黑兹尔溪的不可能花园
在宾夕法尼亚州的黑兹尔溪矿区，172种鸟类现在在曾经贫瘠的土地上繁衍生息，其中包括拥有繁殖种群的濒危金翅森莺12。自1967年就被列为濒危物种的印第安纳蝙蝠在废弃的矿井中建立了母系群落1。溪红点鲑在曾经因酸性排水而呈橙色的溪流中游动。这不是一个关于抽象希望的故事。这是在工业开采留下的死地上的有记录的生态恢复。
在全球范围内，超过110万公顷的矿区受损土地尚未恢复，新的破坏速度继续超过恢复速度3。然而，同行评审的研究表明，恢复这片贫瘠的土地每年每公顷可封存高达13.9吨的二氧化碳，将环境负债转化为碳汇和生物多样性避难所4。
在“甜甜圈经济学”框架内，矿山修复直接解决了土地系统变化问题，这是人类已经突破的九个行星边界之一。斯德哥尔摩复原力中心2023年的评估证实，土地转换在1990年代越过了安全阈值，并仍处于危险的超调状态，目前全球原始森林覆盖率仅剩60%，而安全边界为75%5。采矿直接导致了这一结果：2001年至2020年间，采矿活动导致了140万公顷树木覆盖的丧失，每年释放约3600万吨二氧化碳当量6。
但证据也揭示了可能性。从阿巴拉契亚煤乡到澳大利亚的红柳桉树林，再到中国的青藏高原，恢复项目正在记录可衡量的成功。物种正在回归，碳正在积累，生态系统正在运作。联合国防治荒漠化公约（UNCCD）估计，地球表面高达40%的土地现在已经退化，影响了32亿人7。然而，20亿公顷土地有望得到恢复8。
本分析通过土地转换行星边界的视角审查证据：问题的规模、有记录的恢复成功案例、碳封存科学、生物多样性成果、赋能技术和诚实的局限性。
我们已经越过的边界
土地系统变化在行星边界框架内起着“核心边界”的作用，这意味着它的突破会级联影响其他地球系统过程5。安全阈值要求75%的原始全球森林覆盖率保持完整；目前的水平约为60%，赤字为15个百分点5。八个主要森林生物群落中有七个现在已经分别越过了其区域阈值，亚洲和非洲的热带森林显示出最高的退化率6。
采矿对这一超调的贡献巨大，但往往被低估。近90%与采矿相关的森林丧失集中在仅11个国家：印度尼西亚、巴西、俄罗斯、美国、加拿大、秘鲁、加纳、苏里南、缅甸、澳大利亚和圭亚那6。ESG矿业公司指数记录显示，2023年仅恢复了5,369公顷土地，而新破坏的土地为10,482公顷，净损失每年都在加剧3。
除了活跃的采矿业外，退化工业用地的库存也令人咋舌：全球估计有500万个棕地需要修复，其中欧盟有超过34万个，美国有超过45万个，中国有260万公顷废弃工业用地9。土地退化约占人类温室气体净排放总量的23%，并直接加速了气候变化和生物多样性丧失7。
土地转换边界的突破也直接关系到“甜甜圈”的社会基础。UNCCD报告称，退化影响了32亿人，2015年至2019年间每年损失1亿公顷额外的健康土地7。依赖退化土地的社区在粮食安全、水资源获取和经济机会（构成“甜甜圈”内环的社会基础维度）方面面临复合压力。
然而，揭示问题的同一数据也照亮了机遇。世界自然保护联盟（IUCN）和全球森林景观恢复伙伴关系估计，全球超过20亿公顷的退化土地可以得到恢复，其中15亿公顷适合结合保护区、再生森林和可持续农业的马赛克式恢复8。波恩挑战设定了到2030年恢复3.5亿公顷土地的目标，目前已有超过2.1亿公顷得到承诺8。如果实现，这每年可以封存1.7吉吨二氧化碳当量，同时产生9万亿美元的生态系统服务效益8。
阿巴拉契亚森林再次崛起
世界上记录最广泛的矿山到生态系统的转变正在美国东部的阿巴拉契亚煤田展开。阿巴拉契亚区域重新造林倡议（ARRI）成立于2004年，利用林业复垦法（一种结合深层土壤松动与本地硬木种植的方法），在超过110,000公顷的前露天矿区种植了1.87亿棵树1011。
这一转变背后的科学是令人信服的。肯塔基大学的同行评审研究表明，重新造林的矿区土地每年每公顷封存13.9吨二氧化碳（包括植物生物量中的10.3吨和土壤碳积累中的3.7吨）4。与传统复垦的对比鲜明：曾经代表标准矿山恢复的压实草地仅保留了采矿前森林14%的碳4。在恢复50年后，重新造林的地点所含的总碳量是草地复垦的三倍4。
在整个阿巴拉契亚南部矿区有304,000公顷土地可用于重新造林，该地区在60年内估计可封存5350万吨碳4。非营利组织“绿色森林工程”（Green Forests Work）已成为主要的实施合作伙伴，实现了90%的树木存活率，并记录了物种多样性翻倍，从土壤解压前的45种植物增加到之后的100多种10。
黑兹尔溪的成功代表了这种方法的顶点：数十年的恢复产生了450多种本地植物物种、包括溪红点鲑在内的24种鱼类，以及14种列入《濒危物种法》的物种12。该地点表明，恢复不仅仅是审美改善。它代表了真正的生态恢复，具有可衡量的碳和生物多样性效益，有助于将人类拉回安全的操作空间。
从煤坑到湖区
在德国东部的卢萨蒂亚地区，一场景观规模的蜕变说明了坚定的政策和长期投资可以实现什么。该褐煤盆地曾在1988年生产高峰期年产2亿吨煤炭，拥有75,000名员工12。两德统一后，矿山关闭摧毁了区域经济，但也开启了生态重塑的可能性。
自1990年以来，公有的LMBV修复公司（由联邦政府资助75%，州政府资助25%）已修复了82,000公顷前矿区土地1213。这包括31,000公顷新森林和创建约30个覆盖14,000公顷水面的人工湖1214。九个湖泊现在通过通航运河连接，形成了一个7,000公顷的连续休闲景观，每年产生793,000次游客过夜住宿1215。
澳大利亚美铝公司（Alcoa）的红柳桉树林修复或许代表了世界上科学记录最详尽的矿山恢复项目。自1963年以来，美铝在西澳大利亚的北红柳桉树林逐步开采和修复铝土矿，每年大约清理、开采和恢复600公顷土地1617。该项目自2001年以来已达到100%的目标植物物种丰富度（高于1991年的65%），100%的哺乳动物物种以及约90%的鸟类和爬行动物返回了修复区域1718。共有1,355公顷土地已获得正式认证并交还给国家，这是澳大利亚历史上最大的矿山修复交还17。
在中国的青藏高原，江仓煤矿展示了极端环境下的恢复成功19。在海拔3500-4500米、生长期仅90天且冻土层深达62-174米的地区作业，最初的恢复尝试仅达到50%的植被覆盖率。从2020年开始采取的修订方法（结合废石筛选、羊粪有机改良和本地高山草种播种）到2024年实现了77-80%的植被覆盖率，与自然背景水平相匹配19。
印度贾利亚煤田的达莫达煤矿提供了来自发展中国家的严格碳数据：一项为期八年的恢复项目测量出总碳储量为每公顷30.98吨，代表每公顷封存了113.69吨二氧化碳20。
贫瘠土地的碳数学
关于恢复土地与退化土地碳封存的科学证据是毫不含糊的。退化和贫瘠的土地积累的碳接近于零或为负，而积极的恢复极大地逆转了这一轨迹420。
根据阿巴拉契亚的同行评审研究，矿区重新造林实现了最高的记录率，每年每公顷封存13.9吨二氧化碳4。热带人工林在前20年内每年每公顷可达到4.5-40.7吨二氧化碳21。高多样性草地恢复每年捕获1.9-2.6吨，随着土壤碳的积累，这一速度随时间加快21。
与替代土地状态的对比鲜明。农田土壤通常损失了其原有土壤碳的20-67%，这代表自农业开始以来全球历史性损失约1330亿吨碳21。退化的农业土壤有可能通过积极管理恢复这一历史损失的50-66%，相当于可以封存420-780亿吨碳21。
恢复方法至关重要。2024年的一项分析发现，在46%的适宜区域，辅助自然再生比主动种植更具成本效益，平均最低碳价格低60%（每吨二氧化碳当量65.8美元对108.8美元）21。在各种碳价格下，自然再生的固碳量是种植的1.6-2.2倍，而IPCC默认值低估了全球32%和热带地区50%的自然再生率21。使用最佳的方法组合可以比单独使用任何一种方法多封存大约40%的碳21。
时间也很重要。土壤碳积累立即开始，但在草地恢复的第13-22年显著加速，森林则在40-60年达到平衡22。一项全球荟萃分析发现，自然再生在40年后优于主动恢复，在更长的时间范围内，自然再生下的森林显示出高出72%的土壤有机碳22。这意味着：现在开始恢复将在未来几十年创造复利效益。
矿井中的蝙蝠
除碳以外，恢复后的矿区展示了惊人的生物多样性恢复能力，有时在生态价值上甚至超过了周围退化的景观。一项全球荟萃分析发现，与退化地点相比，恢复使生物多样性平均增加了20%，尽管恢复后的地点仍比参考生态系统的生物多样性水平低约13%22。
最引人注目的结果来自长期项目。美铝的红柳桉树林修复记录了100%的哺乳动物回归率，包括西部灰袋鼠、刷尾负鼠和黄足袋鼩在内的物种重新定居在恢复的森林中1718。遗传多样性分析表明，恢复后的种群与未开采森林的种群相匹配，考虑到采矿期间栖息地的完全破坏，这是一个了不起的恢复18。
废弃的矿山结构本身提供了自然景观无法复制的关键栖息地。美国45种蝙蝠中有29种依赖矿山进行栖息、冬眠或建立育儿群落。矿井提供了穴居物种所需的稳定温度和湿度23。在黑兹尔溪，印第安纳蝙蝠在废弃的巷道中建立了母系群落，而“蝙蝠门”在保护野生动物进出的同时确保了公共安全12。曾经开采资源的基础设施现在庇护着濒危物种。
一些恢复的地点已获得正式的保护地位。澳大利亚的干旱恢复保护区（在以前的矿区土地上围栏保护的60平方公里栖息地）已成功重新引入四种当地灭绝的哺乳动物物种，同时实现了周围未围栏土地三倍的小型哺乳动物密度18。智利的Conchalí泻湖位于前矿业公司的土地上，于2004年成为拉姆萨尔国际重要湿地18。
来自捷克煤矿区的生态演替研究表明，物种丰富度随着地点年龄的增长而持续增加，自发演替地点通常比技术复垦地点支持更高的生物多样性22。这一发现表明，“少干预”的方法有时可能优于集约化管理，尽管技术复垦对于需要修复的污染地点仍然至关重要。
无人机、真菌和硬性限制
创新正在改变恢复效率，尽管现实评估需要区分经过验证的技术和营销宣传。
无人机播种技术承诺大幅加速。像Mast Reforestation和Flash Forest这样的公司可以每天部署10,000-40,000个种子荚，而人工种植速度为每天800-1,000棵树24。澳大利亚的Thiess Rehabilitation实现了每天40-60公顷的无人机播种，而传统方法为20公顷，GPS测绘的精度使得可以进入人工种植者无法到达的陡坡24。
然而，存活率讲述了一个更发人深省的故事。关键评估报告称，无人机投放种子的存活率为0-20%，远低于营销材料中80%的发芽率声称24。美国林务局指出，“与人工种植相比，存活率和成本并不理想”24。无人机播种最适合作为传统方法的补充，而不是替代。它对于难以接近的地形和快速的初始覆盖很有价值，但仅靠它不足以建立森林。
生物修复为污染地点提供了低技术但经过验证的方法。超富集植物（芥菜、高山菥蓂、杨树、柳树）可以从土壤中提取重金属，将污染物集中在可收获的生物量中25。使用白腐真菌的真菌修复在受控条件下实现了80-98%的合成染料降解和超过90%的多氯联苯（PCB）去除25。这些生物方法比传统修复慢2-3倍，但成本效益高得多25。
生物炭的应用极大地改善了退化土壤的效果，增加了持水能力、养分保留和微生物活性，同时结合重金属以降低生物利用度26。研究表明，生物炭可以在土壤中稳定存在数百年至数千年，提供持久的碳封存26。然而，每吨400-2000美元的成本限制了大规模应用26。
环境DNA（eDNA）使得能够从水、土壤和空气样本中进行非侵入性的生物多样性监测，同时检测整个物种群落27。结合卫星和激光雷达的方法现在在一公顷分辨率下与基于实地的碳估算达到约90%的一致性27。这些监测技术对于可信的碳市场参与和打击“漂绿”行为至关重要。
恢复不能做什么
诚实承认局限性对于可信的倡导至关重要。恢复是一个真正的气候解决方案，但不是一个完整的解决方案。
时间尺度很长。森林需要几十年才能成熟，复杂的生态系统恢复需要50-200年以上22。今天开始的恢复的好处将为我们的孙辈积累。这是一项跨代的工作。
完全的生态系统等效性可能永远无法实现。荟萃分析一致发现，恢复后的地点接近但很少能完全匹配参考生态系统的条件22。在美铝的红柳桉树林，一项独立评估给恢复的评分仅为2星（满分5星），与森林生态系统目标相比，三分之二的指示植物明显代表性不足28。树木成熟将需要超过一个世纪才能产生原始森林的基本生态系统特征28。
恢复不能替代预防。如果退化的根本驱动因素继续得不到控制，恢复将变得不足。每年仍有1000万公顷森林消失8。解决根本原因（不可持续的消费、薄弱的环境治理、农业扩张）与恢复工作同样重要。
技术挑战依然存在。重金属无法被降解，只能被控制、提取或稳定25。硫化物矿物产生的酸性矿山排水可能需要永久处理29。以目前的速度，南非的一些矿山需要800年才能修复29。
经济学行得通，但资金缺口依然巨大。每投资1美元产生约8美元的回报8。然而，UNCCD估计，实现土地退化零增长目标需要在2030年前投资2.6万亿美元，约合每天10亿美元7。目前的资金远远不足。
证据中的模式
在证据中，出现了几个将矿区土地恢复与更广泛的“甜甜圈经济学”框架联系起来的模式。
首先，土地转换边界起着杠杆点的作用。由于土地系统变化会级联影响气候和生物多样性边界，恢复产生了乘数效益。恢复的每一公顷土地都有助于在多个维度上同时将人类拉回安全的操作空间。重新造林的矿区土地上每年每公顷封存的13.9吨二氧化碳代表了在单一干预措施中的碳清除和土地转换逆转。
其次，证据揭示了速度与质量之间的张力。无人机播种提供快速覆盖，但存活率低；自然再生实现卓越的长期成果，但需要数十年。最佳方法结合了多种方法：主动种植用于初步建立，辅助自然再生用于扩展，以及耐心等待生态演替。功能性生态系统没有捷径。
第三，从阿巴拉契亚到澳大利亚再到青藏高原的案例研究表明，特定背景的方法在通用公式失败的地方取得了成功。在中国引入野生草种的羊粪，为阿巴拉契亚条件开发的林业复垦法，红柳桉树林50多年的适应性管理：每一个都代表了不能全盘照搬到其他背景的累积学习。
第四，承诺与实施之间的差距仍然是关键约束。波恩挑战的承诺超过2.1亿公顷，但实际恢复严重滞后。一些承诺将商业木材种植园算作“恢复”，这些种植园储存的碳比天然森林少40倍8。由于验证不足，碳信用市场面临信誉挑战。科学是清晰的；实施则不然。
最后，最引人注目的模式是负债向资产的转变。卢萨蒂亚的煤坑变成了吸引游客的湖区。黑兹尔溪在曾经贫瘠的土地上支持了172种鸟类。濒危蝙蝠在废弃的矿井中定居。这些转变提供了证据，表明只要有足够的时间、投资和承诺，即使是严重的工业破坏也可以重新导向生态功能。
结论
这里汇集的证据支持一个明确的发现：恢复退化土地（包括前矿区）是解决土地转换边界超调的一个重要、可扩展且有据可查的方法，同时产生气候和生物多样性的共同效益。它本身不足以解决生态危机，也不能替代减排或保护完整生态系统。但它代表了一项值得认真投资的有意义的贡献。
超过20亿公顷的退化土地有望得到恢复。恢复土地上的封存率达到每年每公顷4-14吨二氧化碳，而退化土地几乎为零。案例研究记录了具有可衡量成果的成功生态系统恢复。每投资1美元产生8美元的回报。
研究证实，退化土地拥有的潜力比其贫瘠表面所显示的要大，从阿巴拉契亚到青藏高原的项目已经在展示坚定的恢复可以实现什么。