试论科学推进矿山生态修复

侯金武,余 洋

(1.中国地质灾害防治与生态修复协会,北京100043; 2.中国地质环境监测院,北京100081;3.自然资源部矿山生态效应与生态修复重点实验室,北京100081)

生态系统是一个复杂整体,在一定范围内,其中的生物载体与周边环境之间存在物质交换、信息交流、能量交互等作用联系,一旦生物载体与周边环境物质、信息、能量的平稳关系被打破,就会引发生态系统内部发生不同程度的损伤,即发生“生态失衡”。为了协助生物载体与周边环境重新回到良性循环的稳定状态,借助生物、化学、工程等技术方法和手段,科学调整生物载体与周边环境的失衡状态,重新构建二者之间物质、信息、能量的传输渠道,合理梳理不同物质载体、不同能量形式的协同关系,进而实现生物载体与周边环境之间物质流、信息流、能量流的持续、稳定、迅速流动,即为“生态修复”。

作为对生态系统扰动最为显著的人类活动,矿产资源开发不可避免地会对区域生态系统产生前所未有的破坏和影响[1-5]。如何科学有效推进矿山生态修复,不仅需要从核心理念、顶层设计、战略路径、制度保障等方面予以关注,更需要从理论研究、工程实践、技术攻关、公众参与等方面加以探究[6-10]。

因此,笔者基于矿山生态修复理论发展与实践创新的双向视角,开展涵盖不同矿产资源类型、不同地理单元背景下矿山生态修复技术进展研究,科学阐述矿山生态修复在标准研发、法治建设、公众参与等方面的基本现状[11-21],探讨提出科学推进矿山生态修复的对策建议,以期为下一步开展矿山生态修复行政管理与工程实践提供智力支持与科技支撑。

1 矿山生态修复技术进展

遵循人与自然和谐共生基本方略,立足陆域生态修复整体布局,根据国土空间标准地域单元气候类型、光热条件、地貌特点、地形特征,坚持“节约优先、保护优先、自然恢复为主”的工作方针,遵循“保证生态安全、突出生态功能、兼顾生态景观”的内生次序,秉承科技引领生态修复核心发展理念,遴选生态修复创新适用技术名录,擘画矿山生态修复未来工作蓝图,归纳总结不同矿产资源种类、不同地理单元矿山生态修复的新技术、新方法、新手段。

1.1 不同矿产资源类型矿山生态修复

受矿区地理位置、矿山开采方式、矿业生产规模等多因素影响,不同矿种矿山兼具不同程度的物理破坏、化学损害、生态扰动及环境变异。其中,煤炭、油气、非金属矿山以物理破坏为主,涉及山体破坏、土地压占、地面塌陷及植被损毁等;金属矿山以化学损害为主,涉及水体污染、土壤污染、大气污染及微生物环境破坏等。针对不同矿种矿山的具体特点与实际需求,统筹兼顾矿山开采方式与生产规模,推进不同矿产资源类型矿山生态修复。

1.1.1 煤炭矿山

通过进行合成孔径雷达干涉测量(InSAR)、无人机勘查测量、地表变形动态监测、地下采空区工程勘查,有序开展煤炭矿山生态问题影响程度分析、含水层破坏与地下采空区充水状况影响分析、开采沉陷地表建设场地稳定性评价、煤矸石堆放与处置利用状况分析、露天采场排土场生态破坏分析及生态问题严重程度分等定级,逐步实现煤炭矿山生态修复问题识别,合理厘清煤炭开采引发的土地占用、地面沉陷、水土酸化等生态问题。通过探讨不同生态地理单元、不同生物气候条带、不同自然资源禀赋背景下的煤炭矿山生态修复技术方法差异,根据煤炭矿山损毁单元“水文—工程—环境”地质条件,确定采空区、塌陷地、排矸场、排土场、露天采场、工业广场等地质安全隐患消除、地貌重塑、土壤重构、植被重建工程措施。因地制宜实施采空区注浆充填、覆岩离层带注浆充填、浅部采空区开挖回填等技术方式,保障煤炭矿山地下采空区的地质安全。按照大型松散堆积体非均匀沉降技术规范要求,采取削坡卸荷、压实疏导、边坡塑造等工程措施,消除排土场排矸场边坡安全隐患,实现煤炭矿山地貌重塑和地形重整。按照土地复垦质量控制技术标准有关要求,实施露天采场表土剥离、表层覆土、客土改良、土壤培肥。同时,通过自然筛选、实验繁育、人工试种方式遴选生态修复先锋植物,营造梯级科学、搭配合理、造型丰富的乔灌草植物群落,促进煤炭矿山生态环境、自然环境、地质环境的协同修复。

1.1.2 油气矿山

油气能源开采为国家带来了巨大的经济效益,但是开采过程中会产生大量的废水、废气和固体废物,容易对周边环境与人类健康造成危害。油气开采过程中产生的污染物无害化处理是油气矿山生态修复的首要任务。采用萃取、吸附、振荡、离心技术,选择活性炭、氧化铁、离子交换树脂等吸附剂,借助微滤膜、超滤膜、反渗透膜技术,可有效清除废水中的油类大分子物质;应用氢氧化铁、氢氧化铝等碱性试剂中和废水中的酸性物质,再经过纳米材料与有害物质结合形成稳定复合体可促进污染物的快速去除;通过添加假单胞菌、石油酚降解菌、厌氧降解菌、甲烷氧化菌、硫还原菌等有益菌种,可以分解石油烃、挥发性有机物(VOCs)、硫化物;实施种植植被、人工降水、大气除尘可有效控制大气中的有害颗粒物数量,实现油气钻井废气的无害化处理。生态修复处理技术可显著改善土壤、水体和空气质量,但要注意防止吸附饱和、次生污染、化学残留等问题,需要综合考虑修复方案和潜在副作用。油气矿山生态修复技术仍然面临修复速度缓慢、技术不够成熟、修复成本高等困难,为应对环境污染、资源耗竭、水土资源破坏、空气质量下降等问题,应及时开展油气矿山生态修复技术探索,提高油气矿井废水中有毒物质的去除效率,为推动油气矿山高质量开采、改善能源供应、促进能耗循环提供有效路径。

1.1.3 非金属矿山

筑牢矿山生态安全底线,强化“绿色开发、集约开采、生态修复”全周期矿区生态风险防范,构建“事前规划、事中管控、事后监测”全过程矿山生态修复体系,逐步实现非金属矿山生态要素治理、系统重建、综合恢复。关注非金属矿山开采引发的地面不均匀沉降、地形地貌损毁、固体废物压占、地表植物破坏等生态地质问题,根据矿体赋存形态、地质构造、矿岩性质等条件,采用“边开采边回填”方式对地表沉降、地面塌陷区域进行平整,参照“削坡固坡”方法,借助基材混合喷播、钻孔移栽等生态技术,降低边坡坡度,消除危岩体崩塌、山体滑坡等地质安全隐患;探索尾矿固废资源化实现方式,通过破碎、筛分及加工等方式将废石转化为骨料、砂子和砖块等建筑项目的基础材料;借助“分层剥离、交错回填”技术,优先分离矿山废石与表层土,保持矿山表土土壤质量,重构矿区土壤剖面、重建水文地质结构,重组生物多样性。同时,按照“生态安全—生态功能—生态景观”逻辑顺序,优选适宜非金属矿山生态修复先锋物种,逐渐实现生态安全保障、功能恢复、景观重塑。另外,依据景观生态学基本原理,协调人工与原生景观配比,拓展设计矿山人文气息,促进矿山自然、生态、人文等多元要素融合,和谐共创生态景观自然美感,注重挖掘矿山地质遗迹潜在价值,将生态景观环境转化为经济效益、生态效益、社会效益,实现矿产资源绿色开发、矿山生态保护修复、矿区人文环境和谐发展。

1.1.4 金属矿山

金属矿山开采为国家提供了大量的金属资源,满足了金属冶炼、汽车机械制造、电子产品制备等产业的需求。然而,采矿造成的地表裸露、水土流失、水土污染对生态系统造成了严重危害。由于金属矿山污染程度呈现复杂性、多样性、扩散性,为尽可能减少重金属带来的环境污染,重点应用化学、物理、生物联合等修复技术治理水土重金属污染。目前运用多种科学手段修复金属矿山生态具有显著成效,但有关技术需要根据矿山污染情况进行选择和完善,根据化学固化原理,将水土中重金属离子转化为不易溶解固化物,降低污染物的溶解度和迁移能力。依据土壤物理特性,选用“淋洗修复”“客土换土”“隔离固化”等技术,将重金属离子从土壤中逐步溶解、分离、移除,从而创造适宜植被生长的土壤条件。富含铜、铅、锌、汞、磷等元素的矿石溶解在水中容易被藻类吸收富集,可通过清除藻类、沉积物或调整水体流态改善水质条件。生物修复可采取在土壤中添加植物、微生物的方法,解决矿山开采后土壤基础条件缺失的问题,种植耐寒、抗旱等抗逆性强植物,可恢复生态系统整体稳定性和抵抗力。水体生物修复可以引入适应性强的植物或动物,丰富水生态系统物种组成,增强生物多样性。金属矿山水土污染的修复主要考虑矿区水土污染特点、污染物种类及浓度等因素,选择合适的方法进行修复才能达到预期的效果。金属矿山生态修复技术的应用对维护生物多样性、提高土壤质量、缓解水源污染、维持生态平衡、促进原生环境恢复具有重要意义。

1.2 不同地理单元矿山生态修复

我国矿山资源开发活动历史悠久、开发强度较大、开发类型多样,引发的矿山环境问题几乎覆盖全国绝大部分地区,亟待开展生态修复的矿区涉及平原、高原、丘陵、山区等诸多地形地貌。其中,煤炭矿山、油气矿山生态修复区主要分布在东北、西北、西南、云贵高原及秦巴山一带;金属矿山生态修复区主要分布在西北、华北、东南,以及滇南地区;非金属矿山生态修复区多分布在丘陵山地,在地域上没有独立分布区域。所以,基于不同地理单元自然资源禀赋差异,统筹考虑山水林田湖草沙各生态要素不同特点,兼顾不同地理单元生态修复技术自有原则,根据生态功能特点、生态系统特征、生态环境条件进行矿山生态修复区划,科学划分出包括温带平原农业区、温带山地丘陵区、黄土高原区、亚热带热带平原丘陵农业区、亚热带山地丘陵区、岩溶石漠化区、城镇及其周边工农业区、干旱半干旱森林草原区、干旱半干旱草原农牧区、干旱半干旱防风固沙区、青藏高原荒漠区、青藏高原草甸农牧区、青藏高原森林草甸区和热带雨林区等14个矿山生态修复区[2]。其中,位于温带平原农业区、丘陵山区、岩溶石漠化区的矿山,其修复的首要任务是消除矿山地质安全隐患;位于林地、草地、沼泽、荒漠等人迹罕至的矿山,则应减少人为扰动,坚持以自然修复为主;位于高原山地及海拔高的矿山,适宜生长的动植物种类少,生态修复周期长且不易恢复,需要人为干预才能达到预期效果。因此,应根据不同地理单元自然环境、生态环境、地质环境、气候环境特征,合理采用矿山生态修复模式,系统分析矿山生态修复技术适宜性,全面保障矿山生态修复高效率、高质量发展。

2 矿山生态修复理论研究

基于生态文明建设整体战略与发展格局,落实“整体保护、系统修复、综合治理”工作思路,深入分析当前矿山生态修复理论研究基本现状,重点分析矿山生态修复标准研发、法治建设、公众参与等方面的工作进展,系统探讨矿山生态修复科技研发与理论建设融合路径,协同推进矿产资源绿色开发与矿山生态保护修复,坚持以系统观念治理矿山生态环境,加快推动将单一要素修复纳入整体保护修复,科学谋划矿山生态修复支撑山水林田湖草沙系统治理具体方式,为促进矿山生态文明建设提供理论依据。

2.1 标准研发

矿山生态修复的根本目标是实现矿山全生命周期“资源—环境—经济—社会”综合效益的集成。我国矿山生态修复技术标准框架尚未建立,尚缺乏全面、系统、一致的标准体系支撑服务矿山生态修复规划设计、工程报价、项目实施、监测监管、效益评价等,导致矿山生态修复任务部署与工程实践无法有效衔接,各个阶段生态修复施工进度难以稳步协同,既不利于生态修复过程中光、温、水、气、热、土等各要素统筹,也不利于生态修复工程实施、竣工验收和质量评定等全过程监管。其中,作为矿山生态修复顶层部署,规划设计的科学性、战略性、可操作性受限于地域、气候、地质等诸多因素,若未充分考虑矿山生态修复各环境要素系统协调性、不同区域生态环境差异性,容易导致技术模式针对性不强,难以有效解决矿山生态环境问题。同时,涉及矿山生态修复工程验收、监测、评估等具体环节的实施办法及业务指南尚未编制,导致矿山生态修复重大工程项目监管存在技术空白。

2.2 法治建设

矿山生态修复是一项涉及矿业、土地、林草、环境、水利等多个方面法律法规的复杂系统工程。我国已出台《土地管理法》《水土保持法》《土地复垦条例》《矿山环境保护规定》等相关法律法规,建立了矿山地质环境治理恢复基金制度,出台了吸引社会资本参与矿山生态修复激励政策,但在优化政策供给、奖惩激励机制、细化政策措施、执行监督落实等方面存在短板弱项,尚需在矿山生态修复实施、管控、监测等环节加以逐步完善,以灵活应对不同类型矿山生态修复要求。特别是矿山生态修复存在跨部门、跨地区的交叉管理,导致矿山生态修复标准适用范围不清晰、关键技术施用不合理等情况时有发生,同时,针对矿山生态修复的责任主体认定、资源开发生态补偿、生态产品价值实现、生态损害赔偿、民众救济模式等项目法治化进程缓慢,客观上增大了矿山生态修复项目实施、监管难度。

2.3 公众参与

矿山生态修复是一项融合普惠矿区民生福祉、激发矿业市场活力、建造矿山良好生态等目标的创新工程。我国矿山生态修复历史欠账多、问题积累多、现实矛盾多、资金投入少,且面临“旧账”未还又欠“新账”的问题。长期以来,社会公众对矿山开采引发的地质破坏、环境污染、生态扰动存在负面认知,加之,由于缺乏清晰透明的信息公开方式、决策参与形式、收益回报模式,导致社会公众对矿山生态修复重要性、紧迫性、必要性认识不足,造成社会资本参与支持矿山生态修复积极性不高。再者,社会公众环境保护意识薄弱、生态修复理念欠缺、生态安全认知不足,在尚未充分了解掌握矿山生态修复工作部署、项目进展、利益分配等信息的情况下,社会公众对矿山生态修复持保守态度。此外,资金来源单一、市场机制欠缺、运营周期较长、投资回报偏低、收益分配失衡进一步增大了吸引社会资本参与矿山生态修复的难度,不利于形成“政府—企业—公众”良性互动,影响矿山生态修复成效。

3 对策建议

我国正处在工业信息化、城乡一体化、农业现代化深度融合高速发展的关键时期,经济社会建设与绿色低碳循环发展协同推进,当前时局对矿业绿色循环发展水平、矿产资源保障能力、矿山生态修复质量提出了崭新的时代要求。随着新时期生态文明建设步伐日趋加快、山水林田湖草沙一体化保护修复理念持续深化,创新推进矿山生态修复亟待从规划设计、科技攻关、标准研发、法治建设、公众参与等方面集中发力,有序探索矿山生态修复新思维、新模式、新路径,进而为促进人与自然和谐共生提供有效参考。

3.1 突出规划设计

坚持山水林田湖草沙一体化保护修复规划科学引领,立足“统筹兼顾、系统治理、突出重点、典型示范”,加强顶层设计与整体谋划,适时将矿山生态修复规划纳入各级国土空间规划,逐步形成矿山生态修复“全国一盘棋”的工作格局。把各流域、区域因矿产资源开采而破坏的生态系统作为一个整体,遵循“人与自然生命共同”理念,正确处理自然恢复与人工修复的关系,根据矿业经济社会重要性、矿山生态功能典型性、矿区人居环境适宜性,综合考虑自然环境条件、地形地貌特征、生态扰动等因素,抓住地质环境破坏源头,找准系统内在运行机理,逐步实现关键问题识别、优先区域划定并因地因时制宜、分区分类施策,不断提高矿山生态修复工作的科学性、有效性、可持续性。同时,综合考虑矿山及其周边经济发展水平,合理兼顾修复技术、投资成本、建设周期等因素,按照“点面结合、集中连片、整体融合”的原则,部署矿山治理阶段任务,开展修复项目规划设计,探索生态保护修复模式,规范生态修复过程管控,指导矿山修复建设施工,并结合后续资源开发、配套产业发展等需求,落实土地整治用途管制,促进矿地资源的高效综合利用。

3.2 强化科技攻关

作为推动矿山生态修复创新发展的科技引擎,技术研发肩负着矿山绿色低碳循环发展的历史重任。基于绿色低碳循环发展战略目标,立足矿山生态修复工程技术研发,坚持以解决矿山生态问题为导向,着力提升矿山生态修复科学创新性、技术适用性、工程时效性。根据矿山及其周边气候条件、地质环境与生态基底,确定不同矿产资源类型、不同开采方式及不同地理单元矿山生态修复关键要素,遴选矿山生态修复适用技术名录,开展矿山地质恢复技术装备研发,推动矿山环境治理技术整装集成。重视修复领域科技创新人才培养,构筑多学科交叉、多领域覆盖、多行业融合、多部门协作、多层级叠加的技术研发合作机制,携手自然资源、生态环境、农村农业等多方优质资源,助力矿山生态修复技术创新,促进矿山生态修复智能发展。构建矿山生态修复监管体系,创新高效引入3S技术,开展精准定位、覆盖监测、关联分析、智慧评估,动态追踪矿山环境治理过程变化,实现矿山生态修复全方位精细化管理。总之,需锚定矿产资源绿色开发重大科技攻关,加大引导资金投入、鼓励科研分享、强化跨界合作、加强国际交流、激发创新动能,实现矿山生态修复高质量发展。

3.3 构建标准体系

围绕构建山水林田湖草沙一体化保护修复高质量发展标准体系的需要,夯实矿山生态修复高质量发展技术基础,探索矿山生态修复标准化发展路径,推动矿山生态修复标准体系战略性布局、系统性建设、前瞻性研究。2022年,中国自然资源经济研究院牵头编制《矿山生态修复技术规范标准体系(征求意见稿)》,初步拟建技术标准框架体系;《国土空间生态保护修复工程实施方案编制规程》《矿山生态修复技术规范》系列标准发布实施,标志着矿山生态修复标准化工作进入到全新发展阶段。立足矿山生态修复调查评价、规划设计、工程实施、监测养护多元业务板块切实需求,整合矿山生态修复重大工程、特定领域、相关行业与地方标准,及时梳理矿山地质环境调查、矿山土地复垦、矿山场地风险评估、矿区水土环境监测、矿山生态损害鉴定、矿区生物多样性评价、矿产资源循环利用,以及“绿色矿山”建设等技术规范中涉及矿山生态修复的相关条款,加强矿山地质、土质、水质、生态、环境等不同要素本底调查、系统治理、动态监测标准研发,加快矿山生态修复规范化、程序化、标准化进程,促进标准化建设成果转化,进而为推动矿山生态文明建设提供强大动能。

3.4 关注法治建设

作为促进矿区社会经济转型、推动矿山生态环境保护的有力抓手,矿山生态修复法治建设事关推进矿山生态环境治理体系与治理能力现代化建设的重要部署。一方面,为确保矿山生态修复工作严肃性、权威性与实效性,着重从明确监督责任、完善协调机制、规范企业行为、赔偿生态损害、落实环境治理、维护公众权益角度,探索矿山环境治理制度建设有效路径,择机将实践过程中的成功经验、科学举措提升至政策维度;另一方面,加强矿山生态破坏源头管控、压实矿山生态修复责任,建立矿山生态修复责任主体认定指引,明确责任主体及责任范围,对破坏矿山生态环境行为依法追究相关修复责任,倒逼矿业权人在矿产勘查、资源开采等活动中,主动推进“绿色矿山”建设,积极采取矿山生态修复措施,持续降低矿产资源开发负效应。同时,充分发挥环境公益诉讼在救济环境损害、维护公众环境权益、保护公共环境利益的重要作用,为科学推进矿山生态修复创造有法可依、执法有据、公正司法、人人守法的法治环境。

3.5 鼓励公众参与

为解决矿山生态修复历史欠账多、现实矛盾多、资金投入少等突出问题,按照“构建政府主导,企业主体、社会组织和公众共同参与的现代环境治理体系”的总体要求,坚持“谁破坏、谁治理”“谁修复、谁受益”原则,通过政策激励吸引各方投入,推行市场化运作、科学化治理、社会化参与的矿山生态修复模式。建立开放、透明、高效信息服务平台,全面及时披露矿山生态修复进展,鼓励矿山土地差别化供应,合理利用矿山废弃土石料。健全社会资本市场准入、公平竞争、监督保障机制,探索建立资源导向、绿色开发、持续投入、回报稳定的发展模式,依托土地资源挖潜、矿产权益激活、碳汇项目开发等方式,支持社会资本以参与、合作、特许经营等多种形式投入到矿山生态修复工作中。鼓励科研院所、高等学校、重点企业等组建产业联盟,积极探索市场化运作、科学化修复、开发式治理,促进产业转型、文旅休闲、科普宣教深度融合,提高公众参与生态修复意识,激发全社会共同参与矿山生态修复内生动力,逐步建立起政府、矿业权人、社会组织和公众共治、共享、共建的矿山生态修复体系,为推动矿山生态环境根本好转、矿区生态文明建设、矿业绿色低碳循环发展提供有效保障。

4 结束语

作为山水林田湖草沙一体化保护修复的重要组成部分,在“碳中和、碳减排”现实需求下,矿山生态修复不仅担负着探索矿山“减排增汇”路径的重点任务,还肩负着在生态文明建设整体格局下推进矿山生态系统稳定、生态质量提升、生态服务改善的重大使命。

持续关注矿山生态修复科学技术进展,创新推动不同矿产资源类型、不同地理单元矿山生态修复工程技术实践,深入剖析矿山生态修复顶层设计、标准研发、法治建设、公众参与等方面的业务短板,系统总结分析矿山生态修复未来发展具体路径。

下一步,根据山水林田湖草沙一体化保护修复战略布局,基于“整体保护、系统修复、综合治理”的工作原则,精准对接《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》,合理衔接省级国土空间生态修复规划,科学谋划矿山生态修复示范工程建设,按照“任务设定—工程部署—绩效评价—监测管护”的实施框架,稳步融合矿产资源开发生态补偿、矿山生态产品价值实现及“绿色矿山”建设等矿业可持续发展模式,逐步实现生态系统类型多样化、生态环境质量改善、生态服务功能提升、生态空间格局优化等矿山生态修复基本目标,适时遴选一批行业前瞻性突出、专业适用性明显、产业复制性持久的矿山生态修复创新适用技术,着重打造一批兼具区域、流域特色和具有典型特点的矿山生态修复示范项目。

总之,科学推进矿山生态修复,高度聚焦矿山生态修复核心技术,统筹协调矿山生态修复基础理论研究与项目工程实践,进而为全面推进山水林田湖草沙系统治理工作、加快推动绿水青山向“金山银山”转化提供强大助力。

致谢:感谢中国地质环境监测院的曹毅、朱倩颖、刘国伟在论文写作过程中提供的技术支持。同时,感谢业内同仁对中国地质灾害防治与生态修复协会发展给予的无私帮助。