摘 要 利用文献资料综合分析法、类比分析法和逻辑推理法，将弹性思维引入矿区生态保护修复，构建新时期下生态保护修复概念模型和差异化修复策略，以期为碳达峰和碳中和目标实现奠定基础。结 果 表 明：1)弹 性 思 维 的核心即事物皆在变化，要不断地将新的标准和技术引入到生态保护修复体系中，使矿区可持续发展能力不断增强，生态保护修复需考虑系统的尺度效应、可持续性、适应性循环和阈值效应;2)矿区弹性是多个复杂系统的集成，需要多方面统筹协调，增强矿区弹性可以更好应对环境、生态和社会问题;3)新时期强调生态系统弹性建设，应 从 规划层面、技术层面和管理层面3个维度制定差异化的矿区生态保护修复策略。综 上，弹性思维为新时期矿区生态保护修复提供新思路，是实现可持续发展的新生态观。
关键词 弹性;生态保护修复;可持续发展;适应性循环;阈值效应
人类在满足自身发展需求的过程中，由于矿产资源开发导致的生态环境问题已成为困扰人类社会发展的难题[1]。中国矿产资源丰富，是全球最 大 的矿产资源生产国、消费国和贸易国，在带动经济发展的同时严重制约着资源、环境、人口和社会的可持续发展，中国矿区生态保护修复面临严峻挑战[2]。矿产资源开发以破坏环境为代价，1987—2020年中国煤矿、铁 矿 及 十 几 种 金 属 矿 开 采 共 损 毁 土 地 面 积2.57×106hm2[3]，亟需通过生态保护修复对其扰动的“山水林 田 湖 草”生 命 共 同 体 进 行 修 复。2020年《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》印发实施，同时在第75届大会上宣布我国二氧化碳排放将在2030年实现碳达峰，在2060年实现碳 中 和。在新时期碳达峰和碳中和的背景下，矿区生态保护修复有助于增强生态系统固碳能力，是提升我国碳汇水平的有效途径之一。
弹性思维被认为是实现可持续发展的理论基础[4]，运用弹性思维管理矿区生态系统，是扭转矿区生态环境退化的有效途径。部分学者已经运用弹性思维理论 在 矿 区 生 态 系 统 弹 性 测 度[5-6]、健康 度 评价[7-8]、制度变 迁[9]和植 被 恢 复[10]等方面开展了一些研究，如张 绍 良 等[11]基于 恢 复 力 理 论 探 索 了“土地整治+生态”新路径;卞正富[12]认为矿区 土 地 复垦要考虑生 态 系 统 稳 定 性，即 阻 力、恢 复 力 及 持 续力;Joseph等[8]指出要从弹性角度管理矿区脆弱生态系统，矿区弹性对于矿区可持续生态系统的建立发挥重要作用[13-14]。湖南省长沙县基于弹性思维理论，在土地整治过程中由过去重视单一的土地生产力转为重视 土 地 生 产、生态和观赏的综合功能[15];澳大利亚在土地规划过程中，充分考虑社区在应对未知变化时抵抗自然灾害的能力和所能承受的最大干扰[16]。生态系统的弹性恢复力已逐渐被引入到土地规划和土地整治中，考虑到生态环境的不确定性，应注重 提 升 生 态 系 统 的 多 功 能 性 和 可 持 续 性。在新时期碳达峰和碳中和的双重挑战下，亟需重构矿区稳定可持续的生态系统，通过提升弹性恢复力来稳定区域碳汇水平，矿区生态保护修复迎来了新机遇，也面临新的挑战。在此形势下，矿区开采和生态保护过程要以减排增汇为导向，统筹考虑矿区生态保护修复，推进矿区生态系统整体保护、系统修复和综合治理;与此同时还需要理论创新，需要将弹性思维理念融入到矿区生态保护修复中，来深化认知矿区生态保护修复本质，提升矿区生态系统适应性以更好应对不断变化的生态环境。
随着生态环境的日益恶化，生态保护修复成为新时期的主旋律。在新时代背景下，矿产资源开发要充分认识绿水青山就是金山银山，统筹考虑“山水林田湖草”综合治理。本研究尝试将弹性思维基本观点引入到矿区生态保护修复，审视弹性思维引导下的新时期矿区生态保护修复，阐述弹性思维对矿区生态保护修复的启示，以期为矿区国土空间生态保护修复提供新的理论基础和方法论工具。
1 弹性思维基本观点及其应用
弹性(Resilience)最初是被物理学家用来表示弹簧的特性，自1960年弹性这一概念被引入到生态学，1973年 Holling等[17]发表 了 生 态 弹 性 论 文，阐述了工程弹性和生态弹性的区别。工程弹性是指系统受到干扰后返回平衡态或稳定状态的能力，强调恢复的时间;生态弹性是指系统在改变结构前所能吸收的干扰量，不仅强调恢复的时间还侧重于系统保持在临界阈值时所能吸收的最大干扰量[18-20]。工程弹性是将系统恢复到原先平衡态，生态弹性是将系统恢复到新的平衡态，生态弹性更强调系统的适应能力和持 续 能 力[21]。弹性是一个相对简单容易理解的概念，为生态保护修复差异化提供了一种新的视角和方式。矿区生态系统具有不确定性、复杂性和不可预测性，生态系统弹性建设可以提升其应对变化和承受干扰的能力，弹性思维为矿区生态保护修复提供了一个新思想。弹性是生态系统的基本属性之一，尺度效应和可持续性是弹性思维理论倡导的基本观点，适应性循环和阈值效应是弹性思维研究的核心主题[11]。因而，弹性思维的基本观点包括：尺度效应、可持续性、适应性循环和阈值效应，可以在 矿 区 生 态 保 护 修 复 中 找 到 实 际 证 据 和 具 体表现。
1.1 尺度效应
生态系统之所以具有弹性，是因为生态系统是一个多尺度生态系统，且具有自组织性，当扰动或冲击来临时，系统通过反馈和调节作用使系统保持原有状态[11]。尺度效应是将生态系统视为一个时空多尺度的系统，认为系统间存在一定的内部关联，最终形成一个相互联结的系统[22]。矿区不同尺度生态系统面对同一扰动或者冲击时，存在不同的恢复力，而且不同尺度的恢复力之间存在尺度关联[23-24]。不同尺度间的系统相互作用和相互影响，在这些影响下，矿区生态系统不断地适应和调整，从而维持自身的结构和功能。
矿区生态保护修复涉及多尺度(如空间尺度和生态组织尺度等)，在生态保护修复过程中必须考虑尺度效应，才能使矿区生态系统具有更好的弹性。矿区生态保护修复不能实施“一刀切”，应根据系统不同尺度间的特征因地施策。例如，矿区已复垦的单个排土场间相互作用构成了矿区复垦生态系统，共同抵抗外界的冲击和扰动，而矿区生态系统内部各个排土场所能承受的干扰和恢复力又存在差异。在矿区生态保护修复评价指标体系中要考虑尺度效应，制定具有针对性的生态保护修复对策。尺度效应是使矿区具备弹性的基础，对矿区抵抗干扰维持系统稳定性具有重要意义。
1.2 可持续性
弹性的基本作用是确保生态系统的可持续性，即更有效的利用资源。众多学者将弹性思维认为是可持续发展的新视角，是面对可持续发展的新生态观[25-26]。可持续性的关键在于增强生态系统弹性，经多年研究发现黄土高原多数矿区复垦后的土地在抵御旱灾和涝灾等自然灾害的能力明显优于原地貌，复垦后的土地生态系统弹性更好，矿区生态保护修复在一定程度上促进了可持续发展[27-28]。采矿活动开始前矿区生态系统处于近似稳定状态，在采矿剧烈扰动下产生大量损毁土地、退化土地和污染土地，矿区生态保护修复工程对于提升生态系统功能、保障生态安全和应对气候变化起到积极作用。采矿结束后如果不能及时修复，使其维持现状处于损毁状态，将会导致生态系统功能不断下降，形成不可持续生态系统。若依靠受损生态系统自然修复，经过长时间演替生态系统功能将不断提升，但和原地貌生态系统仍有差距，形成低水平可持续生态系统;通过人工诱导可以使矿区损毁土地生态系统恢复至原地貌或高于原地貌水平，形成可持续的生态系统;自然恢复和人工诱导相结合的矿区生态保护修复模式可以提升矿区生态系统功能和弹性，能更好应对不断变化的生态环境，形成高水平可持续生态系统[27，29]。
弹性在维持系统可持续性方面起到不可替代的作用，系统弹性越好，其可持续性越好。矿区生态保护修复需考虑不同区域和不同尺度生态系统弹性差异，制定差异化的矿区生态保护修复策略，提高矿区生态系统可持续性。可持续发展是全人类追求的共同目标，系统弹性是可持续发展的基石，而可持续性是弹性思维的核心[30-31]。因此，想要实现可持续发展，就需要增强系统的弹性，提升系统应对外界干扰的能力。
1.3 适应性循环
弹性思维提倡适应性，大部分生态系统都要经历一个重复的循环过程，它包括4个阶段：快速增长(r)、稳 定 守 恒 (K)、释 放 (Ω)和 重 组 (α)4 个 阶段[20，30]，这种循 环 被 称 为 适 应 性 循 环，强 调 生 态 系统如何进行自我组织以及如何应对环境变化。通常将r阶段和 K 阶段看成是正向循环，这一阶段容易预测、稳定性强且存储能力强，资源和潜能得以缓慢积累，是保障系统的必要条件;将 Ω 和 α阶 段 看 成逆向循环，该阶段具有不确定性、新颖性和实验性，是最有可能对系统进行毁灭性或创造性的阶段，也是系统更新和复苏的好时机。
对于矿区生态系统而言，矿产资源开发的全过程也必将经历r-K-Ω-α阶段。例如，复垦初期 生 态系统服务价值、水源涵养功能和土地生产力较低，但会处于一个快速发展时期，树木增长茂盛、粮食增产和畜牧量增加等，矿区生态系统服务功能、土地生产力等生态价值不断提升。随着时间变化，矿区内生态价值将逐渐趋向稳定，但土地使用者为了追求利益最大化，可能会施肥、杀虫和增加畜牧数量等，长此以往导致土地生产力和水源涵养等生态价值降低，最终造成矿区弹性降低。复垦后生态系统可能会因为一场突如其来的暴雨、大风或外来物种入侵而发生退化，从而进入到释放阶段。对退化土地再修复，新的循环再开始。
1.4 阈值效应
系统的发展是动态的，随着时间的变化总会从一个稳定状态的系统过渡到另一种稳定状态，这是弹性思维的基本观点即系统是不断变化的。阈值无处不在，往往被人们所忽视，只有当系统跨越阈值发生明显变化后才能被察觉[4]。阈值效应是弹性最直接的表现形式，当系统承受扰动和干扰时，无法维持自身结构和功能而不得不向另一种态势转移。
通常用球-盆模型描述系统的动态变化，球代表 生态系统的状态，具有一系列的可能性。在这些可能性中，系统可能在承受干扰和变化时维持自身状态，也可能跨越盆的边缘进入到另一种状态，从而产生新的 结 构 和 功 能[27]。借助 球-盆模 型，可 以 更 为形象的描述矿区生态系统由于采矿活动和土地复垦所引发的矿区生态系统变化过程(图1)[18]。
在开采前，矿区生态系统经常年积累一直处于R1稳定状态(图(a))，采矿初期对矿区生态系统产生一定影响，系统受到干扰但其自身具有适应性恢复力足以承 受 这 些 扰 动(图(b))，但随着采矿强度不断增强，系统自身弹性无法承受过多的扰动，系统结构和功能发生转变(图(c))，系统跨越阈值进入到新的盆体状态(图(d))，矿区生态系统由原地貌稳定生态 系 统 R1过渡到矿区损毁生态系统 R2。矿区土地复垦与生态修复工程实施前，矿区生态系统一直处于 R2土地损毁的稳定状态(图(e))，复垦初期对系统产生一定影响，但系统自身的适应性不足以跨越阈值进入到另一种状态(图(f))，但随着土地复垦年限增加，系统自身弹性不能承受过多的变化，土地复垦正效益开始突显(图(g))，系统 跨 越 阈 值 由R2损毁状态过渡到 R3 修复后的稳定状态 (图(h))，新的系统结构和功能诞生。
阈值效应要求矿区生态保护修复应将矿区弹性作为一项重要的评价指标，寻找出系统从一种状态过渡到另一种状态的临界值以及系统所能承受的最大干扰。依照矿区所处的地理位置，厘清矿区范围内主要的生态问题(受损类型、面积和程度)及原因、土地复垦与生态重建的总体目标和拟采取的修复措施，这些差异会导致系统由一种状态跨越到另一种状态临界点的不同(如扰动面积大的区域比扰动面积小的区域更容易跨越阈值到达另一种状态)。着重考虑矿区生态保护修复过程中可能面临的扰动和冲击，以及它们的干扰强度和阈值效应等，对不同区域、不同资源类型和不同生态问题制定差异化矿区生态保护修复政策。将矿区生态系统看成是一个动态的生态系统，尽可能扩大复垦后生态系统的阈值范围，提高其应对干扰和变化的能力，防止修复后的矿区生态系统短期内越过阈值，从而造成生态保护修复过程中的经济损失。
2 弹性思维引导下的新时期矿区生态保护修复
2.1 新时期矿区生态保护修复概念模型
新时期矿区生态保护修复亟需融入弹性思维理念，以适应各种生态修复实践动机，通过管理手段将矿产资源开发引起的生态环境问题控制在生态系统可接受的范围之内，防止系统跨越阈值发生不可逆转的改变。矿区从勘探设计、投入生产到资源枯竭，短则几十年长则上百年，应对不断变化的环境条件，亟需运用弹性思维适应这些变化并做相应的调整。矿区生态保护修复是一个动态的并持续改进的过程，弹性思维的核心即事物皆在变化，要不断地将新的标准和技术引入到生态保护修复体系中，并根据生态系统变化情况修正、改进管理政策和实践措施，使矿区可持续发展能力不断增强。以弹性思维作为矿区生态保护修复的桥梁，优化矿区生态保护修复的具体内容，建立新时期弹性思维引导下的矿区生态保护修复概念模型(图2)。
采用“理论方法-工程技术-试验示范-标准规程-监测监管-推广应用”互逆研究范式[27]，在矿区生态保护修复中融入弹性思维理念，如多尺度效应、可持续性、适应性循环和阈值效应。新时期矿区生态保护修复基本目标不追求经济效益最大化，而是强调生态系统福祉和提升碳汇功能，以提升矿区生态系统弹性，应对气候变化。在碳中和压力下，我国矿区生态保护修复不仅要重视损毁、退化和污染土地的修复，更要重视生态系统碳汇能力提升和抵御不确定性生态环境干扰的能力。矿区生态保护修复已由过去的刚性控制管理逐渐向适应性管理过度，更加注重生态系统权衡。
2.2 新时期差异化矿区生态保护修复策略
矿区生态系统是非常复杂的“矿-农-城”复合生态系统，矿区要想实现可持续发展，必须了解矿区生态系统的抗干扰能力，对矿区系统实施有效管理以提高其弹性回 复 力。生态环境的日益恶化，归结为3种驱动因素：“别无选择、明知故犯和不明就里”[4]。 “别无选择”指在矿区生态保护修复过程中，为了满足人们日常生活需求过度开发矿产资源而导致的环境破坏;“明知故犯”指矿区可以有选择的实行绿色开采，减少化石能源的使用，改用风能、太阳能等绿色能源，但企业为追求经济效益而忽视了采矿对生态环境的影响，有意识的进行过度开采;“不明就里” 指人们为了追求可持续发展付出努力，投入大量资源，而结果却恰恰相反，没有尊重自然和顺应自然，如土地复垦初期不考虑适宜性优先将损毁土地复垦为耕地。我国经济发展离不开矿产资源，面对“别无选择、明知故犯和不明就里”这3种驱动环境恶化的因素，可以通过在采矿前规避风险和减少扰动，将采矿对生态环境的影响降到最低;采矿中选用节能和智能设备，提高开采作业效率;开采后对损毁土地进行及时有效的复垦。伴随我国碳达峰碳中和的目标实现，“别无选择、明知故犯和不明就里”将会成为历史，我国将会 逐 渐 走 向 低 碳、绿 色 和 高 质 量 的 发 展道路。
作为全球第二大经济体，我国是世界上最大的发展中国家，城市化和工业化尚未结束，未来一段时间内煤炭仍然会是我国基础能源，煤炭消耗量和生产量将会一直位居世界前列，但未来随着风能、太阳能和核能等清洁能源的发展，将逐渐替代煤炭资源。采矿活动产生大量的塌陷、污染和损毁土地等生态环境破坏问题日益突显。我国多数矿区隶属于“两屏三带”重要生态功能区，如若没有及时有效的进行修复，对区域生态环境的影响便是“雪上加霜”，严重威胁我国生态安全。因此，亟需应用弹性思维理论，根据矿区所处自然环境特征和土地损毁类型，构建矿区生态保护修复差异化框架模型。
在矿区资源开发生产过程中，由于矿区自然生态环境、矿产 资 源 类 型、生产技术手段和工艺的不同，对矿区生态系统破坏的程度也会不同，故而矿区生态重建的目标存在差异。借助遥感图像确定矿区所处位置(如矿区处于流域上游还是下游、在山上还是山下)和矿区生态系统受损与退化的类型(如生物多样性锐减、土地沙化退化、土壤污染退化、水环境退化和矿山退化等)，通过问题识别与诊断选取适宜的工程技术措施。根据生物气候带、土资源和水资源等特征将中国大致分为10个区，即：东北山地丘陵区、内蒙古草原区、黄淮海平原区、黄土高原区、长江中下游平原区、中部山地丘陵区、东南沿海山地丘陵区、西 南 山 地 丘 陵 区、西北干旱区和青藏高原区[32]。由于各区域自然条件本身的差异性，导致生态保护修复过程中的功能定位不同、生态恢复目标的指标与标准也各不相同。如黄土高原区应采用生物技术与工程技术相结合的生态恢复措施，先引入先锋植物，促进有机质的增长，再引入适生植被[27];内蒙古草原区应重点关注草原 和 草 甸 植 被的恢复，以生物技术为主、工程技术为辅，加强研究表土替代物;西北干旱区应重点考虑砾幕层的保护和替代[33]。
新时期矿 区 生 态 保 护 修 复 面 临 新 使 命 和 新 任务，以弹性思维作为桥梁，基于矿区“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现和生物多样性重组与保护的”五元共轭理论，不仅考虑矿区生态系统的生态、经济和社会效益，还要注重矿区弹性提升。应从规划层面、技术层面和管理层面3个维度制定差异化的矿区生态 保 护 修 复 策 略(图3)。规划 层 面，依 据矿区所处生物气候带、土地损毁程度、土壤类型和修复目标等特征，确定矿区土地利用方向;矿区生态修复要与原地貌景观相协调，通过生态保护修复工程实施优化土地利用结构;生态修复措施的选择要考虑经济可行性，以工程措施为主生物措施为辅，前期人工干预后期自然恢复，依据现有技术模型，对修复后的景观进 行 模 拟，对不足之处进行完善和调整。技术层面，表土有机质和养分含量高的矿区在开采前需将原地貌的表土单独剥离存放并加以养护，在种植植被前在将表土二次倒运覆于排土场表面;斜坡岩体性质无法支撑其安全稳定性或景观美学受到影响时，需要进行削坡处理，用以增强边坡稳定性。土地平整有助于植物生长和基础设置建设，排土场的整形措施(如构筑挡水墙)可以防止水土流失和降低自然灾害发生的风险;对表土资源稀缺矿区而言，土壤重构技术是损毁土地恢复的关键技术;西北干旱矿区，砾幕层起到防风固沙作用，在矿区开采前需将砾幕层单独剥离堆放;在土壤较为松散的地区如黄土高原区极易发生水土流失，应提前做好地表水的疏导截排;植物选择上应选择固氮能力强的物种，依据宜农则农、宜林则林和宜牧则牧原则，对土地复垦后的植被植入微生物，起到促进植物发育和生长的作用，同时提升土壤肥力和土壤活性。管理层面，要注重生态修复后的监测与管护，可以利用无人机和遥感等对原地貌土地、损毁土地和复垦土地进行长期监测，重点关注损毁土地和植被生长情况，对出现的土地退化、过度放牧和乱砍乱伐等问题进行及时有效处理;从社会、经济和生态效益角度，对矿产资源开发产生效益和潜在危害进行定量评估。
3 弹性思维对矿区生态保护修复的启示
通常情况下矿区比邻农区和城区，形成“矿-农-城”复合区[34]，采矿活动会产生地表塌陷、土壤污染和环境污染等问题，农区受采矿活动影响，可能导致土地生产力下降、农田荒芜和搬迁等问题;对于城区而言采矿带动了当地经济发展水平、改善就业和加快城镇化进程等。从宏观尺度了解矿产资源开发现状、土地损毁情况和未来开采规划等，运用弹性思维基本观点规划其未来生态修复方向，构建可持续的复合生 态 系 统;从 中 观 尺 度 明 晰 矿 产 资 源 开 发 对 “矿-农-城”产生 的 影 响，针对不断出现的生态环境问题，采取适应性管理策略;从微观尺度实施村庄搬迁和修复损毁、退化和污染的土地，考虑生态系统的尺度效应、可持续性、适应性循环和阈值效应，构建矿区稳定可持续的生态系统。
矿区弹性是多个复杂系统的集成，需要多方面统筹协调，增强矿区弹性可以更好应对环境、生态和社会问题。伴随国家对矿区生态环境重视，矿产资源开发历经3个阶段。第1阶段，追求利益最大化，忽视环境问题，用绿水青山换金山银山;第2阶段，在追求经济效益的同时兼顾生态效益，既要绿水青山又要金山银山;第3阶段，随着生态文明建设、“山水林田湖草”综合治理和美丽中国建设等新观念的提出，矿山企业逐渐意识到生态优势也是经济优势，国家开始加强全国范围内绿色矿山建设，深刻认识到绿水青山就是金山银山。矿区生态保护修复新时期在弹性思维引导下，应实施适应性管理策略，统筹考虑各种自然生态各要素，注重恢复和提升矿区生态功能，实现资源循环可持续利用。
矿区生态保护修复中引入弹性思维，可以培养一种以可持续性为着眼点的生态修复模式，以更好应对不断变化的环境条件。随着时间变化，需要根据确定的土地复垦与生态重建工程范围、原地貌生态系统、退化的状态、预测未来的变化以及生态系统发展的状态，不断调整矿区生态保护修复的技术模式，并根据矿产资源类型、区域自然条件、开采方式和修复目标等进行差异化生态保护修复。
矿区生态保护修复应采取适应性管理策略，以顺应不同阶段的特征及生态保护修复目标，根据生态系统变化情况，修正和改进矿区生态保护修复政策和实践措施。矿区生态保护修复是对那些受到破坏的自然生态景观的恢复重建，其核心内容是根据调查现状、生态问题识别与诊断结果，确定土地复垦与生态重建的目标及标准。这个目标及标准，可能是针对特定生态系统服务的恢复，也可能是针对一项或多项生态服务质量的改善。促使生态系统“正向演替”可能是沿着受损与退化时的轨迹复归，也可能是沿着一种新路径去恢复[27]。对矿 产 资 源 开 发全过程采取适应性管理，包括事前规划、事中监理与验收和事后跟踪评价，针对不同阶段特征进行适应性和差异性管理。针对生态系统不确定性和生态知识的局限性，加强工程全过程生态监测，开展工程实施生态、社会及经济效益评估。针对实施过程中出现的问题及时调整技术方案和修复措施等，严防对生态系统造成新的破坏或导致逆向生态演替。——论文作者：杨博宇1 白中科1，2，3*
