陈浮教授:“一带一路”共建国家矿区生态修复碳汇潜力评估

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作者：微信文章

创新点
（1）构建基于Google Earth Engine（GEE）云平台、全球环境科学数据库和机器学习模型方法评估“一带一路”共建国家采矿对净生态系统生产力（NEP）的影响。

（2）发现“一带一路”共建国家53.1%的矿区表现为NEP净减少，总减少量达 2 262.5 Gg/a。共建国家矿区NEP 修复潜力为 10.8 g/(m2·a)，但不同区域矿区 NEP 修复潜力差异显著。

（3）揭示土壤有机碳、年降水量和总初级生产力是NEP恢复的最重要驱动因子，但不同区域差异极大，亟需采取差异化生态修复策略和适应性管理模式。


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“一带一路”共建国家矿区生态修复碳汇潜力评估
作者：陈浮1, 夏依1, 邹铭1, 巩人杰2, 骆占斌1单位：1. 河海大学 公共管理学院; 2. 中国矿业大学 矿山生态修复教育部工程研究中心研究背景 RESEARCH  BACKGROUND
“一带一路”倡议为参与该倡议的共建国家构筑了一个互利共赢的重要合作平台，该平台不仅增强了国家间的沟通与协作，还为全球经济互联互通、资源优化配置及绿色发展注入了强劲动力。参与“一带一路”共建的国家在诸多领域具备高度互补性，对推动全球经济繁荣和社会发展意义重大，尤其是在能源资源等领域合作的前景广阔。不断增长的国际贸易会促进“一带一路”共建国家加速矿产资源的开发，但大规模矿产资源的开采、运输、加工和利用不仅会损毁农田、导致地表形变，还会影响植被生长、加剧水土流失，从而破坏生态平衡，造成生物多样性锐减。当前，一些“一带一路”共建国家的环境规制尚不健全，矿产开发造成的环境影响及其生态修复潜力的大小等问题尚不清晰，亟待科学、及时地评估矿产开发造成的生态影响及修复潜力。

矿产开发对生态系统的影响具有复杂性，既包含采矿活动对植被、土壤的破坏，也包含其他人为或自然干扰，如矿区土地利用变化、废弃物外溢及景观退化等。这些影响通常会随时间的推移持续放大，最终导致矿区生态系统濒临崩溃。目前，采矿活动对生态系统影响的研究分微观尺度和宏观尺度2个方面，其中微观尺度研究一般为实地采样分析。例如：毕银丽等利用野外调查研究发现，煤炭开采会在一定范围内对土壤养分产生较大影响，采矿活动显著降低了矿区周边植物的多样性、群落相似性及土壤养分，使得矿区周边土壤具有明显的退化趋势。王金满等研究发现采矿活动造成的土壤压实问题不仅降低了土壤孔隙间的连接度和持水保肥能力，加剧水土流失风险，还对植被生长造成了不可逆的损害，从而诱发矿区生态失衡。王双明等研究发现，采动裂缝会造成覆岩破坏与地表损坏，降低土壤黏粒和有机质含量，加大周边土壤可蚀性，土壤理化改变会干扰土壤微生物群落多样性与功能稳定性。此外，采煤沉陷导致的大量裂缝会造成植物根系拉伤，加剧了土壤水分的蒸发，从而影响矿区小气候，削弱生态系统的稳定性。宏观尺度研究多采用遥感或干涉合成孔径雷达技术监测地表形变或生态参数变化。例如，LATIFOVIC等利用Landsat和AVHRR卫星数据量化矿区土地覆被的变化情况，发现矿区植被退化严重，并随着地表温度的变化呈持续升高趋势。SONTER等统计了全球62 381个采矿区，发现采矿活动大约影响着地球表面5 000万km2的土地，一些矿区与自然保护区、生物多样性敏感区及荒野区重叠，凸显采矿活动对生态系统的威胁具有全球性与普遍性。采矿活动通常会对生态系统的健康产生长期的负面影响，这些损害不只局限于矿点，还会沿着生态走廊，呈线性、面状及网络发展趋势，形成更为严重的局域性甚至全域性生态问题。研究表明，全球11.5%的陆地面积受到采矿活动的影响，全球71.0%的直接森林砍伐与煤炭和黄金开采有关。联合国“生态系统恢复10 a”行动计划将矿山生态恢复与修复列为重要领域，通过科学的种植植被、土壤管理及针对性生态恢复措施，减缓生态退化问题，并显著提升退化矿区的生态功能。从现有研究来看，受损矿区生态系统研究多聚集于修复技术及小尺度生态损害监测与评价，而对大尺度矿区生态损害缺乏监测，有关修复潜力评估研究则更少。“一带一路”共建国家多为新兴经济体和发展中国家，一些矿业企业对环境、社会和公司治理(Environmental, Social and Governance，ESG)缺少科学理念和评价标准，对生态系统、生物多样性保护等造成负面影响，也为全球气候变化与温室气体减排等带来巨大压力。因此，科学评估“一带一路”共建国家采矿活动的生态影响及修复潜力，对提升矿区生态功能、维护全球生态安全及联合国可持续发展目标的实现具有重要意义。

“一带一路”共建国家覆盖全球，气候与生态类型多样，一些区域生态环境非常脆弱，采矿损害的空间异质性极大，已成为共建国家可持续发展目标实现的硬约束。此外，“一带一路”共建国家的经济发展水平、矿山开采技术及生态修复能力等差异显著，也进一步加剧了生态修复的复杂性。鉴于此，“一带一路”绿色发展国际联盟倡议构建全球绿色治理体系，倡导低碳发展模式，推动共建国家实现绿色可持续发展目标，并积极应对全球气候与生态挑战。为实现上述目标，共建国家必须加强矿区生态监测和修复，以应对全球气候变化状况下受损矿山生态系统带来的不确定性挑战。鉴于此，文中利用多源遥感数据监测评估“一带一路”共建国家2000—2020年主要矿区净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity，NEP)及其变化，采用随机森林(Random Forest，RF)模型预测生态修复碳汇潜力，为“一带一路”共建国家开展矿区生态修复、挖掘碳汇潜力效益、加强生态环保合作及提升全球生态修复话语权提供宏观决策指导。
摘要ABSTRACT
“一带一路”的共建促进了国家间的产业发展与经济互补，扩大了能源资源需求。然而，能源资源开发通常会引发生态退化、景观破碎和水体污染等诸多问题，威胁全球生态安全，促使气候恶化。目前，有关“一带一路”共建国家矿区生态变化及修复潜力的研究相对较少。为此，基于Google Earth Engine(GEE)云平台和全球环境科学数据库估算“一带一路”共建国家矿区净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity，NEP)变化，并采用随机森林(RF)模型评估生态修复固碳增汇潜力。结果表明：2000—2020年“一带一路”共建国家采矿区NEP总量呈显著的阶段性波动下降趋势，以碳当量计(下同)净减少量为282.1 Gg/a，降幅高达30.6%；“一带一路”共建国家53.1%的矿区表现为NEP净减少，总减少量达2262.5Gg/a，减少量为151.2 g/(m2·a)，逐年攀升的NEP减少量反映采矿活动对共建国家生态的负面影响持续加深；“一带一路”共建国家矿区具有一定的碳汇修复潜力，NEP修复潜力为10.8 g/(m2·a)，最大修复潜力可达269.7 g/(m2·a)，但不同区域矿区NEP修复潜力差异显著，南美洲共建国家的NEP修复潜力最大，高达16.1 g/(m2·a)，欧洲共建国家NEP修复潜力最低，仅为7.9 g/(m2·a)；土壤有机碳、年降水量和总初级生产力是NEP恢复的最重要驱动因子，不同区域自然条件差异极大，亟需采取差异化生态修复策略和适应性管理模式。本研究厘清了“一带一路”共建国家矿区生态变化及修复潜力，为应对全球气候变化和受损矿区生态修复、规划决策提供了科学依据。

部分图表


图1 “一带一路”共建国家及主要矿区位置



图2 单位面积NEP变化量计算



图3 技术路线



图4 2000—2020年“一带一路”共建国家矿区NEP总量



图5 2000—2020年“一带一路”共建国家矿区NEP减少与增加变化空间分布



图6 2000—2020年“一带一路”共建国家矿区NEP变化



图7 “一带一路”共建国家矿区NEP修复潜力预测空间分布



图8 不同地区“一带一路”共建国家NEP修复潜力



图9 不同驱动因子与NEP修复潜力之间相关关系



图10 “一带一路”共建设国家矿区生态恢复多情景策略

作者简介



陈浮，男，1974年12月生，江苏射阳人，河海大学教授、博士生导师，主要从事国土空间生态修复与碳中和教学与科学研究工作。主持科技部重大专项课题、国家科技支撑计划项目课题、国家社科重大项目子课题、国家自然科学基金面上项目等30余项。在Science、Engineering、《煤炭学报》《土壤学报》等主流期刊上发表学术论文250余篇，授权发明专利20余项，获省部级科研奖励3项，入选全球前2%顶尖科学家榜单，担任《化工矿物与加工》主任编委、中国能源学会碳中和专委会副主任委员、中国煤炭学会土地复垦与生态修复专委会委员等职务。

研究方向

国土空间生态修复与碳中和

主要成果

致力于受损矿区生态环境修复、煤炭行业碳中和的理论与技术研究，取得多项创新性成果。揭示了黄土高原矿区开采沉陷、损伤与土壤-植被恢复之间的关系，形成了矿区土壤污染电化学-植被-微生物共修复技术体系；提出了煤炭行业兼顾节能减排与开源增汇的双重策略，制定符合国情的分三步走煤炭行业“碳中和”发展路线图；取得多项CCS-EOR监测与评价专利，提出新的监测方法体系，建立了首个CO2泄漏大田模拟实验平台系统，取得创新性成果，为CCS驱替开采高效、安全生产提供了有力的技术保障。

来源：

陈浮，夏依，邹铭，等. “一带一路”共建国家矿区生态修复碳汇潜力评估[J]. 煤炭学报，2025，50(6)：2789−2801.
CHEN Fu，XIA Yi，ZOU Ming，et al. Assessment of carbon sequestration potential for ecological restoration of mining areas in the Belt and Road Countries[J]. Journal of China Coal Society，2025，50(6)：2789−2801.

策划丨郭晓炜

责编丨钱小静

编辑丨李莎

审核丨郭晓炜

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