露天矿区土地复垦适应性管理:内涵解析与框架构建

2023-10-24 17:14官炎俊王娟周伟曹银贵白中科
中国土地科学 2023年2期
关键词:土地复垦生态保护

官炎俊 王娟 周伟 曹银贵 白中科

摘要:研究目的:探讨露天矿区土地复垦适应性管理的理论内涵,阐释其主要管理要素与组织框架。研究方法:系统回顾法、类比分析法和逻辑推理法。研究结果:(1)基础铺垫、案例引导、需求倒逼、使命号召4层缘由共同驱动着露天矿区去探索一种与其生态系统内外部机理相适应的土地复垦动态管理模式—适应性管理;(2)矿区土地复垦适应性管理是以矿区土地生态系统健康发展与可持续开发利用为目标,通过监测、评估、反馈、调整等一系列活动,不断探索并认识矿区土地复垦发展过程中的不确定因素及其内在规律,从而促使土地复垦不断适应矿区社会、经济、生态等方面协调发展的管理过程;(3)“目标制定—规划设计—方案执行—监测评估—信息反馈—模式修正”六要素一体构成矿区土地复垦适应性管理的基本组织框架。研究结论:适应性管理具有灵活性、动态性等特征,如果管理者能把握矿区生态系统内部演化机理与外部干扰规律,并借鉴吸收相近领域研究成果经验,那么适应性管理有望成为破解露天矿区土地复垦过程管理难题的有效途径。

关键词:土地复垦;生态保护;五元共轭理论;适应性管理;露天矿区

中图分类号: F205 文献标志码: A 文章编号:1001-8158(2023)02-0102-11

基金项目:国家自然科学基金面上项目“青藏高原露天煤矿排土场地形—土壤—植被响应机理及地貌重塑研究”(41977415)。

矿区开采作为大规模改变土地利用方式的有组织人类活动,在推动社会经济快速发展的同时,也不可避免会破坏矿区生态环境、损毁矿山土地资源[1-3]。尤其是露天开采[4-6],往往造成地形地貌破碎、自然植被破坏、土壤结构紊乱等生态损毁问题[7-10]。剧烈的人为扰动迫使矿区成为全球生态环境退化最为严重的地区之一[11],严重制约着矿区生态系统服务的有效供应[12-13],阻碍“绿色矿山”与“美丽中国”的建设进程。

土地复垦是改善矿山环境、恢复矿区生态系统的有效手段[14-15],更是统筹矿区资源开发与土地资源保护的重要途径。加强矿区土地复垦及其管理,已成为众多专家学者和政府管理部门关注的热点问题[16]。当前国内外学者针对矿区土地复垦理论内涵、修复目标、方法技术、效果评价等进行了大量的研究[17-18],有效促进了矿区生态修复理论与实践的发展。然而矿区土地生态系统属于复杂的人工干预生态系统,针对土地复垦全生命周期的把握尚缺乏系统的理论认识。土地复垦作为一个动态发展的生态修复过程,其生态系统结构与功能需要在经历漫长的修复及自我调整才能实现系统内外部发展的动态平衡[19-21],矿区生态修复具有恢復过程的长期性。受采矿扰动程度、土地复垦措施、自然区位条件等因素差异性影响,矿区生态系统恢复过程具有高度复杂性[19, 22-23]。同时,矿区生态建设效果对土地复垦的响应受到环境变化以及发展过程不可控性的影响,生态修复成功与否具有一定的不确定性。因此,面对矿区土地复垦发展的长期性、复杂性与不确定性,以传统静态思维的线性管理方式难以解决矿区土地复垦动态发展过程中出现的问题,探索一种与矿区生态系统相适应的土地复垦动态管理模式尤为迫切。

目前,适应性管理及其理念的优越性在生态保护领域得到广泛认可[24]。随着管理实践过程中知识与经验的积累,以及对系统动态发展过程监测技术的提升,人们对系统管理的认知能力也在不断提高,这为深入开展适应性管理研究和实践提供了良好的研究基础[25-26]。有效管理土地复垦的首要任务是掌握土地复垦的动态发展规律,随着遥感与地理信息技术的快速发展以及我国大型矿区历史数据资料的长期积累,进一步论证了揭示矿区土地复垦恢复特征和描述恢复过程广泛细节的可行性,为开展矿区土地复垦适应性管理的系统研究提供充分的数据基础。

因此,本文在借鉴相关领域适应性管理理念与实践基础上,着力探讨了矿区土地复垦适应性管理的理论内涵,阐释了其主要管理要素与组织框架,以期为矿区土地复垦的动态管理摸索出一条可行之路。

1 矿区土地复垦适应性管理缘由剖析

1.1 基础铺垫——矿区复垦适应性管理现状支撑

当前虽未有文献直接对矿区土地复垦适应性管理开展研究,但类似观点已经被一些研究提及或者体现。已有研究表明采煤塌陷区不同种植品种对于矿山生态系统条件具有不一样的适应性[27],适应性策略能够有效克服高寒高山环境下矿区植被恢复的挑战,但适应性措施调整的有效性仍有待持续的跟踪监测[11]。近年来,适应性管理理论也逐步应用于矿区生态系统管理中,部分学者初步提出了我国矿地协同适应性管理的机制、模式与制度基础[28],并基于适应性管理思想提出自燃矸石山热量聚散梯度原理[29]。适应性管理作为矿区采后管理的新思路,已被应用于关闭矿区社会生态系统的转型策略研究[30]。通过构建小组模型让利益相关者参与采矿后土地利用规划,充分挖掘了各利益相关者长期合作对矿区复垦土地进行适应性管理的潜在作用[13]。总体来看,矿区土地复垦适应性管理相关研究主要集中在适应性理论层面,其应用潜力正处在积极探讨阶段。但适应性管理理论与实践的发展以及在矿区生态系统中的有效尝试,为开展矿区土地复垦适应性管理的系统研究打下坚实基础。

1.2 案例引导——相近领域适应性管理理念借鉴

适应性管理概念提出40多年来,其理念内涵不断发展成熟。适应性管理凭借其能有效解决复杂系统中不确定性难题的优势,广泛应用于社会(城乡发展、应急管理、乡村旅游)、自然(森林、水资源、湿地、草原等)管理等众多领域,并积累了不少成功案例。随着管理实践过程中知识与经验的积累,以及对系统动态发展过程监测技术的提升,人们对系统管理的认知能力也在不断提高,这为深入开展适应性管理理论的拓展和实践提供了良好的研究基础[25-26]。结合矿区土地生态系统自适应性和自组织性,在借鉴相近领域典型案例基础上,将适应性管理理念引入土地复垦及其管理过程中有望成为破解矿区生态修复难题的新思路。

1.3 需求倒逼——土地复垦发展过程的特征使然

根据恢复生态学的干扰(Disturbance)理论,生态修复过程中生态系统演替规律会在干扰产生的情况下发生转变[31]。对于矿区土地复垦这样一个受人为扰动和自然条件共同作用下的生态修复活动,干扰作用影响尤为明显。当扰动措施适应于矿区生态系统演变机理时,土地复垦发展过程表现出“初始发展阶段—快速发展阶段—成熟稳定阶段”的“S型”指数发展趋势;而当扰动措施不适应于矿区生态环境及自然条件时,则需要通过生态重建再进入下一个循环过程,土地复垦发展过程表现出“初始发展阶段(—快速发展阶段)—退化溃败阶段—更新与重组阶段”的交替循环发展趋势。因此,迫切需求从全生命周期的角度来解释矿区生态系统在土地复垦发展过程中所面临的扰动。通过动态监测评估与信息反馈,适时对原复垦模式与目标进行管控调整,进而消除矿区生态系统因人工干预的复杂性和不确定性带来的影响。

1.4 使命号召——新时代土地复垦及其管理新追求

矿区土地复垦是生态文明建设的重要组成部分,已经从学术理念发展为政策现实。开展矿区土地复垦是助推新时代国家科技发展的战略需求,是乡村振兴、绿色矿山与美丽中国建设的发展基石。作为践行习近平新时代生态文明思想的有力推手,加强矿山土地复垦及管理研究对国家生态安全格局的形成与稳定发挥着举足轻重的作用。同时,《自然资源科技创新发展规划纲要》及《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》都将生态脆弱区的生态修复(含矿山地区)列为优先关注的主题,并强调以科技与理论创新推进自然资源治理能力现代化。在中共二十大提出的高质量发展背景下,如何在错综复杂的矿山环境中加强土地复垦适应性管理,从而促使损毁矿区可持续性地为人类提供生态系统服务是新时代土地复垦及其管理的高标准与新追求。

2 矿区土地复垦适应性管理内涵分析

2.1 适应性管理理念与内涵

适应性管理作为一种对资源利用进行过程管理的活动体系,由20世纪初的科学管理理念发展而来[24, 32]。适应性管理理念提出的初衷是为了破解用静态方式评价环境自适应水平及其管理过程中所面临的困境[33],并通过学习对评价与管理过程中出现的问题进行改进,从而更好地服务于管理实践。适应性管理理念应用领域广泛,由于管理目的、角度以及研究背景的不同,各研究视角下对适应性管理理论内涵的理解也各不相同[32, 34-37]。当前,被广泛认可的概念为2020年三部委联合印发的《山水林田湖草生态保护修复工程指南(试行)》对适应性管理的定义,即基于生态系统的不确定性和对生态系统认识的时限性,通过监测评估过去采用的管理政策和实践措施来获得经验,并根据生态系统变化情况,修正、改进管理政策和实践措施的方法和过程[38]。

2.2 矿区土地复垦适应性管理内涵

当前,矿区土地复垦适应性管理尚未形成明确的概念内涵,严重阻碍了适应性管理理念在矿区土地复垦中的应用与推广。界定科学的理论内涵是开展矿区土地复垦适应性管理研究的首要任务,更为广大学者深入探索矿区土地复垦适应性管理的实践机制提供理论基础。结合矿区土地复垦发展过程及适应性管理特性,在借鉴相近生态系统治理适应性管理理念基础上,可将矿区土地复垦适应性管理定义为:以矿区土地生态系统健康发展与可持续开发利用为目标,通过监测、评估、反馈、调整等一系列活动,不断探索并认识矿区土地复垦发展过程中的不确定因素及其内在规律,从而促使土地复垦不断适应矿区社会、经济、生态等方面协调发展的管理过程。其表现形式为矿区生态系统在各组织要素(目标制定、规划设计、方案执行、监测评估、信息反馈、模式修正)之间层层递进、交替循环,并随着时间推移,呈现“从实践中积累知识,以知识指导实践”的螺旋式上升的动态管理过程(图1)。需注意的是,在管理过程中,当土地复垦活动与矿区生态系统的适应性水平滿足或超过设定目标时,可跳过某一个或几个组织要素,更早实现系统内外部的平衡发展。

3 矿区土地复垦适应性管理的组织框架解析

矿区土地复垦适应性管理强调对矿区土地复垦发展过程的全生命周期进行管理,强调从知识管理到知识创新、从经验性管理到科学性决策管理的转变。针对矿区土地复垦发展过程的不确定性和复杂性特征,以及适应性管理灵活性、动态性的管理特性,尝试构建了基于“目标制定—规划设计—方案执行—监测评估—信息反馈—模式修正”6要素一体的矿区土地复垦适应性管理组织框架,并对其实施环节进行阐释,各要素组织形式如图2所示。

3.1 目标制定

目标制定是适应性管理各环节实践的基础。作为一种多目标兼顾优化的管理模式,土地复垦管理目标既需要满足土地复垦质量验收的标准,同时也需要考虑不同利益相关者能否理解与接受。按目标实现阶段划分,土地复垦适应性管理目标分为近期目标、中期目标和远期目标。近期目标要求在土地复垦施工期结束后,能够针对具体生态问题消除生态胁迫的物理屏障,从而为提升生态系统质量创造基础条件。中期目标要求在管护期(一般3~5年)结束后生态系统能达到土地复垦的工程验收标准,即从形态上有效恢复矿区生态系统的景观结构。远期目标要求在宏观尺度上恢复和提升矿区生态系统整体质量与功能。在优化复垦布局基础上,显著改善矿区自然景观,促进土地和矿产资源的合理开发利用,从而维持矿区生态系统与周边景观的协调发展性。土地复垦管理的最终目标是保持矿区生态系统发展的可持续性[39],在实践过程中应随适应性程度与土地复垦认知水平的提高而适时做出调整。

3.2 规划设计

规划设计是对一定时间内矿区生态系统结构和功能的超前安排[40],是实现矿区土地复垦适应性管理的核心。露天矿区主要经历“剥—采—运—排—造—复”一体化操作流程(图3),通过自上而下的剥采与自下而上的土地复垦,从而重建一个结构与功能持续恢复的矿区生态系统。土地复垦规划设计过程中适应性及其管理理念可体现在“五段论”(地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护五大生态重建阶段)环节中。各阶段关系既是层层递进,更是环环相扣,不是简单串联,而是复杂并联[41]。只有充分考虑地形地貌、土壤、植被等矿区生态要素形态的有效恢复,才能重现景观格局结构稳定性,从而促进矿区生物多样性的健康可持续发展。

(1)地貌重塑。地貌重塑是基础。只有重塑稳定、与当地气候条件相适应的地形地貌基础上,后续复垦阶段才能持续稳定推进。矿区地貌重塑的关键技术可体现在排土场基底、主体、平台和边坡构筑工艺4个方面。不同区域地貌重塑过程中地形演变过程可依据地形起伏因子(如海拔、坡度、坡度标准差、坡度变率、地表粗糙度比率、地表切割深度以及表面积等)和地形扭曲因子(如平面曲率、剖面曲率等)等进行表征。地貌重塑过程中的适应性主要体现在两个方面:一是采用“近自然修复”理念,充分考虑重塑地貌与矿区原有地形地貌、周边景观的适应性,最大限度地防治矿区山体滑坡、水土流失等自然灾害,从而消除对矿区生态系统稳定性有影响的限制性因子;二是结合微地形对重建生态系统发展的影响,充分考虑重塑地貌与当地自然条件的适宜性规律,对重塑地貌的海拔、坡度、坡向和坡形等进行整形改造,从而提升矿区重建生态系统的稳定性。

(2)土壤重构。土壤重构是矿区生态系统恢复重建的核心,其主要任务就是生成与培育成熟的矿山扰动土[41-42]。土壤重构规划设计分为三个步骤:基底调查、方向确定和主体设计。受采矿损毁方式与程度、土地复垦工艺、土壤母质类型、气候条件等区域差异性影响,重构土壤属性恢复过程具有显著的复杂性。另外,土壤属性为土地复垦效果的隐性表征,其恢复特点在短期內不易察觉,重构土壤属性发展过程充满不确定性。重构土壤属性不仅会影响早期地形地貌发展规律,而且适应的土壤质地、结构和布置也将有助于提高重塑地貌的稳定性[43]。同时,重构土壤属性在很大程度上也影响着退化矿区地表植被的选择和生长[44-46]。一方面不同复垦土地利用类型对土壤属性的需求存在显著差异[47-49],另一方面不同土地利用类型也促进重构土壤属性差异化发展[50]。充分掌握重构土壤属性恢复的动态性、复杂性和不确定性,理清重构土壤与重塑地貌、重建植被、重现景观的内在紧密关系,是实现重构土壤适应性管理的关键。

(3)植被重建。植被重建是损毁矿区生态系统持续稳定发展的重要保障。重建植被作为矿区生态恢复的重要显性指标,在能量交换和生态循环中起着重要作用,是矿区重建生态系统中最重要的生态要素之一[51],其动态变化可表征矿区生态环境扰动与恢复状态。重建核心过程包括植被选择与植被配置。选择适宜的种植物种对于矿区植被重建尤其重要,通常包括先锋植物和适生植物。先锋植物的引入可快速改善矿区重建植被的生存环境,为损毁土地生态系统重建提供前提条件;适生植物的关键在于适应自然规律,协调环境因子,从而加速重构土壤的熟化过程,为重建植被创造良好的生长环境。同时,植被配置要求与周边的自然环境条件相适应,即要与当地水土保持、防风固沙的生态治理要求相适应,又要与先锋植被与适生植物的生理习性相适应。在实践积累和认识发展的基础上,探索适应矿区自然条件的植被物种及配置方式能更有效地促进重建植被朝正向演替的方向健康发展。

(4)景观重现。景观重现包括矿区生产、生态和生活的“三生空间”格局构建,是矿区重建生态系统结构优化与功能提升的外在表现。景观重现是在矿区尺度上对其生态系统各要素进行布局设计,重建的景观可以通过地形变化(例如土地整理)、水文稳定性(例如水运动和侵蚀风险)、土壤特性(例如物理、化学和生物特性)和植被建立(例如丰富度和多样性)的影响来维持[43]。景观重现的发展过程需要系统内部各要素之间的充分协调,并历经一定时间来发展、稳定至成熟,在经历漫长的相互适应及自我调整过程从而达到动态平衡。依据“山、水、林、田、湖、草、沙”生命共同体的系统理念,通过“点—线—面—网”与“网—面—线—点”两种互逆反馈途径,合理配置与优化系统内部地形、水文、土壤、动植物、人居环境等,从而重建一个内部结构稳定、与周边景观相适应的矿区生态系统[41]。

(5)生物多样性重组与保护。生物多样性重组与保护是恢复矿区生态系统的最高阶段,也是加强复垦土地生态系统弹性和稳定性的关键环节。可通过复垦土地的土壤种子库、土壤微生物、土壤动物、生物种间关系及生态位特征等核心指标进行探究。生物多样性重组需要在积极认识地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现各环节发展规律基础上,通过对重建生态系统的生物种类和配置结构进行人为调控,并逐步诱导生态系统最终演替为一个符合代际(间)需求的可持续性生态系统[41]。生物多样性重组与保护不是孤立于地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现之上的独立工程,不考虑地貌、土壤、植被和景观的多样性,就不可能重组出生物多样性[41, 52]。科学地在地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现阶段植入生物多样性理念,不但使重组的系统生物多样性更具有稳定性和适应性,也可以逆推重塑的地貌、重构的土壤、重建的植被、重现的景观发展的可持续性。

3.3 方案执行

方案执行是矿区土地复垦规划与设计落实的关键环节。土地复垦方案执行过程中,不同区域由于受扰动程度、土地复垦措施及自然条件的差异性,矿区生态系统稳定性(Ecosystem Stability, ES)特征在各复垦阶段表现的迥然不同。以复垦时间为自变量(Time, T),ES值为因变量,构建矿区生态系统在土地复垦执行过程中演替特征的平面坐标系(矿区ES值具有物候变化特征,为简化模型,仅以上下波动曲线表示矿区ES值变化趋势)(图4),矿区ES随复垦时间T的变化趋势可概况为6种演替情景(Scenario, S)。

(1)情景1(高效恢复至成熟型,S1)。矿区ES值在复垦起始点后稳步提升,达到相对稳定状态后高出损毁前生态系统稳定性水平(ESo)。该情景下土地复垦规划与设计对矿区自然条件具有很好的适应性,矿区生态系统结构和功能均得到有效恢复,土地复垦执行效果最佳。

(2)情景2(低效恢复至成熟型,S2)。矿区ES值在复垦起始点后稳步提升,达到相对稳定状态后低于ESo水平。该情景说明土地复垦规划与设计对矿区自然条件具有一定的适应性,但仍然面临诸如气候条件(水分、温度、风速)、微地形(坡形、坡度、坡向)等生态胁迫,矿区生态系统结构和功能在一定程度上得到恢复,土地复垦执行效果欠佳。

(3)情景3(高效恢复而后退化型,S3)。矿区ES值在复垦起始点后稳步提升,在达到最高稳定性水平后,又出现生态退化过程。该情景下土地复垦不能从长远角度有效恢复矿区生态系统,在土地复垦方案执行过程中,应加以积极人工引导或再规划设计。

(4)情景4(无效恢复型,S4)。矿区ES值在复垦起始点后并未出现明显提升迹象,而一直处于复垦起始点稳定性水平(ESd)上下波动。该情景下土地复垦方案对矿区生态条件几乎不具有适应性,矿区土地生态系统的结构和功能完全得不到恢复,土地复垦无执行效果可言。该情景下主要考虑重新开展土地复垦规划设计工作,在掌握矿区特殊环境条件与扰动规律基础上重建一个可有效适应当地自然气候条件的生态系统。

(5)情景5(高效恢复发展型,S5)。矿区ES值在复垦起始点后开始稳步提升,但尚未达到稳定状态。该情景下虽然生态系统已对矿区自然条件表现出一定的适应性,但由于复垦时间较短,系統仍处于不断发生变化的发展阶段。在土地复垦方案后续执行过程中,仍应加强监测与管护,从而确保最终生态系统朝着预设目标方向发展。

(6)情景6(低效恢复发展型,S6)。矿区ES值在复垦起始点后开始提升,但提升幅度有限,且未达到稳定状态。由于矿区生态系统尚处于发展阶段,通过尽早的人工干预对矿区重塑地貌、重构土壤与重建植被进行积极引导,有望实现矿区重建生态系统的良性发展。

3.4 监测评估

监测评估是加强矿区土地复垦适应性管理的重要手段。监测评估土地复垦效果的主要目标是识别和补救动态发展过程中存在的问题,总结经验教训[53-54],以便为优化土地复垦模型和提高复垦效率提供依据。土地复垦的时空发展性意味着土地复垦效果监测不能局限于某一时点或某一时段[55],这就要求对土地复垦进行全过程监测,并依据监测结果及时调整规划设计方案。可考虑从时间点、时间段、时间序列三个角度,开展了矿区—排土场—样地尺度的关键生态要素监测,监测方法包括样点采样、现场调研、3S分析(RS、GIS和GPS)等,不同监测尺度与检测方法对应关系如图5所示。由于土地复垦发展的复杂性、非线性特征,对矿区生态系统进行监测与评价是适应性管理的难点与重点。

3.5 信息反馈

信息反馈是适应性管理中辅助决策的有效保障。这一环节的奏效需要充分发挥数据信息的监测作用,根据矿区生态系统实际情况灵活、准确、及时地调整土地复垦目标与管理措施。在矿区土地复垦动态监测基础上,对生态修复效果进行评价与反馈[56]。最大化挖掘监测数据信息,及时识别并有效反馈矿区生态系统修复过程中存在的问题,为后续土地复垦的模式修正提供数据基础[31]。

矿区土地复垦发展过程中的信息反馈应着重关注以下5个方面:(1)评价当前土地复垦措施的有效性,为是否调整复垦措施提供参考依据;(2)监测土地复垦发展过程中是否受复垦方案设计时未考虑到的因素影响,为及时修正复垦方案提供依据;(3)反馈不适应当地自然条件的土地复垦措施,为调整土地复垦规划提供指导;(4)快速识别土地复垦低效恢复区域,为后续矿区精细化管理提供先决条件;(5)总结矿区生态系统演变规律与复垦管理经验,为矿区建设成本的精准投入提供保障。

3.6 模式修正

模式修正是加强土地复垦过程管理、提升矿区生态系统服务与功能的升华之举。矿区土地复垦模式的修正主体为矿区管理者或生态建设者,修正客体为动态变化的矿区生态系统。修正机制是在学习掌握土地复垦发展规律的基础上,通过判断土地复垦模式与矿区生态系统演变机理的适应性水平,从而识别不同土地复垦阶段中生态系统自恢复潜力与亟待人工管理力度。依据矿区生态系统受干扰程度以及土地复垦模式待修正力度,矿区土地复垦包含4种修正模式:生态保育、生态管护、生态修复、生态重建[57],各修正模式关系如图6所示。根据绿色矿山与生态文明建设要求,生态保育是维系矿区生态系统可持续发展的重要举措,该思想也应贯彻土地复垦发展全过程。生态管护是矿区土地复垦管理过程中的关键环节,在复垦措施设计与实施中应给予充分考虑。生态修复是矿区土地复垦过程管理的难点与重点,在掌握土地复垦措施与生态系统演替机理适应性水平基础上,通过积极的人工干预来维持生态系统稳定发展的过程。生态重建是确保矿区土地复垦取得成效最后的一道防线,也是人为干预程度最强的一种修正模式。

从控制成本角度考虑,不同土地复垦条件下矿区生态系统对修正模式的需求不同[57],而不同修正模式所需要的复垦投入也各不相同。随着生态建设层次的提高,生态保育、生态管护、生态修复、生态重建4种修正模式下所需要的投入成本随之升高。露天开采损毁土地规模大,生态修复成本高,通过选择合理的修正模式,从而大幅度降低矿区土地复垦人力、物力投入水平,节约矿区土地复垦经济成本。

从矿区生态恢复的长期效益考虑,自然恢复更有利于生态系统的可持续发展,而人工修复则在于引导退化的生态系统快速完成自我恢复[58-59]。露天开采对矿区周边生态环境损毁严重,生态修复离不开积极的人工支持引导。生态保育、生态管护、生态修复、生态重建4种修正模式下人工引导修复的强度呈递增趋势。在“保护优先、自然恢复为主”的生态理念下,各生态建设层次的修正模式均应遵循矿区自然生态系统的演变规律,并积极发挥人类在矿区可持续发展中的主观能动作用,充分协调自然恢复与人工修复之间平衡关系,才是确保矿区土地复垦取得成效的关键所在。

4 总结与启示

基础铺垫、案例引导、需求倒逼、使命号召4层缘由共同驱动着露天矿区去探索一种与其生态系统内外部机理相适应的土地复垦动态管理模式。而适应性管理凭借其灵活性、动态性等弹性特征有望成为破解矿区土地复垦过程管理难题的有效途径。在借鉴吸收相近领域适应性管理研究基础上,结合矿区生态系统自适应性和自组织性,探讨了矿区土地复垦适应性管理的理论内涵,并构建了基于“目标制定—规划设计—方案执行—监测评估—信息反馈—模式修正”6要素一体的矿区土地复垦适应性管理模式。目标制定是适应性管理各环节实践的基础,规划设计是矿区生态系统有效恢复的核心,方案执行是土地复垦规划与设计落实的关键环节,监测评估是其适应性管理的重要手段,信息反馈是适应性管理中辅助决策的有效保障,模式修正则是提升矿区生态系统适应性与稳定性的升华之举。各组织环节之间层层递进、首尾相连,共同构成露天矿区土地复垦适应性提升的管理循环。

露天矿区土地复垦适应性管理是我国绿色矿山与生态文明建设实践中不断创新衍生的产物。然而就目前矿区土地复垦及其管理而言,适应性管理的理念渗入尚浅,未形成系统性的技术体系与实践案例。为进一步完善我国矿区土地复垦适应性管理的体系研究,提出以下建议。

(1)拓展矿区生态系统保护修复的理论基础。理解 “基于自然的解决方案(Nature based Solutions)”“弹性管理思维”“自然恢复为主,人工修复为辅”等生态修复领域先进理念,从全生命周期角度解释矿区土地复垦的发展机理,为矿区土地复垦适应性管理提供新的理论视角。

(2)培养土地复垦动态管理的理念意识。土地复垦发展过程的长期性要求将动态管理理念贯彻于矿区复垦过程的各个关键阶段(如复垦初期、快速发展期、稳定发展期、复垦成熟期等),根据动态发展特征来选择适宜的土地复垦管理模式,从而实现矿区生态系统的可持续发展。

(3)提升矿区土地复垦效果监测的技术水平。积极探索地理大数据(GIS大数据:人、车、传感器等;高分辨率光谱数据:哨兵、高分影像等;高光谱数据:珠海一号、欧空局CHRIS、无人机影像等)、云计算(Google Earth Engine 云处理平台等)与人工智能(AI生态、智慧复垦、精准复垦等)[60]等方面的应用,以提升土地复垦动态监测精度与效率,为优化复垦管理提供重要依据。

(4)探讨矿区土地复垦适应性管理的实践案例。适应性管理在应对露天矿区土地复垦管理过程中显示出了强大的生命力,但其解决实际案例的科学性仍有待进一步验证。通过开展矿区土地复垦适应性管理案例的试点和示范研究,为大范围实践适应性管理积累经验、探索道路。

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Adaptive Management of Land Reclamation in Opencast Mining Areas: Connotation Analysis and Framework Construction

GUAN Yanjun1,2,WANG Juan2,ZHOU Wei2,3,4,CAO Yingui2,3,4,BAI Zhongke2,3,4

(1. School of Public Administration, Zhejiang University of Finance & Economics, Hangzhou 310018, China; 2. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China; 3. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation, Ministry of Natural Resources, Beijing 100035, China; 4. Technology Innovation Center for Ecological Restoration in Mining Areas, Ministry of Natural Resources, Beijing 100083, China)

Abstract: The purposes of this study are to explore the theoretical connotation of land reclamation adaptive management in mining areas, and to analyze its main management elements and organizational framework. The methods of this study include systematic review, analogical analysis, and logical reasoning. The results show that: 1) the foundation bedding, case studying, demand driving, and the call of duty are all driving the managers to explore an adaptive management model for land reclamation that is compatible with the internal and external mechanisms of opencast mining ecosystem. 2) Adaptive management of land reclamation in mining areas is a management process that based on the goal of sustainable development of land ecosystem and a series of activities such as monitoring, evaluation, feedback, and adjustment, continuously explores the uncertainties and inherent laws in the process of land reclamation, to promote the continuous adaptation of land reclamation to the coordinated development of social, economic, and ecological aspects of the mining areas. 3) The six elements of target formulation, planning and design, program implementation, monitoring and evaluation, information feedback, and model revision constitute the organizational framework for adaptive management of land reclamation in mining areas. In conclusion, adaptive management has the characteristics of flexibility and dynamism. If managers can grasp the internal evolution mechanism and external disturbance law of mining ecosystem, and learn from the experience of research results in similar fields, then adaptive management is expected to be an effective way to solve the management problems of land reclamation process in opencast mine areas.

Key words: land reclamation; ecological conservation; five-element conjunction theory; adaptive management; opencast mine areas

(本文責编:张冰松)

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