关于矿山生态修复监测技术方面的研究较多,主要涵盖了社会监督、国际协议,还包括信息网络、物联网、大数据、移动客户端(APP)等监测技术的联合使用,还包括从结构和功能的监测到过程和性能的监测的重心转变、建立国际生态恢复监测统一标准和程序等等。生态恢复监测的指标、植被等特定要素的监测、生态恢复的驱动力监测等是探讨的重点。3S技术(GIS、GPS和RS)、物联网技术、无人机技术、大数据技术以及社交网络媒体技术是研究的热点。

一、应对全球气候变化的矿山生态修复新思维

全球气候变化对所有尺度的生态系统及其要素都可能产生影响。矿山土地复垦与生态修复规划、设计、实施以及管理中如何考虑影响这种影响,受到各国学者的热议。议题之一是全球气候变化产生的极端气候如洪灾、旱灾等自然灾害对已修复生态系统的冲击效应以及如何提高该生态系统应对这些变化的恢复力。议题之二是温度异常升高或降低对植被生长的影响,以及物种筛选和种源策略。例如,澳大利亚干旱矿区植被恢复的主要挑战是气候多变、关键物种生长缓慢,木本植物却很难再生。研究发现种子发芽的阈值与降雨、温度有关,土壤含水量的时空变化可能制约了植物修复的效果。议题之三是通过长期监测数据来证明现有修复工程是否具备恢复力。例如,澳大利亚西南正经历着显著的气候变化,1975—2004年降雨量相比1900—1974年减少了14%,而矾土矿区红柳桉林地恢复的长期记录为检验气候影响提供了很好的信息。研究表明,气候变化对恢复有负面作用,但是影响规模并不是很大,受影响的场地占恢复场地的比例小于二分之一,因此,矿山修复对气候变化具有抵抗力。

二、复垦土壤和修复植物间的作用机理

据统计,约20%的报告和论文都涉及复垦土壤和种植的植被之间的相互影响问题。主要研究工作体现在,一方面,在植被种植不同年份后,调查植被根部土壤理化性质的改善状况,以揭示土壤-植被相互影响的机理和效果。另一方面,针对不同土壤复垦模式如不同覆土厚度、不同土壤基底重构方式等,对植被的恢复效果进行调查和评价。除此之外,还有的论文和报告关注了土壤重金属污染物迁移到植被的界面效应及其影响、在土壤水的约束下植被生长状况和景观变化、金属矿山(金矿、铀矿、铜矿等)开采区域复垦土壤重构及其对植被产生的影响等等。由于不同地区的气候、土壤资源、植物物种都不一样,植被和土壤相互作用机理十分复杂,所以要得到具有普遍意义的规律还需要加大研究力度。

三、矿山生态系统服务价值

2005年,千年生态系统评估项目报告发表后,生态系统服务价值的研究不断升温,近年来这个热点也传导到矿山生态系统修复中。例如,美国学者认为,矿山生态恢复是可持续采矿和复垦的结合,要体现经济可行、生态温和与社会期待,综合的恢复方法包括景观地形设计、河流重建、土壤重构、原始动植物通过替换种子库,创建微观和宏观生境,以及本土物种的种植和播种等措施来恢复。生态恢复的效益很多,包括被提高的土地价值、碳信用潜力、促进矿山资源开采利益相关方的合作、更好的水域保护和水质量,以及更好的生态系统服务等。来自中国的学者评估了关闭矿山社会生态系统恢复力及服务价值。蒙古草原深沙矿生态群落的恢复效果评价中采用了服务价值指标。德国矿山生态景观自然恢复可行性评价中也考虑了生态系统服务如侵蚀控制或饲料生产等指标。美国学者提出文化服务价值的恢复应该受到矿山生态修复的重视,应将本土文化和现代文化有机结合,保护本土文化有特殊意义,所以生态恢复中要关注“本土现代性”(Indigenous modernity)。可见,矿山生态系统修复的服务价值开始逐渐受到重视。

四、本土物种保持与特定污染的土壤修复技术

在矿山植被恢复中,普遍主张栽植本土物种,从而防止外来物种的侵入。然而,近年来由于气候变化,有一种观点认为引入非本土植被更能适应气候变化。澳大利亚学者通过试验表明,本土植物的适应性更强,外来物种对气候变化响应并没有优势,这印证了“local is best”的观点。除此之外,还有不少国家的研究人员探索了应当如何有效修复本土植物。例如,智利巴塔哥尼亚地区露天煤矿探索种植本土假山毛榉的可能性;美国阿巴拉契亚山区露天煤矿修复时种植大量草和豆科植物以防止侵蚀和保证场地稳定,然而动物啃食等扰动导致本土双子叶树侵入,这不利于水土保持,研究发现增加土壤密实度可减少灌木和乔木的侵入;印度切利亚煤田研究种植本土树木等。也有一些国家学者介绍本国矿山生态修复在控制外来物种侵入失败的案例,建议要加强对生态恢复的监测。

金属矿山修复中重金属污染的控制和修复一直是学者关注的重点。研究案例的场地有美国遗弃的铀矿场、南非金山金矿尾矿场、刚果加丹加省铜钴采矿采场、秘鲁亚马孙东南铝矿场、澳大利亚铁矿场等。修复的方法包括隔离、覆土、地貌重塑、本土植被吸附等。有学者提出应当建立生物可利用砷的主导度量方法、选择抗砷金属强的植被、监测土壤砷迁移的技术体系。还有学者认为,用无人机定期监测场地重金属污染物迁移是一个好的污染控制办法。澳大利亚的研究人员认为铁矿场地的修复必须引入生态生理学(Eco-physiological)和生态水文学方法(Eco-physiology),美国的研究人员认为污染土地的修复中,恢复生态学和环境毒理学(Environmental toxicology)起到了关键作用。

五、矿山生态修复监测技术

矿山土地复垦与生态修复工程浩大,而工程结束恰恰是植被生长、土壤质量提高、系统演替和稳定的开始,这就意味着矿山土地复垦与生态修复必须进行长期监测。只有通过长期监测,才能判断生态修复工程的成功性。然而,很多国家学者都指出本国修复工程缺乏有效监管和长期监测。中国的矿山土地复垦与生态修复也存在类似的问题。