20141117-采矿影响森林健康报告-定稿版

评估报告采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响评估单位：新疆林业科学院森林生态研究所新疆大学资源与环境科学学院2014年11月采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响目录一、评估背景.........................................................................................1二、评估方法.........................................................................................22.1实地调查方法与采样方法..........................................................22.1.1污染区与背景区的选取.....................................................22.1.2群落调查的方法.................................................................22.1.3云杉树木生理指标的观测方法.........................................22.1.4滞尘量的测定方法.............................................................32.1.5森林吸收空气污染物的采样与样品测试方法..................32.1.6森林富集重金属污染物的取样与样品测试方法..............32.2数据处理与分析方法..................................................................4三、结果与分析.....................................................................................43.1受采矿过程影响的林木死亡情况..............................................43.2受采矿过程影响的森林滞尘情况..............................................53.3受滞尘影响的林木生长速率降低的情况...................................63.4受采矿过程影响的林木吸收空气污染物的情况.......................73.5受采矿过程影响的林木富集重金属的情况...............................83.6采矿过程对云杉森林生长发育影响的综合评估.......................93.7需要说明的问题........................................................................10四、对策与建议...................................................................................10附：评估单位、人员与技术责任........................................................12采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响1一、评估背景天山山区矿产资源丰富。据资料统计，截至2013年，天山南北发现巨量的煤、铁、铜等矿产资源。其中，煤炭4200亿吨、铁矿石23.64亿吨、铅锌1078.5万吨、钨（锡）26万吨、铜镍550.6万吨等。虽然矿产资源的开发带来了巨大的经济效益,对新疆跨越式发展提供了有力支持，但是在山地林区的大规模采矿活动也会产生大量污染，如扬尘、重金属污染、氮氧化物和硫化物的超标排放等，对作为新疆最重要的水源涵养林区产生负面环境影响，在取得直接经济利益的同时也付出了巨大的生态代价。矿石开采会直接破坏大量土地，随之产生的各类废石、废渣、尾矿的堆放也会侵占大量土地，尤其在山地林区，地形地貌复杂，可使用土地珍贵，因此废石、废渣、尾矿的堆放处理对于工业生产以及后续的生态恢复都有重要意义。但更重要的是矿石开采会造成一系列的尘毒污染，主要有爆破等活动产生的粉尘、有害有毒气体［H2S,SO2,C0,NO2等］和放射性气溶胶。尘毒污染在采矿过程中一直存在，在露天开采中尤其显著，其强度大,机械化程度高,受地面气象条件影响,产生的气体常具不稳定性,在不利的气象条件及不良的自然通风条件下,有可能使局部粉尘污染扩散全矿,至使大气遭受污染。并且，矿产品的运输也不容忽视，运输车辆产生的风流作用，使得富含重金属物质的废气和粉尘直接扬起扩散。此外,矿区冶炼厂、烧结厂、电厂产生的浓烟以及矿区燃煤产生的有害气体物质,均对矿区周围大气造成污染。森林生态系统对大气污染物（如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘、重金属等）有一定的净化能力，但是，当森林地区的污染强度超过了树木的自净能力，林区树木的生长发育将会受到影响。天山云杉是天山山脉的建群种与优势种，因此天山云杉群落是天山山脉生态系统的主体，对于整个天山北麓的调节气候，涵养水源，净化大气，保持水土，抵御自然灾害等生态系统功能有极其重要的作用。因此，研究采矿活动对云杉森林生长发育的影响十分重要。本次评估主要以艾维尔沟为例。艾维尔沟位于乌鲁木齐南约60km处（N44°11′-44°39′,E82°15′00″-82°57′26），东西走向,全长约70千米、平均宽500米。艾维尔沟上游主要是牧区,中下游为矿区，是典型的自然牧区与工业区的交采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响2错地带。艾维尔沟内共有泉水和支流19处，均来源于冰川融水，是支撑整个地区的水源系统，对天然牧区有着极重要的作用。在艾维尔沟下游矿区主要有新疆焦煤集团公司，矿区周边还有大大小小的石灰加工厂近20家，煤矿生活区居民有1万多人。进出艾维尔沟的主干道只有一条，当初筑路是沿山沟而建，使得艾维尔沟内的天山云杉分布于道路两侧。由于频繁的采矿和运输活动导致艾维尔沟污染严重，仅扬尘就使得沟内云杉群落外貌呈土灰色，各类污染对云杉的生长发育有严重的负面影响。因此,本项工作在艾维尔沟这一典型地区开展，进行群落调查并监测光合速率等反映树木生长情况的生理指标，测定滞尘量，采集云杉叶片样品和土壤样品，从而对艾维尔沟内云杉群落的滞尘、吸收大气污染物和富集重金属的情况进行评估。通过对艾维尔沟云杉生长发育状况的评估，来评价采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的综合影响，为天山云杉森林的健康维护和山区采矿活动的可持续发展提供相应的改善建议和措施。二、评估方法2.1实地调查方法与采样方法2.1.1污染区与背景区的选取选择艾维尔沟为采矿活动的重污染区，选择几乎无采矿活动影响的板房沟林场中的羊圈沟（天山森林生态系统定位研究站的所在地）为背景区。在污染区与背景区分别进行群落调查、云杉树木生理指标的观测、滞尘量的观测、植物与土壤样品的采集等工作，并通过两地的对比研究来分析判断采矿活动对云杉森林生长发育的影响程度。2.1.2群落调查的方法2014年7、8月，在艾维尔沟矿产品运输道路的两侧垂直于道路方向布设三条样带，调查云杉树木的非正常死亡情况。样带具体设置方式为：分别在距道路50m、100m、200m、300m和500m处布设一个20m×20m的样方，进行群落调查，记录样方内死亡云杉个体的胸径和树高，三条样带计共15个样方。2.1.3云杉树木生理指标的观测方法植物生理指标（净光合速率、蒸腾速率）由光合作用仪（Li-6400）测得。在采矿活动的重污染区（艾维尔沟）和几无采矿活动影响的背景区（羊圈沟天山山森林生态系统定位研究站），分别选取3株代表性云杉，于2014年8月上旬采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响3良好晴天的10：00、12：00、14：00（北京时间）测定云杉叶片的净光合速率和蒸腾速率。2.1.4滞尘量的测定方法在艾维尔沟的三条样带中，分别在距道路0m、100m、200m处布设多个降尘缸，并以空旷地为对照，共布设降尘缸20个。降尘缸布设20天后取回。同时，在板房沟林场的15个样地内，各布设3个降尘收集缸，计45个。降尘缸布设20天后取回，在实验室中进行分拣、烘干、称量，以得到滞尘量。测定滞尘量的同时对空气质量进行观测。于2014年8月上旬晴好天气之日，在艾维尔沟出山沟口处架设智能中流量总悬浮微粒采样器（TH-150F），测定PM2.5、PM10和总悬浮颗粒物（TSP）3个指标；同样，将背景区作为对照进行对比观测。2.1.5森林吸收空气污染物的采样与样品测试方法2014年8月在艾维尔沟选择污染严重的煤矿和石灰石矿，以矿场为原点，分别在距离石灰石矿和煤矿50m、100m、200m、300m和500m处各设一个采样点，在各采样点处选择长势较为一致的云杉3株，分别在树冠层4-6m高度的东、西、南、北四个方向采集云杉枝条与叶片，将每株云杉四个方向的枝条叶片混匀，作为一个样品装入自封袋带回实验室处理，共取得30个样品。同样，在板房沟林场按同样办法取的3个样品，作为背景值。样品带回实验室经烘干、杂物剔拣，选取一定量的叶片研磨粉碎后待测。据前期调查，天山山区采矿活动产生的大气污染物主要为二氧化硫和氮氧化物，因此，叶片样品主要测定其吸收二氧化硫和氮氧化物的情况。二氧化硫的测定根据GB7887-87全硫测定方法，样品通过硝酸—高氯酸消煮后，采用氯化钡比浊法测定全硫含量。氮氧化物的测定根据GB7888-87全氮测定方法，样品经过硫酸-高氯酸消煮后，采用靛酚蓝比色法测定总氮含量。2.1.6森林富集重金属污染物的取样与样品测试方法森林富集重金属的取样同样于2014年8月在艾维尔沟进行。在上述进行群落调查的三条样带内，同样在距离道路50、100、200、300和500m处各云杉枝条与叶片样品3个，取样方法同上，共30个样品。同时，在各个采样点取表层土土样，用于测定土壤中重金属含量，共取土样17份。对采集的云杉叶片、土壤样品进行处理，处理方法同上。分别测定云杉叶片样品和土壤样品中铜、锌、铅、铬、镉、砷的含量。叶片采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响4样品中重金属测定采用硝酸—高氯酸消煮法（GB7887-87），土壤样品中重金属测定采用盐酸-硝酸—氢氟酸—高氯酸全分解法（GBT17136-1997）。2.2数据处理与分析方法（1）林木生长状况的数据处理分析。对于树木死亡情况的评估是将污染区全部样方中的枯立木树高和胸径取均值，然后与背景区内死亡云杉的平均胸径和树高进行对比和分析；对于林木生理指标（净光合速率、蒸腾速率）剔除离异值并均值化处理，从而比较各种生长状况树木的净光合速率变化，最终对林木的生长状况作出整体分析及评价。（2）森林滞尘的数据处理分析。先利用PM2.5、PM10和TSP数据比较了污染区和背景区的空气质量差异，然后利用降尘缸测得的数据，分析比较距道路污染源不同距离的森林滞尘量。（3）森林吸收空气污染物的数据处理分析。将二氧化硫和氮氧化物各个指标的多个重复数据分别均值化，分析比较距道路污染源不同距离的云杉叶片的氮硫含量。（4）云杉叶片富集重金属污染物污染物的数据处理分析。将重金属污染物（铜、锌、铅、铬、镉、砷）各个指标的多个重复数据分别均值化，比较距道路污染源不同距离的云杉叶片的重金属含量。数据处理分析使用excel2007、SPSS19.0完成。三、结果与分析3.1受采矿过程影响的林木死亡情况经过实地踏查，发现艾维尔沟道路两侧的枯立木在群落内的株数比例明显高于正常情况。为了验证该现象是否是由于采矿过程的污染所致，将污染区和背景区样地中枯立木的平均胸径和平均树高进行对比，结果见图1。采矿活动对天山中段云杉森林生长发育的影响5图1：污染区与背景区云杉枯立木平均胸径、平均树高的比较由