試論科學推進礦山生態修復

侯金武,余 洋

(1.中國地質災害防治與生態修復協會,北京100043; 2.中國地質環境監測院,北京100081;3.自然資源部礦山生態效應與生態修復重點實驗室,北京100081)

生態系統是一個復雜整體,在一定范圍內,其中的生物載體與周邊環境之間存在物質交換、信息交流、能量交互等作用聯系,一旦生物載體與周邊環境物質、信息、能量的平穩關系被打破,就會引發生態系統內部發生不同程度的損傷,即發生“生態失衡”。為了協助生物載體與周邊環境重新回到良性循環的穩定狀態,借助生物、化學、工程等技術方法和手段,科學調整生物載體與周邊環境的失衡狀態,重新構建二者之間物質、信息、能量的傳輸渠道,合理梳理不同物質載體、不同能量形式的協同關系,進而實現生物載體與周邊環境之間物質流、信息流、能量流的持續、穩定、迅速流動,即為“生態修復”。

作為對生態系統擾動最為顯著的人類活動,礦產資源開發不可避免地會對區域生態系統產生前所未有的破壞和影響[1-5]。如何科學有效推進礦山生態修復,不僅需要從核心理念、頂層設計、戰略路徑、制度保障等方面予以關注,更需要從理論研究、工程實踐、技術攻關、公眾參與等方面加以探究[6-10]。

因此,筆者基于礦山生態修復理論發展與實踐創新的雙向視角,開展涵蓋不同礦產資源類型、不同地理單元背景下礦山生態修復技術進展研究,科學闡述礦山生態修復在標準研發、法治建設、公眾參與等方面的基本現狀[11-21],探討提出科學推進礦山生態修復的對策建議,以期為下一步開展礦山生態修復行政管理與工程實踐提供智力支持與科技支撐。

1 礦山生態修復技術進展

遵循人與自然和諧共生基本方略,立足陸域生態修復整體布局,根據國土空間標準地域單元氣候類型、光熱條件、地貌特點、地形特征,堅持“節約優先、保護優先、自然恢復為主”的工作方針,遵循“保證生態安全、突出生態功能、兼顧生態景觀”的內生次序,秉承科技引領生態修復核心發展理念,遴選生態修復創新適用技術名錄,擘畫礦山生態修復未來工作藍圖,歸納總結不同礦產資源種類、不同地理單元礦山生態修復的新技術、新方法、新手段。

1.1 不同礦產資源類型礦山生態修復

受礦區地理位置、礦山開采方式、礦業生產規模等多因素影響,不同礦種礦山兼具不同程度的物理破壞、化學損害、生態擾動及環境變異。其中,煤炭、油氣、非金屬礦山以物理破壞為主,涉及山體破壞、土地壓占、地面塌陷及植被損毀等;金屬礦山以化學損害為主,涉及水體污染、土壤污染、大氣污染及微生物環境破壞等。針對不同礦種礦山的具體特點與實際需求,統籌兼顧礦山開采方式與生產規模,推進不同礦產資源類型礦山生態修復。

1.1.1 煤炭礦山

通過進行合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)、無人機勘查測量、地表變形動態監測、地下采空區工程勘查,有序開展煤炭礦山生態問題影響程度分析、含水層破壞與地下采空區充水狀況影響分析、開采沉陷地表建設場地穩定性評價、煤矸石堆放與處置利用狀況分析、露天采場排土場生態破壞分析及生態問題嚴重程度分等定級,逐步實現煤炭礦山生態修復問題識別,合理厘清煤炭開采引發的土地占用、地面沉陷、水土酸化等生態問題。通過探討不同生態地理單元、不同生物氣候條帶、不同自然資源稟賦背景下的煤炭礦山生態修復技術方法差異,根據煤炭礦山損毀單元“水文—工程—環境”地質條件,確定采空區、塌陷地、排矸場、排土場、露天采場、工業廣場等地質安全隱患消除、地貌重塑、土壤重構、植被重建工程措施。因地制宜實施采空區注漿充填、覆巖離層帶注漿充填、淺部采空區開挖回填等技術方式,保障煤炭礦山地下采空區的地質安全。按照大型松散堆積體非均勻沉降技術規范要求,采取削坡卸荷、壓實疏導、邊坡塑造等工程措施,消除排土場排矸場邊坡安全隱患,實現煤炭礦山地貌重塑和地形重整。按照土地復墾質量控制技術標準有關要求,實施露天采場表土剝離、表層覆土、客土改良、土壤培肥。同時,通過自然篩選、實驗繁育、人工試種方式遴選生態修復先鋒植物,營造梯級科學、搭配合理、造型豐富的喬灌草植物群落,促進煤炭礦山生態環境、自然環境、地質環境的協同修復。

1.1.2 油氣礦山

油氣能源開采為國家帶來了巨大的經濟效益,但是開采過程中會產生大量的廢水、廢氣和固體廢物,容易對周邊環境與人類健康造成危害。油氣開采過程中產生的污染物無害化處理是油氣礦山生態修復的首要任務。采用萃取、吸附、振蕩、離心技術,選擇活性炭、氧化鐵、離子交換樹脂等吸附劑,借助微濾膜、超濾膜、反滲透膜技術,可有效清除廢水中的油類大分子物質;應用氫氧化鐵、氫氧化鋁等堿性試劑中和廢水中的酸性物質,再經過納米材料與有害物質結合形成穩定復合體可促進污染物的快速去除;通過添加假單胞菌、石油酚降解菌、厭氧降解菌、甲烷氧化菌、硫還原菌等有益菌種,可以分解石油烴、揮發性有機物(VOCs)、硫化物;實施種植植被、人工降水、大氣除塵可有效控制大氣中的有害顆粒物數量,實現油氣鉆井廢氣的無害化處理。生態修復處理技術可顯著改善土壤、水體和空氣質量,但要注意防止吸附飽和、次生污染、化學殘留等問題,需要綜合考慮修復方案和潛在副作用。油氣礦山生態修復技術仍然面臨修復速度緩慢、技術不夠成熟、修復成本高等困難,為應對環境污染、資源耗竭、水土資源破壞、空氣質量下降等問題,應及時開展油氣礦山生態修復技術探索,提高油氣礦井廢水中有毒物質的去除效率,為推動油氣礦山高質量開采、改善能源供應、促進能耗循環提供有效路徑。

1.1.3 非金屬礦山

筑牢礦山生態安全底線,強化“綠色開發、集約開采、生態修復”全周期礦區生態風險防范,構建“事前規劃、事中管控、事后監測”全過程礦山生態修復體系,逐步實現非金屬礦山生態要素治理、系統重建、綜合恢復。關注非金屬礦山開采引發的地面不均勻沉降、地形地貌損毀、固體廢物壓占、地表植物破壞等生態地質問題,根據礦體賦存形態、地質構造、礦巖性質等條件,采用“邊開采邊回填”方式對地表沉降、地面塌陷區域進行平整,參照“削坡固坡”方法,借助基材混合噴播、鉆孔移栽等生態技術,降低邊坡坡度,消除危巖體崩塌、山體滑坡等地質安全隱患;探索尾礦固廢資源化實現方式,通過破碎、篩分及加工等方式將廢石轉化為骨料、砂子和磚塊等建筑項目的基礎材料;借助“分層剝離、交錯回填”技術,優先分離礦山廢石與表層土,保持礦山表土土壤質量,重構礦區土壤剖面、重建水文地質結構,重組生物多樣性。同時,按照“生態安全—生態功能—生態景觀”邏輯順序,優選適宜非金屬礦山生態修復先鋒物種,逐漸實現生態安全保障、功能恢復、景觀重塑。另外,依據景觀生態學基本原理,協調人工與原生景觀配比,拓展設計礦山人文氣息,促進礦山自然、生態、人文等多元要素融合,和諧共創生態景觀自然美感,注重挖掘礦山地質遺跡潛在價值,將生態景觀環境轉化為經濟效益、生態效益、社會效益,實現礦產資源綠色開發、礦山生態保護修復、礦區人文環境和諧發展。

1.1.4 金屬礦山

金屬礦山開采為國家提供了大量的金屬資源,滿足了金屬冶煉、汽車機械制造、電子產品制備等產業的需求。然而,采礦造成的地表裸露、水土流失、水土污染對生態系統造成了嚴重危害。由于金屬礦山污染程度呈現復雜性、多樣性、擴散性,為盡可能減少重金屬帶來的環境污染,重點應用化學、物理、生物聯合等修復技術治理水土重金屬污染。目前運用多種科學手段修復金屬礦山生態具有顯著成效,但有關技術需要根據礦山污染情況進行選擇和完善,根據化學固化原理,將水土中重金屬離子轉化為不易溶解固化物,降低污染物的溶解度和遷移能力。依據土壤物理特性,選用“淋洗修復”“客土換土”“隔離固化”等技術,將重金屬離子從土壤中逐步溶解、分離、移除,從而創造適宜植被生長的土壤條件。富含銅、鉛、鋅、汞、磷等元素的礦石溶解在水中容易被藻類吸收富集,可通過清除藻類、沉積物或調整水體流態改善水質條件。生物修復可采取在土壤中添加植物、微生物的方法,解決礦山開采后土壤基礎條件缺失的問題,種植耐寒、抗旱等抗逆性強植物,可恢復生態系統整體穩定性和抵抗力。水體生物修復可以引入適應性強的植物或動物,豐富水生態系統物種組成,增強生物多樣性。金屬礦山水土污染的修復主要考慮礦區水土污染特點、污染物種類及濃度等因素,選擇合適的方法進行修復才能達到預期的效果。金屬礦山生態修復技術的應用對維護生物多樣性、提高土壤質量、緩解水源污染、維持生態平衡、促進原生環境恢復具有重要意義。

1.2 不同地理單元礦山生態修復

我國礦山資源開發活動歷史悠久、開發強度較大、開發類型多樣,引發的礦山環境問題幾乎覆蓋全國絕大部分地區,亟待開展生態修復的礦區涉及平原、高原、丘陵、山區等諸多地形地貌。其中,煤炭礦山、油氣礦山生態修復區主要分布在東北、西北、西南、云貴高原及秦巴山一帶;金屬礦山生態修復區主要分布在西北、華北、東南,以及滇南地區;非金屬礦山生態修復區多分布在丘陵山地,在地域上沒有獨立分布區域。所以,基于不同地理單元自然資源稟賦差異,統籌考慮山水林田湖草沙各生態要素不同特點,兼顧不同地理單元生態修復技術自有原則,根據生態功能特點、生態系統特征、生態環境條件進行礦山生態修復區劃,科學劃分出包括溫帶平原農業區、溫帶山地丘陵區、黃土高原區、亞熱帶熱帶平原丘陵農業區、亞熱帶山地丘陵區、巖溶石漠化區、城鎮及其周邊工農業區、干旱半干旱森林草原區、干旱半干旱草原農牧區、干旱半干旱防風固沙區、青藏高原荒漠區、青藏高原草甸農牧區、青藏高原森林草甸區和熱帶雨林區等14個礦山生態修復區[2]。其中,位于溫帶平原農業區、丘陵山區、巖溶石漠化區的礦山,其修復的首要任務是消除礦山地質安全隱患;位于林地、草地、沼澤、荒漠等人跡罕至的礦山,則應減少人為擾動,堅持以自然修復為主;位于高原山地及海拔高的礦山,適宜生長的動植物種類少,生態修復周期長且不易恢復,需要人為干預才能達到預期效果。因此,應根據不同地理單元自然環境、生態環境、地質環境、氣候環境特征,合理采用礦山生態修復模式,系統分析礦山生態修復技術適宜性,全面保障礦山生態修復高效率、高質量發展。

2 礦山生態修復理論研究

基于生態文明建設整體戰略與發展格局,落實“整體保護、系統修復、綜合治理”工作思路,深入分析當前礦山生態修復理論研究基本現狀,重點分析礦山生態修復標準研發、法治建設、公眾參與等方面的工作進展,系統探討礦山生態修復科技研發與理論建設融合路徑,協同推進礦產資源綠色開發與礦山生態保護修復,堅持以系統觀念治理礦山生態環境,加快推動將單一要素修復納入整體保護修復,科學謀劃礦山生態修復支撐山水林田湖草沙系統治理具體方式,為促進礦山生態文明建設提供理論依據。

2.1 標準研發

礦山生態修復的根本目標是實現礦山全生命周期“資源—環境—經濟—社會”綜合效益的集成。我國礦山生態修復技術標準框架尚未建立,尚缺乏全面、系統、一致的標準體系支撐服務礦山生態修復規劃設計、工程報價、項目實施、監測監管、效益評價等,導致礦山生態修復任務部署與工程實踐無法有效銜接,各個階段生態修復施工進度難以穩步協同,既不利于生態修復過程中光、溫、水、氣、熱、土等各要素統籌,也不利于生態修復工程實施、竣工驗收和質量評定等全過程監管。其中,作為礦山生態修復頂層部署,規劃設計的科學性、戰略性、可操作性受限于地域、氣候、地質等諸多因素,若未充分考慮礦山生態修復各環境要素系統協調性、不同區域生態環境差異性,容易導致技術模式針對性不強,難以有效解決礦山生態環境問題。同時,涉及礦山生態修復工程驗收、監測、評估等具體環節的實施辦法及業務指南尚未編制,導致礦山生態修復重大工程項目監管存在技術空白。

2.2 法治建設

礦山生態修復是一項涉及礦業、土地、林草、環境、水利等多個方面法律法規的復雜系統工程。我國已出臺《土地管理法》《水土保持法》《土地復墾條例》《礦山環境保護規定》等相關法律法規,建立了礦山地質環境治理恢復基金制度,出臺了吸引社會資本參與礦山生態修復激勵政策,但在優化政策供給、獎懲激勵機制、細化政策措施、執行監督落實等方面存在短板弱項,尚需在礦山生態修復實施、管控、監測等環節加以逐步完善,以靈活應對不同類型礦山生態修復要求。特別是礦山生態修復存在跨部門、跨地區的交叉管理,導致礦山生態修復標準適用范圍不清晰、關鍵技術施用不合理等情況時有發生,同時,針對礦山生態修復的責任主體認定、資源開發生態補償、生態產品價值實現、生態損害賠償、民眾救濟模式等項目法治化進程緩慢,客觀上增大了礦山生態修復項目實施、監管難度。

2.3 公眾參與

礦山生態修復是一項融合普惠礦區民生福祉、激發礦業市場活力、建造礦山良好生態等目標的創新工程。我國礦山生態修復歷史欠賬多、問題積累多、現實矛盾多、資金投入少,且面臨“舊賬”未還又欠“新賬”的問題。長期以來,社會公眾對礦山開采引發的地質破壞、環境污染、生態擾動存在負面認知,加之,由于缺乏清晰透明的信息公開方式、決策參與形式、收益回報模式,導致社會公眾對礦山生態修復重要性、緊迫性、必要性認識不足,造成社會資本參與支持礦山生態修復積極性不高。再者,社會公眾環境保護意識薄弱、生態修復理念欠缺、生態安全認知不足,在尚未充分了解掌握礦山生態修復工作部署、項目進展、利益分配等信息的情況下,社會公眾對礦山生態修復持保守態度。此外,資金來源單一、市場機制欠缺、運營周期較長、投資回報偏低、收益分配失衡進一步增大了吸引社會資本參與礦山生態修復的難度,不利于形成“政府—企業—公眾”良性互動,影響礦山生態修復成效。

3 對策建議

我國正處在工業信息化、城鄉一體化、農業現代化深度融合高速發展的關鍵時期,經濟社會建設與綠色低碳循環發展協同推進,當前時局對礦業綠色循環發展水平、礦產資源保障能力、礦山生態修復質量提出了嶄新的時代要求。隨著新時期生態文明建設步伐日趨加快、山水林田湖草沙一體化保護修復理念持續深化,創新推進礦山生態修復亟待從規劃設計、科技攻關、標準研發、法治建設、公眾參與等方面集中發力,有序探索礦山生態修復新思維、新模式、新路徑,進而為促進人與自然和諧共生提供有效參考。

3.1 突出規劃設計

堅持山水林田湖草沙一體化保護修復規劃科學引領,立足“統籌兼顧、系統治理、突出重點、典型示范”,加強頂層設計與整體謀劃,適時將礦山生態修復規劃納入各級國土空間規劃,逐步形成礦山生態修復“全國一盤棋”的工作格局。把各流域、區域因礦產資源開采而破壞的生態系統作為一個整體,遵循“人與自然生命共同”理念,正確處理自然恢復與人工修復的關系,根據礦業經濟社會重要性、礦山生態功能典型性、礦區人居環境適宜性,綜合考慮自然環境條件、地形地貌特征、生態擾動等因素,抓住地質環境破壞源頭,找準系統內在運行機理,逐步實現關鍵問題識別、優先區域劃定并因地因時制宜、分區分類施策,不斷提高礦山生態修復工作的科學性、有效性、可持續性。同時,綜合考慮礦山及其周邊經濟發展水平,合理兼顧修復技術、投資成本、建設周期等因素,按照“點面結合、集中連片、整體融合”的原則,部署礦山治理階段任務,開展修復項目規劃設計,探索生態保護修復模式,規范生態修復過程管控,指導礦山修復建設施工,并結合后續資源開發、配套產業發展等需求,落實土地整治用途管制,促進礦地資源的高效綜合利用。

3.2 強化科技攻關

作為推動礦山生態修復創新發展的科技引擎,技術研發肩負著礦山綠色低碳循環發展的歷史重任?；诰G色低碳循環發展戰略目標,立足礦山生態修復工程技術研發,堅持以解決礦山生態問題為導向,著力提升礦山生態修復科學創新性、技術適用性、工程時效性。根據礦山及其周邊氣候條件、地質環境與生態基底,確定不同礦產資源類型、不同開采方式及不同地理單元礦山生態修復關鍵要素,遴選礦山生態修復適用技術名錄,開展礦山地質恢復技術裝備研發,推動礦山環境治理技術整裝集成。重視修復領域科技創新人才培養,構筑多學科交叉、多領域覆蓋、多行業融合、多部門協作、多層級疊加的技術研發合作機制,攜手自然資源、生態環境、農村農業等多方優質資源,助力礦山生態修復技術創新,促進礦山生態修復智能發展。構建礦山生態修復監管體系,創新高效引入3S技術,開展精準定位、覆蓋監測、關聯分析、智慧評估,動態追蹤礦山環境治理過程變化,實現礦山生態修復全方位精細化管理?？傊?需錨定礦產資源綠色開發重大科技攻關,加大引導資金投入、鼓勵科研分享、強化跨界合作、加強國際交流、激發創新動能,實現礦山生態修復高質量發展。

3.3 構建標準體系

圍繞構建山水林田湖草沙一體化保護修復高質量發展標準體系的需要,夯實礦山生態修復高質量發展技術基礎,探索礦山生態修復標準化發展路徑,推動礦山生態修復標準體系戰略性布局、系統性建設、前瞻性研究。2022年,中國自然資源經濟研究院牽頭編制《礦山生態修復技術規范標準體系(征求意見稿)》,初步擬建技術標準框架體系;《國土空間生態保護修復工程實施方案編制規程》《礦山生態修復技術規范》系列標準發布實施,標志著礦山生態修復標準化工作進入到全新發展階段。立足礦山生態修復調查評價、規劃設計、工程實施、監測養護多元業務板塊切實需求,整合礦山生態修復重大工程、特定領域、相關行業與地方標準,及時梳理礦山地質環境調查、礦山土地復墾、礦山場地風險評估、礦區水土環境監測、礦山生態損害鑒定、礦區生物多樣性評價、礦產資源循環利用,以及“綠色礦山”建設等技術規范中涉及礦山生態修復的相關條款,加強礦山地質、土質、水質、生態、環境等不同要素本底調查、系統治理、動態監測標準研發,加快礦山生態修復規范化、程序化、標準化進程,促進標準化建設成果轉化,進而為推動礦山生態文明建設提供強大動能。

3.4 關注法治建設

作為促進礦區社會經濟轉型、推動礦山生態環境保護的有力抓手,礦山生態修復法治建設事關推進礦山生態環境治理體系與治理能力現代化建設的重要部署。一方面,為確保礦山生態修復工作嚴肅性、權威性與實效性,著重從明確監督責任、完善協調機制、規范企業行為、賠償生態損害、落實環境治理、維護公眾權益角度,探索礦山環境治理制度建設有效路徑,擇機將實踐過程中的成功經驗、科學舉措提升至政策維度;另一方面,加強礦山生態破壞源頭管控、壓實礦山生態修復責任,建立礦山生態修復責任主體認定指引,明確責任主體及責任范圍,對破壞礦山生態環境行為依法追究相關修復責任,倒逼礦業權人在礦產勘查、資源開采等活動中,主動推進“綠色礦山”建設,積極采取礦山生態修復措施,持續降低礦產資源開發負效應。同時,充分發揮環境公益訴訟在救濟環境損害、維護公眾環境權益、保護公共環境利益的重要作用,為科學推進礦山生態修復創造有法可依、執法有據、公正司法、人人守法的法治環境。

3.5 鼓勵公眾參與

為解決礦山生態修復歷史欠賬多、現實矛盾多、資金投入少等突出問題,按照“構建政府主導,企業主體、社會組織和公眾共同參與的現代環境治理體系”的總體要求,堅持“誰破壞、誰治理”“誰修復、誰受益”原則,通過政策激勵吸引各方投入,推行市場化運作、科學化治理、社會化參與的礦山生態修復模式。建立開放、透明、高效信息服務平臺,全面及時披露礦山生態修復進展,鼓勵礦山土地差別化供應,合理利用礦山廢棄土石料。健全社會資本市場準入、公平競爭、監督保障機制,探索建立資源導向、綠色開發、持續投入、回報穩定的發展模式,依托土地資源挖潛、礦產權益激活、碳匯項目開發等方式,支持社會資本以參與、合作、特許經營等多種形式投入到礦山生態修復工作中。鼓勵科研院所、高等學校、重點企業等組建產業聯盟,積極探索市場化運作、科學化修復、開發式治理,促進產業轉型、文旅休閑、科普宣教深度融合,提高公眾參與生態修復意識,激發全社會共同參與礦山生態修復內生動力,逐步建立起政府、礦業權人、社會組織和公眾共治、共享、共建的礦山生態修復體系,為推動礦山生態環境根本好轉、礦區生態文明建設、礦業綠色低碳循環發展提供有效保障。

4 結束語

作為山水林田湖草沙一體化保護修復的重要組成部分,在“碳中和、碳減排”現實需求下,礦山生態修復不僅擔負著探索礦山“減排增匯”路徑的重點任務,還肩負著在生態文明建設整體格局下推進礦山生態系統穩定、生態質量提升、生態服務改善的重大使命。

持續關注礦山生態修復科學技術進展,創新推動不同礦產資源類型、不同地理單元礦山生態修復工程技術實踐,深入剖析礦山生態修復頂層設計、標準研發、法治建設、公眾參與等方面的業務短板,系統總結分析礦山生態修復未來發展具體路徑。

下一步,根據山水林田湖草沙一體化保護修復戰略布局,基于“整體保護、系統修復、綜合治理”的工作原則,精準對接《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》,合理銜接省級國土空間生態修復規劃,科學謀劃礦山生態修復示范工程建設,按照“任務設定—工程部署—績效評價—監測管護”的實施框架,穩步融合礦產資源開發生態補償、礦山生態產品價值實現及“綠色礦山”建設等礦業可持續發展模式,逐步實現生態系統類型多樣化、生態環境質量改善、生態服務功能提升、生態空間格局優化等礦山生態修復基本目標,適時遴選一批行業前瞻性突出、專業適用性明顯、產業復制性持久的礦山生態修復創新適用技術,著重打造一批兼具區域、流域特色和具有典型特點的礦山生態修復示范項目。

總之,科學推進礦山生態修復,高度聚焦礦山生態修復核心技術,統籌協調礦山生態修復基礎理論研究與項目工程實踐,進而為全面推進山水林田湖草沙系統治理工作、加快推動綠水青山向“金山銀山”轉化提供強大助力。

致謝:感謝中國地質環境監測院的曹毅、朱倩穎、劉國偉在論文寫作過程中提供的技術支持。同時,感謝業內同仁對中國地質災害防治與生態修復協會發展給予的無私幫助。