引 言
众所周知，人口多、环境消耗大是我们面临的重大问题。我将考虑问题的一方面，这方面一直伴随着人们对于文明舒适的追求。因为这种追求远为巨大的部分，以无机矿物和建筑材料的形态，终归来自大地，并与生态系统（土壤、动植物等）紧密相连。开采和其他活动引起生态系统破坏成了文明的必然部分，的确并不奇怪。仅我们英国的荒废土地已扩展到340，000公顷，这个过程可能还在继续。
所以有大量建设工作要做，因涉及生态系统，这些工作应是生态学家所关心的。或许关键在于事情该做，若生态学家不考虑，则任务将会落到其他专家手中。那时非但我们失去了生态科学的各种实践机会，而且这些工作也不可能做得尽善尽美。
当然，开采活动多种多样，开采矿物、作业及其影响大不相同，后果各异。我们不要期待能够产生建设具良好调节机能的生态系统的普遍规则应用于所有情况，并看到这些规则多大程度符合生态学理论。
自然过程
从土壤学和生物学意义来说，我们经常看到的不单是植被的破坏，还有土壤的大量流失。“土壤”不过成了一种骨架，饱含限制因素；它与冰蚀、火山活动等自然过程的产物没有很大差别。荒地上不施加人工力量而自然形成的生态系统很有价值，它使我们不仅能够了解有关生态系统重建过程，而且可以了解自然生态系统的发育。显然由于原初基质只是一种骨架，我们处理的将是缓慢的原生演替过程，而不是较快的次生演替。这两种演替形式完全不同，我们要区别对待。
1.定居
很容易把动植物种群在荒废和衰退的土地上定居，认为是简单过程，只需要周围繁殖体的再侵入。但这些破坏的生境与其周围的生境往往存在很大差异，因此我们可以区别四个相互联系的过程。
最关键的第一过程是种群进入这种生境。只有具备一定散布能力的种群才能迁移。它们可有不同的散布方式，有的可作远距离散布，有的只限于近距离内。如英国西北部碱性废物堆积地，由于初始成分几乎都是氢氧化钙，只有可忍受这种特殊条件的种群才能定居。但附近基本不存在这样种群的自然生境，迁入者则限于那些较远的极具散布能力的类型。
繁殖体迁入后，第二过程就是种群选择。只有适应特定生境条件的种群才可能定居下来。如以上碱性废物所表明，化学条件极为重要，它给种群的适应性提供了严格的筛。也许有些奇特，约克夏矿山废墟的种群定居过程，种群数量与废墟堆积物的年龄无关，而与废墟的酸碱度关系密切，因这时酸碱度是建群的主要决定因素。北威尔士石砾荒地上，定居的优势种是乔木，而不是其他矮生类型，因只有树木才具备深的根群，能够克服荒地的砾质表层；这时物理因素则起了一定作用。
第三过程（与前一过程同时发生）是选择那些可进化出对极端环境条件适应性的种群。金属污染环境的种群定居过程对此最为鲜明。正常生境中至今尚未发现耐金属的物种。但一般种群处在金属污染环境中通过自然选择可进化出这种特性。定居决定于这种特性的进化能力，这种能力通常只是某些物种所具有。荒废或衰退土地各种环境因素中，金属污染对种群影响的相对严重程度尚不明确，可能比我们想象的要好些。
最后过程不管怎样，生境都将形成鲜明的植物区系。由于原初生境可能是裸露的，很适宜那些不耐竞争的种群，因此这些种群前三个过程都能成功。有时这些生境具有非常特殊的植物区系，有时则成为其他稀有种群的避所。生境中种的组成可遵循关于海岛群落所呈现的种群数量与生境大小之间的一般生物地理学关系。实质上建立怎样的植物区系，这是必然的结果，只是部分被偶然因素复杂化而已。
2.生态系统发育
初步定居之后，随着过程的演进，必然发生诸种变化。由于原先基质是骨架性质的，缺少一般土壤的大部分物理、化学和生物学特性，因此最重要过程与土壤发育有关。
显然首先需要土壤和植物的养分累积。如果土壤有效养分不足，植物生长发育就会受到抑制。但往往演替初期许多主要养分水平很低，特别是氮素，因其不是土壤矿质的组成分。
使土壤肥力充分提高的主要过程是：①土壤矿质风化（K、Mg、P、Ca）；②沉积作用（Ca、N）；③植物深根群生物学移动（K、P）；④生物固定（N）。自然演替过程生物固氮作用极为重要，它对生态系统发育有显著影响。
土壤毒性也在发生变化。一种极普遍的毒性是黄铁矿风化产生的酸性，尤其在铁矿荒地。但长期不断风化至少使表层酸性下降。而重金属在土壤中难移动，更为耐久。所以生境的金属污染影响植物生长是长期问题。但虽未经精密分析，仍可观察到表层毒性物质的减少情况。
这些变化导致生态系统发育，可从生物量和种的组成来说明。遗憾的是，可能从未有过对单一生境进行时间序列的记载。但许多开采和废料倾卸活动的连续性使之有可能同时对一系列不同年龄的生境作有效的观察。如某高岭土荒地存在一种土壤、植被的发育序列，其重要因素显然是氮素的增加，其他方面变化很小。如果说植被变化仅仅是不同的生长和竞争的结果，可能还有争论。但大部分种群都是初期就出现的，而那些属于演替后期出现的如柳树，只有当土壤（在氮素累积方面）开始发育后才迅速生长。明尼苏塔（Min-nesota）菱铁矿污染区可以看到类似情况：演替后期白杨树的生长加快了。
因此，生态系统发育可能部分是外部因素推动的，与原初基质的物理化学变化无关；部分由于内源因素，主要是植物的活动。
但发育还可能受基质特性的影响，金属污染生境尤为明显。碱性荒地亦不例外，它存在对磷酸盐具极度结合性的物质。因此虽然发育了五十年，这些生境的植被覆盖率也只有50%。发育还受种群本身的适应能力的影响。英国西北部的碱性荒地曾引种正在消失的种群如白鹤灵芝等植物，现已获得迅速发展。
这些生境的自然发育已产生一些很有价值的生态系统，有的成为重要的生态避所。但自然发育总是那样缓慢，我们要求采取人工手段，加速生态系统的发育进程。
人工建设
问题的关键是缺少土壤。在还存在土壤的地方，生态系统的恢复是可以的也是必要的。在土壤丧失殆尽的地方，要运进其他表土则经济上似乎不大可能，而必须对原初的骨架基质进行改造。现已表明，诸限制因素都可一一处理，有许多措施是切实可行的。
但对此要问，我们是否真正了解各种生态系统，了解它们的机能及其障碍因素。我们进行试验，问题不在于我们能否从书面上尽管是科学的解释生态系统，而在于我们能否采取综合措施来推动生态系统运转。我们可以通过对诸问题的处理检查自己的能力。
物理因素
主要由于使用重型机械，土壤固结作用是经常发生的。这可通过破碎和耕作，即目前可行的措施来解决。但其作用可能是暂时的，再次固结影响植物生长的问题依然存在。虽可证明植物有累积的抗固结效应，但有关固结作用对刚形成的生态系统生产力的影响及其如何能够得到长期解决方面尚不清楚。不可轻视蚯蚓的作用，它们能产生良好土壤累积于地表，且这种累积与地下孔道数量是一致的。
过湿常可由排水来解决。要对付干旱问题则困难多了，但其严重性也许言过其实。有时废地基质可比恢复的土壤具有更高的有效持水性；有时基质的持水性虽较低，可能也只在表层缺水，对某些具根系适应性的植物并没有影响。因此有一种重要的相互作用：植物根系的生长受养分的限制，可通过提供养分来缓和干旱问题。由于动植物的富集效应，在长期过程中有机质含量增加，紧实度下降，其本身将改善土壤的持水性。
养分
主要养分是普遍缺乏的。通常利用氮、磷、钾肥料来补充，其作用快速而有效。但仅此是不够的。试验表明缺氮问题经常存在，一旦停止氮肥施用，植物生长就减缓或停滞。
测定不同生态系统年物质生产对养分的需求表明，氮素最为重要。一次施肥虽可满足一年的生长需要，却未能满足次年；必须由土壤有机质贮量的部分矿化来提供。所需的这种贮量的大小可以简单计算。如测得每公顷年需氮量为100公斤，有机质降解率为1/16（适用于温带生态系统），那么每公顷需要的氮素贮量为1600公斤。发达的自然生态系统可超过这一水平，但它可能符合刚发育的生态系统。
这些养分如何累积呢？不断施肥是可能的，但费用昂贵。垃圾的施用极为有效，每公顷施用50吨它的干固物质约可提供1500公斤氮素，作为有机肥极为合适，还有625公斤磷素，可能是有效的解离态。但多数条件下，明显有效的是豆科植物，其每公顷一年至少累积100公斤氮素，且容易矿化。但需要寻找耐不良环境的类型。豆科灌木可作为乔木的保姆；羽扇豆尤其有效，它每公顷一年累积的氮素可超过150公斤。当然，固氮乔木如洋槐属植物对其自身可能是重要的。
其他许多养分一般不成问题。但有关废墟基质对磷的结合力还要有足够认识。碱性荒地是一极端情况；而矿山的破坏作用在这方面亦相当严重。它使得每公顷需磷量可超过200公斤。当然，固定作用是长期发生的；任何养分都可成为植物的组成分和土壤有机质的结合物；同时还会发生淋溶作用。因此对于多数基质类型要保证生态系统生产力不下降或某些种群不受影响，则需要认真对待特别是钙和磷的问题。
能否利用适应低养分水平的植物来克服上述问题，常有争论。植物虽多少具有耐低养分水平的能力，从而适应特定的生境条件，但不能否认所有植物的生长都要求有足够的养分供应，即使最有忍耐性的种群要没有这些养分就不能生长。
毒性
最普遍的毒性（尽管限于矿山荒地）是由黄铁矿风化形成的极度酸性。黄铁矿的影响常使pH值降到2 ~ 3，几乎限制所有植物的生长。施用石灰是有效的。但由于未氧化黄铁矿的不断风化，强酸的再度出现，往往导致植被的衰退。所以有必要考虑并测定未氧化黄铁矿的状况以及基质对酸性物质的中和能力。新矿基质由于存在碳酸盐，pH常较高，只有当黄铁矿继续风化一些时间后才开始下降。目前已采取每公顷施用150吨碳酸钙来减少黄铁矿的影响。
重金属是一难对付的问题。初看起来，似乎可通过增施有机质来克服，但由于有机质存在饱和和氧化问题，其作用只是暂时的。问题的复杂性要求我们了解生境和植被中的金属水平及终极生态系统所需要的金属移动的控制程度。
金属水平较低的地方可建立正常的植被；进行一定时间的管理，让特殊的动物消耗污染的牧草，那么甚至有可能成为牧场。金属水平较高的地方可利用耐金属种群；当然还需要施肥以增加养分。即使耐金属植物地上部的有关金属含量明显低于不耐金属的类型，但其金属水平仍然很高，放牧时应十分注意。自然食物链中可能还存在富集作用，但耐性植物以低廉的费用提供了良好而稳定的地面覆盖。要控制金属的移动，得有某种惰性物覆盖地表。采取这种措施，金属的移动就能完全制止；虽然植物根系可深入覆盖层，仍有接'触的机会，同时还会有不同地段的风吹移动。
从生态学观点来说，第二种方法最有意义，它显然也适用于其他情况，如碱性问题。但要完全控制金属在生态系统中的移动，就必须采取第三种措施；这需要做大量工作，且耗资昂贵。因此毒性金属的开采仍存在环境问题。
植物
原来植被及有关动物既已丧失，就得采取人工措施来恢复。我们知道，自然过程是缓慢和随机的。只要传统方法可供利用，恢复就较容易。
有时，生境基质或地形的性质可给一般方法的利用带来困难。因此如水力播种常用到，它把种子喷射在含有机覆盖物、肥料、稳定剂的泥浆生境中。初步看来似一有效方法，它模拟以致改善一般的生态过程。但对混合的禾草及三叶草种子，还有突出问题。试验结果表明，其原因在于毒性物质与种子、肥料、稳定剂之间的相互作用。因此还要对该技术效果重新作认真的评价。
乔木和灌木的种植对当时的物理条件特别敏感，但这常可采取适当基质的保护性措施来解决。那些地面粗糙多石等生境不能直接种植，而利用有机泥浆播种则非常有效。其他较正常的生境，只要充分注意各生态环节，就可直接播种。
要建立或恢复自然植被，在适应性种群的提供和定植方面可能还存在问题。困难在于投资。有关能够做到的，也有些显著的例子。如只要求恢复原先植被，还容易办到。在澳大利亚的矿砂和矾土矿区，在英国沼泽地铺设管道后的恢复过程，表层土壤作为植物繁殖体（种子和营养器官）的来源，很有价值。
但这种土壤取代方法未能解决种群问题，尤其是那些营养繁殖体生长不良，种子又缺乏休眠的乔木和灌木。而种群的生物学一旦弄清就不难收集它们并采取直播或植苗。这在澳大利亚已广为推行，在美国酸性土地上也正大力发展。没有任何理由，有了相应的生态学知识，野生种就不能采用同栽培种一样的简单处理法。但要寻求最有效办法来保证快速而成功的定植，还要进行研究。
植物作为保姆和覆盖物亦非常有效，这是发展中的新技术。农业的保姆作物概念是人们所熟知的；它同样可应用于自然植被。如以高粱作为保姆、在低密度少养分条件下播植，有利于某些矿区&然植被的重建。当然对植物稳定化功能的利用并非刚刚开始，对它各方面利用价值的鉴定很有必要。
动物
生态系统中有植物，也有动物。对于功能良好的生态系统来说，这些动物为数不多，它们是对任何生态系统都极为关键的高营养级。无论如何，生态系统中的许多重要过程如有机物降解和传粉作用都离不开动物。这些过程需要的所有动物几乎都是极富移动性的如土壤动物区系。但有些种群，特别是蚯蚓，较不活跃，却可能很有利用价值。
其他所有动物不管是否需要，只要条件适宜都能自行定居。鱼是一例外，但容易人为引进。如有特殊需要，就得对生境进行相应改造。关于可以办到的没有比这例子更好的了：为了发展野禽及其他鸟类，对荒废的砂砾低地进行改造，然后种上特定的植物，达到了预期效果。
结论
的确，在追求文明造成的荒废土地上，生态系统的重建是可能的。自然本身是其最好的证明。
稍想可知，创造性生态学在衰退的陆地生境中有着广阔领域。道路业已铲平，多种方法可供选择。从生态学观点，这些生境的重要优点在于是一种骨架，土壤和植被都没能很好发育；在这样生境中可以建立具有特定植物动物区系的处于演替初期的群落。但同样，也可借助现代技术建立更发达的群落。
然而要取得能够发挥机能、自我维持、经济有效、种群和结构理想的生态系统的成功，使之能够正常运转，还需要做大量而有效的工作。单纯的万应规则是找不到的；这点很重要，因它与目前生态学中的还原主义（reductionist）倾向是相背离的。
最近有人认为生态学家常在自做其事。在生态系统建设工作中，需要多方面人员的配合。需要生态学家、工程师、园林设计师和企业家的共同努力，需要相互共事的能力。同时还要求具备其他素养：能够把理论转化为实践，通过实践总结经验，发现问题，进一步发展理论。有时工作走向失败，更证明我们生态学知识的缺乏。但只要生态系统建设获得成功，就会发挥它的机能，这是对生态学知识的最终检验。
[The Journal of Applied Ecology，1983年4月，第20卷，第1期]