近30年中國礦業廢棄地生態修復及再利用研究熱點及趨勢分析

關 釗，謝紅彬，羅 琳，魏 平，劉建興

(1.福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007； 2.福建師范大學濕潤亞熱帶生態地理過程教育部重點實驗室，福建 福州 350007)； 3.福州大學紫金地質與礦業學院，福建 福州 350108)

礦山開采帶來豐富的礦產資源和巨大的經濟效益，促進城鎮化和工業化發展的同時，地貌形態、土壤質量、生態系統均遭受嚴重破壞，遺留了眾多采礦活動占用、損毀、非經整治而無法使用的礦業廢棄地。我國礦業廢棄地生態修復始于20世紀50年代，直到80年代才取得一定進展，政府頒發的《土地復墾規定》等一系列法規政策標志著我國礦業廢棄地修復復墾步入規范性階段。21世紀，國家加大生態環境治理力度，強調“統籌山水林田湖草系統治理”發展理念，踐行“綠水青山就是金山銀山”系統思想[1]。為改善礦業廢棄地生態系統受損現狀，推進山水林田湖草整體保護、系統修復、綜合治理，滿足人們對優質環境的現實需求，結合自然恢復或人工修復措施，綜合考慮生態、經濟、社會三方效益，促使礦業廢棄地生態修復與再利用，以達到“人”“地”和諧統一的發展目標。

生態修復是指采取相應的自然及人工措施使礦業廢棄地受損生態系統恢復必要功能結構[2]，是礦業廢棄地再利用的基礎工作，也是遵循自然規律，破解礦區生態環境保護修復難題的重要舉措。探究礦業廢棄地生態修復與再利用成為學者的研究目標，也是落實可持續發展戰略和增強人民福祉的重要組成部分。目前，學者們對于礦業廢棄地生態修復與再利用相關理論和實踐探索較多，但缺乏系統歸納與梳理。因此，本文基于中國期刊CNKI全文數據庫，應用CiteSpace軟件對1990—2020年礦業廢棄地生態修復及再利用相關文獻進行統計歸納，依據不同時期的高頻關鍵詞初步把握該領域研究熱點，回顧歸納由時間變化逐漸發展的研究目標與內容，理清研究脈絡，以期為今后礦業廢棄地生態修復與再利用的理論研究與實踐提供借鑒與參考。

1 數據來源與處理

本文數據來源于中國期刊CNKI全文數據庫，以礦土地復墾、礦業廢棄地、礦區(山)生態修復、礦山公園為檢索詞查找相關文獻，檢索范圍為所有期刊，檢索日期截至為2021年5月10日，共檢索獲得文獻16 751篇，為保證數據的準確性，進一步精煉篩選范圍，并手動剔除不相關文獻，最終剩余樣本4 448篇作為本文研究分析的基礎數據。

2 文獻關鍵詞分析

文獻關鍵詞代表研究領域核心內容的濃縮與提煉，把握高頻關鍵詞有助于為研究發展動態分析提供指導。本文借助CiteSpace文獻計量分析軟件對相關文獻展開關鍵詞共現分析，整理出高頻關鍵詞及其中心性與首次出現年份(表1)。其中，中心性是體現節點在網絡中熱點程度的重要指標。

礦業廢棄地生態修復及再利用研究中，出現頻率最高的關鍵詞是土地復墾，且其中心性也居于首位。其次，生態恢復、生態重建、生態修復的出現頻率和中心性較高，出現年份均為20世紀90年代，受國家政策法規和現實要求影響，起步相對較早。隨著時間推移，在生態修復的基礎上，礦業廢棄地再利用領域關注度日益提高，礦山公園、生態補償等再利用方向關鍵詞逐漸增多。

3 礦業廢棄地研究回顧

根據時間尺度，將礦業廢棄地修復治理到開發利用的研究進展分為初期發展階段(1990—2000年)、中期發展階段(2001—2010年)、后期發展階段(2011—2020年)三個階段，依據不同時期的高頻關鍵詞，探究近30年國內礦業廢棄地生態修復與再利用領域研究熱點。

3.1 初期發展階段(1990—2000年)

根據1990—2000年關鍵詞可知該時期研究側重于土地復墾和生態重建(表2)，這表明在20世紀80年代后，我國對礦產開采帶來的生態破壞、土地損毀、景觀破碎等問題日益重視，并逐步開展礦業廢棄地土地復墾、生態重建等活動。

表1 1990—2020年礦業廢棄地生態修復及再利用高頻關鍵詞Table 1 High-frequency keywords of ecological restoration and reuse of mining wasteland from 1990 to 2020

表2 1990—2000年礦業廢棄地生態修復及再利用高頻關鍵詞Table 2 High-frequency keywords of ecological restoration and reuse of mining wasteland from 1990 to 2000

3.1.1 土地復墾實踐初步探索

土地復墾和復墾發文數量和中心性居于首位。此階段，發達國家礦業廢棄地復墾率均達65%，而我國復墾率僅為2%[3]，土地資源浪費的嚴峻現實促進學者們對土地復墾的積極探索。

早期研究主要從宏觀角度對我國礦業廢棄地土地復墾的歷史、現狀、意義及政策法規進行探討。根據不同區域尺度描述土地破壞的特征及相關復墾對策[4]，明確礦業廢棄地復墾原則，強調復墾的必要性、緊迫性和重要意義，同時討論了礦業廢棄地復墾潛力評價方法[5]。該階段多停留于復墾現狀、模式及對策研究，理論層次不夠深入，為礦業廢棄地土地復墾研究的基礎萌芽階段。

在復墾技術方面，多以恢復生態學、土壤學等作為理論基礎，采取工程復墾技術、生物復墾技術、土壤基質改良技術等人工措施對破壞土地進行生態修復。 一般情況下，基于礦業廢棄地地質環境及土壤狀況，采用客土、填充、堆壘、加固、平整等工程措施予以治理。在工程修復的基礎上，因地制宜培育耐逆境的先鋒植物或作物，不僅可以獲得水土保持效果好、生態效益高、美景度優越的植被覆蓋面以穩固土壤[6]，還可以減少化肥的使用。土壤基質改良是土地復墾的重要目標之一，植物生長可通過生物固氮方式改良土壤基質，采用含有植被所需金屬離子的化學改良劑及有機改良物質，可提高土壤養分，恢復土壤肥力[7]。

3.1.2 生態重建理論與技術探討

生態重建與土地復墾相比而言，土地復墾偏向于農業價值，生態重建則傾向于構建一個完整的、嶄新的、優于破壞前狀態的生態系統[8]，是一項極其繁雜的系統工程。但其實質仍是土壤整治、植被重建及優質耕地恢復[9]，且土地復墾是生態重建的核心部分[10]，理論與技術常存在交叉，該時期主要集中于生態重建理論與技術的基礎研究。有研究表明，挖損、壓占、污染、占用是導致礦區生態系統破壞的主要原因[8]，并指出即使最終土地利用方向為耕地，其生態重建的實質仍為林業復墾及植被重建。土壤改良、水土流失防治、植被恢復重建、礦井廢水治理等措施常用于礦區受損生態系統的重建[11]。

3.2 中期發展階段(2001—2010年)

進入21世紀，礦業廢棄地修復的系統化及可持續效益最大化受到學界關注，研究重點為土地復墾、生態恢復、生態補償、礦山公園，由單維的生態修復，向多維的生態環境和礦業遺跡共同保護過渡(表3)。

表3 2001—2010年礦業廢棄地生態修復及再利用高頻關鍵詞Table 3 High-frequency keywords of ecological restoration and reuse of mining wasteland from 2001 to 2010

3.2.1 以效益分析為重點的土地復墾研究

該階段，土地復墾這一關鍵詞發文數量仍居首位，但受研究方向分散化影響，中心性有所下降。同前十年相比，研究內容逐漸多元化，礦業廢棄地的研究逐漸由理論、技術探索延伸至效益評價。在已有理論研究基礎上，學者們進一步尋求礦業廢棄地系統協調與再生對策。受國外利益相關者理論影響，研究重點由生態環境轉向人地矛盾，通過評估礦業廢棄地利益耦合協調度討論利益相關者調和政策；或基于演化博弈理論，分析當地政府、居民、企業之間的利益矛盾與沖突，并提出解決對策與協調建議。信息技術應用不斷豐富土地復墾實踐，RS、GIS等技術逐漸應用于礦業廢棄地土地復墾沉陷預測[12]、植被覆蓋度變化及空間差異[13]等研究，使得土地復墾效率得到大幅提升。

基于前期理論與技術的成熟和深化，學者們開展土地復墾效益評價，主要集中于適宜性評價與效益評價等。土地適宜性評價是土地復墾的基礎工作之一，通過構建評價指標體系確定礦業廢棄地預定用途適宜與否、適宜程度及其限制狀況[14]；根據已復墾土地和待復墾土地的適宜性評價結果，分別進行礦業廢棄地復墾規劃[15]。復墾效益評價是對土地復墾實踐成果的驗證與評判，主要從復墾后的單一效益，以及社會效益、經濟效益、生態效益等綜合效益兩方面展開。就單一效益評價而言，根據不同復墾年限礦區的土壤質量，可得出隨著復墾年限的增加表層土壤質量不斷提高的動態結果[16]；或對比只開采及邊開采邊復墾兩種情景下礦區的生態系統服務功能價值，從而判斷土地復墾是否有效提高生態服務功能價值[17]。在綜合效益評價方面，學者們構建評價指標體系，利用熵權法、模糊綜合評價法等對土地復墾項目展開評價；或采用三角圖法，通過水因子指數、土壤因子指數和植被因子指數的加和構建礦山復墾指數[18]，以判斷土地復墾成效。

3.2.2 生態恢復理論與實踐研究

生態恢復、生態重建、生態修復均來源于生態學，國際上關于礦業廢棄地生態恢復研究可以追溯到19世紀末。生態恢復是指受損的生態系統通過自然演替和人類改造恢復到原來的狀態，生態修復與其類似，但更強調人為的主動修復。生態重建則是指在自然恢復與人類改造作用下受損傷的生態系統形成一種改進的與原來完全不同的狀態[19]。三者彼此界限較為模糊，目前多使用生態修復概念，復墾是三者的核心任務[10]。在理論研究中，主要按破壞方式的不同將礦業廢棄地分為塌陷地、堆積地、廢棄地等類型，討論礦業廢棄地生態恢復存在的問題及對策，從物、水、景等不同方面展開生態可持續發展規劃，總結生態恢復與重建的技術與模式[20]。實踐探索主要為土壤改良和植物修復兩方面，土壤改良多使用工程與生物措施相結合的土壤整治方案[21]，此外，土壤種子庫技術[22]也逐漸應用于生態修復的實踐。 植被恢復主要從植被基質改良和植物種類選取兩方面展開研究，尋找適應性強的耐受性植物和擴大生態效益是生態修復中應當注意的重點[23]。

3.2.3 礦山公園資源評價與規劃研究

2004年，原國土資源部推出礦山公園評審項目，成為礦業廢棄地生態修復與再利用的有效途徑。礦山公園是指既恢復礦業廢棄地生態環境，又保護傳承優秀礦跡文明，為人們提供休閑游憩娛樂的場所[24]。國內學者借鑒國外優秀案例和實踐經驗，主要從資源評價與規劃展開研究。

礦山公園是展示礦業遺跡的重要載體，在礦山公園建設初期，開展礦業遺跡調查評價是不可或缺的工作之一。學者主要從生態、社會、經濟三方面論述礦業遺跡開發保護的意義，在此基礎上開展礦業遺跡資源調查、評價與規劃，以“點-線-面”的保護模式對礦山公園的礦業遺跡進行分類評價[25]；或從自然遺跡和人文遺跡兩方面對資源獨特型礦業遺跡展開評價，為礦山公園建設提供科學依據[26]。

基于前期礦業遺跡資源評估，學者們充分利用資源優勢，基于景觀生態學、規劃學理論對礦山公園建設進行規劃設計。如甘肅省白銀市礦山公園依據獨特稟賦條件設計“一軸、兩環、五帶、多點”的開發布局[27]；盱眙象山國家礦山公園以礦業遺跡為主體，規劃為史跡保護區、特色景觀區、礦山游覽區、生態環境保護區、休閑度假區、水上游樂區、老街訪古區和接待服務區8個板塊，以發揮其資源特色[28]，實現歷史文化的延續。此外，學者們逐漸對后期效益評價、利益相關者等方面展開研究，促進自然生態和人文環境的有機統一，為管理決策者提供指導與建議。

3.2.4 生態補償制度探索

生態補償成為近年我國礦業廢棄地生態修復與再利用研究領域熱點之一，將其定義為：由人類礦業開采活動導致生態環境受到損害或污染時，礦產資源開采者應該付出一定的貨幣資金，以恢復當地的生態環境，并給予當地居民一定的貨幣補償。由此可見，生態補償是關于生態修復、利益相關者的責任及矛盾梳理、經濟管理和政策法規的耦合名詞。該時期主要探究建立生態補償機制的重要意義、搭建原則、標準依據、補償對象、具體模式等，有學者從“舊賬-政府”“新賬-企業”的角度展開礦區生態補償制度構想[29]；或建立專門生態環境治理管理部門，設立“恢復(治理)基金”用于專項修復礦業廢棄地以便管理[30]。目前我國生態補償制度還存在制度操作難度大、收費項目較多、激勵作用不足、手段過于單調等問題[31]。當前探討較多的保證金制度是提高礦業廢棄地修復效率、改善礦區生態環境的高效有利措施。

3.3 后期發展階段(2011—2020年)

該時段土地復墾、生態修復研究熱度較高(表4)，生態修復及再利用研究范圍更加廣泛多元，我國在礦業廢棄地生態修復及再利用領域的深入研究逐漸邁入世界前列。

3.3.1 土地復墾研究方向更新

與過去20年相比，土地復墾技術方法不斷多元化，取得長足進展。機載激光雷達測量系統可以快速準確地獲得礦區植被信息[32]，對礦區植被監測具有重要意義。運用ENVI軟件對不同時期礦區植被覆蓋提取并作分級統計，依據土地利用狀況可對不同時期復墾后的土地進行生態評估[33]。依據決策理論可構建礦區復墾耕地選擇決策模型，使用進化算法，得出礦區復墾耕地的土地利用形式分布圖[34]。無人機測繪技術在土地復墾的規劃、施工、評價等方面具有花費成本較低、過程快速高效、質量輕巧靈活、操作方便簡潔、影像精度較高等優勢[35]。利用ArcGIS軟件可對礦區土地復墾三維景觀建模，以減少二維模型不夠直觀生動、精度低、規劃困難等缺點[36]。通過多種復墾評價方法的結合可構成極限綜合評價法，應用于土地復墾適應性評價中，與傳統單一方法相比，該方法更具客觀性強、適應范圍廣、數據依賴性小等優勢[37]。

此外，土地復墾評價更加深入，涌現出大量關于適宜性評價、承載力評價、損毀預測等方面的研究，強調預防優于治理。學者們將三角模糊層次分析法、灰色關聯度法和改進的極限綜合評價法等綜合運用，進行采煤預塌陷區超前復墾適宜性評價[38]；或運用分級綜合評價法對平朔安太堡礦區生態承載力狀況進行靜態和動態評價[39]；也有學者根據山東省濟寧市多塊塌陷地現有塌損狀況數據，運用概率積分法對沉陷地及壓占地進行損毀預測[40]。同時，生態研究領域不斷拓寬，研究視角也由傳統的生態視角轉向以“人”的角度來闡述問題和評估效益。從美學角度解構國外較為成熟的復田景觀評價、園林景觀美學評價等視覺評價體系，并重建評價指標體系展開土地復墾美學評估[41]。

3.3.2 生態修復研究內容深化

生態修復作為礦業廢棄地再利用的基礎工作之一，仍是該時期的研究重點。生態修復與土地復墾界限較為模糊，二者除了存在理論基礎框架、修復技術手段、環境資源評估等共性問題外，礦業廢棄地生態修復的規劃設計方案層次更加繁復，與土壤學、園林學、旅游學等其他學科融合程度不斷增強。關于生態修復效果評價研究不斷增多，主要從環境質量評價、生態系統服務價值、效益評價等方面展開[42]。生態修復帶來最基礎直觀的改變即環境質量的提升，多數學者根據修復前后的礦業廢棄地環境因子屬性的改變狀況進行評價，主要包括土壤、植被等方面。利用遙感圖像及3S技術對比不同年份景觀格局指數，以此分析礦區土地利用狀況和景觀格局演變特征[43]；通過檢測礦業廢棄地土壤理化性質、肥力性質、重金屬污染特征以及植物生長指標進行修復效果評價[44]。生態系統服務是生態系統滿足人類生存與發展的各種條件，對生態系統服務價值的量化在過去的研究基礎上更加完善，基于生態學原理和可視化處理，通過對比礦區生態修復初期及修復后的生態服務價值量可判斷生態修復效果[45]。多維度綜合效益評價逐漸成為當下研究的熱點，多從生態、經濟、社會三維度展開綜合效益評價，分析轉型模式并給出管理建議。隨著“系統修復、綜合治理、可持續發展”理念的推進，礦業廢棄地生態修復綜合效益研究將成為未來研究的重點內容之一。

4 討 論

1) 生態修復相關理論系統研究有待深入。礦業廢棄地的土地類型、植被種類、土壤狀況、破壞程度等前期基礎工作需要資料的大量收集與完備記錄，以保證礦業廢棄地生態修復目標制定的科學性與合理性。如今生態領域不斷聚焦“雙碳”目標，“山水林田湖草”保護修復工程強調生命共同體的保護原則，生態修復過程更注重整體兼顧，由單目標走向多目標，但當下多從礦業廢棄地植被、土壤理化性質入手進行前后對比分析，有關于其他生態系統組分的相關研究，如動物、微生物的恢復、分布、性質等研究有待加強。其次，注重多學科和技術的融入與交叉。隨著4S技術、無人機等當代信息技術的日益成熟，應不斷引入生態學、環境科學、工程學、地理學、規劃學等領域的相關理論，加強多學科、多技術融合創新，從而促進修復技術發展。同時，生態修復效果評價需進一步全面化。針對不同類別的礦業廢棄地，缺乏全面合理、標準規范的評價標準、方法與體系；綜合效益評價避免了單一效益的片面性，多從生態-社會-經濟三方面展開效益評價，逐漸成為當下的研究趨勢，但由于礦業廢棄地自身條件的巨大差異，仍缺乏具有普適性的評級體系與方法。此外，研究維度需更加廣泛深入。重視利益相關者的訴求與矛盾，深入分析多方博弈及矛盾內源，建立針對性協調機制。尤其是在公眾參與及人民福祉方面，加大對居民感知價值與需求的關注力度，改善重“地”輕“人”的局面，注重生態補償制度的完善，促進政府加強生態修復政策的落實，加快修復監管和管理框架的搭建，有效指導和監督生態修復的進行。

2) 目前，礦山公園的大量研究主要停留在建設規劃設計上，且僅限于模塊劃分、景觀配置等基礎性研究，與現代信息技術融合不夠充分，研究層次不夠深入。隨著5G技術、大數據、物聯網、互聯網等信息技術不斷發展，信息采集平臺豐富，因地制宜打造數字智慧景區，抓住沉浸式體驗、勞動教育等要點，增加公園項目的趣味性、可玩性、研學性，如何從景觀生態、地域文化、居民需求的角度煥發礦山公園的內在吸引力，是當下研究的重要課題。在效益評價方面，應當加快研究適用于礦山公園的評價指標體系及定量化方法，結合地方認同、社區參與、美景感知等人文因素，進一步強調人文關懷，加強“人”與“地”的耦合，打破礦山公園吸引力不高、趣味性不強、維護不善等障礙因素。除礦山公園外，學者們需加強礦業廢棄地再利用模式的探索，針對不同類型礦業廢棄地，聯合礦業廢棄地的生態、工業、經濟基因，揚長避短擴大自身優勢，結合當下熱點寓舊于新，避免“一刀切”的再利用模式，促進多方效益協同發展，為保護生態環境及提升人民福祉起到積極推動作用。