黄土高原是我国典型的生态脆弱区之一,在经济新常态下众多矿山关闭,生态破坏严重,矿区正面临着社会、经济、生态等多重困境。自然恢复作为生态修复的一项可选策略,在黄土高原矿区是否可行,应如何科学进行自然恢复与人工修复的科学决策等,正受到学者们的关注。为此,本文综合运用野外调查、试验分析和数学建模等方法,试图通过自然恢复的典型案例,揭示主要扰动的自然恢复机理及自然恢复的非线性过程,探索自然恢复策略的适用条件,为黄土高原矿区生态修复决策提供依据。本文主要的发现与结论有:(1)裂缝、滑坡是黄土高原矿区最主要的生态扰动形式,且存在着自然恢复的客观现象。对山西省7个矿区75个开采工作面的调查发现,裂缝和滑坡导致大量土地废弃、地质灾害频发以及植被死亡等,是黄土高原矿区关键的生态扰动,也是生态恢复关注的焦点。其中动态裂缝随工作面的推进能快速愈合,而边缘裂缝存在时间较长,但在无人工干预的情况下,裂缝数量及单体强度也会随时间而减少。滑坡发生后,植被破坏严重,但不少实例表明,即使是滑坡形成的次生裸露坡面,多年后植被覆盖度依然可恢复到周边平均水平,并有良好的物种构成及群落特征。(2)地裂缝自然愈合的驱动力有采煤驱动、自然营力驱动和社会经济活动的驱动,其中高强度的水土侵蚀是边缘裂缝愈合的主要原因。裂缝自然恢复能力是裂缝体积、物源面积和供给模数的复合函数,裂缝愈合时间与裂缝的发育强度负相关,与物源区面积、供给模数正相关。(3)滑坡面植被自然恢复的主要作用力在于地形变化、土壤种子库和社会经济活动等,其中种子库是早期植被快速恢复的主要原因。滑坡面植被自然恢复能力是种子库含量、土壤营养、坡面植被覆盖度的一阶常微分方程,滑坡面植被自然恢复时间与上述因素均呈负相关。(4)黄土高原矿区生态恢复决策的技术流程包括:叠加分析、恢复方向判断(初步判断)、自然恢复时间估算、可容忍性判断等四个步骤。恢复决策应从生产力恢复和生态功能恢复两种角度综合分析。对翼城县1号煤矿开采区的实证研究表明,48条裂缝中可自然修复23条,5处滑坡面中4处可自然恢复,其余的须依靠人工恢复。