葡萄酒產業與黃河流域煤炭基地生態治理現狀與思考

宋瑞，朱宗文，李華,2,3*，王華,3*

（1. 西北農林科技大學葡萄酒學院，陜西楊陵 712100；2. 中國葡萄酒產業技術研究院，寧夏銀川 750021；3. 陜西省葡萄與葡萄酒工程技術研究中心，陜西楊凌 712100）

黃河流域是我國重要的能源供給地帶，也是我國重要的生態屏障。黃河中上游土地面積大，氣候干旱，污染面廣，生境干擾嚴重，生態環境脆弱，生態系統整體規劃與保護不足制約了黃河流域煤礦區生態保護與高質量發展，迫切需要找到一條生態治理與經濟并行的高質量協同發展之路。葡萄作為多年生藤本植物，不僅具有極高的經濟價值，而且能衍生巨大的生態價值，葡萄園地上部分年生物量干重為6.2 t·hm-2，相當于碳儲量9.1 t·hm-2[1]。在寧夏，葡萄酒產業已經被列為千億產值的特色產業之首，但受自然保護區劃定、國家公益林劃分、糧食耕地保護等因素制約，適宜開發利用的土地資源有限。黃河中上游能源富有的鄂爾多斯和寧東地區獨特的風土條件特別適宜發展葡萄酒產業，利用該區域的黃河水資源和風土資源優勢，通過葡萄酒產業賦能，協同解決煤炭聚集區生態治理和區域經濟的高值化發展難題。

1 黃河流域煤礦區概況及生態現狀

1.1 黃河流域煤礦區的分布及氣候特征

黃河干流河道全長5464 km，落差4480 m，流域面積79.5萬 km2。流域上游地區水能資源豐富，中游煤炭資源豐富，下游富含石油和天然氣資源，被稱為“能源流域”。黃河流域含煤面積超過35.7萬 km2，占總流域面積的45%；煤炭資源儲量為7732億 t，占全國的45.25%；我國14個大型煤炭基地中有9個煤炭基地分布在黃河流域，2018年原煤產量為21.63億 t，占全國的58.73%[2]。沿黃河自西向東流向分別為：寧東、神東、晉北、陜北、晉中、晉東、黃隴、河南、魯西煤炭基地。地處7個省（區），分別為寧夏、內蒙古、陜西、山西、甘肅、河南及山東。

黃河流域流經青甘保育區、晉陜黃土區、蒙寧陜風沙區及豫魯平原區[3]。流域內包含干旱、半干旱和半濕潤地區。中上游地帶是典型的干旱、半干旱氣候區，年平均降水量小于500 mm，而年均蒸發量大于1400 mm。黃河流域中上游地區擁有大量的煤炭資源，是全國煤炭的重要產地和調出區，已查明的煤炭保有儲量超過2.7億 t，但水資源卻十分短缺[4]。煤礦的過量開發加劇了礦區及周邊環境沙漠化和荒漠化，己成為典型的受損生態系統[5]。黃河流域中下游屬半濕潤氣候，包括魯西、河南煤炭基地，年降雨量超過800 mm，水資源相對富有。然而，煤炭開發造成地表沉陷，形成的區域濕地導致生物種群銳減，降低了生物多樣性[6]。流域內生態系統多樣且敏感，生態涵養任務繁重，復雜地理環境和特殊工業類型導致的生態脆弱性較我國其他流域更為嚴峻。

1.2 黃河流域煤炭開采對生態環境的影響

煤炭是我國最經濟、最穩定以及自主保障程度最高的能源，促進經濟社會發展和提高人民生活水平的同時，也造成了一系列生態環境的破壞。主要表現在：第一，煤礦區水資源保障面臨挑戰，高強度采煤對地下水系統產生明顯損害，使礦區有限的水資源更加短缺。第二，開采造成礦區的巖土剝離，不僅造成地表水和礦井水耦合，而且破壞原有地貌，導致水土流失和地表生態的退化。第三，煤炭開發和利用過程均會產生大量的碳排放，約占全國碳排放總量的1/10[7]。最值得關注的是，開采過程中甲烷（CH4）的排放量巨大，約占全國總排放量的1/3[8]。第四，煤炭開采產生大量的固體廢料，包括煤矸石、粉煤灰、煤渣等造成嚴重土壤污染和土地占用[9]。

協調生態環境、礦產資源、經濟社會三大子系統之間共存、約束、互補、平衡的復雜關系是當下亟待解決的任務。重視黃河流域水資源、光熱、土壤、碳利用等生態系統要素與煤炭高強度開采之間的協調發展對保障黃河流域生態保護和恢復具有重要意義。

1.3 黃河流域煤炭基地生態治理的必要性

黃河流域內煤炭基地分布廣泛，9個大型煤炭基地擁有58個礦區，土壤和氣候類型都是制約植被恢復的關鍵因素。黃河流域是我國的“能源流域”，也是我國生態安全的核心區域。煤炭大面積開采造成的生態破壞問題愈演愈烈。選擇具有較強抗旱性、耐貧瘠、固碳保水的植被是修復干旱、半干旱礦區生態的關鍵[10]，此外，盡量以研究區適生植物為主，減少引種是保障植被成活率的前提[11]。相比中下游半濕潤地區，中上游干旱礦區進行植被恢復尤為艱難，特別是與毛烏素沙地相鄰的神東和寧東煤炭基地，位于我國西北干旱風積沙區，均為我國億噸級大型煤炭基地。煤炭資源是地方主要的經濟支柱，也是黃河流域9個煤炭基地內生態最為脆弱的地區，干旱及煤炭過度開采導致區域生態閾值低，抗擾動能力差，正加速礦區生態惡化。因此，以寧夏、內蒙古地區煤炭基地為中心，通過農業治理手段，進行環境和生態連片治理，加快礦區植被恢復十分必要。

釀酒葡萄作為近年來發展最為迅速的經濟作物之一，較為適應干旱和土壤貧瘠的生長條件，相比木本植物，釀酒葡萄成年較快，不但具有較高的經濟價值，而且具有一定的生態價值。因此，針對西北干旱風積沙區煤炭基地立地條件差、生境干擾嚴重、植被退化等問題，基于眾多學者長期對葡萄栽培學、葡萄抗逆性、葡萄生態學的科研成果[12-14]認為，種植釀酒葡萄可以滿足黃河流域干旱風積沙區綜合治理措施中增加植被覆蓋、改良土壤、控制水土流失、促進區域固碳等眾多需求，是一種可以兼顧生態治理與經濟發展的重要手段。

2 種植釀酒葡萄對改善生態環境的研究進展

發展葡萄酒產業對建成小康社會的作用顯著，有力地促進了脫貧攻堅和鄉村振興，為地方經濟發展做出了貢獻。與此同時，面對全球氣候變化的壓力，釀酒葡萄的生態價值也受到越來越多學者的重視。與一般生態林相比，種植葡萄具有投資周期短、見效快、后效顯著的特點，通過合理的農藝管理，可以改善土壤結構，提高果實生產力，實現生態系統碳減排與經濟增效的雙贏[14]。根據李華[15]對中國釀酒葡萄氣候區劃研究顯示（圖1），我國干旱、半干旱地區的大部分區域，均為種植葡萄的適宜氣候區，總面積達8000萬 hm2。其中寧夏、內蒙古均屬于干旱、半干旱地區，是我國重要的釀酒葡萄生產基地，葡萄栽培面積和產量約占全國的30%以上。面對西北干旱、半干旱區立地條件差，生境干擾嚴重的背景下，釀酒葡萄仍成為這些地區的主要適生植物之一，充分說明葡萄具有極強的環境耐受性和可塑性。此外，葡萄栽培對西北干旱區生態環境的改變也是顯而易見的。

圖1 中國葡萄栽培氣候區劃中適宜種植區和當前葡萄種植區的分布[15]Figure 1 Distribution of suitable and current viticultural regions in climatic regionalization of Chinese viticulture

以寧夏賀蘭山東麓產區和內蒙古產區為例。寧夏釀酒葡萄產業起步于1984年，寧夏北部賀蘭山山脈以外的其他地區均適合葡萄栽培[15]（圖2A）。葡萄酒產業發展近40年來，充分利用2.3萬 hm2山荒地資源，通過“淺溝種植”技術有效攔蓄了洪水，減少了水土流失，酒莊綠化及葡萄園周邊防護林的建設顯著提高了植被覆蓋率，連片種植的葡萄園有效防止了風沙污染，各具特色的酒莊及葡萄園已經成為賀蘭山東麓的紫色名片和銀川市的生態屏障。2021年，寧夏釀酒葡萄種植面積達到3.5萬 hm2、約占全國的1/3，酒莊228家（已建成116家、在建112家），年產葡萄酒1.3億瓶，葡萄酒產業綜合產值突破300億元[16]。內蒙古產區釀酒葡萄栽培集中于西部、中東部（圖2B），根據區劃結果顯示，東部主要包括通遼和赤峰的部分地區，西部主要分布在阿拉善、烏海、鄂爾多斯、呼和浩特等地以及巴彥淖爾、包頭南部[15]。內蒙古地域廣闊，氣候特征差異較大，近些年伴隨著內蒙古防沙治沙工程，葡萄栽培產業得到了迅速發展，形成了一定規模的葡萄種植基地，在改善地方生態的同時促進了經濟發展，2017年葡萄栽培面積0.76萬 hm2，產量12.13萬 t，產值6.97億元。建成了以赤峰、呼和浩特的托克托縣和烏海市為中心的葡萄基地，目前內蒙古自治區葡萄產業仍然呈上升趨勢。

圖2 賀蘭山東麓產區和內蒙古產區釀酒葡萄適宜種植區和當前葡萄種植區的分布Figure 2 Distribution of suitable and current wine-growing areas in the eastern foot of Helan Mountain and Inner Mongolia

中國葡萄酒產業的進步有目共睹，從“土地-餐桌”各產業鏈的技術難題不斷被攻克，市場競爭力也在不斷提升。然而，面對全球人口壓力及糧食耕地問題，葡萄酒產業的發展又迎來了新的難題，產業發展對建設用地的需求與地方土地規劃之間的矛盾成為現階段阻礙產業發展的主要原因之一。受自然保護區劃定、國家公益林劃分、糧食耕地保護等因素限制，可開發利用的土地資源有限，“不侵占耕地、不侵入生態保護紅線”是產業發展的原則，因此，在充分考慮這一現狀的前提下，創新性的提出“通過煤炭基地生態治理助推葡萄酒產業發展，通過種植釀酒葡萄恢復煤炭基地生態環境”的理念，不僅是促進各產業融合發展的新突破，而且對解決黃河流域內干旱、半干旱地區煤炭基地植被恢復難、減排壓力大具有重要意義。

3 葡萄酒產業對治理黃河流域煤炭基地生態脆弱區的作用

3.1 葡萄種植對改善礦區環境的作用

煤炭開采、運輸和加工等許多過程會產生大量的粉塵和有毒物質[17]，嚴重影響植物的生長發育和生理代謝。葡萄是西北干旱地區種植最為廣泛的經濟作物之一，對干旱及土壤的適應性較強，同時葡萄葉片有縱棱紋，無毛或被稀疏柔毛，枝干表面粗糙，具有一定的滯塵能力。黨亞玲[18]研究我國北疆干旱地區不同功能區攀援類植物的滯塵效應及塵污染對其光合作用的影響時發現，葡萄的平均滯塵量為14.855 g·m-2，且大氣顆粒物濃度越高，實際滯塵能力表現的越明顯。阿麗亞[19]對我國南疆干旱地區不同樹種滯塵能力的研究發現，葡萄單位葉面積滯塵量為9.44 g·m-2，與其他功能區相比，在工業區粉塵污染對葉片滯塵量的影響最為明顯。由此可見，葡萄對粉塵具有較強的適應能力，種植葡萄對降低礦區粉塵擴散量和面積具有一定的作用。此外，葡萄栽培多采用上架管理，且種植密度較高，形成的屏障可有效減少粉塵擴散，改善礦區周邊大氣環境。

3.2 葡萄對保持礦區水土保持的作用

在干旱、半旱地區對土壤改良后的煤炭基地進行植被修復受到的限制較多。植被的生長和生存都受到水資源的嚴重限制[20]，這就要求在節約水資源的同時，盡量提高水的使用效率。葡萄對水資源的利用效率高于糧食作物和蔬菜作物，且耗水量低于其他作物。例如，西北地區5種主栽經濟作物耗水量分別為：釀酒葡萄3900 t·hm-2，枸杞4200 t·hm-2，玉米、小麥和黃花菜均為5400 t·hm-2，而且種植釀酒葡萄還可以通過調虧灌溉節約水資源[21]。經李玉義[22]測算數據顯示，葡萄水分經濟效率為30～40元·mm-1·hm-2、糧食作物為2～6元·mm-1·hm-2、蔬菜為5～20元·mm-1·hm-2。此外，保障植被自然恢復能力對實現黃河流域生態治理的作用不容小覷。李華[11]在強調葡萄酒產業生產功能的同時，更加重視其生態功能和景觀功能，提出了以“樹形控制+全面生草+枝條覆蓋+冬季掛（留）枝”為核心的極簡化生態栽培技術集成。該技術不僅可以改善礦區微氣候，而且可以降低礦區生態治理的成本。例如，在葡萄園行內篩選礦區適宜種植的草種，不僅可以改善葡萄園的微氣候環境，提高果實品質，還可以提高土壤肥力，促進根系的生長和吸收活動，提高葡萄植株的光合速率。其次，長期將枝條還田，實現廢棄資源合理利用，不僅可以增加土壤有機質含量，還可以改善土壤微生物的多樣性。再者，冬季掛（留）枝形成風障起到防護林的作用，在保護地表、減少風蝕、降低沙漠化程度的同時，還保證了葡萄園的觀賞性。葡萄栽培技術集成是加速礦區生態治理的關鍵[11]，是實現各環節相互關聯、互相促進的重要手段，是植被恢復成功的保障，最終實現礦區生態系統與周邊環境的協調發展。

3.3 葡萄的固碳功能可補償煤炭開發中碳排放

與果園和喬木種植園相類似，葡萄是多年生藤本作物，根系和主干是永久性的木質結構，長期將碳固定在木質組織中[23]，短期儲存于一年生器官（葉、果實和一年生枝條）。葡萄作為固碳的重要載體，每年固定、儲存的碳對減緩溫室氣體排放具有重要意義。葡萄在產出果品的同時，還可以視為特色綠色林，有利于生態環境的改善，主要體現在凈化大氣、節水增效和固碳釋氧等方面[24]。李華團隊從釀酒葡萄的8個生態服務功能定量分析了寧夏賀蘭山東麓產區及其紅寺堡子產區葡萄酒產業的生態價值[25]，以食品生產、固碳釋氧、凈化大氣、土壤保持、涵養水源、節水增效、生態旅游和生態扶貧為指標進行評價，結果表明葡萄酒產業具有巨大的經濟、生態和社會價值，賀蘭山東麓葡萄酒產業每年實現的生態價值可達26.64億元，這對促進區域經濟發展、改善地方生態環境、提高農民生活水平具有重要貢獻。此外，在對賀蘭山東麓葡萄園碳匯研發中發現，7年生的‘赤霞珠’葡萄園碳儲量為55.35 t·hm-2，兩年生的‘霞多麗’葡萄園碳儲量為39.48 t·hm-2。葡萄栽培措施能顯著提高葡萄園土壤碳儲量，如將修剪枝、枯蔓、疏花、疏葉等作為有機質并入土壤中進行碳封存，增加了土壤的碳含量；施用有機肥和生草覆蓋也增加了土壤的有機碳儲量[26]，可見，葡萄的固碳功能對補償煤炭開發碳排放具有重要作用。

4 煤炭基地種植釀酒葡萄存在的問題與建議

4.1 葡萄種植前的土壤改良

煤礦開采使用的大型采礦設備的重壓力往往使土壤堅硬致密，造成表土剝離，導致土壤有機質、有效養分和含水量匱乏。煤礦開采還可造成地表塌陷，地下水位下降，長期作業使得地面出現裂縫，土壤中的養分也隨著裂隙和地表徑流流入采空區或洼地，加劇水土流失，使土壤承載力下降，存在許多不利于葡萄生長的客觀因素，因此需要人為干預。在采后礦區進行葡萄復墾前，需要對礦區土壤進行改良，以滿足礦山生態恢復實踐的需要。改良方式為在土壤中添加草炭+沸石、草炭+珍珠巖+稻糠、煤矸石、污泥、綠肥、秸稈、微生物菌肥等物質，均有良好的效果[27-28]。

4.2 解決水資源供需失衡

資源型缺水和工程型缺水是我國北方大多數煤炭基地存在的現實問題。黃河流域農業發展、礦產資源開發、經濟社會用水等均需要大量水資源，導致水資源利用效率不高，加劇了水資源供需失衡問題，煤炭開發水資源損失的主要原因是礦井水外排到地面，沒有得到有效利用，特別是在黃河流域上游氣候干旱、年蒸發量遠大于降雨量的西北礦區，開采時的水資源利用尤為重要。礦井水雖是煤炭開采的副產物，但也是不可再生的寶貴資源，通過利用先進的水處理技術，儲蓄處理后的礦井水，回用于葡萄園灌溉，將極大地推動礦區循環經濟的發展。

4.3 建立生態補償機制

煤炭開發方式不可避免地消耗能源和帶來碳排放。近年來，隨著中國煤炭開發機械化水平持續提高，大型煤炭企業采煤機械化水平達到發達國家水平，機械化程度高達97.1%[29]，結合煤礦區“電代煤”及“氣代煤”的改造升級[30]，顯著改變了生產用能結構，降低了煤炭開發過程中用能和碳排放的強度。盡管如此，面對全球碳排放造成氣候變暖的嚴峻形勢，除了加快探索煤炭開發節能增效技術，也應該關注礦區植被恢復帶來的生態附加值。建立黃河流域生態補償機制，以葡萄復墾帶來的碳匯價值，補償煤炭開發過程中的碳排放，通過設立補償基金、治理基金等，提高黃河流域煤炭基地植被恢復的積極性，從而切實體現“綠水青山就是金山銀山”的發展理念。

5 展望

能源開發造成土地占用和生態環境的破壞、耕地保護對保障耕地面積的需求及葡萄酒產業發展面臨的土地資源受限等問題，都將主要矛盾指向土地資源利用，特別是面對我國人口壓力和經濟快速發展導致產業結構不斷變化的嚴峻形勢下，合理利用土地是當下最有效的解決措施。煤炭基地復墾釀酒葡萄，是響應國家號召“引導新發展林果業上山上坡，鼓勵利用四荒資源，不與糧爭地”的重要舉措，也是兼顧煤炭基地生態恢復與地方經濟發展的有效措施。煤炭基地復墾釀酒葡萄，既能滿足經濟作物發展用地的需求，又能促進地方經濟可持續發展，有效解決產業發展和耕地保護之間的矛盾。此外，開展葡萄酒產業對黃河流域煤炭基地生態治理研究，是解決流域內干旱、半干旱地區煤炭基地植被恢復難、減排壓力大的新思路。如果能將能源開發、耕地保護、葡萄酒產業發展有機結合起來，將最大程度實現土地資源潛能釋放，提升土地利用效率，為我國土地資源有效利用作出重要貢獻。

“雙碳”的遠景目標不斷刺激中國經濟結構、能源結構、產業結構的轉型升級，尤其是干旱、半干旱地區的能源富集和生態脆弱性交織在一起，應該受到更多的重視和投入。以植被恢復、土壤改良、水土保持等環境要素為抓手，以減排、降碳、綠色、高質量發展為目標，將葡萄酒產業發展與黃河流域生態治理相結合，走生態產業化、產業生態化的發展路子，將發展葡萄酒產業與加強黃河灘區治理、加快植被恢復結合起來，突出節水增效、生態涵養、綠色循環。力爭通過葡萄酒產業帶動礦區周邊區域生態治理水平，實現新的經濟價值增長點，將“黃河流域生態保護和高質量發展”戰略方針落到實處。