基于文献计量学的矿山生态修复研究进展分析

2023-12-28王理德宋达成赵赫然蔡卓良李常乐

自然资源情报 2023年11期

李雪，张富，王理德，，宋达成，赵赫然，蔡卓良，李常乐

（1. 甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070；2. 甘肃省治沙研究所，甘肃兰州 730070；3. 甘肃河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃武威 733000）

矿产资源开发利用促进了经济社会的飞速发展[1]。同时，非法开采﹑过度开采和盗采等则引发了一系列生态环境问题，受到社会各界高度关注[2]。矿山废弃地是在矿产资源开采结束后，生态环境遭到破坏的特殊土地类型。开采导致废石废渣大量堆积，造成水土流失﹑山体滑坡﹑煤矸石山自燃等现象发生，危害当地生态和居民的健康[3]。我国矿山废弃地环境问题一直是人们关注的重点，存在边修复边破坏的现象，修复的难度也在不断增加[4]。截至2018 年年底，我国矿山废弃地占用﹑损毁的土地226.7×104hm2，并以每年3.3×104~4.7×104hm2的速度增加[5-6]。矿山废弃地生态修复关系到国家生态安全[7]，对于推进人与自然和谐共生现代化建设意义重大[8]。本文采用文献计量学方法与归纳总结法，对国内外已有的技术方法进行归纳总结与对比，为我国矿山废弃地生态修复工作提供借鉴和启示。

1 矿山废弃地生态修复发展简史

发达国家对矿山废弃地的治理可追溯至19 世纪末期[9]。最早对矿山废弃地展开生态修复的是美国和德国，早期进行掠夺式的开矿，引发了大量的环境问题和社会矛盾。为解决日益突出的社会矛盾，20 世纪初就尝试在矿山废弃地种植植物[10]。英国最早产生了工程绿化技术，并发明了植物种子喷播技术和喷射乳化沥青技术。澳大利亚将恢复生态学运用到矿山废弃地的修复中，也取得了较好的效果[11-12]。从20 世纪70 年代开始，加拿大﹑法国﹑日本等国家相继推出相关技术措施治理废弃地，总结出大量经典成熟的经验。到20 世纪末期，国外对矿山沉陷区植被恢复[13]﹑沉陷区环境影响[14]﹑废弃地复垦技术[15]﹑矿山固废综合利用[16]﹑土壤重金属去除[17]等方面展开了大量研究。21 世纪以来较为活跃的领域包括:矿山废弃地物种多样性研究[18-19]，土壤重金属的植物富集[20]，矿山开采对环境的影响机理[21]，3S 技术在土地复垦﹑监测和评价中的应用[22]，矿区水体修复[23]等。可见，矿山废弃地生态恢复已经成为环境科学研究的热点领域。

我国于20 世纪50 年代末开展废弃矿山治理工作，当时还处于经验不成熟﹑技术不先进﹑制度不完善和资金不充足的阶段，一直到80 年代，矿山废弃地的修复率仍然不足2%，这一时期，矿产资源大肆开采引发的环境问题愈演愈烈[24]。为解决矿山废弃地问题，国家先后出台了30 多部法律﹑法规和规章，如1986 年颁布的《中华人民共和国土地管理法》（简称《土地管理法》）﹑1988 年颁布的《土地复垦规定》等，明确了矿区修复的制度，从此我国矿山废弃地生态修复正式迈上了法治化轨道。从20 世纪90 年代至今，那些曾经修复过的废弃地上长满了茁壮的绿草树木，吸引了多种动物栖息。当前更多的矿山废弃地还在修复中，这一工作任重而道远。

2 国内外研究趋势分析

2.1 国外研究趋势

基于文献计量学，以矿山生态修复（mine ecological restoration）和矿山修复技术（mine restoration technology）为主题词在WOS 上进行检索，时间范围为2000—2022 年。为确保精准性，选择数据库为:WOS 核心合集，引文索引为:SCIEXPANDED-1990 至今。进一步对文献进行精炼，剔除不相关文献，最终筛选出648 篇文献，其中矿山生态修复609 篇，矿山修复技术39 篇。通过文献计量在线分析平台对数据进行可视化分析。

由图1 可知，近23 年来国外关于矿山生态修复研究可以分为两个阶段，前13 年为平稳发展期（2000—2012 年），后10 年为快速增长期（2013—2022 年）。有关修复技术的研究也分为两个阶段，前14 年为平稳发展期（2000—2013 年），后9 年为快速增长期（2014—2022 年）。总体来看，对于两种主题词展开的研究有一个相同特征，都是从2019 年开始飞速增长，发文量逐年增高，在2022年达到峰值。从国外关于矿山的论文来看，与生态修复相关的研究论文占比更高，涉及范围更广，在各个国家的热度持续时间长，受关注度高。由图2﹑图3 可知，澳大利亚﹑美国﹑加拿大等矿业大国发文量相对较高，这些国家关于矿山修复的研究更早更深远。中国作为后起之秀，近年来发文量持续增长，发展速度令人瞩目。另外，西班牙﹑巴西﹑南非等矿产资源丰富国家的发文量也较多。

图1 国外近23 年WOS“矿山生态修复”和“矿山修复技术”为主题词的发文数量变化

图2 以“矿山生态修复”为主题词的文章的国家发文总量

图3 以“矿山修复技术”为主题词的文章的国家发文总量

以“矿山生态修复”为主题词的检索中（图4），生态修复（ecological restoration）﹑恢复（restoration）﹑植被（vegetation）等主题词在2006 年之前保持平稳，成为国外矿山修复方面的热点话题；从2008 年开始，采矿（mining）﹑重金属（heavy metals）﹑植物修复（phytoremediation）﹑土地复垦（land reclamation）﹑生物多样性（biodiversity）等主题词开始显现，说明关于矿山的研究逐渐多元化，多领域多学科交叉融合。以“矿山修复技术”为主题词的检索中（图5），可持续性（sustainability）﹑遥感（remote sensing）﹑土壤微生物群落（soil microbial community）﹑植物修复（phytoremediation）等主题词热度较高，修复技术围绕着几大热点主题词展开。另外，国家之间交流频繁，尤其是中国﹑澳大利亚﹑美国和加拿大（图6）。

图4 以“矿山生态修复”为主题词的检索

图5 以“矿山修复技术”为主题词的检索

图6 国家间合作关系分析图

2.2 国内研究趋势

基于文献计量学，以矿山生态修复（mine ecological restoration）与矿山修复技术（mine restoration technology）为主题词在CNKI 上进行了检索，时间范围为2000—2022 年，并进一步对文献进行精炼，剔除不相关文献，最终筛选出2531篇文献，其中矿山生态修复1666 篇，矿山修复技术865 篇。通过知网平台和EXCEL2016 对数据进行可视化分析。

从发文数量变化看出，2007 年之前整体发文量较低（图7）。在此期间，我国出台了《土地管理法》《土地复垦规定》《地质灾害防治条例》等，标志着矿山生态修复有了严格的约束，有力地推动了中国矿山生态修复的研究[25]。2008—2017年发文量平稳发展，这一阶段的进展离不开国家相关政策的支持，2008 年和2009 年相继出台了《关于加强土壤污染防治工作的意见》和《矿山地质环境保护规定》，对矿山生态环境保护与治理提出了明确的规定和要求[26]。2018 年之后发文量逐年增加，呈现快速增长态势。尤其是在《关于加快建设绿色矿山的实施意见》印发后，人们对矿山生态修复工作开启了更深的探索，相关方面的研究成为近期热点[27]。其中，生态修复（ecological restoration）﹑生态修复技术（ecological restoration technology）﹑矿山生态（mine ecological）﹑矿山废弃地（mine wasteland）﹑矿山边坡（mine slope）﹑重金属污染（heavy metal pollution）﹑植物修复技术（phytoremediation technology）﹑微生物（microorganism）等主题词占比较大，与国外趋势相似（图8，图9）。通过对热度较高的前5 位主题词进行对比分析发现，主题词“生态修复”的文章发表较多，趋势大幅增长；关于“重金属污染”方面的文章和研究较少，其他主题词稳步增长（图10）。

图7 国内以“矿山生态修复”和“矿山修复技术”为主题词的发文数量变化

图8 “矿山生态修复”主要主题词分布

图9 “矿山修复技术”主要主题词分布

图10 主要主题词趋势对比

总体来说，不论是国外还是国内，矿山废弃地生态修复逐渐得到国内外专家与政府部门的极大关注。国外矿山生态修复和修复技术的主题词出现频率不如我国明显，说明我国矿山废弃地生态修复研究发展良好，在一定程度上我国矿山生态修复领域的研究比国外活跃。我国关于矿山生态修复研究整体呈现多元化和可持续发展状态，矿山废弃地生态修复开始有了更多的理念融合和多学科涉入，矿山生态修复研究衍生出更多分支。

3 国内外矿山废弃地生态修复技术对比

西方发达国家地多人少，修复相对容易，更加重视人和动物的居住质量，于是不断提出新的修复模式，以将受损土地恢复到被破坏之前的原始生态。我国是农业大国，人口众多，土地资源紧缺，虽然修复技术起步较晚，但在国家政策的大力支持下，发展较快，取得了丰硕成果。对比国内外各类修复技术（表1），国内外在技术方面差异不大，差异主要存在于思想意识以及对环境的需求上，由于侧重点不同导致行动方向不同。

表1 国内外矿山废弃地生态修复技术对比

目前，我国生态环境根本好转，矿山生态修复技术日趋完善。矿区生态修复工程典型的案例有平朔安太堡露天煤矿（简称ATB 矿）﹑淮南煤矿﹑德州邱集煤矿等。ATB 矿矿田总面积380 km2，开采前多为农业用地和林地，复垦后以恢复种植业和打造林业景观为主，其他的景观再生和可持续发展项目为辅。ATB 矿生态重建的关键技术在于排土场的设计﹑有毒物质的消除﹑黄土的覆盖﹑侵蚀的控制﹑植物的筛选与配置﹑施肥管理上[28]。ATB 矿采用平地起堆﹑充填沟壑﹑回填采坑相结合的方式来稳固排土场。因为黄土对重金属元素的吸附性和缓酸的能力较强，所以在有毒元素含量高的地区使用黄土进行包埋或混合，避免影响水体和植物。ATB 矿引种大约71 种植物，进行乔灌草搭配种植，与工程措施联合实施，起到了减轻风蚀灾害的作用。随后ATB 矿本着打造绿色矿山的生态理念，不断提升生态环境﹑完善生态功能﹑优化生态格局，打造了大棚种养采摘观光项目﹑林下养殖项目﹑矿史博物馆教育项目﹑康体健身项目﹑充分利用现有资源适度开发工业项目，践行“生态优先﹑绿色发展”理念，优化生产结构，打造“生态复垦示范基地﹑工业旅游示范区﹑循环经济示范区﹑生态文明示范基地”，走出一条企业独有的绿色高质量可持续发展之路[29]。

4 结论

4.1 因地制宜，合理选择修复方式

我国矿山废弃地数量多，成因复杂，需要综合考虑矿区自然条件﹑矿山环境问题及其危害，考虑各生态要素之间的相互作用，因地制宜，选择适合的修复模式和修复方法，避免一刀切。

4.2 创新修复技术

通过对主题词“矿山修复技术”的检索结果的分析和国内外修复技术的对比发现，矿山生态修复技术在国内的研究中逐渐引起关注，用客土修复方法是目前我国使用较多的处理方法，植物修复是前景最好的技术之一，但是采用单一的技术手段不能更好地恢复受损土地，应该让联合修复技术在实践中发挥作用，吸取国外的经验，加大实用技术﹑新技术﹑人工智能等在矿山废弃地修复中的应用，推动修复技术进步。

4.3 重视国际合作及多学科多领域多个体交叉研究

目前我国与欧美国家在生态修复研究方面还存在一定的差距，随着“一带一路”建设不断推进﹑“人类命运共同体”理念深入人心，未来应加强与国际之间的交流合作，突破瓶颈，亟待破局。生态修复涉及生态学﹑环境科学﹑工程学﹑地理学等学科，是一个集成性的研究体系。我国应加强对人文地理学﹑景观生态学﹑群众对环境的满意度等领域研究，并将多学科交叉融合，优化生态修复技术，提高矿山生态修复的科学性和综合性。