內(nèi)蒙古草原礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合研究

汪中華，鄒婧喆

(哈爾濱理工大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院，哈爾濱150080)

0 引言

內(nèi)蒙古是中國重要的自然資源產(chǎn)區(qū)，擁有豐富的草地資源和礦產(chǎn)資源。草原作為內(nèi)蒙古最大的生態(tài)系統(tǒng)，占內(nèi)蒙古總面積的70%以上。草原地區(qū)屬于生態(tài)脆弱區(qū)，在長期發(fā)展進化中，草原生態(tài)系統(tǒng)和生物物種逐漸適應(yīng)復(fù)雜的生存條件，形成相對平衡的關(guān)系。但是，人類的經(jīng)濟活動如礦產(chǎn)資源開發(fā)，卻可能打破這種平衡關(guān)系。這種平衡關(guān)系一旦遭到破壞，將很難得到恢復(fù)。礦產(chǎn)資源作為人類社會最初始的勞動對象，是人類生產(chǎn)資料和生活資料的基本源泉，是人類社會發(fā)展的重要前提和根本動力。當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源深埋于草地下方時，其開發(fā)利用會對地上的草原生態(tài)環(huán)境造成巨大的破壞，對經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。近年來，隨著內(nèi)蒙古經(jīng)濟的高速發(fā)展以及對礦產(chǎn)資源需求量的不斷增加，內(nèi)蒙古草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重的影響，礦產(chǎn)資源開發(fā)造成了越來越嚴(yán)峻的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題。針對礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的矛盾，很多學(xué)者就此展開研究。王耕等［1］、安曉明等［2］通過構(gòu)建能值－生態(tài)足跡模型，運用區(qū)域能值密度計算生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的變化，在明確生態(tài)職能的同時也為生態(tài)補償交易提供了平臺。沈鐳等［3］、王軍等［4］以礦區(qū)生態(tài)建設(shè)為切入點，研究資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，指出資源開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展是地區(qū)提高能源資源保障能力的現(xiàn)實選擇。

本研究基于系統(tǒng)理論，在草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展評價體系基礎(chǔ)上，構(gòu)建耦合模型，分析內(nèi)蒙古草原礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系及協(xié)調(diào)發(fā)展程度，揭示目前內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系，對于內(nèi)蒙古草原實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、環(huán)境的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 耦合關(guān)系分析

草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)(M)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)(E)間的耦合是這2個系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)的要素之間交互依存、交互脅迫的客觀狀態(tài)。礦產(chǎn)資源開發(fā)離不開草原地區(qū)良好生態(tài)環(huán)境的支撐，適度開發(fā)礦產(chǎn)資源產(chǎn)生的經(jīng)濟效益能促進草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展。但是，如果礦產(chǎn)資源開發(fā)過度，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)有限的供給能力和抵御外部干擾能力就會受到損害，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)會通過環(huán)境污染、生態(tài)破壞、自然災(zāi)害等反饋形式制約礦產(chǎn)資源開發(fā)。本研究將礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境作為2個相互耦合的系統(tǒng)，用時間序列指標(biāo)定量測度二者的耦合關(guān)系和協(xié)調(diào)程度，研究內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的變化情況。

2 構(gòu)建耦合模型

基于因果關(guān)系鏈，建立以下礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境耦合模型。

根據(jù)系統(tǒng)論，非線性系統(tǒng)的演化方程［5］為:

式中:xi為系統(tǒng)影響因子;f為xi的非線性函數(shù)。

根據(jù)李雅普諾夫第一近似定理［6］，(1)式可以近似表示為:

礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)M和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)E都是非線性系統(tǒng)，按照這種思想，建立礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)演化過程的一般方程:

式中:xi，yi分別是礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構(gòu)成元素(指標(biāo));ai，bi為各個元素(指標(biāo))的權(quán)重。

基于礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的交互脅迫關(guān)系，將二者作為統(tǒng)一的系統(tǒng)來研究，f(M)和f(E)是該系統(tǒng)的主要組成部分。那么，根據(jù)系統(tǒng)論，這個系統(tǒng)的演化方程為［7］:

式中:A為礦產(chǎn)資源開發(fā)子系統(tǒng)的演化狀態(tài);B為生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的演化狀態(tài);VA，VB分別是這2個子系統(tǒng)的演化速度。設(shè)系統(tǒng)的演化速度V=f(VA，VB)，通過對V變化情況的研究，可以得出礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。

由于經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)周期性的特征，因此，假設(shè)礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展也呈現(xiàn)周期性特征，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)的作用下，同樣具有周期性特征。在每個經(jīng)濟周期內(nèi)，如果用二維平面(VA，VB)描述VA和VB的演化軌跡，那么V的軌跡就是二維平面坐標(biāo)中的橢圓，V與VB的夾角α滿足:

式中:α為耦合度［8］，根據(jù)α的不同取值，可以分析礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境保護系統(tǒng)的耦合程度。在一個周期內(nèi)，系統(tǒng)會經(jīng)歷低級協(xié)調(diào)共生、協(xié)調(diào)發(fā)展、極限發(fā)展、螺旋式上升4個階段。

1)當(dāng)－90°＜α≤0°時，系統(tǒng)處于低級協(xié)調(diào)共生階段。在這一階段，礦產(chǎn)資源開發(fā)速度緩慢，礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響幾乎為0，生態(tài)環(huán)境也基本不會對礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生約束。

2)當(dāng)0°＜α≤90°時，系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段。隨著礦產(chǎn)資源的加速開采，礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的脅迫作用不斷加大，生態(tài)環(huán)境對礦產(chǎn)資源開發(fā)的約束與限制逐漸明顯，二者之間的矛盾不斷加深。

3)當(dāng)90°＜α≤180°時，系統(tǒng)處于極限發(fā)展階段。此時礦產(chǎn)資源高速開發(fā)，礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益突出并愈加嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境對礦產(chǎn)資源開發(fā)產(chǎn)生強烈的反作用。在這個階段，如果不加節(jié)制地開發(fā)礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境間的矛盾會日益擴大，一旦矛盾突破極限值，整個系統(tǒng)將瓦解。在這一階段，人們將采取各種技術(shù)方法和法律措施，以避免這種情況的發(fā)生。

4)當(dāng)－180°＜α≤－90°時，系統(tǒng)處于螺旋式上升階段。經(jīng)過不斷地磨合、調(diào)整，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境之間的脅迫關(guān)系逐漸轉(zhuǎn)化、相互促進。最終，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境將達(dá)到高級協(xié)調(diào)共生發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3 內(nèi)蒙古草原地區(qū)系統(tǒng)耦合分析

3.1 指標(biāo)選取和數(shù)據(jù)來源

針對內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的特點，構(gòu)建礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)體系(表1)，并選取內(nèi)蒙古1998—2014年的數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)來源于《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》(1999—2014)、內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境狀況公報、內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計局官方網(wǎng)站。

表1 礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)體系Tab.1 Coordinated indictors system of mineral resources exploration and eco-environment

3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和權(quán)重確定

首先，對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用極差法對各數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)處理公式如下。

式中:zij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值;xij為指標(biāo)的原始值。

然后，確定各個指標(biāo)的權(quán)重。運用客觀賦權(quán)值的均方差賦權(quán)法計算各個指標(biāo)權(quán)重。該方法以各評價指標(biāo)為隨機變量，分別求出各個指標(biāo)的均方差，再將各個指標(biāo)的均方差歸一化處理，由此得出各指標(biāo)的權(quán)重(表1)。

3.3 系統(tǒng)耦合發(fā)展趨勢

由(2)，(3)式計算得出內(nèi)蒙古草原礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)(表2)。

表2 1998—2014礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)Tab.2 The comprehensive development index of mineral resources exploration and eco-environment during 1998—2014

根據(jù)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)繪制線形圖(圖1)?？梢钥闯觯瑑?nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)在1998—2006年間發(fā)展較為緩慢，在2006—2014年間迅速發(fā)展。與礦產(chǎn)資源開發(fā)相比，草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)展速度緩慢。

圖1 礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護發(fā)展指數(shù)Fig.1 The comprehensive development index of mineral resources exploration and eco-environment

分別將2條曲線非線性擬合，得到礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的擬合表達(dá)式:

(7)，(8)兩式中，t的取值范圍是1～17，對應(yīng)的時間區(qū)間是1998—2014年。利用(4)，(5)式求得VA和VB分別為:

由(6)，(9)，(10)式求得VA，VB，tan α和α(表3)。

表3 礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護耦合度Tab.3 The coupling degree of mineral resources exploration and eco-environment

由耦合度α的變化趨勢(圖2)可以看出，1998—2014年內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的耦合度α介于40°～90°之間，二者總體處于協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。1998—1999年間，30°＜α≤60°，說明礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展處于相對均衡的狀態(tài)。隨著礦產(chǎn)資源的加速開發(fā)，二者間的交互脅迫作用不斷增強，表現(xiàn)為α值迅速變大。2000—2014年間，60°＜α≤90°，這說明，隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境不斷上升的演化發(fā)展速度，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境間的耦合程度表現(xiàn)出下降趨勢，系統(tǒng)內(nèi)部的矛盾不斷激化。由于生態(tài)環(huán)境的演化發(fā)展速度落后于礦產(chǎn)資源開發(fā)的速度，且差距逐漸增大，生態(tài)環(huán)境對礦產(chǎn)資源開發(fā)的支撐力不足，礦產(chǎn)資源開發(fā)對草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境的脅迫作用不斷加強，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化，逐漸逼近臨界值。

圖2 礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護耦合度Fig.2 The coupling degree of mineral resources exploration and eco-environment

由于耦合度只能說明礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)相互作用的程度，不能全面反映協(xié)調(diào)發(fā)展水平的高低［9］，故引入耦合協(xié)調(diào)度模型來分析礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)程度。計算耦合度指數(shù)C和綜合協(xié)調(diào)指數(shù)T:

α和β為待定系數(shù)。由于礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在整個復(fù)合系統(tǒng)中起著同樣重要的作用。因此，令α=β=0.5。

由于C和T數(shù)值差距較大，需要進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

協(xié)調(diào)度D的計算公式［10］如下:

由上述步驟計算得出1998—2014年內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度(表4)。耦合協(xié)調(diào)度分為4個等級:D＜0.3為非協(xié)調(diào)狀態(tài)，0.3≤D＜0.5為低度協(xié)調(diào)，0.5≤D＜0.7為中度協(xié)調(diào)，D≥0.7為高度協(xié)調(diào)。

表4 礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度Tab.4 The coupling and coordination degree of mineral resources exploration and eco-environment

由1998—2014年耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢(圖3)可以看出，在研究期內(nèi)，內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境屬于低度協(xié)調(diào)狀態(tài)，二者間的耦合協(xié)調(diào)度是先上升后下降的。在礦產(chǎn)資源開發(fā)初期，礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的耦合協(xié)調(diào)程度不斷提高，在2000年達(dá)到最大值。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)力度的不斷加大，草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度不斷下降。2000—2008年，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度緩慢下降，2008—2012年，耦合協(xié)調(diào)度迅速下降，在2012年到達(dá)最低點。2013—2014年間，耦合協(xié)調(diào)度小幅上升，逐漸呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢。

圖3 礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度Fig.3 The coupling and coordination degree of mineral resources exploration and eco-environment

3.4 原因分析

從內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀來看，內(nèi)蒙古幾個大型能源礦山均位于鄂爾多斯、錫林郭勒盟、呼倫貝爾等草原地區(qū)。這些地區(qū)常年干旱的氣候，以及礦區(qū)嚴(yán)重的風(fēng)蝕、水蝕，導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱。近幾年，由于缺乏科學(xué)指導(dǎo)和相關(guān)法律法規(guī)約束，生態(tài)環(huán)境保護意識淡薄，礦場資源開發(fā)企業(yè)大多只注重資源開發(fā)，忽視生態(tài)環(huán)境保護和污染治理，對草原地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)國土資源廳《內(nèi)蒙古自治區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理規(guī)劃(2011—2015年)》統(tǒng)計，礦業(yè)開發(fā)占用、破壞全區(qū)土地面積1 100.95 km2，占礦山用地面積的27.78%;按破壞土地類型看，草地所占比例最大，為44%。內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源開發(fā)造成草原生態(tài)環(huán)境破壞的原因主要有以下幾個方面:一是小型采礦企業(yè)居多，采礦方式原始，采礦設(shè)備、技術(shù)落后，缺乏長遠(yuǎn)意識。內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)普遍規(guī)模較小，小型企業(yè)占全區(qū)采礦企業(yè)的90%以上。由于資金有限，小型礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)開采設(shè)備、技術(shù)落后。由于缺乏環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展意識，多數(shù)礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)以掠奪式開采換取短期經(jīng)濟效益，忽略長遠(yuǎn)發(fā)展。二是采礦業(yè)管理混亂，監(jiān)管缺位。由于礦產(chǎn)資源管理體制不健全，內(nèi)蒙古礦產(chǎn)資源開發(fā)行業(yè)內(nèi)部秩序較為混亂。在利益的驅(qū)使下，經(jīng)常出現(xiàn)礦業(yè)行政主管部門越權(quán)審批發(fā)證、為不具備開辦采礦企業(yè)的申請人發(fā)證、甚至對明令停止發(fā)證的礦種審批發(fā)證等情況。礦產(chǎn)資源監(jiān)管部門和環(huán)境管理部門不能落實監(jiān)管工作，對發(fā)現(xiàn)問題的礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)處罰不力。一些接到整改通知的礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)仍違法生產(chǎn)，造成安全事故和環(huán)境事故。三是采礦行業(yè)相關(guān)法律、法規(guī)不完善?，F(xiàn)行的《礦產(chǎn)資源法》第32條規(guī)定，開采礦產(chǎn)資源，必須遵守有關(guān)環(huán)境保護的法律規(guī)定，防止污染環(huán)境。耕地、草原、林地因采礦受到破壞的，礦山企業(yè)應(yīng)當(dāng)因地制宜地采取復(fù)墾利用、植樹種草或者其他利用措施［11］。由此可以看出，雖然法律規(guī)定礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)要對其造成的生態(tài)環(huán)境破壞進行補償、修復(fù)，但由于沒有明確規(guī)定監(jiān)管主體，出現(xiàn)問題沒有相關(guān)部門管理，造成草原地區(qū)的環(huán)境污染和生態(tài)破壞無法得到及時妥善的處理。

4 結(jié)論

1998—2014年內(nèi)蒙古草原礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境間的脅迫作用不斷增強，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展處于低度協(xié)調(diào)狀態(tài)，耦合協(xié)調(diào)度呈下降趨勢。從耦合度角度看，雖然內(nèi)蒙古草原仍處于礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展階段，但隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)速度的增加，耦合度已逐漸接近90°，如不加以控制，礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境將進入極限發(fā)展階段。從耦合協(xié)調(diào)度指標(biāo)來看，內(nèi)蒙古草原地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護一直處于低度協(xié)調(diào)狀態(tài)，在2000年達(dá)到最大值，此后不斷下降，2008—2012年間下降速度加快，2012年的耦合協(xié)調(diào)度值僅為0.316。2013—2014年，耦合協(xié)調(diào)度值略有上升，表明礦產(chǎn)資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平有所提高。

隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)強度的不斷加大，礦產(chǎn)資源開發(fā)對內(nèi)蒙古草原生態(tài)環(huán)境造成的脅迫作用逐年增加，對草原脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。因此，礦產(chǎn)資源開發(fā)的同時也要加大對生態(tài)環(huán)境的保護力度，促進二者協(xié)調(diào)發(fā)展。

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