近30年中国砂石等废弃矿山生态修复及再利用研究热点及趋势分析

近30年中国砂石等废弃矿山生态修复及再利用研究热点及趋势分析

近30年中国矿业废弃地生态修复及再利用研究热点及趋势分析

关 钊1,2，谢红彬1,2，罗 琳1,2，魏 平1,2，刘建兴3

（1.福建师范大学地理科学学院,福建 福州 350007；

2.福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室,福建 福州 350007；

3.福州大学紫金地质与矿业学院,福建 福州 350108）

摘 要：随着社会经济的发展与工业化进程的推进，矿山开采带来巨大经济效益的同时，遗留了众多难以利用的矿业废弃地，如何对其进行生态修复与再利用成为学者们的研究热点。本文基于 CiteSpace计量分析软件梳理近30年中国矿业废弃地生态修复及再利用研 究文献共4448篇，将其分为初期发展阶段(1990—2000年)、中期发展阶段(2001—2010年)、后期发展阶段(2011—2020年)三个阶段，依据不同时期的高频关键词初步把握近30年国内矿业废弃地生态修复与再利用领域研究热点，主要围绕土地复垦、生态修复、矿山公园、生态补偿等方面，实现从自然生态视角到生态经济目标、从单一土地复垦到系统生态修复、从传统修复方法到高新技术应用等方面的转变，回顾由单维度过渡到多维度的研究内容。在后续研究中需着重加强理论系统研究、多学科交叉与融合、综合效益评价、公众感知参与等方面，促进矿业废弃地生态修复与再利用理论与实践研究逐渐达到“人”“地”和谐统一的发展目标。

关键词：矿业废弃地；生态修复；再利用；土地复垦；矿山公园；生态补偿；综述

引 言：矿山开采带来丰富的矿产资源和巨大的经济效益，促进城镇化和工业化发展的同时，地貌形态、土壤质量、生态系统均遭受严重破坏，遗留了众多采矿活动占用、损毁、非经整治而无法使用的矿业废弃地。我国矿业废弃地生态修复始于20世纪50年代，直到80年代才取得一定进展，政府颁发的《土地复垦规定》等一系列法规政策标志着我国矿业废弃地修复复垦步入规范性阶段。21世纪，国家加大生态环境治理力度，强调“统筹山水林田湖草系统治理”发展理念，践行“绿水青山就是金山银山”系统思想。为改善矿业废弃地生态系统受损现状，推进山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理，满足人们对优质环境的现实需求，结合自然恢复或人工修复措施，综合考虑生态、经济、社会三方效益，促使矿业废弃地生态修复与再利用，以达到“人”“地”和谐统一的发展目标。

生态修复是指采取相应的自然及人工措施使矿业废弃地受损生态系统恢复必要功能结构，是矿业废弃地再利用的基础工作，也是遵循自然规律，破解矿区生态环境保护修复难题的重要举措。探究矿业废弃地生态修复与再利用成为学者的研究目标，也是落实可持续发展战略和增强人民福祉的重要组成部分。目前，学者们对于矿业废弃地生态修复与再利用相关理论和实践探索较多，但缺乏系统归纳与梳理。因此，本文基于中国期刊CNKI全文数据库，应用CiteSpace软件对1990—2020年矿业废弃地生态修复及再利用相关文献进行统计归纳，依据不同时期的高频关键词初步把握该领域研究热点，回顾归纳由时间变化逐渐发展的研究目标与内容，理清研究脉络，以期为今后矿业废弃地生态修复与再利用的理论研究与实践提供借鉴与参考。

 

01

数据来源与处理

本文数据来源于中国期刊CNKI全文数据库，以矿土地复垦、矿业废弃地、矿区(山)生态修复、矿山公园为检索词查找相关文献，检索范围为所有期刊，检索日期截至为2021年5月10日，共检索获得文献16751篇，为保证数据的准确性，进一步精炼筛选范围，并手动剔除不相关文献，最终剩余样本4448篇作为本文研究分析的基础数据。

 

02

文献关键词分析

文献关键词代表研究领域核心内容的浓缩与提炼，把握高频关键词有助于为研究发展动态分析提供指导。本文借助CiteSpace文献计量分析软件对相关文献展开关键词共现分析，整理出高频关键词及其中心性与首次出现年份(表1)。其中，中心性是体现节点在网络中热点程度的重要指标。

表1 1990—2020年矿业废弃地生态修复及再利用高频关键词

 

矿业废弃地生态修复及再利用研究中，出现频率最高的关键词是土地复垦，且其中心性也居于首位。其次，生态恢复、生态重建、生态修复的出现频率和中心性较高，出现年份均为20世纪90年代，受国家政策法规和现实要求影响，起步相对较早。随着时间推移，在生态修复的基础上，矿业废弃地再利用领域关注度日益提高，矿山公园、生态补偿等再利用方向关键词逐渐增多。

 

03

矿业废弃地研究回顾

根据时间尺度，将矿业废弃地修复治理到开发利用的研究进展分为初期发展阶段(1990—2000年)、中期发展阶段(2001—2010年)、后期发展阶段(2011—2020年)三个阶段，依据不同时期的高频关键词，探究近30年国内矿业废弃地生态修复与再利用领域研究热点。

3.1 初期发展阶段(1990—2000年)

根据1990—2000年关键词可知该时期研究侧重于土地复垦和生态重建(表2)，这表明在20世纪80年代后，我国对矿产开采带来的生态破坏、土地损毁、景观破碎等问题日益重视，并逐步开展矿业废弃地土地复垦、生态重建等活动。

表2 1990—2000年矿业废弃地生态修复及再利用高频关键词

 

3.1.1 土地复垦实践初步探索

土地复垦和复垦发文数量和中心性居于首位。此阶段，发达国家矿业废弃地复垦率均达65%，而我国复垦率仅为2%，土地资源浪费的严峻现实促进学者们对土地复垦的积极探索。

早期研究主要从宏观角度对我国矿业废弃地土地复垦的历史、现状、意义及政策法规进行探讨。根据不同区域尺度描述土地破坏的特征及相关复垦对策，明确矿业废弃地复垦原则，强调复垦的必要性、紧迫性和重要意义，同时讨论了矿业废弃地复垦潜力评价方法。该阶段多停留于复垦现状、模式及对策研究，理论层次不够深入，为矿业废弃地土地复垦研究的基础萌芽阶段。

在复垦技术方面，多以恢复生态学、土壤学等作为理论基础，采取工程复垦技术、生物复垦技术、土壤基质改良技术等人工措施对破坏土地进行生态修复。一般情况下，基于矿业废弃地地质环境及土壤状况，采用客土、填充、堆垒、加固、平整等工程措施予以治理。在工程修复的基础上，因地制宜培育耐逆境的先锋植物或作物，不仅可以获得水土保持效果好、生态效益高、美景度优越的植被覆盖面以稳固土壤，还可以减少化肥的使用。土壤基质改良是土地复垦的重要目标之一，植物生长可通过生物固氮方式改良土壤基质，采用含有植被所需金属离子的化学改良剂及有机改良物质，可提高土壤养分，恢复土壤肥力。

3.1.2 生态重建理论与技术探讨

生态重建与土地复垦相比而言，土地复垦偏向于农业价值，生态重建则倾向于构建一个完整的、崭新的、优于破坏前状态的生态系统，是一项极其繁杂的系统工程。但其实质仍是土壤整治、植被重建及优质耕地恢复，且土地复垦是生态重建的核心部分，理论与技术常存在交叉，该时期主要集中于生态重建理论与技术的基础研究。有研究表明，挖损、压占、污染、占用是导致矿区生态系统破坏的主要原因，并指出即使最终土地利用方向为耕地，其生态重建的实质仍为林业复垦及植被重建。土壤改良、水土流失防治、植被恢复重建、矿井废水治理等措施常用于矿区受损生态系统的重建。

3.2 中期发展阶段(2001—2010年)

进入21世纪，矿业废弃地修复的系统化及可持续效益最大化受到学界关注，研究重点为土地复垦、生态恢复、生态补偿、矿山公园，由单维的生态修复，向多维的生态环境和矿业遗迹共同保护过渡(表3)。

表3 2001—2010年矿业废弃地生态修复及再利用高频关键词

3.2.1 以效益分析为重点的土地复垦研究

该阶段，土地复垦这一关键词发文数量仍居首位，但受研究方向分散化影响，中心性有所下降。同前十年相比，研究内容逐渐多元化，矿业废弃地的研究逐渐由理论、技术探索延伸至效益评价。在已有理论研究基础上，学者们进一步寻求矿业废弃地系统协调与再生对策。受国外利益相关者理论影响，研究重点由生态环境转向人地矛盾，通过评估矿业废弃地利益耦合协调度讨论利益相关者调和政策；或基于演化博弈理论，分析当地政府、居民、企业之间的利益矛盾与冲突，并提出解决对策与协调建议。信息技术应用不断丰富土地复垦实践，RS、GIS等技术逐渐应用于矿业废弃地土地复垦沉陷预测、植被覆盖度变化及空间差异等研究，使得土地复垦效率得到大幅提升。

基于前期理论与技术的成熟和深化，学者们开展土地复垦效益评价，主要集中于适宜性评价与效益评价等。土地适宜性评价是土地复垦的基础工作之一，通过构建评价指标体系确定矿业废弃地预定用途适宜与否、适宜程度及其限制状况；根据已复垦土地和待复垦土地的适宜性评价结果，分别进行矿业废弃地复垦规划。复垦效益评价是对土地复垦实践成果的验证与评判，主要从复垦后的单一效益，以及社会效益、经济效益、生态效益等综合效益两方面展开。就单一效益评价而言，根据不同复垦年限矿区的土壤质量，可得出随着复垦年限的增加表层土壤质量不断提高的动态结果；或对比只开采及边开采边复垦两种情景下矿区的生态系统服务功能价值，从而判断土地复垦是否有效提高生态服务功能价值。在综合效益评价方面，学者们构建评价指标体系，利用熵权法、模糊综合评价法等对土地复垦项目展开评价；或采用三角图法，通过水因子指数、土壤因子指数和植被因子指数的加和构建矿山复垦指数，以判断土地复垦成效。

3.2.2 生态恢复理论与实践研究

生态恢复、生态重建、生态修复均来源于生态学，国际上关于矿业废弃地生态恢复研究可以追溯到19世纪末。生态恢复是指受损的生态系统通过自然演替和人类改造恢复到原来的状态，生态修复与其类似，但更强调人为的主动修复。生态重建则是指在自然恢复与人类改造作用下受损伤的生态系统形成一种改进的与原来完全不同的状态。三者彼此界限较为模糊，目前多使用生态修复概念，复垦是三者的核心任务。在理论研究中，主要按破坏方式的不同将矿业废弃地分为塌陷地、堆积地、废弃地等类型，讨论矿业废弃地生态恢复存在的问题及对策，从物、水、景等不同方面展开生态可持续发展规划，总结生态恢复与重建的技术与模式。实践探索主要为土壤改良和植物修复两方面，土壤改良多使用工程与生物措施相结合的土壤整治方案，此外，土壤种子库技术也逐渐应用于生态修复的实践。植被恢复主要从植被基质改良和植物种类选取两方面展开研究，寻找适应性强的耐受性植物和扩大生态效益是生态修复中应当注意的重点。

3.2.3 矿山公园资源评价与规划研究

2004年，原国土资源部推出矿山公园评审项目，成为矿业废弃地生态修复与再利用的有效途径。矿山公园是指既恢复矿业废弃地生态环境，又保护传承优秀矿迹文明，为人们提供休闲游憩娱乐的场所。国内学者借鉴国外优秀案例和实践经验，主要从资源评价与规划展开研究。

矿山公园是展示矿业遗迹的重要载体，在矿山公园建设初期，开展矿业遗迹调查评价是不可或缺的工作之一。学者主要从生态、社会、经济三方面论述矿业遗迹开发保护的意义，在此基础上开展矿业遗迹资源调查、评价与规划，以“点-线-面”的保护模式对矿山公园的矿业遗迹进行分类评价；或从自然遗迹和人文遗迹两方面对资源独特型矿业遗迹展开评价，为矿山公园建设提供科学依据。

基于前期矿业遗迹资源评估，学者们充分利用资源优势，基于景观生态学、规划学理论对矿山公园建设进行规划设计。如甘肃省白银市矿山公园依据独特禀赋条件设计“一轴、两环、五带、多点”的开发布局；盱眙象山国家矿山公园以矿业遗迹为主体，规划为史迹保护区、特色景观区、矿山游览区、生态环境保护区、休闲度假区、水上游乐区、老街访古区和接待服务区8个板块，以发挥其资源特色，实现历史文化的延续。此外，学者们逐渐对后期效益评价、利益相关者等方面展开研究，促进自然生态和人文环境的有机统一，为管理决策者提供指导与建议。

3.2.4 生态补偿制度探索

生态补偿成为近年我国矿业废弃地生态修复与再利用研究领域热点之一，将其定义为：由人类矿业开采活动导致生态环境受到损害或污染时，矿产资源开采者应该付出一定的货币资金，以恢复当地的生态环境，并给予当地居民一定的货币补偿。由此可见，生态补偿是关于生态修复、利益相关者的责任及矛盾梳理、经济管理和政策法规的耦合名词。该时期主要探究建立生态补偿机制的重要意义、搭建原则、标准依据、补偿对象、具体模式等，有学者从“旧账-政府”“新账-企业”的角度展开矿区生态补偿制度构想；或建立专门生态环境治理管理部门，设立“恢复(治理)基金”用于专项修复矿业废弃地以便管理。目前我国生态补偿制度还存在制度操作难度大、收费项目较多、激励作用不足、手段过于单调等问题。当前探讨较多的保证金制度是提高矿业废弃地修复效率、改善矿区生态环境的高效有利措施。

3.3 后期发展阶段(2011—2020年)

该时段土地复垦、生态修复研究热度较高(表4)，生态修复及再利用研究范围更加广泛多元，我国在矿业废弃地生态修复及再利用领域的深入研究逐渐迈入世界前列。

表4 2011—2020年矿业废弃地生态修复及再利用高频关键词

3.3.1 土地复垦研究方向更新

与过去20年相比，土地复垦技术方法不断多元化，取得长足进展。机载激光雷达测量系统可以快速准确地获得矿区植被信息，对矿区植被监测具有重要意义。运用ENVI软件对不同时期矿区植被覆盖提取并作分级统计，依据土地利用状况可对不同时期复垦后的土地进行生态评估。依据决策理论可构建矿区复垦耕地选择决策模型，使用进化算法，得出矿区复垦耕地的土地利用形式分布图。无人机测绘技术在土地复垦的规划、施工、评价等方面具有花费成本较低、过程快速高效、质量轻巧灵活、操作方便简洁、影像精度较高等优势。利用ArcGIS软件可对矿区土地复垦三维景观建模，以减少二维模型不够直观生动、精度低、规划困难等缺点。通过多种复垦评价方法的结合可构成极限综合评价法，应用于土地复垦适应性评价中，与传统单一方法相比，该方法更具客观性强、适应范围广、数据依赖性小等优势。

此外，土地复垦评价更加深入，涌现出大量关于适宜性评价、承载力评价、损毁预测等方面的研究，强调预防优于治理。学者们将三角模糊层次分析法、灰色关联度法和改进的极限综合评价法等综合运用，进行采煤预塌陷区超前复垦适宜性评价；或运用分级综合评价法对平朔安太堡矿区生态承载力状况进行静态和动态评价；也有学者根据山东省济宁市多块塌陷地现有塌损状况数据，运用概率积分法对沉陷地及压占地进行损毁预测。同时，生态研究领域不断拓宽，研究视角也由传统的生态视角转向以“人”的角度来阐述问题和评估效益。从美学角度解构国外较为成熟的复田景观评价、园林景观美学评价等视觉评价体系，并重建评价指标体系展开土地复垦美学评估。

3.3.2 生态修复研究内容深化

生态修复作为矿业废弃地再利用的基础工作之一，仍是该时期的研究重点。生态修复与土地复垦界限较为模糊，二者除了存在理论基础框架、修复技术手段、环境资源评估等共性问题外，矿业废弃地生态修复的规划设计方案层次更加繁复，与土壤学、园林学、旅游学等其他学科融合程度不断增强。关于生态修复效果评价研究不断增多，主要从环境质量评价、生态系统服务价值、效益评价等方面展开。生态修复带来最基础直观的改变即环境质量的提升，多数学者根据修复前后的矿业废弃地环境因子属性的改变状况进行评价，主要包括土壤、植被等方面。利用遥感图像及3S技术对比不同年份景观格局指数，以此分析矿区土地利用状况和景观格局演变特征；通过检测矿业废弃地土壤理化性质、肥力性质、重金属污染特征以及植物生长指标进行修复效果评价。生态系统服务是生态系统满足人类生存与发展的各种条件，对生态系统服务价值的量化在过去的研究基础上更加完善，基于生态学原理和可视化处理，通过对比矿区生态修复初期及修复后的生态服务价值量可判断生态修复效果。多维度综合效益评价逐渐成为当下研究的热点，多从生态、经济、社会三维度展开综合效益评价，分析转型模式并给出管理建议。随着“系统修复、综合治理、可持续发展”理念的推进，矿业废弃地生态修复综合效益研究将成为未来研究的重点内容之一。

 

04
讨 论

1) 生态修复相关理论系统研究有待深入。矿业废弃地的土地类型、植被种类、土壤状况、破坏程度等前期基础工作需要资料的大量收集与完备记录，以保证矿业废弃地生态修复目标制定的科学性与合理性。如今生态领域不断聚焦“双碳”目标，“山水林田湖草”保护修复工程强调生命共同体的保护原则，生态修复过程更注重整体兼顾，由单目标走向多目标，但当下多从矿业废弃地植被、土壤理化性质入手进行前后对比分析，有关于其他生态系统组分的相关研究，如动物、微生物的恢复、分布、性质等研究有待加强。其次，注重多学科和技术的融入与交叉。随着4S技术、无人机等当代信息技术的日益成熟，应不断引入生态学、环境科学、工程学、地理学、规划学等领域的相关理论，加强多学科、多技术融合创新，从而促进修复技术发展。同时，生态修复效果评价需进一步全面化。针对不同类别的矿业废弃地，缺乏全面合理、标准规范的评价标准、方法与体系；综合效益评价避免了单一效益的片面性，多从生态-社会-经济三方面展开效益评价，逐渐成为当下的研究趋势，但由于矿业废弃地自身条件的巨大差异，仍缺乏具有普适性的评级体系与方法。

此外，研究维度需更加广泛深入。重视利益相关者的诉求与矛盾，深入分析多方博弈及矛盾内源，建立针对性协调机制。尤其是在公众参与及人民福祉方面，加大对居民感知价值与需求的关注力度，改善重“地”轻“人”的局面，注重生态补偿制度的完善，促进政府加强生态修复政策的落实，加快修复监管和管理框架的搭建，有效指导和监督生态修复的进行。

2) 目前，矿山公园的大量研究主要停留在建设规划设计上，且仅限于模块划分、景观配置等基础性研究，与现代信息技术融合不够充分，研究层次不够深入。随着5G技术、大数据、物联网、互联网等信息技术不断发展，信息采集平台丰富，因地制宜打造数字智慧景区，抓住沉浸式体验、劳动教育等要点，增加公园项目的趣味性、可玩性、研学性，如何从景观生态、地域文化、居民需求的角度焕发矿山公园的内在吸引力，是当下研究的重要课题。在效益评价方面，应当加快研究适用于矿山公园的评价指标体系及定量化方法，结合地方认同、社区参与、美景感知等人文因素，进一步强调人文关怀，强“人”与“地”的耦合，打破矿山公园吸引力不高、趣味性不强、维护不善等障碍因素。除矿山公园外，学者们需加强矿业废弃地再利用模式的探索，针对不同类型矿业废弃地，联合矿业废弃地的生态、工业、经济基因，扬长避短扩大自身优势，结合当下热点寓旧于新，避免“一刀切”的再利用模式，促进多方效益协同发展，为保护生态环境及提升人民福祉起到积极推动作用。