礦業(yè)開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響研究

陳福松

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063200)

1 引言

過度的礦山開采活動會引發(fā)自然生態(tài)系統(tǒng)中的各種生態(tài)環(huán)境問題，其中包括：土地利用類型結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；各種污染物和廢棄物的排放；生物多樣性降低；水土流失等。生態(tài)系統(tǒng)與人類生存息息相關(guān)，為人類提供了生存必要的自然環(huán)境，也為人類提供了各種服務(wù)功能[1]。Costanza等[2]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行估算，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評價這一研究成為生態(tài)學(xué)中的熱點， Cairns[3]、Groot[4]、Fisher[5]等也先后對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究進行了總結(jié)，為我國學(xué)者的研究提供參考。謝高地等[6,7]在Costanza研究的基礎(chǔ)上，制定了我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值當(dāng)量因子表，并在此之后使用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值當(dāng)量因子的方法對中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行評價，發(fā)現(xiàn)在中國生態(tài)系統(tǒng)中，森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值最高。辛琨[8]對遼河某地區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)價值進行考察，采用地理信息系統(tǒng)及野外調(diào)查實驗等手段，結(jié)合環(huán)境經(jīng)濟學(xué)、資源經(jīng)濟學(xué)等方法，得出了該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)總價值，并對不同方法評估的優(yōu)缺點進行了闡述。歐陽志云等[9]基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)有機物、二氧化碳吸收、氧氣生產(chǎn)等方面進行分類研究，并利用影子分析法對其進行價值研究。趙同謙等[10]建立了多種生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)，對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行了評價。

目前，在對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的研究中，主要是對Costanza的研究進行延伸[11]，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的評價也主要從價值量的角度對其進行研究[12]，這些研究讓人清晰地意識到環(huán)境污染問題的嚴(yán)重性，也認(rèn)識到保護生態(tài)環(huán)境的重要性[13]。而在土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究上，仍存有缺陷。首先是缺乏準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從大尺度區(qū)域上，實地調(diào)查與觀測過于耗時耗力，成本極高，但簡化的指標(biāo)又會使數(shù)據(jù)的精度不夠；第二是缺乏先進的評估方法；最后是針對結(jié)果的驗證，目前大部分學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估的結(jié)果并未驗證[14]。

在謝高地在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合遷安礦區(qū)的實際情況，對研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值當(dāng)量因子進行修正，以此估算出礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量，并分析礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的特點，探明礦業(yè)開發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)的影響，以期為遷安礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

2 研究區(qū)概況

遷安市位于河北省東北部，地理坐標(biāo)為北緯39°51′～40°15′，東經(jīng)118°26′～118°55′。南北跨緯度0°24′，東西跨經(jīng)度0°29′，全市總面積1227 km2。主要地貌類型有低山、丘陵、平原3種,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均降雨量為681.4 mm，植物種類主要以常綠針葉，落葉針葉，落葉闊葉，灌木林，草類和農(nóng)作物等植物為主。礦產(chǎn)資源豐富，但在21世紀(jì)前的開發(fā)程度極低，隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)程度加大，遷安市的礦物資源產(chǎn)量飛速上漲，但是環(huán)境破壞也逐漸成為嚴(yán)重問題并走進人們的視野。隨著采礦活動的進行，大量的土地資源遭到占用，占用土地主要為耕地。并且以露天開采為主的采礦方式使山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害更容易發(fā)生，而尾礦的堆積也導(dǎo)致泥石流等自然災(zāi)害成為了隱患。

3 數(shù)據(jù)來源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺-國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(http://www.geodata.cn/)，數(shù)據(jù)精度為30m。根據(jù)從地理空間云(http://www.gscloud.cn/)中獲取的遙感影像數(shù)據(jù)對土地利用數(shù)據(jù)做修訂，獲取研究區(qū)1990年、2000年、2010年和2020年的土地利用信息，參考《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010-2007)》的標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)的土地利用類型進行歸并，總共分為9大類。其他數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 其他數(shù)據(jù)來源

3.2 研究方法

3.2.1 土地利用變化分析

土地利用變化計算公式[15]：

(1)

(2)

式(1)、(2)中:P1—研究時段內(nèi)區(qū)域某一土地利用類型總變化率；P2—研究時段內(nèi)某一土地利用類型的年變化率；Ua—研究時段初期區(qū)域土地利用面積；Ub—研究末期區(qū)域土地利用面積；t—研究時段。

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)修正與計算

3.2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)修正

對于草地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，本文沿用謝高地等在青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估中的研究[3]，通過查詢年鑒和加權(quán)平均的方法，計算遷安市平均每年農(nóng)田食物生產(chǎn)功能價值單價。遷安市的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品主要是由旱地作物提供，水田可忽略不計，主要糧食作物有小麥、玉米、甘薯、稻谷、谷子、高粱、豆類等。根據(jù)該地區(qū)1987～2006年地方統(tǒng)計年鑒以及該年份國家價格年鑒可以得到該地區(qū)各種農(nóng)作物的多年平均產(chǎn)量，為276～349 kg/畝，即4734.85 kg/hm2。農(nóng)作物單價按2000年計算，綜合各類作物的單價，得農(nóng)作物平均價格為0.79元/kg。得出遷安市單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟價值為534.36元/hm2·a。計算公式：

(3)

式(3)中：Vcrop—單位農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟價值，元/hm2·a。

因此修訂的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)計算公式為：

(4)

對于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)兩類建筑用地，采用成本估算的方法，計算其氣體調(diào)節(jié)服務(wù)功能損耗、水源涵養(yǎng)服務(wù)功能損耗、廢棄物處理服務(wù)功能損耗，通過對其產(chǎn)生的廢水和消耗的水資源，排出的SO2氣體以及產(chǎn)生的尾礦和生活廢物這些數(shù)據(jù)的調(diào)查，確定其服務(wù)功能價值損耗當(dāng)量。計算公式如下：

(5)

C水源涵養(yǎng)=

(6)

(7)

由此得到修訂后的遷安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)(表2)。

3.2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值計算公式：

Ei=Ai×Ci

(8)

式(8)中：Ei—第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)功能價值；Ai—第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的面積；Ci—第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)功能價值系數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用變化

1990～2020年間遷安礦區(qū)的耕地面積減小最多，總變化量為-2957.72 hm2，變化率為-30.47%，其中2000～2010年間的減小幅度最大，面積變化量為-3429.81 hm2，但在2010～2020年間開始緩慢增加，變化量為1364.4 hm2。采礦場面積增長最大，1990～2020年間采礦場面積變化量為3022.02 hm2，變化率為146.76%，其中2000～2010年間的增加幅度最大，面積變化量為3798.72 hm2，但在2010～2020年間開始減小，變化量為-1558.71 hm2。而林地、草地和濕地面積變化幅度較小，草地面積輕微減小，林地和濕地面積輕微增加(表3、表4)。

表2 遷安市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù) 元/hm2

表3 遷安礦區(qū)土地利用變化

表4 遷安礦區(qū)土地利用變化(續(xù))

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

從總體來看，1990～2020年遷安礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值(ESV)呈先下降后上升的趨勢。ESV的變化主要受土地利用結(jié)構(gòu)改變影響，1990～2010年間ESV為下降趨勢，并在2000～2010年下降量最大，為15865.2萬元，其劇烈下降的原因是，在此期間，采礦場面積大幅度增加，農(nóng)田的面積減少，這二者的變化對ESV影響顯著。2010～2020年間ESV為上升趨勢，上升了9145.68萬元，說明在此期間，隨著相關(guān)政策的發(fā)布，遷安礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所改善。

4.2.1 不同生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)服務(wù)價值變化

從不同生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)的ESV占比較大，并且變化趨勢大致相同，都呈現(xiàn)在1990～2010年減小，在2010～2020年變大的變化趨勢，造成這種變化趨勢的原因是采礦場面積在1990～2010年增大，農(nóng)田和森林因此遭到占用，尤其是農(nóng)田，在1990～2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的ESV降低了1572.83萬元。對于造成服務(wù)功能損耗的兩種生態(tài)系統(tǒng)，工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響力遠高于城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)，1990～2020年間，工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能損耗呈先上升后下降的趨勢，并在2010年損耗最高，為34512.58萬元，但在2010～2020年間損耗開始降低(表5)。

4.2.2 不同服務(wù)功能類型價值變化

從不同服務(wù)功能類型價值變化來看，廢物處理服務(wù)功能的占比最大，1990～2020年礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)廢物處理功能分別為-7946.82萬元、-12565.01萬元、-21992.74萬元和-16873.36萬元，這對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值帶來了巨大的影響，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的廢物處理服務(wù)功能損耗主要體現(xiàn)在尾礦的排放，尾礦堆積所帶來的問題是巨大的，其不僅占用土地，對周邊環(huán)境造成影響，還有引發(fā)泥石流的可能性，因此在今后的規(guī)劃中，要多做針對于尾礦處理的安排(表6)。

表5 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)1990～2020年各類生態(tài)系統(tǒng)價值 萬元

表6 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)1990～2020年各類服務(wù)功能價值 萬元

4.2.3 不同行政區(qū)域價值變化

從不同行政區(qū)域來看，3個鎮(zhèn)的ESV變化趨勢大致相同，都呈先降低后增加的趨勢，并且在2000～2010年間下降幅度最大，但馬蘭莊鎮(zhèn)的ESV在2010～2020年間上漲幅度最小，表明馬蘭莊鎮(zhèn)的自然地貌受采礦活動影響大，并且變現(xiàn)為難恢復(fù)性，因此對馬蘭莊鎮(zhèn)的土地復(fù)墾工作需要更加重視。蔡園鎮(zhèn)和馬蘭莊鎮(zhèn)的ESV都為負(fù)值，而大崔莊鎮(zhèn)的ESV在1990～2000年間為正值，說明在大崔莊鎮(zhèn)，采礦活動所造成的影響較低(表7)。

表7 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)1990～2020年各類服務(wù)功能價值 萬元

5 結(jié)論

在對遷安礦區(qū)土地利用變化分析的基礎(chǔ)上，通過當(dāng)量因子法揭示了遷安礦區(qū)的ESV變化情況。結(jié)果表明：遷安礦區(qū)的ESV在1990～2020年呈先下降后上升的趨勢，其中2000～2010年間的下降幅度最大。但2010～2020年間ESV卻開始上升，說明在此期間，隨著相關(guān)政策的發(fā)布，遷安礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所改善。在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中，1990～2000年間農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的ESV最高，但在2000～2010年間卻急速下降，其對外轉(zhuǎn)出最高，并且工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值耗損遠高于城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)耗損，說明采礦活動對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的ESV變化影響極大。

從ESV的計算公式中得知，ESV的變化與不同生態(tài)系統(tǒng)的面積變化和服務(wù)功能價值當(dāng)量系數(shù)直接聯(lián)系的。ESV是以貨幣的形式綜合表征出生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，因此對礦區(qū)的ESV進行評價對礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃有著重要的意義，并且由于ESV與土地利用情況關(guān)系密切，因此對礦區(qū)土地利用進行合理的規(guī)劃也對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。