推进生态修复，如何探寻基于自然的地质解决方案｜世界地球日

　　今年的4月22日是第54个世界地球日，主题为“珍爱地球，人与自然和谐共生”。

　　和谐共生，需要人类了解自然的喜好，找到与之适合的相处方式。以地球系统科学理论为指导，地质工作为山水林田湖草生态保护修复提供重要支撑。比如：中国地质调查局组织实施南方岩溶区石漠化调查监测，掌握了石漠化最新现状和演变特征，从而技术支持治理石漠化面积2万平方千米，让1000多万人受益；国家地质调查专项“河湖湿地生态地质调查”，针对察汗淖尔流域生态环境现状，从生态、环境、地质三个维度开展系统调查，助力“一湖之治”向“流域之治”到“全域联治”转变……可见，基于自然的地质解决方案，往往是生态环境修复的重要解决方案。

　　在世界地球日到来之际，我们带来的来自地质调查科研团队的相关实践，或许是一份很好的注解。

　　察汗淖尔

　　禁采地下水恢复萎缩退化湖泊

　　察汗淖尔，意为“白色的湖”，是半干旱区典型的内陆湖。

　　察汗淖尔流域横跨蒙冀两省（区），位于有“悬在北京头上的沙源地”之称的坝上高原。其中，察汗淖尔湿地是我国华北地区最大的内陆咸水湖，盐生植物种类多、面积大，被视为改善盐碱地植被的种子库。但该流域自然地理环境单一、抗干扰能力差、生态环境脆弱。大规模发展灌溉农业使得该流域地下水位不断下降、湖泊大量萎缩甚至干涸，土地荒漠化现象严重。其生态环境的恶化直接影响到京津冀协同发展区的生态安全。

　　在此背景下，中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员马荣带领的创新团队，扎根内蒙古高原和坝上地区，树牢依法治湖、科学治湖、精准治湖理念，以国家地质调查专项“河湖湿地生态地质调查”为依托，针对察汗淖尔流域生态环境现状，开展湖泊湿地调查，并在全流域内开展专项水文过程及生态效应研究，力争实现从“一湖之治”向“流域之治”到“全域联治”的重大转变。长期以来，该团队以地球系统科学理论为指导，瞄准察汗淖尔流域内生态环境问题，从生态、环境、地质三个维度协同推进系统调查，建立流域尺度的多要素耦合模型，提出生态环境修复建议，为察汗淖尔流域生态修复及坝上高原防风固沙等提供科学依据。

　　针对湖泊日益萎缩的现实，该团队建议持续开展“水改旱”，压减地下水开采量。基于察汗淖尔流域地下水循环模式，该团队建议维护好流域内“泉—河—湖”水生态系统：地下水从泉水和滨河溢出带流入河流，带来能够维持河道基本生态系统功能的水流量，从而也让该区域的水域面积有了保障。

　　为恢复流域内泉水，该团队通过调查研究地下水位恢复阈值，计算出需要回补地下水量。整个流域需要生态补水量33.98亿立方米，如以各区县地下水的年补给量为回补来源，流域地下水位恢复需要12年~45年。为此，该团队建议，在短期内应将尚义县大青沟、三工地、大营盘等区域划定为地下水禁采区。在目前停采条件下，地下水位达到泉水复涌所需要的年限为10年左右，对察汗淖尔能够起到一定的补给作用。

　　以察汗淖尔为典型代表的坝上高原湖泊群，在气候变化和人类活动的影响下，湖面萎缩退化，干涸湖区土壤出现不同程度盐渍化，且该区域一年内平均风速大于8米/秒天数达290多天，在一定的温度、风力条件下将产生大规模盐尘暴。而京津冀地区正处于其下风向。

　　创新团队研究评估了干涸湖区盐渍化区域盐尘迁移量与范围，查明察汗淖尔西南侧湖心是盐尘产生的中心，面积约9.13平方千米，PM10释放量在每平方千米25吨/年~20000吨/年之间，属于剧烈风蚀。

　　

　　察汗淖尔干涸湖区盐尘释放区

　　为此，该团队建议加强对干涸湖区覆盖。短期内，每年利用冬春季结冰期进行补水，在盐尘强烈释放区形成冰层，以有效阻止冬春两季大风天气时的盐尘释放；在长期时间范围内，通过地下水压采等措施进行修复，让盐尘强烈释放区被水面所覆盖，让察汗淖尔恢复为永久性湖泊。而对于盐尘轻度释放区的修护工作，该团队建议由地方林草部门牵头，结合区域内湖泊湿地土壤与水文特征，种植芦苇、菖蒲、水葱、萍蓬草、梭鱼草等，以减少盐尘释放量。

　　下一步，水文地质环境地质研究所将继续完善内蒙古高原湖泊萎缩预警系统，针对各湖泊流域开展专项调查与研究，提出基于湖泊湿地生态保护优先的水资源配置建议，为内蒙古高原湖泊管控与保护提供开放性数据平台，为北方生态屏障建设提供科学依据。

　　（作者王利康、宁凯、张冰，系中国地质科学院水文地质环境地质研究所河湖湿地生态地质研究团队成员）

　　煤炭矿集区

　　结合矿山地质环境背景选择生态修复模式

　　我国九大重要煤炭基地集聚于黄河流域，煤炭产量约占全国煤炭总产量的70%。黄河流域煤炭矿集区生态修复成为黄河流域生态保护和高质量发展的一个重要且迫切的课题。2020年，国家发展改革委、自然资源部联合印发了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划( 2021-2035 年) 》，强调黄河重点生态区要恢复矿山生态环境，实施地形重塑、土壤重构、植被重建的综合治理。

　　位于黄河“几”字弯区的内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗，作为重要的煤炭工业基地，有井工煤矿56座、露天煤矿65座，井田面积总计1476.87平方千米，约占准格尔旗面积的19%。长期、高强度的煤炭开采带来地面塌陷、土地损毁、植被和地形地貌景观破坏等一系列的环境问题，直接影响当地居民的生活质量。

　　黄河几字弯

　　根据中国地质调查局的部署，中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心针对准格尔旗煤炭矿集区资源开发引发的环境地质问题，开展了生态修复支撑地质调查工作。

　　这项调查查明了矿山地质环境、土地利用、林草湿分布、植被覆盖度、矿山开采对生态环境影响等现状；以主要评估采矿对生态环境影响程度、兼顾地质环境背景、突出重点为原则，综合评价矿山生态环境影响，划分四个生态影响分区，有针对性地提出了修复建议；依据研究区矿山开采活动情况和地质环境的背景条件，通过生态脆弱度、生态弹力度和生态压力度三大要素层，建立矿山地质环境风险评价指标体系，构建生态系统恢复力评价模型，对旗内矿区作出生态修复适宜性评价。

　　根据调查成果，项目组总结形成了矿山复绿、矿山公园、养殖场、光伏发电、农业用地5种值得推广的煤炭矿集区生态修复模式。

　　——矿山复绿模式。通过采取工程和生物措施，对采矿活动引起的矿山地质环境问题进行综合治理，使其地质环境达到稳定、消除矿山地质灾害，让矿区得到绿化、生态得到恢复、景观得到美化。

　　——矿山公园模式。通过专业规划和设计，将因矿产资源开采而被破坏的区域建设成为适合人们休憩、游玩、娱乐的休闲公园，以达到美化环境、丰富居民精神生活、创建和谐社会、改善矿山生态环境的效果。

　　——养殖场模式。以盘活闲置资产，持续产生效益为原则，将废弃、闲置矿山合理规划设计，建设成适合养殖的场地，以达到土地资源合理利用、增加居民收入的效果。

　　——光伏发电模式。以节约集约利用土地资源，助力实现“双碳”目标为原则，将因矿山开采被部分破坏且不适宜更有效利用的闲置土地改造成光伏发电产业区。

　　——农业用地模式。采取工程措施，对有一定规模的、具有复垦潜质的废弃采矿场、排土场等进行综合治理，恢复其生态环境，使其达到农业用地标准，以提高土地整体利用价值。

　　（作者秦越强，系中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心矿集区生态修复支撑地质调查项目负责人）

　　滨海湿地

　　调蓄水资源维系生态系统健康

　　地下水是水循环中的活跃因子，维持着河川基流，维系着生态系统健康。黄河三角洲的地下水是植被生长发育的重要水源，其中氯离子含量和水位埋深是影响植被生长与分布的关键因素。

　　中国地质调查局青岛海洋地质研究所滨海湿地团队依托自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站开展的多圈层生态地质调查监测工作，查明了影响黄河三角洲湿地植被分布的水—盐阈值，确定了不同类型的植物生长季节最适宜的水位和盐度。如：芦苇的适宜生长地下水位埋深小于0.6米、盐度小于15‰。在此基础上，项目团队进一步圈定了适宜芦苇生长的区域范围，从而优选出适于自然恢复芦苇的生长区域。

　　综合植被生长适宜水位和盐度、蒸散作用、鸟类栖息环境等指标，项目组评估得出维系黄河三角洲湿地生态系统稳定的生态需水量约为6.7亿立方米。依据生态需水量季节变化及可用水资源量情况，项目组提出了每年4月~5月适合为植被进行季节性补水，以维持湿地生态系统稳定和健康发展等建议。

　　

　　滨海湿地监测站高程测量

　　黄河三角洲古河道是水文调节的天然通道。为了论证疏通古河道促进湿地自然修复的可行性，项目组调查了1855年以来黄河三角洲多期古河道延展路径和地质结构，发现古河道与现行河道易于连通，地质条件适宜蓄水，进而提出了疏通古河道增加蓄水空间以促进湿地修复的建议。据估算，古河道疏通后的蓄水空间约为3.2亿立方米，可在汛期发挥储水功能，改善湿地水文连通性，提高湿地自然恢复能力，有效解决黄河三角洲水资源时空分配不均问题。

　　此外，通过调查监测，研究团队发现人类活动引发的潮汐限制会导致盐沼湿地碳汇功能的退化。例如：修路筑坝的人类工程限制了上下游湿地栖息地的潮汐交换，致使部分盐沼盐度下降，硫酸根离子减少，这会导致更多的甲烷排放。2018年~2020年，自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外站连续3年的监测结果显示，在受潮汐限制影响严重的芦苇湿地地区，甲烷释放通量的平均值高于潮汐活动正常的芦苇湿地近10倍，盐沼生境基本丧失了本应具备的碳汇功能。对此，项目团队建议要尽快恢复盐沼的潮汐连通性，积极疏通潮汐通道，减少人为修建的道路和水坝，修建过水通道，以达到增汇固碳与保护修复的协调增效。

　　我国海岸带自然环境特征差异很大，青岛海洋地质研究所将在今后的研究中加强基于自然的生态修复技术创新，结合不同海岸带实际情况进行分析，逐步建立起基于自然解决方案的滨海湿地生态修复标准，通过实践进一步完善相关理论和方法体系。

　　（作者赵广明，系中国地质调查局青岛海洋地质研究所海岸带地质室研究员）

　　坝上高原

　　依据地表基质推进科学绿化

　　地表基质是地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地、土壤等各类自然资源与生态环境的基础物质，直接控制着地表植被生态和农业生产的空间展布格局，是地球多圈层交互作用最为频密的空间，也是耕地与自然生态系统整体保护、系统修复和综合治理的物质基础。

　　通过开展地表基质调查揭示比土壤更深的岩土体结构信息，厘清地表基质与地表覆盖层的支撑孕育关系，评价项目区宜耕则耕、宜林则林、宜荒则荒的地质适宜性，为我国正在实施的耕地保护与质量提升行动、北方盐碱地和南方酸化耕地治理、“三区四带”生态建设等提供基础依据，对于支撑国家生态安全和耕地保护具有重大现实意义。

　　2017年以来，在中国地质调查局统一部署下，承德生态文明示范区综合地质调查工程在河北省承德市开展了自然资源及地表基质综合调查试点，查清了坝上高原三北防护林（人工林）退化的地质影响因素，发现钙积层、基岩风化壳和地下水位对植被生态具有明显控制作用，并首次探索完成塞罕坝林水关系研究。相关调查成果成为坝上高原三北防护林退化区生态修复和未来科学绿化地质适宜性选址的技术支撑。

　　

　　河北省承德市坝上草原一隅

　　——钙积层约束植被根系向下生长发育。调查发现，位于坝上高原沽源—张北县一带的波状丘陵区距地表30厘米~60厘米普遍发育厚度约30厘米～40厘米钙积层，严重抑制了杨树根系向下生长，因浅层土壤水分含量有限造成人工林地严重退化，但该地区的榆树、柳树等乡土树种发育良好。因此，项目组建议该地区科学绿化需要依据地表基质类型选择合适的乡土树种。

　　——坝上高原约束植被生态的地下水位埋深应控制在6米以内。调查发现，过去20年，坝上高原适宜落叶阔叶林生长的地下水位埋深范围为2米～6米，最适宜水位埋深为2.5米；适宜草本生长的地下水位埋深为1米～3米，最适宜水位埋深为1.5米。由于低山丘陵区和农业种植区地下水超采，直接造成尚义县、张北县及沽源县的部分地区地下水位埋深大于10米，导致植被生态退化。因此，项目组从植被生态稳定和趋好的角度建议，坝上高原的地下水位埋深应控制在6米以内。

　　——植物依据地表基质水分调整用水策略。调查发现，塞罕坝地区的地下水位埋藏小于1米时，植物优先使用地下水，而当地下水位埋深大于5米时，植物调整水分利用策略，主要使用地表下20厘米～40厘米的土壤水。该项结果成为承德市塞罕坝绿色生态屏障建设的科学依据，并为塞罕坝及邻近地区科学部署绿化工作提供了决策依据。

　　——周边地区扩大造林规模宜选在玄武岩和花岗岩基质区。塞罕坝地区地表基质调查结果显示，该地区地表基质类型主要是玄武岩、花岗岩、风积物和河湖沉积物等，而目前的人工林主要种植于风积物和玄武岩基质中。因此，项目组建议该地区扩大造林宜优先规划在玄武岩基质区，重点推广针阔混交林，并增加蒙古栎、白桦和榆等乡土树种。

　　（作者殷志强，系中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心正高级工程师）

　　南方岩溶区

　　石漠化治理走向一体化系统化

　　岩溶石漠化，即石质荒漠化。在1977年联合国召开的荒漠化大会上，我国著名岩溶学家袁道先率先提出其科学概念——在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，因人为活动干扰，地表植被遭受破坏，造成土壤侵蚀程度严重、基岩大面积裸露、土地退化的表现形式。

　　作为我国主要生态环境问题之一，岩溶石漠化集中分布于长江重点生态区、南方丘陵山地等南方岩溶区，威胁着我国南方大江大河及重要水系的生态安全，严重制约着区域经济可持续发展。

　　一直以来，党和国家高度重视石漠化防治工作。“十三五”以来，中国地质调查局组织实施了南方岩溶区石漠化调查监测，掌握了我国石漠化最新现状和演变特征。我国岩溶石漠化经历了1990年~2000年缓慢增长、2000年~2005年持续增长、2005年~2015 年快速改善和2015年~2020年持续改善4个阶段。截至2020年，全国仍有石漠化面积8.45万平方千米，主要集中分布于云南东部、贵州西部和广西中部地区，总体以轻度为主。

　　中国地质调查局岩溶地质研究所历经20多年持续科技攻关，在石漠化生态修复基础理论、技术研发、产业示范等方面取得了显著成果，建立了马山弄拉、平果果化等20余处石漠化治理示范区，形成了“绿水青山就是金山银山”的“弄拉模式”和“果化模式”，关键技术与模式在西南300多个县40万平方千米岩溶区推广应用，带动西南地区治理石漠化面积2万平方千米，1000多万人受益。

　　

　　平果果化示范区

　　当前，岩溶石漠化已由以往的“综合治理”阶段进入了“科学治理”阶段，更多强调的是“坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理”。考虑到岩溶石漠化及其导致的生态问题依然存在，且治理难度较以往更大，该所建议：一是在落实国家关于岩溶石漠化综合治理相关规定、规划前提下，定期开展全国岩溶石漠化监测调查，掌握其时空演变特征和导致的新问题；二是持续开展石漠化科学治理理论研究和技术攻关，实现石漠化治理提质增效；三是积极推广石漠化生态保护修复先进技术和成功案例，服务南方岩溶区乡村振兴和生态文明建设。

　　（作者汤庆佳、刘绍华，系中国地质调查局岩溶地质研究所石漠化生态修复研究团队成员）

　　文字编辑：赵玲玲

　　新媒体编辑：赵志坤