安如意，王 輝，李晟洲，田鵬飛，吳 浩，劉祥宏

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，濟(jì)南 250109；2.濟(jì)南市鋼城區(qū)國(guó)土空間綜合服務(wù)中心，濟(jì)南 271104；3.煤炭科學(xué)研究總院有限公司，北京 100013；4.中煤科工集團(tuán)北京土地整治與生態(tài)修復(fù)科技研究院有限公司，北京 100013)

我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)也是消費(fèi)大國(guó)，長(zhǎng)期高強(qiáng)度、大規(guī)模的鐵礦資源開發(fā)促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，但同時(shí)也帶來了土地資源流失、地表景觀破壞、“三廢”污染物等嚴(yán)重生態(tài)問題。鐵尾礦是我國(guó)主要的尾礦類型，2018年我國(guó)鐵尾礦產(chǎn)生量約4.76億t(占尾礦總產(chǎn)生量的39.31%)[1]。在國(guó)家廢棄資源綜合利用政策引導(dǎo)下，鐵尾礦已在水泥、混凝土、筑路材料、建筑用磚等建材領(lǐng)域[1-3]以及改良酸性土[4]、治理鹽堿地[3]、制備植被混凝土基質(zhì)[5-6]等生態(tài)材料方面得到了廣泛的應(yīng)用研究，但實(shí)際利用率仍較低(有研究認(rèn)為約17%[7-8])。鐵尾礦堆存形成的鐵尾礦庫(kù)不僅占用土地資源，直接裸露堆置還會(huì)在大風(fēng)天氣形成揚(yáng)塵、在降雨環(huán)境產(chǎn)生水土流失，且這些風(fēng)蝕水蝕過程會(huì)造成尾礦中重金屬污染物，向周邊及下游的水、土壤、大氣等環(huán)境進(jìn)一步擴(kuò)散，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全。按照國(guó)家土地復(fù)墾、綠色礦山等的相關(guān)管理要求，需要對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行復(fù)墾、復(fù)綠治理[9]，但實(shí)際上我國(guó)廢棄土地的復(fù)墾治理率仍很低[10]；多年來科技工作者已從尾礦基質(zhì)改良、適生植被篩選、綠化植被建植等多個(gè)方面，針對(duì)鐵尾礦的生態(tài)修復(fù)開展了研究工作，但鐵尾礦庫(kù)存在的土體結(jié)構(gòu)差、植物所需營(yíng)養(yǎng)匱乏等不利因素[11-12]，會(huì)造成植被恢復(fù)極為困難，現(xiàn)有技術(shù)仍存在治理成本高、見效慢、長(zhǎng)期效果不穩(wěn)定等問題。

2020年我國(guó)提出碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，在此背景下鋼鐵行業(yè)進(jìn)行了相關(guān)探討研究[13-14]，但針對(duì)鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)的碳匯效應(yīng)方面的研究較少，探索不夠。礦業(yè)廢棄地的生態(tài)治理與生態(tài)系統(tǒng)碳匯緊密相關(guān)，生態(tài)修復(fù)帶來的生態(tài)系統(tǒng)碳匯對(duì)碳中和具有重要作用和積極意義[15-16]，在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，經(jīng)濟(jì)、高效、可持續(xù)以及有利于碳匯積累增長(zhǎng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，將是未來鐵尾礦庫(kù)技術(shù)研發(fā)與工程建設(shè)的重要方向。

1 鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

采用自然恢復(fù)或人工恢復(fù)法方式，建立穩(wěn)定的植物群落是礦山治理根本途徑和礦區(qū)生態(tài)重建的前提與核心[17-20]。鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)中的植被選擇、配置模式、土壤改良方法是重要的技術(shù)內(nèi)容；同時(shí)由于鐵尾礦的污染風(fēng)險(xiǎn)問題，針對(duì)性的污染防控與修復(fù)也得到了研究。

1.1 鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)植物選擇

植被種類的選擇對(duì)鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)修復(fù)具有重大影響，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)的先鋒物種一般為豆科、菊科、禾本科植物[12]，其中豆科植物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮元素含量的改善能力較強(qiáng)[12，21]，而紫穗槐[22]、刺槐[23]被認(rèn)為是鐵尾礦庫(kù)造林的適宜樹種[21，24]，且在人工覆土和密植的情況下短期內(nèi)可取得良好的植被恢復(fù)效果[21]；黃金東等[25]研究顯示種植多年生草本植物沙障是改善栽種生境的良好措施，檸條、紫花苜蓿和沙打旺是鐵尾礦庫(kù)植被重建良好的先鋒樹種；其他的適生豆科植物包括楊柴[26]、苦參[27]等。崔照豪[28]通過盆栽模擬的方法，篩選出地膚、波斯菊、紫羊茅三種對(duì)尾礦具有較好的適應(yīng)性且對(duì)重金屬具有良好耐受性的優(yōu)勢(shì)植物。張俊英等[26]在鐵尾礦現(xiàn)場(chǎng)開展的小區(qū)試驗(yàn)顯示，沙棗可以提升鐵尾礦養(yǎng)分及微生物數(shù)量，更適于作為鐵尾礦上生態(tài)重建植物。沙棘作為一種耐性經(jīng)濟(jì)植物也被認(rèn)為是鐵尾礦的生態(tài)治理的良好先鋒樹種[21，25，29]。其他可用的生態(tài)修復(fù)植物還包括火炬樹[30]、沙地柏[31]、油松[32]、樟子松[32]、板藍(lán)[27]等。

1.2 鐵尾礦庫(kù)植被種植模式

植物的種植模式會(huì)對(duì)鐵尾礦的生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生影響，不同植物的配植可起到增加植物生物量、加快鐵尾礦庫(kù)修復(fù)進(jìn)度等作用[33]。如馬云波等[34]對(duì)比研究了未造林尾礦地、紫穗槐純林、沙棘純林以及沙棘-紫穗槐-桑樹人工混交林下土壤的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)，結(jié)果顯示營(yíng)造混交林模式對(duì)尾礦土壤的改良效果最佳；王巖等[35，36]通過比較不同植被恢復(fù)模式對(duì)鐵尾礦物種多樣性及土壤理化性質(zhì)的影響、評(píng)價(jià)鐵尾礦土壤的改良效益分析，認(rèn)為沙棘-桑樹人工混交林可有效改良鐵尾礦土壤的理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量；杜建云等[37]通過分析鐵尾礦區(qū)沙棘-桑樹人工混交林的養(yǎng)分分配狀況，也認(rèn)為沙棘-桑樹混交林是生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的混交模式。黃秋嫻等[31]認(rèn)為采用沙地柏或油松與紫穗槐混交的模式能較好地對(duì)鐵尾礦各個(gè)層深的土壤物理性質(zhì)和有機(jī)質(zhì)進(jìn)行綜合改良。閆升等[38]建議采用板栗+核桃混交林模式修復(fù)尾礦廢棄地，同時(shí)選擇豆科落葉灌木在林下栽植并適時(shí)適量施用磷肥，以加快恢復(fù)有機(jī)質(zhì)與速效磷。栽種灌木-牧草叢被認(rèn)為是抵御鐵尾礦庫(kù)極端生境的較佳模式[25]。李霖[39]研究顯示灌、草混合群叢模式的恢復(fù)效果要優(yōu)于純草本群叢模式，并且采用豆科(檸條、紫花苜蓿)和禾本科(披堿草、沙生冰草、白羊草等)植物配置模式的作用明顯，其中檸條-披堿草模式的植被-土壤系統(tǒng)協(xié)調(diào)狀態(tài)最佳。

1.3 鐵尾礦庫(kù)土壤改良

高杰[40]研究發(fā)現(xiàn)在不改良原有土質(zhì)性狀的情況下，通過對(duì)地形的簡(jiǎn)單改造和科學(xué)的種植技術(shù)可快速實(shí)現(xiàn)鐵礦尾礦庫(kù)的植被恢復(fù)，這體現(xiàn)了地形地貌處理技術(shù)對(duì)礦區(qū)植被恢復(fù)的重要作用。但礦區(qū)土壤基質(zhì)改良、重構(gòu)是進(jìn)行植被恢復(fù)的重要準(zhǔn)備工作，是礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建的核心內(nèi)容[41-42]。

有機(jī)物料施用是鐵尾礦庫(kù)土壤改良的主要技術(shù)方法，有機(jī)肥對(duì)鐵尾礦基質(zhì)的理化性質(zhì)、全效養(yǎng)分含量和速效養(yǎng)分含量都有顯著的改善作用[32]，孫羽豐等[43]研究認(rèn)為施用有機(jī)肥對(duì)增加尾礦基質(zhì)速效養(yǎng)分的影響最大。宗傳嬌[44]研究了稻殼、生物炭、有機(jī)肥、熟土4種改良劑在單一應(yīng)用及復(fù)合應(yīng)用下的鐵尾礦改良效果，結(jié)果顯示稻殼、生物炭、有機(jī)肥對(duì)尾礦基質(zhì)的容重、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、酸堿度、含水率等的影響不同，同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)練?、生物炭、有機(jī)肥、熟土比例為3∶1∶1∶10時(shí)改良效果最佳。于海波等[45]研究顯示在鐵尾礦砂中添加3%秸稈和50%山皮土可使紫穗槐幼苗生長(zhǎng)狀況良好，可作為復(fù)墾配方改良鐵尾礦庫(kù)。呂春娟等[46]的研究顯示PAM的合理使用能夠有效改善尾礦砂的物理性狀和水分運(yùn)移，為無土區(qū)的植被恢復(fù)創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)條件。張俊英等[47]的研究也認(rèn)為保水劑可有效提高鐵尾礦的含水率和總孔隙度，降低鐵尾礦容重。李想等[48]的研究發(fā)現(xiàn)，雖然有機(jī)肥對(duì)尾礦理化性質(zhì)的改良作用優(yōu)于保水劑，保水劑與有機(jī)肥二者配合施加優(yōu)于保水劑或有機(jī)肥單獨(dú)添加的改良效果。

包括微生物在內(nèi)的生物修復(fù)措施在鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)中也得到了廣泛研究。劉惠欣等[49-50]通過模擬生物學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)叢枝菌根真菌接種能夠促進(jìn)大豆在鐵尾礦中的生長(zhǎng)，提高大豆對(duì)尾礦中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，對(duì)尾礦生態(tài)復(fù)墾起到積極作用。接種真菌的紫花苜?？稍鰪?qiáng)根際土壤酸性磷酸酶的活性，提高紫花苜蓿對(duì)基質(zhì)中磷元素的吸收能力，進(jìn)而增加紫花苜蓿生物量、提高鐵尾礦庫(kù)的改善效果[51]，其中王俊娟等[52]的研究表明5%有機(jī)肥水平條件下種植接種17 676菌株的紫花苜蓿對(duì)鐵尾礦砂基質(zhì)的改良效果顯著；許永利等[53]發(fā)現(xiàn)鐵尾礦中接種幼套球囊霉可顯著提高紫花苜蓿根系的生長(zhǎng)、改善根際微生物區(qū)系、增加尾礦中磷素的釋放，同時(shí)以質(zhì)量比2.5%添加下的效果最好。徐連滿等[54]的研究認(rèn)為，藻類結(jié)皮可以固定尾礦砂，提高尾礦基質(zhì)肥力，有利于鐵尾礦廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，其中海藻酸鈉和EM(有效微生物)原液對(duì)藻類生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。除微生物外，許永利等[55]研究顯示蚯蚓可明顯促進(jìn)鐵尾礦中高粱和紫花苜蓿的生長(zhǎng)，增加鐵尾礦中植物根際微生物數(shù)量，利于鐵尾礦中植被的恢復(fù)；而張燁等[56]研究認(rèn)為10%蚯蚓糞最適用于鐵尾礦植被恢復(fù)。

客土覆蓋及摻加土壤在鐵尾礦庫(kù)土壤改良具有顯著作用。王安寧等[57]針對(duì)覆土1～1.5 m尾礦庫(kù)的土壤質(zhì)量進(jìn)行研究，結(jié)果顯示土地復(fù)墾可改善鐵尾礦廢棄地土壤質(zhì)量，且復(fù)墾恢復(fù)7年后土壤質(zhì)量恢復(fù)迅速；實(shí)際上1～1.5 m的覆土厚度，需要的土方量較大，從區(qū)域生態(tài)、綜合能耗等角度出發(fā)不具有廣泛推廣意義。楊振意等[58]研究發(fā)現(xiàn)覆蓋20%污泥、20%生活垃圾及60%棕紅壤組成的混合基質(zhì)能夠提高鐵尾礦的養(yǎng)分含量，促進(jìn)刺槐的定居、改善土壤性質(zhì)及促進(jìn)鐵尾礦的生態(tài)恢復(fù)；黃金東等[25]研究顯示分層堆肥是改善鐵尾礦種植基質(zhì)的有效措施。付文昊等[59]針對(duì)40～50 cm厚的客土覆蓋模式以及客土與尾礦以1∶1的比例混合(厚70～80 cm)的半客土模式進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果顯示半客土模式下的物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和土壤有機(jī)質(zhì)含量均較高，并認(rèn)為客土與鐵尾礦混合的半客土是值得推廣的改良模式；張寶娟等[32]研究顯示摻土處理對(duì)提高堿解氮、速效鉀含量作用明顯，摻土結(jié)合施加無機(jī)肥可促進(jìn)油松、樟子松生長(zhǎng)；宗傳嬌[44]研究顯示熟土摻加對(duì)尾礦基質(zhì)的容重、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、酸堿度、含水率等指標(biāo)均有較好改良效果，但其存在用量較多的弊端。鐵尾礦庫(kù)存在因高度壓實(shí)而嚴(yán)重抑制水分入滲、降低持水能力等問題，為此針對(duì)壓實(shí)鐵尾礦庫(kù)的復(fù)墾修復(fù)中應(yīng)以疏松尾礦基質(zhì)改善結(jié)構(gòu)特性為主[60]，而在尾礦砂中添加土壤或者類似土壤結(jié)構(gòu)基質(zhì)可改善其不良的持水性和導(dǎo)水性，促進(jìn)鐵尾礦庫(kù)生態(tài)恢復(fù)[61]。

1.4 鐵尾礦庫(kù)土壤污染修復(fù)

鐵尾礦的重金屬污染問題不容忽視，也是開展生態(tài)修復(fù)、土地復(fù)墾需要關(guān)注的一項(xiàng)重要內(nèi)容[62-63]。馬亞夢(mèng)等[64]的研究顯示尾礦庫(kù)附近土壤中Cd、Pb含量均超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及背景值，Ni和As含量超過了毗鄰區(qū)土壤背景值，尾礦庫(kù)附近土壤中Cr、Cu含量均相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境影響較??；而宋鳳敏等[65]對(duì)鐵尾礦庫(kù)5種金屬的分析研究顯示，Mn和Cu對(duì)環(huán)境當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響最大。針對(duì)鐵尾礦庫(kù)的土壤污染修復(fù)技術(shù)研究顯示，城市污泥可作為尾礦砂土壤改良劑，改良后土壤質(zhì)量達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(但需降低污泥重金屬的有效性)[66]；白茅對(duì)Cu、Mn、Zn、Ni和Cd 5種金屬的富集能力不強(qiáng)，但可在貧瘠的鐵尾礦砂中生長(zhǎng)并能改變尾砂的土壤理化性質(zhì)，尤其是Mn、Ni和Cd含量較高的礦區(qū)[67]；種植對(duì)不同重金屬元素的富集具有互補(bǔ)性的沙棘-桑樹混交林，是一種較優(yōu)的治理鐵尾礦區(qū)土壤重金屬污染的模式[68]；植物-微生物聯(lián)合技術(shù)相較于單一植物修復(fù)技術(shù)，能夠更加高效地改善尾礦的理化性質(zhì)、更加高效地修復(fù)尾礦中的重金屬污染[28]。

2 雙碳背景下的鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)技術(shù)導(dǎo)向

對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)差、養(yǎng)分不足的鐵尾礦而言，在有限土壤基質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)碳匯量的提升具有一定挑戰(zhàn)。通過科學(xué)的礦山生態(tài)修復(fù)可較大程度改善土壤質(zhì)地、增加植被覆蓋率，提高減排增匯水平[69，70]。在尾礦地進(jìn)行植被恢復(fù)可改善土壤特性，隨著復(fù)墾治理年限的增長(zhǎng)，鐵尾礦庫(kù)的土壤質(zhì)量將進(jìn)一步得到改善[57]，并且其上的植被種類也會(huì)逐漸增多[71]，這有助于生態(tài)修復(fù)工程生態(tài)碳匯效能的進(jìn)一步顯現(xiàn)。以往針對(duì)礦區(qū)廢棄地已有煤礦區(qū)等的碳中和技術(shù)策略研究，提出生態(tài)修復(fù)技術(shù)側(cè)重本身低碳化和生態(tài)碳匯量的提升[16]，這也將成為鐵尾礦庫(kù)未來生態(tài)修復(fù)工作的引導(dǎo)方向。結(jié)合鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)問題以及已有的生態(tài)修復(fù)研究成果，其在提升碳匯量、碳匯效應(yīng)方面可實(shí)施的策略主要包括：

2.1 增加土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量

土壤有機(jī)碳是主要的生態(tài)系統(tǒng)碳匯之一，直接的土壤碳施用將有效提升鐵尾礦區(qū)域的碳儲(chǔ)量，特別是針對(duì)鐵尾礦這種土壤有機(jī)碳本底值很低的情況，富碳肥料的施用將起到更加明顯的土壤碳庫(kù)總量提升效應(yīng)，同時(shí)增加富碳肥料施用，也是鐵尾礦庫(kù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)植被良好生長(zhǎng)、植被生物量提升的重要措施，可進(jìn)一步提升生態(tài)系統(tǒng)的碳匯量。雙碳背景下可以施用富碳肥料包括有機(jī)肥、綠肥以及生物炭等。

2.2 促進(jìn)植被碳庫(kù)增長(zhǎng)

植被地上、地下生物量以及枯落物、枯死木均是可計(jì)量的碳匯。這些碳匯指標(biāo)與植物的生物量直接相關(guān)，如何提高區(qū)域內(nèi)的植被生物量成為提升碳匯效能的重要方向。不同植被在鐵尾礦庫(kù)上具有不同的生長(zhǎng)表現(xiàn)，如張寶娟等[32]研究顯示在相同的處理情況下，油松比樟子松的生長(zhǎng)要好，更適合作為鐵尾礦廢棄地修復(fù)樹種；陳穎等[30]研究顯示火炬樹對(duì)鐵尾礦廢棄地具有土壤基質(zhì)改良及水土保持功能。黃秋嫻等[31]研究顯示沙地柏對(duì)田間持水量、毛管持水量和飽和含水量的改善作用明顯，且優(yōu)于火炬樹。李曉瑩等[22]研究認(rèn)為紫穗槐林對(duì)鐵尾礦基質(zhì)理化性質(zhì)和土壤動(dòng)物綜合改良效果最好，其次是沙地柏林；黃秋嫻等[23]通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)全砂和半土半砂鐵尾礦基質(zhì)下刺槐生物量遠(yuǎn)大于紫穗槐生物量，為此可優(yōu)先選擇刺槐作為栽植樹種。在已有研究中優(yōu)選當(dāng)?shù)罔F尾礦庫(kù)的適生且生物量大的植被種類，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)碳匯效應(yīng)的重要前提手段。同時(shí)可采取菌根施用、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑施用以及蚯蚓應(yīng)用等方式，進(jìn)一步促進(jìn)鐵尾礦庫(kù)上的植物生長(zhǎng)，增加地上地下生物量；在鐵尾礦區(qū)水分生態(tài)承載力等條件考量下，盡量建立喬灌草的混合植物群落結(jié)構(gòu)，以增加總體生物量并提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 防控區(qū)域碳匯損失

尾礦砂的不良結(jié)構(gòu)和嚴(yán)重壓實(shí)，水土流失嚴(yán)重[61，72]，鐵尾礦水土流失的發(fā)生不僅威脅復(fù)綠植物的生長(zhǎng)[73]，也會(huì)對(duì)土壤碳匯特別是表層土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量帶來不利影響?？刂扑亮魇?duì)于維持鐵尾礦的生態(tài)系統(tǒng)碳匯具有重要意義。在生態(tài)碳匯理念下應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)尾礦庫(kù)的水土流失防控，注重通過地形整理等方式，減少鐵尾礦區(qū)域內(nèi)表層改良土壤基質(zhì)的流失損失。呂春娟等[73]的研究顯示對(duì)于土源缺乏的鐵尾礦砂復(fù)墾區(qū)，同時(shí)添加菌糠和土壤可以有效減少土壤侵蝕，利于植被修復(fù)。

鐵尾礦的污染問題不僅影響區(qū)域內(nèi)植被生長(zhǎng)、存在通過食物鏈威脅人類問題，還會(huì)通過侵蝕遷移造成污染面積擴(kuò)大，進(jìn)而增大治理機(jī)械、材料等碳成本投入。為此，需要在生態(tài)修復(fù)和提升土壤、植被碳匯的過程中，強(qiáng)化鐵尾礦庫(kù)的污染修復(fù)治理。其中，可采取施用生物炭、活性炭等含碳吸附材料，在尾礦庫(kù)增匯的同時(shí)控制污染，實(shí)現(xiàn)源頭污染外溢防控。

2.4 加強(qiáng)自然修復(fù)理念的合理應(yīng)用

當(dāng)前生態(tài)修復(fù)治理倡導(dǎo)自然修復(fù)的治理模式，碳中和背景下具有低碳投入特征的生態(tài)自修復(fù)、引導(dǎo)型修復(fù)模式具有一定的優(yōu)勢(shì)[69-70]。自然恢復(fù)和人工造林雖然均能增加土壤微生物數(shù)量、提高土壤酶活性、改善土壤生物學(xué)性質(zhì)[34，74-75]，但人工造林模式的改良效果往往優(yōu)于自然恢復(fù)模式[74-75]；且非經(jīng)人工整治、單靠自然力量往往難以實(shí)現(xiàn)廢棄地的高效生態(tài)恢復(fù)[10]，這將使得自然修復(fù)模式下鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)碳匯效應(yīng)受到極大限制。在此情況下，需評(píng)估自然修復(fù)與人工生態(tài)治理的碳投入與產(chǎn)出，進(jìn)而從碳匯角度界定自然修復(fù)的適用條件、適用尺度等，探索形成以人工促進(jìn)自然修復(fù)模式為主導(dǎo)的鐵尾礦庫(kù)生態(tài)碳匯提升方略。

3 碳匯交易視角下的鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)方向

碳匯交易是推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)碳匯工作的重要推手，將在碳中和碳達(dá)峰戰(zhàn)略下逐步發(fā)展和完善。按照國(guó)內(nèi)外以往碳交易模式，生態(tài)系統(tǒng)碳匯需要經(jīng)歷“按照特定方法學(xué)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)-項(xiàng)目申請(qǐng)-項(xiàng)目審定-碳匯減排量監(jiān)測(cè)-減排量申請(qǐng)-減排量核證”等流程，其中經(jīng)核證的碳匯、減排量才可進(jìn)行碳市場(chǎng)交易。從碳匯交易視角出發(fā)，以鐵尾礦庫(kù)增匯抵消企業(yè)碳排放量或碳交易創(chuàng)收為目標(biāo)，重新審視鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)修復(fù)工作，提出更為具體、可行的生態(tài)修復(fù)技術(shù)路徑，有助于提升鐵尾礦的復(fù)墾、生態(tài)修復(fù)的動(dòng)力與最終生態(tài)碳匯效應(yīng)。在此過程中，需要關(guān)注碳匯方法學(xué)(特別是《小規(guī)模非煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目方法學(xué)》)的相關(guān)內(nèi)容，確保鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)的碳匯建設(shè)工作符合碳匯項(xiàng)目要求及碳匯量監(jiān)測(cè)、計(jì)量要求。

3.1 關(guān)注可計(jì)量的碳匯量種類與范圍

當(dāng)前尚無針對(duì)尾礦庫(kù)的碳匯方法學(xué)頒布，已有備案的相關(guān)碳匯方法學(xué)，將可計(jì)量的碳匯主要分為地上生物量、地下生物量、枯木、枯落物、土壤有機(jī)碳5大類(表1)。但由于碳匯方法學(xué)的一些缺陷和不足，特別是在具體計(jì)量中多采用保守策略計(jì)算碳匯量，這使得生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力往往被低估[76]。如《可持續(xù)草地管理溫室氣體減排計(jì)量與監(jiān)測(cè)方法學(xué)》(AR-CM-004-V01)，提到由于可持續(xù)草地管理導(dǎo)致的禾本科地上生物量增加是暫時(shí)的，地上草本植物碳庫(kù)的變化不包括在可計(jì)量碳庫(kù)內(nèi)，且枯木、枯落物碳庫(kù)量也建議排除[77]；《碳匯造林項(xiàng)目方法學(xué)》(AR-CM-001-V01)[78]和《小規(guī)模非煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目方法學(xué)》(CM-099-V01)[10]，雖然均認(rèn)為造林活動(dòng)可帶來土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的增加，但考慮土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及其變化的監(jiān)測(cè)成本較高、監(jiān)測(cè)結(jié)果的不確定性較大，建議對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的增加量忽略不計(jì)。

表1 現(xiàn)有方法學(xué)碳庫(kù)選擇情況

基于此，鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)中需針對(duì)性的衡量可計(jì)量碳匯種類及相應(yīng)方法。如地上生物量和地下生物量是多數(shù)方法學(xué)均認(rèn)可的主要碳匯計(jì)量類別，需要在生態(tài)修復(fù)中側(cè)重高生物量植被的引入，尤其是喬木的種植；土壤有機(jī)碳方面，可基于自身有機(jī)碳含量過低的實(shí)際，在碳匯項(xiàng)目實(shí)施后在土壤整地、改良中注重增施有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)可計(jì)量土壤碳量的顯著增加，同時(shí)為避免后期5年一次碳匯監(jiān)測(cè)中土壤有機(jī)碳的礦化分解損失，應(yīng)在穩(wěn)定有機(jī)碳材料的施用上有所側(cè)重(如施用生物炭、活性炭材料等)?？菟滥竞涂萋湮镌谔紖R計(jì)量中一般為“不選擇、不考慮”，但凋落物的碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)直接關(guān)系到土壤碳儲(chǔ)庫(kù)[79-80]，且枯落物生物量和碳儲(chǔ)量均隨林齡的增大逐漸增大，從碳匯提升的全局角度出發(fā)，應(yīng)在做好鐵尾礦庫(kù)水土保持等工作過程中，借助植物籬、沙障等措施，減少凋落物的流失，實(shí)現(xiàn)枯落物的就地留存，為其轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)碳庫(kù)提供條件，進(jìn)而提高本地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)量[80]。

另外，現(xiàn)有碳匯方法學(xué)中，可計(jì)量的碳匯量的計(jì)量范圍也存在差異。如多數(shù)碳匯方法學(xué)對(duì)土壤碳匯量的計(jì)量深度界定為1 m，而《可持續(xù)草地管理溫室氣體減排計(jì)量與監(jiān)測(cè)方法學(xué)》(AR-CM-004-V01)將模擬或直接測(cè)量的土壤深度確定為表層30 cm[77]。在土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)方面，《鐵尾礦刺槐林造林技術(shù)規(guī)程》(DB13/T 2611-2017)針對(duì)鐵尾礦造林提出可覆蓋厚度30 cm的客土進(jìn)行改良；《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 651-2013)指出，尾礦庫(kù)恢復(fù)植被的覆土厚度不低于10 cm。為此，應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)鐵尾礦10～30 cm厚度表土開展針對(duì)性的土壤碳庫(kù)提升治理，進(jìn)而確保增碳措施的成本有效性。

3.2 關(guān)注生態(tài)修復(fù)引起的碳排放及其防控

現(xiàn)有碳匯方法學(xué)的碳匯交易中，采用階段性碳匯監(jiān)測(cè)、減排量申請(qǐng)及核證程序，為此，應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域碳匯的全過程管理，增加有效可計(jì)量碳匯量。火災(zāi)造成的CO2、CH4等是主要的碳匯損失源[10，78，81]；生態(tài)恢復(fù)后的管理過程中機(jī)械、肥料等投入會(huì)帶來新的碳成本[77]；而病蟲害、不合理種植造成的植被枯死也會(huì)引起區(qū)域碳匯增量潛力的降低。為降低鐵尾礦庫(kù)的碳排放損失量，進(jìn)一步提升生態(tài)系統(tǒng)的可計(jì)量碳匯量，可采取的措施包括：1)加強(qiáng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控。采用設(shè)置警示牌、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、配套防火設(shè)施等方式，降低鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的火災(zāi)隱患并強(qiáng)化火災(zāi)災(zāi)害的治理能力，杜絕火災(zāi)引起的生態(tài)修復(fù)植被大規(guī)模死亡及植被碳匯釋放。2)加強(qiáng)基質(zhì)處理碳匯成本管理?？屯粮采w作為鐵尾礦庫(kù)的主要土地整治措施需從項(xiàng)目邊界外挖取土壤，這會(huì)造成項(xiàng)目邊界外的碳排放；由于運(yùn)輸客土的量較大，也會(huì)由運(yùn)輸工具使用引起明顯的溫室氣體排放?？紤]這些碳排放因素，需要加大鐵尾礦庫(kù)就地土壤基質(zhì)改良培肥及施用技術(shù)研究減少客土量，并采用就地、就近選擇材料方式，降低生態(tài)修復(fù)相關(guān)材料運(yùn)輸帶來的碳成本。3)減少養(yǎng)護(hù)碳匯成本投入。在鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)實(shí)施中，需嚴(yán)格按照植物生長(zhǎng)規(guī)律、種植技術(shù)要求來進(jìn)行植被建植活動(dòng)，借助鄉(xiāng)土植物品種、適生時(shí)節(jié)種植、適度養(yǎng)護(hù)管理等措施，有效降低因植被成活率和保存率低而帶來的直接碳損耗，以及補(bǔ)植補(bǔ)造施工增加的機(jī)械、材料二次成本投入。

4 結(jié)論與展望

鐵尾礦庫(kù)自身的低土壤有機(jī)碳含量、植被蓋度，使其碳匯儲(chǔ)量提升的潛力很大。當(dāng)前，鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究取得一定進(jìn)展，但已有研究對(duì)碳組分、碳匯效應(yīng)等的關(guān)注不夠，相關(guān)技術(shù)難于滿足雙碳戰(zhàn)略下生態(tài)修復(fù)技術(shù)需求。建議未來應(yīng)在雙碳戰(zhàn)略要求及碳匯交易規(guī)則下，從以下幾方面開展深入研究工作，推進(jìn)鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)及價(jià)值提升。

1)從技術(shù)方法角度出發(fā)，探討鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)與生態(tài)碳匯量提升的協(xié)同策略，包括融合土壤改良、水土保持、污染修復(fù)、植物應(yīng)用、群落結(jié)構(gòu)等多種技術(shù)要素，囊括地上地下生物量、土壤有機(jī)碳、枯落物與枯死木等主要碳匯類型。

2)從碳匯交易管理視角出發(fā)，在綜合考慮生態(tài)修復(fù)治理碳成本、碳泄露問題基礎(chǔ)上，建立鐵尾礦庫(kù)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)評(píng)估模式，確定最經(jīng)濟(jì)有效的生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案。

3)基于鐵尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)工作實(shí)際，并結(jié)合既有方法學(xué)的相關(guān)要求，開發(fā)針對(duì)鐵尾礦庫(kù)的專項(xiàng)碳匯方法學(xué)，其中要提出鐵尾礦庫(kù)范圍內(nèi)的碳匯全面計(jì)量、監(jiān)測(cè)方法，給出存在污染問題礦區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升路徑等。