礦山土地生態系統恢復力及其調控研究

姚君

摘? ?要：礦山土地復墾和生態修復面臨礦山土地可持續利用的挑戰，要充分認識礦山土地生態系統恢復力的內涵及特征，將恢復力理論引入礦山土地復墾和生態修復領域，對不同類型的礦山修復力進行測度和調控分析，可以從調控特定參數、調控特定參數與擾動間函數關系、調控閾值等措施入手，面向礦山土地恢復力監測、評估和調控三個關鍵環節，強化礦山土地的特定恢復力，推進礦山土地生態系統的可持續管理。

關鍵詞：礦山土地? 生態系統? 恢復力? 調控

礦山土地生態系統恢復力是維持系統可持續性的關鍵，要順應生態文明建設的重大科技需求，重點關注礦山土地復墾及生態修復，加強礦山土地生態系統恢復力，進行礦山土地資源的再開發、廢棄礦井的再利用、礦山生態修復，保持礦山土地生態系統的內在能力，更好地促進礦山土地生態系統的可持續發展。

1? 礦山土地生態系統及其恢復力概述

1.1 礦山土地生態系統構成及擾動分析

礦山土地生態系統涵蓋有不同的組分，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系，如：地下部分的巖石與地下水之間存在關聯;地上部分地表水、生物、地形之間存在結構關聯，共同成為礦山土地生態系統的綜合形態，如：排土場、塌陷地、采掘場地、原地貌等。同時，礦山土地生態系統會受到采礦活動及生態修復工程的擾動影響，如：破碎的采礦巖石傾倒于地表，實現原有巖石、土壤、水文的重新排列;沉陷、挖損而生成積水坑、水滲漏通道等結構;人工重建植被群落;對沉陷區進行充填復墾，重塑土壤結構等。

1.2 礦山土地生態系統恢復力內涵及特征

在礦山土地生態系統的演變進程中，涵蓋有采礦擾動、土地復墾、穩態生成、后采礦時期其他擾動等四個基本時間節點，當系統面臨擾動時，能夠通過自組織的方式，保持系統的平衡和既有的定性結構，這種保持系統自身狀態的能力即為恢復力，也是礦山土地生態系統的一種動力學屬性。

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

2? 礦山土地生態系統恢復力調控措施分析

要重點探討礦山土地生態系統恢復力的調節和控制，通過恢復力調控方式，抵抗采礦擾動，使之維持在系統之前的狀態，并能夠對已擾系統進行修復，使之恢復到采礦前或可被接受的狀態。

2.1 特定恢復力的強化與克服

當礦山土地生態系統的特定部分面對特定擾動時，會通過狀態變量和參數變量的方式，體現出特定恢復力，如：地下水滲漏、塌陷、裂縫、灌溉等特定擾動產生的特定恢復力。以干旱半干旱地區為例，植被覆蓋度體現土地生態系統服務功能，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力來分析，以植被覆蓋度為狀態變量、地下水位為參數變量、地下水疏漏為采礦擾動，要重點針對“植被覆蓋度-地下水位-地下水疏漏”的特定恢復力強化與克服，采用針對性、可行性的恢復力調控策略，如：在干旱半干旱地區種植大量植被，以提高植被覆蓋度。在這種調控策略下，可以控制地下水疏漏的程度，快速提高礦山土地生態系統的狀態，較大程度上抵御土壤的風力侵蝕和擾動。然而這種調控策略僅改變外在表現，缺乏對系統內在能力的改變，當再次出現擾動行為時，植被覆蓋度的響應還是基于既有的依賴關系。

2.2 一般恢復力的調控措施

礦山土地生態系統的一般恢復力是對系統面臨的所有擾動進行恢復的能力，可以采用以下指標進行評價：可比基準、特征取值及無量綱化、特征間協調性，需要通盤考慮礦山土地生態系統，關注系統整體應對擾動的能力。具體來說，可以增加礦山土地生態的多樣性，構建具有異質性的景觀結構，如：廊道、斑塊、基質等，形成異質性、連通性的景觀。并采用農、林、牧、漁相結合的多樣化土地經營模式，保持土地生物形態的多樣性，如：合理配置適宜比例的喬木、灌木和草地。然而，要注意保持恢復力與多樣性之間的權衡關系，不可片面追求多樣性，避免多樣性過高而降低恢復力和效率的問題。同時，還要注重系統的生態變化性，避免系統長期維持在一個期望狀態而損害恢復力的問題，以林地復墾工程為例，不可盲目投入資金和人工管理方式，而要保持復墾林地的開放性，使之能夠更好地應對干旱、蟲災，提升復墾林地應對未來同類擾動的恢復力。另外，要基于模塊化原則進行礦山土地生態系統的調控，可以通過加強、減弱、新建反饋機制的方式，進行土地生態系統一般恢復力的調節，提高各組分間的耦合協調性。如：將礦山土地管理與新農村建設、退耕還林、產業轉型相結合，提高礦山土地生態系統的交疊管理水平[2]。

3? ?礦山土地生態系統恢復力應用案例

以補連溝井工礦山恢復力調控為例，分析礦山土地生態系統恢復力的舉措。

補連溝井工礦山是世界上第一大單井井工礦井，年產量約2500萬t，歸屬于神東煤炭集團，是西北干旱半干旱地區的重要能源開發基地。在這個土地生態系統之中，面臨采礦沉陷擾動的威脅，并面臨當地沙漠化的生態風險，為此要關注該礦山土地生態系統的特定恢復力，以植被覆蓋作為關鍵狀態變量，以潛水位作為參數狀態變量，觀測發現當地植被覆蓋度隨潛水位變化存在突變現象，要對潛水位進行調控，引入外源水進行潛水補給，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，否則會導致土壤含水量過大，引發植被漬水死亡。同時，要建立一個持續補給潛水的機制，可以采用建立水庫或持續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置隔離層，可以采用跳采、注漿加固、減緩推進速度的方式，實現對隔水層的有效保護，改變潛水位與擾動強度之間的函數關系。還可以植入濕生、水生植物，如：蘆葦、早熟禾等，增強植被的抗旱性。并種植沙柳、檸條等抗旱植物，快速提高植被覆蓋度。當然，礦山土地生態系統是極其復雜的，還存在其他單元對采礦擾動的影響，如：采礦沉陷導致周邊空間單元的潛水流動，要持續補給一些潛水[3]。

4? 結語

綜上所述，要重點關注和探討礦山土地的可持續利用，引入恢復力的理念和機制，使礦山土地生態系統通過自組織保持系統的平衡，保持系統原有的定性結構，較好地應對擾動，如：采礦擾動、復墾擾動、修復工程擾動、自然或人為擾動等，要加強礦山土地生態系統恢復力調控，采用恢復力強化和恢復力克服的途徑，通過調節特定參數、函數關系和閾值的方式強化特定恢復力。并從生態系統的多樣性、動態變化性、模塊化、交疊管理等方面，加強系統的一般恢復力調控水平。未來還要深化礦山土地生態系統恢復力的理論認知，探索系統恢復力實踐方法的多樣化運用。

參考文獻

[1] 汪輝，徐蘊雪，盧思琪，等.恢復力、彈性或韌性？——社會——生態系統及其相關研究領域中“Resilience”一詞翻譯之辨析[J].國際城市規劃，2017（4）：84.

[2] 楊博宇，白中科，張笑然.特大型露天煤礦土地損毀碳排放研究——以平朔礦區為例[J].中國土地科學，2017（6）：65-66.

[3] 王麗，雷少剛，卞正富.多尺度礦區植被生態系統恢復力定量測度研究框架[J].干旱區資源與環境，2017（5）：105-106.