煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別探究
時(shí)間:2022-06-23 10:22:18
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礦產(chǎn)采掘業(yè)是對(duì)自然生態(tài)環(huán)境進(jìn)行直接破壞的產(chǎn)業(yè)。不同的礦種、不同的開(kāi)采方式和不同的自然環(huán)境背景下,采礦對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響方式和程度不盡相同。在眾多礦產(chǎn)資源中,煤炭是我國(guó)最主要的能源物質(zhì),在一次能源中所占比例約70%,其開(kāi)采對(duì)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成的破壞是顯著的,所引起的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為各煤炭大省所面臨的重要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的增強(qiáng)和生態(tài)脆弱性的增加已經(jīng)影響到當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量甚至生命財(cái)產(chǎn)的安全,各地政府及相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者已開(kāi)始廣泛重視。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是一定區(qū)域內(nèi)具有不確定性的事故或?yàn)?zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分所可能產(chǎn)生的不利影響[1]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即確定發(fā)生上述不利生態(tài)效應(yīng)的可能性的過(guò)程[2]。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是在進(jìn)行評(píng)價(jià)前,認(rèn)識(shí)并確定區(qū)域內(nèi)存在的危險(xiǎn)源,查找、列舉和描述風(fēng)險(xiǎn)事件、風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)后果等風(fēng)險(xiǎn)要素的過(guò)程,包括風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)受體識(shí)別、暴露—響應(yīng)過(guò)程識(shí)別和生態(tài)終點(diǎn)識(shí)別[1]。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)研究的基礎(chǔ),能否科學(xué)、有效地對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)源及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)受體之間復(fù)雜的暴露—響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析,對(duì)該系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究至關(guān)重要。通過(guò)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,才能夠構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),而其最終目的是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)險(xiǎn)防范[3],其框架關(guān)系如圖1。在本研究中,煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在空間范圍上覆蓋了采礦活動(dòng)所能影響和擾動(dòng)到的區(qū)域,在這一區(qū)域內(nèi)采礦活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有直接作用。在目前的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中,學(xué)者多關(guān)注于風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系的構(gòu)建,對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別缺少系統(tǒng)性論述。而在煤礦區(qū),對(duì)于單一生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源(如土壤重金屬污染、地表塌陷等)的研究已經(jīng)趨于成熟和完善,但綜合性的煤礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究仍較少。本文明確了礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)涵和目的,根據(jù)典型煤炭礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)和煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響,提出了煤炭礦區(qū)多風(fēng)險(xiǎn)源的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程,構(gòu)建了典型煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因果鏈,并對(duì)其識(shí)別方法進(jìn)行了梳理。
1煤礦開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響
煤炭開(kāi)采工藝可分為露天開(kāi)采和井工開(kāi)采兩種,以不同的方式對(duì)礦區(qū)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成破壞。我國(guó)的煤炭資源以井工開(kāi)采為主。為了明晰煤炭開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響方式,為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作進(jìn)行鋪墊,需對(duì)其影響方式和基本作用機(jī)理進(jìn)行分析。本研究將采礦活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)歸納為土地破壞和環(huán)境污染兩類(lèi),二者綜合造成了礦區(qū)生態(tài)退化(圖2)。
2煤礦開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響
煤炭開(kāi)采造成的土地破壞可分為土地挖損、土地壓占和土地塌陷3個(gè)亞類(lèi)[4],露天煤礦以挖損和壓占為主,井工煤礦以壓占和塌陷為主。2000—2009年我國(guó)煤炭資源開(kāi)采損毀土地5534萬(wàn)hm2,對(duì)土地資源造成了極大的消耗和損傷[5]。土地破壞還可能進(jìn)一步導(dǎo)致局部地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,如滑坡、泥石流、土石流、礦震等[6]。環(huán)境污染可分為固體廢棄物污染、廢水污染和廢氣污染3類(lèi),露天開(kāi)采和井工開(kāi)采的污染方式基本類(lèi)似。除污染物的直接排放之外,土地破壞也可能引發(fā)次生的環(huán)境污染。例如煤矸石堆放不僅壓占土地,其中所含的重金屬元素還會(huì)在雨水淋溶作用下遷移并污染土壤和水體,煤矸石自燃又會(huì)產(chǎn)生SO2、CO和CO2等有毒有害氣體,是大氣污染的重要污染源。土地破壞和環(huán)境污染綜合作用導(dǎo)致礦區(qū)的生態(tài)退化,發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損壞和功能缺失。同時(shí),在脆弱的生態(tài)環(huán)境下,生態(tài)退化會(huì)進(jìn)一步加劇土地破壞程度,例如在干旱—半干旱地區(qū),煤炭開(kāi)采會(huì)加劇土地沙漠化、土壤侵蝕和水土流失[7-8];在潛水位較高的區(qū)域,地表塌陷會(huì)引發(fā)地面積水、土壤鹽漬化等后果[9]。這一正反饋機(jī)制會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán),進(jìn)一步加大生態(tài)治理和風(fēng)險(xiǎn)防范的難度。即使在閉礦后,礦區(qū)生態(tài)環(huán)境也可能繼續(xù)惡化,需要較長(zhǎng)時(shí)間的治理和復(fù)墾才可能恢復(fù)。2煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在目前國(guó)內(nèi)外常用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和方法中,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別通常作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié),較少單獨(dú)提出進(jìn)行研究。例如,Hunsaker79等[10]提出的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型中,將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)總結(jié)為5個(gè)環(huán)節(jié),其中“終點(diǎn)選取”和“風(fēng)險(xiǎn)源的定性和定量描述”兩個(gè)環(huán)節(jié)即屬于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別內(nèi)容;PETAR方法[11](procedureforecologicaltieredassessmentofrisks)中提出“三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”,其中“初級(jí)評(píng)價(jià)”即是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和評(píng)價(jià)區(qū)域的識(shí)別;在Landis[12]構(gòu)建的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型所包含的9項(xiàng)內(nèi)容中,也并未提出“識(shí)別”的概念,而是將對(duì)區(qū)域的選擇和劃分,風(fēng)險(xiǎn)源、受體及評(píng)價(jià)終點(diǎn)概念模型的建立等屬于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容融合到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法中去。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中通常被作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的前期準(zhǔn)備工作,或直接融入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中,對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)涵尚缺乏共識(shí)的界定。例如,姚蘭[13]在洞庭湖進(jìn)行的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)研究中,將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子的識(shí)別與相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取相結(jié)合,由此將識(shí)別與評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)。在許學(xué)工等[14]針對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和脆弱性評(píng)價(jià)因子的分析,完成了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容,但并未明確使用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別這一概念。高鐵軍等[15]在采礦塌陷區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別時(shí),將塌陷區(qū)修復(fù)中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類(lèi)和分析作為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的研究?jī)?nèi)容。焦鋒[16]提出了較為具體的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別概念模型構(gòu)建方法,采用加權(quán)打分法來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)力、風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)因子和評(píng)價(jià)終點(diǎn)進(jìn)行分析,確定其危害強(qiáng)度。常青等[17]針對(duì)礦區(qū)土地破壞生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)因果鏈作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),并探討了風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和生態(tài)終點(diǎn)的選取和定量表征方法,在礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合識(shí)別與評(píng)價(jià)方面做出了有益的拓展。本研究認(rèn)為,廣義的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)和狹義的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),狹義的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即是對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率的定量化研究,而風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別則是對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定性和半定量化認(rèn)識(shí)。煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容是篩選礦區(qū)范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體,通過(guò)定性和半定量的方法對(duì)其進(jìn)行甄別,判斷區(qū)域內(nèi)是否受到各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的影響,并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源作用于風(fēng)險(xiǎn)受體的暴露—響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析,確定生態(tài)終點(diǎn)。其識(shí)別結(jié)果是構(gòu)建一個(gè)詳細(xì)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因果鏈,明晰風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體、生態(tài)終點(diǎn)及其之間的相互作用關(guān)系,搭建起礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)多源多受體的網(wǎng)狀因果體系。本文將礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程和識(shí)別方法兩部分進(jìn)行論述。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程包括礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)受體識(shí)別、暴露—響應(yīng)過(guò)程識(shí)別、生態(tài)終點(diǎn)識(shí)別、因果鏈構(gòu)建6個(gè)步驟。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法是在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中判定風(fēng)險(xiǎn)源及風(fēng)險(xiǎn)受體是否存在、確定其空間位置和風(fēng)險(xiǎn)影響程度的方法,在具體研究中常作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一部分進(jìn)行。
3煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程
31綜合調(diào)查在進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別之前,需要先對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行綜合調(diào)查,認(rèn)識(shí)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境特征及采礦活動(dòng)的特點(diǎn)和擾動(dòng)方式。內(nèi)容包括地形地貌、地質(zhì)條件、水文條件、氣象氣候、植被、土壤以及礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等。通過(guò)資料收集、遙感影像分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、實(shí)地測(cè)量與監(jiān)測(cè)、問(wèn)卷調(diào)查、入戶訪談等方式獲取數(shù)據(jù),并了解礦區(qū)自身特點(diǎn),為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別工作奠定理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。32風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別由于人類(lèi)采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)起主導(dǎo)作用,因此在礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中,側(cè)重關(guān)注人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響和破壞,風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別工作也圍繞著采礦活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)展開(kāi)。在現(xiàn)有研究中,程建龍等[18]將煤炭開(kāi)采中的挖損、壓占等土地破壞和有毒有害物質(zhì)的污染作為露天煤礦的風(fēng)險(xiǎn)源。田大平等[19]也相類(lèi)似地選擇了土地破壞和有毒有害物質(zhì)污染兩個(gè)方面作為風(fēng)險(xiǎn)源。馬蕭等[20]將采礦活動(dòng)引起的土地利用及景觀格局變化作為主要風(fēng)險(xiǎn)源。賈媛等[21]則從人為風(fēng)險(xiǎn)源角度選取了煤炭開(kāi)采、矸石堆放、道路修建、污染物排放等作為風(fēng)險(xiǎn)源。這些研究由于研究背景、研究目的和應(yīng)用方向的不同,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別也側(cè)重于不同的角度。本研究考慮到煤炭開(kāi)采對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響方式,將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源分為土地破壞和環(huán)境污染兩類(lèi)。其中,土地破壞包括土地挖損、土地壓占、土地塌陷;環(huán)境污染包括固體廢棄物污染、廢水污染和廢氣污染。由于煤炭開(kāi)采擾動(dòng)的多面性和多源性,上述風(fēng)險(xiǎn)源之間存在一定聯(lián)系。例如,固體廢棄物既會(huì)導(dǎo)致重金屬污染,同時(shí)也會(huì)造成土地壓占。但上述風(fēng)險(xiǎn)源具有不同的表征、研究方法和治理措施,因此仍將其列為不同的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別。33風(fēng)險(xiǎn)受體識(shí)別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體是暴露于脅迫因子下的單個(gè)或一組物種、生態(tài)系統(tǒng)的功能特征、特殊生境等[22]。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)組分極易受到采礦活動(dòng)的擾動(dòng)和影響,成為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的受體。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有多風(fēng)險(xiǎn)源交叉影響的特點(diǎn),因此一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源,可能對(duì)多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)受體產(chǎn)生不利影響,一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)受體也會(huì)受到來(lái)自多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的作用。土地破壞類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源以土地系統(tǒng)為風(fēng)險(xiǎn)受體,具體包括土壤、巖層、地貌、水體及植被;環(huán)境污染類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源的受體則包括大氣、土壤、水體、植被和動(dòng)物。在實(shí)際研究中,考慮到資料的可獲取性、數(shù)據(jù)的可監(jiān)測(cè)性等因素,一般選擇地質(zhì)地貌、土壤、植被、水體和大氣作為風(fēng)險(xiǎn)受體。部分礦區(qū)具備動(dòng)物監(jiān)測(cè)條件,可選擇生活在礦區(qū)的動(dòng)物(如魚(yú)類(lèi))作為風(fēng)險(xiǎn)受體進(jìn)行研究[23]。34暴露—響應(yīng)過(guò)程分析暴露—響應(yīng)過(guò)程分析是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源暴露途徑過(guò)程的分析[22]。風(fēng)險(xiǎn)源通過(guò)一系列復(fù)雜、綜合的生物地球化學(xué)過(guò)程作用于風(fēng)險(xiǎn)受體,并導(dǎo)致相應(yīng)的生態(tài)終點(diǎn)。對(duì)煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)而言,主要過(guò)程包括直接物理作用、水循環(huán)、食物鏈、風(fēng)化作用、侵蝕作用、重力作用、擴(kuò)散作用等。這些過(guò)程的識(shí)別和分析建立在對(duì)相應(yīng)自然規(guī)律充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)資料收集、實(shí)地采樣監(jiān)測(cè)等方式判定。35終點(diǎn)識(shí)別生態(tài)終點(diǎn)指在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源的作用下,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)受體可能受到的損害,以及由此發(fā)生的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷。礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)終點(diǎn)有別于一般區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)終點(diǎn)之處在于著重強(qiáng)調(diào)采礦活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的損害,由于自然生態(tài)過(guò)程所產(chǎn)生的后果不在本研究的考量范疇內(nèi)。不同的風(fēng)險(xiǎn)受體會(huì)伴隨不同類(lèi)型的生態(tài)終點(diǎn)。對(duì)地質(zhì)地貌要素,會(huì)導(dǎo)致礦震、地裂、滑坡、泥石流、崩塌等生態(tài)終點(diǎn);對(duì)土壤要素,會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染、土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤微生物環(huán)境破壞、土壤理化性質(zhì)改變、水土流失、土壤退化等;對(duì)植被要素,會(huì)導(dǎo)致植被破壞、植被退化、生境破碎化、植被多樣性降低、病蟲(chóng)害等;對(duì)水體要素,會(huì)導(dǎo)致地表水系改變、地下水貯存條件改變、地下水位下降、水環(huán)境污染等;對(duì)大氣要素,會(huì)導(dǎo)致大氣粉塵污染、溫室氣體含量上升、有毒有害氣體污染、酸雨等;這些最終會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損傷和功能缺失;對(duì)動(dòng)物,除導(dǎo)致生境破碎化、物種多樣性降低之外,污染造成的影響更為嚴(yán)重,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物生長(zhǎng)性狀受損。36風(fēng)險(xiǎn)因果鏈構(gòu)建因果鏈分析是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法的一種,運(yùn)用故障樹(shù)和事件樹(shù)等邏輯分析方法,以事件組潛在的因果關(guān)系為基礎(chǔ),在事件的成因和后果之間建立鏈條,構(gòu)成多成因多后果的風(fēng)險(xiǎn)因果體系[2]。因果鏈分析在流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和不同生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中都有應(yīng)用。由于礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有顯著的多風(fēng)險(xiǎn)源、多風(fēng)險(xiǎn)后果的特征,本研究選擇風(fēng)險(xiǎn)因果鏈方法作為典型的礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法,基于煤炭開(kāi)采的基本工序,通過(guò)上述風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體、暴露—響應(yīng)過(guò)程和終點(diǎn)的識(shí)別,構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因果鏈(圖3)。從風(fēng)險(xiǎn)源的類(lèi)型來(lái)看,土地破壞類(lèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源,主要通過(guò)直接物理破壞、風(fēng)化、侵蝕和重力等作用及水循環(huán)過(guò)程,對(duì)地質(zhì)地貌、土壤、植被、水體和大氣產(chǎn)生影響,其后果通常是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)組分的破壞和對(duì)原有地質(zhì)地貌條件的改變,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生次生生態(tài)影響,如地形破碎和地表植被破壞加劇水土流失和土地荒漠化,生境破碎導(dǎo)致生物多樣性降低等。而污染類(lèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源主要通過(guò)擴(kuò)散作用、水循環(huán)和食物鏈對(duì)土壤、水環(huán)境、大氣、植被和動(dòng)物產(chǎn)生影響,其后果通常是對(duì)生態(tài)組分的污染,其中主要是土壤重金屬污染、水體重金屬污染、大氣粉塵污染、大氣溫室氣體含量增加、酸雨等,在一些礦區(qū)由于生物體的富集作用,污染物特別是重金屬元素隨食物鏈在生物體內(nèi)積累,高濃度的污染物會(huì)隨生物遺體回到土壤和水體中造成進(jìn)一步的污染,更有可能被高等動(dòng)物所食用,產(chǎn)生緩慢但具有區(qū)域性的毒害作用。這些生態(tài)后果將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損壞和功能喪失,生態(tài)系統(tǒng)健康下降,并可能引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由復(fù)雜向簡(jiǎn)單的逆向演替。
4煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法
煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別常用的技術(shù)方法包括“3S”技術(shù)、實(shí)地采樣與實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方法和問(wèn)卷調(diào)查與訪談方法。其中,“3S”技術(shù)以遙感和GPS為獲取數(shù)據(jù)信息的主要手段[24-26],以GIS技術(shù)為主要分析手段[27];實(shí)地采樣和實(shí)驗(yàn)室分析常用于對(duì)土壤、水體和大氣污染物的識(shí)別,判定污染物是否存在、濃度是否達(dá)到可被作為風(fēng)險(xiǎn)源的閾值[28-29];問(wèn)卷調(diào)查和訪談通常作為一種獲取數(shù)據(jù)的輔助手段。煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)中的一類(lèi)特例,部分區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中的基本方法也能夠應(yīng)用于煤炭礦區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)研究中。在區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中,上述基于風(fēng)險(xiǎn)源—風(fēng)險(xiǎn)受體—生態(tài)終點(diǎn)因果關(guān)系的方法是一種基本的研究思路,在此基礎(chǔ)上不同的學(xué)者構(gòu)建了若干不同的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,包括前述中的PETAR方法等。盡管風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)管理和防范鋪墊基礎(chǔ),但在實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究中,特別是在目前常用的基于景觀生態(tài)指數(shù)的評(píng)價(jià)方法中,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別步驟經(jīng)常被忽略,而直接對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選和運(yùn)算。然而,這并非意味著風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不再需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,而是通過(guò)指標(biāo)篩選的過(guò)程對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)源在研究區(qū)的影響作用進(jìn)行了識(shí)別。例如,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中常用的PSR模型(壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型)及其改進(jìn)模型,壓力指標(biāo)即指人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)和脅迫[30],屬于風(fēng)險(xiǎn)源范疇;評(píng)價(jià)指標(biāo)是區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定量化表征。因此,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在實(shí)際案例研究中,除可以通過(guò)上述技術(shù)方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體進(jìn)行有針對(duì)性的識(shí)別外,也可以直接通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程實(shí)現(xiàn)。在這種情況下,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各指標(biāo)的篩選和對(duì)量化指標(biāo)閾值的確定就成為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中重要的一環(huán)。本文根據(jù)煤礦區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征,提出了針對(duì)煤礦區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體識(shí)別與診斷指標(biāo)。其中,風(fēng)險(xiǎn)源特征及各風(fēng)險(xiǎn)亞類(lèi)的識(shí)別指標(biāo)如表1,在此基礎(chǔ)上界定閾值即可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源破壞程度的判定和識(shí)別。而風(fēng)險(xiǎn)受體的診斷和識(shí)別則包括生態(tài)系統(tǒng)功能完備性和生態(tài)組分安全性兩個(gè)方面,生態(tài)系統(tǒng)功能完備性的常用診斷指標(biāo),包括生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)健康3個(gè)方面(表2);生態(tài)組分安全性診斷方法包括實(shí)地檢測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)、采樣分析和問(wèn)卷調(diào)查,分別適用于不同生態(tài)組分的診斷指標(biāo),在實(shí)際工作中可以根據(jù)礦區(qū)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)的可獲得性進(jìn)行選擇(表3)。
5結(jié)語(yǔ)
煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不同于一般區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),人類(lèi)采礦活動(dòng)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響與擾動(dòng)是其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究的重點(diǎn)。由于這一特殊性,一般區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法不完全適用于礦區(qū),需要構(gòu)建符合礦區(qū)特點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法。本研究對(duì)現(xiàn)有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究進(jìn)行了梳理和總結(jié),提出了礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容、流程,并總結(jié)了常用的理論方法和技術(shù)手段;基于典型煤炭礦區(qū)特點(diǎn),構(gòu)建了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因果鏈模型,為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)??傮w來(lái)看,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一部分,仍缺少系統(tǒng)性的研究。在煤炭礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的實(shí)際內(nèi)容往往體現(xiàn)在單一風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別中(如塌陷區(qū)識(shí)別、重金屬污染的識(shí)別等)已趨于成熟,而多風(fēng)險(xiǎn)源的綜合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別尚未得到廣泛關(guān)注。其中,診斷指標(biāo)的選取和指標(biāo)閾值的確定是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究的重點(diǎn)。如何篩選診斷指標(biāo),將礦區(qū)內(nèi)影響顯著的風(fēng)險(xiǎn)源表征出來(lái),影響到后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。而指標(biāo)閾值則是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究由定性向半定量、定量轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié),是耦合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。如何確定指標(biāo)閾值,指標(biāo)超出多大范圍才需要進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,這關(guān)系到風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和生態(tài)后果的判定。目前,在煤礦區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究中,環(huán)境污染類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)通??梢酝ㄟ^(guò)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析確定其濃度,并依據(jù)相應(yīng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)中界定的閾值進(jìn)行篩選和判斷;而土地破壞類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源所引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),多通過(guò)景觀生態(tài)學(xué)方法進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià),如景觀格局指數(shù)等,這些指標(biāo)往往缺少閾值界定,這是后續(xù)研究需要著重進(jìn)行考量的方面。
本文作者:韓憶楠?jiǎng)⑿≤缗斫üぷ鲉挝唬罕本┐髮W(xué)