变荒芜为沃土的“大地医生”——记2023年度何梁何利基金科学与技术进步奖获得者、中国矿业大学教授胡振琪

【云飞 编者按】2023年12月19日，国内外著名土地复垦专家、长江学者、中国矿业大学教授胡振琪先生荣获2023年度何梁何利基金科学与技术进步奖。作为胡教授的学生，倍感欣慰和骄傲！这是对胡教授半生献身土地复垦，对环保和生态修复事业取得巨大成绩的极大肯定！今天特刊发李秀、 刘尧、 闫莹采访胡教授的专文。

在中国矿业大学环境与测绘学院有这样一位教授，他犹如“大地医生”，以仁心仁术为大地“疗伤”，将荒芜变成沃土。他就是长期从事煤矿土地复垦与生态修复研究与实践，被誉为“土地复垦先锋”的胡振琪教授。

我国大部分的煤炭来自井工开采。井工开采易引发地表塌陷、土地损毁和矸石堆积污染等地质环境问题，严重影响国家生态安全、粮食安全。要煤炭还是要粮食？这道世界级难题摆在了我国科技工作者的案头。

胡振琪教授三十余年如一日，着力于此。他揭示井工开采对地表生态的损伤机理与规律，首创采煤塌陷区边开采边复垦和黄河泥沙充填复垦技术，攻克自燃煤矸石山阻燃型生态修复技术，创立以“土层生态位”和“土壤关键层”为核心的土壤重构理论框架与技术体系……他推动了矿山生态修复理论与技术的革新，为我国该领域的创立、发展及国际学术影响做出了突出贡献。经过不懈努力，他将塌陷积水区变为产粮田，将矸石山污染源变为生态园。其成果广泛推广应用，对保护国家耕地红线、维护生态安全、建设绿色矿山发挥了重要作用。

“我要为大地疗伤，变荒芜为沃土”

初见胡振琪，很难将眼前这位朴素的学者和一个个耀眼的光环联系在一起。

1991年，28岁的胡振琪从美国南伊利诺伊大学回国，成为中美联合培养的第一位土地复垦学博士。2009年，他获得了美国采矿与复垦学会（ASMR）土地复垦科技贡献奖，这是ASMR第一次把奖项颁给亚洲的科学家，也是我国土地复垦学者在国际上获得的第一个大奖。2018年，他又斩获ASMR学会颁发的生态修复先锋奖。这一奖项每年全球仅评选一人，这也是中国土地复垦与生态修复学者在世界范围内第一次获得该奖项。

1984年，胡振琪进入中国矿业大学测量物探系攻读矿山测量专业硕士。1989年，26岁的胡振琪被国家派往美国南伊利诺伊大学进行土地复垦方面的联合培养。胡振琪回忆：“我那时是土地复垦专业的门外汉，但是国家急需这方面的人才。国家的需要就是我的方向，我有责任学好它。”

1991年，在美国学成之时，面对美方导师诚挚的挽留，胡振琪没有忘记自己赴美留学的初心，毅然选择回国，投入到土地复垦的科研攻关中。

随着改革开放的不断深化，工业化、城市化加速推进，大量土地因工业活动受到破坏，导致耕地面积锐减。当时，90%以上的煤矿采用井工开采方式，大量土地沉陷损坏，采煤塌陷地的土地复垦成为中国煤矿区亟待解决的问题。

过去，治理此类问题的办法存在着严重的技术缺陷，如泥浆泵挖深垫浅技术复垦后土壤质量比较差，农作物产量不高，复垦土地泥泞等，严重影响复垦效率。

基于国内外的土地复垦实践，胡振琪深入研究土壤剖面重构的理论与方法，创新性提出了“分层剥离、交错回填”的土壤剖面重构工艺，实现土层顺序的基本不变，构造一个与原土壤一致或更加合理的土壤剖面。这一复垦方式，实现了高质量的耕地恢复。

我国有10.8%的耕地与煤炭探明的保有资源量分布重合，如果将煤粮复合区的煤炭都挖出来，2亿亩耕地将受到损毁甚至消失。

2005年，胡振琪首次提出“矿粮复合区”概念。他利用充填复垦技术对采煤沉陷区进行修复，在开采煤炭的同时保住耕地。

这其中，充填材料非常重要。胡振琪一直在寻找一种天然的、安全的填充材料。他发现，不少矿区距离黄河较近，一个奇思妙想慢慢诞生——用黄河泥沙作填充材料。想法有了，立即试验。取沙、输沙、沉沙排水、土壤重构……当一项项工艺难关被逐渐攻克，成功在即之时，却遭当头棒喝——试验区农作物产量只有正常农田的一半。

胡振琪经过反复深入研究，发现自然界长期地质演化形成的土壤分层结构，各土层都有各自的生态功能和空间位置，且总是有起到关键作用的土层。胡振琪创新性地提出“土层生态位”和“土壤关键层”的概念，并形成以“土层生态位”为基础、以“土壤关键层”构造为核心的仿自然土壤剖面重构原理与方法。

正是发现了地层特质，胡振琪开始尝试在覆盖表土的基础上，给充填的黄河泥沙加入黏土层作为关键层。由此，“五花肉式”充填方法诞生——充填一层泥沙，覆盖一层黏土，再充填一层泥沙，如此反复循环，泥沙中夹杂着若干层土壤，既有利于保水保肥，又有利于微生物活动加速土壤熟化。利用该技术后，复垦后的农田产量3年内达到正常农田水平。与传统技术相比，耕地生产力水平提高15%以上。据估算，该技术可以造福黄河沿岸70公里范围内的1200万亩采煤沉陷区。

“我们必须不断探索、不断创新”

“科研道路并非坦途。攻克一个问题，总会有新问题出现，等待解决。”胡振琪说，“我们必须不断探索、不断创新。”

大气污染和土壤污染密切相关。煤矸石是煤炭开采必然产生的固体废物，我国年排放量在7亿吨以上。其中，酸性矸石堆积易氧化自燃，严重污染环境，治理难且易复燃，是矿山生态修复的重大难题。

胡振琪毕业归国后，首先就把目光投向了煤矸石山。在仅有的1.7万元科研经费支持下，胡振琪凭借一腔热情、一股闯劲，持续几个月进行攻坚，在王庄矿创造了一套实用的煤矸石山绿化造林技术，创造性地将反坡环山带整地法应用于煤矸石山整地，提出了煤矸石山绿化造林的五阶段基本模式。

治理前的山西王庄煤矿矸石山

治理后的山西王庄煤矿矸石山

3年后，4公顷土地产出了400万元的直接经济效益。

令人意想不到的是，10多年后，绿化成功的王庄矿煤矸石山，由于意外失火毁于一旦。

如果说煤矸石物理扬尘只是“皮肉之痛”，那么煤矸石山自燃释放二氧化硫、一氧化碳等有害气体对大气造成污染，更是“痛入骨髓”。心痛之余，胡振琪下决心要解决煤矸石山自燃问题。

在这项研究中，两个“点”的判定显得尤为关键。一是燃点判定，矸石山是否为酸性是最基本的判断，而传统的pH值检测却带有迷惑性。胡振琪团队提出了用“潜在酸性”计算方法来判断酸碱度。二是着火点判定。胡振琪团队独特的热红外与测绘技术相耦合的表层燃烧情况定位技术及基于表面温度反演深部着火点位置模型，仿佛透视眼一般，能够准确找到着火点的位置。

在解决了两个“点”的关键问题后，胡振琪团队提出了表面喷浆与深部注浆相结合的安全灭火方法、生物化学抑制氧化和物理覆盖碾压相结合的抑氧隔氧防火技术、植被恢复技术等，并与潞安矿业集团、阳泉煤业集团等形成了产学研用联盟，让数十座自燃的煤矸石山“偃旗息鼓”。治理后，区域大气中二氧化硫等有害气体浓度降低50%以上，达到国家空气质量标准二级。

胡振琪投入十余年心血的项目——《煤矸石山自燃污染控制与生态修复关键技术及应用》，荣获2019年度国家科技进步二等奖。

我国采煤塌陷地累积已超3000万亩，且每年以105万亩的速度增长。“头痛医头，脚痛医脚”式的末端治理，必须要改变。

“在塌之前就要治理，从源头和过程中控制。”胡振琪在我国井工开采地区提出了边开采边复垦（简称边采边复）的概念。

“要实现边采边复，就要能够预知这块地方未来要塌陷多深，在哪个位置，提前把要沉入水里的土取出来，保护土壤。”胡振琪说。边采边复强调开采工艺与修复工艺的充分结合，以保证按采矿计划同步进行。胡振琪研发了“星—空—地—井”感知技术，精准获取地上下信息，基于井上下耦合的地表生态损伤模型，精准预测耕地损伤发生的时空分布及减产程度，提出基于临界积水阈值加约束条件的复垦时机优选方法，攻克顾及未来下沉的水陆布局优化和动态施工技术，边采边复技术在山东、安徽等地的矿山实现应用，与稳沉后治理相比，可多恢复耕地15%至40%，实现避水保土和煤粮兼得。

“这是一个需要一代代人坚持的事业”

自1991年回国任教以来，30多年时间里，他始终将人才培养看得很重。

土地复垦学是一门多学科交叉的综合性应用学科，涉及土地科学、环境科学、生态学、农学、地质工程、矿业工程、测绘科学与技术、管理学等多个学科。

胡振琪说，土地复垦，是一个需要一代代人坚持的事业。人才队伍建设是一项长期的重要工作，学科未来的发展要靠年轻一代，“他们是今后开展原创性研究的保障”。

胡振琪治学严谨是出了名的。他反复强调，“做学问不能一知半解。”他非常注意培养学生的独立工作能力，要求每位学生都有独立开展一个完整项目的经历，做到既能做科研又会做工程，而且必须亲自经过现场深入调研，重视第一手数据的积累。

育人过程中，胡振琪以身作则、躬身示范。即便由于过去繁重的工作劳动造成了如今严重的腰椎疾病，他依然走遍矿区和矸石山，取水取沙，采集第一手材料。他说，从事土地复垦和生态修复，必须要脚踏实地，“把学问做在田野间，把论文写在大地上，才能医大地之痛，还绿水青山”。

虽然严厉，但胡振琪“刀子嘴、豆腐心”也是出名的。生活中，胡振琪亲切朴素。在中国矿业大学校园里，他喜欢到年轻一代中间去，天南地北地和学生聊一聊，给他们一些建议。

30余年，胡振琪培养出博士后9名、博士108名、硕士128名，培育了一支扎实肯干、具有国际影响力的创新团队。这其中，既有学术界的教授、博导，也有在基层一线的科研人员，还有在政府部门出谋划策的公务员以及致力于产学研转化的商业人士，他们在不同领域为我国土地复垦与生态修复作出贡献。

胡振琪还创立了中国煤炭学会土地复垦与生态修复专业委员会，主编中国科协立项的首部《煤矿区土地复垦与生态修复学科发展报告》，推进相关政策和制度的完善，为我国矿山生态修复事业创建创新和国际化作出突出贡献。

每每谈到采煤沉陷地从废弃荒芜、杂草丛生，变得耕地肥沃、鱼虾满塘、鸭鹅满地，胡振琪就感慨：“土地复垦和生态修复是一项功在当代、利在千秋的事业。”

胡振琪说：“既然选择了土地复垦与生态修复这一行，就要经得起风雨、耐得住寂寞。过去是这样，现在是这样，未来还是这样。任何个人的名利终将会随时间流逝，真正留存天地之间的只有肥沃的土地和锦绣的山河。”

摘自 《中国煤炭报》2024年1月20日四版

作者：李秀 刘尧 闫莹

附：【胡振琪教授简介】

胡振琪，教授，博士生导师。

1984: 毕业于中国矿业大学地质系获矿山测量专业工学学士学位

1987: 毕业于中国矿业大学测量物探系工程测量专业工学硕士学位

1989.02-1991.05: 留学美国南伊利诺大学

1991: 毕业于中国矿业大学采矿系工程测量专业获工学博士学位（为中美联合培养的土地复垦学博士）

1996.09-1997.09: 获英国皇家学会对华研究员奖学金，以Exeter大学荣誉研究员的身份在该大学坎伯恩矿院研究污染土地的复垦

负责参与国家863课题3项，国家支撑计划项目和课题2项，国际合作3项，国家自然科学基金项目6项，国土资源部公益性行业科研专项2项

出版学术专著10余部，主编参编教材6部

在国内外期刊和国际会议上发表学术论文300余篇

指导毕业博士后、博士、硕士100余人

研究方向：

1. 土地复垦与生态重建

2. 矿山地质环境治理

3. 国土资源利用与管理

4. 矿山测量

代表性科研项目：

1. 大型煤炭基地沉陷区黄河泥沙充填修复技术及示范，国家十二五支撑计划

2. 风沙区超大工作面开采的土地损伤规律及生态修复方法，国家自然科学基金煤炭联合基金重点项目

3. 酸性煤矸石山污染原位控制与生态重建联合治理技术及示范,国家863计划

4. 煤矿区典型重金属复合污染土壤的综合修复技术，国家863计划

5. 土地整理工程施工关键技术研究，国家十一五支撑计划

6. 高潜水位煤－粮复合主产区采煤塌陷地边采边复技术与示范, 国土资源部公益性行业科研专项

7. 基于温度探测的煤矸石山自燃监测原理与方法, 国家自然科学基金

8. 煤矿区生态环境破坏的机理及重建技术研究, 教育部跨世纪优秀人才计划

9. 矿区复垦土壤重构的理论与方法——以煤矿区为例，国家自然科学基金

10. “煤基生态环境修复剂”的研究与开发及其应用, 国家863计划

代表性论著：

1. Zhenqi Hu，Guanghua Yang，Wu Xiao，Jing Li，Yaoqi Yang，Yang Yu，Farmland 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,赵艳玲. 试论井工煤矿边开采边复垦技术[J]. 煤炭学报,2013,38(2):301-307

5. 胡振琪,龙精华,王新静.论煤矿区生态环境的自修复、自然修复和人工修复[J].煤炭学报,2014,39(08):1751-1757

6. 胡振琪,王新静,贺安民.风积沙区采煤沉陷地裂缝分布特征与发生发育规律[J].煤炭学报,2014,39(01):11-18

7. 胡振琪,位蓓蕾,林衫,杨洁,李耀. 露天矿上覆岩土层中表土替代材料的筛选[J]. 农业工程学报,2013,29(19):209-214

8. 胡振琪 李晶 赵艳玲，矿产与粮食复合主产区环境质量与粮食安全的问题、成因与对策，科技导报. 2006,(3):28-31

9. 胡振琪，煤矿山复垦土壤剖面重构的基本原理与方法，煤炭学报，1997,22(6):617-622

10. 胡振琪、李鹏波、张光灿，煤矸石山复垦，北京：煤炭工业出版社，2006 （国家出版基金资助）

新闻链接：中国矿业大学胡振琪教授荣获2023年何梁何利科学与技术进步奖‍