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摘 要： 摘 要 利用文獻資料綜合分析法、類比分析法和邏輯推理法，將彈性思維引入礦區生態保護修復，構建新時期下生態保護修復概念模型和差異化修復策略，以期為碳達峰和碳中和目標實現奠定基
摘 要 利用文獻資料綜合分析法、類比分析法和邏輯推理法，將彈性思維引入礦區生態保護修復，構建新時期下生態保護修復概念模型和差異化修復策略，以期為碳達峰和碳中和目標實現奠定基礎。結 果 表 明：1)彈 性 思 維 的核心即事物皆在變化，要不斷地將新的標準和技術引入到生態保護修復體系中，使礦區可持續發展能力不斷增強，生態保護修復需考慮系統的尺度效應、可持續性、適應性循環和閾值效應;2)礦區彈性是多個復雜系統的集成，需要多方面統籌協調，增強礦區彈性可以更好應對環境、生態和社會問題;3)新時期強調生態系統彈性建設，應 從 規劃層面、技術層面和管理層面3個維度制定差異化的礦區生態保護修復策略。綜 上，彈性思維為新時期礦區生態保護修復提供新思路，是實現可持續發展的新生態觀。
關鍵詞 彈性;生態保護修復;可持續發展;適應性循環;閾值效應
人類在滿足自身發展需求的過程中，由于礦產資源開發導致的生態環境問題已成為困擾人類社會發展的難題[1]。中國礦產資源豐富，是全球最 大 的礦產資源生產國、消費國和貿易國，在帶動經濟發展的同時嚴重制約著資源、環境、人口和社會的可持續發展，中國礦區生態保護修復面臨嚴峻挑戰[2]。礦產資源開發以破壞環境為代價，1987—2020年中國煤礦、鐵 礦 及 十 幾 種 金 屬 礦 開 采 共 損 毀 土 地 面 積2.57×106hm2[3]，亟需通過生態保護修復對其擾動的“山水林 田 湖 草”生 命 共 同 體 進 行 修 復。2020年《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》印發實施，同時在第75屆大會上宣布我國二氧化碳排放將在2030年實現碳達峰，在2060年實現碳 中 和。在新時期碳達峰和碳中和的背景下，礦區生態保護修復有助于增強生態系統固碳能力，是提升我國碳匯水平的有效途徑之一。
彈性思維被認為是實現可持續發展的理論基礎[4]，運用彈性思維管理礦區生態系統，是扭轉礦區生態環境退化的有效途徑。部分學者已經運用彈性思維理論 在 礦 區 生 態 系 統 彈 性 測 度[5-6]、健康 度 評價[7-8]、制度變 遷[9]和植 被 恢 復[10]等方面開展了一些研究，如張 紹 良 等[11]基于 恢 復 力 理 論 探 索 了“土地整治+生態”新路徑;卞正富[12]認為礦區 土 地 復墾要考慮生 態 系 統 穩 定 性，即 阻 力、恢 復 力 及 持 續力;Joseph等[8]指出要從彈性角度管理礦區脆弱生態系統，礦區彈性對于礦區可持續生態系統的建立發揮重要作用[13-14]。湖南省長沙縣基于彈性思維理論，在土地整治過程中由過去重視單一的土地生產力轉為重視 土 地 生 產、生態和觀賞的綜合功能[15];澳大利亞在土地規劃過程中，充分考慮社區在應對未知變化時抵抗自然災害的能力和所能承受的最大干擾[16]。生態系統的彈性恢復力已逐漸被引入到土地規劃和土地整治中，考慮到生態環境的不確定性，應注重 提 升 生 態 系 統 的 多 功 能 性 和 可 持 續 性。在新時期碳達峰和碳中和的雙重挑戰下，亟需重構礦區穩定可持續的生態系統，通過提升彈性恢復力來穩定區域碳匯水平，礦區生態保護修復迎來了新機遇，也面臨新的挑戰。在此形勢下，礦區開采和生態保護過程要以減排增匯為導向，統籌考慮礦區生態保護修復，推進礦區生態系統整體保護、系統修復和綜合治理;與此同時還需要理論創新，需要將彈性思維理念融入到礦區生態保護修復中，來深化認知礦區生態保護修復本質，提升礦區生態系統適應性以更好應對不斷變化的生態環境。
隨著生態環境的日益惡化，生態保護修復成為新時期的主旋律。在新時代背景下，礦產資源開發要充分認識綠水青山就是金山銀山，統籌考慮“山水林田湖草”綜合治理。本研究嘗試將彈性思維基本觀點引入到礦區生態保護修復，審視彈性思維引導下的新時期礦區生態保護修復，闡述彈性思維對礦區生態保護修復的啟示，以期為礦區國土空間生態保護修復提供新的理論基礎和方法論工具。
1 彈性思維基本觀點及其應用
彈性(Resilience)最初是被物理學家用來表示彈簧的特性，自1960年彈性這一概念被引入到生態學，1973年 Holling等[17]發表 了 生 態 彈 性 論 文，闡述了工程彈性和生態彈性的區別。工程彈性是指系統受到干擾后返回平衡態或穩定狀態的能力，強調恢復的時間;生態彈性是指系統在改變結構前所能吸收的干擾量，不僅強調恢復的時間還側重于系統保持在臨界閾值時所能吸收的最大干擾量[18-20]。工程彈性是將系統恢復到原先平衡態，生態彈性是將系統恢復到新的平衡態，生態彈性更強調系統的適應能力和持 續 能 力[21]。彈性是一個相對簡單容易理解的概念，為生態保護修復差異化提供了一種新的視角和方式。礦區生態系統具有不確定性、復雜性和不可預測性，生態系統彈性建設可以提升其應對變化和承受干擾的能力，彈性思維為礦區生態保護修復提供了一個新思想。彈性是生態系統的基本屬性之一，尺度效應和可持續性是彈性思維理論倡導的基本觀點，適應性循環和閾值效應是彈性思維研究的核心主題[11]。因而，彈性思維的基本觀點包括：尺度效應、可持續性、適應性循環和閾值效應，可以在 礦 區 生 態 保 護 修 復 中 找 到 實 際 證 據 和 具 體表現。
1.1 尺度效應
生態系統之所以具有彈性，是因為生態系統是一個多尺度生態系統，且具有自組織性，當擾動或沖擊來臨時，系統通過反饋和調節作用使系統保持原有狀態[11]。尺度效應是將生態系統視為一個時空多尺度的系統，認為系統間存在一定的內部關聯，最終形成一個相互聯結的系統[22]。礦區不同尺度生態系統面對同一擾動或者沖擊時，存在不同的恢復力，而且不同尺度的恢復力之間存在尺度關聯[23-24]。不同尺度間的系統相互作用和相互影響，在這些影響下，礦區生態系統不斷地適應和調整，從而維持自身的結構和功能。
礦區生態保護修復涉及多尺度(如空間尺度和生態組織尺度等)，在生態保護修復過程中必須考慮尺度效應，才能使礦區生態系統具有更好的彈性。礦區生態保護修復不能實施“一刀切”，應根據系統不同尺度間的特征因地施策。例如，礦區已復墾的單個排土場間相互作用構成了礦區復墾生態系統，共同抵抗外界的沖擊和擾動，而礦區生態系統內部各個排土場所能承受的干擾和恢復力又存在差異。在礦區生態保護修復評價指標體系中要考慮尺度效應，制定具有針對性的生態保護修復對策。尺度效應是使礦區具備彈性的基礎，對礦區抵抗干擾維持系統穩定性具有重要意義。
1.2 可持續性
彈性的基本作用是確保生態系統的可持續性，即更有效的利用資源。眾多學者將彈性思維認為是可持續發展的新視角，是面對可持續發展的新生態觀[25-26]。可持續性的關鍵在于增強生態系統彈性，經多年研究發現黃土高原多數礦區復墾后的土地在抵御旱災和澇災等自然災害的能力明顯優于原地貌，復墾后的土地生態系統彈性更好，礦區生態保護修復在一定程度上促進了可持續發展[27-28]。采礦活動開始前礦區生態系統處于近似穩定狀態，在采礦劇烈擾動下產生大量損毀土地、退化土地和污染土地，礦區生態保護修復工程對于提升生態系統功能、保障生態安全和應對氣候變化起到積極作用。采礦結束后如果不能及時修復，使其維持現狀處于損毀狀態，將會導致生態系統功能不斷下降，形成不可持續生態系統。若依靠受損生態系統自然修復，經過長時間演替生態系統功能將不斷提升，但和原地貌生態系統仍有差距，形成低水平可持續生態系統;通過人工誘導可以使礦區損毀土地生態系統恢復至原地貌或高于原地貌水平，形成可持續的生態系統;自然恢復和人工誘導相結合的礦區生態保護修復模式可以提升礦區生態系統功能和彈性，能更好應對不斷變化的生態環境，形成高水平可持續生態系統[27，29]。
彈性在維持系統可持續性方面起到不可替代的作用，系統彈性越好，其可持續性越好。礦區生態保護修復需考慮不同區域和不同尺度生態系統彈性差異，制定差異化的礦區生態保護修復策略，提高礦區生態系統可持續性。可持續發展是全人類追求的共同目標，系統彈性是可持續發展的基石，而可持續性是彈性思維的核心[30-31]。因此，想要實現可持續發展，就需要增強系統的彈性，提升系統應對外界干擾的能力。
1.3 適應性循環
彈性思維提倡適應性，大部分生態系統都要經歷一個重復的循環過程，它包括4個階段：快速增長(r)、穩 定 守 恒 (K)、釋 放 (Ω)和 重 組 (α)4 個 階段[20，30]，這種循 環 被 稱 為 適 應 性 循 環，強 調 生 態 系統如何進行自我組織以及如何應對環境變化。通常將r階段和 K 階段看成是正向循環，這一階段容易預測、穩定性強且存儲能力強，資源和潛能得以緩慢積累，是保障系統的必要條件;將 Ω 和 α階 段 看 成逆向循環，該階段具有不確定性、新穎性和實驗性，是最有可能對系統進行毀滅性或創造性的階段，也是系統更新和復蘇的好時機。
對于礦區生態系統而言，礦產資源開發的全過程也必將經歷r-K-Ω-α階段。例如，復墾初期 生 態系統服務價值、水源涵養功能和土地生產力較低，但會處于一個快速發展時期，樹木增長茂盛、糧食增產和畜牧量增加等，礦區生態系統服務功能、土地生產力等生態價值不斷提升。隨著時間變化，礦區內生態價值將逐漸趨向穩定，但土地使用者為了追求利益最大化，可能會施肥、殺蟲和增加畜牧數量等，長此以往導致土地生產力和水源涵養等生態價值降低，最終造成礦區彈性降低。復墾后生態系統可能會因為一場突如其來的暴雨、大風或外來物種入侵而發生退化，從而進入到釋放階段。對退化土地再修復，新的循環再開始。
1.4 閾值效應
系統的發展是動態的，隨著時間的變化總會從一個穩定狀態的系統過渡到另一種穩定狀態，這是彈性思維的基本觀點即系統是不斷變化的。閾值無處不在，往往被人們所忽視，只有當系統跨越閾值發生明顯變化后才能被察覺[4]。閾值效應是彈性最直接的表現形式，當系統承受擾動和干擾時，無法維持自身結構和功能而不得不向另一種態勢轉移。
通常用球-盆模型描述系統的動態變化，球代表 生態系統的狀態，具有一系列的可能性。在這些可能性中，系統可能在承受干擾和變化時維持自身狀態，也可能跨越盆的邊緣進入到另一種狀態，從而產生新的 結 構 和 功 能[27]。借助 球-盆模 型，可 以 更 為形象的描述礦區生態系統由于采礦活動和土地復墾所引發的礦區生態系統變化過程(圖1)[18]。
在開采前，礦區生態系統經常年積累一直處于R1穩定狀態(圖(a))，采礦初期對礦區生態系統產生一定影響，系統受到干擾但其自身具有適應性恢復力足以承 受 這 些 擾 動(圖(b))，但隨著采礦強度不斷增強，系統自身彈性無法承受過多的擾動，系統結構和功能發生轉變(圖(c))，系統跨越閾值進入到新的盆體狀態(圖(d))，礦區生態系統由原地貌穩定生態 系 統 R1過渡到礦區損毀生態系統 R2。礦區土地復墾與生態修復工程實施前，礦區生態系統一直處于 R2土地損毀的穩定狀態(圖(e))，復墾初期對系統產生一定影響，但系統自身的適應性不足以跨越閾值進入到另一種狀態(圖(f))，但隨著土地復墾年限增加，系統自身彈性不能承受過多的變化，土地復墾正效益開始突顯(圖(g))，系統 跨 越 閾 值 由R2損毀狀態過渡到 R3 修復后的穩定狀態 (圖(h))，新的系統結構和功能誕生。
閾值效應要求礦區生態保護修復應將礦區彈性作為一項重要的評價指標，尋找出系統從一種狀態過渡到另一種狀態的臨界值以及系統所能承受的最大干擾。依照礦區所處的地理位置，厘清礦區范圍內主要的生態問題(受損類型、面積和程度)及原因、土地復墾與生態重建的總體目標和擬采取的修復措施，這些差異會導致系統由一種狀態跨越到另一種狀態臨界點的不同(如擾動面積大的區域比擾動面積小的區域更容易跨越閾值到達另一種狀態)。著重考慮礦區生態保護修復過程中可能面臨的擾動和沖擊，以及它們的干擾強度和閾值效應等，對不同區域、不同資源類型和不同生態問題制定差異化礦區生態保護修復政策。將礦區生態系統看成是一個動態的生態系統，盡可能擴大復墾后生態系統的閾值范圍，提高其應對干擾和變化的能力，防止修復后的礦區生態系統短期內越過閾值，從而造成生態保護修復過程中的經濟損失。
2 彈性思維引導下的新時期礦區生態保護修復
2.1 新時期礦區生態保護修復概念模型
新時期礦區生態保護修復亟需融入彈性思維理念，以適應各種生態修復實踐動機，通過管理手段將礦產資源開發引起的生態環境問題控制在生態系統可接受的范圍之內，防止系統跨越閾值發生不可逆轉的改變。礦區從勘探設計、投入生產到資源枯竭，短則幾十年長則上百年，應對不斷變化的環境條件，亟需運用彈性思維適應這些變化并做相應的調整。礦區生態保護修復是一個動態的并持續改進的過程，彈性思維的核心即事物皆在變化，要不斷地將新的標準和技術引入到生態保護修復體系中，并根據生態系統變化情況修正、改進管理政策和實踐措施，使礦區可持續發展能力不斷增強。以彈性思維作為礦區生態保護修復的橋梁，優化礦區生態保護修復的具體內容，建立新時期彈性思維引導下的礦區生態保護修復概念模型(圖2)。
采用“理論方法-工程技術-試驗示范-標準規程-監測監管-推廣應用”互逆研究范式[27]，在礦區生態保護修復中融入彈性思維理念，如多尺度效應、可持續性、適應性循環和閾值效應。新時期礦區生態保護修復基本目標不追求經濟效益最大化，而是強調生態系統福祉和提升碳匯功能，以提升礦區生態系統彈性，應對氣候變化。在碳中和壓力下，我國礦區生態保護修復不僅要重視損毀、退化和污染土地的修復，更要重視生態系統碳匯能力提升和抵御不確定性生態環境干擾的能力。礦區生態保護修復已由過去的剛性控制管理逐漸向適應性管理過度，更加注重生態系統權衡。
2.2 新時期差異化礦區生態保護修復策略
礦區生態系統是非常復雜的“礦-農-城”復合生態系統，礦區要想實現可持續發展，必須了解礦區生態系統的抗干擾能力，對礦區系統實施有效管理以提高其彈性回 復 力。生態環境的日益惡化，歸結為3種驅動因素：“別無選擇、明知故犯和不明就里”[4]。 “別無選擇”指在礦區生態保護修復過程中，為了滿足人們日常生活需求過度開發礦產資源而導致的環境破壞;“明知故犯”指礦區可以有選擇的實行綠色開采，減少化石能源的使用，改用風能、太陽能等綠色能源，但企業為追求經濟效益而忽視了采礦對生態環境的影響，有意識的進行過度開采;“不明就里” 指人們為了追求可持續發展付出努力，投入大量資源，而結果卻恰恰相反，沒有尊重自然和順應自然，如土地復墾初期不考慮適宜性優先將損毀土地復墾為耕地。我國經濟發展離不開礦產資源，面對“別無選擇、明知故犯和不明就里”這3種驅動環境惡化的因素，可以通過在采礦前規避風險和減少擾動，將采礦對生態環境的影響降到最低;采礦中選用節能和智能設備，提高開采作業效率;開采后對損毀土地進行及時有效的復墾。伴隨我國碳達峰碳中和的目標實現，“別無選擇、明知故犯和不明就里”將會成為歷史，我國將會 逐 漸 走 向 低 碳、綠 色 和 高 質 量 的 發 展道路。
作為全球第二大經濟體，我國是世界上最大的發展中國家，城市化和工業化尚未結束，未來一段時間內煤炭仍然會是我國基礎能源，煤炭消耗量和生產量將會一直位居世界前列，但未來隨著風能、太陽能和核能等清潔能源的發展，將逐漸替代煤炭資源。采礦活動產生大量的塌陷、污染和損毀土地等生態環境破壞問題日益突顯。我國多數礦區隸屬于“兩屏三帶”重要生態功能區，如若沒有及時有效的進行修復，對區域生態環境的影響便是“雪上加霜”，嚴重威脅我國生態安全。因此，亟需應用彈性思維理論，根據礦區所處自然環境特征和土地損毀類型，構建礦區生態保護修復差異化框架模型。
在礦區資源開發生產過程中，由于礦區自然生態環境、礦產 資 源 類 型、生產技術手段和工藝的不同，對礦區生態系統破壞的程度也會不同，故而礦區生態重建的目標存在差異。借助遙感圖像確定礦區所處位置(如礦區處于流域上游還是下游、在山上還是山下)和礦區生態系統受損與退化的類型(如生物多樣性銳減、土地沙化退化、土壤污染退化、水環境退化和礦山退化等)，通過問題識別與診斷選取適宜的工程技術措施。根據生物氣候帶、土資源和水資源等特征將中國大致分為10個區，即：東北山地丘陵區、內蒙古草原區、黃淮海平原區、黃土高原區、長江中下游平原區、中部山地丘陵區、東南沿海山地丘陵區、西 南 山 地 丘 陵 區、西北干旱區和青藏高原區[32]。由于各區域自然條件本身的差異性，導致生態保護修復過程中的功能定位不同、生態恢復目標的指標與標準也各不相同。如黃土高原區應采用生物技術與工程技術相結合的生態恢復措施，先引入先鋒植物，促進有機質的增長，再引入適生植被[27];內蒙古草原區應重點關注草原 和 草 甸 植 被的恢復，以生物技術為主、工程技術為輔，加強研究表土替代物;西北干旱區應重點考慮礫幕層的保護和替代[33]。
新時期礦 區 生 態 保 護 修 復 面 臨 新 使 命 和 新 任務，以彈性思維作為橋梁，基于礦區“地貌重塑、土壤重構、植被重建、景觀重現和生物多樣性重組與保護的”五元共軛理論，不僅考慮礦區生態系統的生態、經濟和社會效益，還要注重礦區彈性提升。應從規劃層面、技術層面和管理層面3個維度制定差異化的礦區生態 保 護 修 復 策 略(圖3)。規劃 層 面，依 據礦區所處生物氣候帶、土地損毀程度、土壤類型和修復目標等特征，確定礦區土地利用方向;礦區生態修復要與原地貌景觀相協調，通過生態保護修復工程實施優化土地利用結構;生態修復措施的選擇要考慮經濟可行性，以工程措施為主生物措施為輔，前期人工干預后期自然恢復，依據現有技術模型，對修復后的景觀進 行 模 擬，對不足之處進行完善和調整。技術層面，表土有機質和養分含量高的礦區在開采前需將原地貌的表土單獨剝離存放并加以養護，在種植植被前在將表土二次倒運覆于排土場表面;斜坡巖體性質無法支撐其安全穩定性或景觀美學受到影響時，需要進行削坡處理，用以增強邊坡穩定性。土地平整有助于植物生長和基礎設置建設，排土場的整形措施(如構筑擋水墻)可以防止水土流失和降低自然災害發生的風險;對表土資源稀缺礦區而言，土壤重構技術是損毀土地恢復的關鍵技術;西北干旱礦區，礫幕層起到防風固沙作用，在礦區開采前需將礫幕層單獨剝離堆放;在土壤較為松散的地區如黃土高原區極易發生水土流失，應提前做好地表水的疏導截排;植物選擇上應選擇固氮能力強的物種，依據宜農則農、宜林則林和宜牧則牧原則，對土地復墾后的植被植入微生物，起到促進植物發育和生長的作用，同時提升土壤肥力和土壤活性。管理層面，要注重生態修復后的監測與管護，可以利用無人機和遙感等對原地貌土地、損毀土地和復墾土地進行長期監測，重點關注損毀土地和植被生長情況，對出現的土地退化、過度放牧和亂砍亂伐等問題進行及時有效處理;從社會、經濟和生態效益角度，對礦產資源開發產生效益和潛在危害進行定量評估。
3 彈性思維對礦區生態保護修復的啟示
通常情況下礦區比鄰農區和城區，形成“礦-農-城”復合區[34]，采礦活動會產生地表塌陷、土壤污染和環境污染等問題，農區受采礦活動影響，可能導致土地生產力下降、農田荒蕪和搬遷等問題;對于城區而言采礦帶動了當地經濟發展水平、改善就業和加快城鎮化進程等。從宏觀尺度了解礦產資源開發現狀、土地損毀情況和未來開采規劃等，運用彈性思維基本觀點規劃其未來生態修復方向，構建可持續的復合生 態 系 統;從 中 觀 尺 度 明 晰 礦 產 資 源 開 發 對 “礦-農-城”產生 的 影 響，針對不斷出現的生態環境問題，采取適應性管理策略;從微觀尺度實施村莊搬遷和修復損毀、退化和污染的土地，考慮生態系統的尺度效應、可持續性、適應性循環和閾值效應，構建礦區穩定可持續的生態系統。
礦區彈性是多個復雜系統的集成，需要多方面統籌協調，增強礦區彈性可以更好應對環境、生態和社會問題。伴隨國家對礦區生態環境重視，礦產資源開發歷經3個階段。第1階段，追求利益最大化，忽視環境問題，用綠水青山換金山銀山;第2階段，在追求經濟效益的同時兼顧生態效益，既要綠水青山又要金山銀山;第3階段，隨著生態文明建設、“山水林田湖草”綜合治理和美麗中國建設等新觀念的提出，礦山企業逐漸意識到生態優勢也是經濟優勢，國家開始加強全國范圍內綠色礦山建設，深刻認識到綠水青山就是金山銀山。礦區生態保護修復新時期在彈性思維引導下，應實施適應性管理策略，統籌考慮各種自然生態各要素，注重恢復和提升礦區生態功能，實現資源循環可持續利用。
礦區生態保護修復中引入彈性思維，可以培養一種以可持續性為著眼點的生態修復模式，以更好應對不斷變化的環境條件。隨著時間變化，需要根據確定的土地復墾與生態重建工程范圍、原地貌生態系統、退化的狀態、預測未來的變化以及生態系統發展的狀態，不斷調整礦區生態保護修復的技術模式，并根據礦產資源類型、區域自然條件、開采方式和修復目標等進行差異化生態保護修復。
礦區生態保護修復應采取適應性管理策略，以順應不同階段的特征及生態保護修復目標，根據生態系統變化情況，修正和改進礦區生態保護修復政策和實踐措施。礦區生態保護修復是對那些受到破壞的自然生態景觀的恢復重建，其核心內容是根據調查現狀、生態問題識別與診斷結果，確定土地復墾與生態重建的目標及標準。這個目標及標準，可能是針對特定生態系統服務的恢復，也可能是針對一項或多項生態服務質量的改善。促使生態系統“正向演替”可能是沿著受損與退化時的軌跡復歸，也可能是沿著一種新路徑去恢復[27]。對礦 產 資 源 開 發全過程采取適應性管理，包括事前規劃、事中監理與驗收和事后跟蹤評價，針對不同階段特征進行適應性和差異性管理。針對生態系統不確定性和生態知識的局限性，加強工程全過程生態監測，開展工程實施生態、社會及經濟效益評估。針對實施過程中出現的問題及時調整技術方案和修復措施等，嚴防對生態系統造成新的破壞或導致逆向生態演替。——論文作者：楊博宇1 白中科1，2，3*