基于文獻(xiàn)計量學(xué)的礦山生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展分析

李 雪，張 富，王理德，，宋達(dá)成，趙赫然，蔡卓良，李常樂

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070；3. 甘肅河西走廊森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅 武威 733000）

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展[1]。同時，非法開采﹑過度開采和盜采等則引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，受到社會各界高度關(guān)注[2]。礦山廢棄地是在礦產(chǎn)資源開采結(jié)束后，生態(tài)環(huán)境遭到破壞的特殊土地類型。開采導(dǎo)致廢石廢渣大量堆積，造成水土流失﹑山體滑坡﹑煤矸石山自燃等現(xiàn)象發(fā)生，危害當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和居民的健康[3]。我國礦山廢棄地環(huán)境問題一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)，存在邊修復(fù)邊破壞的現(xiàn)象，修復(fù)的難度也在不斷增加[4]。截至2018 年年底，我國礦山廢棄地占用﹑損毀的土地226.7×104hm2，并以每年3.3×104~4.7×104hm2的速度增加[5-6]。礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)關(guān)系到國家生態(tài)安全[7]，對于推進(jìn)人與自然和諧共生現(xiàn)代化建設(shè)意義重大[8]。本文采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法與歸納總結(jié)法，對國內(nèi)外已有的技術(shù)方法進(jìn)行歸納總結(jié)與對比，為我國礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)工作提供借鑒和啟示。

1 礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)發(fā)展簡史

發(fā)達(dá)國家對礦山廢棄地的治理可追溯至19 世紀(jì)末期[9]。最早對礦山廢棄地展開生態(tài)修復(fù)的是美國和德國，早期進(jìn)行掠奪式的開礦，引發(fā)了大量的環(huán)境問題和社會矛盾。為解決日益突出的社會矛盾，20 世紀(jì)初就嘗試在礦山廢棄地種植植物[10]。英國最早產(chǎn)生了工程綠化技術(shù)，并發(fā)明了植物種子噴播技術(shù)和噴射乳化瀝青技術(shù)。澳大利亞將恢復(fù)生態(tài)學(xué)運(yùn)用到礦山廢棄地的修復(fù)中，也取得了較好的效果[11-12]。從20 世紀(jì)70 年代開始，加拿大﹑法國﹑日本等國家相繼推出相關(guān)技術(shù)措施治理廢棄地，總結(jié)出大量經(jīng)典成熟的經(jīng)驗(yàn)。到20 世紀(jì)末期，國外對礦山沉陷區(qū)植被恢復(fù)[13]﹑沉陷區(qū)環(huán)境影響[14]﹑廢棄地復(fù)墾技術(shù)[15]﹑礦山固廢綜合利用[16]﹑土壤重金屬去除[17]等方面展開了大量研究。21 世紀(jì)以來較為活躍的領(lǐng)域包括:礦山廢棄地物種多樣性研究[18-19]，土壤重金屬的植物富集[20]，礦山開采對環(huán)境的影響機(jī)理[21]，3S 技術(shù)在土地復(fù)墾﹑監(jiān)測和評價中的應(yīng)用[22]，礦區(qū)水體修復(fù)[23]等?？梢?，礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

我國于20 世紀(jì)50 年代末開展廢棄礦山治理工作，當(dāng)時還處于經(jīng)驗(yàn)不成熟﹑技術(shù)不先進(jìn)﹑制度不完善和資金不充足的階段，一直到80 年代，礦山廢棄地的修復(fù)率仍然不足2%，這一時期，礦產(chǎn)資源大肆開采引發(fā)的環(huán)境問題愈演愈烈[24]。為解決礦山廢棄地問題，國家先后出臺了30 多部法律﹑法規(guī)和規(guī)章，如1986 年頒布的《中華人民共和國土地管理法》（簡稱《土地管理法》）﹑1988 年頒布的《土地復(fù)墾規(guī)定》等，明確了礦區(qū)修復(fù)的制度，從此我國礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)正式邁上了法治化軌道。從20 世紀(jì)90 年代至今，那些曾經(jīng)修復(fù)過的廢棄地上長滿了茁壯的綠草樹木，吸引了多種動物棲息。當(dāng)前更多的礦山廢棄地還在修復(fù)中，這一工作任重而道遠(yuǎn)。

2 國內(nèi)外研究趨勢分析

2.1 國外研究趨勢

基于文獻(xiàn)計量學(xué)，以礦山生態(tài)修復(fù)（mine ecological restoration） 和礦山修復(fù)技術(shù)（mine restoration technology）為主題詞在WOS 上進(jìn)行檢索，時間范圍為2000—2022 年。為確保精準(zhǔn)性，選擇數(shù)據(jù)庫為:WOS 核心合集，引文索引為:SCIEXPANDED-1990 至今。進(jìn)一步對文獻(xiàn)進(jìn)行精煉，剔除不相關(guān)文獻(xiàn)，最終篩選出648 篇文獻(xiàn)，其中礦山生態(tài)修復(fù)609 篇，礦山修復(fù)技術(shù)39 篇。通過文獻(xiàn)計量在線分析平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。

由圖1 可知，近23 年來國外關(guān)于礦山生態(tài)修復(fù)研究可以分為兩個階段，前13 年為平穩(wěn)發(fā)展期（2000—2012 年），后10 年為快速增長期（2013—2022 年）。有關(guān)修復(fù)技術(shù)的研究也分為兩個階段，前14 年為平穩(wěn)發(fā)展期（2000—2013 年），后9 年為快速增長期（2014—2022 年）?？傮w來看，對于兩種主題詞展開的研究有一個相同特征，都是從2019 年開始飛速增長，發(fā)文量逐年增高，在2022年達(dá)到峰值。從國外關(guān)于礦山的論文來看，與生態(tài)修復(fù)相關(guān)的研究論文占比更高，涉及范圍更廣，在各個國家的熱度持續(xù)時間長，受關(guān)注度高。由圖2﹑圖3 可知，澳大利亞﹑美國﹑加拿大等礦業(yè)大國發(fā)文量相對較高，這些國家關(guān)于礦山修復(fù)的研究更早更深遠(yuǎn)。中國作為后起之秀，近年來發(fā)文量持續(xù)增長，發(fā)展速度令人矚目。另外，西班牙﹑巴西﹑南非等礦產(chǎn)資源豐富國家的發(fā)文量也較多。

圖1 國外近23 年WOS“礦山生態(tài)修復(fù)”和“礦山修復(fù)技術(shù)”為主題詞的發(fā)文數(shù)量變化

圖2 以“礦山生態(tài)修復(fù)”為主題詞的文章的國家發(fā)文總量

圖3 以“礦山修復(fù)技術(shù)”為主題詞的文章的國家發(fā)文總量

以“礦山生態(tài)修復(fù)”為主題詞的檢索中（圖4），生態(tài)修復(fù)（ecological restoration）﹑恢復(fù)（restoration）﹑植被（vegetation）等主題詞在2006 年之前保持平穩(wěn)，成為國外礦山修復(fù)方面的熱點(diǎn)話題；從2008 年開始，采礦（mining）﹑重金屬（heavy metals）﹑植物修復(fù)（phytoremediation）﹑土地復(fù)墾（land reclamation）﹑生物多樣性（biodiversity）等主題詞開始顯現(xiàn)，說明關(guān)于礦山的研究逐漸多元化，多領(lǐng)域多學(xué)科交叉融合。以“礦山修復(fù)技術(shù)”為主題詞的檢索中（圖5），可持續(xù)性（sustainability）﹑遙感（remote sensing）﹑土壤微生物群落（soil microbial community）﹑植物修復(fù)（phytoremediation）等主題詞熱度較高，修復(fù)技術(shù)圍繞著幾大熱點(diǎn)主題詞展開。另外，國家之間交流頻繁，尤其是中國﹑澳大利亞﹑美國和加拿大（圖6）。

圖4 以“礦山生態(tài)修復(fù)”為主題詞的檢索

圖5 以“礦山修復(fù)技術(shù)”為主題詞的檢索

圖6 國家間合作關(guān)系分析圖

2.2 國內(nèi)研究趨勢

基于文獻(xiàn)計量學(xué)，以礦山生態(tài)修復(fù)（mine ecological restoration） 與礦山修復(fù)技術(shù)（mine restoration technology）為主題詞在CNKI 上進(jìn)行了檢索，時間范圍為2000—2022 年，并進(jìn)一步對文獻(xiàn)進(jìn)行精煉，剔除不相關(guān)文獻(xiàn)，最終篩選出2531篇文獻(xiàn)，其中礦山生態(tài)修復(fù)1666 篇，礦山修復(fù)技術(shù)865 篇。通過知網(wǎng)平臺和EXCEL2016 對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。

從發(fā)文數(shù)量變化看出，2007 年之前整體發(fā)文量較低（圖7）。在此期間，我國出臺了《土地管理法》《土地復(fù)墾規(guī)定》《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》等，標(biāo)志著礦山生態(tài)修復(fù)有了嚴(yán)格的約束，有力地推動了中國礦山生態(tài)修復(fù)的研究[25]。2008—2017年發(fā)文量平穩(wěn)發(fā)展，這一階段的進(jìn)展離不開國家相關(guān)政策的支持，2008 年和2009 年相繼出臺了《關(guān)于加強(qiáng)土壤污染防治工作的意見》和《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》，對礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理提出了明確的規(guī)定和要求[26]。2018 年之后發(fā)文量逐年增加，呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。尤其是在《關(guān)于加快建設(shè)綠色礦山的實(shí)施意見》印發(fā)后，人們對礦山生態(tài)修復(fù)工作開啟了更深的探索，相關(guān)方面的研究成為近期熱點(diǎn)[27]。其中，生態(tài)修復(fù)（ecological restoration）﹑生態(tài)修復(fù)技術(shù)（ecological restoration technology）﹑礦山生態(tài)（mine ecological）﹑礦山廢棄地（mine wasteland）﹑礦山邊坡（mine slope）﹑重金屬污染（heavy metal pollution）﹑植物修復(fù)技術(shù)（phytoremediation technology）﹑微生物（microorganism）等主題詞占比較大，與國外趨勢相似（圖8，圖9）。通過對熱度較高的前5 位主題詞進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，主題詞“生態(tài)修復(fù)”的文章發(fā)表較多，趨勢大幅增長；關(guān)于“重金屬污染”方面的文章和研究較少，其他主題詞穩(wěn)步增長（圖10）。

圖7 國內(nèi)以“礦山生態(tài)修復(fù)”和“礦山修復(fù)技術(shù)”為主題詞的發(fā)文數(shù)量變化

圖8 “礦山生態(tài)修復(fù)”主要主題詞分布

圖9 “礦山修復(fù)技術(shù)”主要主題詞分布

圖10 主要主題詞趨勢對比

總體來說，不論是國外還是國內(nèi)，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)逐漸得到國內(nèi)外專家與政府部門的極大關(guān)注。國外礦山生態(tài)修復(fù)和修復(fù)技術(shù)的主題詞出現(xiàn)頻率不如我國明顯，說明我國礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)研究發(fā)展良好，在一定程度上我國礦山生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的研究比國外活躍。我國關(guān)于礦山生態(tài)修復(fù)研究整體呈現(xiàn)多元化和可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)開始有了更多的理念融合和多學(xué)科涉入，礦山生態(tài)修復(fù)研究衍生出更多分支。

3 國內(nèi)外礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)對比

西方發(fā)達(dá)國家地多人少，修復(fù)相對容易，更加重視人和動物的居住質(zhì)量，于是不斷提出新的修復(fù)模式，以將受損土地恢復(fù)到被破壞之前的原始生態(tài)。我國是農(nóng)業(yè)大國，人口眾多，土地資源緊缺，雖然修復(fù)技術(shù)起步較晚，但在國家政策的大力支持下，發(fā)展較快，取得了豐碩成果。對比國內(nèi)外各類修復(fù)技術(shù)（表1），國內(nèi)外在技術(shù)方面差異不大，差異主要存在于思想意識以及對環(huán)境的需求上，由于側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致行動方向不同。

表1 國內(nèi)外礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)對比

目前，我國生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)，礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)日趨完善。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程典型的案例有平朔安太堡露天煤礦（簡稱ATB 礦）﹑淮南煤礦﹑德州邱集煤礦等。ATB 礦礦田總面積380 km2，開采前多為農(nóng)業(yè)用地和林地，復(fù)墾后以恢復(fù)種植業(yè)和打造林業(yè)景觀為主，其他的景觀再生和可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目為輔。ATB 礦生態(tài)重建的關(guān)鍵技術(shù)在于排土場的設(shè)計﹑有毒物質(zhì)的消除﹑黃土的覆蓋﹑侵蝕的控制﹑植物的篩選與配置﹑施肥管理上[28]。ATB 礦采用平地起堆﹑充填溝壑﹑回填采坑相結(jié)合的方式來穩(wěn)固排土場。因?yàn)辄S土對重金屬元素的吸附性和緩酸的能力較強(qiáng)，所以在有毒元素含量高的地區(qū)使用黃土進(jìn)行包埋或混合，避免影響水體和植物。ATB 礦引種大約71 種植物，進(jìn)行喬灌草搭配種植，與工程措施聯(lián)合實(shí)施，起到了減輕風(fēng)蝕災(zāi)害的作用。隨后ATB 礦本著打造綠色礦山的生態(tài)理念，不斷提升生態(tài)環(huán)境﹑完善生態(tài)功能﹑優(yōu)化生態(tài)格局，打造了大棚種養(yǎng)采摘觀光項(xiàng)目﹑林下養(yǎng)殖項(xiàng)目﹑礦史博物館教育項(xiàng)目﹑康體健身項(xiàng)目﹑充分利用現(xiàn)有資源適度開發(fā)工業(yè)項(xiàng)目，踐行“生態(tài)優(yōu)先﹑綠色發(fā)展”理念，優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，打造“生態(tài)復(fù)墾示范基地﹑工業(yè)旅游示范區(qū)﹑循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)﹑生態(tài)文明示范基地”，走出一條企業(yè)獨(dú)有的綠色高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展之路[29]。

4 結(jié)論

4.1 因地制宜，合理選擇修復(fù)方式

我國礦山廢棄地數(shù)量多，成因復(fù)雜，需要綜合考慮礦區(qū)自然條件﹑礦山環(huán)境問題及其危害，考慮各生態(tài)要素之間的相互作用，因地制宜，選擇適合的修復(fù)模式和修復(fù)方法，避免一刀切。

4.2 創(chuàng)新修復(fù)技術(shù)

通過對主題詞“礦山修復(fù)技術(shù)”的檢索結(jié)果的分析和國內(nèi)外修復(fù)技術(shù)的對比發(fā)現(xiàn)，礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)的研究中逐漸引起關(guān)注，用客土修復(fù)方法是目前我國使用較多的處理方法，植物修復(fù)是前景最好的技術(shù)之一，但是采用單一的技術(shù)手段不能更好地恢復(fù)受損土地，應(yīng)該讓聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在實(shí)踐中發(fā)揮作用，吸取國外的經(jīng)驗(yàn)，加大實(shí)用技術(shù)﹑新技術(shù)﹑人工智能等在礦山廢棄地修復(fù)中的應(yīng)用，推動修復(fù)技術(shù)進(jìn)步。

4.3 重視國際合作及多學(xué)科多領(lǐng)域多個體交叉研究

目前我國與歐美國家在生態(tài)修復(fù)研究方面還存在一定的差距，隨著“一帶一路”建設(shè)不斷推進(jìn)﹑“人類命運(yùn)共同體”理念深入人心，未來應(yīng)加強(qiáng)與國際之間的交流合作，突破瓶頸，亟待破局。生態(tài)修復(fù)涉及生態(tài)學(xué)﹑環(huán)境科學(xué)﹑工程學(xué)﹑地理學(xué)等學(xué)科，是一個集成性的研究體系。我國應(yīng)加強(qiáng)對人文地理學(xué)﹑景觀生態(tài)學(xué)﹑群眾對環(huán)境的滿意度等領(lǐng)域研究，并將多學(xué)科交叉融合，優(yōu)化生態(tài)修復(fù)技術(shù)，提高礦山生態(tài)修復(fù)的科學(xué)性和綜合性。

4.4 完善法律法規(guī)，完善管理機(jī)制

我國關(guān)于礦區(qū)修復(fù)的法律法規(guī)還需要細(xì)化，要從根本上解決生態(tài)破壞的問題，明確破壞和修復(fù)的責(zé)任主體，做到修復(fù)時有法可依。還需要借鑒國外經(jīng)驗(yàn)建立一個權(quán)威管理部門來管理和協(xié)調(diào)相關(guān)部門，防止出現(xiàn)推卸責(zé)任等現(xiàn)象，加大執(zhí)法力度，賞罰分明，受社會各界的監(jiān)督，促進(jìn)礦山修復(fù)工作保質(zhì)保量地完成。

4.5 重視生態(tài)需求和環(huán)境效益，注重生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展

“先污染后治理”的傳統(tǒng)模式已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)今和未來礦山廢棄地的修復(fù)要求，對于現(xiàn)在的礦山修復(fù)來說，必須走經(jīng)濟(jì)﹑社會﹑環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào)的路，既能滿足當(dāng)代人的需求，又能不對后代產(chǎn)生威脅，可持續(xù)發(fā)展。正確處理經(jīng)濟(jì)﹑人口﹑資源﹑環(huán)境之間的關(guān)系，需要我們把當(dāng)前利益與長遠(yuǎn)利益相結(jié)合，堅(jiān)持人與自然和諧﹑統(tǒng)一﹑共生。