基于文獻計量學的礦山生態修復研究進展分析

李 雪，張 富，王理德，，宋達成，趙赫然，蔡卓良，李常樂

（1. 甘肅農業大學林學院，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系統國家定位觀測研究站，甘肅 武威 733000）

礦產資源開發利用促進了經濟社會的飛速發展[1]。同時，非法開采﹑過度開采和盜采等則引發了一系列生態環境問題，受到社會各界高度關注[2]。礦山廢棄地是在礦產資源開采結束后，生態環境遭到破壞的特殊土地類型。開采導致廢石廢渣大量堆積，造成水土流失﹑山體滑坡﹑煤矸石山自燃等現象發生，危害當地生態和居民的健康[3]。我國礦山廢棄地環境問題一直是人們關注的重點，存在邊修復邊破壞的現象，修復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]。礦山廢棄地生態修復關系到國家生態安全[7]，對于推進人與自然和諧共生現代化建設意義重大[8]。本文采用文獻計量學方法與歸納總結法，對國內外已有的技術方法進行歸納總結與對比，為我國礦山廢棄地生態修復工作提供借鑒和啟示。

1 礦山廢棄地生態修復發展簡史

發達國家對礦山廢棄地的治理可追溯至19 世紀末期[9]。最早對礦山廢棄地展開生態修復的是美國和德國，早期進行掠奪式的開礦，引發了大量的環境問題和社會矛盾。為解決日益突出的社會矛盾，20 世紀初就嘗試在礦山廢棄地種植植物[10]。英國最早產生了工程綠化技術，并發明了植物種子噴播技術和噴射乳化瀝青技術。澳大利亞將恢復生態學運用到礦山廢棄地的修復中，也取得了較好的效果[11-12]。從20 世紀70 年代開始，加拿大﹑法國﹑日本等國家相繼推出相關技術措施治理廢棄地，總結出大量經典成熟的經驗。到20 世紀末期，國外對礦山沉陷區植被恢復[13]﹑沉陷區環境影響[14]﹑廢棄地復墾技術[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 世紀以來較為活躍的領域包括: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]，礦山開采對環境的影響機理[21]，3S 技術在土地復墾﹑監測和評價中的應用[22]，礦區水體修復[23]等?？梢姡V山廢棄地生態恢復已經成為環境科學研究的熱點領域。

我國于20 世紀50 年代末開展廢棄礦山治理工作，當時還處于經驗不成熟﹑技術不先進﹑制度不完善和資金不充足的階段，一直到80 年代，礦山廢棄地的修復率仍然不足2%，這一時期，礦產資源大肆開采引發的環境問題愈演愈烈[24]。為解決礦山廢棄地問題，國家先后出臺了30 多部法律﹑法規和規章，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《土地復墾規定》等，明確了礦區修復的制度，從此我國礦山廢棄地生態修復正式邁上了法治化軌道。從20 世紀90 年代至今，那些曾經修復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。當前更多的礦山廢棄地還在修復中，這一工作任重而道遠。

2 國內外研究趨勢分析

2.1 國外研究趨勢

基于文獻計量學，以礦山生態修復（mine ecological restoration） 和礦山修復技術（mine restoration technology）為主題詞在WOS 上進行檢索，時間范圍為2000—2022 年。為確保精準性，選擇數據庫為:WOS 核心合集，引文索引為:SCIEXPANDED-1990 至今。進一步對文獻進行精煉，剔除不相關文獻，最終篩選出648 篇文獻，其中礦山生態修復609 篇，礦山修復技術39 篇。通過文獻計量在線分析平臺對數據進行可視化分析。

由圖1 可知，近23 年來國外關于礦山生態修復研究可以分為兩個階段，前13 年為平穩發展期（2000—2012 年），后10 年為快速增長期（2013—2022 年）。有關修復技術的研究也分為兩個階段，前14 年為平穩發展期（2000—2013 年），后9 年為快速增長期（2014—2022 年）。總體來看，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，發文量逐年增高，在2022年達到峰值。從國外關于礦山的論文來看，與生態修復相關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時間長，受關注度高。由圖2﹑圖3 可知，澳大利亞﹑美國﹑加拿大等礦業大國發文量相對較高，這些國家關于礦山修復的研究更早更深遠。中國作為后起之秀，近年來發文量持續增長，發展速度令人矚目。另外，西班牙﹑巴西﹑南非等礦產資源豐富國家的發文量也較多。

圖1 國外近23 年WOS“礦山生態修復”和“礦山修復技術”為主題詞的發文數量變化

圖2 以“礦山生態修復”為主題詞的文章的國家發文總量

圖3 以“礦山修復技術”為主題詞的文章的國家發文總量

以“礦山生態修復”為主題詞的檢索中（圖4），生態修復（ecological restoration）﹑恢復（restoration）﹑植被（vegetation）等主題詞在2006 年之前保持平穩，成為國外礦山修復方面的熱點話題；從2008 年開始，采礦（mining）﹑重金屬（heavy metals）﹑植物修復（phytoremediation）﹑土地復墾（land reclamation）﹑生物多樣性（biodiversity）等主題詞開始顯現，說明關于礦山的研究逐漸多元化，多領域多學科交叉融合。以“礦山修復技術”為主題詞的檢索中（圖5），可持續性（sustainability）﹑遙感（remote sensing）﹑土壤微生物群落（soil microbial community）﹑植物修復（phytoremediation）等主題詞熱度較高，修復技術圍繞著幾大熱點主題詞展開。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“礦山生態修復”為主題詞的檢索

圖5 以“礦山修復技術”為主題詞的檢索

圖6 國家間合作關系分析圖

2.2 國內研究趨勢

基于文獻計量學，以礦山生態修復（mine ecological restoration） 與礦山修復技術（mine restoration technology）為主題詞在CNKI 上進行了檢索，時間范圍為2000—2022 年，并進一步對文獻進行精煉，剔除不相關文獻，最終篩選出2531篇文獻，其中礦山生態修復1666 篇，礦山修復技術865 篇。通過知網平臺和EXCEL2016 對數據進行可視化分析。

從發文數量變化看出，2007 年之前整體發文量較低（圖7）。在此期間，我國出臺了《土地管理法》《土地復墾規定》《地質災害防治條例》等，標志著礦山生態修復有了嚴格的約束，有力地推動了中國礦山生態修復的研究[25]。2008—2017年發文量平穩發展，這一階段的進展離不開國家相關政策的支持，2008 年和2009 年相繼出臺了《關于加強土壤污染防治工作的意見》和《礦山地質環境保護規定》，對礦山生態環境保護與治理提出了明確的規定和要求[26]。2018 年之后發文量逐年增加，呈現快速增長態勢。尤其是在《關于加快建設綠色礦山的實施意見》印發后，人們對礦山生態修復工作開啟了更深的探索，相關方面的研究成為近期熱點[27]。其中，生態修復（ecological restoration）﹑生態修復技術（ecological restoration technology）﹑礦山生態（mine ecological）﹑礦山廢棄地（mine wasteland）﹑礦山邊坡（mine slope）﹑重金屬污染（heavy metal pollution）﹑植物修復技術（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 位主題詞進行對比分析發現，主題詞“生態修復”的文章發表較多，趨勢大幅增長；關于“重金屬污染”方面的文章和研究較少，其他主題詞穩步增長（圖10）。

圖7 國內以“礦山生態修復”和“礦山修復技術”為主題詞的發文數量變化

圖8 “礦山生態修復”主要主題詞分布

圖9 “礦山修復技術”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，礦山廢棄地生態修復逐漸得到國內外專家與政府部門的極大關注。國外礦山生態修復和修復技術的主題詞出現頻率不如我國明顯，說明我國礦山廢棄地生態修復研究發展良好，在一定程度上我國礦山生態修復領域的研究比國外活躍。我國關于礦山生態修復研究整體呈現多元化和可持續發展狀態，礦山廢棄地生態修復開始有了更多的理念融合和多學科涉入，礦山生態修復研究衍生出更多分支。

3 國內外礦山廢棄地生態修復技術對比

西方發達國家地多人少，修復相對容易，更加重視人和動物的居住質量，于是不斷提出新的修復模式，以將受損土地恢復到被破壞之前的原始生態。我國是農業大國，人口眾多，土地資源緊缺，雖然修復技術起步較晚，但在國家政策的大力支持下，發展較快，取得了豐碩成果。對比國內外各類修復技術（表1），國內外在技術方面差異不大，差異主要存在于思想意識以及對環境的需求上，由于側重點不同導致行動方向不同。

表1 國內外礦山廢棄地生態修復技術對比

目前，我國生態環境根本好轉，礦山生態修復技術日趨完善。礦區生態修復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，開采前多為農業用地和林地，復墾后以恢復種植業和打造林業景觀為主，其他的景觀再生和可持續發展項目為輔。ATB 礦生態重建的關鍵技術在于排土場的設計﹑有毒物質的消除﹑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﹑回填采坑相結合的方式來穩固排土場。因為黃土對重金屬元素的吸附性和緩酸的能力較強，所以在有毒元素含量高的地區使用黃土進行包埋或混合，避免影響水體和植物。ATB 礦引種大約71 種植物，進行喬灌草搭配種植，與工程措施聯合實施，起到了減輕風蝕災害的作用。隨后ATB 礦本著打造綠色礦山的生態理念，不斷提升生態環境﹑完善生態功能﹑優化生態格局，打造了大棚種養采摘觀光項目﹑林下養殖項目﹑礦史博物館教育項目﹑康體健身項目﹑充分利用現有資源適度開發工業項目，踐行“生態優先﹑綠色發展”理念，優化生產結構，打造“生態復墾示范基地﹑工業旅游示范區﹑循環經濟示范區﹑生態文明示范基地”，走出一條企業獨有的綠色高質量可持續發展之路[29]。

4 結論

4.1 因地制宜，合理選擇修復方式

我國礦山廢棄地數量多，成因復雜，需要綜合考慮礦區自然條件﹑礦山環境問題及其危害，考慮各生態要素之間的相互作用，因地制宜，選擇適合的修復模式和修復方法，避免一刀切。

4.2 創新修復技術

通過對主題詞“礦山修復技術”的檢索結果的分析和國內外修復技術的對比發現，礦山生態修復技術在國內的研究中逐漸引起關注，用客土修復方法是目前我國使用較多的處理方法，植物修復是前景最好的技術之一，但是采用單一的技術手段不能更好地恢復受損土地，應該讓聯合修復技術在實踐中發揮作用，吸取國外的經驗，加大實用技術﹑新技術﹑人工智能等在礦山廢棄地修復中的應用，推動修復技術進步。

4.3 重視國際合作及多學科多領域多個體交叉研究

目前我國與歐美國家在生態修復研究方面還存在一定的差距，隨著“一帶一路”建設不斷推進﹑“人類命運共同體”理念深入人心，未來應加強與國際之間的交流合作，突破瓶頸，亟待破局。生態修復涉及生態學﹑環境科學﹑工程學﹑地理學等學科，是一個集成性的研究體系。我國應加強對人文地理學﹑景觀生態學﹑群眾對環境的滿意度等領域研究，并將多學科交叉融合，優化生態修復技術，提高礦山生態修復的科學性和綜合性。

4.4 完善法律法規，完善管理機制

我國關于礦區修復的法律法規還需要細化，要從根本上解決生態破壞的問題，明確破壞和修復的責任主體，做到修復時有法可依。還需要借鑒國外經驗建立一個權威管理部門來管理和協調相關部門，防止出現推卸責任等現象，加大執法力度，賞罰分明，受社會各界的監督，促進礦山修復工作保質保量地完成。

4.5 重視生態需求和環境效益，注重生態功能可持續發展

“先污染后治理”的傳統模式已經不適應當今和未來礦山廢棄地的修復要求，對于現在的礦山修復來說，必須走經濟﹑社會﹑環境和資源相互協調的路，既能滿足當代人的需求，又能不對后代產生威脅，可持續發展。正確處理經濟﹑人口﹑資源﹑環境之間的關系，需要我們把當前利益與長遠利益相結合，堅持人與自然和諧﹑統一﹑共生。