再論礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建

白中科，周 偉，王金滿，趙中秋，曹銀貴，周 妍

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083； 2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035）

1 引言

經(jīng)濟發(fā)展過程中資源消耗所致的生態(tài)系統(tǒng)退化與退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建已成為人類社會發(fā)展的一對永恒矛盾。從世界范圍看中國，世界上沒有任何一個國家的土地問題比中國的土地問題更緊迫；從中國范圍看礦區(qū)，國土范圍內(nèi)礦區(qū)的問題更復(fù)雜[1]。據(jù)自然資源部土地整治重點實驗室長期跟蹤測算，1949年以來，中國因礦山、磚瓦窯、鐵路、公路、水利水電、石油天然氣等生產(chǎn)建設(shè)項目以及自然災(zāi)毀等原因，已經(jīng)損毀土地約1 000萬hm2，至2020年中國因上述原因損毀土地累計約1 200萬hm2[2]。

多年來，礦區(qū)土地復(fù)墾僅局限在狹義上的礦區(qū)概念來開展的，即以礦山生產(chǎn)作業(yè)區(qū)為核心的小區(qū)域，一開始是零散分布，后來演變到集中連片。這種狹義上的礦區(qū)土地復(fù)墾顯然滿足不了新時期按照流域或區(qū)域進行“整體保護、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理”的要求。

廣義上的礦區(qū)涵義是指中國國有大、中型礦山企業(yè)所在地區(qū)，包括生產(chǎn)作業(yè)區(qū)與當(dāng)?shù)鼐用瘢毠ぜ捌浼覍伲约爱?dāng)?shù)剞r(nóng)民等）生活所在地區(qū)，以及依托礦業(yè)活動而建制的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，甚至是縣、市、工業(yè)小區(qū)。在此，筆者特別指出的是，隨著礦山點、線、面、網(wǎng)的擴展，必然客觀形成一個“礦—農(nóng)—城復(fù)合區(qū)”[3]。

筆者于2015年提出“礦—農(nóng)—城復(fù)合區(qū)”的概念，指在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及城鄉(xiāng)一體化發(fā)展的背景下，以地下礦產(chǎn)資源開發(fā)、加工、利用與服務(wù)，地上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生物資源利用為主要產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式，并且在區(qū)域發(fā)展過程中存在物質(zhì)循環(huán)與能量流動且相互依存的資源、經(jīng)濟、社會生命共同體[3]。這一區(qū)域是與人類經(jīng)濟活動關(guān)系最密切的區(qū)域，是資源、環(huán)境、人口和糧食矛盾沖突最為集中的區(qū)域。

黨的十九大報告提出，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策。形成綠色發(fā)展和生活方式，建設(shè)美麗中國，要求加大生態(tài)環(huán)境保護力度，實施重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復(fù)工程，提升生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性?；谝陨峡紤]，筆者在1999年發(fā)表“試論礦區(qū)生態(tài)重建”的基礎(chǔ)上[4-6]，根據(jù)1986—2018年“理論方法—工程技術(shù)—試驗示范—標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程—監(jiān)測監(jiān)管—推廣應(yīng)用”互逆研究范式，試從“山水林田湖草”生命共同體角度，探索基于“整體保護、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理”的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建理論、方法與途徑。

2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變機理與特征

2.1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變階段、類型、過程及效益配置

筆者1999年曾提出礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的階段、類型及過程，礦區(qū)生態(tài)重建效益演變（圖1、圖2）[4-6]。由圖1可看出，第一階段為結(jié)構(gòu)、功能部分或完全喪失過程，并產(chǎn)生較大的負(fù)效益（不考慮從系統(tǒng)中攝取的采礦利潤）。第二階段為結(jié)構(gòu)與功能骨架恢復(fù)與調(diào)整過程，其主要工程技術(shù)是重塑地貌、重構(gòu)土壤、重建植被，所采取的措施主要起地質(zhì)災(zāi)害防控、水土保持、防風(fēng)固沙等防護性功能,產(chǎn)生的效益以生態(tài)效益為主；此階段的社會效益僅體現(xiàn)在減輕自然災(zāi)害方面,如保護新造土地不發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害、溝蝕、石化與沙化,減輕礦區(qū)及下游洪澇災(zāi)害與泥沙危害等；此階段也可獲得少量的經(jīng)濟效益。第三階段為結(jié)構(gòu)合理、功能高效的持續(xù)過程，此階段因保水、保土效益及生態(tài)效益較好,礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)已具有生產(chǎn)性功能的基本條件,即可考慮以經(jīng)濟效益為主導(dǎo)；此階段的社會效益不僅體現(xiàn)在減輕自然災(zāi)害上，而且已上升到促進社會進步,如改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，提高土地生產(chǎn)率，使失去土地的農(nóng)民重返家園，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和農(nóng)村生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場經(jīng)濟，提高環(huán)境質(zhì)量，緩解人地矛盾，促進脫貧致富奔小康等；此階段才可能是礦區(qū)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益高度統(tǒng)一階段。

圖1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的階段、類型及過程Fig.1 Tages, types, process of ecosystem evolution in mining areas

圖2 礦區(qū)生態(tài)重建效益演變示意圖Fig.2 A sketch map of bene fi t from ecological rehabilitation in mining areas

由圖2可知，采取合理的生態(tài)恢復(fù)重建方案可減少損毀階段的效益損失、縮短重建生態(tài)雛型和重建生態(tài)相對穩(wěn)定型的形成時間。

2.2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化演變的機理

筆者1999年曾提出礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化、恢復(fù)與重建機理的邏輯框架圖[4-6]，如圖3所示。后經(jīng)2000—2018年實踐檢驗，對其退化及恢復(fù)重建的機理歸納如下。

圖3 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化、恢復(fù)與重建Fig.3 Degradation,restoration and rehabilitation of an ecosystem in mining areas

（1）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的逆向演替。采礦導(dǎo)致了原脆弱生態(tài)系統(tǒng)變?yōu)闃O度退化生態(tài)系統(tǒng)，如果不及時整治，在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟條件下，將變?yōu)椴豢赡孓D(zhuǎn)生態(tài)系統(tǒng)。這是由于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化演化除部分為漸變型退化外，大多為突變型或躍變型退化。漸變型退化是在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受干擾因素的影響超過生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力時發(fā)生的退化，其作用是漸進的、隱匿的、平穩(wěn)的，如井工開采引發(fā)的輕度塌陷區(qū)及礦區(qū)周邊受影響的土地、石油天然氣（含油氣田）管線建設(shè)影響的土地等。而井工開采引發(fā)的中度和重度塌陷區(qū)，露天開采引發(fā)的土地挖損、壓占以及形成礦坑、排土（巖）場、赤泥堆等大型松散堆積體發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等，由于人為干擾的頻率和強度過度強烈，使生態(tài)系統(tǒng)退化在短時間內(nèi)推演到更嚴(yán)重的階段，屬于突變型或躍變型退化。

（2）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的正向演替。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)研究的對象是那些在人類活動壓力條件下受到破壞的自然生態(tài)景觀的恢復(fù)重建問題。它涉及了大量在自然生態(tài)系統(tǒng)過程中未曾涉及的方法學(xué)問題。這一正向演替可能是沿著被破壞時的軌跡復(fù)歸，也可能是沿著一種新路徑去恢復(fù)。由于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建大多數(shù)情況下是在極端條件下進行的，不是一步到位，而需要通過一串目標(biāo)來實現(xiàn)，所以正向演替大多數(shù)需要前期的人工支持誘導(dǎo)[7]。經(jīng)過長期的實踐證明，如果及時恢復(fù)重建，可恢復(fù)原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，如西部的大部分荒漠戈壁礦區(qū)，也可重建一個比原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更合理、功能更高效的生態(tài)系統(tǒng)，如大部分的黃土高原礦區(qū)、黃淮海平原礦區(qū)，但恢復(fù)不到原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能也有，如大部分的內(nèi)蒙古草原礦區(qū)、青藏高原礦區(qū)，以及金屬礦開采礦區(qū)。

鑒于此，筆者提出礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損、退化及恢復(fù)重建的科學(xué)問題是：礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)壓力、系統(tǒng)響應(yīng)難度的差異化；礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)生態(tài)安全主要限制性因素及安全閾值差異化；礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)生態(tài)風(fēng)險預(yù)警與國土恢復(fù)治理關(guān)鍵技術(shù)。要回答礦區(qū)劇烈擾動生態(tài)受損及退化的加劇程度；現(xiàn)有生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)應(yīng)用促使礦區(qū)受損生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生正向演替的速度；恢復(fù)重建生態(tài)系統(tǒng)的彈性以及在極端氣候條件下比原生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險降低的強度。筆者強調(diào)：受損生態(tài)系統(tǒng)的功能恢復(fù)比形態(tài)恢復(fù)難度大、時間長，絕大部分受損的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)必須通過前期人工支持誘導(dǎo)、中后期借助自然修復(fù)；即使部分受損較輕的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可靠自然修復(fù)，但自然修復(fù)并非放任不管。

2.3 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的4種模式

筆者曾提出礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的4種模式[4]，如圖4所示。當(dāng)時提出此模式是基于中國大多礦區(qū)處于生態(tài)脆弱區(qū),故該系統(tǒng)在受損前的資源特點是地上光溫資源較充足、地表水土資源較貧瘠、地下礦產(chǎn)資源較豐富；系統(tǒng)受損后，光溫不變、水土廢棄、礦產(chǎn)耗竭。

圖4 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的4種模式Fig.4 Four kinds of evolution models of ecosystem in mining areas

基于以上理論的實踐檢驗，筆者提出的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建研究特殊性是：礦山開采周期長，短則十幾年、長則幾十年甚至上百年，尤其是大中型礦山；加之生物氣候帶、地貌類型、土壤類型、植被類型、開采工藝、復(fù)墾工藝、復(fù)墾目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的差異性，有的科學(xué)問題在中小尺度已找到答案[8-17]，但大尺度下的科學(xué)問題亟待回答，如礦產(chǎn)資源開發(fā)后，受損后的黃淮海平原礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能如何優(yōu)化，受損的草原礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)能否恢復(fù)成草原，受損的黃土高原是否需要恢復(fù)成溝壑縱橫的原地貌，沙漠戈壁礦區(qū)可否維持平衡，青藏高原礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建如何適應(yīng)極端高寒，等等。

筆者提出的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建目標(biāo)設(shè)定是：應(yīng)結(jié)合生態(tài)文明建設(shè)和資源型城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨的形勢與任務(wù)，從礦產(chǎn)基地、市域（若干礦山組成的礦區(qū)）和礦山（獨立的礦山）不同尺度，對礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)生態(tài)安全進行定量研究，提出保障礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)生態(tài)安全“宏觀上指導(dǎo)、中觀上控制、微觀操作”三位一體的關(guān)鍵技術(shù)。其過程管控應(yīng)遵循“山、水、林、田、湖、草”生命共同體的理念，從土地資源、水資源、生物資源、景觀資源、人居環(huán)境損毀與復(fù)墾利用角度，揭示礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)生態(tài)安全的規(guī)律，提出統(tǒng)籌解決礦區(qū)所在地居民的生產(chǎn)、生活、生態(tài)問題的控制對策。

3 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的“五階段”

基于礦業(yè)生產(chǎn)活動的周期性與長期礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的實踐，筆者提出了礦區(qū)“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)、生物多樣性重組與保護”恢復(fù)重建的“五階段”（圖5）[15]。

3.1 地貌重塑

地貌重塑是結(jié)合礦山原有的地形地貌特點，依托采礦設(shè)計、開采工藝和土地?fù)p毀方式，通過有序排棄和土地整形等措施，重新塑造一個與周邊景觀協(xié)調(diào)的新地貌，最大限度地防治地質(zhì)災(zāi)害、抑制水土流失，消除和緩解對植被恢復(fù)和土地生產(chǎn)力提高有影響的災(zāi)害性限制性因子，以提高土地利用率。地貌重塑是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的基礎(chǔ)。

圖5 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的五階段Fig.5 The fi ve stages of restoration and rehabilitation of an ecosystem in mining areas

根據(jù)地貌6級尺度的分類，不同地貌尺度下礦區(qū)土地復(fù)墾研究內(nèi)容如圖6所示。此概念適合于不同生物氣候帶下露天開采、井工開采、露井聯(lián)采損毀土地復(fù)墾中的地貌重塑。

針對多年來中國學(xué)者對地貌重塑關(guān)注不夠，如尚未考慮地形地貌演變所帶來的河流改道、水系紊亂、海拔變化對積溫和風(fēng)速的影響、坡度變化對復(fù)墾方向和水土流失的影響、坡向變化對太陽輻射和植被配置的影響等，筆者認(rèn)為，世界范圍內(nèi)，以地貌重塑為對象的研究正在越來越多地與地質(zhì)災(zāi)害防控、水土保持、水系重構(gòu)、景觀格局優(yōu)化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提升等相結(jié)合。如果能將擾動的形式、復(fù)墾模式、地形重塑及相關(guān)環(huán)境等因素進行多因素模擬實驗，可進一步對重塑地貌在極端條件下的穩(wěn)定性和后期植被重建風(fēng)險做出更多的解釋和指導(dǎo)。

3.2 土壤重構(gòu)

土壤重構(gòu)是以礦山損毀土地的土壤恢復(fù)或重構(gòu)為目的，應(yīng)用工程措施及物理、化學(xué)、生物等改良措施，重新構(gòu)造一個適宜的在較短時間內(nèi)恢復(fù)和提高土壤生產(chǎn)力的土壤剖面與土壤肥力條件，消除和緩解對植被恢復(fù)和土地生產(chǎn)力提高有影響的障礙性因子。土壤重構(gòu)是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的核心。

筆者認(rèn)為，世界范圍內(nèi)，在礦區(qū)土壤重構(gòu)方面的研究取得了重要進展，但礦區(qū)廢棄物構(gòu)成的多樣性、堆積地形部位的差異性、所處環(huán)境的特殊性和采排工藝的差別,使得礦區(qū)重構(gòu)土壤性能自我恢復(fù)與剖面優(yōu)化重構(gòu)的研究，仍存在著一些急需解決的問題。如研究減輕礦山土地?fù)p毀的地下、地面工程技術(shù)的關(guān)鍵理論、方法、工藝和材料；針對不同區(qū)域和不同損毀土地類型特點，開發(fā)與采礦工藝協(xié)同的土壤重構(gòu)技術(shù)等。未來的土壤重構(gòu)研究應(yīng)首先從地球化學(xué)、流域水文學(xué)角度關(guān)注土壤污染問題、人為加速侵蝕問題、障礙層次型再現(xiàn)問題。解決這些問題應(yīng)注重礦區(qū)土壤分類問題。從當(dāng)前全球?qū)ΦV山土的分類來看，暫無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，說明對礦山土認(rèn)識還沒有達成共識且存在一些爭議。因此，需要對礦山土的分類繼續(xù)進行探索性研究，以理清對礦山土認(rèn)識的誤區(qū)，并完善土壤分類系統(tǒng)。

3.3 植被重建

植被重建是在地貌重塑和土壤重構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對礦山不同土地?fù)p毀類型和程度，綜合氣候、海拔、坡度、坡向、地表物質(zhì)組成和有效土層厚度等，進行不同損毀土地類型物種選擇（先鋒植物與適生植物）、植被配置、栽植及管護，使重建的植物群落持續(xù)穩(wěn)定。植被重建是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的保障。

在礦區(qū)植被恢復(fù)過程中，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理進行科學(xué)的植物配置和過程管理，對于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建非常重要。針對國內(nèi)學(xué)者植被重建考慮植物個體是不是先鋒物種或適生物種多，而綜合植物生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)特性考慮植物配置及群落演替少的現(xiàn)實，筆者強調(diào)：生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)往往較為緩慢，而人工恢復(fù)可在一定程度上改變生態(tài)系統(tǒng)演替的方向和速度，并可縮短其恢復(fù)周期，多樣的人工配置群落比單一的人工配置群落更能促進群落向正向演替的方向發(fā)展。

圖6 不同地貌尺度下礦區(qū)土地復(fù)墾研究內(nèi)容Fig.6 The research contents of mining area reclamation on different scale of landform

筆者對傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究方法在礦區(qū)植被恢復(fù)過程中的應(yīng)用的缺陷提出不足與改進。在植被恢復(fù)區(qū)域，采用傳統(tǒng)的系統(tǒng)取樣原則：喬木樣方10 m×10 m，灌木樣方5 m×5 m，草本樣方1 m×1 m。優(yōu)點是取樣簡單、樣品分布普遍、代表性強，在植被變差較小的情況下效果好；缺點是取樣效果的好壞不能客觀地評價，只能憑經(jīng)驗判斷，其數(shù)據(jù)很難滿足進行統(tǒng)計分析的要求，并因樣方位置不固定，不利于長期觀測，尤其在植被恢復(fù)過程中的格局分析、種群更新、幼苗定植、群落演替方向等規(guī)律，用傳統(tǒng)的取樣方法很難研究清楚。鑒于此，筆者參照CTFS（The Center for Tropical Forest Science）技術(shù)規(guī)范，在自然資源部礦區(qū)土地復(fù)墾——山西朔州野外基地建立了5個100 m×100 m永久性固定樣地和45個25 m×25 m BEF（Biodiversity and Ecosystem Functioning）實驗樣方，實現(xiàn)了從樣點、樣方，到樣地、樣帶的長期系統(tǒng)的定位監(jiān)測。

3.4 景觀重現(xiàn)

景觀再現(xiàn)是遵循“山、水、林、田、湖、草”生命共同體的理念，通過“點—線—面—網(wǎng)”與“網(wǎng)—面—線—點”的兩種互逆反饋途徑，充分考慮景觀破碎與景觀整合過程中，土地資源、水資源、生物資源、人居環(huán)境等的結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化配置，重建一個與周邊景觀相協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)。景觀重現(xiàn)是礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與功能提升。

筆者提出景觀重現(xiàn)研究應(yīng)基于多源遙感影像開展“礦—農(nóng)—城”土地利用信息提取和居民區(qū)變化分析；采用參與式地理信息系統(tǒng)方法，開展“礦—農(nóng)—城”復(fù)合區(qū)人居環(huán)境受損類型及感知范圍的調(diào)查研究；采用基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能方法等開展“礦—農(nóng)—城”復(fù)合區(qū)土地功能分類研究；采用景觀格局等分析手段，分析識別不同時期不同類型居民點土地利用功能退化特征，并與基于參與式調(diào)查的礦區(qū)人居環(huán)境退化感知相印證。如黃淮海平原礦區(qū)屬于高潛水位區(qū)、礦糧復(fù)合區(qū)、人口密集區(qū)，內(nèi)河水低于外河水，大量基本農(nóng)田沉入水中，陸地生態(tài)系統(tǒng)變成陸水交互生態(tài)系統(tǒng)，黃淮海平原已不是真正意義上的黃淮海平原。長期以來，盡管在復(fù)墾規(guī)劃中有灌排系統(tǒng)的設(shè)計、配套建筑物的設(shè)計等，從土地資源利用的角度考慮多，對礦區(qū)水、土兩大資源在復(fù)墾中的不可分割性和系統(tǒng)耦合性考慮不夠；應(yīng)加強礦區(qū)水資源的宏觀調(diào)控，礦區(qū)與小流域之間的復(fù)合系統(tǒng)的分析診斷，礦區(qū)水土資源多目標(biāo)配置，生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟效益之間的協(xié)調(diào)發(fā)展、耦合關(guān)系等[14]。

景觀再現(xiàn)階段，基于目標(biāo)—功能的生態(tài)風(fēng)險評價至關(guān)重要。尺度差異，如果邊界不清，研究結(jié)果會造成失真，或無限放大——影響大于實際，或無限縮小——影響小于實際；無限放大或無限縮小，都會使決策失去指導(dǎo)意義。因此，礦區(qū)生態(tài)受損的負(fù)面影響應(yīng)從點、線、面、網(wǎng)來考慮。2005年筆者去中國臺灣地區(qū)調(diào)查亞洲最大的采石場，規(guī)定不管怎么采、采到什么時候，動態(tài)擾動面積不能超過15 hm2。筆者認(rèn)為，這就是具有針對性的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能影響“紅線”。中國礦山大多屬于大型、超大規(guī)模，不同區(qū)域的功能影響“紅線”目前尚未給出。

3.5 生物多樣性重組與保護

生物多樣性重組與保護是針對結(jié)構(gòu)破損、功能失調(diào)的極度退化生態(tài)系統(tǒng)，在地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)的與生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的過程中，借助人工支持和誘導(dǎo)，對生態(tài)系統(tǒng)的生物種群組成和結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，逐步修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能，誘導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)最終演替為一個符合代際（間）需求和價值取向的可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。生物多樣性重組與保護是恢復(fù)重建的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在利用過程中，抵御水災(zāi)、旱災(zāi)、蟲災(zāi)、火災(zāi)等災(zāi)害風(fēng)險、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的最高階段。

值得一提的是，生物多樣性重組、保護與地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)并不是“串聯(lián)關(guān)系”，而是“并聯(lián)關(guān)系”。不考慮地貌、土壤、植被、景觀的多樣性，就不可能重組出“生物多樣性”，即使重組的“生物多樣性”也是經(jīng)不住時間考驗的。實踐中的很多失敗例子說明，僅評價某一空間某一時段的復(fù)墾效果好壞的結(jié)論為期過早，而時空互代法可較好地說明此問題。因此，重塑穩(wěn)定的地貌和重構(gòu)水肥氣熱協(xié)調(diào)的土壤一直是土地復(fù)墾的基礎(chǔ)性工程，也是生物多樣性重組的前提。科學(xué)地在地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀重現(xiàn)階段植入生物多樣性的理念，就會反證“重塑的地貌、重構(gòu)的土壤、重建的植被、重現(xiàn)的景觀的可持續(xù)性。生物多樣性重組與保護在礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建中越來越被重視。

4 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建再認(rèn)知

4.1 國情差異

國內(nèi)外礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)重建的自然、社會、經(jīng)濟背景截然不同，討論建立適宜中國礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建方案非常重要。

（1）自然條件和社會背景差異較大。國外大多礦區(qū)尤其是煤礦區(qū)所在地的自然條件大多較優(yōu)越，如美國、德國、前蘇聯(lián)、加拿大、波蘭、英國等，其所處區(qū)域的原生態(tài)系統(tǒng)大多為森林和濕潤草原，降水量較大，降雨強度較小，故采礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)重建的難度較??；國外礦區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建，受人口壓力的影響較小，生態(tài)恢復(fù)重建的方向大多是林地復(fù)原、草地復(fù)原等；而中國人多地少，必須執(zhí)行嚴(yán)格的耕地保護政策，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建是在保持“耕地總量動態(tài)平衡”前提下進行的，恢復(fù)重建的土地中，有相當(dāng)部分是土地質(zhì)量和生產(chǎn)力要求較高的優(yōu)質(zhì)耕地。因此，要求“數(shù)量不減、質(zhì)量不降、生態(tài)不退”難度極大。

（2）經(jīng)濟基礎(chǔ)與法規(guī)制約程度不同。國外煤產(chǎn)量較大的一些國家，對土地復(fù)墾都有較完善的法規(guī)制約，采礦者事先要支付復(fù)墾保證金，采礦后濕潤地區(qū)在5年內(nèi)、干旱地區(qū)在10年內(nèi)須達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，采礦必須恢復(fù)原地表景觀和土地生產(chǎn)力。而中國目前土地復(fù)墾法規(guī)還不健全，缺乏從清潔生產(chǎn)角度進行生境再造制約條件的研究，目前的大多情況是在采礦剝離巖土隨意排放的地上進行植被恢復(fù)，生境條件的惡劣使復(fù)墾植被很難生存，造成部分已復(fù)墾的植被再度退化，從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮，中國長期以來部分歷史遺留的礦區(qū)廢棄地，因地下水位下降、地表水系紊亂、水土資源難以匹配到位，可能淪為不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)系統(tǒng)。

（3）適用技術(shù)與重建途徑選擇有別。近30多年來，西方工業(yè)國家對煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)重建適用技術(shù)中的土壤重構(gòu)研究較多，從土壤重構(gòu)的立法、實施及驗收標(biāo)準(zhǔn)到土壤重構(gòu)的各個具體內(nèi)容，都進行了較為深入的研究，從而產(chǎn)生了相關(guān)的復(fù)墾法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，取得了顯著的實踐效果。但煤礦土地處在干旱半干旱區(qū)且大型、特大型煤田特別集中，是中國最具典型的特征，故適用技術(shù)和重建途徑選擇有較大差別。如國外露天礦排土場建造的慣例是：先把開挖區(qū)原地貌表土單獨剝離存放一處，并加以養(yǎng)護，當(dāng)排土場達最終標(biāo)高后，先鋪底土，再把原表土二次倒運，鋪覆于排土場表面。但據(jù)筆者多年試驗，在黃土高原的大多露天礦照搬此法就不妥。國外土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)中的植被栽植方法往往采取直播，演替途徑往往是先草后樹，即先依靠草本植物改善生境，數(shù)年后木本植物可自然侵入、繁殖定居，但在中國大多礦區(qū)，由于自然條件的惡劣，如果采取此種方式，前期以草為主重建的生態(tài)系統(tǒng)在數(shù)年后會自行退化，木本植物很難自然侵入，即使有零星自然侵入的樹木，也生長不良。

綜上，國外礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)重建研究，雖然比中國早20年左右，并有許多關(guān)于礦區(qū)土地復(fù)墾的報道，但相近生態(tài)環(huán)境下并無可以借鑒的成功經(jīng)驗和模式，即使生態(tài)條件相近，也必須充分考慮中國的社會需求和經(jīng)濟實情，否則，必將失敗。

4.2 學(xué)科交叉[18]

礦區(qū)地貌、土壤受到損毀后，必須通過詳細(xì)的調(diào)查測試，探討礦區(qū)土壤退化的原因、類型、過程、階段和程度，尤其和原地貌土壤退化有什么不同。在礦區(qū)地形地貌、地層結(jié)構(gòu)劇烈擾動、土壤質(zhì)量極度退化的狀態(tài)下，要重構(gòu)一個穩(wěn)定的地貌和高質(zhì)量的土壤，就必須對原地貌的形態(tài)、損毀地貌的形態(tài)、重塑地貌的形態(tài)以及復(fù)墾土壤的母質(zhì)來源進行詳細(xì)的診斷，特別是對環(huán)境、植物和人體健康有影響的汞、鉻、鎘、鉛、砷、銅、氟等污染元素，氮、磷、鉀、硼、鐵、鉬等營養(yǎng)元素進行分析；對污染嚴(yán)重的土壤要進行源頭控制和生物修復(fù)。當(dāng)復(fù)墾土來源背景值清楚后，要對廢棄土地的資源再利用目標(biāo)做出規(guī)劃設(shè)計，結(jié)合復(fù)墾的目標(biāo)，采取相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟措施，進行土壤剖面重構(gòu)、人為加速風(fēng)化熟化、土壤培肥等?？紤]到礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建是一個時空跨度較大的持續(xù)經(jīng)濟投入工程，諸多大型、特大型礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建將可能在100年以上，重建上百平方公里，需要準(zhǔn)確估計和把握礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建與經(jīng)濟發(fā)展的后果，保持生態(tài)恢復(fù)重建的最小風(fēng)險，科學(xué)預(yù)測未來空間的發(fā)展趨勢。

以上種種問題的解決，需要采礦學(xué)、測繪工程、地質(zhì)地貌學(xué)、地球化學(xué)、土壤學(xué)、水土保持學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、植物生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、作物栽培學(xué)、林木培育學(xué)、土地利用規(guī)劃學(xué)、資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)、土地利用工程學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、環(huán)境美學(xué)等學(xué)科的交叉與融合，還需借用現(xiàn)代技術(shù)手段（GPS、RS、GIS、ES）等。

綜上，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建研究基本的思維方式即方法（論），就是利用多個相關(guān)學(xué)科方法和技術(shù)，進行優(yōu)化組合，加上必要的創(chuàng)新，這一方法（論）要求從事礦區(qū)生態(tài)重建的專家應(yīng)具有寬廣的知識面，并力求多學(xué)科專家攜手攻關(guān)。

4.3 規(guī)劃決策

礦區(qū)生態(tài)重建的綜合性是傳統(tǒng)的自然科學(xué)中少見的，以下幾點可以佐證：（1）礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建不僅僅是用簡單的技術(shù)去處理生物與環(huán)境的關(guān)系，這種關(guān)系總是要受社會干預(yù)、經(jīng)濟制約。（2）礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建目標(biāo)雖在當(dāng)時、當(dāng)?shù)厥敲鞔_的，但隨著時間的推移、社會要求和經(jīng)濟制約的變化，其目標(biāo)是可以變動的，尤其是大尺度、長時間的大型礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建，其目標(biāo)常會有所提高。（3）礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建大多是事先的推測、估計、規(guī)劃，決不可能等待一切準(zhǔn)備完善后再進行，所以只能在不完善的方法下起步，只能在探索、學(xué)習(xí)中去完成規(guī)劃，再在設(shè)計過程中去完善規(guī)劃。（4）礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建工程涉及到規(guī)劃、設(shè)計和實施技術(shù)等問題。關(guān)于實施技術(shù)，可由各有關(guān)學(xué)科技術(shù)去解決，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對這部分工作是能較好解決的，如恢復(fù)植被工程，可由土壤學(xué)家來解決成土過程、土壤熟化培肥,生物學(xué)家、農(nóng)學(xué)家、林學(xué)家來解決恢復(fù)什么樣的植被和如何種植、管理、經(jīng)營等問題。問題的關(guān)鍵是如何完成多目標(biāo)，而且如何在這些多目標(biāo)常常互相沖突的情況下進行規(guī)劃、設(shè)計、管理等。

筆者認(rèn)為，礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建可參照下列步驟：（1）以社會要求、經(jīng)濟條件為主導(dǎo)，推導(dǎo)出總目標(biāo)，這種總目標(biāo)常是多種目標(biāo)的綜合；（2）再以生態(tài)系統(tǒng)破壞程度與總目標(biāo)去“配比”，找出其差距；（3）以現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)及經(jīng)濟的可行性來衡量，是否可縮小差距，達到目標(biāo)；（4）能達到目標(biāo)就可進行規(guī)劃，如不能達到目標(biāo)，只能修改目標(biāo)后，進行“配比”，直到“配比”合適再作規(guī)劃；（5）規(guī)劃目標(biāo)是有時代性的，故隨時間的推移，規(guī)劃必將修正。

筆者進一步結(jié)合30多年土地復(fù)墾研究的實踐，指出了礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建往往忽略一些基本的問題，從而導(dǎo)致科學(xué)研究、試驗示范、推廣應(yīng)用、監(jiān)測監(jiān)管等研究的結(jié)果失真甚至陷入泥潭難以自拔的7大問題：（1）尚未追溯理論依據(jù)，摸著石頭過河，研究過程盲目進行；（2）一味借用傳統(tǒng)的研究方法，尚未考慮土地復(fù)墾的特殊情況，造成研究結(jié)果與實際情況偏差較大；（3）涉及土地復(fù)墾工程技術(shù)的系統(tǒng)知識斷片，邏輯起點與終點不明，造成技術(shù)應(yīng)用性不強；（4）研究邊界不清，造成影響評價等研究結(jié)果隨意放大或縮??；（5）尚未系統(tǒng)考慮土地復(fù)墾點、線、面、網(wǎng)的關(guān)系，只見樹木不管森林，造成與事物發(fā)展的趨勢相悖；（6）室內(nèi)盆栽實驗、野外小區(qū)試驗或田間實驗應(yīng)有的功能認(rèn)識不足，實地調(diào)查與觀測不夠，造成應(yīng)用效果不佳；（7）實驗分析結(jié)果注重技術(shù)分析，忽略經(jīng)濟分析，造成實驗、試驗結(jié)果難以推廣。

4.4 環(huán)境規(guī)制

環(huán)境規(guī)制包括法律性制度、規(guī)范性制度、制度性規(guī)定。美國國家土地復(fù)墾研究中心以露天煤礦開采為主，制定了《露天采礦管理與恢復(fù)法》和州立礦山土地復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)；澳大利亞昆士蘭大學(xué)土地復(fù)墾研究中心以露天金屬礦為主，制定了土地復(fù)墾效果監(jiān)測指標(biāo)體系；加拿大阿爾伯塔大學(xué)國際土地復(fù)墾研究院以油砂、金屬礦為主，制定了土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)；英國土地復(fù)墾學(xué)會以煤礦區(qū)為主，制定了土地復(fù)墾、固體廢棄物處理與生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)；德國地球科學(xué)與自然資源研究所以露天煤礦開采為主，制定了土地復(fù)墾與地質(zhì)環(huán)境防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

中國在土地復(fù)墾法律性制度建設(shè)方面包括《土地復(fù)墾規(guī)定》（1999）、《土地復(fù)墾條例》（2011）；規(guī)范性制度建設(shè)方面包括《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》（2011）、《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（2013）、《生產(chǎn)項目土地復(fù)墾驗收規(guī)程》（2014）、《礦山土地復(fù)墾基礎(chǔ)信息調(diào)查規(guī)程》（2016）等推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；制度性規(guī)定包括《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》（2009）、《土地復(fù)墾條例實施辦法》（2012）等。與國外相比，中國在礦山開采、地質(zhì)環(huán)境治理、土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)某些領(lǐng)域技術(shù)研究處于領(lǐng)跑或并跑水平，標(biāo)準(zhǔn)制定處于跟跑水平，生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究亟待完善。尤其是自然資源部、生態(tài)環(huán)境部成立后管理職能轉(zhuǎn)變下，影響礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的礦山開發(fā)利用方案、礦區(qū)環(huán)境影響評價報告書、水土保持方案、礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案、土地復(fù)墾方案相互支撐的鑲嵌關(guān)系，以及如何能夠?qū)崿F(xiàn)部門全程協(xié)同、專家聯(lián)手攻關(guān)、技術(shù)有效對接與融合的制度改革。

最后值得一提的是，在規(guī)范性制度與制度性規(guī)定建設(shè)方面，應(yīng)高度重視基于礦區(qū)土地生態(tài)恢復(fù)重建的“形態(tài)恢復(fù)”與“功能恢復(fù)”監(jiān)測與監(jiān)管。因為礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的對象是極度退化生態(tài)系統(tǒng)，其最本質(zhì)的問題是優(yōu)化結(jié)構(gòu)、恢復(fù)功能，并使之具有系統(tǒng)自我維持能力。采用工程措施，形態(tài)恢復(fù)在3～5年內(nèi)可以完成，而功能恢復(fù)需要十年、二十年甚至更長的時間，但目前在規(guī)范性制度與制度性規(guī)定建設(shè)方面差距較大。因此，中國礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建應(yīng)盡快補缺目前“理論方法—工程技術(shù)—試驗示范—標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程—監(jiān)測監(jiān)管—推廣應(yīng)用”互逆推動環(huán)節(jié)的軟肋。

5 結(jié)論

采用“理論方法—工程技術(shù)—試驗示范—標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程—監(jiān)測監(jiān)管—推廣應(yīng)用”互逆研究范式，得到如下結(jié)論：

（1）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變的理論。由原脆弱生態(tài)演變?yōu)闃O度退化生態(tài)為第一階段，即礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)破損階段；由極度退化生態(tài)演變?yōu)樯鷳B(tài)重建雛形為第二階段，即礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)雛形建立階段；由重建生態(tài)雛形演變?yōu)橹亟ㄉ鷳B(tài)相對穩(wěn)定型為第三階段,即礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡階段。礦產(chǎn)資源開發(fā)前的演替模式分為一般整治下的低穩(wěn)定低水平持續(xù)模式、不整治下的不穩(wěn)定不可持續(xù)模式；礦產(chǎn)資源開發(fā)后的演替模式分為不作處理的極不穩(wěn)定不可持續(xù)模式、礦山經(jīng)濟支持和人工誘導(dǎo)下的高穩(wěn)定高水平持續(xù)模式。

（2）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建研究方法。時空尺度應(yīng)由“點、線”擴展到“面、網(wǎng)”上，以探明礦區(qū)生態(tài)受損及退化加劇的程度；生態(tài)演替應(yīng)由“采礦直接引發(fā)”延伸到“恢復(fù)重建”正—逆交互演替中，以探明礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損及退化的速率；表征狀態(tài)應(yīng)由“常規(guī)自然條件”擴大到“極端自然災(zāi)害”情況下，已探明礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損及退化的恢復(fù)彈性或恢復(fù)力。這種把礦山局部的環(huán)境影響正負(fù)效應(yīng)研究提升到礦區(qū)重建生態(tài)的完整性、生態(tài)敏感性、生態(tài)脆弱性、生態(tài)承載力的累積效應(yīng)是當(dāng)代人不可回避必須回答的問題。

（3）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的實現(xiàn)途徑。通過并行的“地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、景觀再現(xiàn)、生物多樣性重組與保護”過程，重塑與礦區(qū)周邊景觀相協(xié)調(diào)的地貌，梳理礦—農(nóng)—城水系網(wǎng)絡(luò)探求生態(tài)用水平衡，重構(gòu)礦山無障礙層的土體提升土壤質(zhì)量，重建礦區(qū)植被保護生物多樣性，開辟礦—農(nóng)—城區(qū)域通風(fēng)廊道調(diào)節(jié)礦區(qū)微氣候，疏通礦—農(nóng)—城點線面網(wǎng)的綠脈、水脈，完善礦—農(nóng)—城公共空間系統(tǒng)，組織城市多元活動，傳承人文山水園林理念，凸顯東方文化氣質(zhì)等。

（4）礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建再認(rèn)知及實踐意義。建立適宜中國礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建方案，應(yīng)從自然、社會、經(jīng)濟背景角度充分認(rèn)知礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建國情差異、學(xué)科交叉、規(guī)劃決策、環(huán)境規(guī)制。其實踐上的指導(dǎo)意義，涉及能否在中國生態(tài)環(huán)境脆弱易損、礦產(chǎn)資源開發(fā)集中區(qū)，科學(xué)、合理、及時重建若干系統(tǒng)完整、生存安全、功能持續(xù)的土地生態(tài)系統(tǒng)，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)耕生產(chǎn)方式、生活內(nèi)容、生態(tài)模式，以便準(zhǔn)確估計和把握礦區(qū)生態(tài)重建與經(jīng)濟發(fā)展的后果，人工正確地誘導(dǎo)生態(tài)最終演替方向，保持土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)重建的最小風(fēng)險。

（致謝：本文是在5項國家科技攻關(guān)項目/科技支撐計劃項目、6項國家自然科學(xué)基金、3項教育部重點/重大項目培育基金、6項國土資源部/環(huán)境保護部公益性科研專項、20余項礦區(qū)產(chǎn)學(xué)研基地項目持續(xù)支持下的系統(tǒng)總結(jié)。）