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(shù)進步獎獲得者、中國礦業(yè)大學教授胡振琪

【云飛 編者按】2023年12月19日，國內(nèi)外著名土地復(fù)墾專家、長江學者、中國礦業(yè)大學教授胡振琪先生榮獲2023年度何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎。作為胡教授的學生，倍感欣慰和驕傲！這是對胡教授半生獻身土地復(fù)墾，對環(huán)保和生態(tài)修復(fù)事業(yè)取得巨大成績的極大肯定！今天特刊發(fā)李秀、 劉堯、 閆瑩采訪胡教授的專文。

在中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院有這樣一位教授，他猶如“大地醫(yī)生”，以仁心仁術(shù)為大地“療傷”，將荒蕪變成沃土。他就是長期從事煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)研究與實踐，被譽為“土地復(fù)墾先鋒”的胡振琪教授。

我國大部分的煤炭來自井工開采。井工開采易引發(fā)地表塌陷、土地損毀和矸石堆積污染等地質(zhì)環(huán)境問題，嚴重影響國家生態(tài)安全、糧食安全。要煤炭還是要糧食？這道世界級難題擺在了我國科技工作者的案頭。

胡振琪教授三十余年如一日，著力于此。他揭示井工開采對地表生態(tài)的損傷機理與規(guī)律，首創(chuàng)采煤塌陷區(qū)邊開采邊復(fù)墾和黃河泥沙充填復(fù)墾技術(shù)，攻克自燃煤矸石山阻燃型生態(tài)修復(fù)技術(shù)，創(chuàng)立以“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”為核心的土壤重構(gòu)理論框架與技術(shù)體系……他推動了礦山生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)的革新，為我國該領(lǐng)域的創(chuàng)立、發(fā)展及國際學術(shù)影響做出了突出貢獻。經(jīng)過不懈努力，他將塌陷積水區(qū)變?yōu)楫a(chǎn)糧田，將矸石山污染源變?yōu)樯鷳B(tài)園。其成果廣泛推廣應(yīng)用，對保護國家耕地紅線、維護生態(tài)安全、建設(shè)綠色礦山發(fā)揮了重要作用。

“我要為大地療傷，變荒蕪為沃土”

初見胡振琪，很難將眼前這位樸素的學者和一個個耀眼的光環(huán)聯(lián)系在一起。

1991年，28歲的胡振琪從美國南伊利諾伊大學回國，成為中美聯(lián)合培養(yǎng)的第一位土地復(fù)墾學博士。2009年，他獲得了美國采礦與復(fù)墾學會（ASMR）土地復(fù)墾科技貢獻獎，這是ASMR第一次把獎項頒給亞洲的科學家，也是我國土地復(fù)墾學者在國際上獲得的第一個大獎。2018年，他又斬獲ASMR學會頒發(fā)的生態(tài)修復(fù)先鋒獎。這一獎項每年全球僅評選一人，這也是中國土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)學者在世界范圍內(nèi)第一次獲得該獎項。

1984年，胡振琪進入中國礦業(yè)大學測量物探系攻讀礦山測量專業(yè)碩士。1989年，26歲的胡振琪被國家派往美國南伊利諾伊大學進行土地復(fù)墾方面的聯(lián)合培養(yǎng)。胡振琪回憶：“我那時是土地復(fù)墾專業(yè)的門外漢，但是國家急需這方面的人才。國家的需要就是我的方向，我有責任學好它。”

1991年，在美國學成之時，面對美方導師誠摯的挽留，胡振琪沒有忘記自己赴美留學的初心，毅然選擇回國，投入到土地復(fù)墾的科研攻關(guān)中。

隨著改革開放的不斷深化，工業(yè)化、城市化加速推進，大量土地因工業(yè)活動受到破壞，導致耕地面積銳減。當時，90%以上的煤礦采用井工開采方式，大量土地沉陷損壞，采煤塌陷地的土地復(fù)墾成為中國煤礦區(qū)亟待解決的問題。

過去，治理此類問題的辦法存在著嚴重的技術(shù)缺陷，如泥漿泵挖深墊淺技術(shù)復(fù)墾后土壤質(zhì)量比較差，農(nóng)作物產(chǎn)量不高，復(fù)墾土地泥濘等，嚴重影響復(fù)墾效率。

基于國內(nèi)外的土地復(fù)墾實踐，胡振琪深入研究土壤剖面重構(gòu)的理論與方法，創(chuàng)新性提出了“分層剝離、交錯回填”的土壤剖面重構(gòu)工藝，實現(xiàn)土層順序的基本不變，構(gòu)造一個與原土壤一致或更加合理的土壤剖面。這一復(fù)墾方式，實現(xiàn)了高質(zhì)量的耕地恢復(fù)。

我國有10.8%的耕地與煤炭探明的保有資源量分布重合，如果將煤糧復(fù)合區(qū)的煤炭都挖出來，2億畝耕地將受到損毀甚至消失。

2005年，胡振琪首次提出“礦糧復(fù)合區(qū)”概念。他利用充填復(fù)墾技術(shù)對采煤沉陷區(qū)進行修復(fù)，在開采煤炭的同時保住耕地。

這其中，充填材料非常重要。胡振琪一直在尋找一種天然的、安全的填充材料。他發(fā)現(xiàn)，不少礦區(qū)距離黃河較近，一個奇思妙想慢慢誕生——用黃河泥沙作填充材料。想法有了，立即試驗。取沙、輸沙、沉沙排水、土壤重構(gòu)……當一項項工藝難關(guān)被逐漸攻克，成功在即之時，卻遭當頭棒喝——試驗區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量只有正常農(nóng)田的一半。

胡振琪經(jīng)過反復(fù)深入研究，發(fā)現(xiàn)自然界長期地質(zhì)演化形成的土壤分層結(jié)構(gòu)，各土層都有各自的生態(tài)功能和空間位置，且總是有起到關(guān)鍵作用的土層。胡振琪創(chuàng)新性地提出“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”的概念，并形成以“土層生態(tài)位”為基礎(chǔ)、以“土壤關(guān)鍵層”構(gòu)造為核心的仿自然土壤剖面重構(gòu)原理與方法。

正是發(fā)現(xiàn)了地層特質(zhì)，胡振琪開始嘗試在覆蓋表土的基礎(chǔ)上，給充填的黃河泥沙加入黏土層作為關(guān)鍵層。由此，“五花肉式”充填方法誕生——充填一層泥沙，覆蓋一層黏土，再充填一層泥沙，如此反復(fù)循環(huán)，泥沙中夾雜著若干層土壤，既有利于保水保肥，又有利于微生物活動加速土壤熟化。利用該技術(shù)后，復(fù)墾后的農(nóng)田產(chǎn)量3年內(nèi)達到正常農(nóng)田水平。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，耕地生產(chǎn)力水平提高15%以上。據(jù)估算，該技術(shù)可以造福黃河沿岸70公里范圍內(nèi)的1200萬畝采煤沉陷區(qū)。

“我們必須不斷探索、不斷創(chuàng)新”

“科研道路并非坦途。攻克一個問題，總會有新問題出現(xiàn)，等待解決?！焙耒髡f，“我們必須不斷探索、不斷創(chuàng)新?！?/span>

大氣污染和土壤污染密切相關(guān)。煤矸石是煤炭開采必然產(chǎn)生的固體廢物，我國年排放量在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(fù)燃，是礦山生態(tài)修復(fù)的重大難題。

胡振琪畢業(yè)歸國后，首先就把目光投向了煤矸石山。在僅有的1.7萬元科研經(jīng)費支持下，胡振琪憑借一腔熱情、一股闖勁，持續(xù)幾個月進行攻堅，在王莊礦創(chuàng)造了一套實用的煤矸石山綠化造林技術(shù)，創(chuàng)造性地將反坡環(huán)山帶整地法應(yīng)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。

治理前的山西王莊煤礦矸石山

治理后的山西王莊煤礦矸石山

3年后，4公頃土地產(chǎn)出了400萬元的直接經(jīng)濟效益。

令人意想不到的是，10多年后，綠化成功的王莊礦煤矸石山，由于意外失火毀于一旦。

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自燃問題。

在這項研究中，兩個“點”的判定顯得尤為關(guān)鍵。一是燃點判定，矸石山是否為酸性是最基本的判斷，而傳統(tǒng)的pH值檢測卻帶有迷惑性。胡振琪團隊提出了用“潛在酸性”計算方法來判斷酸堿度。二是著火點判定。胡振琪團隊獨特的熱紅外與測繪技術(shù)相耦合的表層燃燒情況定位技術(shù)及基于表面溫度反演深部著火點位置模型，仿佛透視眼一般，能夠準確找到著火點的位置。

在解決了兩個“點”的關(guān)鍵問題后，胡振琪團隊提出了表面噴漿與深部注漿相結(jié)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(jié)合的抑氧隔氧防火技術(shù)、植被恢復(fù)技術(shù)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”。治理后，區(qū)域大氣中二氧化硫等有害氣體濃度降低50%以上，達到國家空氣質(zhì)量標準二級。

胡振琪投入十余年心血的項目——《煤矸石山自燃污染控制與生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》，榮獲2019年度國家科技進步二等獎。

我國采煤塌陷地累積已超3000萬畝，且每年以105萬畝的速度增長。“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”式的末端治理，必須要改變。

“在塌之前就要治理，從源頭和過程中控制。”胡振琪在我國井工開采地區(qū)提出了邊開采邊復(fù)墾（簡稱邊采邊復(fù)）的概念。

“要實現(xiàn)邊采邊復(fù)，就要能夠預(yù)知這塊地方未來要塌陷多深，在哪個位置，提前把要沉入水里的土取出來，保護土壤?！焙耒髡f。邊采邊復(fù)強調(diào)開采工藝與修復(fù)工藝的充分結(jié)合，以保證按采礦計劃同步進行。胡振琪研發(fā)了“星—空—地—井”感知技術(shù)，精準獲取地上下信息，基于井上下耦合的地表生態(tài)損傷模型，精準預(yù)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(fù)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(shù)，邊采邊復(fù)技術(shù)在山東、安徽等地的礦山實現(xiàn)應(yīng)用，與穩(wěn)沉后治理相比，可多恢復(fù)耕地15%至40%，實現(xiàn)避水保土和煤糧兼得。

“這是一個需要一代代人堅持的事業(yè)”

自1991年回國任教以來，30多年時間里，他始終將人才培養(yǎng)看得很重。

土地復(fù)墾學是一門多學科交叉的綜合性應(yīng)用學科，涉及土地科學、環(huán)境科學、生態(tài)學、農(nóng)學、地質(zhì)工程、礦業(yè)工程、測繪科學與技術(shù)、管理學等多個學科。

胡振琪說，土地復(fù)墾，是一個需要一代代人堅持的事業(yè)。人才隊伍建設(shè)是一項長期的重要工作，學科未來的發(fā)展要靠年輕一代，“他們是今后開展原創(chuàng)性研究的保障”。

胡振琪治學嚴謹是出了名的。他反復(fù)強調(diào)，“做學問不能一知半解?！彼浅Ｗ⒁馀囵B(yǎng)學生的獨立工作能力，要求每位學生都有獨立開展一個完整項目的經(jīng)歷，做到既能做科研又會做工程，而且必須親自經(jīng)過現(xiàn)場深入調(diào)研，重視第一手數(shù)據(jù)的積累。

育人過程中，胡振琪以身作則、躬身示范。即便由于過去繁重的工作勞動造成了如今嚴重的腰椎疾病，他依然走遍礦區(qū)和矸石山，取水取沙，采集第一手材料。他說，從事土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)，必須要腳踏實地，“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”。

雖然嚴厲，但胡振琪“刀子嘴、豆腐心”也是出名的。生活中，胡振琪親切樸素。在中國礦業(yè)大學校園里，他喜歡到年輕一代中間去，天南地北地和學生聊一聊，給他們一些建議。

30余年，胡振琪培養(yǎng)出博士后9名、博士108名、碩士128名，培育了一支扎實肯干、具有國際影響力的創(chuàng)新團隊。這其中，既有學術(shù)界的教授、博導，也有在基層一線的科研人員，還有在政府部門出謀劃策的公務(wù)員以及致力于產(chǎn)學研轉(zhuǎn)化的商業(yè)人士，他們在不同領(lǐng)域為我國土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)作出貢獻。

胡振琪還創(chuàng)立了中國煤炭學會土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)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(fù)墾與生態(tài)修復(fù)學科發(fā)展報告》，推進相關(guān)政策和制度的完善，為我國礦山生態(tài)修復(fù)事業(yè)創(chuàng)建創(chuàng)新和國際化作出突出貢獻。

每每談到采煤沉陷地從廢棄荒蕪、雜草叢生，變得耕地肥沃、魚蝦滿塘、鴨鵝滿地，胡振琪就感慨：“土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)是一項功在當代、利在千秋的事業(yè)?！?/span>

胡振琪說：“既然選擇了土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)這一行，就要經(jīng)得起風雨、耐得住寂寞。過去是這樣，現(xiàn)在是這樣，未來還是這樣。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肥沃的土地和錦繡的山河。”

摘自 《中國煤炭報》2024年1月20日四版

作者：李秀 劉堯 閆瑩

附：【胡振琪教授簡介】

胡振琪，教授，博士生導師。

1984: 畢業(yè)于中國礦業(yè)大學地質(zhì)系獲礦山測量專業(yè)工學學士學位

1987: 畢業(yè)于中國礦業(yè)大學測量物探系工程測量專業(yè)工學碩士學位

1989.02-1991.05: 留學美國南伊利諾大學

1991: 畢業(yè)于中國礦業(yè)大學采礦系工程測量專業(yè)獲工學博士學位（為中美聯(lián)合培養(yǎng)的土地復(fù)墾學博士）

1996.09-1997.09: 獲英國皇家學會對華研究員獎學金，以Exeter大學榮譽研究員的身份在該大學坎伯恩礦院研究污染土地的復(fù)墾

負責參與國家863課題3項，國家支撐計劃項目和課題2項，國際合作3項，國家自然科學基金項目6項，國土資源部公益性行業(yè)科研專項2項

出版學術(shù)專著10余部，主編參編教材6部

在國內(nèi)外期刊和國際會議上發(fā)表學術(shù)論文300余篇

指導畢業(yè)博士后、博士、碩士100余人

研究方向：

1. 土地復(fù)墾與生態(tài)重建

2. 礦山地質(zhì)環(huán)境治理

3. 國土資源利用與管理

4. 礦山測量

代表性科研項目：

1. 大型煤炭基地沉陷區(qū)黃河泥沙充填修復(fù)技術(shù)及示范，國家十二五支撐計劃

2. 風沙區(qū)超大工作面開采的土地損傷規(guī)律及生態(tài)修復(fù)方法，國家自然科學基金煤炭聯(lián)合基金重點項目

3. 酸性煤矸石山污染原位控制與生態(tài)重建聯(lián)合治理技術(shù)及示范,國家863計劃

4. 煤礦區(qū)典型重金屬復(fù)合污染土壤的綜合修復(fù)技術(shù)，國家863計劃

5. 土地整理工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究，國家十一五支撐計劃

6. 高潛水位煤－糧復(fù)合主產(chǎn)區(qū)采煤塌陷地邊采邊復(fù)技術(shù)與示范, 國土資源部公益性行業(yè)科研專項

7. 基于溫度探測的煤矸石山自燃監(jiān)測原理與方法, 國家自然科學基金

8. 煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞的機理及重建技術(shù)研究, 教育部跨世紀優(yōu)秀人才計劃

9. 礦區(qū)復(fù)墾土壤重構(gòu)的理論與方法——以煤礦區(qū)為例，國家自然科學基金

10. “煤基生態(tài)環(huán)境修復(fù)劑”的研究與開發(fā)及其應(yīng)用, 國家863計劃

代表性論著：

1. Zhenqi Hu，Guanghua Yang，Wu Xiao，Jing Li，Yaoqi Yang，Yang Yu，F(xiàn)armland damage and its impact on the overlapped areas of cropland and coal resources in the eastern plains of China. Resources，Conservation and Recycling. 2014，86:1–8

2. Hu Zhenqi，Xiao Wu. Optimization of concurrent mining and reclamation plans for single coal seam: a case study in northern Anhui，China. Environmental Earth Sciences. 2013，68(5):1247-1254

3. Hu，Zhenqi，Xu，Xianlei，Zhao，Yanling. Dynamic monitoring of land subsidence in mining area from multi-source remote-sensing data - a case study at Yanzhou，China. International Journal of Remote Sensing，2012，33(17):5528-5545

4. 胡振琪,肖武,王培俊,趙艷玲. 試論井工煤礦邊開采邊復(fù)墾技術(shù)[J]. 煤炭學報,2013,38(2):301-307

5. 胡振琪,龍精華,王新靜.論煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)、自然修復(fù)和人工修復(fù)[J].煤炭學報,2014,39(08):1751-1757

6. 胡振琪,王新靜,賀安民.風積沙區(qū)采煤沉陷地裂縫分布特征與發(fā)生發(fā)育規(guī)律[J].煤炭學報,2014,39(01):11-18

7. 胡振琪,位蓓蕾,林衫,楊潔,李耀. 露天礦上覆巖土層中表土替代材料的篩選[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2013,29(19):209-214

8. 胡振琪 李晶 趙艷玲，礦產(chǎn)與糧食復(fù)合主產(chǎn)區(qū)環(huán)境質(zhì)量與糧食安全的問題、成因與對策，科技導報. 2006,(3):28-31

9. 胡振琪，煤礦山復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)的基本原理與方法，煤炭學報，1997,22(6):617-622

10. 胡振琪、李鵬波、張光燦，煤矸石山復(fù)墾，北京：煤炭工業(yè)出版社，2006 （國家出版基金資助）

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