2019年度国家科技奖推荐项目公示之土地复垦与生态重建。。
2019年度国家科技奖推荐项目公示之土地复垦与生态重建。。
一、项目名称
黄土高原特大型煤矿区土地复垦与生态重建关键技术及应用
二、提名者及提名意见
提名者：自然资源部
提名意见：该项目瞄准“黄土高原川滇生态屏障”中晋陕蒙能源基地生态系统恢复与重建的国家目标，聚焦特大型煤矿区土地复垦与生态重建的理论和技术难题，历经30年产学研用协同攻关，在探索特大型矿区生态受损与退化的机理、恢复与重建的模式、抵御自然灾害风险的管理方面获得重大突破。提出了原创性的“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”理论、方法和关键技术，已建成土地复垦与生态重建示范区4万余亩，综合效益显著；建立了第一批自然资源部野外科学观测研究基地、国家级大学生校外实践教育基地，累计培养土地复垦与生态重建硕士博士160人，培训基层技术与管理人员1万余人。成果广泛应用于黄土高原区、内蒙古草原区等100多个矿山的土地复垦与生态重建工程中，为我国生态脆弱区生态恢复与重建、绿色矿山建设、资源型城市产业转型等提供了可借鉴的本土化模式。
相关成果获省部级科学技术一等奖2项、二等奖2项、省部级中央企业科学技术特等奖1项，发表论文400余篇，其中SCI、SSCI收录40篇、EI收录35篇，专著12部，获得授权发明专利4项，软件著作权3项，国土资源行业标准2部、企业标准1部，产生重要的国际影响，形成一支活跃在黄土高原生态脆弱矿区土地复垦与生态恢复重建应用前沿的创新科研团队。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
二、项目简介
黄土高原是我国“两屏三带”生态安全战略格局中“黄土高原川滇生态屏障”的主要组成部分，但黄土高原不仅煤炭资源极为丰富，大型、特大型煤田特别集中。因此，世界范围内从理论和实践上解决的技术难题是：（1）原脆弱生态系统在大规模的采矿活动剧烈扰动下如何加剧退化？（2）采用什么样的关键技术，才能重现百万年前的黄土地貌——“黄土塬”，从而改变目前沟壑纵横、植被稀疏的土地利用条件？（3）重建的生态系统抵御极端气候条件下的旱涝灾害能力如何？（4）在“矿-农-城”快速演变的过程中，如何重构“生产、生活、生态”三生空间并控制生态风险的发生？
在国家科技攻关/科技支撑计划课题、国家自然科学基金、教育部重大项目培育资金项目、国土资源部公益性行业科研专项等项目的持续支持下，经30年的产学研用协同攻关，取得如下成果：
1、深入揭示了黄土高原区特大煤矿区生态系统演变规律，为人工剧烈扰动区土地复垦与生态重建提供了理论基础。识别出黄土高原特大型煤矿区生态系统演变的三个阶段、四种类型、三个过程，构建了矿区生态系统演变的生态安全模式，提出原创性的特大型矿区“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”五段论。
2、研发了黄土高原特大型煤矿区地貌重塑与土壤重构技术。提出了基于“剥-运-排-造-复”一体化的仿自然地貌的区地貌重塑工艺和节地技术，有效控制了地质灾害的发生，提高了土地利用效率；发明了基于微地形改造的岩土侵蚀控制与水分高效利用技术，改变传统排土场“分级汇流、集中排水”的方法，实现了矿区岩土侵蚀控制与有限水资源的高效利用；创新了矿区重构土壤特性与调控定量化表征，丰富了重度压实土壤物理性状测试的方法；土壤侵蚀模数控制在允许的1000t/km2.a以下，是原地貌的土壤侵蚀模数20%-50%，土地利用率由原地貌的70%提高到90%；耕地单块面积300-1000亩，比原地貌地块大10-30倍，适宜农业机械化操作，彻底改变原地貌传统农业耕作条件。
3、创新了黄土高原特大型煤矿区植被重建与生物多样性重组技术。联合采用永久性固定样地（8个100m×100m）和生物多样性和生态系统功能（45个25m×25m）试验的方法，实现了从样点-样方-样地-样带长期跟踪监测的突破；大尺度人工恢复植被长期定位观测多尺度揭示了矿区复垦土地植被恢复时空格局变化、土壤质量演变规律以及植被-土壤交互影响机制；克服了以往单种群、短时间、局限于个别过程研究的不足，实现了植物-环境系统协同变化关系的对位研究；筛选出了极端生境下先锋植被与适生植物30余种，研发了黄土高原极度脆弱矿区生物多样性重组技术，构建了不同植被配置模式下生态脆弱矿区生物多样性重组方案，解决了矿区植被物种单一、生态系统稳定性差等问题；矿区外的动物逐渐回迁到复垦区，现有各类植物213种，昆虫600余种，动物30余种，生物多样性日益凸显，抵御旱灾、涝灾、火灾和虫灾等自然灾害的能力明显强于原生态，实现了前期人工支持诱导、中后期自然修复的途径。
4、构建了黄土高原特大型矿区“矿-农-城”复合系统三生空间景观格局优化技术。遵循“山水林田湖草”生命共同体理念，从地貌、土壤、植被、景观、生物多样性、人居环境等生态受损及修复角度，把煤矿受损的“点、线”影响，推演到“面、网”影响；把煤矿土地复垦与生态恢复重建的技术研发，提升到技术应用促使受损生态系统调控机理与模式优化；把局部的环境影响的正负效应，提升到重建生态的完整性、生态承载力、土地适宜性、生态敏感性的累积效应。提出了保障特大型矿区生态安全宏观控制、中观管理、微观操作三位一体“矿-农-城”复合系统三生空间重构与风险控制技术，缓解了百年矿区居民搬迁安置压力，提升了复垦土地的生产、景观、美学、旅游的综合利用功能。
四、客观评价
（一）与国内外相关技术的比较，理论创新及多项成果未见他人报道
2017年5月，中国农业科学院科技文献信息中心，通过机检与联机检索，对“黄土高原特大型煤矿区30年土地复垦与生态重建关键技术及应用”进行查新与比较分析，得到如下创新：（1）本项目构建了黄土高原区超大规模露天矿矿区生态系统演变破损阶段、雏形建立阶段和动态平衡阶段剧烈扰动和强度整合过程中生态系统演变的生态安全模型；提出并验证矿区生态系统“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”的演变理论，未见他人报道。（2）本项目引进美国Geomorphic Reclamation技术和GeoFluvTM软件，开展适合黄土高原特大煤矿区原地貌与重构地貌生态受损与修复效果的对比研究，未见与本项目研究内容相同的他人报道。（3）本项目基于CT扫描技术和多重分形理论研究了矿区高压实土壤重构与调控定量化表征，实现了排土场重构土壤的三维重建，丰富了土壤物理性状测试的方法；未见有他人报道。（4）本项目在矿区联合应用永久性固定样地、BEF试验方法，对超大规模露天煤矿生境破碎与整合的过程中地貌、土壤、植被演变的生态效应做后评价或回顾性评价，未见与本项目研究相同的他人报道。（5）本项目未见关于黄土高原大型露天煤矿基于“剥-运-排-造-复”一体化的矿业用地集约节约利用工艺与方法的他人报道。（6）本项目发明了基于微地形改造的岩土侵蚀控制与水分高效利用技术，未见与本项目研究内容相同的他人报道。（7）本项目采用在我国特别是在该区域有广泛分布的风化煤，发明了风化煤对黄土区煤矿人工再造土壤改良方法，未见他人相同报道。（8）本项目提出并实施了黄土高原特大型矿区“矿-农-城”一体化三生空间重构的跟踪监测、风险控制与格局优化技术。优化了“生产、生活、生态”三生空间，未见与本项目研究内容相同的他人报道。
（二）适用价值和示范意义，获得项目管理部门及专家的充分肯定
本项目依托的国家“八五”科技攻关课题“安太堡露天矿废弃地复垦系统工程的研究与开发示范研究”（85-910-06）的鉴定意见；国家“十二五”科技支撑计划项目“资源转型城市矿区生态修复关键技术与示范”（2012BAC10B04）的验收意见；国家自然科学基金“黄土区大型露天采煤废弃地生境再造与群落重组研究”（40071077）、教育部重大项目培育基金“生态脆弱矿区重建生态系统的土地开发利用调控机制与优化模式”（708011）的结题报告；国土资源部公益性行业专项课题“生态脆弱矿区生物多样性重组与保护技术开发与示范”（200911015-01）的验收意见。专家认为：项目完成了任务书规定的各项任务，达到或超过了任务书规定的预期考核成果和要求，示范效果明显，具有重要的适用价值和示范意义。