關于礦山修復監測技術方面的研究較多,主要涵蓋了社會監督、國際協議,還包括信息網絡、物聯網、大數據、移動客戶端(APP)等監測技術的聯合使用,還包括從結構和功能的監測到過程和性能的監測的重心轉變、建立國際恢復監測統一標準和程序等等。恢復監測的指標、植被等特定要素的監測、恢復的驅動力監測等是探討的重點。3S技術(GIS、GPS和RS)、物聯網技術、無人機技術、大數據技術以及社交網絡媒體技術是研究的熱點。

一、應對全球氣候變化的礦山修復新思維

全球氣候變化對所有尺度的系統及其要素都可能產生影響。礦山土地復墾與修復規劃、設計、實施以及管理中如何考慮影響這種影響,受到各國學者的熱議。議題之一是全球氣候變化產生的極端氣候如洪災、旱災等自然災害對已修復系統的沖擊效應以及如何提高該系統應對這些變化的恢復力。議題之二是溫度異常升高或降低對植被生長的影響,以及物種篩選和種源策略。例如,澳大利亞干旱礦區植被恢復的主要挑戰是氣候多變、關鍵物種生長緩慢,木本植物卻很難再生。研究發現種子發芽的閾值與降雨、溫度有關,土壤含水量的時空變化可能制約了植物修復的效果。議題之三是通過長期監測數據來證明現有修復工程是否具備恢復力。例如,澳大利亞西南正經歷著顯著的氣候變化,1975—2004年降雨量相比1900—1974年減少了14%,而礬土礦區紅柳桉林地恢復的長期記錄為檢驗氣候影響提供了很好的信息。研究表明,氣候變化對恢復有負面作用,但是影響規模并不是很大,受影響的場地占恢復場地的比例小于二分之一,因此,礦山修復對氣候變化具有抵抗力。

二、復墾土壤和修復植物間的作用機理

據統計,約20%的報告和論文都涉及復墾土壤和種植的植被之間的相互影響問題。主要研究工作體現在,一方面,在植被種植不同年份后,調查植被根部土壤理化性質的改善狀況,以揭示土壤-植被相互影響的機理和效果。另一方面,針對不同土壤復墾模式如不同覆土厚度、不同土壤基底重構方式等,對植被的恢復效果進行調查和評價。除此之外,還有的論文和報告關注了土壤重金屬污染物遷移到植被的界面效應及其影響、在土壤水的約束下植被生長狀況和景觀變化、金屬礦山(金礦、鈾礦、銅礦等)開采區域復墾土壤重構及其對植被產生的影響等等。由于不同地區的氣候、土壤資源、植物物種都不一樣,植被和土壤相互作用機理十分復雜,所以要得到具有普遍意義的規律還需要加大研究力度。

三、礦山系統服務價值

2005年,千年系統評估項目報告發表后,系統服務價值的研究不斷升溫,近年來這個熱點也傳導到礦山系統修復中。例如,美國學者認為,礦山恢復是可持續采礦和復墾的結合,要體現經濟可行、溫和與社會期待,綜合的恢復方法包括景觀地形設計、河流重建、土壤重構、原始動植物通過替換種子庫,創建微觀和宏觀生境,以及本土物種的種植和播種等措施來恢復。恢復的效益很多,包括被提高的土地價值、碳信用潛力、促進礦山資源開采利益相關方的合作、更好的水域保護和水質量,以及更好的系統服務等。來自中國的學者評估了關閉礦山社會系統恢復力及服務價值。蒙古草原深沙礦群落的恢復效果評價中采用了服務價值指標。德國礦山景觀自然恢復可行性評價中也考慮了系統服務如侵蝕控制或飼料生產等指標。美國學者提出文化服務價值的恢復應該受到礦山修復的重視,應將本土文化和現代文化有機結合,保護本土文化有特殊意義,所以恢復中要關注“本土現代性”(Indigenous modernity)。可見,礦山系統修復的服務價值開始逐漸受到重視。

四、本土物種保持與特定污染的土壤修復技術

在礦山植被恢復中,普遍主張栽植本土物種,從而防止外來物種的侵入。然而,近年來由于氣候變化,有一種觀點認為引入非本土植被更能適應氣候變化。澳大利亞學者通過試驗表明,本土植物的適應性更強,外來物種對氣候變化響應并沒有優勢,這印證了“local is best”的觀點。除此之外,還有不少國家的研究人員探索了應當如何有效修復本土植物。例如,智利巴塔哥尼亞地區露天煤礦探索種植本土假山毛櫸的可能性;美國阿巴拉契亞山區露天煤礦修復時種植大量草和豆科植物以防止侵蝕和保證場地穩定,然而動物啃食等擾動導致本土雙子葉樹侵入,這不利于水土保持,研究發現增加土壤密實度可減少灌木和喬木的侵入;印度切利亞煤田研究種植本土樹木等。也有一些國家學者介紹本國礦山修復在控制外來物種侵入失敗的案例,建議要加強對恢復的監測。

金屬礦山修復中重金屬污染的控制和修復一直是學者關注的重點。研究案例的場地有美國遺棄的鈾礦場、南非金山金礦尾礦場、剛果加丹加省銅鈷采礦采場、秘魯亞馬孫東南鋁礦場、澳大利亞鐵礦場等。修復的方法包括隔離、覆土、地貌重塑、本土植被吸附等。有學者提出應當建立生物可利用砷的主導度量方法、選擇抗砷金屬強的植被、監測土壤砷遷移的技術體系。還有學者認為,用無人機定期監測場地重金屬污染物遷移是一個好的污染控制辦法。澳大利亞的研究人員認為鐵礦場地的修復必須引入生理學(Eco-physiological)和水文學方法(Eco-physiology),美國的研究人員認為污染土地的修復中,恢復學和環境毒理學(Environmental toxicology)起到了關鍵作用。

五、礦山修復監測技術

礦山土地復墾與修復工程浩大,而工程結束恰恰是植被生長、土壤質量提高、系統演替和穩定的開始,這就意味著礦山土地復墾與修復必須進行長期監測。只有通過長期監測,才能判斷修復工程的成功性。然而,很多國家學者都指出本國修復工程缺乏有效監管和長期監測。中國的礦山土地復墾與修復也存在類似的問題。