論引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)

雷少剛，卞正富，楊永均

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 礦山生態(tài)修復(fù)教育部工程研究中心，江蘇 徐州 221116; 2.山東省煤田地質(zhì)局 采煤塌陷地與采空區(qū)治理工程研究中心，山東 濟(jì)寧 272100)

礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，長期高強(qiáng)度大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開發(fā)帶來的生態(tài)環(huán)境問題不容忽視。礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)是一對矛盾，礦山生態(tài)修復(fù)是解決這一對矛盾的有效途徑。我國礦產(chǎn)資源開發(fā)數(shù)量大、分布廣。截至2018年，我國非油氣礦山數(shù)量14萬余座，且多位于生態(tài)環(huán)境脆弱的干旱半干旱地區(qū)，礦山生態(tài)修復(fù)形勢嚴(yán)峻。礦山生態(tài)修復(fù)已成為落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)施國土空間生態(tài)修復(fù)的重要“抓手”之一。在國家實(shí)施的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程中，礦山生態(tài)修復(fù)與流域水環(huán)境治理、土地整治、污染與退化土地修復(fù)、生物多樣性保護(hù)并稱五大工程。我國礦山土地復(fù)墾起步較晚，礦山生態(tài)修復(fù)較土地復(fù)墾則更晚。近年來隨著生態(tài)文明思想深入人心，礦山生態(tài)修復(fù)正成為研究的熱點(diǎn)，我國土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)相關(guān)理論與技術(shù)也有了明顯發(fā)展。但是，仍然存在礦山生態(tài)修復(fù)理論滯后于實(shí)踐需求，所采取的工程技術(shù)存在多個(gè)單體工程之間關(guān)聯(lián)性不夠、單一要素修復(fù)為主、缺乏系統(tǒng)性思維、生態(tài)修復(fù)針對性不強(qiáng)和目標(biāo)單一、修復(fù)系統(tǒng)自維持能力弱、工程實(shí)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、評價(jià)驗(yàn)收的指標(biāo)體系不科學(xué)等問題，亟需創(chuàng)新礦山生態(tài)修復(fù)理論與技術(shù)。

黨的十八大報(bào)告中明確提出：大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針。中共中央國務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》提出：在生態(tài)建設(shè)與修復(fù)中，以自然恢復(fù)為主，與人工修復(fù)相結(jié)合為基本原則。自然恢復(fù)和人工修復(fù)相結(jié)合的理念被廣泛接受，但相關(guān)的理論和技術(shù)研究明顯不足?！耙宰匀换謴?fù)為主”、“與人工修復(fù)相結(jié)合”共同引出的基本科學(xué)問題是，人工如何“輔助”自然恢復(fù)、人工如何與自然恢復(fù)有機(jī)“結(jié)合”？其引出的關(guān)鍵技術(shù)問題是，當(dāng)需要人工干預(yù)時(shí)，何時(shí)干預(yù)、何處干預(yù)、如何干預(yù)、干預(yù)到何種程度？在山水林田湖草沙生態(tài)保護(hù)修復(fù)(系統(tǒng)性修復(fù)思維)、基于自然的解決策略(Nature-based Solutions，NbS)等新思維和新形勢下，搞清這些基礎(chǔ)問題才能做到尊重自然規(guī)律，以利用生態(tài)系統(tǒng)自身的恢復(fù)力，調(diào)控引導(dǎo)生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)科學(xué)適度的人工干預(yù)，從而避免人工干預(yù)不夠或過度干預(yù)。

礦區(qū)土地修復(fù)或生態(tài)恢復(fù)過程中，自然恢復(fù)及人工干預(yù)均發(fā)揮著重要的作用，不同的學(xué)者對2者作用的重要性的認(rèn)識存在差異。自然恢復(fù)是指外界干擾消失后，完全依靠生態(tài)系統(tǒng)自身的恢復(fù)力，使受損的環(huán)境要素與生態(tài)系統(tǒng)(包括構(gòu)成系統(tǒng)的各子系統(tǒng))，恢復(fù)到相對健康的狀態(tài)。但是，由于礦山開采對地層地貌、水文、生物、土壤等主要自然地理環(huán)境要素都產(chǎn)生了不同程度的損傷擾動(dòng)，因此礦山生態(tài)系統(tǒng)是一種人類強(qiáng)干擾影響的生態(tài)系統(tǒng)，因此，礦山生態(tài)修復(fù)不能僅靠自然恢復(fù)，必須輔以適當(dāng)?shù)耐饨缛斯ふ{(diào)控引導(dǎo)。卞正富等基于自然恢復(fù)與人工干預(yù)的結(jié)合，提出了“引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)模式”，其根本目標(biāo)是降低生態(tài)修復(fù)成本，促進(jìn)受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到自維持狀態(tài)；白中科等分析了人工支持引導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)的內(nèi)涵與外延，探討了人工支持引導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)的路徑。劉英等提出基于植被覆蓋度時(shí)序變化與驅(qū)動(dòng)因素分析是探索半干旱礦區(qū)植被引導(dǎo)型恢復(fù)有效方法的重要基礎(chǔ)與前提。現(xiàn)有研究還沒有闡述引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的理論原理、引導(dǎo)修復(fù)的生態(tài)關(guān)系、生態(tài)過程等問題診斷、引導(dǎo)修復(fù)方向設(shè)定、引導(dǎo)修復(fù)關(guān)鍵對象、引導(dǎo)修復(fù)合理程度等關(guān)鍵問題，為此，筆者將圍繞引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的基本原理和技術(shù)框架展開進(jìn)一步分析論述。

1 引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的基本原理

礦山生態(tài)系統(tǒng)即特定礦山區(qū)域內(nèi)生物與環(huán)境構(gòu)成的綜合體，是一種受人類活動(dòng)高強(qiáng)度干擾的受損生態(tài)系統(tǒng)。礦山生態(tài)系統(tǒng)與一般生態(tài)系統(tǒng)一樣，能提供生態(tài)服務(wù)功能；在外部擾動(dòng)下，礦山生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部通過復(fù)雜互饋?zhàn)饔?，使系統(tǒng)維持在某種特定的穩(wěn)定狀態(tài)。這種使得系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)的特性表現(xiàn)為對采礦擾動(dòng)的抵抗力和恢復(fù)力。礦山生態(tài)系統(tǒng)抵抗力即系統(tǒng)抵抗開采干擾的能力，或礦山生態(tài)系統(tǒng)受開采擾動(dòng)后保持在平衡點(diǎn)的能力?；謴?fù)力是指生態(tài)系統(tǒng)遭受外界干擾破壞后，系統(tǒng)恢復(fù)到原有狀態(tài)的能力，是生態(tài)系統(tǒng)的一種內(nèi)在能力?；謴?fù)力可以通過引入Fokker-Planck方程，計(jì)算出系統(tǒng)退出任何一個(gè)吸引域的平均預(yù)期時(shí)間，作為其定量評價(jià)方法。

依據(jù)恢復(fù)力“杯球模型”，當(dāng)系統(tǒng)受到適度調(diào)控、合理建設(shè)及有效修復(fù)等正向驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)則可從初始吸引域(穩(wěn)態(tài))轉(zhuǎn)移到較高級吸引域(穩(wěn)態(tài))；而當(dāng)系統(tǒng)受到過度擾動(dòng)、嚴(yán)重污染等負(fù)向驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)則會(huì)經(jīng)過逆行演替由初始吸引域轉(zhuǎn)移到退化吸引域，其概念示意如圖1所示。具體地，當(dāng)開采擾動(dòng)強(qiáng)度在系統(tǒng)的抵抗力和恢復(fù)力承受范圍，系統(tǒng)將維持在較原有的穩(wěn)定狀態(tài)，充填、源頭減損保護(hù)性開采的井工礦區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。當(dāng)系統(tǒng)的抵抗力和恢復(fù)力較低，不能承受開采的擾動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)將突破突變點(diǎn)進(jìn)入退化吸引域。這種變化的后果是嚴(yán)重的，特別是對生態(tài)脆弱礦區(qū)，生態(tài)退化往往難以逆轉(zhuǎn)。當(dāng)修復(fù)干預(yù)時(shí)，系統(tǒng)抵御恢復(fù)干預(yù)的能力過強(qiáng)或者干預(yù)程度不夠，無法突破生態(tài)閾值進(jìn)入較高系統(tǒng)表現(xiàn)的吸引域。這種情況表現(xiàn)出土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)難度大、不易成功的特點(diǎn)。

圖1 基于“杯球模型”隱喻的礦山生態(tài)系統(tǒng)演變過程

因此，引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的理論原理就是立足于礦山生態(tài)系統(tǒng)固有的恢復(fù)能力，通過科學(xué)的引導(dǎo)促進(jìn)礦山生態(tài)系統(tǒng)從退化吸引域向初始吸引域或更高級的吸引域轉(zhuǎn)變；其核心任務(wù)是掌握采礦擾動(dòng)與生態(tài)恢復(fù)機(jī)制，明確關(guān)鍵生態(tài)閾值和修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)施干預(yù)措施，帶動(dòng)受損生態(tài)系統(tǒng)通過自身的主動(dòng)反饋不斷自發(fā)地走向恢復(fù)和良性循環(huán)。引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)主要是對關(guān)鍵限制性因子或關(guān)鍵因素進(jìn)行調(diào)控，其總體思路是使采礦擾動(dòng)/恢復(fù)干預(yù)后參數(shù)值離閾值的函數(shù)距離更大，即擾動(dòng)后參數(shù)遠(yuǎn)離閾值，包括調(diào)控干擾、調(diào)控特定參數(shù)、調(diào)控函數(shù)關(guān)系、調(diào)控閾值4種途徑。需要說明的是，引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)并不是一種全新的礦山生態(tài)修復(fù)模式，它是在系統(tǒng)性修復(fù)、NbS等新的思維和原則下，強(qiáng)調(diào)自然恢復(fù)與人工修復(fù)的有機(jī)結(jié)合，是對傳統(tǒng)人工修復(fù)模式的發(fā)展升級；其進(jìn)步主要體現(xiàn)在利用生態(tài)系統(tǒng)固有的恢復(fù)能力，其修復(fù)對象更加明確、人工干預(yù)程度更加合理、修復(fù)成本有效降低、修復(fù)系統(tǒng)自維持能力提升等方面。

引導(dǎo)型礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)演替的方向、速率、結(jié)構(gòu)和功能主要取決于其受損程度、自身所擁有的自然地理環(huán)境條件，以及引導(dǎo)干預(yù)的方式和程度。井工開采和露天開采是礦產(chǎn)開發(fā)的主要方式，其對生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)影響差異明顯。因此，2者所采用的引導(dǎo)修復(fù)的方式和干預(yù)程度也不一樣。井工礦山開采擾動(dòng)影響是由巖層破斷向地下水、土壤、植物生境影響的傳遞過程，具有明顯的井上下聯(lián)動(dòng)性、空間異質(zhì)性、局部有限性，而且各生態(tài)環(huán)境要素呈現(xiàn)較強(qiáng)的自恢復(fù)特征。因此，井工礦山生態(tài)系統(tǒng)的引導(dǎo)修復(fù)可主要依靠其固有的恢復(fù)力，輔以適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)，快速促進(jìn)其恢復(fù)到相對健康的狀態(tài)。露天礦山由于大規(guī)模的巖土剝離堆排，對地層、地貌、土壤、植被等關(guān)鍵環(huán)境要素都產(chǎn)生了“翻天覆地”的變化。因此，露天礦山引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)的難度及其所需的人工干預(yù)投入將明顯大于井工礦區(qū)，需要實(shí)施地層重構(gòu)、地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建、水文重建、景觀重現(xiàn)與生物多樣性恢復(fù)等一系列修復(fù)環(huán)節(jié)。

2 引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的技術(shù)框架

引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的理論主要涉及恢復(fù)力理論、限制因子理論、生態(tài)適宜性理論、群落演替理論、工業(yè)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等；在不同的自然區(qū)域、開采方式、修復(fù)方向、生態(tài)問題、修復(fù)目標(biāo)下，引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的內(nèi)容、引導(dǎo)修復(fù)的程度、技術(shù)措施等都是不一樣的；其共性的技術(shù)環(huán)節(jié)包括，礦山生態(tài)問題調(diào)查診斷、引導(dǎo)修復(fù)方向設(shè)定、引導(dǎo)修復(fù)的關(guān)鍵對象或部位的確定、引導(dǎo)修復(fù)的合理程度或生態(tài)閾值(修復(fù)標(biāo)準(zhǔn))的識別、以及引導(dǎo)修復(fù)技術(shù)措施等環(huán)節(jié)。各技術(shù)環(huán)節(jié)涉及的主要內(nèi)容如圖2所示。

圖2 引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)框架

(1)生態(tài)問題診斷。生態(tài)問題調(diào)查診斷是礦山生態(tài)修復(fù)的必要環(huán)節(jié)，決定了引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)后續(xù)各個(gè)環(huán)節(jié)的科學(xué)性。傳統(tǒng)礦山生態(tài)問題調(diào)查易出現(xiàn)為調(diào)查而調(diào)查的情況，突出表現(xiàn)在調(diào)查評估結(jié)果對修復(fù)工程設(shè)計(jì)、修復(fù)技術(shù)篩選和修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)確立等環(huán)節(jié)的指導(dǎo)價(jià)值低。引導(dǎo)型修復(fù)需要依托調(diào)查、遙感、測試、統(tǒng)計(jì)等多種調(diào)查分析手段，診斷影響或阻礙受損生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)進(jìn)程的關(guān)鍵限制性因子，發(fā)現(xiàn)礦山生態(tài)環(huán)境自然規(guī)律、擾動(dòng)響應(yīng)規(guī)律、生態(tài)變化過程、生態(tài)要素間相互關(guān)系及生態(tài)系統(tǒng)或環(huán)境要素的生態(tài)閾值等深層知識信息，以支撐礦山生態(tài)系統(tǒng)引導(dǎo)修復(fù)。簡而言之，就是要是在常規(guī)調(diào)查監(jiān)測評價(jià)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步識別礦山生態(tài)關(guān)系、過程、規(guī)律等知識信息，為引導(dǎo)修復(fù)方向、標(biāo)準(zhǔn)和方案的制定提供科學(xué)參考。

(2)引導(dǎo)修復(fù)方向。我國礦山數(shù)量多、分布廣，自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件等存在地域分異特征和一定程度的區(qū)域聚集性。因此，不同區(qū)域不同類型礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方向應(yīng)該是差異化的。應(yīng)依據(jù)礦山生態(tài)系統(tǒng)所處區(qū)域的主導(dǎo)生態(tài)功能、自然恢復(fù)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等生態(tài)修復(fù)條件，劃分多個(gè)生態(tài)修復(fù)與環(huán)境治理方向，主要包括：環(huán)境封存型、自然恢復(fù)型、地質(zhì)安全保障型、生態(tài)復(fù)綠型、林草利用型、農(nóng)業(yè)復(fù)墾型、旅游景觀型、城郊開發(fā)型等。例如：對于社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件較差，自然恢復(fù)力較弱的礦區(qū)，可以將生態(tài)復(fù)綠作為修復(fù)方向，即在消除地質(zhì)災(zāi)害隱患之后，實(shí)施土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)，恢復(fù)水土保持、防風(fēng)固沙等重要生態(tài)系統(tǒng)功能，維持生態(tài)安全。為加強(qiáng)礦產(chǎn)資源與土地資源協(xié)同開發(fā)，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)效益提升，可以加大人工干預(yù)，以林草利用或農(nóng)業(yè)復(fù)墾為修復(fù)方向。不同生態(tài)修復(fù)方向其所需的人工干預(yù)的程度是不一樣的。當(dāng)然，這些修復(fù)類型方向，只是主導(dǎo)修復(fù)類型方向，并不具有明顯的排他性。例如徐州礦區(qū)的采煤塌陷地就是農(nóng)業(yè)復(fù)墾、旅游景觀、城郊開發(fā)等修復(fù)類型的組合。不論哪種修復(fù)類型，都需要遵循保護(hù)優(yōu)先、源頭過程減損；生態(tài)保護(hù)與修復(fù)并舉、自然恢復(fù)和人工修復(fù)并重，著力提高生態(tài)系統(tǒng)自維持能力等基本原則。

(3)引導(dǎo)修復(fù)對象。引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)的對象重點(diǎn)包括，障礙性或限制性因子、關(guān)鍵環(huán)境要素、重要景觀斑塊與廊道、生態(tài)流等方面。礦產(chǎn)開采形成的障礙性因子(如污染物、地裂縫等)或限制性因子(如潛水位、土壤水、坡度等)是采后生態(tài)系統(tǒng)受到的主要生態(tài)脅迫。BRADSHAW指出生態(tài)恢復(fù)過程中有效識別影響生態(tài)恢復(fù)中關(guān)鍵限制性因子，并對其進(jìn)行適度合理的人工干預(yù)后，自然恢復(fù)便可更加順暢的進(jìn)行。因此，消除障礙性因子和調(diào)控限制性因子也是人工引導(dǎo)修復(fù)關(guān)鍵任務(wù)；主要可通過生態(tài)環(huán)境整治、理化性質(zhì)改良、生物學(xué)修復(fù)、系統(tǒng)綜合管理等措施為生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)提供更優(yōu)的基礎(chǔ)條件。圖3為生態(tài)系統(tǒng)在多個(gè)不同狀態(tài)，突破障礙限制因子實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)移的示意，在生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞區(qū)域(圖3(a))，必須人工強(qiáng)干預(yù)，消除非生物等障礙性因子；然后，通過改善動(dòng)植物群落等生物性限制性因子(圖3(b))，促進(jìn)系統(tǒng)突破生物限制性因子閾值，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)和自維持，達(dá)到完好狀態(tài)(圖3(c))。

圖3 引導(dǎo)系統(tǒng)突破限制性因子實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)移示意(改編自文獻(xiàn)[3,10])

引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)對象還應(yīng)包括關(guān)鍵環(huán)境要素、重要景觀斑塊與廊道、生態(tài)流等方面。生態(tài)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)變往往伴隨著生態(tài)系統(tǒng)空間自組織格局的變化。景觀是由相互作用的多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)組成的異質(zhì)性地理單元。通過修復(fù)、創(chuàng)建或重組等手段調(diào)整斑塊、廊道、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵景觀組分，有助于景觀內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)單元之間的關(guān)系調(diào)控，改善受損生態(tài)系統(tǒng)功能，也有利于規(guī)避生態(tài)系統(tǒng)臨界點(diǎn)的到來，以維持其系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4)引導(dǎo)修復(fù)合理程度。確定人工干預(yù)的合理程度是引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵問題之一。在礦區(qū)周邊未擾動(dòng)的自然生態(tài)系統(tǒng)中，可選定相似合理的參照生態(tài)系統(tǒng)作為礦山生態(tài)系統(tǒng)人工干預(yù)合理程度的判定方式之一。然而，由于礦山生態(tài)系統(tǒng)并不一定要修復(fù)到采礦前或與周邊自然生態(tài)系統(tǒng)相同；而且，自然生態(tài)系統(tǒng)是長期演替形成的，而自然恢復(fù)與人工干預(yù)相結(jié)合的礦山生態(tài)修復(fù)往往需要一個(gè)較長自恢復(fù)、自適應(yīng)過程；也就是說前期人工引導(dǎo)修復(fù)到合理程度后停止人工干預(yù)，轉(zhuǎn)為生態(tài)系統(tǒng)依靠其自然恢復(fù)能力，并經(jīng)過較長的時(shí)期才能達(dá)到周邊參照生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，而不是一蹴而就。因此，選擇參照生態(tài)系統(tǒng)需要注意其代表性與可行性。

特定區(qū)域的生態(tài)單元以及生態(tài)要素之間的生態(tài)關(guān)系往往存在固有的關(guān)系、過程。因此，也可以利用周邊自然生態(tài)系統(tǒng)主要的生態(tài)關(guān)系來判斷引導(dǎo)修復(fù)的合理程度。20世紀(jì)70年代ROBERT指出生態(tài)系統(tǒng)的特性、功能等具有多個(gè)穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)之間存在生態(tài)閾值。生態(tài)閾值包括閾值點(diǎn)和閾值帶2種類型。生態(tài)閾值為生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)之間的一個(gè)臨界值，穿過這個(gè)臨界值后，系統(tǒng)狀態(tài)變量發(fā)生突然的較大改變。因此，生態(tài)閾值可以作為人工干預(yù)合理程度的判別標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)閾值識別，首先需要通過梯度觀測、控制實(shí)驗(yàn)、模型模擬等方法獲取足夠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，來反映生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變量和控制參數(shù)的變動(dòng)情況，然而通過統(tǒng)計(jì)方法考察生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變量和控制參數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征和相互關(guān)系，從而識別生態(tài)閾值。一方面，可以統(tǒng)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變量或控制變量隨時(shí)間的變化特性，考察統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)，如均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、條件異方差、自相關(guān)、偏度的異常變化，實(shí)現(xiàn)對狀態(tài)變量或控制變量閾值的識別。另一方面，可以構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變量對控制參數(shù)的響應(yīng)函數(shù)，響應(yīng)函數(shù)一般有連續(xù)漸變函數(shù)、階躍變化函數(shù)、帶時(shí)滯的狀態(tài)變化函數(shù)、不可逆變化函數(shù)4種類型。通過分析響應(yīng)函數(shù)的極限、收斂、拐點(diǎn)特征，進(jìn)而識別生態(tài)系統(tǒng)控制參數(shù)的閾值。

礦山生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變量通常是人們較為關(guān)心的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、服務(wù)等表現(xiàn)指標(biāo)，如植被覆蓋度、水土保持量、生物量、生產(chǎn)力等，控制參數(shù)為各類采礦干擾的程度和生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)條件，如采高、采厚、導(dǎo)水裂隙帶高度、土壤含水量、潛水埋深、表土層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)含量等。礦山生態(tài)系統(tǒng)閾值的識別可基于生態(tài)調(diào)查感知，按照觀測、響應(yīng)函數(shù)建立、閾值判別、效應(yīng)分析4個(gè)步驟。例如，通過野外梯度觀測，可構(gòu)建半干旱礦區(qū)土壤含水量(SWC)和反映植物生理狀況的葉片最大光化學(xué)效率(/)2者間的關(guān)系響應(yīng)函數(shù)(圖4)。通過分析響應(yīng)函數(shù)，發(fā)現(xiàn)存在明顯的拐點(diǎn)，即當(dāng)土壤含水量低于8.91%時(shí)，/隨著土壤含水量的降低急劇降低，受到脅迫影響。因此，可以得到植物生長開始受到脅迫的土壤含水量閾值為8.91%。因此，礦區(qū)土壤含水量8.91%這一閾值可以作為引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)合理程度的標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 葉片最大光合作用效率對土壤含水量的響應(yīng)[17]

(5)引導(dǎo)修復(fù)措施。引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)強(qiáng)調(diào)人工修復(fù)與自然恢復(fù)的有機(jī)結(jié)合，是對以人工修復(fù)為主的傳統(tǒng)礦山生態(tài)修復(fù)模式的升級發(fā)展。礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)是否適宜，不在于技術(shù)水平高低或難度大小，而取決于所篩選修復(fù)技術(shù)與關(guān)鍵生態(tài)問題的針對性與經(jīng)濟(jì)性。因此，引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)和傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)模式所采用的生態(tài)修復(fù)措施本質(zhì)上沒有差別，不同的是引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)模式強(qiáng)調(diào)的是適度人工干預(yù)，也就是要求人工干預(yù)必須有針對性、及時(shí)性、持久性和有效性。引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)模式所需的修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)在于，強(qiáng)調(diào)各個(gè)引導(dǎo)修復(fù)技術(shù)措施的系統(tǒng)性、接續(xù)性、針對性和經(jīng)濟(jì)性；一定是針對關(guān)鍵的修復(fù)對象、生態(tài)問題、生態(tài)關(guān)系、生態(tài)閾值，能降低生態(tài)修復(fù)成本，帶動(dòng)提升生態(tài)系統(tǒng)自維持能力。例如，在西部半干旱地區(qū)大型煤炭基地引導(dǎo)型生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，采用的一些較適宜的引導(dǎo)修復(fù)技術(shù)包括，采后覆巖導(dǎo)水裂隙人工化學(xué)引導(dǎo)修復(fù)，臨時(shí)性與永久性地裂縫的差異化治理，中性區(qū)、壓縮區(qū)、拉伸區(qū)分區(qū)治理模式，基于植被演替規(guī)律的植物互惠配置，基于空間格局優(yōu)化和關(guān)鍵物質(zhì)流調(diào)控的景觀生態(tài)恢復(fù)，排土場分布式保水控蝕技術(shù)，基于自然地貌特征的近自然地貌重塑技術(shù)等。

3 結(jié) 語

在國家生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略形勢下，在山水林田湖草沙系統(tǒng)性生態(tài)保護(hù)修復(fù)指導(dǎo)思想下，堅(jiān)持“以自然恢復(fù)為主，與人工修復(fù)相結(jié)合”的基本原則，破解人工干預(yù)和自然恢復(fù)之間的爭議和困惑，促進(jìn)人工修復(fù)與自然恢復(fù)相協(xié)同是當(dāng)前礦山生態(tài)修復(fù)的亟待解決的理論和技術(shù)問題之一。引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)是“基于自然的解決方案(NbS)、自然為主人工為輔”這些基本生態(tài)保護(hù)修復(fù)理念在礦山領(lǐng)域的具體實(shí)踐探索。引導(dǎo)型礦山生態(tài)修復(fù)模式強(qiáng)調(diào)的是適度人工干預(yù)，即人工干預(yù)必須有針對性、及時(shí)性、持久性和有效性；是對傳統(tǒng)人工修復(fù)模式的發(fā)展升級，其立足于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力，通過對生態(tài)問題和擾動(dòng)響應(yīng)機(jī)理系統(tǒng)化診斷，揭示采礦擾動(dòng)與生態(tài)恢復(fù)機(jī)制，探明關(guān)鍵生態(tài)閾值，科學(xué)實(shí)施干預(yù)措施，帶動(dòng)促進(jìn)受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到自維持狀態(tài)。礦山生態(tài)關(guān)系、過程、規(guī)律的感知是引導(dǎo)修復(fù)的前提；障礙性和限制性影響因子和生態(tài)過程是引導(dǎo)修復(fù)的主要對象；生態(tài)閾值和生態(tài)參數(shù)的調(diào)控是合理引導(dǎo)的關(guān)鍵。礦山生態(tài)修復(fù)是一個(gè)多尺度、多要素、多時(shí)相、多過程、多學(xué)科、多領(lǐng)域的科技難題，如何科學(xué)認(rèn)識并利用自然力量，引導(dǎo)受損礦山生態(tài)系統(tǒng)自維持，尤其需要加強(qiáng)對礦山生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律、演變機(jī)理、生態(tài)過程、生態(tài)關(guān)系、生態(tài)閾值、以及環(huán)境要素間相互關(guān)系等機(jī)理問題診斷與深層次知識發(fā)現(xiàn)。