碳中和背景下矿区生态修复减排增汇实现对策

何振嘉 ，罗林涛 ，杜宜春 ，缑丽娜

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.中陕高标准农田建设集团有限公司，陕西 杨凌 712100）

引言

煤炭、石油和天然气等化石燃料以及土地利用变化是影响碳排放和造成全球气候变暖的重要因素[1]。气候变化不止会对全球范围内生态安全产生威胁，也不利于人类社会经济可持续发展。在工业文明时期人类活动对化石能源具有强烈的依赖性，但由于化石燃料本身自带的固有弊端和大量无节制消耗，在世界范围内CO2等温室气体大量排放引发的气候变化问题已成为人类面临的巨大威胁和挑战[2]。从1992 年起，《联合国气候变化框架公约》就对温室气体排放进行了相关规定，随后，《巴黎协定》、《欧洲绿色协议》、《气候变化法案》以及《欧盟气候法》等文件先后对实现“碳达峰、碳中和”提出了具体的内容和明确的时间节点，实现温室气体净零排放，统筹做好节能减排、固碳增汇已成为各国共同应对全球气候变化问题的共识[3-5]。为推进社会主义生态文明建设，实现美丽中国建设的远大愿景，2020 年9 月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，力争在2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和；2020 年12 月，习近平总书记在气候雄心峰会上宣布到2030 年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右；同年，我国“十四五”规划和2035 年远景目标纲要提出将碳排放达峰后稳中有降列入中国2035 年远景目标，“碳达峰、碳中和”已成为我国社会主义新时代生态文明建设的重要内容[6-7]。

我国是一个发展中国家，也是矿产资源生产和消耗大国，我国目前仍处于工业化、城市化进程快速发展的关键时期，不可避免的会产生巨大的资源消耗。而同时，在我国资源储备、发展阶段、产业结构、技术水平等方面所具备的条件来看，我国能源消耗的主要来源仍是煤炭资源，仅2020 年，我国煤炭资源利用所产生的CO2接近世界总CO2排放量的20%[8-9]。从碳达峰到力争实现碳中和目标，仅有30 年时间，在“碳中和”总量和强度双重压力的背景下，矿产资源开发和利用产生的温室气体排放已成为影响和实现我国碳中和的重要因素，能源要求的增长和碳排放下降的约束将使得我国完成碳中和目标更具挑战[10-11]。另外，伴随着大规模、高强度的各类矿产资源开采和利用，虽然保障了经济稳定持续发展，但同时也引发了生态环境破坏、土地资源损毁以及矿区碳平衡被破坏等问题，自1987 年至2020 年，仅因煤炭资源开采损毁的土地资源就超过180 万hm2，不仅造成了极大的土地资源浪费，同时也降低了生态系统碳固存的能力和效果[12]。随着全球气候恶化问题的日益严重，矿产资源开发引发的“碳中和”问题已成为我国现阶段以及未来较长一段时期必须要面临及重视的问题。

1 矿区资源开发引发的碳排放问题及矿区修复进展

矿产资源开发会对区域内碳源生态系统产生一定影响，通过矿产资源开发，大型机械施工和开采行为会直接扰动区域内土地利用结构，加剧对土壤理化特性的破坏以及区域内生态环境损害，造成原有耕地、草地、林地等一系列高碳汇型土地资源的固碳能力减弱或丧失等问题。矿产资源开发的强度和规模直接影响矿区固碳能力，矿产资源开发前期，区域内生态系统较为稳定，大气、水域、植被和土壤碳库接近于平衡状态，且在生态系统的循环作用下，有利于降低和固定系统内产生的CO2排放。碳排放量随着采矿强度、开采规模的增大而增大，在矿产资源开采过程中，大型机械、车辆使用均会产生极大的燃料消耗，会直接造成矿区内碳排放量加剧，同时，开采过程中产生的CH4溢散和煤炭与煤矸石氧化产生的温室气体溢散也会造成碳排放量加剧。新建的矿山用地和工业用地均会通过资源开采、运输、利用、排放等过程中消耗能源，造成土体、水源和大气污染和CO2大量排放，严重危害“三生空间”系统。矿产资源利用过程中，也会持续不断产生直接和间接碳排放，如煤矸石堆积自燃产生的CO 和CO2等温室气体。此外，矿产资源开采后，由于土地结构受到破坏，损毁土地的土壤抗侵蚀度、土壤渗透能力以及土壤养分等方面均会受到一定破坏，矿区碳固定能力不断降低[13]，且由于矿区所处特殊的地理位置，在资源开发利用的整体过程中，由点向面、向网的扩散模式对于生态系统恢复和碳循环系统的持续稳定也会造成深远的影响，严重危害矿区辐射范围内土壤、大气以及植被的碳储存和碳交换[14]。

我国矿区面临重大的生态环境问题，为加快矿区推进地质环境恢复和综合治理工作，2001 年以来，我国先后出台了《矿山地质环境保护规定》和《矿山地质环境保护与治理规划》等政策，加快了废弃矿山摸底调查和专项治理进度。随着生态文明建设步伐的稳步推进，国家对环境保护的要求也提到了新的高度，废弃矿区造成的严重危害已成为阻碍新时代生态文明建设的巨大阻碍。国务院于2016 年出台《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31 号），2018 年6 月，中共中央、国务院印发《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》(中发〔2018〕17 号)等众多政策规划制定了生态保护红线并提出“绿水青山就是金山银山”理论，对矿区生态修复工作提出了十分必要的指导建议和有效的修复方法，同时也对废弃矿山生态修复工作提出了更高的要求。自然资源部发布《关于探索利用市场化方式推进矿山生态修复的意见》（自然资规〔2019〕6 号）将矿区生态功能修复和后续资源开发利用、产业发展统筹考虑，明确了一系列激励政策，有力推进了矿山生态修复工作的步伐。截止目前，全国矿区修复治理面积已超过92 万hm2，治理率超过28.75%[15]。

2 矿区生态修复存在的不足

2.1 修复目标单一，固碳增汇理念不足

长期以来，我国矿区生态修复工作均具有一定的局限性，结合目前废弃矿山修复工作情况来看，我国矿山生态系统修复过程过多关注点在于生态系统功能的恢复和土地利用结构的优化，对减少碳排放、促进碳中和方面的关注较少。其修复目标主要是以最小的经济代价快速实现矿区污损土地修复和生态复绿，在有条件建设区域将其复垦为耕地或还林还草。矿区固碳增汇理念不足，缺乏必要的实践探索，且目前应运于修复固碳增汇的技术含量较低，尤其缺乏必要的水、土资源检测等基础性调研，整体修复效果不佳。2013 年5 月，习近平总书记指出“推进生态文明建设，必须全面贯彻落实党的十八大精神，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，着力树立生态观念、完善生态制度、维护生态安全、优化生态环境，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式”。2018 年5 月，习近平总书记在全国生态环境保护大会上的讲话“山水林田湖草是生命共同体，要统筹兼顾、整体施策、多措并举，全方位、全地域、全过程开展生态文明建设”。各项政策和精神与实现碳中和理念高度契合，但结合目前矿区生态修复和固碳增汇工作方面的表现来看，生态功能优先和固碳增汇的修复理念尚未得到充分展现，部分用于实现矿区生态功能和固碳增汇的各类举措尚处在初级阶段。

2.2 修复方法单一，固碳增汇水平较低

矿区生态修复工作是一项系统、复杂的综合性内容，在新形势下，由于缺乏整体规划、周密调查和必要的科技投入，且对节能减排、固碳增汇方面考虑不足，现有的矿区修复手段和方法均表现的较为单一，主要为通过工程措施进行地质灾害治理，简单的与土地整治模式相结合进行简单粗放的复垦。土壤碳库是陆地生态系统中的核心组成部分，也是解决碳汇问题的核心，是削减碳排放、缓解全球气候变化的重要路径。土壤环境问题是矿区修复工作的重点，由于矿区会产生大量温室气体、重金属以及其他有毒害物质，且各类污染物的污染周期长、危害大，在此基础上直接进行简单的土地复垦势必会极大的影响土地质量，造成土壤固碳能力降低，也不利于新增耕地粮食产能提升。另外，更加严重的是矿区各类有毒害物质会通过在土壤中积聚和迁移，进一步引发地表和地下水资源污染，对陆地生态系统碳库造成极大的损害。针对矿区土壤碳库固存问题，目前普遍采用的方式为通过物理置换、植物固定、生物改善等改善土壤条件，进一步提升土壤固碳能力，但由于修复成本较大、修复周期较长和修复效果不理想，同时，针对土壤进行修复由于采用的方式较为单一，也难以满足固碳增汇的目标，且经济效益显著、可行性强的修复方法尚未得到充分开发，很多固碳增汇技术需要进一步的完善和研发。

2.3 修复模式单一，固碳增汇成效不显著

矿区生态系统修复工作的主要载体在矿区自身，但同时也与社会经济系统之间有极深的耦合关系。而现有的矿区生态修复工作整体统筹规划以及对山水林田湖草生命共同体的内在机理和规律认识不足，从规划设计阶段就未能将修复区域作为一个完整的生态系统进行综合考虑，仅仅通过完成每一项具体的单项工程来实现修复内容，修复模式较为单一，虽然在短期内可取得明显的修复效果，但由于缺乏有效、长效的监控监管机制，修复后的矿区资源无法得到充分有效利用和采取必要管护，生态系统在一段时期后又将再次发生损毁或破坏，造成生态-经济-社会系统不稳定，无法达到预期的生态系统服务价值，同时也不利于陆地生态碳库的持续稳定。此外，现有的矿区生态修复未能充分考虑废弃矿区土地利用现状和开发潜力等因素，修复后缺乏必要的土地管理措施和林网工程建设，在一定程度上减弱了土壤和植被碳汇效应。同时，大部分矿区也未能因地制宜结合自身特色深化推动产业经济发展，修复后的矿区难以形成长期稳定且能够自维持的生态系统，整体来看，矿区生态修复和固碳增汇成效不显著。

3 基于碳中和背景矿区固碳增汇实现对策

3.1 树立固碳增汇意识，深化固碳机理研究

“碳达峰、碳中和”是习近平总书记立足于社会主义生态文明建设、建设美丽中国提出的一项气候变化国家战略，也是影响我国未来较长一段时间内经济发展的重要战略。我国是目前全世界最大的碳排放国，在切实推进我国经济持续稳定增长的同时，碳排放引发的问题也成为阻碍我国生态环境改善的重要因素。习近平总书记提出的“碳达峰、碳中和”目标，为我国绿色低碳的矿区生态修复工作指明了前进方向，也为全球气候治理向前迈进注入了新动能，是顺应时代发展需求，也是保障我国经济可持续发展的重要举措。我国目前矿区生态修复工作取得了一定成效，但基于碳中和背景的矿区固碳增汇工作尚存在不足，矿区要充分借助国家战略提供的政策指引，牢固树立固碳增汇意识，切实将碳中和理念深度融入矿区生态修复工作中。同时，要针对不同土地利用结构进一步研究矿区生态系统中碳源构成，碳源转化方式及其影响因素、作用机理、过程机制及固碳效应，提高林地、草地、滩涂地等高碳汇型土地资源保有率。结合矿区资源开发模式、产业结构及生态过程等方面的需求，重点对矿区修复过程中土壤、植被、生物等方面固碳机理进行充分研究，更好的指导工程或其他相关措施开展碳中和，持续提升固碳增汇能效。

3.2 节约集约用地，降低碳排放当量

在碳中和背景下，矿区生态修复已成为集实现矿山生态修复、提高土地利用程度以及兼顾提升矿区碳汇能力为一体的重要手段。矿产资源开发利用的基础载体为土地资源，矿区土地的节约集约利用有利于缓解矿区范围内碳排放量和排放强度。相关研究表明，通过矿区生态修复可显著增加土壤有机碳库容量和CO2吸收量，通过矿区复垦并种植水稻，将CO2吸收量由复垦前的1.1×106kg 提高到2.67×106kg，增幅达142.73%，是实现碳中和一项十分有利的举措[16-17]。矿区资源开发利用的整体过程中，都会伴随大量的温室气体排放，要降低矿区碳排放，实现碳中和，必须以低碳发展为目标导向，要切实以国土空间规划和用途管制为手段，合理选定矿区范围和可开发范围，优化土地利用结构、规模和布局，提前规划好矿区资源开采、运输、利用、排放以及土地资源复垦再利用全过程中的实施方案，重点对场地选址、采区空间优化以及排土场空间优化等方面进行减排设计，通过提高运输效率和缩短运距等方式实现矿区降低碳排放强度、提高碳汇水平和固碳效率，做到“少占地、少损毁”以及“多造地、快复垦”。在规划设计前期，要切实做好土地资源利用调查，避免或尽可能减少林地、天然牧草地等高碳汇型土地资源的开发和扰动，同时，要从有利于节能、减排、降耗等角度出发进行规划设计，实现矿区平面布局和空间布局最优规划。此外，要充分结合土地利用结构、矿区开发规模和矿产资源分布特征等制定相应的复垦方案，最大限度的节约集约利用矿区土地资源，实现可持续发展。

3.3 优化复垦技术，提升碳固存能力

实现矿区碳中和的重点在于确保矿区修复后土地再利用程度的提高，土地复垦后土壤固碳能力提升和生态环境的改善是生态修复效果最佳的体现方式。已有研究表明，通过实施土地复垦，可较好的恢复矿产资源开发过程中产生的碳损失，且能显著提升土壤固碳能力。首先，要通过统筹规划，综合全面制定经济合理、安全高效、切实可行的矿区土地复垦方案，精细化做好矿区范围内地质调查和土壤分析、水样检测等基础前期工作，针对存在粉尘物质、重金属以及其他有毒害物质的地区，要做好土壤污染修复专项方案，利用土体有机重构技术、生物修复技术、农业生态修复技术以及改性生物炭材料修复技术深化污损土壤修复工作，不断改善矿区土壤质量和植被覆盖率，最大程度的提高土壤和植被固碳能力。此外，要不断优化复垦技术，针对不同区域、不同产业、不同作物对中低产田产能提升的需求，以土地质量提升、产能提高和固碳量有效增加为目的，综合考虑待复垦土地损毁类型和程度、自然适宜性和生产潜力以及工程地质条件和应用机械的可能性，结合社会环境条件和经济因素，采用高标准建设，开展绿色清洁有机肥制备理论、制备技术和施用方法研究，同时优化配置水资源，重视土壤培肥等农艺措施，通过提升复垦土地等别来推动生态修复效果的提升，实现耕地质量和碳固定量的双提升。最后，要重视生态型修复措施的应用，统筹考虑废弃矿区“山、水、林、田、湖、草”综合体构建，在不具备复垦条件的地区充分利用固废复绿技术和无土喷播技术，按“宜林则林，宜草则草”原则进行修复，全方位拓展固碳渠道，同时，要加强废弃矿区资源再利用，最大程度的改善矿区生态环境[18-20]。

3.4 创新矿区土地综合利用模式

矿区生态修复的主体是土地，实现矿区碳中和的主要方式是将其复垦为耕地，部分地区也依据“宜林则林、宜草则草”的原则因地制宜开展修复工作。在“碳达峰、碳中和”背景下，矿区生态修复工作的核心，已发展为“山、水、林、田、湖、草”绿色理念的综合体现，而现有的矿区土地复垦模式主要采用单一的土地平整和客土回填等工程措施，固碳增汇能力较弱，因而，实现碳中和远大目标也需向多元化发展模式上转变。矿区的经济和社会价值包括综合开发关键矿产，同时降低运营风险并促进矿山修复[21]，要充分考虑废弃矿区土地利用现状和开发潜力等因素，结合生态功能修复和后续资源开发利用、产业发展等需求，充分遵循土地权利人的意见，合理确定矿区内各类空间用地的规模、结构、布局和时序，大力发展和施行“矿区修复+产业融合”模式推动生态修复、经济增长和产业升级，降低人类活动对表层土壤的干扰，综合提升植被和土壤碳汇功能，最终实现碳中和目标。结合景观生态学，着力构建矿区绿色生态廊道、丰富矿区绿地系统、加强矿区植物配置规划，增强碳汇能力，如上海“深坑酒店”项目、陕西潼关小秦岭金矿国家矿山公园、黄石国家矿山公园、湖北应城国家矿山公园、威海华夏城矿坑修复项目等，通过矿区创面危险消除、削坡平整土地施工以及生态环境回复等工程措施，将矿区土地资源优化再利用，不仅完成了对矿区生态修复的目标和任务，提升了矿区土壤碳固存效果，同时也结合自然和人文景观，因地制宜地盘活了土地资源利用，创造了新的收益获取和增长点，而取得的收益可回馈于矿区生态环境管护，将生态优势转化为经济优势的延伸型补偿，顺应了新时代生态文明建设和“绿水青山就是金山银山”的时代性要求。

4 结语

碳中和是顺应时代发展和符合人类社会发展需求的大趋势。为深入落实《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》（中发〔2018〕17 号）、响应党的十九大报告提出的“山水林田湖生命共同体”和习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理论，实现2060 年碳中和愿景目标，加快矿区生态修复和碳中和进展具有重大的战略意义。本文从矿区资源开采引发的生态系统碳排放问题出发，揭示了我国矿区生态修复过程中存在的一些不足，并针对性的提出了矿区节能减排、固碳增汇的实现对策，以期为我国矿区生态修复、实现碳中和提供必要借鉴。