黄河砒砂岩区生态治理—衍生产业协同发展关键技术与应用.pdf

黄河砒砂岩区生态治理衍生产业协同发展关键技术与应用 主 要 完 成 人:姚文艺、申震洲、陈正新、肖培青、张攀、张立欣、李晓龙、刘慧、饶良懿、姚京威、孔祥兵、李长明、赵旭升、王志慧、王忠主要完成单位:黄河水利委员会黄河水利科学研究院、亿利资源集团有限公司、华北水利水电大学、郑州大学、北京林业大学、洛阳师范学院、内蒙古自治区水利科学研究院获 奖 情 况:2022 年度黄河水利委员会科技进步奖一等奖、2022 年度河南省人民政府发展研究奖二等奖;2023 年入选“十四五”国家重点出版物出版规划增补项目1 研究背景黄河流域砒砂岩区是我国乃至世界上生态极度脆弱、复合侵蚀最为严重、生态退化致贫现象尤为突出的区域,成为黄河粗泥沙的核心来源区,被称之为“地球生态癌症”,对构筑我国北方生态安全屏障、实现黄河长治久安和区域高质量发展带来重大挑战。黄河流域生态保护和高质量发展国家战略提出了着力加强生态保护治理,实施水蚀风蚀交错区重点防治工程,促进全流域高质量发展的目标任务。因此,研发黄河砒砂岩区生态治理衍生产业协同发展的基础理论和关键技术,是黄河国家战略的重大需求。为此,团队在 2 项国家重点研发计划课题资助下,聚焦地貌植被复合侵蚀耦合规律、生态治理与生态经济协同发展机制的重大科学问题,围绕生态综合治理措施适宜配位及配置、块体状重力侵蚀无害化治理、生态综合治理生态经济协同发展模式的关键技术,基于水土保持、生态、水文泥沙、高分子材料、植物、林业、农业、土壤等多学科理论,利用抽样调查、理论解析、统计分析、控制试验、遥感解释、数学模型反演与评估、过程监测、示范试验等多种方法,揭示砒砂岩区地貌植被降雨侵蚀耦合关系的空间分异规律,研发砒砂岩块体状重力侵蚀高聚物注浆固结治理、砒砂岩改性材料谷坊建造、道路沟蚀防治和坡顶水资源高效利用等技术,提出了砒砂岩区生态综合治理措施配置体系与治理模式,开发砒砂岩风化土壤改良、灌草平茬高品质饲料加工、枣叶茶制作、经济林果饮品开发等生态产业技术,并形成生态治理衍生产业协同发展模式,为推进区域生态修复和高质量发展、减少黄河粗泥沙等重大实践提供科技支撑。2 成果创新点(1)揭示了砒砂岩覆土、覆沙、裸露三大类型区地貌植被侵蚀的空间耦合关系,以及在坡顶、坡面、沟坡、沟道及小流域多尺度地貌单元的嵌套分异规律;发现了植被群落结构与地形地貌的响应关系,以及在自然修复过程中其群落结构不会改变的现象,为此砒砂岩区植被建设必须辅以人工调控措施。(2)提出了高聚物注浆固结治理砒砂岩重力侵蚀的新方法,通过聚合+催化多过程反应原理,研发了无膨胀强固结的适用于砒砂岩高聚物材料及裂隙稳固(下转第 11 页)6 治黄科技信息2023 年第 5 期产、物资采购登记回收、物资仓储管理、物资调度等管理思路及模式,为防汛物资生产、筹措、储存、调度、配送、发放、回收等全流程、全链条、多用户管理提供重要参考。3 取得知识产权及获奖情况该科技成果通过黄委科技查新工作站的科技查新成果鉴定,获得黄委科学技术进步奖二等奖。4 影响及意义该科技成果旨在解决国家防汛应急物资储备、布局、配置等长期以来体系不清,缺少基础研究、顶层设计等重大问题,是中国第一个比较系统的国家防汛抗旱物资储备研究成果,本研究成果具有广泛的应用前景。一是该成果为国家应急物资储备“十四五”规划编制提供了重要的技术支撑;二是该成果为“十四五”期间中央防汛抗旱物资储备提供了科学依据,有力支持了防汛抗旱抢险工作;三是该成果为中央防汛抗旱物资储备的布局提供了强有力的技术支撑,为中央仓库建设及物资储备提供了科学依据。【供稿:设计院 张瑞海】(上接第 6 页)技术,为砒砂岩区块体状重力侵蚀提供了新措施。(3)通过沟网径流拦蓄、沟蚀阻控、集流灌溉、谷坊建造、控渗利用及生物护埂等技术创新,提出了砒砂岩覆土覆沙裸露区生态综合治理措施体系及其配置技术,形成了砒砂岩区生态治理植被恢复系统稳定的治理技术体系。(4)揭示了枣树起源并培育了适宜砒砂岩区的红枣新品种,开发了枣叶茶等衍生产品,研发了微生物发酵饲料生产及生物质资源高效利用的技术体系,提出了物理化学生物三元耦合的砒砂岩质地土壤结构改良和地力提升技术,研发了适用于建造谷坊和制备砌块砖的砒砂岩改性材料和施工工艺,形成了生态治理+衍生资源配置+产品开发+中试产业化的生态治理衍生产业协同发展型新模式。3 取得知识产权及获奖情况获国家发明专利 12 项、实用新型专利 13项、软件著作权 5 项;发表学术论文 120 篇(包括 SCI/EI 检索62 篇);出版专著 4 部,其中科普专著获河南省优秀科普读物一等奖 2 项;被水利部认定为水利先进实用、成熟的推广成果计3 批次;获批省级工法2 项、技术标准2 项。4 影响或意义在生态治理理论与关键技术上均取得了系列自主创新成果,并实现了创新成果转化落地,得到推广应用。完成单位与鄂尔多斯市共建、完善了 35km2砒砂岩区水土保持科技示范园,植被覆盖度由 25%提高至 60%以上,减水减沙效益分别达 50%、70%以上;生态衍生产品开发技术应用于相关企业,年增经济效益 6835 万元,为农民建设的生态经济果园使农户年增收 10 万元以上,取得了显著的生态效益、社会效益和经济效益,为砒砂岩区生态恢复与乡村振兴,科学构建生态治理、经济协同发展结构新格局,助力黄河流域高质量发展提供了重要科技支撑,对提升我国在脆弱生态系统治理研究领域的世界影响力和技术领先水平具有重要意义。通过项目成果的转化落地,不仅有效提升了鄂尔多斯乃至黄河粗泥沙集中来源区的水土保持科技创新和技术应用水平,还可以对黄河流域水土保持工作起到示范引领作用。【供稿:黄科院 申震洲】11治黄科技成果