境信息進(jìn)行解譯提取和分析對比#結(jié)果表明!紫金山礦山開發(fā)對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞植被覆蓋率降低土地利用類型也發(fā)生了轉(zhuǎn)變土壤侵蝕作用增強(qiáng)評價(jià)區(qū)周邊侵蝕類型和強(qiáng)度變化不大關(guān)鍵詞：礦區(qū)；RS；礦區(qū)修復(fù)引言礦山開發(fā)過程會(huì)引起植被破壞水土流失，土地利用類型改變等一系列生態(tài)環(huán)境問題，而常規(guī)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且精確度難以達(dá)到生態(tài)環(huán)境管理和決策的需要以下簡稱RS可以對大氣污染水污染、生態(tài)環(huán)境變化、城市熱島現(xiàn)象和城市綠地等進(jìn)行全面監(jiān)控并提供遙感監(jiān)測圖像，具有其他方法

2、無可比擬的宏觀性$真實(shí)性和全面性地理信息系統(tǒng)以下簡稱RS則可以進(jìn)行地理數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析以及輔助決策，具有強(qiáng)大的分析、疊加、采集、儲存、預(yù)測等功能。1.1礦山廢棄地復(fù)墾評價(jià)區(qū)植被類型多樣，樹種繁多，森林生態(tài)系統(tǒng)良好，植被生長茂密，屬中亞熱帶常綠闊葉林地帶。由于人類活動(dòng)的長期頻繁影響，成片的常綠闊葉林原生植被已受嚴(yán)重破壞，絕大部分地區(qū)都已由常綠針葉林。針闊混交林等次生植被類型所代替，構(gòu)成大面積的常綠針葉林，針闊混交林等次生植被!七個(gè)亞類植被類型在該評價(jià)區(qū)均有一定分布，其中以常綠針葉林為主，礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的關(guān)鍵是在正確評價(jià)廢棄地類型和特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被的恢復(fù)與重建。

3、進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)并達(dá)到良性循環(huán)。礦山廢棄地隸屬各種尺度的景觀類型，不同類型礦山廢棄地具有不同的生態(tài)重建途徑。影響礦山廢棄土地復(fù)墾潛力的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件方面的4類14個(gè)亞類因子并劃分為6個(gè)等級對平朔安太堡露天煤礦土地復(fù)墾系統(tǒng)開展了以下幾個(gè)方面的研究：礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的階段、類型、過程對效益的影響；礦區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整及耕地總量動(dòng)態(tài)平衡；礦區(qū)未來空間待復(fù)墾土地適宜性評價(jià)單元類型的劃分；礦區(qū)時(shí)空變動(dòng)地貌的水土保持布局模式；礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建規(guī)劃的方法。在廢棄地上鋪蓋厚約20cm垃圾及20kgm石灰提高了尾礦pH值并降低了電導(dǎo)率，而且較有效地防止了下層尾礦的酸化，植物生長也較好。煤礦煤

4、矸石可作為廢棄地的充填復(fù)墾材料，風(fēng)化煤矸石的礦物化學(xué)組成與礦區(qū)黃土相近煤矸石的汞、鎘、鉛、砷、氟等有毒元素的含量不超標(biāo)，可利用進(jìn)行復(fù)墾，治理廢棄地惡化的生態(tài)環(huán)境。2生態(tài)環(huán)境影響回顧性評價(jià)2.1研究方法與傳統(tǒng)的化學(xué)和物理治理技術(shù)相比，植物修復(fù)具有經(jīng)濟(jì)、對環(huán)境友好、能保持土壤生產(chǎn)力和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來一直是國內(nèi)外重金屬污染礦山修復(fù)的研究熱點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)是利用自然生長植物或者遺傳工程培育植物體系來吸收、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境污染物的技術(shù)總稱。重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)包括植物提取技術(shù)（采用重金屬超富集植物將土壤中的重金屬富集到植物地上部分，然后采用常規(guī)農(nóng)業(yè)方法收獲后進(jìn)一步處理）、植物穩(wěn)定技術(shù)（

5、利用植物根系代謝活動(dòng)將土壤活性重金屬沉淀在土壤中或?qū)⑼寥乐械闹亟饘傥崭患谥参锔浚瑥亩档椭亟饘僭谕寥乐械倪w移性能，減少其環(huán)境危害）和植物揮發(fā)技術(shù)（利用植物從土壤中吸收揮發(fā)性重金屬元素，然后通過葉片揮發(fā)到大氣中）等。2.2自然環(huán)境首先取決于超富集植物的發(fā)現(xiàn)和篩選。目前，世界上共發(fā)現(xiàn)超富集植物有400多種，但通常只能對一種重金屬元素表現(xiàn)出富集能力，僅少部分可以超富集吸收兩種或兩種以上的重金屬。近年來我國科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了Zn、Cd、As、Mn的超富集植物多種，但能用于復(fù)合污染土壤修復(fù)的多金屬超富集植物尚不多見。目前，國內(nèi)外關(guān)于超富集植物吸收重金屬的機(jī)理研究取得了一定進(jìn)展，主要涉及以下過程：（1

6、）超富集植物根系對重金屬的活化。一般認(rèn)為超富集植物的根系可以分泌質(zhì)子和其他特異性小分子有機(jī)物，且根際分泌物的種類和性質(zhì)會(huì)因?yàn)橹亟饘兕愋团c濃度的變化會(huì)改變，從而促進(jìn)植物對土壤中特定重金屬元素的活化和吸收。但也有研究發(fā)現(xiàn)超富集植物的根際酸度與非富集植物沒有顯著差異，可能在土壤重金屬的活化過程中根系分泌物的作用有限。（2）植物體內(nèi)重金屬的賦存形態(tài)與吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程2.3土壤類型的分布特征評價(jià)區(qū)土壤類型有紅壤土、黃壤土、沖積土和稻田土、其中紅壤土是評價(jià)區(qū)最主要的土壤類型。建礦前后各類土壤遙感影像及分布特征，從而使植物對重金屬Pb環(huán)境更具耐性；雙穗雀稗和黃花稔所吸收的Pb較多地被轉(zhuǎn)移到便于收獲移走的地上部分

7、，因而具有較大的植物修復(fù)潛力；木本植物銀合歡所吸收的重金屬Pb總量的8O以上是積累在根、莖的皮和木質(zhì)部及枝條部分，只有15左右分布在葉片中。因此，在利用植物修復(fù)重金屬污染土壤的實(shí)踐中，這是一個(gè)特別值得利用的優(yōu)點(diǎn)。重金屬Pb、Zn、Cu和Cd的全量和有效態(tài)重金屬含量都隨土壤深度的增加而遞減。寬葉香蒲等四種植物都具有較強(qiáng)的吸收和富集重金屬的能力，且主要富集在植物的地下部分。在廢棄3000余年的湖北銅綠山古冶煉渣已形成了以草本植物為主體的植被，其中，鴨跖草是Cu的超富集植物，可用于Cu污染土壤的植物修復(fù)與重建。最近發(fā)現(xiàn)蚯蚓對銅礦中的銅元素富集能力很強(qiáng)可達(dá)體內(nèi)組織的82512184mg/kg；由此，還

8、進(jìn)一步討論了礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的生物(蚯蚓)技術(shù)理論和方法。利用現(xiàn)代生物技術(shù)探索解決礦山廢棄地重金屬污染我國也取得了新的進(jìn)展。王劍虹和麻密已構(gòu)建了紫羊茅(Festucarubra)重金屬抗性品種Merlin的cDNA文庫，篩選出了在重金屬脅迫下表達(dá)的兩個(gè)基mcMT1和mc733。構(gòu)建了mcMT1的酵母表達(dá)載體，通過轉(zhuǎn)化酵母基因組單一基因突變株ABDE1(對重金屬敏感)及互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)對mcMT1的功能進(jìn)行了分析，證實(shí)了該基因具有重金屬抗性功能。利用RACE方法從大蒜(Alliunsativum)中克隆了植物絡(luò)合素合酶的全長DNA通過對鎘敏感裂殖酵母M379和砷敏感裂殖酵母的轉(zhuǎn)化，證實(shí)該基因的表達(dá)可以

9、提高酵母對重金屬鎘和砷的抗性。有關(guān)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的研究最初由Wallace等(1974)報(bào)告，他們提出了在重金屬污染土壤上施用EDTA時(shí)與重金屬形成絡(luò)合物(metal-EDTA)提高了重金屬的溶解度促進(jìn)植物吸收。之后Blayllock等(1997)也陸續(xù)發(fā)表了EDTA能促進(jìn)植物吸收重金屬的觀點(diǎn)。把人為重金屬污染土壤和礦山地區(qū)土壤作為供試土壤，EDTA作絡(luò)合劑；艾蒿作為供試植物，進(jìn)行植物吸收鎘的調(diào)查研究顯示，施用EDTA的試驗(yàn)區(qū)與未施用EDTA的對照相比艾蒿體內(nèi)的鎘含量明顯升高，其中從礦山土壤中鎘的吸收量增加2倍以上，人為污染土壤中鎘的吸收量增加1.5倍以上。施用EDTA后，植物從人為污染土壤

10、中吸收的重金屬增加量小于礦山土壤中吸收的重金屬增加量的原因是：雖然兩個(gè)區(qū)鎘濃度一樣，但是人為污染土壤中鎘的有效度相對高的結(jié)果，這種現(xiàn)象在其他土壤栽培中也得到證實(shí)。被鉛污染的土壤中EDTA處理的效果也很顯著，EDTA施用以后栽培植物前后土壤中可提取的有效態(tài)鉛從栽培前的1700mg/kg下降到栽培后的350mg/kg，植物不能吸收利用的殘留態(tài)Pb含量是EDTA處理前后幾乎沒有變化(90mg/kg)。以上結(jié)果表明，EDTA作為改良劑使用后可以提高土壤中有效態(tài)鉛含量，從而顯著提高強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)效率。另一方面，植物根系分泌的低分子有機(jī)酸可以提高根際土壤中金屬離子的溶解度和根際微生物的活動(dòng)以及促進(jìn)根系發(fā)

11、育來促進(jìn)植物的重金屬吸收。還有，有機(jī)酸與土壤直接接觸通過酸性化、絡(luò)合、沉淀及氧化還原反應(yīng)來促進(jìn)植物的重金屬吸收。Krishnamurti等通過施用不同低分子質(zhì)量有機(jī)酸(LMW0A)的試驗(yàn)，證明了與土壤中鎘形成Cd-LMW0A絡(luò)合物提高了土壤中鎘的有效度。但是，利用化學(xué)改良劑的植物修復(fù)技術(shù)施用了螯合劑而形成的溶解性金屬絡(luò)合物(metal-chelate)本身具有對生物體的潛在毒性，還可以引發(fā)施用螯合劑后重金屬溶脫引起的地下水污染，所以使用螯合劑時(shí)要慎重考慮。特別是EDTA在自然環(huán)境中抗分解性強(qiáng)，土壤中的殘留時(shí)間比較長，一部分EDTA流入地下水而污染水質(zhì)。以畜禽糞尿作為原料堆制而成的堆漚肥中含有豐

12、富的腐殖質(zhì)和植物需要的無機(jī)養(yǎng)分。當(dāng)這些肥料施用在重金屬污染土壤中，既可提高土壤中的重金屬溶解度充當(dāng)螯合劑的作用，又可供應(yīng)植物需要的養(yǎng)分，今后作為強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)中的環(huán)境親和性化學(xué)改良劑，其應(yīng)用前景廣泛。2.3.2礦山廢棄地的土壤肥力我國礦區(qū)常見廢棄地進(jìn)行植被恢復(fù)與重建工程中的首要問題，在于立地條件的分析評價(jià)與改良。陽承勝等發(fā)現(xiàn)土壤生物肥力水平是成功地進(jìn)行礦業(yè)廢棄地土地管理的關(guān)鍵因素之一，是礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)和治理的重要指標(biāo)。他們系統(tǒng)地介紹了礦業(yè)廢棄地的土壤生物群落組成及功能，礦業(yè)廢棄地特殊的生境對土壤生物群落的影響并討論了礦業(yè)廢棄地生態(tài)恢復(fù)中的土壤生物的管理問題。戈峰等探討蚯蚓對銅離子富集區(qū)植

13、物生長影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：銅礦尾砂土和復(fù)墾土中加入蚯蚓和蚓糞后，西紅柿的莖長、根長和干重均明顯高于對照。龍健等通過對浙江哩鋪銅礦廢棄地復(fù)墾土壤的微生物特征的觀察發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)復(fù)墾土壤微生物區(qū)系發(fā)生明顯改變。礦區(qū)土壤在重金屬脅迫下，土壤中C、N營養(yǎng)元素循環(huán)速率和能量流動(dòng)被削弱了。3植物修復(fù)技術(shù)的局限性雖然植物修復(fù)技術(shù)與理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，但是人們對它的污染土壤凈化作用的可信度不高。其原因是：第一，修復(fù)污染土壤需要很長時(shí)間。第二，高濃度污染地區(qū)很難適用。第三，大多數(shù)植物的根圈范圍有限，只能修復(fù)土壤淺層。第四，根系供養(yǎng)不足的地區(qū)，根系發(fā)育不良隨之效果也降低。超積累植物雖然體內(nèi)能富集高濃度重金屬，但是它

14、的生長速度緩慢、生物量低，很難實(shí)際應(yīng)用。利用生物量多的作物情況下與超積累植物相比體內(nèi)的重金屬濃度低，所以必須配合使用化學(xué)改良劑，并且利用食用作物容易引起排斥心理。還有在特定土壤上施用EDTA時(shí)，土壤中重金屬的溶解速度超過植物吸收重金屬的速度會(huì)發(fā)生二次環(huán)境污染。利用轉(zhuǎn)基因植物的污染土壤的凈化技術(shù)彌補(bǔ)了以往的植物修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)，目前正在大力開展相關(guān)研究。但是利用轉(zhuǎn)基因植物的植物修復(fù)技術(shù)工作應(yīng)該并行有關(guān)的生理或生態(tài)安全性的研究。4研究展望金屬礦山及周邊地區(qū)污染環(huán)境獨(dú)特，由于較強(qiáng)酸性、高重金屬濃度和土壤物理化學(xué)性質(zhì)不良等因素導(dǎo)致修復(fù)困難，單一修復(fù)手段難以取得滿意修復(fù)效果。綜合利用植物、微生物、化學(xué)等修

15、復(fù)方法，開展多金屬污染土壤聯(lián)合修復(fù)技術(shù)與機(jī)理研究既具有理論意義，又可為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。針對礦山和周邊地區(qū)多金屬污染土壤的不同特點(diǎn)，目前在以下幾方面需要開展更為深入和系統(tǒng)的研究。（1）應(yīng)繼續(xù)尋找和發(fā)現(xiàn)多金屬超富集植物與耐性植物，并以已發(fā)現(xiàn)植物種質(zhì)資源為研究對象，加強(qiáng)多金屬復(fù)合污染土壤的植物提取與植物穩(wěn)定修復(fù)機(jī)理研究。同時(shí)土壤復(fù)合污染條件下對植物脅迫過程與機(jī)理更為復(fù)雜,如何通過物理化學(xué)調(diào)控手段提高植物生態(tài)適應(yīng)能力，以指導(dǎo)根際土壤處理和調(diào)控技術(shù)、合理耕作技術(shù)、基因工程技術(shù)的應(yīng)用，并應(yīng)用于田間實(shí)踐中，值得深入研究。（2）對于多金屬污染體系而言,不同類型重金屬在不同土壤-植物系統(tǒng)中的吸附，遷移轉(zhuǎn)化行為，相互作用規(guī)律以及交互作用機(jī)理研究有待深入。應(yīng)分別從化學(xué)、微生物和植物等相關(guān)方向比較不同類型重金屬固定、活化、穩(wěn)定和吸收的機(jī)理，結(jié)合重金屬特異性吸收與富集機(jī)制以及多種重金屬之間的交互作用，闡明復(fù)合污染情況下超富集植物對多金屬的吸收、富集、解毒等生理生化機(jī)制。同時(shí)涉及土壤重金屬的植物根-土-微生物界面反應(yīng)的一系列基礎(chǔ)理論問題如植物根部吸收/耐受重金屬的機(jī)制、根際作用及根際微生物群落的生態(tài)學(xué)和生