Theory of stepwise ecological restoration

International principles and standards for the ecological restoration and recovery of mine sites

“…The Recovery Trajectory for Mine Sites (Fig. 2) highlight the importance of all restorative activities while pursuing the highest degree of restoration practicable under current social‐economic and technical circumstances (Aronson et al 2017; Liu et al 2021). 35…”

“…They apply at varying scales and extent in pit, underground and strip mining for minerals, raw materials, coal, peat, oil, and gas, where terrestrial environments are impacted. Relevant concepts and tools in the International Standards are customized to meet the recovery and restoration challenges of mine sites (e.g., key definitions, the Eight Principles, Five-star System, Social Benefits and Ecological Recovery Wheels), together with additional concepts and tools consolidated from other leading guidance documents (International Finance Corporation 2012;ICMM 2019;Young et al 2019;Liu et al 2021).…”

“…The Recovery Trajectory for Mine Sites (Fig. 2) highlights the importance of all restorative activities while pursuing the highest degree of restoration practicable under current socialeconomic and technical circumstances (Aronson et al 2017;Liu et al 2021). 36 Conceptually, the Recovery Trajectory for Mine Sites offers a holistic approach enabling practitioners to apply the most appropriate and effective treatments given the physical, ecological, social, and financial environments 37 of the mine (both opportunities and constraints).…”

“…35 35 The Restorative Continuum may be presented in alternative terms in different countries, e.g. in China, stepwise ecological restoration is used (Liu et al 2021), which includes different stages of restorative activities ranging from environmental remediation, ecological rehabilitation, to natural restoration (i.e., natural regeneration). …”

Spatio-temporal variation of gray-green-blue storage capacity in nine major basins of China

“…库) 、绿色(如森林) 、蓝色(如湖泊)三种。地下水受复杂地质构造影响，水储量估算难度大， 本文主要聚焦地表水蓄水能力的演变规律。其中，灰色基础设施(如水库)为调蓄水资源时空分 布不均的状况起到了重要作用，通过调蓄作用削峰补枯，减少径流的季节和年际波动，发挥了重 要的防洪减灾、蓄水供水、水力发电、改善航运等功能 [1] 。由于灌溉引水设施、跨流域调水等也 是通过水库进行调蓄和调度，因此水库蓄水能力是灰色水基础设施的集中体现。然而，过度修建 水利设施会产生社会经济、环境生态等多方面不利影响。一方面，修建水利设施在经济上需要投 入大量前期成本 [2] ，而病险大坝的维护成本巨大，一旦发生险情将产生灾难性后果。另一方面， 修建水利设施减缓营养元素在水体中的运移，影响生态系统的生物化学循环过程 [3] ，以及洄游性 鱼类的生长与繁殖 [4] ，对水生生态系统产生严重影响。 绿色基础设施主要指森林、草原等植被，通过植被层、枯枝落叶层、土壤层截留等过程，决 定了流域对降水的分配 (蒸散发和径流) [5] 。 相比于灰色基础设施， 绿色基础设施具有涵养水源、 净化水质、减少地表径流与土壤侵蚀、保护水与土壤环境等重要生态服务功能 [6] 。蓝色基础设施 则主要指湖泊、湿地等水体 [7] 。与绿色基础设施相似，湖泊湿地具有调蓄水源、净化水质、控制 沉积、保护水生生态等功能；此外，湖泊湿地作为陆域水生生态系统，具有较高的初级生产力， 直接为人类及其他生物的生存提供水资源以及丰富营养，在美学、教育、科研等方面也具有极高 的价值 [8] 。 同时绿色和蓝色基础设施作为基于自然的水资源管理解决方案 (nature-based solution) ， 对自然扰动较小，建设和维护的成本相对低廉，引起越来越多水资源管理者的重视 [9][10] [11] 。 灰色、绿色、蓝色基础设施在水资源管理方面均具重要作用。关于流域灰(如水库)-绿(如 森林)-蓝(如湖泊)蓄水能力，对流域水资源管理、水旱灾害调控影响的讨论由来已久。从学界 黄秉维先生关于森林水文效应的论述 [12] ，到 1998 年长江、松花江流域洪水后对森林和湖泊防洪 效应的讨论 [13][14] ， 再到新时代"山水林田湖草"综合治理理念和渐进式生态修复理论的提出 [15] 。 灰 -绿-蓝三种蓄水设施对水资源管理的利弊权衡都是重要的科学问题，更事关防洪安全、水资源安 全、可持续发展等国计民生问题。 人类与自然是相互耦合的系统，人类对自然的过度开发破坏了自然生态系统结构，削弱了自 然提供的生态服务； 而自然生态系统的退化又会对人类生存构成挑战， 造成洪涝、 干旱、 沙尘暴、 高温热浪等灾害，也对生物多样性和人类可持续发展带来挑战。在人类世，人类对自然产生的影 响已不可忽略 [16] ，自然与人类改造自然的力量在各尺度上，复杂的偶联关系和相互作用是人类世 研究的热点 [17] 。水库大坝等水利设施是人类利用和改造自然界最深刻最突出的表现之一。目前， 将灰-绿-蓝基础设施协同定量的研究大多针对城市尺度，如 Chen 等认为灰色与绿色基础设施结 合可以有效地提高城市洪水管理能力 [18] ；Ncube 等定量分析灰色、绿色、蓝色基础设施对城市生 态系统服务的价值 [19] 。然而仍缺乏系统分析影响流域水系统的自然和人为能力的对比研究，宏观 [20] 和 GRanD [21] 。GOOD2 包括了全球卫星遥 感影像可见的大坝，但仅含有大坝的地理空间位置信息。GRanD 包括了高度大于 15 米或面积大 于 0.1 平方千米的大坝，含有大坝的地理空间信息及库容、建设年份等属性信息。 由于 GRanD 存在数据异常大坝，本研究先除去其中的异常数据，然后除去 GOOD2 中与 GRanD 相同的大坝。从 HydroLAKES [22] 数据集中获取 GOOD2 中剩余大坝的属性信息。最后将 两个数据合并即得到所需大坝数据。 (2)自然湖泊数据 自然湖泊数据包括湖泊的库容数据和面积变化数据。湖泊库容数据来自 HydroLAKES [22] ，包含了全球面积大于 0.1 平方千米的湖泊，包括里海、人工水库和季节性的湖 泊在内。根据大坝数据，除去 HydroLAKES 中的人工湖泊，得到自然湖泊的地理空间信息和库 容等数据。湖泊面积变化数据来自中国湖泊数据集(1960s-2020) [23][24] ，包含了过去 60 多年详 细的中国湖泊(面积大于 1km 2 )的数量与面积信息。该湖泊数据集利用 Landsat 影像和地形图， 通过半自动水体提取和人工目视检查编辑制成。 (3)土壤根系蓄水能力数据 土壤根系蓄水能力数据来自 Wang-Erlandsson [25] ，Kleidon [26] 和 Schenk [27] 估算的全球土壤根系蓄水能力数据， 三者采用不同的方法进行估算。 Wang-Erlandsson 等 利用遥感蒸发和全球降水等数据，反演出全球土壤根系蓄水能力 [25] 。Kleidon 利用两种反演算法 对土壤根系蓄水能力进行估算，其一是基于植物净碳吸收量最大的假设，其二是融合根系模型和 光合有效辐射获取的根系深度进行估算 [26] 。Schenk 等收集了文献中实测的根系分布数...…”