張紹良, 米家鑫,侯湖平,*, 楊永均

1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院, 徐州 221116 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué),礦山生態(tài)修復(fù)教育部工程研究中心, 徐州 221116

每?jī)赡暌淮蔚氖澜缟鷳B(tài)恢復(fù)大會(huì)(World Conference on Ecological Restoration)是生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域的盛會(huì),參會(huì)代表多達(dá)上千人。第五、六、七屆大會(huì)分別在美國(guó)麥迪遜市(2013年)、英國(guó)曼切斯特市(2015年)和巴西福斯伊瓜蘇市(2017年)舉行,其中2013年大會(huì)設(shè)立了主題為“采礦嚴(yán)重?cái)_動(dòng)下林地生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)面臨的挑戰(zhàn)”(Challenges in Restoring Forest Ecosystem Function following Severe Mining Disturbance)的2個(gè)口頭報(bào)告專場(chǎng)和2個(gè)座談會(huì)專場(chǎng),2015年設(shè)立了主題為“采礦”(Mining)等3個(gè)口頭報(bào)告專場(chǎng),2017年則設(shè)立了主題為“礦山恢復(fù)：資源開采導(dǎo)致的不同破壞的備選方案和指導(dǎo)方針”(Restoration of mining areas：Alternatives and guidelines to deal with the different cases that occur during the exploitation of mining resources)的培訓(xùn)課程和“減少采礦影響”(Mitigation: Mining)等2個(gè)口頭報(bào)告專場(chǎng),可見,礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是國(guó)際生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域持續(xù)關(guān)注的對(duì)象之一。

相比出版的科技文獻(xiàn),國(guó)際大型學(xué)術(shù)會(huì)議的報(bào)告、摘要等在傳遞最新研究動(dòng)態(tài)方面具有一定優(yōu)勢(shì),例如,新觀點(diǎn)多、實(shí)際恢復(fù)案例多、信息量大且集中、面對(duì)面討論容易碰撞出新的思想火花、信息傳播快速等,所以通過國(guó)際大型學(xué)術(shù)會(huì)議的系統(tǒng)總結(jié),更容易準(zhǔn)確把握國(guó)際礦山生態(tài)恢復(fù)的研究動(dòng)態(tài)。

為此,本文首先統(tǒng)計(jì)分析連續(xù)三屆礦山生態(tài)恢復(fù)專題報(bào)告,然后歸納總結(jié)熱點(diǎn)、新觀點(diǎn)和新技術(shù),最后預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì),以期對(duì)我國(guó)礦山生態(tài)修復(fù)有所啟示。

1 基本情況統(tǒng)計(jì)

2017年世界生態(tài)恢復(fù)大會(huì)上涉及礦山生態(tài)恢復(fù)的口頭報(bào)告(Oral Presentation)和專題座談會(huì)(Symposium Presentation)共27個(gè)、張貼論文報(bào)告(Poster Presentation)22個(gè),而2013年分別是34個(gè)、10個(gè),2015年則分別是31個(gè)、18個(gè),可見近三屆發(fā)表的論文(報(bào)告)數(shù)量變化不大,這表明礦山生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)穩(wěn)定的研究領(lǐng)域。2013年,在會(huì)上做口頭報(bào)告的有美國(guó)、法國(guó)、捷克、剛果、智利、巴西、南非、中國(guó)、加拿大、澳大利亞、菲律賓、阿根廷等12個(gè)國(guó)家,2015年有蒙古、南非、捷克、澳大利亞、加拿大、英國(guó)、印度、新西蘭、法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、芬蘭、尼日爾、冰島、巴西、愛沙尼亞、比利時(shí)、秘魯、中國(guó)等19個(gè)國(guó)家,而2017年有巴西、澳大利亞、韓國(guó)、美國(guó)、波蘭、西班牙、秘魯、西班牙、中國(guó)、哥倫比亞、阿根廷、拉脫維亞、南非、厄瓜多爾、冰島、西班牙、捷克、德國(guó)、加拿大、愛沙尼亞等20個(gè)國(guó)家。可見,澳大利亞、加拿大、美國(guó)、中國(guó)、南非、捷克、巴西等是持續(xù)參加該學(xué)術(shù)會(huì)議并長(zhǎng)期關(guān)注礦山生態(tài)恢復(fù)的國(guó)家,因?yàn)檫@些國(guó)家是礦產(chǎn)資源開發(fā)大國(guó)。

參加會(huì)議并提交論文的機(jī)構(gòu)主要是高校和科研單位,而企業(yè)和政府部門則相對(duì)較少。如圖1所示,2013年參加會(huì)議的有高校30所、科研單位5所、公司4家和政府管理部門2個(gè);2015年有高校36所、科研單位14所、公司7家和政府管理部門4個(gè);2017年則有高校43所、科研單位30所、公司6家和政府管理部門5個(gè)?？梢?高等院校是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的主要研究機(jī)構(gòu)。但值得一提的是,一些大型礦山企業(yè)如澳大利亞美鋁有限公司(Alcoa of Australia Ltd.)等一直積極參與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的研究工作。

圖1 近三屆會(huì)議參與機(jī)構(gòu)的組成 Fig.1 Composition of the participating organizations in the last three conferences

從參加會(huì)議的高等院校來看,加拿大的阿爾伯塔大學(xué)(University of Alberta)、澳大利亞的昆士蘭大學(xué)(University of Queensland)和西澳大學(xué)(University of Western Australia)、捷克的查理斯大學(xué)(Charles University in Prague)和南波希米亞大學(xué)(University of South Bohemia)、愛沙尼亞的塔林大學(xué)(Tallinn University)、中國(guó)的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(China University of Mining and Technology)、美國(guó)的科羅拉多州立大學(xué)(Colorado State University)、密歇根理工大學(xué)(Michigan Technological University)、蒙大拿州立大學(xué)(Montana State University)以及洛杉磯大學(xué)(Universidad de los Los Andes)、巴西的南大里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)(Universidade Federal do Rio Grande do Sul)和圣保羅大學(xué)(Universidade de S?o Paulo)、波蘭的克拉科夫農(nóng)業(yè)大學(xué)(University of Agriculture in Krakow)、西班牙的阿爾卡拉大學(xué)(University of Alcalá-Fundación FIRE)、德國(guó)的慕尼黑工業(yè)大學(xué)(Technical University Munich)是最近幾年最為活躍的高校。

世界礦山分布極其廣闊,但是研究興趣區(qū)似乎非常集中。主要有加拿大油砂開采礦區(qū)、美國(guó)阿巴拉契亞礦區(qū)、中國(guó)西部干旱半干旱礦山、南美熱帶雨林地區(qū)的礦山、澳大利亞熱帶干旱礦區(qū)、非洲金屬礦區(qū)和歐洲已經(jīng)修復(fù)的礦區(qū)等7大地區(qū),表明這些地區(qū)資源開采強(qiáng)度大、破壞嚴(yán)重且是生態(tài)恢復(fù)的重點(diǎn)地區(qū)。從地帶來看,對(duì)干旱半干旱礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的關(guān)注度最高,如非洲、南美洲、澳大利亞、印度等季節(jié)性干旱的稀樹草原(Savannah)礦區(qū)以及中國(guó)西部干旱礦區(qū)等;其次是苔原區(qū)(Tundra)如北美、北歐和高寒山地的礦區(qū);再次是南美洲的秘魯和巴西、非洲的剛果等國(guó)家熱帶雨林著名礦區(qū)。

從生態(tài)修復(fù)的對(duì)象來看,受關(guān)注程度最高的一直是植被(如圖2所示),包括林地、苔蘚、灌木、草本、豆科植被等。根據(jù)植被所在地區(qū)的不同又可細(xì)分為礦區(qū)植被、流域植被、泥炭地植被與濕地植被等;根據(jù)所處地可分為干旱帶、干濕熱帶、熱帶以及寒帶植被等。土壤的恢復(fù)次之,包括土壤有機(jī)質(zhì)提高、重金屬遷移和土壤結(jié)構(gòu)重構(gòu)等。除此之外,修復(fù)要素還包生態(tài)景觀、物種多樣性、本土物種結(jié)構(gòu)、土壤微生物、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、水資源污染、地下水水位、土壤種子庫(kù)等的修復(fù)。近三屆會(huì)議關(guān)注的生態(tài)修復(fù)對(duì)象間的比例有輕微變化,但大體上保持一致,這表明近年來國(guó)際礦山復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)的關(guān)注點(diǎn)較為穩(wěn)定。

圖2 2013、2015、2017年主要恢復(fù)要素類型Fig.2 Major Restoration elements in 2013, 2015, 2017

從研究的礦區(qū)類型看(如圖3),露天礦山的生態(tài)修復(fù)是關(guān)注的重點(diǎn),井工礦山相對(duì)較少。從不同礦山類型來看,煤礦是關(guān)注的重點(diǎn),金屬礦、砂石礦修復(fù)的研究也較多。金屬礦山中,以金礦、銅礦、鈷礦、鐵礦、鋁礦、鈾礦為主,砂石礦則以干旱地區(qū)的采砂場(chǎng)為主。除此之外,油砂礦、草原沙礦、林地砂礦等也受到一定程度的關(guān)注。其他礦山,例如粘土礦、頁(yè)巖礦等的研究也有涉及。值得一提的是,關(guān)閉礦山的生態(tài)恢復(fù)受到較大程度的關(guān)注,尤其是關(guān)閉時(shí)間很長(zhǎng)的礦山的復(fù)墾場(chǎng)地的生態(tài)演替得到了研究人員的重視,例如,研究人員以關(guān)閉礦山為研究場(chǎng)地來比較自然修復(fù)和人工修復(fù)的效果,從而反思現(xiàn)有的修復(fù)模式。

圖3 2013、2015、2017主要礦區(qū)類型Fig.3 Major mine categories in 2013, 2015, 2017

從生態(tài)修復(fù)方法看,人工修復(fù)是研究的主體。相比之下,自然恢復(fù)的研究較少,但有增長(zhǎng)趨勢(shì)。對(duì)這兩種修復(fù)方法的反思和比較是一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)自然恢復(fù)的研究強(qiáng)調(diào)恢復(fù)效果的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià),而人工修復(fù)研究則側(cè)重于開發(fā)不同的修復(fù)方法,如植被修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)、表層土壤重構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)物覆蓋方法等。在植被修復(fù)方面,研究人員關(guān)注固氮植物、吸附重金屬植物、保水植物、耐受性植物等的優(yōu)選方法。

2 新技術(shù)進(jìn)展

大會(huì)期間,大部分國(guó)家的專家學(xué)者介紹了本國(guó)土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)的經(jīng)驗(yàn)、存在的問題和解決途徑等,也有不少專家展示了新的土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

2.1 植物修復(fù)新技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)的開發(fā)一直是礦山生態(tài)修復(fù)研究的重點(diǎn)。例如,法國(guó)新喀里多尼亞鎳礦山修復(fù)中,在水播法中撒播的是一種叢枝菌根真菌孢子包裹的種子,該種子用15 g/L的藻酸鹽作包衣劑,用微孔膜(Millipore membranes)覆蓋。該技術(shù)的關(guān)鍵是控制水的pH值,這是因?yàn)樗膒H值對(duì)包衣質(zhì)量和發(fā)芽影響最大[1]。再例如,美國(guó)密歇根湖區(qū)銅礦跡地的濕地恢復(fù)中,采用土工合成材料(Geotextile materials)、泥炭(Peat)和當(dāng)?shù)毓嗖菹嘟Y(jié)合的綜合生態(tài)修復(fù)技術(shù)[2]。來自澳大利亞的研究人員主張建立種子生產(chǎn)基地、專業(yè)種子園等來培育種子,因?yàn)橐吧N子數(shù)量難以滿足需求,他們認(rèn)為建立專門基地、園地有很多優(yōu)點(diǎn),如保持多樣性、血統(tǒng)、防止種子污染外物入侵、提高種子質(zhì)量等,還可以作為氣候變化監(jiān)測(cè)場(chǎng)所等[3]。

然而,近幾年很多的案例強(qiáng)調(diào)了植被修復(fù)的全過程控制技術(shù),而不僅僅依靠單一的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。例如,加拿大阿爾伯特油砂礦場(chǎng)植被重建的瓶頸是水,研究人員提出了加強(qiáng)重栽植被的保水管理、重塑地形減少水土流失、加大滲透以在地下保水、選擇適當(dāng)?shù)谋Ｋ脖弧㈥P(guān)注水的時(shí)空配置及其與植被重建相耦合等關(guān)鍵技術(shù)[4]。在澳大利亞露天礦場(chǎng)植被重建中,研究人員考慮到植被生命周期的播種、幼苗和成熟等三個(gè)階段土壤和植被的相互作用,提出了全局植被重建技術(shù),包括植物物種優(yōu)選、土壤基底重構(gòu)、表土覆蓋、播種和維護(hù)管理等環(huán)節(jié)[5]。阿根廷的研究人員提出了干旱礦區(qū)植被重建關(guān)鍵技術(shù),包括物種選擇、胚質(zhì)生產(chǎn)、幼苗種植、苗木生產(chǎn)、土壤和基底重構(gòu)、群落構(gòu)建以及植被維護(hù)等[6]。印度切里亞煤田開采歷史100多年,是世界著名煤田,在這里進(jìn)行煤炭開發(fā)的巴拉特焦煤公司提出了三步式復(fù)墾策略：第一步鏟除侵入物種如馬纓丹(Lantana),第二步種植灌木和草本植物,第三步種植本土喬木。

2.2 土壤修復(fù)新技術(shù)

土壤修復(fù)往往是針對(duì)退化土壤的某種性狀缺陷而開展的。例如,在加拿大闊葉林生態(tài)修復(fù)過程中,研究人員發(fā)現(xiàn)人工擾動(dòng)后土壤酸性太強(qiáng),因而采用添加石灰來中和土壤酸性。然而石灰的添加會(huì)影響到土壤微生物功能,尤其是影響到異養(yǎng)的和無機(jī)化能營(yíng)養(yǎng)的硝化細(xì)菌的活性和潛在硝化活動(dòng),因此研究人員認(rèn)為石灰添加量和修復(fù)時(shí)機(jī)十分重要[7]。再例如,加拿大的礦山生態(tài)修復(fù)研究人員為了減少鋅的污染,提出了專門的土壤修復(fù)方法,包括施加魚粉生物炭、鈣基膨潤(rùn)土和覆蓋木纖維等[8]。另外,加拿大研究人員還開發(fā)了一種加速泥炭轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的方法[9];澳大利亞采礦場(chǎng)地土壤修復(fù)中特別強(qiáng)調(diào)土壤種子庫(kù)的保護(hù)和建設(shè),研究人員認(rèn)為土壤種子庫(kù)是重建生態(tài)系統(tǒng)抵抗干旱擾動(dòng)的關(guān)鍵[10]。土壤的微生物修復(fù)技術(shù)也是研究的重點(diǎn)。例如,在英國(guó)重金屬污染土壤的修復(fù)過程中,采用了生物炭和蚯蚓培育技術(shù)[11];在南澳大利亞州干旱砂礦的土壤修復(fù)中,提出了構(gòu)建微生物生態(tài)銀行技術(shù),這種技術(shù)能以最大限度恢復(fù)表土質(zhì)量促進(jìn)采礦場(chǎng)地重建,通過培育藍(lán)菌(Cyanobacteria)以促進(jìn)生態(tài)結(jié)皮生長(zhǎng)、表土穩(wěn)定化[12]。

2.3 景觀恢復(fù)新技術(shù)

近年來,礦山景觀恢復(fù)受到越來越多的關(guān)注。例如,在加拿大關(guān)閉油砂礦的修復(fù)過程中,就特別強(qiáng)調(diào)景觀恢復(fù),恢復(fù)技術(shù)包括加強(qiáng)斑塊的聯(lián)通性、地貌重塑、采場(chǎng)排水系統(tǒng)和地面水系的有機(jī)聯(lián)系、加強(qiáng)修復(fù)場(chǎng)地和周邊湖濱生態(tài)系統(tǒng)功能的協(xié)調(diào)等。澳大利亞露天礦山修復(fù)中注重模仿自然地貌來重塑景觀,這實(shí)質(zhì)是對(duì)自然景觀的恢復(fù),其中關(guān)鍵技術(shù)是增加地形的異質(zhì)性[13]。冰島嚴(yán)重退化的礦山景觀恢復(fù)強(qiáng)調(diào)非生物因素的改善、利益相關(guān)者的參與、生態(tài)修復(fù)人員的培訓(xùn)和引導(dǎo)等[14]。

近年來,礦山景觀恢復(fù)力的評(píng)估、礦山生態(tài)系統(tǒng)景觀服務(wù)價(jià)值、景觀尺度上的生態(tài)恢復(fù)、生態(tài)恢復(fù)過程中景觀結(jié)構(gòu)和功能的響應(yīng)和反饋、采后景觀的維持和優(yōu)化、不同物種對(duì)景觀配置的影響、公共政策和社會(huì)過程對(duì)礦山景觀恢復(fù)的作用、景觀恢復(fù)效果評(píng)價(jià)這些問題也受到關(guān)注[15- 28]。

3 研究熱點(diǎn)

近三屆世界生態(tài)恢復(fù)大會(huì),礦山生態(tài)修復(fù)的研究熱點(diǎn)變化主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)復(fù)墾土壤和修復(fù)植物間的作用機(jī)理

據(jù)統(tǒng)計(jì),約20%的報(bào)告和論文都涉及復(fù)墾土壤和種植的植被之間的相互影響問題。主要研究工作體現(xiàn)在,一方面,在植被種植不同年份后,調(diào)查植被根部土壤理化性質(zhì)的改善狀況,以揭示土壤-植被相互影響的機(jī)理和效果。另一方面,針對(duì)不同土壤復(fù)墾模式如不同覆土厚度、不同土壤基底重構(gòu)方式等,對(duì)植被的恢復(fù)效果進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)。除此之外,還有的論文和報(bào)告關(guān)注了土壤重金屬污染物遷移到植被的界面效應(yīng)及其影響、在土壤水的約束下植被生長(zhǎng)狀況和景觀變化、金屬礦山(金礦、鈾礦、銅礦等)開采區(qū)域復(fù)墾土壤重構(gòu)及其對(duì)植被產(chǎn)生的影響等等。由于不同地區(qū)的氣候、土壤資源、植物物種都不一樣,植被和土壤相互作用機(jī)理十分復(fù)雜,所以要得到具有普遍意義的規(guī)律還需要加大研究力度。

(2)礦山生態(tài)修復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)

礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)工程浩大,而工程結(jié)束恰恰是植被生長(zhǎng)、土壤質(zhì)量提高、系統(tǒng)演替和穩(wěn)定的開始,這就意味著礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)必須進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。只有通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),才能判斷生態(tài)修復(fù)工程的成功性。然而,很多國(guó)家學(xué)者都指出本國(guó)修復(fù)工程缺乏有效監(jiān)管和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。中國(guó)的礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)也存在類似的問題。

在過去三屆大會(huì)上,關(guān)于生態(tài)恢復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的研究較多,主要涵蓋了社會(huì)監(jiān)督、國(guó)際協(xié)議,還包括信息網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)客戶端(APP)等監(jiān)測(cè)技術(shù)的聯(lián)合使用,還包括從結(jié)構(gòu)和功能的監(jiān)測(cè)到過程和性能的監(jiān)測(cè)的重心轉(zhuǎn)變、建立國(guó)際生態(tài)恢復(fù)監(jiān)測(cè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和程序等等。生態(tài)恢復(fù)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)、植被等特定要素的監(jiān)測(cè)、生態(tài)恢復(fù)的驅(qū)動(dòng)力監(jiān)測(cè)等是探討的重點(diǎn)。3S技術(shù)(GIS、GPS和RS)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及社交網(wǎng)絡(luò)媒體技術(shù)是研究的熱點(diǎn)。

(3)本土物種保持與特定污染的土壤修復(fù)技術(shù)

在礦山植被恢復(fù)中,普遍主張?jiān)灾脖就廖锓N,從而防止外來物種的侵入。然而,近年來由于氣候變化,有一種觀點(diǎn)認(rèn)為引入非本土植被更能適應(yīng)氣候變化。澳大利亞學(xué)者通過試驗(yàn)表明,本土植物的適應(yīng)性更強(qiáng),外來物種對(duì)氣候變化響應(yīng)并沒有優(yōu)勢(shì),這印證了“l(fā)ocal is best”的觀點(diǎn)[29]。除此之外,還有不少國(guó)家的研究人員探索了應(yīng)當(dāng)如何有效修復(fù)本土植物。例如,智利巴塔哥尼亞地區(qū)露天煤礦探索種植本土假山毛櫸的可能性[30];美國(guó)阿巴拉契亞山區(qū)露天煤礦修復(fù)時(shí)種植大量草和豆科植物以防止侵蝕和保證場(chǎng)地穩(wěn)定,然而動(dòng)物啃食等擾動(dòng)導(dǎo)致本土雙子葉樹侵入,這不利于水土保持,研究發(fā)現(xiàn)增加土壤密實(shí)度可減少灌木和喬木的侵入[31];印度切利亞煤田研究種植本土樹木等。也有一些國(guó)家學(xué)者介紹本國(guó)礦山生態(tài)修復(fù)在控制外來物種侵入失敗的案例,建議要加強(qiáng)對(duì)生態(tài)恢復(fù)的監(jiān)測(cè)[32- 34]。

金屬礦山修復(fù)中重金屬污染的控制和修復(fù)一直是學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。研究案例的場(chǎng)地有美國(guó)遺棄的鈾礦場(chǎng)、南非金山金礦尾礦場(chǎng)、剛果加丹加省銅鈷采礦采場(chǎng)、秘魯亞馬孫東南鋁礦場(chǎng)、澳大利亞鐵礦場(chǎng)等。修復(fù)的方法包括隔離、覆土、地貌重塑、本土植被吸附等。有學(xué)者提出應(yīng)當(dāng)建立生物可利用砷的主導(dǎo)度量方法、選擇抗砷金屬?gòu)?qiáng)的植被、監(jiān)測(cè)土壤砷遷移的技術(shù)體系。還有學(xué)者認(rèn)為,用無人機(jī)定期監(jiān)測(cè)場(chǎng)地重金屬污染物遷移是一個(gè)好的污染控制辦法。澳大利亞的研究人員認(rèn)為鐵礦場(chǎng)地的修復(fù)必須引入生態(tài)生理學(xué)(Eco-physiological)和生態(tài)水文學(xué)方法(Eco-physiology)[35],美國(guó)的研究人員認(rèn)為污染土地的修復(fù)中,恢復(fù)生態(tài)學(xué)和環(huán)境毒理學(xué)(Environmental toxicology)起到了關(guān)鍵作用[36]。

(4)應(yīng)對(duì)全球氣候變化的礦山生態(tài)修復(fù)新思維

全球氣候變化對(duì)所有尺度的生態(tài)系統(tǒng)及其要素都可能產(chǎn)生影響。礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施以及管理中如何考慮影響這種影響,受到各國(guó)學(xué)者的熱議。議題之一是全球氣候變化產(chǎn)生的極端氣候如洪災(zāi)、旱災(zāi)等自然災(zāi)害對(duì)已修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的沖擊效應(yīng)以及如何提高該生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這些變化的恢復(fù)力。議題之二是溫度異常升高或降低對(duì)植被生長(zhǎng)的影響,以及物種篩選和種源策略。例如,澳大利亞干旱礦區(qū)植被恢復(fù)的主要挑戰(zhàn)是氣候多變、關(guān)鍵物種生長(zhǎng)緩慢,木本植物卻很難再生。研究發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽的閾值與降雨、溫度有關(guān),土壤含水量的時(shí)空變化可能制約了植物修復(fù)的效果[37]。議題之三是通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來證明現(xiàn)有修復(fù)工程是否具備恢復(fù)力[38]。例如,澳大利亞西南正經(jīng)歷著顯著的氣候變化,1975—2004年降雨量相比1900—1974年減少了14%,而礬土礦區(qū)紅柳桉林地恢復(fù)的長(zhǎng)期記錄為檢驗(yàn)氣候影響提供了很好的信息。研究表明,氣候變化對(duì)恢復(fù)有負(fù)面作用,但是影響規(guī)模并不是很大,受影響的場(chǎng)地占恢復(fù)場(chǎng)地的比例小于二分之一,因此,礦山修復(fù)對(duì)氣候變化具有抵抗力[39]。

(5)礦山生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

2005年,千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估項(xiàng)目報(bào)告發(fā)表后,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究不斷升溫,近年來這個(gè)熱點(diǎn)也傳導(dǎo)到礦山生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中。例如,美國(guó)學(xué)者認(rèn)為,礦山生態(tài)恢復(fù)是可持續(xù)采礦和復(fù)墾的結(jié)合,要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行、生態(tài)溫和與社會(huì)期待,綜合的恢復(fù)方法包括景觀地形設(shè)計(jì)、河流重建、土壤重構(gòu)、原始動(dòng)植物通過替換種子庫(kù),創(chuàng)建微觀和宏觀生境,以及本土物種的種植和播種等措施來恢復(fù)[40]。生態(tài)恢復(fù)的效益很多,包括被提高的土地價(jià)值、碳信用潛力、促進(jìn)礦山資源開采利益相關(guān)方的合作、更好的水域保護(hù)和水質(zhì)量,以及更好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等。來自中國(guó)的學(xué)者評(píng)估了關(guān)閉礦山社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力及服務(wù)價(jià)值。蒙古草原深沙礦生態(tài)群落的恢復(fù)效果評(píng)價(jià)中采用了服務(wù)價(jià)值指標(biāo)。德國(guó)礦山生態(tài)景觀自然恢復(fù)可行性評(píng)價(jià)中也考慮了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)如侵蝕控制或飼料生產(chǎn)等指標(biāo)[41]。美國(guó)學(xué)者提出文化服務(wù)價(jià)值的恢復(fù)應(yīng)該受到礦山生態(tài)修復(fù)的重視,應(yīng)將本土文化和現(xiàn)代文化有機(jī)結(jié)合,保護(hù)本土文化有特殊意義,所以生態(tài)恢復(fù)中要關(guān)注“本土現(xiàn)代性”(Indigenous modernity)?？梢?礦山生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的服務(wù)價(jià)值開始逐漸受到重視。

4 新觀點(diǎn)

4.1 自然恢復(fù)和人工恢復(fù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)需要探索

自然修復(fù)(Spontaneous restoration)或被動(dòng)恢復(fù)(Passive restoration)是指不依靠人工干預(yù)或者最小化的人工干預(yù)達(dá)到生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo),但是這種恢復(fù)方式一直受到質(zhì)疑。相比之下,人工修復(fù)(Artificial restoration)或者主動(dòng)修復(fù)(Active restoration)的原理和技術(shù)是研究的重點(diǎn),也被認(rèn)為是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的最基本方法。然而,最近三屆世界生態(tài)恢復(fù)大會(huì)上,自然修復(fù)和人工修復(fù)的選擇成為爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

捷克、澳大利亞、加拿大、德國(guó)、秘魯、阿根廷、菲律賓等國(guó)的礦山生態(tài)恢復(fù)學(xué)者調(diào)研了本國(guó)早期和近期修復(fù)的礦山生態(tài)系統(tǒng),并與沒有受到采礦擾動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)近期人工修復(fù)系統(tǒng)的生物量比自然恢復(fù)系統(tǒng)恢復(fù)的快,而且土壤質(zhì)量恢復(fù)的好,碳儲(chǔ)量也大,但是隨著時(shí)間的推移,自然恢復(fù)區(qū)生物多樣性更好,自然演替的效果也強(qiáng)于人工恢復(fù)區(qū)。捷克、德國(guó)學(xué)者認(rèn)為,在中歐地區(qū)的破壞嚴(yán)重的礦區(qū),采用主動(dòng)修復(fù)是必要的,其他條件下,應(yīng)依賴近自然恢復(fù),因?yàn)榻匀换謴?fù)場(chǎng)地生物多樣性更高,自我維持能力更強(qiáng)。德國(guó)學(xué)者研究認(rèn)為,是否采取自然恢復(fù)手段取決于周邊景觀狀況、歷史、地區(qū)物種池中本土物種或者外來物種的共享、損失生境的快速補(bǔ)償?shù)谋匾浴⒁约坝嘘P(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)如侵蝕控制或飼料生產(chǎn)。但是,阿根廷、南非、秘魯?shù)葒?guó)家學(xué)者卻得到不同的結(jié)論,例如南非金山金礦場(chǎng)尾礦庫(kù)種植的植被難以長(zhǎng)期穩(wěn)定,必須人工定期干預(yù)才能維持穩(wěn)定性。對(duì)秘魯金礦山廢棄自然恢復(fù)場(chǎng)地植被結(jié)構(gòu)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),不同恢復(fù)年限下,植被結(jié)構(gòu)差異很大,且植被恢復(fù)較慢,需要主動(dòng)恢復(fù)。由此可見,礦山生態(tài)修復(fù)中,自然恢復(fù)和人工修復(fù)兩種策略的優(yōu)劣還需要繼續(xù)探索。

4.2 礦山生態(tài)恢復(fù)需要引入恢復(fù)力理論

礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)的核心不僅是治理破壞的植被或者退化的土壤,而且還應(yīng)該建設(shè)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力,這一觀點(diǎn)得到越來越廣泛的認(rèn)識(shí)。但是,礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力針對(duì)的擾動(dòng)類型卻存在不同觀點(diǎn)。很多學(xué)者認(rèn)為,礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)針對(duì)的就是采礦擾動(dòng),如沉陷、裂縫、滑坡、地下水破壞以及污染等。然而,有的學(xué)者認(rèn)為這種看法必須改變。例如,加拿大油砂礦區(qū)的闊葉林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能十分復(fù)雜,且受到地形、土壤、植被和外在擾動(dòng)等多種因素的影響,這個(gè)闊葉林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)。重建有恢復(fù)力的系統(tǒng)需要了解這個(gè)系統(tǒng)的自然演替、相互作用以及動(dòng)態(tài)性。因此恢復(fù)力應(yīng)包含兩種能力,一是從采礦擾動(dòng)的恢復(fù)能力,二是從未來擾動(dòng)中恢復(fù)的能力。據(jù)此,來自加拿大的研究人員提出恢復(fù)力建設(shè)的途徑,包括：1)重新建立與地形、土壤相匹配的樹種多樣性;2)使用定植苗技術(shù)來提高抗壓能力;3)利用表土和林地表層物質(zhì)來促進(jìn)多樣的、自然的林下植物群落的演替;4)利用粗木制材料來迅速啟動(dòng)關(guān)鍵生態(tài)過程。另外,有學(xué)者認(rèn)為目前提高土壤恢復(fù)力、植被群落恢復(fù)力、景觀恢復(fù)力等的路徑仍不清楚,澳大利亞學(xué)者還呼吁應(yīng)重新定義Revegetation、Rehabilitation和Restoration,以利于明確恢復(fù)力建設(shè)的目標(biāo)。

4.3 礦山生態(tài)修復(fù)需要重視新型礦山生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究

隨著生活水平的提高,人們對(duì)精神文化、環(huán)境質(zhì)量的要求也逐漸提高。早期礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)強(qiáng)調(diào)耕地復(fù)墾和高經(jīng)濟(jì)效益,近來逐漸增加了對(duì)風(fēng)景和休閑娛樂等生態(tài)服務(wù)價(jià)值的重視。新的恢復(fù)目標(biāo)和方式完全改變了原有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,被修復(fù)后的系統(tǒng)往往成為新型礦山生態(tài)系統(tǒng)。如何規(guī)劃、設(shè)計(jì)新型生態(tài)系統(tǒng)并保證它的恢復(fù)力,是參會(huì)代表討論的重點(diǎn)之一。例如,有的學(xué)者認(rèn)為,新的生態(tài)系統(tǒng),無論是偶然的還是特意設(shè)計(jì)的,都是由人類衍生出來的景觀和文化。在那些高度改變的景觀中,規(guī)劃和設(shè)計(jì)可以提升文化和美學(xué)品質(zhì),同時(shí)也增加生物與自然的相關(guān)性。也有相似的觀點(diǎn)認(rèn)為,僅僅保證生態(tài)和景觀系統(tǒng)的持續(xù)性還不夠,應(yīng)在尋求增加生態(tài)效用的足跡時(shí),將之建設(shè)稱為生態(tài)功能再生的場(chǎng)所。

5 未來趨勢(shì)

從連續(xù)三次世界生態(tài)恢復(fù)大會(huì)關(guān)于礦山生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的論文與報(bào)告來看,礦山生態(tài)系統(tǒng)是世界生態(tài)恢復(fù)研究的主要對(duì)象之一。植被、土壤和水的修復(fù)是礦山生態(tài)修復(fù)的核心主題,系統(tǒng)性、大尺度的生態(tài)恢復(fù)將是研究的重要方向。自然恢復(fù)的方法和技術(shù)將成為研究熱點(diǎn),礦區(qū)社會(huì)生態(tài)恢復(fù)力建設(shè)將逐步受到重視,確保礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性是這些研究的共同目標(biāo)。