變荒蕪為沃土的大地“醫(yī)生”
——記2023年度何梁何利基金科學與技術進步獎獲得者,、中國礦業(yè)大學教授胡振琪
◎? 李秀 劉堯 閆瑩
我國煤炭80%以上產(chǎn)自井工開采,，因此引發(fā)的地表塌陷土地損毀和矸石堆積污染兩大地質(zhì)環(huán)境問題,，嚴重影響國家生態(tài)安全,、糧食安全和綠色礦山建設,。要煤炭還是要糧食,？如何才能“魚與熊掌兼得”,？
2023年度何梁何利基金科學與技術進步獎獲得者,、中國礦業(yè)大學教授胡振琪,， 35年如一日從事煤礦土地復墾與生態(tài)修復研究與實踐,，猶如一位“大地醫(yī)生”，以創(chuàng)新性的技術,，使塌陷積水區(qū)變“產(chǎn)糧田”,，矸石山污染源變“生態(tài)園”，成果推廣應用于14省276座煤礦,，對保護耕地紅線,、維護生態(tài)安全、建設綠色礦山作出了突出貢獻,。
胡振琪教授在指導學生
首創(chuàng)革新式技術
讓塌陷地變產(chǎn)糧田
煤炭開采造成了大量土地塌陷損毀,、良田荒蕪,，是煤礦區(qū)亟待解決的問題。
1991年,，28歲的胡振琪從美國南伊利諾伊大學完成博士論文回到中國礦業(yè)大學,，通過了博士答辯，成為中美聯(lián)合培養(yǎng)的第一位土地復墾學博士,。從公派留學開始,，胡振琪將國家需要作為自己的科研方向。
基于國內(nèi)外的土地復墾實踐,，胡振琪深入研究土壤剖面重構的理論與方法,，創(chuàng)新性地提出“土層生態(tài)位”“土壤關鍵層”概念，以及土壤剖面優(yōu)化方法,，這是對復墾土壤剖面重構理論與方法的新突破,；同時，他還創(chuàng)新性提出“分層剝離,、交錯回填”的土壤剖面重構工藝,，實現(xiàn)了高質(zhì)量的耕地恢復，改變了我國土地復墾后土壤質(zhì)量差,、復墾效率低等問題,。
我國有10.8%的耕地與煤炭可采儲量分布重合，如果將煤糧復合區(qū)的這些煤炭都挖出來,，那么將有2億畝耕地受到損毀甚至消失,。這道世界級的難題擺在科技工作者案頭。2005年,，胡振琪在國內(nèi)首次提出“礦糧復合區(qū)”的概念,，利用充填復墾技術對采煤沉陷區(qū)進行修復，在開采煤炭的同時,，又能保住耕地,。胡振琪創(chuàng)造性地選擇黃河泥沙作為填充材料，泥沙和土壤交替充填覆蓋,，既有利于保水保肥,，又有利于微生物活動加速土壤熟化，耕地生產(chǎn)力水平提高15%以上,，復墾后1-3年達到正常農(nóng)田水平,。據(jù)保守估計，該技術可以造福黃河沿岸70公里范圍內(nèi)的1200萬畝采煤塌陷區(qū),。
我國采煤塌陷累積已超3000萬畝,，每年以105萬畝的速度增長。塌陷后再治理,，生態(tài)環(huán)境已遭到極大破壞,，特別是高潛水位地區(qū),，恢復土地率低、復墾周期長,。
“在塌之前就要治理,，從源頭和過程中控制?！焙耒饔謩?chuàng)新性地在我國井工開采地區(qū)提出了邊開采邊復墾（簡稱“邊采邊復”）的概念,。
“要實現(xiàn)邊采邊復，就要能夠預知未來要塌陷多深,，在哪個位置,，提前把要沉入水里的土取出來，保護土壤,?！焙耒靼l(fā)明了“星-空-地-井”感知技術，精準獲取地上下信息,，建立了井上下多要素耦合的地表損傷診斷模型,，精準預測耕地損傷發(fā)生的時空分布及減產(chǎn)程度，提出基于臨界積水閾值加約束條件的復墾時機優(yōu)選方法,，攻克顧及未來下沉的水陸布局優(yōu)化和動態(tài)施工技術,。該技術在山東新巨龍、濟寧三號井,、安徽劉橋二礦等應用,，與穩(wěn)沉后治理相比，多恢復耕地15%～40%,，實現(xiàn)了避水保土和煤糧兼得,，被國際權威同行譽為“一種世界領先技術”。
攻克治本之策
讓“火焰山”變“花果山”
我國煤炭開采過程中煤矸石的年排放量達7億噸以上,，其中酸性矸石堆積易氧化自燃,，嚴重污染環(huán)境，治理難且易復燃,，是礦山生態(tài)修復的重大難題,。
胡振琪博士畢業(yè)歸國后首先就把目光投向了煤矸石山。在只有1.7萬元科研經(jīng)費支持下,，敢想敢做的他憑借一腔熱情一股闖勁，持續(xù)攻堅幾個月,，在山西王莊礦創(chuàng)造了一套實用的煤矸石山綠化造林技術,，創(chuàng)造性地將反坡環(huán)山帶整地法應用于煤矸石山整地，提出了煤矸石山綠化造林的五階段基本模式,。三年后,，4公頃的土地產(chǎn)出了400萬元的直接經(jīng)濟效益,。黑禿禿的煤矸石山變成了綠茵茵的花果山，“黑色巨獸”被馴服了,。
但令人意外的是,，十多年后，綠化成功的王莊礦煤矸石山,，由于意外著火了,，美麗的花果山毀于一旦。不僅如此,，如果說煤矸石物理揚塵只是“皮肉之痛”,，那么煤矸石山自燃釋放二氧化硫、一氧化碳等有害氣體對大氣造成污染,，更是“痛入骨髓”,。心痛之余，胡振琪下決心要解決煤矸石山的復燃問題,。
在這項研究中,，“著火點”的判定顯得尤為關鍵。滅火找不到著火點,，就像打蛇打不到七寸,，隨時可能復燃，反咬一口,。胡振琪團隊獨特的熱紅外與測繪技術相耦合的表層燃燒情況定位技術及基于表面溫度反演深部著火點位置模型,，實現(xiàn)了著火點的精準定位。這一獨特的診斷技術申請了多項發(fā)明專利,。
此外,，胡振琪團隊還提出了表面噴漿與深部注漿相結合的安全滅火方法、生物化學抑制氧化和物理覆蓋碾壓相結合的抑氧隔氧防火技術,，以及植被恢復技術等,，并與潞安礦業(yè)集團、陽泉煤業(yè)集團等形成了產(chǎn)學研用聯(lián)盟,，讓數(shù)十座自燃的煤矸石山“偃旗息鼓”,，“火龍”的咽喉被牢牢扼住了。治理后區(qū)域大氣中的二氧化硫等有害氣體濃度降低50%以上,，達到國家有關空氣質(zhì)量標準二級,。胡振琪投入十余年心血的這項科研成果最終榮獲2019年國家科技進步二等獎。
腳踏實“地”
醫(yī)大地之痛還綠水青山
2009年,，胡振琪獲得美國采礦與復墾學會（ASMR）土地復墾科技貢獻獎,，2018年領取了生態(tài)修復先鋒獎，這兩項獎項均為中國土地復墾學者在世界范圍內(nèi)所獲的第一個大獎，也是ASMR第一次把獎項頒給亞洲科學家,。
胡振琪把國家期許放到個人選擇的第一位,，把社會責任和生態(tài)使命作為自己的事業(yè)追求。他堅持走進礦區(qū)取土取水取沙,，采集第一手材料,，試驗再試驗。他說,，自己必需要腳踏實“地”,，把學問做在田野間，把論文寫在大地上,，才能醫(yī)大地之痛,，還綠水青山。
科研的道路絕非坦途,。胡振琪決定選擇黃河泥沙作為填充材料進行采煤塌陷區(qū)充填復墾,，成功在即之時，卻遭當頭棒喝：“試驗區(qū)的農(nóng)作物產(chǎn)量只有正常農(nóng)田的一半,！”這一創(chuàng)造性的想法難道要就此宣布失敗嗎,？“絕不放棄！”胡振琪說,，“我們的工作是一個不斷探索,、不斷創(chuàng)新的過程，往往這個過程是最磨練人的意志,?！闭菆猿植恍傅匾淮未瓮魄谩⒋蚰ズ蜔o數(shù)次試驗下才有了首創(chuàng)的革新式技術和塌陷區(qū)蛻變的產(chǎn)糧田,。
胡振琪培養(yǎng)博士后9名,、博士108名、碩士128名,，培育了一支具有國際影響力的創(chuàng)新團隊,。他還創(chuàng)立了中國煤炭學會土地復墾與生態(tài)修復專業(yè)委員會、主編中國科協(xié)立項的首部《煤礦區(qū)土地復墾與生態(tài)修復學科發(fā)展報告》,，推進了相關政策和制度的完善,，為我國礦山生態(tài)修復事業(yè)創(chuàng)建創(chuàng)新和國際化作出突出貢獻。
胡振琪深切地熱愛礦山生態(tài)修復事業(yè),，他參與治理的塌陷地,，從廢棄荒蕪、雜草叢生,，變成耕地肥沃,、魚蝦滿塘、鴨鵝滿地，披上翠綠的新裝,。他說：“任何個人的名利終將會隨時間流逝，真正留存天地之間的只有那肥沃的土地和錦繡的山河,！”
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