礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系及可持續(xù)發(fā)展對(duì)策

李園園，郭增長(zhǎng)，馬守臣，王 銳

（河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000）

礦糧復(fù)合區(qū)，指該區(qū)域不僅歸屬于糧食主產(chǎn)區(qū)，同時(shí)又歸屬于礦產(chǎn)資源主產(chǎn)區(qū)，是礦產(chǎn)和糧食復(fù)合主產(chǎn)區(qū)的簡(jiǎn)稱。在我國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)省中，有12個(gè)是煤炭主要生產(chǎn)省，同時(shí)也都是人口大?。晃覈?guó)煤炭資源與耕地資源分布的復(fù)合面積就占我國(guó)耕地總面積的40%以上，其中煤炭保有資源與耕地資源復(fù)合面積占全國(guó)耕地總面積的10%[1-2]，有的礦糧復(fù)合主產(chǎn)區(qū)的礦、糧復(fù)合面積比例更大。礦糧復(fù)合區(qū)所包含的糧食生產(chǎn)和礦業(yè)生產(chǎn)不僅在地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起重要作用，而且在我國(guó)糧食安全、能源安全戰(zhàn)略體系中占有重要地位，關(guān)系到國(guó)家的糧食安全、能源安全、環(huán)境安全、生態(tài)安全及社會(huì)安全，其可持續(xù)發(fā)展在中國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)等方面占有十分重要的戰(zhàn)略地位。

1 生態(tài)系統(tǒng)健康概念

生態(tài)系統(tǒng)健康是指結(jié)合人類健康的概念，以生態(tài)學(xué)理論為框架，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和特征進(jìn)行系統(tǒng)診斷一種方式，并以此為基礎(chǔ)提出有針對(duì)性的解決方案。生態(tài)系統(tǒng)健康概念雖然提出歷史相對(duì)較短，但由于其為人類提供不可或缺的服務(wù)等特殊功能而受到了廣泛的關(guān)注。我國(guó)在生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方面的研究起步較晚，且據(jù)發(fā)表的文獻(xiàn)來看，大多側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)健康相關(guān)概念及其評(píng)價(jià)理論方法的概況介紹與研究綜述；從2002年開始出現(xiàn)有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的個(gè)案分析，但多為湖泊、森林等自然生態(tài)系統(tǒng)的類型健康評(píng)價(jià)[3]。礦糧復(fù)合區(qū)是一個(gè)極其脆弱的人為生態(tài)系統(tǒng)。一方面隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦業(yè)開發(fā)對(duì)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)安全、糧食安全、社會(huì)安全等各方各面的影響將不斷加劇，且這一影響將在礦糧復(fù)合區(qū)表現(xiàn)得更為集中和明顯；另一方面隨著人們對(duì)糧食質(zhì)量和食品安全的重視程度日益提高，礦糧復(fù)合區(qū)這一特殊但卻廣泛的生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)越來越受到人們的重視，但目前該類系統(tǒng)研究缺乏，關(guān)于礦糧復(fù)合區(qū)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的研究剛起步，還需要進(jìn)一步的開展調(diào)查和評(píng)價(jià)。

2 礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)存在的主要問題

2.1 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)

2.1.1 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的影響 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的影響主要包括兩方面，一是對(duì)水資源的浪費(fèi)，礦井水的人為疏干，采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙對(duì)煤系含水層的自然疏干[4]，不僅浪費(fèi)了地下水資源，而且破壞土層結(jié)構(gòu)，降低地下水位；二是對(duì)水資源的污染，未經(jīng)處理隨意排放的礦井水匯入河流、用于灌溉，堆積的煤矸石等礦渣經(jīng)雨水沖刷都會(huì)引發(fā)不同程度的水體污染。

2.1.2 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)耕地資源的影響 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)土地的影響主要表現(xiàn)在以下4方面：一是礦業(yè)開采過程中造成的農(nóng)田地表塌陷，不便于農(nóng)田大型機(jī)械化生產(chǎn)，降低耕作效率；二是煤炭開采破壞了土壤結(jié)構(gòu)，加大鹽漬化趨勢(shì)，降低土壤肥力；三是礦業(yè)開采產(chǎn)生的重金屬、有機(jī)物、放射性物質(zhì)等，通過水、空氣，或者人為移動(dòng)等多種途徑污染土壤，影響糧食安全；四是礦業(yè)開采本身占用耕地，其副產(chǎn)品如煤矸石等也壓占大量的耕地。

2.1.3 礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)大氣的影響 煤矸石長(zhǎng)期露天堆放導(dǎo)致風(fēng)化、自燃，產(chǎn)生大量含重金屬顆粒的揚(yáng)塵，并向空氣中排放大量的有毒有害氣體；礦區(qū)火電廠產(chǎn)生大量的粉煤灰飄浮到空氣中，礦區(qū)來往的大型運(yùn)輸車輛產(chǎn)生的灰塵和排放大量的尾氣等，都將對(duì)礦區(qū)空氣造成污染。

2.2 農(nóng)田管理不善

惡化的土壤、水、大氣質(zhì)量不同程度的影響農(nóng)田的生產(chǎn)潛力和產(chǎn)品質(zhì)量，但是缺乏相關(guān)修復(fù)知識(shí)、不合理的田間管理則更加重了農(nóng)田破壞。無序投肥造成大量殘余，導(dǎo)致土壤的次生鹽漬化[5]；不合理的灌溉，浪費(fèi)水資源的同時(shí)，表層土壤鹽分、礦物度增大，加劇土壤次生鹽漬化；連作加重土傳病蟲害；缺乏大型機(jī)械旋耕導(dǎo)致生產(chǎn)力低下，生產(chǎn)效率不高。

3 礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)體系法

生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)可以劃分為定量分析和定性分析兩類[6]。其中定量分析包括因子分析法[6]；定性分析包含指示物種法[7-8]與指標(biāo)體系法等[9-10]。礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)以人類活動(dòng)為主導(dǎo)的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，其健康評(píng)價(jià)以指標(biāo)體系法最為恰當(dāng)。

指標(biāo)體系是受科學(xué)性和完整性約束而成的相互關(guān)聯(lián)、相互制約的一系列指標(biāo)集合，具備目的性、理論性、科學(xué)性、實(shí)用性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。比較早且完整的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由U.N.Environmental Program（UNEP）召集，于 1992 年在日內(nèi)瓦建立的海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9-10]。國(guó)內(nèi)目前已有的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究也均采用本方法。對(duì)于很難找到切合的指示物種對(duì)其健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，指標(biāo)體系法無疑是最佳的評(píng)價(jià)方法。

3.2 指標(biāo)體系建立原則

構(gòu)建科學(xué)且實(shí)用的指標(biāo)體系的根本目的，就是要把復(fù)雜的礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)健康建設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為可以被度量、計(jì)算和比較的數(shù)字或者數(shù)據(jù)，以便為制定礦糧復(fù)合區(qū)建設(shè)的總體規(guī)劃和方針政策提供一些定量化的依據(jù)。由于對(duì)象系統(tǒng)的復(fù)雜特性，單一的觀測(cè)和指標(biāo)并不能準(zhǔn)確的描述和界定其特性，因此數(shù)量可觀、類型多樣的觀測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)是必須的，但是所選擇的指標(biāo)不可能面面俱到，否則會(huì)使指標(biāo)體系十分繁雜，不便操作，甚至操作失靈。因此如何正確、合理地選擇有需要的指標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)、高效的指標(biāo)體系的核心。根據(jù)礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)本身的特性，所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系或所選取的指標(biāo)應(yīng)當(dāng)具有以下的特性：

（1）系統(tǒng)性：選取的指標(biāo)間聯(lián)系有機(jī)、有序、系統(tǒng)，更要考慮對(duì)象系統(tǒng)和社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人類健康和社會(huì)體制等系統(tǒng)之間的緊密聯(lián)系，并相對(duì)完備。

（2）客觀性：指標(biāo)體系必須能夠客觀和真實(shí)的體現(xiàn)出礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的科學(xué)內(nèi)涵和基本特征，能夠客觀描述系統(tǒng)發(fā)展演變的狀態(tài)，詳盡闡述礦區(qū)子系統(tǒng)和農(nóng)田子系統(tǒng)指標(biāo)間的相互聯(lián)系，并能較好的測(cè)度指標(biāo)體系的主要目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。

（3）可操作性：指標(biāo)概念明確，且獲取應(yīng)相對(duì)容易、數(shù)據(jù)量充足，并且能夠被定量測(cè)度。

（4）突出性和獨(dú)立性：指標(biāo)的選擇要能夠表征出系統(tǒng)中最為主要的成分變量、突出當(dāng)前不僅帶全局性而且又極其關(guān)鍵的問題。

（5）國(guó)際可比性：為了便于國(guó)家與地區(qū)間的交流，應(yīng)當(dāng)盡量把指標(biāo)體系和影響因子的口徑、范圍統(tǒng)一到國(guó)際通用或者常用的指標(biāo)上來，且一定要經(jīng)得起走在該領(lǐng)域前沿的國(guó)家的檢驗(yàn)。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取流程 結(jié)合礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)存的問題、系統(tǒng)特性、指標(biāo)選取原則，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本思路如圖1所示。

圖1 礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建基本思路

3.3.2 指標(biāo)體系 生態(tài)系統(tǒng)健康可以通過活力（Vigor）、組織結(jié)構(gòu)（Organization） 和恢復(fù)力（Resilience）3個(gè)特征來進(jìn)行定義[11-12]?；盍Ρ硎旧鷳B(tài)系統(tǒng)的功能，可根據(jù)新陳代謝或初級(jí)生產(chǎn)力等來測(cè)度；組織結(jié)構(gòu)是根據(jù)系統(tǒng)組分間相互作用的多樣性及數(shù)量來評(píng)價(jià)；恢復(fù)力也稱做抵抗力，是指系統(tǒng)在脅迫下維持其結(jié)構(gòu)和功能的能力，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的維持程度和時(shí)間來測(cè)度[13-14]。

根據(jù)礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和指標(biāo)篩選原則，從礦糧復(fù)合區(qū)自然環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3方面分析，在借鑒前人建立的指標(biāo)選取原則基礎(chǔ)上，結(jié)合礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的典型、脆弱的人工生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)，選取指標(biāo)，并建立指標(biāo)體系（表1）。這些指標(biāo)可反映出礦糧復(fù)合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生產(chǎn)力、可持續(xù)性、社會(huì)和恢復(fù)力等要求。

表1 礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 礦糧復(fù)合區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展對(duì)策

本著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)和諧發(fā)展的理念，運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和系統(tǒng)工程學(xué)等多學(xué)科融合原理，結(jié)合礦糧復(fù)合區(qū)目前的發(fā)展情況和特性，從社會(huì)和法制，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等多方面綜合考慮，提出以下可持續(xù)發(fā)展對(duì)策。

4.1 綠色采礦，減少礦產(chǎn)開采對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的破壞

采礦將直接破壞億萬年來自然力作用形成的土地、水、植被、草原等環(huán)境要素，以目前科學(xué)技術(shù)，暫時(shí)還無力復(fù)原被破壞的包含全部信息的環(huán)境資源[15]。因此，應(yīng)在損害環(huán)境最小的狀態(tài)下取得最大量的資源或者在同樣環(huán)境損害狀態(tài)下達(dá)到最大資源回收率，使得環(huán)境損害/單位資源比趨于最小[4]。以此為目的的綠色采礦技術(shù)日益獲得關(guān)注，主要包括[4,15]：（1）實(shí)施以水資源保護(hù)為目的的保水開采技術(shù)；（2）實(shí)施充填與條帶開采等減沉技術(shù)，同時(shí)開展土地復(fù)墾；（3）實(shí)施少出或不出矸石技術(shù)（煤層巷道支護(hù)，矸石充填采空區(qū)），或者實(shí)施矸石地面利用技術(shù)（發(fā)電，建筑、復(fù)墾回填材料等）。

4.2 完善相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)法

我國(guó)已經(jīng)制定了《礦產(chǎn)資源法》、《礦產(chǎn)資源監(jiān)督管理暫行辦法》、《環(huán)境保護(hù)法》、《土地管理法》、《水土保持法》、《農(nóng)業(yè)法》、《農(nóng)村復(fù)墾規(guī)定》等相關(guān)法律法規(guī)，促進(jìn)了礦糧復(fù)合區(qū)的綜合發(fā)展。但是法律法規(guī)不夠細(xì)致完善，致使責(zé)任認(rèn)定不夠明確，影響到執(zhí)法的效率和效果。進(jìn)一步完善現(xiàn)有法律法規(guī)的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)立法，制定礦區(qū)土地環(huán)境和糧食生產(chǎn)安全法律，明確責(zé)任；制定綠色開采和支持復(fù)墾的優(yōu)惠政策；制定復(fù)墾相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使環(huán)境修復(fù)工作規(guī)范化。同時(shí)執(zhí)法機(jī)關(guān)也要嚴(yán)格執(zhí)法，真正做到有法可依，有法必依，違法必究，保證相關(guān)政策、法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的有效施行。

4.3 加強(qiáng)政府引導(dǎo)、培訓(xùn)職能

政府作為主管部門，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮自身作用，對(duì)勞動(dòng)人員進(jìn)行相關(guān)引導(dǎo)、培訓(xùn)，提高礦糧復(fù)合區(qū)綜合生產(chǎn)能力；因地制宜的增購(gòu)大型設(shè)備對(duì)土壤進(jìn)行旋耕作業(yè)，取代鍬挖、鎬刨，阻止表土鹽分積聚、增加土壤通透性，降低地下水位；合理有效施肥，控制施肥量和肥料種類；采取政府補(bǔ)貼方式，大力推廣滲灌設(shè)備的鋪設(shè)，同時(shí)收集并凈化礦井水，以達(dá)到節(jié)約灌溉用水、提高灌溉質(zhì)量的目的；制定并推廣輪作計(jì)劃，致力于建立和諧一體的耕作、施肥、灌溉和輪作制度，切實(shí)提高勞動(dòng)人員素質(zhì)，達(dá)到農(nóng)田合理、永續(xù)利用的目的。

4.4 建立生態(tài)環(huán)境補(bǔ)償機(jī)制

建議完善國(guó)家補(bǔ)償制度，并設(shè)立治理專項(xiàng)基金。基金可通過探礦采礦權(quán)使用費(fèi)、耕地占用稅、資源稅、新增建設(shè)用地有償使用費(fèi)、煤炭銷售收入提留等來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于新造成的環(huán)境損害，將由引發(fā)損害的企業(yè)承擔(dān)全部修復(fù)費(fèi)用。在企業(yè)進(jìn)行新項(xiàng)目之前，相關(guān)部門先科學(xué)評(píng)估可能對(duì)環(huán)境造成的損害，并提出改善措施；再根據(jù)可能引發(fā)的災(zāi)害的修復(fù)成本，建立專門賬戶，向企業(yè)收取保證金，切實(shí)做到企業(yè)所有、政府監(jiān)管、專款專用。

[1] 胡振琪，駱永明.關(guān)于重視礦-糧復(fù)合區(qū)環(huán)境質(zhì)量與糧食安全問題的建議[J].科技導(dǎo)報(bào)，2006，24（3）：93.

[2] 胡振琪，李 晶，趙艷玲.礦產(chǎn)與糧食復(fù)合主產(chǎn)區(qū)環(huán)境質(zhì)量和糧食安全的問題、成因與對(duì)策[J].科技導(dǎo)報(bào)，2006，24（3）：21.

[3]彭 建，王仰麟，吳建生，等.區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)——研究方法與進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（11）：4877-4885.

[4] 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林.資源與環(huán)境協(xié)調(diào)（綠色）開采[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（1）：1-7.

[5] 黃 毅，張玉龍.保護(hù)地生產(chǎn)條件下的土壤退化問題及其防治對(duì)策[J].土壤通報(bào)，2004，35（2）：212-216.

[6]官冬杰，蘇維詞.城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（10）：1716-1722.

[7] Hilty J,Merenlender A.Faunal indicator Taxa selection formonitoring ecosystem health[J].Biological Conservation,2000,92（2）:185-197.

[8] Leppard G G,Munawar M.The Ultra-structural Indicators of Aquatic Ecosystem Health [J].Journal of Aquatic Ecosystem Health,1992,1（4）:295-308.

[9] 彭 濤.華北山前平原村級(jí)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法探討——以河北省欒城縣為例[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004年.

[10]孔紅梅，趙景柱，姬蘭柱，等.生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法初探[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13（4）：486-490.

[11]李春陽，秦紅靈，高旺盛.北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)——以武川縣為例[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（2）：348.

[12]王 潛，李海濤，梁 濤，等.湖濱帶退化生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（5）：2226-2228，2288.

[13]Rapport D J.Ecosystems not Optimized:a Reply[J].Journal of Aquatic Ecosystem Health,1993,2（1）:57.

[14]馬克明，孔紅梅，關(guān)文彬，等.生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)：方法與方向[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（12）：2106-2115.

[15]錢鳴高.煤炭的科學(xué)開采及有關(guān)問題的討論 [J].中國(guó)煤炭，2008，34（8）：5-10，20.