礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力及其調(diào)控研究

姚君

摘? ?要：礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)面臨礦山土地可持續(xù)利用的挑戰(zhàn)，要充分認(rèn)識礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的內(nèi)涵及特征，將恢復(fù)力理論引入礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，對不同類型的礦山修復(fù)力進(jìn)行測度和調(diào)控分析，可以從調(diào)控特定參數(shù)、調(diào)控特定參數(shù)與擾動間函數(shù)關(guān)系、調(diào)控閾值等措施入手，面向礦山土地恢復(fù)力監(jiān)測、評估和調(diào)控三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，強(qiáng)化礦山土地的特定恢復(fù)力，推進(jìn)礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理。

關(guān)鍵詞：礦山土地? 生態(tài)系統(tǒng)? 恢復(fù)力? 調(diào)控

礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力是維持系統(tǒng)可持續(xù)性的關(guān)鍵，要順應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的重大科技需求，重點(diǎn)關(guān)注礦山土地復(fù)墾及生態(tài)修復(fù)，加強(qiáng)礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力，進(jìn)行礦山土地資源的再開發(fā)、廢棄礦井的再利用、礦山生態(tài)修復(fù)，保持礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在能力，更好地促進(jìn)礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 礦山土地生態(tài)系統(tǒng)及其恢復(fù)力概述

1.1 礦山土地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成及擾動分析

礦山土地生態(tài)系統(tǒng)涵蓋有不同的組分，如：氣候、巖石、水文、地形、土壤、生物、人文等要素，各組分之間存在緊密的反饋關(guān)系，如：地下部分的巖石與地下水之間存在關(guān)聯(lián);地上部分地表水、生物、地形之間存在結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，共同成為礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的綜合形態(tài)，如：排土場、塌陷地、采掘場地、原地貌等。同時，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)會受到采礦活動及生態(tài)修復(fù)工程的擾動影響，如：破碎的采礦巖石傾倒于地表，實(shí)現(xiàn)原有巖石、土壤、水文的重新排列;沉陷、挖損而生成積水坑、水滲漏通道等結(jié)構(gòu);人工重建植被群落;對沉陷區(qū)進(jìn)行充填復(fù)墾，重塑土壤結(jié)構(gòu)等。

1.2 礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力內(nèi)涵及特征

在礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的演變進(jìn)程中，涵蓋有采礦擾動、土地復(fù)墾、穩(wěn)態(tài)生成、后采礦時期其他擾動等四個基本時間節(jié)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)面臨擾動時，能夠通過自組織的方式，保持系統(tǒng)的平衡和既有的定性結(jié)構(gòu)，這種保持系統(tǒng)自身狀態(tài)的能力即為恢復(fù)力，也是礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的一種動力學(xué)屬性。

礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力具有物質(zhì)性特征、量性特征和可塑性特征，就物質(zhì)性特征而言，主要是指礦山土地生態(tài)系統(tǒng)對采礦擾動或其他變化而展示出來的能力，如：復(fù)墾后的地貌對水土侵蝕的恢復(fù)力;復(fù)墾農(nóng)田對生物入侵的恢復(fù)力;礦山排土場對土壤改良工程擾動的恢復(fù)力等。從量性特征來看，主要是指礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的吸引域和參數(shù)范圍的大小，從不同角度量化礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力。從可塑性特征來看，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的量具有可變性，當(dāng)改變礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變量或參數(shù)變量時，則會塑造恢復(fù)力[1]。

2? 礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力調(diào)控措施分析

要重點(diǎn)探討礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的調(diào)節(jié)和控制，通過恢復(fù)力調(diào)控方式，抵抗采礦擾動，使之維持在系統(tǒng)之前的狀態(tài)，并能夠?qū)σ褦_系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，使之恢復(fù)到采礦前或可被接受的狀態(tài)。

2.1 特定恢復(fù)力的強(qiáng)化與克服

當(dāng)?shù)V山土地生態(tài)系統(tǒng)的特定部分面對特定擾動時，會通過狀態(tài)變量和參數(shù)變量的方式，體現(xiàn)出特定恢復(fù)力，如：地下水滲漏、塌陷、裂縫、灌溉等特定擾動產(chǎn)生的特定恢復(fù)力。以干旱半干旱地區(qū)為例，植被覆蓋度體現(xiàn)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，地下水位對植被覆蓋度的影響較大，針對植被覆蓋度對地下水疏漏擾動的特定恢復(fù)力來分析，以植被覆蓋度為狀態(tài)變量、地下水位為參數(shù)變量、地下水疏漏為采礦擾動，要重點(diǎn)針對“植被覆蓋度-地下水位-地下水疏漏”的特定恢復(fù)力強(qiáng)化與克服，采用針對性、可行性的恢復(fù)力調(diào)控策略，如：在干旱半干旱地區(qū)種植大量植被，以提高植被覆蓋度。在這種調(diào)控策略下，可以控制地下水疏漏的程度，快速提高礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，較大程度上抵御土壤的風(fēng)力侵蝕和擾動。然而這種調(diào)控策略僅改變外在表現(xiàn)，缺乏對系統(tǒng)內(nèi)在能力的改變，當(dāng)再次出現(xiàn)擾動行為時，植被覆蓋度的響應(yīng)還是基于既有的依賴關(guān)系。

2.2 一般恢復(fù)力的調(diào)控措施

礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的一般恢復(fù)力是對系統(tǒng)面臨的所有擾動進(jìn)行恢復(fù)的能力，可以采用以下指標(biāo)進(jìn)行評價：可比基準(zhǔn)、特征取值及無量綱化、特征間協(xié)調(diào)性，需要通盤考慮礦山土地生態(tài)系統(tǒng)，關(guān)注系統(tǒng)整體應(yīng)對擾動的能力。具體來說，可以增加礦山土地生態(tài)的多樣性，構(gòu)建具有異質(zhì)性的景觀結(jié)構(gòu)，如：廊道、斑塊、基質(zhì)等，形成異質(zhì)性、連通性的景觀。并采用農(nóng)、林、牧、漁相結(jié)合的多樣化土地經(jīng)營模式，保持土地生物形態(tài)的多樣性，如：合理配置適宜比例的喬木、灌木和草地。然而，要注意保持恢復(fù)力與多樣性之間的權(quán)衡關(guān)系，不可片面追求多樣性，避免多樣性過高而降低恢復(fù)力和效率的問題。同時，還要注重系統(tǒng)的生態(tài)變化性，避免系統(tǒng)長期維持在一個期望狀態(tài)而損害恢復(fù)力的問題，以林地復(fù)墾工程為例，不可盲目投入資金和人工管理方式，而要保持復(fù)墾林地的開放性，使之能夠更好地應(yīng)對干旱、蟲災(zāi)，提升復(fù)墾林地應(yīng)對未來同類擾動的恢復(fù)力。另外，要基于模塊化原則進(jìn)行礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控，可以通過加強(qiáng)、減弱、新建反饋機(jī)制的方式，進(jìn)行土地生態(tài)系統(tǒng)一般恢復(fù)力的調(diào)節(jié)，提高各組分間的耦合協(xié)調(diào)性。如：將礦山土地管理與新農(nóng)村建設(shè)、退耕還林、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型相結(jié)合，提高礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的交疊管理水平[2]。

3? ?礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力應(yīng)用案例

以補(bǔ)連溝井工礦山恢復(fù)力調(diào)控為例，分析礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的舉措。

補(bǔ)連溝井工礦山是世界上第一大單井井工礦井，年產(chǎn)量約2500萬t，歸屬于神東煤炭集團(tuán)，是西北干旱半干旱地區(qū)的重要能源開發(fā)基地。在這個土地生態(tài)系統(tǒng)之中，面臨采礦沉陷擾動的威脅，并面臨當(dāng)?shù)厣衬纳鷳B(tài)風(fēng)險，為此要關(guān)注該礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的特定恢復(fù)力，以植被覆蓋作為關(guān)鍵狀態(tài)變量，以潛水位作為參數(shù)狀態(tài)變量，觀測發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)刂脖桓采w度隨潛水位變化存在突變現(xiàn)象，要對潛水位進(jìn)行調(diào)控，引入外源水進(jìn)行潛水補(bǔ)給，升高潛水位，增大潛水位到閾值的距離，提高溝谷坡地植被對特定擾動的恢復(fù)力。然而，要注意切不可將外源水引入到谷底階地和河岸，否則會導(dǎo)致土壤含水量過大，引發(fā)植被漬水死亡。同時，要建立一個持續(xù)補(bǔ)給潛水的機(jī)制，可以采用建立水庫或持續(xù)不間斷引入外源水的方式，確保潛水位不下降。并在潛水和采礦之間設(shè)置隔離層，可以采用跳采、注漿加固、減緩?fù)七M(jìn)速度的方式，實(shí)現(xiàn)對隔水層的有效保護(hù)，改變潛水位與擾動強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。還可以植入濕生、水生植物，如：蘆葦、早熟禾等，增強(qiáng)植被的抗旱性。并種植沙柳、檸條等抗旱植物，快速提高植被覆蓋度。當(dāng)然，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，還存在其他單元對采礦擾動的影響，如：采礦沉陷導(dǎo)致周邊空間單元的潛水流動，要持續(xù)補(bǔ)給一些潛水[3]。

4? 結(jié)語

綜上所述，要重點(diǎn)關(guān)注和探討礦山土地的可持續(xù)利用，引入恢復(fù)力的理念和機(jī)制，使礦山土地生態(tài)系統(tǒng)通過自組織保持系統(tǒng)的平衡，保持系統(tǒng)原有的定性結(jié)構(gòu)，較好地應(yīng)對擾動，如：采礦擾動、復(fù)墾擾動、修復(fù)工程擾動、自然或人為擾動等，要加強(qiáng)礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力調(diào)控，采用恢復(fù)力強(qiáng)化和恢復(fù)力克服的途徑，通過調(diào)節(jié)特定參數(shù)、函數(shù)關(guān)系和閾值的方式強(qiáng)化特定恢復(fù)力。并從生態(tài)系統(tǒng)的多樣性、動態(tài)變化性、模塊化、交疊管理等方面，加強(qiáng)系統(tǒng)的一般恢復(fù)力調(diào)控水平。未來還要深化礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的理論認(rèn)知，探索系統(tǒng)恢復(fù)力實(shí)踐方法的多樣化運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

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