砒砂岩区生态治理－生态衍生产业协同发展关键技术与模式

姚文艺 王文彪 申震洲 姚京威 杨才千

摘 要：探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径，是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此，以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象，基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法，提出了生态治理－生态衍生产业协同发展的基本原理和应遵循的原则，探索了生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与模式，并开展了示范应用。１） 生态治理－生态衍生产业协同发展的原理是行为互驱动、效应互补偿，应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”；２）鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区生态环境有明显差异，分别构建了小流域生态治理－生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和模式，以坡顶、坡面和沟道为水土保持措施配置的３ 个地貌单元，选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的作物进行生物措施配置，配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理；３） 研发了物理－化学－生物综合改良砒砂岩土壤、砒砂岩复配风沙土＋生物改良提质、灌草优化平茬及饲料加工、煤矸石改性资源化利用、高陡边坡抗蚀＋控渗＋植生固稳、生态果园建植等关键技术；４）基于砒砂岩覆沙区“土壤改良固沙＋”（如土壤改良固沙＋经济林种植、土壤改良固沙＋梭梭草套种甘草等）生态治理模式的实践与示范，探索实施了“政府支持，科技支撑，企业产业化＋公益性投资，农牧民市场化参与” 的多元投资、多方参与、共同受益运行机制与模式。通过灌草平茬饲料加工、土壤改良、经济作物种植等产业化中试，以及矿区回填区生态恢复、小流域生态治理－生态衍生产业协同发展示范性实践，表明脆弱生态区治理中发展生态衍生产业具有广阔的前景。

关键词：水土保持；生态治理；衍生产业；生态经济；协同发展；砒砂岩区；黄河流域

中图分类号：Ｓ１５７．２；ＴＶ８８２．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０５．００１

引用格式：姚文艺，王文彪，申震洲，等．砒砂岩区生态治理－生态衍生产业协同发展关键技术与模式［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（５）：１－１０．

０ 引言

生态保护和高质量发展是黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略（简称黄河重大国家战略）的核心要义。如何在水土保持生态治理中提升生态系统生产服务功能、协调生态保护与经济发展的关系，已成为新时期黄河流域高质量发展亟待探索的重要课题，同时也日益成为人类世地球系统可持续发展的科学研究前沿［１］ 。

生态系统为人类生存和发展提供了环境条件和自然资源，对经济社会可持续发展具有重大影响［２］ 。关于生态治理与经济社会发展的关系，Ｍｅｋｅｎｚｉｅ 在２０ 世纪２０ 年代中期就将人类群落和社会行为引入植物和动物生态学研究中［３］ ，肯尼斯·鲍尔丁在１９６６ 年提出“生态经济学”概念并阐述了人口增长、环境污染、消费品分配及资源开发利用之间的关系［４］ ，之后有不少学者发布了研究成果，如Ｇｒｏｓｓｍａｎ 等［５］ 提出了生态环境与经济发展耦合关系符合环境库兹涅茨曲线（Ｅｎｖｉ?ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｋｕｚｎｅｔｓ Ｃｕｒｖｅ，ＥＫＣ）的假说，Ｈｉｍａｙａｔｕｌｌａｈ［６］认为生态脆弱区环境破坏对贫困区的危害指数是最高的，Ｄａｎｃｅａ 等［７］ 认为只有结构／ 组成完整、功能健全和可持续性的优良生态系统才能与经济发展相协同，方世南等［８］ 认为生态治理措施配置应优化其类型结构、服务功能和空间布局以达到生态修复与拉动生态衍生产业发展之目的。进入新世纪，随着社会发展和环境恶化问题凸显，全球变暖、环境污染、资源枯竭、生物多样性受损等成为人类世时期的严峻挑战［９］ ，可持续发展成为协调生态环境保护与经济发展之间矛盾的重大课题［１０］ 。

生态健康维持与经济发展的矛盾以矿山开采区最为突出，国外学者较早注意到了这一问题，且为实现矿区生态修复和经济发展的协调，先后探索了诸如英国的“田园牧歌模式”、西班牙的“人工地质公园模式”等［１１］ ，建立了一系列较为系统的生态修复理论，以及诸如矿山土壤生物菌改良、生物复田、土壤综合修复、高边坡防护、煤矸石利用等生态修复技术［１２－１６］ 。近年来一些新概念被陆续提出，如“经济社会生态活力－生命经济”“社会生态转型”等［１７－１８］ 。然而，国外近年在生态治理－生态衍生产业协同发展技术与模式方面的研究却相对较少。

我国自２０ 世纪５０ 年代开始就以黄土高原为重点对水土流失治理与经济社会协同发展的理论与实践开展了持续探索，在理论上提出了黄土高原山水林田路综合治理的“２８ 字方略”、以小流域为单元的多产业协调发展、水土保持产业化经营、高效农业生态系统调控等概念与内涵［１９－２３］ ，在实践上分别提出了黄土丘陵沟壑区、黄土高塬沟壑区、风沙区、石质山区、三江源区等不同类型区水土保持型生态农业、生态经济带、多元小生态系统、生态农业经济、生态恢复与生态衍生产业发展等综合治理模式与技术体系［２０，２４－２７］ 。随着绿水青山就是金山银山“两山”理论和“生态环境也是生产力”理念付诸实践，对生态治理与经济发展的关系［８］ 、生态治理与生态经济系统耦合评价［２８］ 、基于生态治理的产业结构生态化转型机制［２９］ 、“两山”理论实践机制与途径［３０－３１］ 等开展了大量研究，分别探索了诸如黄土丘陵沟壑区生态－生产－社会耦合发展的乡村可持续振兴［３２］ 、石漠化地区生态系统与经济系统的协调发展［３３］ 、“生态修复＋”有效平衡经济社会发展与生态治理［３４］ 等多种模式。我国矿山生态修复实践大体有２种模式，一是以单纯“复垦、复绿”为特征的修复模式，二是以生态旅游区建设为特征的修复模式［３５］ 。从整体上看，目前有关生态治理与生态衍生产业协同发展的模式还处于水土流失防治和单一产业附庸性的发展阶段，发展的协同性、产业的系统性均不够完善，未能实现多产业链式、多层级式的协同发展，难以适应黄河重大国家战略的目标需求。

位于黄河流域的砒砂岩区是我国北方生态安全屏障的关键带，其生态系统极度脆弱、“生态致贫”现象尤为突出，尽管近年来关于砒砂岩区生态治理的理论与关键技术研究取得了多项创新性成果［３６］ ，但是该区域经济发展与生态保护还不协调［３７］ ，因此创新砒砂岩区生态快速修复与生态衍生产业协同发展的技术与模式显得尤为重要。本文基于水土保持学、生态学、生态经济学理论，在前期对砒砂岩区复合侵蚀规律和生态退化机制研究与认识基础上［３６－３８］ ，提出砒砂岩区生态治理与生态衍生产业协同发展原理、砒砂岩区和露天煤矿开采区生态修复与衍生产业协同发展关键技术和模式，以期为黄河重大国家战略的全面实施提供科技支撑。

１ 研究区概况

黄河流域砒砂岩区主要分布在鄂尔多斯高原东北部的晋陕蒙接壤区（见图１）， 介于北纬３８° １０′—４０°１０′ 、东经１０８°４５′—１１１°３１′，面积１．６７ 万ｋｍ２［３９］ ，涉及１０ 个县（旗、市、区），其中准格尔旗分布面积最大（面积占比在１／３ 以上）。

砒砂岩是由砂岩、砂页岩和泥质砂岩构成的岩石互层，垂直分布呈现红、黄、白、灰等多种颜色相间平行分层状态（见图１）。砒砂岩具有“无水坚如磐石、遇水烂如稀泥”的显著特点，复合侵蚀剧烈，粗泥沙产沙模数可达５ ８８０ ｔ／ （ｋｍ２ ·ａ）［３９］ 。砒砂岩质地土壤极为贫瘠，为全国土壤养分等级分级标准的５～６ 级，加之砒砂岩区处于由半干旱区向干旱区的过渡带（地貌属于低山丘陵），多年平均降水量仅４００ ｍｍ 左右，治理前的植被覆盖度仅２０％左右［４０］ 。砒砂岩区北、西两侧分别毗邻库布齐沙漠、毛乌素沙地，东、南接壤黄土区，因此地表覆盖物质具有明显的空间分异性。依据覆盖物的不同把砒砂岩区分为覆土区、覆沙区和裸露区３种类型区，其面积分别为０．８４ 万、０．３７ 万、０．４６ 万ｋｍ２，其中裸露区生态最为脆弱、地表几乎没有植被覆盖［３７］ 。整个砒砂岩区因生态退化而致贫人口近３ 万人。砒砂岩区因煤炭资源丰富而露天煤矿较多，生态环境受到严重胁迫。因此，砒砂岩区生态治理难度极大，协调生态治理与经济发展的融合关系尤为重要。

２ 生态治理－生态衍生产业协同发展基本原理与原则

生态治理－生态衍生产业协同发展的本质是水土保持生态治理与当地经济发展达到的一种有机融合的状态，两者具有互馈驱动作用。在此状态下，生态与产业已形成协调发展的生态经济体系，其中生态治理、生态衍生产业是该体系的２ 个子系统（见图２），各要素构成了具有协同功能的多层级结构，其间相互联系、相互协调、相互影响、相互驱动。也就是说，生态治理、生态衍生产业不是２ 个孤立系统，而是具有密切互馈、互驱联系的整体，通过科学配置具有经济衍生价值的生态治理措施，可以提高生态系统的经济服务功能，而生态衍生产业的发展又可以促进生态治理措施可持续良性发展并吸引更多的治理投入，使生态治理质量不断提升。因此，通过这一生态经济体系内部各子系统的耦合协同，不仅可实现经济快速增长，而且能够确保生态环境受到的干扰始终被控制在可自我修复的范围内，达到生态与经济共同发展，整体系统的效益远大于２ 个子系统的效益之和，即具有“１＋１＞２”的效应。

生态治理与经济协同发展是一个辩证的变化过程，在发展过程中存在矛盾和冲突是必然的。要达到生态治理与经济协同发展，须遵循生态学理论、经济学理论和社会学理论，在学科上实现多领域交叉，在技术上实现多目标协同，在方法上实现多途径融合，在实践上实现多效益共赢。生态治理与经济协同发展的理念强调把生态功能维持放在首位，关注的重点是生态的良性存在，人类活动不能突破生态阈值，在生态阈值的约束下取得最大的经济效益和社会效益。

建立生态治理－生态衍生产业协同发展模式，应遵循如下原则：

１）生态治理措施配置符合“双律适应”原则。一是生态治理措施体系的类型、结构、配置应符合生态恢复、侵蚀阻控的原理和规律，二是应适应区域衍生产业的发展规律。一方面，不同区域生态系统的演变和土壤侵蚀过程具有分异性，应在充分认识当地生态退化机制和土壤侵蚀规律的基础上，科学配置治理措施体系，构成治理措施体系与侵蚀地貌单元相适配的治理模式；另一方面，要充分认识区域经济的结构、特色、布局、资源、走势等基本特征，进行生态治理措施配置与模式构建时不仅要考虑生态恢复、侵蚀阻控的功能需求，而且要因地制宜考虑其衍生产业开发的可行性和经济效益，并与当地经济发展基本特征相适应。

２）植被恢复重建措施应符合“适地适生” 原则。降水、土壤侵蚀、土壤类型、地形地貌等生境条件往往是植物发育和群落演替的主要限制性因子，砒砂岩区降水量少、复合侵蚀严重、土壤极度贫瘠、生态环境脆弱，植物生长发育的生境条件极差，因此植被恢复重建的物种选择极为重要，要在充分认识植被群落演替规律和植被恢复重建关键障碍因子基础上，筛选抗逆适生的优势乡土物种，并考虑其经济开发价值。

３）衍生产业培育与发展应符合“三方意愿”原则。三方意愿指政府意愿、农户意愿、企业意愿。选择生态治理衍生产业发展途径应充分考虑当地政府的经济发展愿景和区域经济空间规划、种植制度、生产条件，考虑农民对生态致富的意愿，考虑当地相关企业对生态衍生产业的支撑状况、特定企业布局状况及其对生态产品开发、产业发展的意愿，生态治理－生态衍生产业一体化发展产业链的形成应具有一定社会基础。以鄂尔多斯市为例，砒砂岩区是当地政府生态修复总体布局的重点治理关键区，切实提升生态系统服务功能与生态经济价值是该市国土空间生态修复的重要指导思想［４１］ ，因此发展生态衍生产业契合政府意愿；早日摆脱“生态致贫”的困境，走致富之路是当地农民的强烈愿望；在该市及砒砂岩区已建有涉及生态产业的大型企业，生态衍生产业发展具有充分条件。此外，建设绿色矿山、实施矿山生态修复已成为不少煤矿企业的共识和愿望。

３ 生态治理－生态衍生产业协同发展关键技术与模式

３．１ 生态治理措施配置技术与模式

根据３ 种砒砂岩类型区的土壤侵蚀环境、生态退化特征、土壤和适宜的衍生产业发展条件，分别构建了小流域生态治理措施配置技术与模式。

３．１．１ 裸露区

裸露区的生态治理措施体系结构是以灌草为主＋抗蚀固结＋集水设施＋经济林草＋材料工程，形成坡顶－坡面－沟岸－沟床－沟头全方位立体多单元的复合侵蚀综合治理措施空间布局模式。

３．１．１．１ 坡顶治理

针对雨水极易流失、难以利用的突出问题，重点研发了坡顶雨水集蓄及利用技术。

１）雨水高效利用。建设集雨、输水、储蓄工程等，为高效利用雨水创造条件。开挖３０ ｃｍ 宽、５０ ｃｍ 深的等高水平沟，水平沟间距为３．５ ｍ，在水平沟内喷施自主研发的ＨＫＹＧＪ－１ 型固结材料［３６］ 以避免水平沟被冲蚀。在水平沟两端沿沟缘线设置宽２５ ｃｍ、深４０ ｃｍ的截流沟，截流沟与水平沟连接处设置高４０ ｃｍ 的土埂以有利于雨水集蓄，并使多余的雨水汇至集水窖内。沿水平沟每隔３ ｍ 开挖宽６０ ｃｍ、长１００ ｃｍ 的鱼鳞坑，并在其周壁喷施固结材料，然后栽植经济林等。鱼鳞坑呈“品”字形布置，以改变坡顶小地形、防止坡面径流冲蚀。为截留水平沟和鱼鳞坑未能拦蓄的径流，在沟头设置集水池（窖），在集水池（窖）出口处安装控制阀和ＰＶＣ 五通分流阀，连接ＰＶＣ 微润滴灌带用于浇灌经果林，集水池（窖）容积按下式确定：

Ｖ ＝ ｋ（Ｐ５０ － ＰＲ）Ｆ － Ｖｇ （１）

式中：Ｖ 为集水池（窖） 容积，ｋ 为系数，Ｐ５０ 为５０ ａ 一遇降雨量，ＰＲ 为降雨就地入渗量，Ｆ 为汇流区垂直投影面积，Ｖｇ 为已设置的水平沟、鱼鳞坑等工程措施的蓄水量（体积）。

２）经济林模式。为兼顾衍生产业发展，结合鱼鳞坑混交种植经济林，配置模式为红枣＋苹果＋长柄扁桃＋山杏＋油松，其行距为３．５ ｍ，株距为３．０ ｍ；在经济林行间种植甘草等中草药，其行间距为０．５ ｍ 左右、株距为０．６ ｍ 左右；在距沟缘线０．５ ｍ 处种植一行柠条＋锦鸡儿，株间距为１．０ ｍ。

３．１．１．２ 坡面治理

根据坡面地形地貌、土壤侵蚀特征，按坡度将其分为＞６０°、３０°～６０°、＜３０°三部分，分别配置治理措施。

１）坡度＞６０°坡面。坡度＞６０°的坡面土壤侵蚀以重力侵蚀尤其是块体状重力侵蚀为主［３６］ ，其治理一是采取高聚物注浆措施以防止块体状重力侵蚀发生，二是喷洒ＨＫＹＧＪ－１ 型固结材料，以防止泻溜、滑塌等重力侵蚀。

２）坡度为３０°～６０°坡面。一是采用植物篱笆治理汇流沟侵蚀，即编制６０ ｃｍ 高的柳条篱笆，沿沟道横断面埋设，每隔３０ ｃｍ 布设一道用沙柳条等制作的桩基；二是配合灌草等植被措施设置半月形小型鱼鳞坑，以增加坡面雨水入渗，并将披碱草、蒙古莸、花棒、沙棘、羊柴等混交栽植在鱼鳞坑内；三是喷施掺水１５０ 倍的ＨＫＹＧＪＺＳ－２ 型固结植生材料，以保持土壤水分含量、促进植被生长。

３）坡度＜３０°坡面。对于坡度＜３０°的坡面，采用砒砂岩改性材料六棱形空心砌块进行护坡，在砌块空心处种植耐旱草本植物；或开挖直径５０ ｃｍ、深３０ ｃｍ 的半月形鱼鳞坑，其行距３ ｍ、间距２ ｍ，在鱼鳞坑内栽植酸枣、自主培育的ＨＫＹ－１ 型红枣和ＨＫＹ－２ 型红枣、枸杞等经济效益较好的果树，同时在混交灌木行间撒播披碱草、蒙古莸等乡土优势草种。坡面上如果没有砒砂岩颗粒松散堆积体，那么一般不需要喷施固结材料。

３．１．１．３ 沟道治理

采用砒砂岩改性材料建设谷坊，其间隔不大于５０ｍ。谷坊底宽３．０ ｍ、顶宽０．５ ｍ、高２．０ ｍ。为防止谷坊表面遭受侵蚀，可喷洒ＨＫＹＧＪ－１ 型固结材料，其与水的配合比例为１ ∶ ５０。也可以采用植物柔性坝措施，在砒砂岩改性材料谷坊之间每隔１０ ｍ 布设一道植物柔性坝，其由５ 行混交的乔灌木树种组成，每行乔灌木栽植成Ｗ 形或Ｖ 形，迎水面第１ 行为株距３ ｍ 的沙柳，第２ 行为株距２ ｍ 的酸枣与沙柳呈“品”字形排列，第３ 行为株距１ ｍ 的沙柳与酸枣呈“品”字形排列，第４ 行为株距１ ｍ 的柠条与沙柳呈“品”字形排列，第５ 行为株距１ ｍ 的沙棘与柠条呈“品”字形排列，行间距依次为２、２、１、１ ｍ，行间撒播草木樨、沙打旺、拉拉秧草种等。在流域面积大于１ ｋｍ２ 的小流域沟口，可建设小型砒砂岩改性淤地坝。

３．１．２ 覆土区

覆土区下垫面条件相对较好，为最大限度地达到径流高效拦蓄利用、防蚀与生态产业高效协同，构建的治理措施配置模式是：坡顶梯形沟网截流，沟间沟内油松＋红枣＋草被，开发山杏＋甘草经济园；坡面陡坎固结防崩，缓坡灌草抗蚀植生；砒砂岩改性谷坊＋沙棘酸枣柔性坝交互封沟；沟口砒砂岩改性淤地坝拦沙淤地。

１）坡顶治理。在坡顶构建山杏山桃经济林＋甘草＋串联水窖径流高效利用模式，经济林主要为山杏、山桃混交和油松，在鱼鳞坑内种植红枣或油松，该模式既能丰富植物多样性，又能产生经济效益。对于汇水面积较大的坡顶，设置容积为１．５ ｍ３ 左右的ＰＶＣ 水窖；出露大片白色砒砂岩的坡顶不适宜建设水窖，可建设砒砂岩改性材料谷坊，用于蓄水、减蚀。同时，建设与坡顶截流沟网相连、经过防渗处理的集水池（窖），并在连接集水池进口的截流沟内修建两道高度为截流沟深度１／２ 的土坎［见图３（ａ）］，其目的是尽可能在径流进入集水池前沉淀泥沙；将集水池内的水通过虹吸装置引入滴灌带，用于坡面经济林灌溉，见图３（ｂ）。

２）坡面与沟道治理。坡面与沟道治理措施及其配置模式同裸露区的。

３．１．３ 覆沙区

覆沙区的治理措施配置模式是：坡顶等高挖沟，沟间沙柳＋甘草防风或草障固沙，竖向节节设池蓄水，地衣结皮护埂；沟坡宜草则草、宜灌则灌，辅以灌浆固沟；沟道灌草封沟。

１）坡顶治理。采取的措施包括水平截流沟＋纵向汇流沟拦蓄径流、沙障＋柠条混交护坡、截流沟苔藓基质＋深根植物固埂、汇水出口集水桶收集径流，形成柠条＋甘草＋草被＋截流沟综合治理措施体系。由于沙棘不适宜在覆沙区生长，因此可选取柠条＋甘草＋草被沿垂直等高线方向按“品”字形种植，其中柠条抗风且耐旱耐寒、甘草适宜在覆沙区生长。在坡顶边缘开挖截流沟，沟内种植柠条以防止边坡侵蚀，截流沟两侧土埂种植苔藓以固埂防蚀。

对汇水面积较小且上覆沙较厚、风蚀强烈但不易产生径流的坡顶，可设置蜂窝状沙障（沙障材料可选用稻草、麦草、披碱草等），并沿其内缘线种植柠条等适生耐旱植物。

对于汇水面积较大且自然条件良好的坡顶，可建设径流高效利用系统。在坡顶汇水线中点处修建容积为０．５ ｍ３左右的ＰＶＣ 蓄水窖（池），在坡顶汇水线末端修建容积为１．５ ｍ３左右的集水池；垂直坡顶汇水线方向挖数条水平沟以拦截坡顶径流，其中一条连通坡顶蓄水窖（池）；种植“柠条＋红枣＋甘草”经济林草，水平沟内种植红枣，并根据坡顶地形条件布设高度为水平沟深度１／３ 的土埂，以蓄积一定的雨水供红枣生长并减轻径流冲刷，两条水平沟之间种植柠条和甘草，柠条栽植在水平沟外沿以稳固土埂。

２）坡面治理。坡面种植灌草，主要为柠条、胡颓子、沙打旺、沙蒿、百里香等水土保持先锋树草种。对于坡度＞６０°坡面上的块体状重力侵蚀，采用注浆固结措施治理［３６］ ；对于风蚀形成的风化层，采用ＨＫＹＧＪ－１型固结材料治理；对于坡度为３０°～６０°的坡面，可沿等高线设置间距为３ ｍ、宽度为２０ ｃｍ、深度为２５ ｃｍ 的小型水平沟，沟内每隔２．５ ｍ 开挖一个半月形鱼鳞坑并种植柠条、蒙古莸、羊柴、甘草等，以增加经济效益；对于红色砒砂岩层，按照行距５０ ｃｍ、株距５０ ｃｍ 的“品”字形种植爬山虎、拉拉秧等藤本植物，生长的藤条对其上下白色砒砂岩层形成良好的防蚀保护；对于坡度＜３０°的坡面，开挖半月形鱼鳞坑，坑内混交种植自主培育的ＨＫＹ－１ 型红枣和ＨＫＹ－２ 型红枣、胡颓子、枸杞等经济效益较好的灌木树种，在灌木行间混播沙蒿、沙蓬、百里香、草木樨、沙打旺、冰草等生命力较强的草种。需要说明的是，坡度＜３０°的坡面一般不需要喷施固结植生材料，但是有砒砂岩颗粒松散堆积体的地方，仍需喷施浓度较低的固结植生材料。

３）沟道治理。覆沙区沟道砒砂岩多是裸露的，可以在主干沟道内每间隔５０ ｍ 设置一座砒砂岩改性材料谷坊，同时在沟道上方修筑护岸工程或者砒砂岩改性材料挡土墙，挡土墙设置在距滑坡前缘一定距离处，墙后填筑土、石料以增强抗滑力，挡土墙高度以２ ｍ 为宜，挡土墙横截面为梯形（上、下底宽分别为３０、６０ｃｍ）；谷坊之间每隔１０ ｍ 布设一道植物柔性坝。此外，可在主沟道建设植被护岸工程，在砒砂岩堆积体坡脚处种植沙柳、柠条等以防止水流冲蚀堆积体，在沟道边坡种植爬山虎以减轻沟坡侵蚀；对于支沟的治理，以植物措施和建设改性材料谷坊为主。

３．２ 生态产业发展关键技术与示范

３．２．１ 灌草平茬与饲料加工

砒砂岩区降水量少，为维持生态良性发展，需要对沙棘、沙柳等进行平茬复壮，否则灌草会退化、死亡，为此开展了平茬参数优选及平茬秸料饲料加工的技术研究。

１）灌草平茬参数优选。选择柠条、沙柳、花棒、梭梭、杨柴、华北驼绒藜等植物作为研究对象，通过大田试验，研究不同灌草平茬最佳时间、高度，以及平茬后鲜重、干容重、含水量等状态参数，同时测定、分析不同灌草的饲用价值。研究表明，不同植物的粗纤维含量随时间的变化规律是不一样的，例如柠条、杨柴、梭梭、华北驼绒藜和甘草的粗纤维含量在９ 月最高，沙柳、梭梭、甘草和华北驼绒藜的粗蛋白含量在５ 月最高。因此，对不同植物应在不同时间平茬，以确保其饲用价值最高：５—９ 月，沙生灌草柠条锦鸡儿的粗脂肪含量呈增大趋势，且在５—７ 月增速最快，７ 月以后至第二年１月增速较慢，因此在７ 月对其平茬较为合适（动物的适口性好且营养价值较高）；同理，沙柳宜在７ 月或９月平茬，花棒、梭梭、杨柴宜在７ 月平茬，甘草和华北驼绒藜宜在５ 月平茬。通过留茬高度为１０ ｃｍ、植株高的１／３、植株高的２／３ 三个方案研究了最佳平茬高度，总体来说，平茬高度与营养价值指标的关系不大。总之，应综合分析植物营养价值、植被恢复情况、饲料开发需求等，选择适宜的平茬时间及留茬高度。

根据《饲料中中性洗涤纤维（ＮＤＦ）的测定》（ＧＢ／Ｔ ２０８０６—２００６） 等技术标准，测定了酸性洗涤纤维ＡＤＦ、中性洗涤纤维ＮＤＦ、粗蛋白ＣＰ、粗脂肪ＥＥ 等饲用价值参数。相对饲用价值（ＲＦＶ）是评价饲料质量的重要指标，把盛花期苜蓿的相对饲用价值作为１００，分析表明：花棒的ＡＤＦ 和ＮＤＦ 含量较高，甘草的最低；梭梭、甘草华北驼绒藜的ＡＤＦ 含量较低，沙柳、梭梭、甘草的ＮＤＦ 含量较低；甘草的ＣＰ 和ＥＥ 含量较高，沙柳和梭梭的ＣＰ 含量相对较低，其他灌草的ＣＰ含量相对较高且相差不大，梭梭的ＥＥ 含量最低，其他灌草ＥＥ 含量相对较高且相差不大。各种灌草的ＲＦＶ，以甘草最大，梭梭、华北驼绒藜、沙柳处于中等水平，柠条、花棒、杨柴处于相对较低的水平。

２）平茬秸料饲料加工技术研究。平茬灌草饲料加工工艺流程主要包括确定优良灌草原料、除杂、粉碎揉丝、混合、发酵、烘干及微生物发酵饲料原料准备、混合、制粒等。

中试产生的平茬秸料有沙柳、杨柴、花棒、甘草和柠条。将杨柴和花棒平茬秸料混合作为一种处理；将未添加发酵剂的５ 种植物平茬秸料设置为对照组Ａ，分别添加１‰乳酸菌、１‰乳酸菌＋１‰纤维素酶、１‰乳酸菌＋３％ＤＭ 糖蜜、１‰纤维素酶、３％ＤＭ 糖蜜、０．５‰青贮专用复合酶、３０％水分、０．５‰青贮复合专用酶＋３％ＤＭ 糖蜜、１‰纤维素酶＋３％ＤＭ 糖蜜、１‰乳酸菌＋１‰纤维素酶＋０．５‰青贮专用复合酶＋３％ＤＭ 糖蜜作为Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋ、Ｍ、Ｎ 试验组。在青贮发酵６０ ｄ后，各处理的ｐＨ 值均在合理范围内，水分含量变幅为３３．３４％～７３．０７％，其中甘草水分含量最高、花棒的偏低；不同植物和不同处理的氨基酸态氮含量差异较大，但整体含量较低，其中柠条、甘草的氨基酸态氮含量相对较高，配方调制时应考虑其营养情况适量添加发酵剂；不同处理的有机酸含量差异显著，但均在合理范围内，所有样品中均未检出有害有机酸。目前，已在相关企业建立草灌平茬秸料饲料加工中试车间并投入生产。

３．２．２ 砒砂岩质土壤改良提力

砒砂岩质土壤极为贫瘠，其上覆盖的风沙土地力也极为低下，在生态建设中，须采用物理、生物等方式对砒砂岩质土壤及其上覆风沙土进行改良，为植被恢复和农业生产提供基础条件。

１）利用污泥改良土壤。采用脱水污泥改良风化砒砂岩土壤，使用的脱水污泥符合《农业污泥污染物控制标准》（ＧＢ ４２８４—２０１８）等技术规范要求。分别把添加污泥５％、１０％、１５％、２０％和风化砒砂岩记为Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、ＣＫ 试验组，把苜蓿、草木樨、披碱草作为供试植物进行大田试验表明，添加污泥明显改善了砒砂岩质土壤的理化性质、提高了其肥力水平，４ 组添加污泥的土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、保水性、ｐＨ 值、电导率、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾都有所改善，其中Ｓ２ 试验组的９ 项指标改善均较为明显，其他各试验组只有个别指标得到改善。综合考虑理化性质及肥力的改良水平，认为１０％的污泥添加量较适合，添加１０％污泥改良砒砂岩土壤种植的植物鲜重、干重、株高均明显提高，与对照组比较，分别提高了６２．６５％、７３．０６％、８２．４６％。当污泥添加量大于１０％时其效果反而呈下降趋势。进一步研究表明，种植植物可以与添加污泥起到协同改良土壤的作用，植物能进一步降低土壤容重、ｐＨ 值，提高土壤总孔隙度、饱和持水量，改善土壤电导率，具有生态治理与土壤改良的双效作用。

２）砒砂岩复配风沙土改良。对砒砂岩复配风沙土改良砒砂岩土壤的研究已有不少成果［４２］ ，但对改良土壤理化性质多参数的耦合关系还有待研究。在已有研究基础上，通过大田试验，系统分析了砒砂岩添加比例分别为０％、３０％、５０％、８０％、１００％等５ 种情况下，土壤黏粒含量、粉粒含量、容重、孔隙度、田间持水量、团聚体含量、有机质含量、速效磷含量、有效磷含量的变化及其相互耦合关系，结果表明：黏粒含量与团聚体含量有显著的正相关性，黏粒和粉粒含量与田间持水量、孔隙度、有机质含量、速效磷含量、有效磷含量具有极显著的正相关性（见表１），砒砂岩和风沙土之间的理化性质可以形成很好的互补。试验表明，随着砒砂岩添加比例增大，土壤容重、毛管孔隙度及田间持水量的垂直变异性减弱，以５０％的添加比例对风沙土进行复配改良较为合适。

３）物理－化学－生物三元一体综合技术改良土壤、提升地力。通过砒砂岩与沙土复配、添加生物菌肥［３６］和有机肥、种植植物等措施综合改良土壤、提升地力。首先，按５０％的比例将砒砂岩与沙土复配；其次，为保证植物生长所需营养物质，在复配土壤中加入一定比例的发酵有机肥、微生物菌剂、高摩尔比缓释肥［３７］ 等；最后，在改良土地上种植甘草等，以起到改良土壤理化结构与微生态系统的作用，提高土壤中微生物种类及活性，从而保证土壤改良的有效性和可持续性。在杭锦旗阿木古龙甘草健康产业园区开展了甘草大田种植试验，分别设置５ 个０．３３ ｈｍ２的试验样地，通过３ ａ 试验观测表明，加入有机肥和微生物菌剂后，砒砂岩与沙复配土壤中的养分含量提升２０％以上，微生物数量可增加２ 倍以上，甘草的株高和覆盖度分别提高１３２％和４０％。

３．２．３ 矿区生态修复与衍生产业开发

以准格尔旗昶旭露天煤矿为典型研究区，探索矿区复垦与衍生产业开发技术与模式。昶旭煤矿开采面积为１２．５６ ｋｍ２，矿区地势总体上东北高西南低，海拔１ ２３０～１ ３５５ ｍ，属低山丘陵区、大陆性季风气候区、干旱半干旱区。煤矿采空区采用逐层回填、逐层压实的方式进行了回填，下部回填煤矸石，顶部覆盖煤矿排土（覆盖厚度为１．２ ～ １．５ ｍ），其漏水漏肥严重，很难复垦。昶旭煤矿原煤储量６ ４４２ 万ｔ，生产能力为２２０ 万～２６０ 万ｔ／ ａ，煤矸石产量为１０ 万～１５ 万ｔ／ ａ，形成了高３０～３５ ｍ、面积达１２ ｈｍ２的排土场高陡边坡，稳定性安全风险大。针对这些突出问题，采取矿坑回填土壤改良、煤矸石改性利用、抗蚀＋控渗＋植生固结护坡、复垦区果园建植等措施，形成了矿区生态治理与生态衍生产业发展新模式。

１）矿坑回填土壤生物－化学综合改良。研发了微生物肥力提升技术［３６］ ，通过有效生物菌的生命活动促进砒砂岩矿化分解，加速砒砂岩土壤化、增加土壤厚度。从砒砂岩和苜蓿中分离得到的优势菌群样本（见表２）均能在ＬＢ（Ｌｕｒｉａ?Ｂｅｒｔａｎｉ）液体培养基表面形成生物膜，同时产生铁载体，具有抗逆性和促生作用。大田示范土壤与回填土壤相比，土壤有机质、速效磷、速效钾含量分别提高２４．７％、１１．９％、２１．０％，土壤蔗糖酶活性为５８．８％，苜蓿和黑麦草干重增加２２．３％～８１．５％，ｐＨ 值下降至中性，氮含量提高１９．７％～３０．４％，土壤脲酶活性提高１３．０％～３７．７％，细菌总数达到１０７ ＣＦＵ·ｇ／ Ｌ。砒砂岩、复配熟土和微生物菌剂混合后，粒径＞０．２５ ｍｍ 的团聚体质量增加１５％，回填土结构得到明显改善。同时，在果树栽植坑四周及底部喷洒固结植生材料［３７］ ，可防止浇灌果树的水分渗失。

２）改良土壤建设果园。对回填土进行生物－化学综合改良，选取矿区适生经济植物，建设复垦区示范果园约６７ ｈｍ２，果园内栽植的红枣、黑枸杞、文冠果、甘草、苹果、欧李、陕西大杏等经济作物长势良好，回填区土壤得到有效、快速改良。

３）排土场高陡边坡抗蚀＋控渗＋植生综合防治。为了稳固煤矿排土场高陡边坡，研发了无毒、不含重金属且具有保水性能、黏附性能、耐水抗冻性能、无侧限抗压性能的抗蚀控渗复合材料［４３］ 。首先，在高陡边坡扦插边长为１ ｍ 的沙柳菱形网格；然后，在网格中栽种沙棘并撒播紫花苜蓿、草木樨、沙打旺等混合草籽；最后，喷洒浓度为４％的抗蚀控渗复合材料。复合材料可以形成大型网状结构层，有效阻控风力、水力侵蚀；植物茎叶可减轻雨滴击溅侵蚀和径流冲刷，其根系可固结土壤。该项综合防治措施实施１ ａ 后，边坡植被覆盖度达到７０％，通过布设光纤光栅传感器进行监测表明，观测时段内４ 个观测点的月均位移量仅有０．１７ｍｍ、较无防治措施的降低６％～６２％，固坡效果明显。

４）煤矸石改性建筑材料。为解决煤矸石占地多、风化快、污染大气、回填矿坑漏水漏肥等问题，利用机械－热－化学活化原理，研发了无害化改性技术［４３］ ，将改性材料作为建筑材料用于矿区路面硬化，改善了矿区交通条件， 实现了采矿有害伴生物的资源化利用［３６］ 。

３．３ 生态产业发展模式

以覆沙区为例，构建了多种适生经济作物种植与开发模式。

３．３．１ 甘草种植模式

采用研发的适用于风沙区的防渗保水保肥剂高摩尔缓释肥，结合砒砂岩复配风沙土的方法，改良覆沙土壤。引进优质品种乌拉尔甘草，采取育苗移植的栽种方式，于４ 月上旬至５ 月中旬移栽，经土壤改良，基本不需要灌溉、施肥、除草等，处于自然生长状态，其根茎具有药用价值，地上部分具有饲草化利用价值。

３．３．２ 梭梭草套种甘草模式

在对土壤改良基础上，采取“２ 行１ 带”的方式进行栽植：梭梭草栽植（幼苗移栽）株间距为１ ｍ、行距为２ ｍ、带间距为６ ｍ；梭梭草带间种植甘草，共种植９ 个条带，带间距为０．５ ｍ，其中梭梭草边第一条带与梭梭草距离为１ ｍ。梭梭草能够在极端高温及干旱等不利生境中保持较高的碳同化作用及光合利用效率，可以增加沙土地表粗糙度，具有防风固沙、加快沙地成土进程的作用；甘草可起到固氮增肥和治沙作用。此外，还可以利用梭梭草嫁接肉苁蓉，结合甘草开发，形成“一草一蓉”生态产业发展模式。

３．３．３ 马铃薯与玉米轮作＋冬油菜防蚀种植模式

采用前述物理－化学－生物三元一体综合技术改良风沙土，其中砒砂岩复配风沙的比例为（１．０ ～１．５） ∶（１．５～２．０），复配土厚度为１０ ｃｍ 左右，有机肥施用量为４５～７５ ｍ３ ／ ｈｍ２，高摩尔比缓释肥施用量为０ ～ ４５０ｋｇ／ ｈｍ２，旋耕土层厚度为２０～４０ ｃｍ，芽孢杆菌Ｐ７５ 菌液、苜蓿中华根瘤菌Ｄ１０ 菌液、巨大芽孢杆菌Ｈ３ 菌液按（１．８～２．５） ∶ （１．０～１．７） ∶ （３．５～５．５）复配施用。马铃薯（土豆）与玉米轮作，收获后复种冬油菜，采取行带式（行带方向与种植区主风向垂直）或全覆盖式机械化复种冬油菜，行间距为２０～４０ ｃｍ，播种量为２２．５～３０．０ ｋｇ／ ｈｍ２，播种深度为３～５ ｃｍ。试验表明，土壤经改良后，种植的马铃薯产量由３７．５ ｔ／ ｈｍ２提高至４５．０～５２．５ ｔ／ ｈｍ２。

３．３．４ 经济林种植模式

基于对砒砂岩区生态承载力、生态产业结构与潜质分析和对砒砂岩区林果种类调研，针对覆沙区土壤水分蒸发与渗透快、土壤肥力低、保肥性差及土壤松散形不成团聚体等问题，构建了油松、山杏、长柄扁桃等经济林果业的种植模式。均采用穴植（鱼鳞坑规模为５０ ｃｍ×３０ ｃｍ）方式，株行距为２ ｍ×３ ｍ，油松为２ ａ 生幼苗、山杏为２～３ ａ 生幼苗、长柄扁桃为２ ａ 生幼苗。山杏和长柄扁桃穴植时，首先将苗木根系装入有少许熟土的袋中（直径４０～５０ ｃｍ、高３０ ｃｍ）并使之舒展，再装土至与苗木嫁接口齐平，在袋底部朝大侧根部位做２ 个直径５ ｃｍ 左右的孔；然后将袋子放入栽植坑内并回填表土与袋内的填土齐平，覆土至嫁接口以上１５ｃｍ 左右；最后踩实、修好树盘。２０１８ 年建设的经济林果种植基地，目前山杏、长柄扁桃等均已结果，并与相关企业合作把部分产品（果品）成功投向市场，形成了“科技＋企业＋农户”“科技＋政府＋企业＋农户”的生态治理与生态衍生产业协同发展模式。

３．３．５ 生态衍生产业运行模式

为形成良性持续发展的生态衍生产业，建立了“政府支持，科技支撑，企业产业化＋公益性投资，农牧民市场化参与” 的多元投资、多方参与、共同受益机制，探索并实施了“企业自建经济作物产业基地”“公司＋农牧户”“科技＋企业＋政府＋合作社＋农牧户”“企业与农牧民股份合作经营”“生态衍生产业链就业扶贫”等多种运行模式。

４ 结论

１）生态治理－生态衍生产业协同发展的基本原理是行为互驱动、效应互补偿，应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”。

２）鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区三大类型区的水土流失、土壤、植被、地形地貌、水文气象等自然环境有明显差异，分别构建了小流域生态治理－生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和治理模式，以坡顶、坡面和沟道为水土保持生态治理措施配置的３ 个地貌单元，选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的沙棘、甘草、红枣、沙柳、柠条、山杏、苹果等进行生物措施配置，配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理。

３）根据砒砂岩区露天煤矿生态修复的需要，以昶旭煤矿为典型研究区，采取矿坑回填土生物－化学改良、回填区生态果园建植、高陡边坡抗蚀＋控渗＋植生、煤矸石改性资源化利用等关键技术，并实施了示范应用，取得了矿区生态恢复与生态经济协同发展的良好成效。

４）以砒砂岩覆沙区生态治理与生态衍生产业协同发展模式构建为例，提出了“土壤改良固沙＋”（如土壤改良固沙＋经济林种植、土壤改良固沙＋梭梭草套种甘草等）生态治理开发模式，并通过生态衍生产品中试加工，探索实施了“政府支持，科技支撑，企业产业化＋公益性投资，农牧民市场化参与”的多元投资、多方参与、共同受益运行机制，以及“企业自建经济作物产业基地”“公司＋农牧户”“科技＋企业＋政府＋合作社＋农牧户”“企业与农牧户股份合作经营”“生态衍生产业链就业扶贫”等多种运行模式。

砒砂岩区生态环境脆弱、人类活动强烈等多重问题叠加，生态治理难度极大，为实现生态治理－生态衍生产业协同发展，还有很多亟待研究的应用基础问题和关键技术，本文仅是初步探索，仍需基于“两山”理念，从更大空间区域对生态治理与衍生产业协同发展的生态经济学理论、协同发展的体制机制与途径、实施的关键技术等开展进一步研究。

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【责任编辑 张智民】