中国工业报记者曹雅丽

矿产资源是社会发展的重要物质基础，但我国矿产行业的大规模开采活动和高碳工艺流程不可避免地改变了矿区生态系统的物质循环和能量流动，造成了严重的环境污染和生态破坏，导致矿区生态系统固碳储碳能力下降，甚至排放大量二氧化碳。

就我国矿产行业“碳中和”问题，本报记者近日专访了生态修复专家、华北理工大学副教授谷海红。她指出矿产行业“碳中和”能力下降主要体现在两方面：一是矿产开采活动对矿区土壤和植被产生了强烈扰动，土壤破坏和植被移除使矿山生态系统固碳能力严重受损；二是矿石开采、加工、冶炼、运输，以及废石和尾矿排弃等工艺过程中会排放大量温室气体。据统计，钢铁行业在制造业领域中的碳排放量最大，每年高达18亿吨，约占我国碳排放总量的15%。虽然我国典型矿山企业相继提出了“碳达峰”和“碳中和”时间表，并在低碳、节能技术升级及工艺优化等方面投入了大量的人力、财力和物力，然而面对巨大的市场需求，“双碳”目标任重而道远，减排增汇是关键问题。

谷海红2011年从中山大学博士毕业后，任教于华北理工大学矿业工程学院，长期从事矿区生态修复、土壤重金属污染修复等方向的教学和科研工作。近年来发表学术论文50余篇；发明专利7项；主持国家自然科学基金项目、河北省自然科学基金项目、河北省高等学校青年拔尖人才计划项目、河北省留学人员科技活动择优资助项目等科技项目10余项；荣获河北省科技进步奖二等奖、河北省山区创业奖三等奖、绿色矿山科学技术奖三等奖等科技奖励多项。

自20世纪70年代末以来，中科院“碳专项”先后实施了6项国家重点生态修复工程，恢复退化生态系统。研究结果表明，生态修复区域的碳汇有56％是由生态修复工程带来的，为中国的二氧化碳减排做出了巨大贡献。我国矿山开发占地面积达360万公顷，治理恢复土地面积不足30%，目前大部分处于废弃闲置状态，谷海红表示矿山企业除了高效节能减排，还应积极推动矿区生态修复，增强矿区生态系统固碳增汇功能，是破解资源环境约束问题，实现双碳目标的重要途径。在矿山生态修复过程中，通过边开采边修复、植被重建、土壤修复等措施，也会实现源头减排、植被固碳、土壤固碳等效果，因此矿区生态修复与减排增汇具有同根、同源、同过程的协同关系。与工业固碳相比，生态修复固碳增汇具有更多的成本效益，是世界各国应对气候变化的重要战略，也是目前最经济、最安全、最有效的固碳手段。

矿区生态修复的新模式

记者：面向“双碳”目标，请问目前矿区生态修复有哪些新模式？

谷海红：生态修复是指依照生态学原理，以生物修复为基础，结合各种物理、化学以及工程技术，使生态环境恢复到自然状态的一种综合的修复方法。按技术方法可分为自然恢复和人工修复。自然恢复需要较长时间，对于破坏严重的矿区生态环境仅仅依靠自我调节功能难以恢复。当前人工修复技术主要包括利用物理、化学、生物修复等方法，降低有毒物质的含量或生物有效性，提高生态系统固碳增汇能力。

矿产行业碳减排与矿区生态环境修复具有同根同源性，使矿区生态系统碳循环具有独特性。早期矿山生态修复工作目的以工程修复、植被整治为主；2018年成立自然资源部以后逐步过渡为“自然恢复为主，人工引导为辅”的生态功能全面修复；近年来学界越来越多地认为矿山生态修复是一个系统工程，基于自然的解决方案（Natural-basedSolution，NbS），以生物化学方法为主，努力探索矿区复杂环境条件下的污染阻控、环境治理与生态修复耦合的协同技术创新，是面向“碳中和”的矿区修复有效路径

矿区生态系统修复模式的异同会导致碳汇能力的差异。生态系统中碳的主要来源为地上、地下生物量以及土壤、死有机质四大碳库，主要包括植物、凋落物和土壤中的碳。矿区碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳等。生态修复的速率及产生的生态固碳效应与土壤退化程度、植被类型、系统工程技术、矿产规模及其开采手段等一系列因素息息相关。

优化物种配置，增强植物固碳

记者：请问提升矿区生态系统的碳汇效能的措施主要有哪些？

谷海红：以往我国矿区生态修复研究侧重于矿山土地复垦，忽视了植被在减排增汇方面的作用，植被恢复是增加废弃矿山碳储量最直接的办法。矿区生态系统碳储量的主要表现形式是植被，植被地上、地下生物量以及枯落物、枯死木均是可计量的碳汇。植被是地球陆地生态系统的主体，是应对气候变化的一个关键因素，在吸收、固定二氧化碳和全球碳循环研究中有着非常重要的地位。

从生物物理性质来看，植被是一个能够积累或释放碳的储存场所或系统。具体来说，是指通过光合作用促进植被吸收大气中的二氧化碳，将其固定在植被或土壤中，并将其转化为有机碳。这种生态过程的实现是植被的固碳功能，这种去除和积累二氧化碳的过程、活动或机制被称为“植物碳汇”或“植物固碳”。

矿区生态修复植物固碳途径对应的措施主要包括：造林、种草、封育、生态修复、休闲地绿肥、植物护路、梯田、水平阶等。这些途径的固碳效果与植物的生物量直接相关，如何提高矿区内的植被生物量成为提升碳汇效能的重要方向。植物种植模式的变化能够直接影响生态系统的修复进度、固碳量等。

适合植物品种的选择及合理配置，是矿区生态修复的重要环节。用于矿区生态修复的植物通常选抗逆性强、生长迅速、培肥效果好、重金属固定能力强和生态功能明显的植物种类。禾本科与豆科植物往往是首选物种，因为这两类植物大多有顽强的生命力和耐贫瘠能力，生长迅速，而且后者能固氮，有利于改善矿区土壤贫瘠的养分环境。然而，禾本科与豆科的草本植物大多只是恢复过程的先锋种，植被的顶极群落往往是森林。苏军德以甘肃省金川矿山废弃地为研究区，对修复区的植被进行碳储量估算，结果表明了乔木的整体碳储量中占最大份额，其次是灌木，最后是草本植物。中国科学院碳专项中有关陆地生态固碳研究成果表明，中国陆地的生态固碳量为95.15±5.71Pg，其中森林生态系统碳存储量占38.9%。因此，为提升碳汇效能，矿区生态修复应侧重高生物量植被的引入，尤其是乔木的种植。

此外，值得注意的是，根据生态学自然演替规律，物种多样性是生态系统稳定的基础。但以往对矿区生态修复的研究，主要关注耐性植物筛选、耐性特征研究及单一植物品种对尾矿环境的影响等方面，对生物多样性及生态稳定性的研究较少。因此，有必要加强有利于促进矿区生态系统稳定及可持续发展的修复技术及其作用机制的研究。从长远考虑，建立结构稳定并能自我维持的生态系统，能够有效提高矿区碳固持，助力“双碳目标”的实现，具有良好的生态与社会效益，对推进我国生态安全及可持续发展具有重要意义。

土壤修复是关键

记者：请问增强矿区生态固碳的关键环节是什么？

谷海红：矿产资源的开采首先影响的是土地，无论是露天开采的直接挖损还是地下开采引起的地表沉陷，都导致历经数百年甚至上万年形成的土壤受到破坏，因此，矿区生态修复的首要任务是修复土壤。土壤是一切生物之基。正所谓“皮之不存，毛将焉附？”如果没有很好地修复土壤，矿区生态系统就很难修复。相应地，合理的矿区生态恢复和综合治理也有助于促进土壤修复，进而增强生态系统固碳功能。因此，土壤修复是矿区生态修复的核心，也是增强矿区生态系统固碳能力的关键环节。

生态固碳土壤途径主要是从两个方面直接或者间接地增加生态固碳的效果：一是土壤修复，通过改善土壤的理化性质，使地表生物量增加，土壤中的根系分泌物增加，土壤微生物增加。二是蓄水保土，保护或减缓现有土壤的侵蚀流失，减少土壤碳素的流失。矿区土壤中的地面植被残体、根系和植物残茬、绿肥等是土壤有机碳的主要来源。天然植被70%的净初级生产力最终将通过分解流入地下，微生物大量繁殖，并立即进入快速分解阶段，形成土壤碳汇。每年都有大量的有机残留物被提供给土壤，例如，树木、灌木、草及其残留物。在此过程中，土壤有机碳逐渐增加，土壤固碳能力提高。

土壤碳是在陆地生态系统碳循环中发挥了极其重要的作用，土壤碳的流动约占到全球陆地碳循环总量的80%。全球土壤数据整合计量表明，深度为1m内的土壤碳储量为1505Pg，约是植被有机碳储量的2.43倍，大气碳储量的1.71倍。由于土壤碳储量巨大，微小变化也会导致全球气候产生较大变化。

综上，促进土壤修复和植被恢复，是增强土壤碳固定，提升矿区生态系统碳汇效能，实现矿业绿色低碳发展的有效路径，也是缓解全球气候变化的重要驱动力。但是其内在机制还有待探讨，往后可通过理论结合实际的研究方法，多方面的探讨矿区生态修复的碳效应，为促进矿产行业“双碳”目标的实现提供参考。