陳美成 趙香玉 杜 娟 王澤元 王可可 謝 磊

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)不但可以通過裸地覆蓋土壤、提高土壤肥力、改進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)等方法進(jìn)行植被恢復(fù)，也可以通過規(guī)劃礦山環(huán)境空間布局的方法保護(hù)礦山地區(qū)的風(fēng)貌及特色，將原本對地區(qū)環(huán)境與形象具有負(fù)面影響的廢棄礦山，轉(zhuǎn)化為新的資源加以利用?，F(xiàn)有的礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的思路，一般只是通過某種措施達(dá)到土地復(fù)墾的目標(biāo)，對土地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在能力的考量較少。通過引入礦山土地系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)力的概念，可以快速為礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)找到更加有效的解決辦法。

1 水泥灰?guī)r礦山的工程擾動(dòng)分析

水泥用灰?guī)r礦為露天礦山，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)遭受的擾動(dòng)較為簡單，主要是露天開采過程中，需要對覆蓋于礦產(chǎn)資源上方的土壤、植被等進(jìn)行剝離和移除，采礦擾動(dòng)與恢復(fù)形式較為單一。露天開采包括“采、剝、運(yùn)、排、覆”等工藝流程。通過剝離礦石上覆的巖土層，將露天采區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榈V業(yè)建設(shè)用地，對土地生態(tài)系統(tǒng)組分如土壤、水文、生物等都會(huì)造成直接的損毀，林地、草地、耕地全部消失。在礦石開采過程中，剝離表土堆放于排土場，對原地貌的生態(tài)組分形成壓占擾動(dòng)。經(jīng)過采礦、壓占擾動(dòng)后，巖層和地形被重新塑造，改變了區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)。整體來看，露天開采的工程擾動(dòng)帶來的生態(tài)效應(yīng)是突然的、強(qiáng)烈的，原有的土地生態(tài)系統(tǒng)組分及其關(guān)系都被重塑，如原地貌被重塑、松散層的土壤結(jié)構(gòu)被重塑。露天采礦的生態(tài)影響范圍也不僅局限于礦業(yè)活動(dòng)操作區(qū)，也可能會(huì)影響到流域水文系統(tǒng)。

從采礦擾動(dòng)過程的分析結(jié)果看，水泥用灰?guī)r礦山采礦擾動(dòng)的形式大致可分為挖損、壓占和污染三類。挖損會(huì)剝離礦產(chǎn)資源上覆的所有組分，導(dǎo)致挖損區(qū)和周邊區(qū)地形、水文改變；壓占會(huì)重組土地生態(tài)系統(tǒng)的物理性組分；污染指渣土等污染物析出，污染土壤、水文、生物組分。挖損和壓占都會(huì)導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重組，土地利用方式和景觀同質(zhì)化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能消失，甚至產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，如增大水土流失量。不同的是，挖損屬于脈沖型擾動(dòng)，持續(xù)時(shí)間較短；污染會(huì)導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)污染物富集，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降。

2 礦山土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)的工程擾動(dòng)分析

目前，礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域積累了很多有效的修復(fù)技術(shù)，這些技術(shù)對土地生態(tài)系統(tǒng)組成及形態(tài)的改變、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的維持具有重要作用。人工生態(tài)修復(fù)在礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中起主導(dǎo)作用，也是礦山土地生態(tài)學(xué)研究關(guān)注的重點(diǎn)。生態(tài)修復(fù)工程主要包括預(yù)防控制、表土剝覆、充填復(fù)墾、挖深墊淺、坡面治理、水利興修、交通建設(shè)、生物修復(fù)、農(nóng)田防護(hù)、土地調(diào)控、景觀建設(shè)等，主要作用對象是礦山土地生態(tài)組分及其組合形態(tài)，主要作用是改造或者局部改造土地生態(tài)系統(tǒng)組分和形態(tài)，保持或提高土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。

人為的生態(tài)修復(fù)工程如果成功實(shí)施，可以對礦山土地生態(tài)系統(tǒng)組分及組分間關(guān)系產(chǎn)生作用，產(chǎn)生人們期待的正面效應(yīng)。但這些工程的實(shí)施會(huì)帶來社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本，也有可能帶來負(fù)面效應(yīng)。因此，這些生態(tài)恢復(fù)工程也可以被看做是施加在礦山土地生態(tài)系統(tǒng)上的擾動(dòng)，這種擾動(dòng)既有正面效應(yīng)，也有負(fù)面效應(yīng)。

3 水泥灰?guī)r礦山的恢復(fù)力分析

礦山土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力指土地生態(tài)系統(tǒng)在面臨采礦擾動(dòng)或其他變化時(shí)保持狀態(tài)的能力。目前，恢復(fù)生態(tài)學(xué)主要關(guān)注礦山環(huán)境影響的緩解、生態(tài)功能的恢復(fù)等[1]。我國礦山生態(tài)恢復(fù)正處于生態(tài)功能恢復(fù)階段[2]，采取植被重建、土壤重構(gòu)、水文保護(hù)、土地利用規(guī)劃、景觀規(guī)劃等措施，依靠人工干預(yù)的力量，可以消除環(huán)境脅迫，恢復(fù)生態(tài)功能。然而，目前的人工措施面臨經(jīng)濟(jì)成本與環(huán)境效益的權(quán)衡、取舍，人工干預(yù)的效果并非始終都優(yōu)于自發(fā)修復(fù)[3]，研究表明，采礦遺留地的自發(fā)演替為兩棲動(dòng)物創(chuàng)造了更好的生存環(huán)境[4]，Holl對Virginia露天礦區(qū)的研究結(jié)果表明，人工恢復(fù)的植被群落結(jié)構(gòu)與周邊參考點(diǎn)有差異，其生態(tài)保護(hù)作用受到限制[5]。為解決這方面的問題，在露天礦山生態(tài)修復(fù)中引入恢復(fù)力的概念，可以加強(qiáng)露天礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程的生態(tài)保護(hù)作用，實(shí)行更為契合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)工作，減少一定的經(jīng)濟(jì)成本，提高環(huán)境效益。

水泥灰?guī)r礦山土地生態(tài)系統(tǒng)包含大氣、土壤、植被、水文四個(gè)組分，且包含人為活動(dòng)（如生物量收獲）、露天采礦擾動(dòng)的影響，引入數(shù)學(xué)模型，可以定量表達(dá)和分析礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的組分及其相互關(guān)系。當(dāng)土地生態(tài)系統(tǒng)受到采礦活動(dòng)等的擾動(dòng)后，土地生態(tài)系統(tǒng)通過自發(fā)的恢復(fù)力使得系統(tǒng)的平衡和定性結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變。用數(shù)學(xué)語言對礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行表述，再進(jìn)行數(shù)值分析，得到系統(tǒng)的吸引域和參數(shù)空間的形態(tài)，可以任意測量各個(gè)方面的恢復(fù)力，這是恢復(fù)力測量的理想方法。在水泥灰?guī)r礦山生態(tài)修復(fù)過程中，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的一些好的狀態(tài)需要持續(xù)保存，一些狀態(tài)需要做出改變，利用數(shù)學(xué)語言分析相關(guān)恢復(fù)力，調(diào)控恢復(fù)力，可以縮短生態(tài)修復(fù)時(shí)間，使水泥灰?guī)r礦山生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到更好的狀態(tài)，因而恢復(fù)力調(diào)控可以在礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)工作中發(fā)揮舉足輕重的作用。通過恢復(fù)力調(diào)控的實(shí)施，可以獲得一個(gè)恢復(fù)力更好的、可持續(xù)的露天礦山土地生態(tài)系統(tǒng)。

目前，生態(tài)恢復(fù)力調(diào)控技術(shù)在露天礦山土地生態(tài)修復(fù)中已有一些實(shí)際應(yīng)用，在礦山土地生態(tài)可持續(xù)管理中展現(xiàn)出相當(dāng)重要的實(shí)用價(jià)值。楊永軍對亞熱帶草原地區(qū)Curragh露天礦山恢復(fù)力的研究表明，當(dāng)生態(tài)恢復(fù)工程的強(qiáng)度小于或等于“耙碎巖塊后覆土0～30 cm并撒播種子”強(qiáng)度時(shí)，Curragh礦山露天采場具有足夠的恢復(fù)力保持其 “無植被裸地”狀態(tài)。實(shí)行增加覆土、提高生態(tài)恢復(fù)工程的效率、減少植被對土壤條件的依賴等方法，可以克服Curragh礦山保持其“無植被裸地”狀態(tài)的恢復(fù)力[6]。楊永軍對孟家溝采煤遺留地的研究表明，孟家溝采煤遺留地的恢復(fù)力指標(biāo)值低于歷史平均水平，主要限制因子是生態(tài)變化性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有效度，從培育土地利用多樣性、利用土地的多功能性、增加管理主體有效度等方面來強(qiáng)化生態(tài)恢復(fù)力，可以增強(qiáng)采煤跡地應(yīng)對多種擾動(dòng)的能力[6]。

因此，在水泥灰?guī)r礦山生態(tài)修復(fù)過程中，分析其生態(tài)恢復(fù)力的大小，可高效快速地發(fā)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)難題，縮短生態(tài)修復(fù)時(shí)間，提高生態(tài)修復(fù)效率，降低生態(tài)修復(fù)成本。

4 結(jié)語

水泥灰?guī)r礦山土地生態(tài)系統(tǒng)具有多樣的組分和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。礦山土地不僅可以承載采礦活動(dòng)，還可以提供供給、調(diào)節(jié)、支持和文化等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。人為的采礦活動(dòng)和修復(fù)工程是礦山土地生態(tài)系統(tǒng)遭受的主要擾動(dòng)，除此之外，還有其他自然和人為的擾動(dòng)，如氣候變化和土地再利用等。在諸多擾動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，礦山土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的變化模式至少有保持原狀態(tài)、退化到新狀態(tài)、恢復(fù)到新狀態(tài)和復(fù)原到原狀態(tài)這四種。面對擾動(dòng)，水泥灰?guī)r礦山土地生態(tài)系統(tǒng)體現(xiàn)出一定的自我維持能力。

在水泥灰?guī)r礦山生態(tài)修復(fù)過程中，不同礦山可能具有不同的土地生態(tài)問題，應(yīng)用恢復(fù)力理論可以幫助管理者辨別系統(tǒng)狀態(tài)持續(xù)保存的關(guān)鍵所在。通過恢復(fù)力評估及調(diào)控策略，可以了解礦山土地生態(tài)系統(tǒng)或其特定部分在面臨擾動(dòng)時(shí)保持狀態(tài)的條件和影響因素，有利于礦山土地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理。