葡萄酒产业与黄河流域煤炭基地生态治理现状与思考

宋瑞，朱宗文，李华,2,3*，王华,3*

（1. 西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨陵 712100；2. 中国葡萄酒产业技术研究院，宁夏银川 750021；3. 陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西杨凌 712100）

黄河流域是我国重要的能源供给地带，也是我国重要的生态屏障。黄河中上游土地面积大，气候干旱，污染面广，生境干扰严重，生态环境脆弱，生态系统整体规划与保护不足制约了黄河流域煤矿区生态保护与高质量发展，迫切需要找到一条生态治理与经济并行的高质量协同发展之路。葡萄作为多年生藤本植物，不仅具有极高的经济价值，而且能衍生巨大的生态价值，葡萄园地上部分年生物量干重为6.2 t·hm-2，相当于碳储量9.1 t·hm-2[1]。在宁夏，葡萄酒产业已经被列为千亿产值的特色产业之首，但受自然保护区划定、国家公益林划分、粮食耕地保护等因素制约，适宜开发利用的土地资源有限。黄河中上游能源富有的鄂尔多斯和宁东地区独特的风土条件特别适宜发展葡萄酒产业，利用该区域的黄河水资源和风土资源优势，通过葡萄酒产业赋能，协同解决煤炭聚集区生态治理和区域经济的高值化发展难题。

1 黄河流域煤矿区概况及生态现状

1.1 黄河流域煤矿区的分布及气候特征

黄河干流河道全长5464 km，落差4480 m，流域面积79.5万 km2。流域上游地区水能资源丰富，中游煤炭资源丰富，下游富含石油和天然气资源，被称为“能源流域”。黄河流域含煤面积超过35.7万 km2，占总流域面积的45%；煤炭资源储量为7732亿 t，占全国的45.25%；我国14个大型煤炭基地中有9个煤炭基地分布在黄河流域，2018年原煤产量为21.63亿 t，占全国的58.73%[2]。沿黄河自西向东流向分别为：宁东、神东、晋北、陕北、晋中、晋东、黄陇、河南、鲁西煤炭基地。地处7个省（区），分别为宁夏、内蒙古、陕西、山西、甘肃、河南及山东。

黄河流域流经青甘保育区、晋陕黄土区、蒙宁陕风沙区及豫鲁平原区[3]。流域内包含干旱、半干旱和半湿润地区。中上游地带是典型的干旱、半干旱气候区，年平均降水量小于500 mm，而年均蒸发量大于1400 mm。黄河流域中上游地区拥有大量的煤炭资源，是全国煤炭的重要产地和调出区，已查明的煤炭保有储量超过2.7亿 t，但水资源却十分短缺[4]。煤矿的过量开发加剧了矿区及周边环境沙漠化和荒漠化，己成为典型的受损生态系统[5]。黄河流域中下游属半湿润气候，包括鲁西、河南煤炭基地，年降雨量超过800 mm，水资源相对富有。然而，煤炭开发造成地表沉陷，形成的区域湿地导致生物种群锐减，降低了生物多样性[6]。流域内生态系统多样且敏感，生态涵养任务繁重，复杂地理环境和特殊工业类型导致的生态脆弱性较我国其他流域更为严峻。

1.2 黄河流域煤炭开采对生态环境的影响

煤炭是我国最经济、最稳定以及自主保障程度最高的能源，促进经济社会发展和提高人民生活水平的同时，也造成了一系列生态环境的破坏。主要表现在：第一，煤矿区水资源保障面临挑战，高强度采煤对地下水系统产生明显损害，使矿区有限的水资源更加短缺。第二，开采造成矿区的岩土剥离，不仅造成地表水和矿井水耦合，而且破坏原有地貌，导致水土流失和地表生态的退化。第三，煤炭开发和利用过程均会产生大量的碳排放，约占全国碳排放总量的1/10[7]。最值得关注的是，开采过程中甲烷（CH4）的排放量巨大，约占全国总排放量的1/3[8]。第四，煤炭开采产生大量的固体废料，包括煤矸石、粉煤灰、煤渣等造成严重土壤污染和土地占用[9]。

协调生态环境、矿产资源、经济社会三大子系统之间共存、约束、互补、平衡的复杂关系是当下亟待解决的任务。重视黄河流域水资源、光热、土壤、碳利用等生态系统要素与煤炭高强度开采之间的协调发展对保障黄河流域生态保护和恢复具有重要意义。

1.3 黄河流域煤炭基地生态治理的必要性

黄河流域内煤炭基地分布广泛，9个大型煤炭基地拥有58个矿区，土壤和气候类型都是制约植被恢复的关键因素。黄河流域是我国的“能源流域”，也是我国生态安全的核心区域。煤炭大面积开采造成的生态破坏问题愈演愈烈。选择具有较强抗旱性、耐贫瘠、固碳保水的植被是修复干旱、半干旱矿区生态的关键[10]，此外，尽量以研究区适生植物为主，减少引种是保障植被成活率的前提[11]。相比中下游半湿润地区，中上游干旱矿区进行植被恢复尤为艰难，特别是与毛乌素沙地相邻的神东和宁东煤炭基地，位于我国西北干旱风积沙区，均为我国亿吨级大型煤炭基地。煤炭资源是地方主要的经济支柱，也是黄河流域9个煤炭基地内生态最为脆弱的地区，干旱及煤炭过度开采导致区域生态阈值低，抗扰动能力差，正加速矿区生态恶化。因此，以宁夏、内蒙古地区煤炭基地为中心，通过农业治理手段，进行环境和生态连片治理，加快矿区植被恢复十分必要。

酿酒葡萄作为近年来发展最为迅速的经济作物之一，较为适应干旱和土壤贫瘠的生长条件，相比木本植物，酿酒葡萄成年较快，不但具有较高的经济价值，而且具有一定的生态价值。因此，针对西北干旱风积沙区煤炭基地立地条件差、生境干扰严重、植被退化等问题，基于众多学者长期对葡萄栽培学、葡萄抗逆性、葡萄生态学的科研成果[12-14]认为，种植酿酒葡萄可以满足黄河流域干旱风积沙区综合治理措施中增加植被覆盖、改良土壤、控制水土流失、促进区域固碳等众多需求，是一种可以兼顾生态治理与经济发展的重要手段。

2 种植酿酒葡萄对改善生态环境的研究进展

发展葡萄酒产业对建成小康社会的作用显著，有力地促进了脱贫攻坚和乡村振兴，为地方经济发展做出了贡献。与此同时，面对全球气候变化的压力，酿酒葡萄的生态价值也受到越来越多学者的重视。与一般生态林相比，种植葡萄具有投资周期短、见效快、后效显著的特点，通过合理的农艺管理，可以改善土壤结构，提高果实生产力，实现生态系统碳减排与经济增效的双赢[14]。根据李华[15]对中国酿酒葡萄气候区划研究显示（图1），我国干旱、半干旱地区的大部分区域，均为种植葡萄的适宜气候区，总面积达8000万 hm2。其中宁夏、内蒙古均属于干旱、半干旱地区，是我国重要的酿酒葡萄生产基地，葡萄栽培面积和产量约占全国的30%以上。面对西北干旱、半干旱区立地条件差，生境干扰严重的背景下，酿酒葡萄仍成为这些地区的主要适生植物之一，充分说明葡萄具有极强的环境耐受性和可塑性。此外，葡萄栽培对西北干旱区生态环境的改变也是显而易见的。

图1 中国葡萄栽培气候区划中适宜种植区和当前葡萄种植区的分布[15]Figure 1 Distribution of suitable and current viticultural regions in climatic regionalization of Chinese viticulture

以宁夏贺兰山东麓产区和内蒙古产区为例。宁夏酿酒葡萄产业起步于1984年，宁夏北部贺兰山山脉以外的其他地区均适合葡萄栽培[15]（图2A）。葡萄酒产业发展近40年来，充分利用2.3万 hm2山荒地资源，通过“浅沟种植”技术有效拦蓄了洪水，减少了水土流失，酒庄绿化及葡萄园周边防护林的建设显著提高了植被覆盖率，连片种植的葡萄园有效防止了风沙污染，各具特色的酒庄及葡萄园已经成为贺兰山东麓的紫色名片和银川市的生态屏障。2021年，宁夏酿酒葡萄种植面积达到3.5万 hm2、约占全国的1/3，酒庄228家（已建成116家、在建112家），年产葡萄酒1.3亿瓶，葡萄酒产业综合产值突破300亿元[16]。内蒙古产区酿酒葡萄栽培集中于西部、中东部（图2B），根据区划结果显示，东部主要包括通辽和赤峰的部分地区，西部主要分布在阿拉善、乌海、鄂尔多斯、呼和浩特等地以及巴彦淖尔、包头南部[15]。内蒙古地域广阔，气候特征差异较大，近些年伴随着内蒙古防沙治沙工程，葡萄栽培产业得到了迅速发展，形成了一定规模的葡萄种植基地，在改善地方生态的同时促进了经济发展，2017年葡萄栽培面积0.76万 hm2，产量12.13万 t，产值6.97亿元。建成了以赤峰、呼和浩特的托克托县和乌海市为中心的葡萄基地，目前内蒙古自治区葡萄产业仍然呈上升趋势。

图2 贺兰山东麓产区和内蒙古产区酿酒葡萄适宜种植区和当前葡萄种植区的分布Figure 2 Distribution of suitable and current wine-growing areas in the eastern foot of Helan Mountain and Inner Mongolia

中国葡萄酒产业的进步有目共睹，从“土地-餐桌”各产业链的技术难题不断被攻克，市场竞争力也在不断提升。然而，面对全球人口压力及粮食耕地问题，葡萄酒产业的发展又迎来了新的难题，产业发展对建设用地的需求与地方土地规划之间的矛盾成为现阶段阻碍产业发展的主要原因之一。受自然保护区划定、国家公益林划分、粮食耕地保护等因素限制，可开发利用的土地资源有限，“不侵占耕地、不侵入生态保护红线”是产业发展的原则，因此，在充分考虑这一现状的前提下，创新性的提出“通过煤炭基地生态治理助推葡萄酒产业发展，通过种植酿酒葡萄恢复煤炭基地生态环境”的理念，不仅是促进各产业融合发展的新突破，而且对解决黄河流域内干旱、半干旱地区煤炭基地植被恢复难、减排压力大具有重要意义。

3 葡萄酒产业对治理黄河流域煤炭基地生态脆弱区的作用

3.1 葡萄种植对改善矿区环境的作用

煤炭开采、运输和加工等许多过程会产生大量的粉尘和有毒物质[17]，严重影响植物的生长发育和生理代谢。葡萄是西北干旱地区种植最为广泛的经济作物之一，对干旱及土壤的适应性较强，同时葡萄叶片有纵棱纹，无毛或被稀疏柔毛，枝干表面粗糙，具有一定的滞尘能力。党亚玲[18]研究我国北疆干旱地区不同功能区攀援类植物的滞尘效应及尘污染对其光合作用的影响时发现，葡萄的平均滞尘量为14.855 g·m-2，且大气颗粒物浓度越高，实际滞尘能力表现的越明显。阿丽亚[19]对我国南疆干旱地区不同树种滞尘能力的研究发现，葡萄单位叶面积滞尘量为9.44 g·m-2，与其他功能区相比，在工业区粉尘污染对叶片滞尘量的影响最为明显。由此可见，葡萄对粉尘具有较强的适应能力，种植葡萄对降低矿区粉尘扩散量和面积具有一定的作用。此外，葡萄栽培多采用上架管理，且种植密度较高，形成的屏障可有效减少粉尘扩散，改善矿区周边大气环境。

3.2 葡萄对保持矿区水土保持的作用

在干旱、半旱地区对土壤改良后的煤炭基地进行植被修复受到的限制较多。植被的生长和生存都受到水资源的严重限制[20]，这就要求在节约水资源的同时，尽量提高水的使用效率。葡萄对水资源的利用效率高于粮食作物和蔬菜作物，且耗水量低于其他作物。例如，西北地区5种主栽经济作物耗水量分别为：酿酒葡萄3900 t·hm-2，枸杞4200 t·hm-2，玉米、小麦和黄花菜均为5400 t·hm-2，而且种植酿酒葡萄还可以通过调亏灌溉节约水资源[21]。经李玉义[22]测算数据显示，葡萄水分经济效率为30～40元·mm-1·hm-2、粮食作物为2～6元·mm-1·hm-2、蔬菜为5～20元·mm-1·hm-2。此外，保障植被自然恢复能力对实现黄河流域生态治理的作用不容小觑。李华[11]在强调葡萄酒产业生产功能的同时，更加重视其生态功能和景观功能，提出了以“树形控制+全面生草+枝条覆盖+冬季挂（留）枝”为核心的极简化生态栽培技术集成。该技术不仅可以改善矿区微气候，而且可以降低矿区生态治理的成本。例如，在葡萄园行内筛选矿区适宜种植的草种，不仅可以改善葡萄园的微气候环境，提高果实品质，还可以提高土壤肥力，促进根系的生长和吸收活动，提高葡萄植株的光合速率。其次，长期将枝条还田，实现废弃资源合理利用，不仅可以增加土壤有机质含量，还可以改善土壤微生物的多样性。再者，冬季挂（留）枝形成风障起到防护林的作用，在保护地表、减少风蚀、降低沙漠化程度的同时，还保证了葡萄园的观赏性。葡萄栽培技术集成是加速矿区生态治理的关键[11]，是实现各环节相互关联、互相促进的重要手段，是植被恢复成功的保障，最终实现矿区生态系统与周边环境的协调发展。

3.3 葡萄的固碳功能可补偿煤炭开发中碳排放

与果园和乔木种植园相类似，葡萄是多年生藤本作物，根系和主干是永久性的木质结构，长期将碳固定在木质组织中[23]，短期储存于一年生器官（叶、果实和一年生枝条）。葡萄作为固碳的重要载体，每年固定、储存的碳对减缓温室气体排放具有重要意义。葡萄在产出果品的同时，还可以视为特色绿色林，有利于生态环境的改善，主要体现在净化大气、节水增效和固碳释氧等方面[24]。李华团队从酿酒葡萄的8个生态服务功能定量分析了宁夏贺兰山东麓产区及其红寺堡子产区葡萄酒产业的生态价值[25]，以食品生产、固碳释氧、净化大气、土壤保持、涵养水源、节水增效、生态旅游和生态扶贫为指标进行评价，结果表明葡萄酒产业具有巨大的经济、生态和社会价值，贺兰山东麓葡萄酒产业每年实现的生态价值可达26.64亿元，这对促进区域经济发展、改善地方生态环境、提高农民生活水平具有重要贡献。此外，在对贺兰山东麓葡萄园碳汇研发中发现，7年生的‘赤霞珠’葡萄园碳储量为55.35 t·hm-2，两年生的‘霞多丽’葡萄园碳储量为39.48 t·hm-2。葡萄栽培措施能显著提高葡萄园土壤碳储量，如将修剪枝、枯蔓、疏花、疏叶等作为有机质并入土壤中进行碳封存，增加了土壤的碳含量；施用有机肥和生草覆盖也增加了土壤的有机碳储量[26]，可见，葡萄的固碳功能对补偿煤炭开发碳排放具有重要作用。

4 煤炭基地种植酿酒葡萄存在的问题与建议

4.1 葡萄种植前的土壤改良

煤矿开采使用的大型采矿设备的重压力往往使土壤坚硬致密，造成表土剥离，导致土壤有机质、有效养分和含水量匮乏。煤矿开采还可造成地表塌陷，地下水位下降，长期作业使得地面出现裂缝，土壤中的养分也随着裂隙和地表径流流入采空区或洼地，加剧水土流失，使土壤承载力下降，存在许多不利于葡萄生长的客观因素，因此需要人为干预。在采后矿区进行葡萄复垦前，需要对矿区土壤进行改良，以满足矿山生态恢复实践的需要。改良方式为在土壤中添加草炭+沸石、草炭+珍珠岩+稻糠、煤矸石、污泥、绿肥、秸秆、微生物菌肥等物质，均有良好的效果[27-28]。

4.2 解决水资源供需失衡

资源型缺水和工程型缺水是我国北方大多数煤炭基地存在的现实问题。黄河流域农业发展、矿产资源开发、经济社会用水等均需要大量水资源，导致水资源利用效率不高，加剧了水资源供需失衡问题，煤炭开发水资源损失的主要原因是矿井水外排到地面，没有得到有效利用，特别是在黄河流域上游气候干旱、年蒸发量远大于降雨量的西北矿区，开采时的水资源利用尤为重要。矿井水虽是煤炭开采的副产物，但也是不可再生的宝贵资源，通过利用先进的水处理技术，储蓄处理后的矿井水，回用于葡萄园灌溉，将极大地推动矿区循环经济的发展。

4.3 建立生态补偿机制

煤炭开发方式不可避免地消耗能源和带来碳排放。近年来，随着中国煤炭开发机械化水平持续提高，大型煤炭企业采煤机械化水平达到发达国家水平，机械化程度高达97.1%[29]，结合煤矿区“电代煤”及“气代煤”的改造升级[30]，显著改变了生产用能结构，降低了煤炭开发过程中用能和碳排放的强度。尽管如此，面对全球碳排放造成气候变暖的严峻形势，除了加快探索煤炭开发节能增效技术，也应该关注矿区植被恢复带来的生态附加值。建立黄河流域生态补偿机制，以葡萄复垦带来的碳汇价值，补偿煤炭开发过程中的碳排放，通过设立补偿基金、治理基金等，提高黄河流域煤炭基地植被恢复的积极性，从而切实体现“绿水青山就是金山银山”的发展理念。

5 展望

能源开发造成土地占用和生态环境的破坏、耕地保护对保障耕地面积的需求及葡萄酒产业发展面临的土地资源受限等问题，都将主要矛盾指向土地资源利用，特别是面对我国人口压力和经济快速发展导致产业结构不断变化的严峻形势下，合理利用土地是当下最有效的解决措施。煤炭基地复垦酿酒葡萄，是响应国家号召“引导新发展林果业上山上坡，鼓励利用四荒资源，不与粮争地”的重要举措，也是兼顾煤炭基地生态恢复与地方经济发展的有效措施。煤炭基地复垦酿酒葡萄，既能满足经济作物发展用地的需求，又能促进地方经济可持续发展，有效解决产业发展和耕地保护之间的矛盾。此外，开展葡萄酒产业对黄河流域煤炭基地生态治理研究，是解决流域内干旱、半干旱地区煤炭基地植被恢复难、减排压力大的新思路。如果能将能源开发、耕地保护、葡萄酒产业发展有机结合起来，将最大程度实现土地资源潜能释放，提升土地利用效率，为我国土地资源有效利用作出重要贡献。

“双碳”的远景目标不断刺激中国经济结构、能源结构、产业结构的转型升级，尤其是干旱、半干旱地区的能源富集和生态脆弱性交织在一起，应该受到更多的重视和投入。以植被恢复、土壤改良、水土保持等环境要素为抓手，以减排、降碳、绿色、高质量发展为目标，将葡萄酒产业发展与黄河流域生态治理相结合，走生态产业化、产业生态化的发展路子，将发展葡萄酒产业与加强黄河滩区治理、加快植被恢复结合起来，突出节水增效、生态涵养、绿色循环。力争通过葡萄酒产业带动矿区周边区域生态治理水平，实现新的经济价值增长点，将“黄河流域生态保护和高质量发展”战略方针落到实处。