李云鵬，孔 胃，楚 儲，蔡永寧

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250101)

礦產(chǎn)資源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其大規(guī)模、持續(xù)性開發(fā)利用，帶來了礦山安全、環(huán)境污染及生態(tài)破壞等一系列問題[1-3]，對整個礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能均造成破壞。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性喪失，發(fā)生逆向演替，整個系統(tǒng)處于極度破損狀態(tài)，嚴(yán)重影響了礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。因此，研究礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變趨勢和生態(tài)修復(fù)模式，對維護(hù)礦區(qū)的生態(tài)安全，促進(jìn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

當(dāng)前，學(xué)者們對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的研究主要集中在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)彈性力及生態(tài)風(fēng)險評估。如劉英等[6]基于InVEST模型集成水源供給、土壤保持、碳儲存3項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價模型，對神東礦區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評價；GUERNIC等[7]對鈾礦開采所導(dǎo)致的礦區(qū)重金屬污染水環(huán)境，造成礦區(qū)生物體內(nèi)重金屬元素累積，進(jìn)而影響生物健康的研究；頓耀龍等[8]基于灰色模型對平朔礦區(qū)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型背景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進(jìn)行預(yù)測分析；吳秦豫等[9]選取礦區(qū)恢復(fù)力的關(guān)鍵影響因素，利用GIS和突變級數(shù)方法，對陜西省神木市煤炭基地的生態(tài)恢復(fù)力和礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化風(fēng)險進(jìn)行評價。而在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演替方面，則側(cè)重于對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中土地、植被或景觀格局等礦區(qū)局部演替的研究[10-12]，同時，研究中更加注重對局部演替過程中所采取的針對礦區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)或方法的修復(fù)后效應(yīng)研究[13-14]，而對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用前后整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、演變過程及演替方向等方面的研究比較缺乏。

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用不可避免地對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)造成了破壞，如何利用先進(jìn)的理論及技術(shù)手段對礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，改善礦區(qū)環(huán)境，解決礦區(qū)環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題一直是學(xué)者們研究的重點領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、相關(guān)研究的不斷深入，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)方式逐漸多樣化。如近年來新興的利用生物炭鈍化修復(fù)技術(shù)、微生物作用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、城市污泥工程修復(fù)技術(shù)等對礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)[15-17]，改善了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，對維護(hù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展具有重要作用。

本文在對比礦產(chǎn)資源開采前后礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化的基礎(chǔ)上，總結(jié)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變類型、演變階段及演變過程，提出針對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)模式，為促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的良性、可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個典型的多層次、多功能復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，由社會、經(jīng)濟(jì)、自然3個子系統(tǒng)耦合而成[18]，在改造和適應(yīng)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上建立起來，由礦區(qū)空間范圍內(nèi)的居民與自然環(huán)境系統(tǒng)以及人工建造的社會環(huán)境系統(tǒng)相互作用而形成，以礦產(chǎn)資源開發(fā)利用為主導(dǎo)的社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)。

1.1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是由社會、經(jīng)濟(jì)、自然3個子系統(tǒng)耦合而成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，從復(fù)合系統(tǒng)的角度出發(fā)，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分為社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和自然子系統(tǒng)。社會子系統(tǒng)以礦區(qū)居民為核心，以滿足礦區(qū)居民的居住、就業(yè)、教育、醫(yī)療、消費等需求為目標(biāo)，分為礦區(qū)人文系統(tǒng)和礦區(qū)消費系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)是指利用礦區(qū)內(nèi)外系統(tǒng)提供的物質(zhì)和能量等資源，生產(chǎn)出滿足國民經(jīng)濟(jì)需要的礦產(chǎn)品的過程，按照產(chǎn)業(yè)類型可分為礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。自然子系統(tǒng)分為非生物系統(tǒng)和生物系統(tǒng)，非生物系統(tǒng)包含環(huán)境系統(tǒng)(大氣、水體、土壤、巖石等)和資源系統(tǒng)(礦產(chǎn)資源、太陽能、風(fēng)能、水能等)，生物系統(tǒng)包含人類、動植物、微生物等。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分如圖1所示。

圖1 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能

生態(tài)系統(tǒng)功能是生態(tài)系統(tǒng)體現(xiàn)的功效或作用，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)作為一種人類主導(dǎo)的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，其功能是指系統(tǒng)及其內(nèi)部各子系統(tǒng)體現(xiàn)的功效或作用，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)、能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞等方面。

根據(jù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中能量、物質(zhì)及信息的交換方向及流動范圍，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能可劃分為外部功能和內(nèi)部功能。外部功能是指礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對外部其他系統(tǒng)產(chǎn)生的作用，通過與外部其他系統(tǒng)進(jìn)行能量、物質(zhì)與信息交換，確保礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部能量、物質(zhì)和信息循壞的平衡。內(nèi)部功能是指礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、自然子系統(tǒng)之間相互作用，保持系統(tǒng)內(nèi)部能量、物質(zhì)和信息循環(huán)暢通，同時，形成各種反饋機(jī)制來調(diào)節(jié)外部功能。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外部功能示意如圖2所示。

圖2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外部功能示意圖

1.3 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特征

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)作為一種人類主導(dǎo)的社會-經(jīng)濟(jì)-自然為一體的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，既具備自然生態(tài)系統(tǒng)中生物與自然環(huán)境間的相互協(xié)調(diào)，能量、物質(zhì)、信息的流動、循環(huán)，以及自我協(xié)調(diào)的功能；又受到人類活動的控制和干擾，自我調(diào)節(jié)能力較差[19]。根據(jù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和功能，該系統(tǒng)具有以下4個特征。

1) 復(fù)合性。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)既受自然環(huán)境影響，又受到科技發(fā)展和人類活動的支配。該系統(tǒng)是以礦產(chǎn)資源開發(fā)利用活動為中心的，兼具社會、經(jīng)濟(jì)和自然性質(zhì)的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)。

2) 人工性。在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中，人類出于生產(chǎn)、生活需求，在礦區(qū)內(nèi)興建公路、住宅、醫(yī)院、學(xué)校、商場等基礎(chǔ)設(shè)施，對礦區(qū)進(jìn)行了人工改造。在人工改造的過程中，改變了原始自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和演變方向。該系統(tǒng)是以礦區(qū)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)為核心的人工、半人工生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展和消亡均按照人的意愿進(jìn)行。

3) 開放性。作為一種復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在內(nèi)部社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、自然子系統(tǒng)相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，要不斷從外部系統(tǒng)進(jìn)行能量、物質(zhì)、信息的交換，同時，向外部系統(tǒng)排放廢棄物以維持自身的健康運轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)的發(fā)展與外部系統(tǒng)息息相關(guān)，受自然生態(tài)規(guī)律和社會經(jīng)濟(jì)規(guī)律的共同支配。

4) 能量、物質(zhì)流動的特殊性。自然生態(tài)系統(tǒng)中能量、物質(zhì)流動主要通過系統(tǒng)內(nèi)部各種錯綜復(fù)雜的食物網(wǎng)進(jìn)行傳遞，具體表現(xiàn)為生物的新陳代謝。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)能量、物質(zhì)流動主要受到人為支配，經(jīng)過各種機(jī)械設(shè)備運轉(zhuǎn)后多方向流轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)能量、物質(zhì)的流動是開放式的，并且需要大量的輔助能源與輔助物質(zhì)。

2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變是指隨著時間推移與礦產(chǎn)資源開采，原生態(tài)系統(tǒng)受到干擾被另外一種生態(tài)系統(tǒng)代替的過程。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變方式與其地理位置、自然氣候條件、礦產(chǎn)資源開采方式、礦種類型以及人類生產(chǎn)生活等息息相關(guān)，不同的演變條件下礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變類型、演變過程均不相同。本文該部分以煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合煤礦區(qū)原生態(tài)系統(tǒng)、自然氣候條件等，對煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變類型和過程進(jìn)行分析、總結(jié)。

2.1 演變類型

煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變類型很大程度上取決于其原生態(tài)系統(tǒng)類型，以及該系統(tǒng)所在地的自然氣候條件。煤炭資源未開發(fā)利用前，原生態(tài)系統(tǒng)類型一般分為自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)主要為林地、草地、濕地、荒漠、半荒漠等；人工生態(tài)系統(tǒng)主要為農(nóng)田、居住用地、城鎮(zhèn)等。

煤炭資源進(jìn)行開發(fā)利用活動后，位于干旱或半干旱地區(qū)的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在人類活動的干擾下，礦區(qū)土壤、植被等景觀遭到破壞，同時在干旱氣候的長期影響下，最終演變?yōu)榛哪虬牖哪鷳B(tài)系統(tǒng)；位于濕潤或半濕潤地區(qū)的煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，煤炭資源開發(fā)利用破壞原有巖層后造成地面塌陷，由于地下水位較高，地下水流入塌陷坑，最終演變成水域或水陸共生生態(tài)系統(tǒng)。

因此，煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變類型可分為2種情況，如圖3所示。一種是位于干旱或半干旱地區(qū)的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變成荒漠或半荒漠生態(tài)系統(tǒng)；另一種是位于濕潤或半濕潤地區(qū)的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變成水域或水陸共生生態(tài)系統(tǒng)。

圖3 煤礦礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變類型

2.2 演變階段與過程

按照煤炭資源開發(fā)利用過程，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變可分為4個階段，即原生態(tài)系統(tǒng)階段、系統(tǒng)受損階段、系統(tǒng)重建階段以及系統(tǒng)動態(tài)平衡階段[20]。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)各演變階段及演變過程如圖4所示。礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變過程可根據(jù)各個演變階段進(jìn)行具體劃分。

圖4 煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變階段與過程

1) 原生態(tài)系統(tǒng)階段。煤炭資源開發(fā)利用前，原生態(tài)系統(tǒng)一般為農(nóng)田、林地、草地、居住用地等生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)未受到外部活動干擾，其功能相對穩(wěn)定，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

2) 系統(tǒng)受損階段。原生態(tài)系統(tǒng)受到煤炭資源開發(fā)利用活動的干擾，生態(tài)系統(tǒng)功能逐漸受損，且受損程度不斷增加；損毀地出現(xiàn)并不斷增加，增速先加快后減緩；整個生態(tài)環(huán)境遭受破壞，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生逆向演替，形成受損生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)功能逐漸喪失。

3) 系統(tǒng)重建階段。煤炭資源開發(fā)利用活動結(jié)束后，按照是否進(jìn)行生態(tài)重建可分為兩種情況。一種是不采取任何修復(fù)方式，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在損毀嚴(yán)重，系統(tǒng)功能基本喪失的情況下，繼續(xù)發(fā)生逆向演替，最終形成系統(tǒng)功能完全喪失的退化或極度退化生態(tài)系統(tǒng)；另一種是對受損的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)重建，損毀地逐漸減少，生物多樣性增加，系統(tǒng)逐漸發(fā)生正向演替，系統(tǒng)功能逐漸恢復(fù)，最終形成功能相對穩(wěn)定、完善的生態(tài)系統(tǒng)。

4) 動態(tài)平衡階段。在生態(tài)重構(gòu)下，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了地貌重構(gòu)、土壤重構(gòu)、植被重構(gòu)、景觀重構(gòu)、生物多樣性重組與保護(hù)[21]。系統(tǒng)功能完全恢復(fù)，系統(tǒng)趨于動態(tài)平衡狀態(tài)。

3 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)模式

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)主要是針對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用活動帶來的生態(tài)環(huán)境問題，采取科學(xué)、系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)工程和長期的生態(tài)撫育措施，修復(fù)礦區(qū)受損生態(tài)系統(tǒng)，逐漸恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能，從而實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。按照礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變階段與過程，結(jié)合受損礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化程度和現(xiàn)有的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可劃分為自然恢復(fù)、輔助再生和生態(tài)重建等3種礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)模式。

3.1 自然恢復(fù)模式

自然恢復(fù)是一種無為而治的修復(fù)理念，是指依靠自然力量修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的過程和方法。自然力量是指自然界存在的風(fēng)、雨、重力、凍融等自然界存在的各種生物、化學(xué)和物理等作用[22]，自然恢復(fù)周期較長而成本較低。

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)是指在不實施任何人為活動的情況下，主要依靠自然作用逐漸修復(fù)受損后的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)逐漸恢復(fù)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能完善的較高水平的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。常見的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)有礦區(qū)水域自我恢復(fù)、礦區(qū)植被自我恢復(fù)等。以煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)為例，針對采煤沉陷影響較小，具備自然修復(fù)能力的礦區(qū)，適宜選擇自然恢復(fù)模式。特別是針對結(jié)構(gòu)簡單、功能單一的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)選擇自然恢復(fù)，從而避免因人工修復(fù)給環(huán)境帶來的干預(yù)和擾動，以最小的修復(fù)成本獲取最大的修復(fù)效益，實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡。

3.2 輔助再生模式

輔助再生模式是以受損礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力為基礎(chǔ)，輔以物質(zhì)與能量的人工輸入，促進(jìn)退化或受損的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能逐步恢復(fù)并進(jìn)入良性循環(huán)的活動[23]。輔助再生模式適用于受損礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中度退化、具備一定自然恢復(fù)能力的區(qū)域，需要積極引入生物干預(yù)措施和非生物干預(yù)措施進(jìn)行修復(fù)。

3.2.1 生物干預(yù)措施

生物干預(yù)措施主要分為2種，一種是控制入侵植物和動物，減少外來生物對原礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的干擾；另一種是重新引入礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中所需的動植物、微生物等，加快生態(tài)多樣性重組，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)。①通過引入超富集植物對礦區(qū)土壤中進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)移，改善礦區(qū)土壤理化性質(zhì)，降低土壤重金屬污染[24]。土壤肥力較差的地區(qū)可選擇種植豆科植物提高土壤肥力。林木修復(fù)可選擇耐貧瘠樹種，并且進(jìn)行多樹種混交種植提高其穩(wěn)定性。②在植物修復(fù)取得一定作用后，在礦區(qū)土壤中放養(yǎng)如蚯蚓等低等生物，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，降低土壤重金屬含量。同時，蚯蚓能夠增加磷等速效成分，促進(jìn)土壤農(nóng)作物的生長等。 ③通過引入微生物，利用微生物生命代謝活動減少土壤環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度，降低其毒性，從而改善土壤環(huán)境，改進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)，如采用復(fù)合菌和生物炭對土壤中重金屬Ni、Cd進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果顯示修復(fù)后的土壤中根際土壤細(xì)菌增加、真菌群落結(jié)構(gòu)多樣化，土壤環(huán)境明顯改善[25]。

3.2.2 非生物干預(yù)措施

非生物干預(yù)措施主要是采取物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行污染修復(fù)。

1) 物理修復(fù)技術(shù)。根據(jù)具體的礦區(qū)土壤條件、損毀地特性等，一是采取排土、換土、去表土、客土與深耕翻土等方法改善礦區(qū)土壤環(huán)境，具體操作是在礦產(chǎn)資源開采前將地表土壤分層挖取保存，以保證土壤物理結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)元素及土壤中生物擾動量最小，開采活動結(jié)束后，利用挖取保存的土壤進(jìn)行覆土工程；二是針對采煤塌陷地，采用煤矸石、粉煤灰、黃河泥沙等材料進(jìn)行填充后覆土，特別是黃河泥沙夾層式充填復(fù)墾技術(shù)對采煤塌陷地復(fù)墾具有積極意義，黃河泥沙充填層中夾土壤層后能夠有效改善重構(gòu)土壤的水分運動特性并提高保水性[26]。

2) 化學(xué)修復(fù)技術(shù)。一是通過在礦區(qū)土壤中添加化學(xué)試劑改善土壤pH值，平衡土壤酸堿性；二是在礦區(qū)土壤中施用適量的煤基復(fù)混肥，提高土壤中堿性磷酸酶的活性，改善土壤環(huán)境[27]；三是通過添加化學(xué)物質(zhì)與礦區(qū)土壤中的重金屬陽離子發(fā)生反應(yīng)，降低礦區(qū)土壤中重金屬污染程度及遷移能力[28]。

3.3 生態(tài)重建模式

針對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損程度嚴(yán)重、物種生存環(huán)境條件不穩(wěn)定、生態(tài)退化嚴(yán)重等情況，可采取地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建等方法結(jié)合工程技術(shù)手段，對受損的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)重建。本文針對高潛水位煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和部分礦區(qū)廢棄地提出了水陸生態(tài)構(gòu)建和轉(zhuǎn)型利用兩種生態(tài)重建模式。

3.3.1 水陸生態(tài)構(gòu)建

水陸生態(tài)構(gòu)建是高潛水位煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要手段，高潛水位煤礦區(qū)進(jìn)行開采后，容易造成地表巖層破壞，地面沉陷，地下水位較高便會流入地表，積聚于地勢低洼區(qū)，形成零星或集中連片的水域。根據(jù)水域范圍和面積，采用不同的方法進(jìn)行水陸生態(tài)構(gòu)建。

1) 地表沉陷區(qū)較淺，水域積聚面積較小，一般可采用疏排法建立排水系統(tǒng)，降低潛水位；或者通過煤矸石、粉煤灰、生活垃圾及河流泥沙等充填沉陷坑，覆土后再利用。

2) 地表沉陷區(qū)較深，水域積聚面積較小，可利用挖深墊淺法，挖深沉陷較深的地區(qū)，將挖出的土方充填至沉陷較淺的地區(qū)，挖深區(qū)域可治理應(yīng)用為魚塘、墊淺區(qū)域可治理應(yīng)用為耕地。

3) 大面積常年連片積水區(qū)，可進(jìn)行立體生態(tài)開發(fā)，將沉陷積水區(qū)建成水產(chǎn)養(yǎng)殖、飼料種植、林果蔬種植等綜合性基地。除此之外，還可進(jìn)行生態(tài)建設(shè)，構(gòu)建自然生態(tài)水域、觀光旅游用地、工業(yè)景觀和工業(yè)遺產(chǎn)用地等。

3.3.2 轉(zhuǎn)型利用

部分礦區(qū)廢棄地或經(jīng)過地質(zhì)勘探后已經(jīng)“沉穩(wěn)”的采礦沉陷區(qū)可做建設(shè)用地使用，一般包括發(fā)展下游產(chǎn)業(yè)、房地產(chǎn)開發(fā)、文化產(chǎn)業(yè)開發(fā)等。

1) 發(fā)展下游產(chǎn)業(yè)?？拷鞘谢蛎禾抗I(yè)城市可借助煤礦區(qū)優(yōu)勢，發(fā)展下游產(chǎn)業(yè)。如開采-洗選-發(fā)電、開采-洗選-發(fā)電-煤化工、開采-洗選-發(fā)電-高耗能產(chǎn)業(yè)等。

2) 房地產(chǎn)開發(fā)?？煞譃榕f區(qū)改造和新區(qū)開發(fā)，舊區(qū)改造是指對礦區(qū)廢棄地中遺留的工業(yè)建筑和配套設(shè)施進(jìn)行改造利用或拆除重建，優(yōu)化原有地塊的用地性質(zhì)和功能，房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)取得土地使用權(quán)后，依據(jù)城市規(guī)劃要求在原工業(yè)廢棄地上開發(fā)房地產(chǎn)商品，實現(xiàn)城市存量土地資源價值的提升。新區(qū)開發(fā)是針對受礦采資源開采活動破壞后，已恢復(fù)為城市建設(shè)用地后所進(jìn)行的開發(fā)利用，這類開發(fā)的優(yōu)勢在于區(qū)位上接近自然生態(tài)環(huán)境，地價較低且具備一定的基礎(chǔ)設(shè)施條件，開發(fā)商能夠以較低的成本實現(xiàn)具有特色概念、能產(chǎn)生附加值的產(chǎn)品。

3) 文化產(chǎn)業(yè)開發(fā)。利用礦區(qū)廢棄地及廢棄工業(yè)設(shè)施發(fā)展以文化產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，屬于一種新興產(chǎn)業(yè)。如石家莊正豐礦區(qū)利用現(xiàn)有優(yōu)勢資源，打造礦區(qū)全域旅游產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié) 語

通過對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)涵與特征、結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識可知，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個社會-經(jīng)濟(jì)-自然的復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，具備外部功能與內(nèi)部功能。外部功能負(fù)責(zé)與外部其他系統(tǒng)進(jìn)行能量、物質(zhì)與信息交換，確保礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部能量、物質(zhì)和信息循壞的平衡。內(nèi)部功能負(fù)責(zé)保持系統(tǒng)內(nèi)部能量、物質(zhì)和信息循環(huán)暢通，同時，形成各種反饋機(jī)制來調(diào)節(jié)外部功能。各子系統(tǒng)的復(fù)合組成與內(nèi)外部功能使得礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)合性，人工性，開放性和能量、物質(zhì)流動的特殊性等特征。

結(jié)合煤炭資源開采前原生態(tài)系統(tǒng)類型、所在地自然氣候條件等分析得知，煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)位于干旱或半干旱地區(qū)時演變成荒漠或半荒漠生態(tài)系統(tǒng)，位于濕潤或半濕潤地區(qū)時演變成水域或水陸共生生態(tài)系統(tǒng)；其演變階段包括原生態(tài)系統(tǒng)階段、系統(tǒng)受損階段、系統(tǒng)重建階段以及系統(tǒng)動態(tài)平衡階段等4個階段。針對受損礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，提出3種修復(fù)模式：自然恢復(fù)模式、輔助再生模式和生態(tài)重建模式。

本文研究總結(jié)了礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的演變類型、演變階段及演變過程，提出針對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)模式，旨在為生態(tài)環(huán)境脆弱的礦區(qū)資源開發(fā)集中區(qū)提供科學(xué)、合理的修復(fù)和重建模式，人工正確誘導(dǎo)受損礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的最終演替方向，確保礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)重建的潛在風(fēng)險最小化，從而促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的合理再利用和良性、可持續(xù)發(fā)展。