盧元清，白中科，2，胡興定，曹銀貴，2，趙中秋，2，劉鶴云(.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 00083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 00035)

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綠色礦山

基于修正模型的礦-農-城復合區(qū)生態(tài)服務價值研究：以山西省平朔為例

盧元清1，白中科1，2，胡興定1，曹銀貴1，2，趙中秋1，2，劉鶴云1
(1.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035)

在露天煤礦開采、高速城鎮(zhèn)化和土地復墾的三重影響下，礦-農-城復合區(qū)的土地利用類型和生態(tài)系統(tǒng)服務價值都發(fā)生著變化。本文以山西省平朔礦區(qū)及其周邊城區(qū)為研究對象，以1986年、1996年、2004年和2013年的遙感影像等數據為基礎，針對研究區(qū)的特征，對原有生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表進行了修正，并根據修正后的當量表進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值的測算。結果表明：土地復墾雖然對生態(tài)系統(tǒng)的恢復有所助益，但煤炭開采和城鎮(zhèn)化進程對原地貌生態(tài)系統(tǒng)的影響仍較大，使其退化嚴重。1986～2013年，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值由45637.94萬元下降到21410.72萬元，下降率達53.09%。各單項生態(tài)系統(tǒng)服務中，以廢物處理變化幅度最大，從5172.22下降為-4706.47萬元，變化率達到-191.00%，即生態(tài)系統(tǒng)所能提供的廢物處理服務，已不能僅依靠自然凈化廢棄物，還需要人工處理。

生態(tài)系統(tǒng)服務價值；礦-農-城復合區(qū)；露天煤礦；城鎮(zhèn)化；土地復墾；當量表修正

生態(tài)系統(tǒng)服務是人類通過自然生態(tài)系統(tǒng)或人類改造的生態(tài)系統(tǒng)所獲取的直接或者間接、有形或者無形、正向或者負向的效益，生態(tài)系統(tǒng)服務的變化與人類福祉息息相關[1-3]。礦-農-城復合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是以礦區(qū)為核心，自然生態(tài)系統(tǒng)和社會環(huán)境系統(tǒng)相互作用而形成的一個獨特的人工、半人工復合生態(tài)系統(tǒng)，屬于典型的生態(tài)脆弱區(qū)+資源型社區(qū)[4-6]。煤炭資源的大規(guī)模開采，尤其是以剝采、排棄、壓占和占用土地為核心的露天煤礦開采，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，并發(fā)生了一系列生態(tài)環(huán)境和社會問題[7-8]。土地復墾與生態(tài)重建是緩解煤礦開采對生態(tài)環(huán)境影響的主要措施，同時也是解決人地矛盾的有效手段，從而保障礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[9-10]。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務與礦產資源開采統(tǒng)籌協(xié)調發(fā)展是當今世界的一個重大難題，同時也是生態(tài)系統(tǒng)服務研究的前沿課題之一[11]。對于礦-農-城復合區(qū)而言，開展生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究，可掌握礦區(qū)以及依托礦區(qū)所形成的城鎮(zhèn)結合區(qū)的生態(tài)服務價值的動態(tài)變化，從而為礦區(qū)生態(tài)研究提供支撐[12]。

生態(tài)服務價值的研究起源于Costanza等在Nature上刊登的Thevalueoftheworld’secosystemservicesandnaturalcapital一文[1]，第一次以貨幣化的形式將生態(tài)服務價值示人。國內研究學者以此為基礎，利用多種價值評估法，對不同尺度、不同生態(tài)系統(tǒng)進行了價值評估[13-21]。謝高地等[22]在對我國200位生態(tài)學者問卷調查的基礎上，提出了我國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，為之后的學者提供了研究范式。在相對較小的研究區(qū)域，物質量貨幣化的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法多被采用[23-24]；相對較大尺度的研究區(qū)域，當量表較多被引用，但多會對其進行修正。主要包括兩方面的修正，一是對當量表的動態(tài)修正[25-26]，如胡喜生等[25]利用空間異質系數、社會發(fā)展系數和資源稀缺系數并細化二級土地利用類型從而對其修正，二是當量表的嵌套修正，即針對某研究區(qū)域內未涵蓋于當量表的特殊生態(tài)系統(tǒng)進行測算并形成當量表，如張建軍等[27]對武安市城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)進行了修正并嵌套入當量表之中，使之得以完善。

本文以平朔大型露天煤礦區(qū)及其周邊城區(qū)所形成的礦-農-城復合區(qū)為研究對象。該區(qū)域在煤礦開采和高速城鎮(zhèn)化的影響下，生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，而同時人工誘導下進行的土地復墾工作一定程度使退化生態(tài)系統(tǒng)得以緩解。針對研究區(qū)的上述特征，以1986年、1996年、2004年和2013年的遙感影像數據、朔州市統(tǒng)計年鑒數據、山西省環(huán)境質量報告等相關數據為基礎，分析土地利用結構變化，并采用基于修正模型的當量法對礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務進行價值評估，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務和土地復墾與生態(tài)恢復研究提供科學依據。

2 研究區(qū)概況與數據來源

2.1 研究區(qū)概況

平朔礦-農-城復合區(qū)位于黃土高晉陜蒙接壤的黑三角地帶，屬于晉北煤炭基地，東經111°58′～112°30′，北緯39°23′～39°37′，南北長23km，東西寬22km。研究區(qū)包括整個平朔礦區(qū)以及礦區(qū)周邊受影響城鎮(zhèn)和農村區(qū)域，總面積為517.48km2。該區(qū)域氣候為典型的溫帶半干旱大陸性季風氣候，冬春干燥，夏季降雨集中，秋季溫涼少風，年平均降雨量為428.2～449.0mm，礦區(qū)年平均氣溫4.8～7.8℃，栗鈣土是本區(qū)地帶性土壤，土壤的物理風化強烈，土質偏砂，有機質分解快而積累少，土壤侵蝕嚴重，是黃土高原典型的生態(tài)脆弱區(qū)。

平朔礦區(qū)主要包括安太堡、安家?guī)X、東露天3座特大型露天煤礦，井工一礦、井工二礦、井工三礦3座大型現(xiàn)代化井工礦。由于露天開采造成土地損毀，礦區(qū)內原地貌生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重。早在20世紀90年代，土地復墾就已有序開展，如安太堡南排、西排等復墾地植被長勢良好，但隨著采礦規(guī)模的擴大損毀地面積仍在不斷增加，礦區(qū)內損毀地和復墾地呈動態(tài)變化關系。伴隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，一方面創(chuàng)造了大量的就業(yè)機會，另一方面礦區(qū)內的原住居民被迫搬遷，使位于礦區(qū)西北部的井坪鎮(zhèn)呈現(xiàn)出高速城鎮(zhèn)化現(xiàn)象。因此，該區(qū)域是一個以礦區(qū)為核心的礦-農-城復合區(qū)，其生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化具有研究意義。

2.2 數據來源

本文以研究區(qū)1986年、1996年、2004年和2013年的遙感影像為主要數據源(具體參數信息見表1)。以ENVI4.8軟件為操作平臺，對影像進行預處理，主要包括大氣輻射校正、幾何校正、影像裁剪等操作，并采用人工神經網絡(Artificial Neural Net)分類與目視解譯相結合的方法，獲得研究區(qū)在這4個時段的土地利用數據，影像分類結果的Kappa系數在0.85以上，滿足本研究對數據精度的要求。此外，查閱了《朔州市年鑒2013》、《朔州市統(tǒng)計年鑒2013》、《2013年山西省環(huán)境質量報告》等數據。

表1 遙感影像參數信息

本文土地利用類型的劃分以生態(tài)系統(tǒng)類型劃分為基礎，根據國家已有土地分類體系以及礦區(qū)特有的土地利用類型，并綜合考慮礦-農-城復合區(qū)人工、半人工生態(tài)系統(tǒng)的特點，將研究區(qū)土地利用劃分為原地貌耕地(簡稱耕地)、原地貌林地(簡稱林地)、原地貌草地(簡稱草地)、復墾耕地、復墾林地、復墾草地、工礦建設用地(包括露天采坑、剝離區(qū)、未復墾排土場和工業(yè)場地)、城鎮(zhèn)用地和其他用地類型。其他用地包括農村居民點用地、交通運輸用地等土地利用類型。當前研究中這些土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值一般作0值處理，故本文未將其列入生態(tài)系統(tǒng)服務價值的測算中，對其不進行具體劃分，統(tǒng)稱為其他用地。4期土地利用現(xiàn)狀圖見圖1。

圖1 各時期研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖

3 研究方法

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價

謝高地等[22]結合我國的資源稟賦及生產力發(fā)展水平等實際情況，通過廣泛調查研究提出了計算我國各類陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的修正算法，在國內有關生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價研究中被廣泛應用，見式(1)。

ESV=∑Ak×VCk

(1)

式中：ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值，元；Ak為研究區(qū)第k類土地利用類型面積，hm2；VCk為研究區(qū)第k類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值，元/hm2。

單位面積各類土地的各種生態(tài)服務價值之間差異較大，體現(xiàn)了不同類型資源稟賦價值潛力之間的巨大差距以及各種生態(tài)系統(tǒng)服務功能的異質性和特殊性[25]。因此，本研究以謝高地等提出生態(tài)系統(tǒng)服務當量法為基礎，增加其中未提及的內容，并根據研究區(qū)生物量狀況、社會發(fā)展情況和資源稀缺程度對其進行修正，評估其生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)修正

3.2.1 空間異質系數修正

土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能大小與其生物量有密切關系，不同區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值也會隨其生物量的變化而變化。由于耕地是研究區(qū)土地利用類型的主要構成部分，因此采用耕地的生物量來構建空間異質系數，見式(2)。

(2)

式中：Q為異質性系數；g和G分別為研究區(qū)和全國平均糧食畝產，kg/畝。經計算，g為286.60 kg/畝，G為358.45 kg/畝，故得出Q為0.80。數據來源《2013朔州統(tǒng)計年鑒》。

3.2.2 社會發(fā)展系數修正

Wilson等[28]指出人們對土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值大小的認識是一個漸進的過程，與社會經濟發(fā)展階段關系密切，且隨著社會經濟發(fā)展水平的不斷提高，人們對生態(tài)系統(tǒng)服務的支付意愿也會逐漸提高，其價值也隨之增加。針對這一問題，前人提出用社會發(fā)展階段系數來解決，本文引入城鎮(zhèn)化水平對社會發(fā)展階段系數進行改進[25]，改進后的公式見式(3)、式(4)。

(3)

D=lr/ln

(4)

式中：l為改進后的與現(xiàn)實支付意愿有關的社會發(fā)展階段系數；L為極富階段的支付意愿；En為恩格爾系數；D為研究區(qū)發(fā)展系數；ln、lr分別為全國和研究社會發(fā)展階段系數；u和U分別為研究區(qū)和全國城鎮(zhèn)化率。經計算，研究區(qū)和全國En為恩格爾系數分別為34.90%和38.85%，u為49.15%，U為52.57%，故得出D為1.10。數據來源《2013朔州統(tǒng)計年鑒》。

3.2.3 資源稀缺系數修正

資源稀缺度是反映某區(qū)域在經濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展過程中生態(tài)資源需求量與供給量之間的關系。生態(tài)資源存量越小，需求量越大，稀缺度就越高，則人們對單位生態(tài)資源的支付意愿越大，生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值越大。同一區(qū)域的自然地理條件較接近，其土地利用結構特征也較接近，本文采用胡喜生等[25]的研究結果，計算公式見式(5)。

(5)

式中：S為研究區(qū)資源稀缺系數；p和P分別為研究區(qū)和全國平均人口密度，人/km2。經計算，p為398人/km2，P為141人/km2，故得出S為1.21。數據來源《2013朔州統(tǒng)計年鑒》。

3.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務動態(tài)修正

綜上所述，利用空間異質系數、社會發(fā)展系數和資源稀缺系數的動態(tài)修正，研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算見式(6)。

ESVt=Q·D·S·∑Ak·VCk

(6)

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務價值嵌套修正

3.3.1 復墾地生態(tài)系統(tǒng)服務修正

復墾地生態(tài)系統(tǒng)，是在近乎完全損毀的土地上進行地貌重塑、土壤重構、植被重建等修復措施，其復墾初期所能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務不能與原地貌相比。但隨著復墾年限的增加，生態(tài)系統(tǒng)的逐步成熟，再配以優(yōu)質的管護，之后的生態(tài)系統(tǒng)服務功能將超過原地貌。白中科等[29-30]根據平朔礦區(qū)復墾30年的研究結果表明，復墾地初期的相對生產力為30%，中期為80%，后期為120%，每個階段的時間在10年左右。對于本文研究區(qū)而言，2004～2013年、1996～2004年、1986～1996年間的復墾地相對于2013則為復墾初期、中期、后期的土地。修正公式見式(7)。

VCR1,2,3=α·VC1,2,3

(7)

式中：VCR1,2,3分別表示為復墾耕地、復墾林地、復墾草地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值，元/hm2；α為相對生產力修正系數(初期為0.3，中期為0.8，后期為1.2)；VC1,2,3分別為原地貌耕地、林地草地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值，元/hm2。

3.3.2 工礦建設用地生態(tài)系統(tǒng)價值修正

工礦建設用地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估算，謝高地等的研究中將其價值視為0值。但工礦建設用地作為人類活動對于自然環(huán)境損毀最嚴重的地方之一，其利用過程必然對生態(tài)系統(tǒng)造成影響，因而本文考慮采用防治成本法和替代成本法等間接市場法，估算工礦建設用地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。其中，氣體調節(jié)和污染物處理價值采用防治成本法；水源涵養(yǎng)和土壤形成與保護價值采用替代成本法測算，其他生態(tài)服務價值取值為0。

1)工礦建設用地氣體調節(jié)生態(tài)服務價值計算。在煤炭資源開采、運輸、洗選、排棄和復墾的過程中會產生大量的氣體污染，以SO2和粉塵最為突出。SO2主要來自于煤礦開采和洗選的過程中，同時不合理的排矸方式會引發(fā)矸石的自燃也會產生SO2的污染；而粉塵則產生于露天煤礦的開采以及排土過程。計算公式見式(8)。

(8)

式中：Vt為工礦建設用地氣體調節(jié)的生態(tài)服務價值當量，元/hm2；Q1、Q2分別為SO2和粉塵的排放量，t；C1、C2為治理SO2和粉塵的成本，元/t；S為工礦建設用地的面積，hm2。

經計算，Q1為1.64萬t，Q2為2.88萬t，數據來源為《2013中國環(huán)境質量報告》，在此報告中，選取山西煤炭行業(yè)污染排放量，再根據研究區(qū)煤礦產量和山西省產量之比進行換算而得；C1為600元/t，C2為170元/t，數據來源為《中國生物多樣性國情研究報告》，故得出Vt為-2418.94元/hm2。

2)工礦建設用地廢物處理生態(tài)服務價值計算。煤矸石是采煤和洗選的過程中最主要的固體廢物，不僅堆積占地，而且由于其含硫量高，會發(fā)生自燃污染空氣或者引起火災。平朔礦區(qū)以其優(yōu)質的管理，先進的生產設備，對煤矸石的再利用已達到86.67%，大大降低了其無序排放的危害。工礦建設用地廢物處理生態(tài)系統(tǒng)服務針對煤矸石治理費用進行價值評估，計算公式見式(9)。

(9)

式中：Vr為工礦建設用地廢物處理的生態(tài)服務價值當量，元/hm2；Qr為煤矸石排放量，t；Qr為治理煤矸石排放所需的成本，元/t。

Qr為2169.54萬t，是由平朔礦區(qū)煤礦產量的18%[31]進行折算，Cr為30元/t，煤矸石再利用率為86.67%，故可得Vr為-14242.45元/hm2。數據來源《2013朔州年鑒》。

3)工礦建設用地水源涵養(yǎng)生態(tài)服務價值計算。煤炭行業(yè)是全國“五大高耗水行業(yè)”之一，據統(tǒng)計，每生產1t煤需要耗水2.48m3。煤炭生產過程中的高耗水量和高污水排放量，使原本水分條件就不夠充裕的平朔礦區(qū)面臨更加嚴峻的水源涵養(yǎng)問題。工礦建設用地水源涵養(yǎng)生態(tài)服務價值計算見式(10)。

(10)

式中：Vw為工礦建設用地水源涵養(yǎng)的生態(tài)服務價值當量，元/hm2；W為用水總量，t；P為水單價，元/t；Qw廢水排放總量，t；Cw為治理廢水所需成本，元/t。

經計算，W為29891.44萬t，Qw為497.48萬t，數據來源為《2013中國環(huán)境質量報告》中，山西煤炭開采和洗選行業(yè)污水排放量，再根據研究區(qū)煤礦產量和山西省產量之比進行換算。用水單價成本和污水處理成本分別為0.1和0.8元/m3，故可得為-5560.29元/hm2。

4)工礦建設用地土壤形成與保護生態(tài)服務價值計算。謝高地等在制作當量表時，將Costanza所分17類生態(tài)系統(tǒng)服務中的土壤形成、營養(yǎng)循環(huán)和侵蝕控制合并成土壤形成與保護。研究區(qū)土壤侵蝕嚴重，其所在的黃土高原區(qū)是全國土壤侵蝕最嚴重的區(qū)域之一，因此針對其中的侵蝕控制的負價值進行研究。計算公式見式(11)～(14)。

(11)

(12)

2=-[R·(QN+QP+QK)]·Pf+R·QO·Po

(13)

(14)

式中：Vs為工礦建設用地土壤形成與保護的生態(tài)服務價值當量，元/hm2；V1、V2、V3分別為土地棄置費用、土壤養(yǎng)分流失價值和土壤泥沙淤積費用，元；R為土壤侵蝕量，t；B為林地平均創(chuàng)收價值，元/hm2；ρ為土壤容重，g/cm3；h有效土層厚度，m；QN、QP、QK、QO分別為氮、磷、鉀和有機質的含量，mg/kg；Pf、Po分別為化肥和薪材的影子價格，元/t；Pw為蓄水影子工程成本，元/m3；μ為淤積泥沙系數。

經計算，R為65.84萬t，B為282.17元/hm2，ρ為1.4g/cm3，QN為0.4m，QP為340mg/kg，QK為2.4mg/kg，QO為153mg/kg，Pf為3200mg/kg，Po為2549元/t，PW為51.3元/t，μ為1元/m3，為0.37，數據來源為張耿杰等[32-35]的研究結果，故可得VS為-161.80元/hm2。

3.3.3 城鎮(zhèn)用地生態(tài)系統(tǒng)價值修正

城鎮(zhèn)用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的修正，可利用式(8)～(10)，但式中氣體調節(jié)選取生活和機動車產生的SO2和煙塵的排放量；廢物處理選取城鎮(zhèn)生活垃圾清運量；水源涵養(yǎng)選取城市生活用水和污水排放量作為修正物質量。

綜合上述對于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的修正，可得改進后的礦-農-城復合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務當量表見表2。

4 結果與分析

4.1 土地利用結構變化及分析

由1986年、1996年、2004年和2013年的土地利用變化和土地利用動態(tài)度表(表3)可以看出，1986年原地貌中耕地、林地和草地是其最主要的土地利用類型，占整個區(qū)域的98.94%，而在礦產資源的開發(fā)和城鎮(zhèn)化進程的雙重影響下，到2013年減少到77.93%。其中，耕地面積減少10979.02hm2，是減少最多的地類。其次是林地，開采前后面積減少了3406.68hm2，動態(tài)度為-1.50%。而在1994～2004年間，林地數量卻增加了1054.21hm2，這是由于國家“退耕還林還草”政策以及土地復墾實施的結果。在接下去的9年間，縱使復墾林地的數量有大幅度的增加，但林地總面積還是有小幅下降。草地是該地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)中面積增加的地類，27年的開采前后，共增加了3511.48hm2，動態(tài)度為1.22%。這一方面是因為國家“退耕還林還草”政策的實施；另一方面，由于煤礦的開采造成農村居民點搬遷，原住農民的耕地因無人耕種而撂荒形成草地。

表2 礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值表/(元/hm2)

表3 研究區(qū)土地利用變化和土地利用動態(tài)度表

平朔礦區(qū)自1987年正式投產以來，隨著礦產資源的開發(fā)以及城鎮(zhèn)化進程的推動，工礦建設用地和城鎮(zhèn)用地增幅明顯。工礦建設用地(包括剝離區(qū)、未復墾排土場、露天采坑和工業(yè)場地)累計增加達7810.24hm2(其中1718.60hm2已復墾，仍有6091.64hm2未復墾)，隨著安太堡和安家?guī)X兩大露天礦的不斷開采，以及2009年正式投產的東露天煤礦，2004～2013年間增加了4115.79hm2，占27年來總工礦用地52.70%。城鎮(zhèn)用地同樣增幅較大，采礦前后27年間增加了993.91hm2，動態(tài)度為21.13%。

復墾地數量和增幅同樣可觀，27年間復墾地(包括復墾的耕、林、草地)總計1718.6hm2，尤其是2004～2013年，復墾力度明顯加大，為972.81hm2，占總復墾地的56.60%。由于復墾土地初期土壤理化性質相對較差，不適合直接復墾為耕地，需要有先鋒植物先對其改良，故在復墾初期復墾林地為主要的復墾土地類型，而隨著復墾年限的增加，復墾耕地的數量也逐漸增加。這使得復墾地內部的比例結構也發(fā)生著變化，其中改變最大的是復墾耕地，1986～1996年、1996～2004年和2004～2013年間復墾耕地占總復墾地的比例分別為0.63%、12.74%和50.23%，并在2004～2013期間首次在總量上超過復墾林地。

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化及分析

表4顯示了平朔礦-農-城復合區(qū)1986～2013年生態(tài)系統(tǒng)服務價值(以下簡稱ESV)以及其變化率。研究區(qū)原地貌生態(tài)系統(tǒng)服務價值為45637.94萬元，由于礦產資源開發(fā)和城鎮(zhèn)化進程的影響，ESV總體呈下降趨勢，到2013年降低為21410.72萬元，降幅達53.09%。主要原因是：采礦造成的原地貌耕、林、草地被損毀，轉化為工礦建設用地，導致大量植被消失，和土壤結構的變化，繼而影響研究區(qū)的小氣候及生物生存環(huán)境，致使生物多樣性下降。此外，工礦建設用地在損毀土地的同時排出放大量氣體、液體、固體廢棄物，對生態(tài)系統(tǒng)也造成嚴重損失。次要原因是：伴隨著礦產資源的開發(fā)，外來勞動力和礦區(qū)原地貌上的居民被迫搬遷兩方面因素加速了城鎮(zhèn)化的進程。城鎮(zhèn)化在提高人們生活水平和促進社會發(fā)展的同時，也帶來了尾氣、污水、生活垃圾等的增加，同樣也破壞了生態(tài)系統(tǒng)。次要原因相對于主要原因屬裙帶關系，主要原因促使了次要原因的產生。

從總體ESV變化率來看。1996～2004年ESV的下降率為10.21%，小于1986～1996年間的21.78%，而2004～2013年間下降幅度激增為33.20%。采礦初期ESV的下降，從價值上反應了采礦對生態(tài)環(huán)境的強烈干擾。然而隨著土地復墾工作的有序推進，和“退耕還林”政策的實施，在1996～2004年間ESV下降幅度得到了緩解。2004～2013年間，由于東露天特大煤礦的正式投產以及平朔礦區(qū)打造億級煤礦基地的完成，工礦建設用地大幅增加，即便復墾土地在數量和質量都得以提升，仍難以與損毀速度相匹配，故在第三階段，研究區(qū)ESV出現(xiàn)了較大的降低。

表4 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值及變化率表

從單一ESV來看。1986年原地貌單項ESV的排序為：水源涵養(yǎng)>氣候調節(jié)>土壤形成與保護>原材料>廢物處理>氣體調節(jié)>生物多樣性維持>食物生產>文化娛樂，而到了2013年，其ESV的內部結構發(fā)生了變化，排序變?yōu)椋簹夂蛘{節(jié)>土壤形成與保護>原材料>水源涵養(yǎng)>生物多樣性維持>氣體調節(jié)>食物生產>娛樂文化>廢物處理。其中，廢物處理ESV變化最大，從原地貌時期5172.22萬元下降為-4706.47萬元。這說明了生態(tài)系統(tǒng)所能提供的廢物處理服務功能，已不能僅依靠自然凈化廢棄物，還需要人工處理。其次是水源涵養(yǎng)的價值也發(fā)生了巨大的變化，變化率為-58.65%，主要原因是：①煤炭產量不斷提高，而煤炭生產過程中的耗水量和工業(yè)廢水排放量增大，用水和污水處理成本提高；②城鎮(zhèn)用地和人口逐年遞增，城鎮(zhèn)生活用水及污水排放量加大。ESV變化率較小的是土壤形成與保護價值，在研究時段內，雖有損毀土地所造成的負值影響，但-21.96%的變化率與其他及整體ESV的變化率相比較小，其原因有：①耕、林、草地土壤形成與保護ESV系數比較大，大于工礦建設用地的ESV負系數；②“退耕還林”政策的影響，使得一部分耕地轉化為林地草地，林、草地的ESV系數大于耕地的系數；③復墾工作卓有成效的開展，大部分恢復成為林地，而林地的土壤形成和保護ESV系數是所有ESV系數里最高的。氣體調節(jié)ESV下降率僅次于廢物處理和水源涵養(yǎng)，達到-51.09%。因為煤炭開采、洗選和城鎮(zhèn)汽車尾氣排放等產生了大量SO2和粉塵，其治理費用使生態(tài)系統(tǒng)的氣體調節(jié)功能所提供的ESV大大削弱。其他單項ESV也整體呈下降趨勢，變化率在20%～30%左右。

4.3 不同模型下的生態(tài)系統(tǒng)服務價值比較

經過3個系數(空間異質性系數、社會發(fā)展性系數、資源稀缺性系數)的動態(tài)修正，平朔礦區(qū)的修正情況高于全國平均值，1986年原地貌時期的修正ESV為45637.94萬元，比原始ESV高出2879.33萬元，如圖2所示。而隨著時間的推移，煤炭開采和城鎮(zhèn)化對生態(tài)系統(tǒng)的影響效應逐漸體現(xiàn)在修正ESV的測算中，從1996～2013年，考慮到煤炭開采和城鎮(zhèn)化進程對生態(tài)環(huán)境造成的累加損毀效應，修正ESV從560.12萬元、4394.28萬元發(fā)展到11595.08萬元，與原始ESV未考慮這兩點因素相比差值是很明顯的。1996～2004年間，在損毀土地和城鎮(zhèn)用地均增加的情況下，而僅因一部分耕地退耕和一小部分的復墾土地形成當量系數較高的林地和草地，就使此階段的ESV得以提升，是不合適的。因此，本文選取修正后的ESV當量法作為平朔礦-農-城復合區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估方法。

圖2 原始ESV和修正ESV的比較

5 結論與討論

5.1 結論

1)1986～2013年間，礦-農-城復合區(qū)在煤礦開采和高速城鎮(zhèn)化的雙重影響之下，土地利用類型發(fā)生了改變。其中，原地貌中占主導地位的耕、林、草地從98.94%減少到2013年的77.93%；工礦建設用地自煤礦開采以來逐年增加，到2013年已達7810.24hm2；城鎮(zhèn)用地由174.21發(fā)展到1168.12hm2；復墾地累計達1718.6hm2。

2)土地利用結構和景觀格局的變化導致了礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結構受損及生態(tài)功能的失調。1986～2013期間，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值由45637.94下降為21410.72萬元，降低幅度達53.09%，各單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值下降率為廢物處理>水源涵養(yǎng)>氣體調節(jié)>食物生產>原材料>文化娛樂>氣候調節(jié)>土壤形成和保護>生物多樣性維持。同時，土地復墾對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的下降有所緩解，但土地損毀造成的經濟損失仍超過現(xiàn)階段復墾地所能提供的價值。隨著復墾工作數量和質量的不斷提高以及復墾地生態(tài)逐漸穩(wěn)定，其所能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值終將對研究區(qū)整體的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的下降有顯著緩解，甚至會回升。

3)基于修正后當量表所得的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化，相比于原始當量表，更貼近于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的變化狀況。

5.2 討論

礦-農-城復合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個半人工復合的特殊生態(tài)系統(tǒng)，它受到礦產資源大量開采和高速城鎮(zhèn)化的雙重影響，同時，又受到人工誘導下的土地復墾的影響，使其呈現(xiàn)為向退化生態(tài)系統(tǒng)和重建生態(tài)系統(tǒng)兩個方向演替的特征。煤礦開采所造成的土地損毀和其產生的廢氣、廢水、廢物污染都造成了原地貌生態(tài)系統(tǒng)的極度退化。城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展對原有生態(tài)系統(tǒng)的占用以及大規(guī)模人群產生的生活成本如城鎮(zhèn)垃圾、尾氣排放等附加于生態(tài)環(huán)境之上，這些都造成了退化的生態(tài)系統(tǒng)?？茖W合理的地貌重塑、土壤重構、植被重建等土地復墾技術，可以及時干預生態(tài)系統(tǒng)的退化，使其向重建生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。

針對礦-農-城復合區(qū)內三種影響的不同特征，將研究區(qū)土地利用類型劃分為原地貌土地(包括原地貌耕、林、草地)、復墾土地(包括復墾耕、林、草地)、工礦建設用地(包括露天采坑、未復墾排土場、剝離區(qū)、工業(yè)場地)和城鎮(zhèn)用地。由于礦-農-城復合區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的復雜性和異質性，對其土地利用類型的劃分更應注重針對性和合理性。

在合理劃分礦-農-城復合區(qū)土地利用類型的基礎上，修正謝高地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，并以此為基礎，分析研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)價值的變化情況及驅動力。在工礦建設用地的修正中，針對煤礦開采所排放的廢氣、廢水、廢物以及工礦用地的土壤侵蝕，利用防治成本法和替代成本法進行測算，從而確定工礦建設用地的氣體調節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理和土壤形成和保護的當量值。這種方法有其一定的科學合理性，然而，實際上生態(tài)系統(tǒng)各單項服務之間有著相關性聯(lián)系，這種聯(lián)系因其內部復雜性和研究手段的缺失未能很好的改進，故此修正方法仍有改進之處，此處點出，以期能引起注意從而尋得改進之法。

[1] Costanza R，D’ Arge R，Groot R，et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J].Nature，1997，387：253-260.

[2] Daily G C，Soderquist T，Aniyar S，et al.The value of nature and the nature of value[J]，Science，2000，289：395-396.

[3] Millennium Ecosystem Assessment Ecosystems and HumanWell-being Synthesis[M]，WashingDC，Island Press，2005.

[4] 白中科，趙景逵.關于露天礦土地復墾與生態(tài)重建的幾個問題[J].冶金礦山設計與建設，2000，32(1)：33-37.

[5] 王廣成，閆旭騫.礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系研究[J].煤炭學報，2005，30(4):534-538.

[6] 白中科，趙景逵，李晉川，等.大型露天煤礦生態(tài)系統(tǒng)受損研究-以平朔露天煤礦為例[J].生態(tài)學報，1999，19(6):870-875.

[7] 徐占軍，侯湖平，張紹良，等.采礦活動和氣候變化對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損失的影響[J].農業(yè)工程學報，2012，28(5):232-240.

[8] 畢如田，白中科，李華，等.基于RS和GIS技術的露天礦區(qū)土地利用變化分析[J].農業(yè)工程學報，2008，24(12)：201-204.

[9] 魏遠，顧紅波，薛亮，等.礦山廢棄地土地復墾與生態(tài)恢復研究進展[J].中國水土保持科學，2012，10(2):107-114.

[10] 李保杰，顧和和，紀亞洲.復墾礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間分異研究——以徐州市賈汪礦區(qū)為例[J].中國礦業(yè)大學學報，2014，43(4):749-756.

[11] 萬倫來，盧曉倩，張穎.礦產資源型地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響因素[J].資源與產業(yè)，2013，15(1)01:50-54.

[12] 馮思靜，馬云東，王道涵，等.礦業(yè)城市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貨幣計量——以阜新市為例[J].城市問題，2013(7)：36-41.

[13] 歐陽志云，趙同謙，趙景柱，等.海南島生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)調節(jié)功能及其生態(tài)經濟價值研究[J].應用生態(tài)學報，2004，15(8):1395-1402.

[14] 趙同謙，歐陽志云，鄭華，等.中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值評價[J].自然資源學報，2004，19(4):480-491.

[15] 靳芳，魯紹偉，余新曉，等.中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值評價[J].應用生態(tài)學報，2005，16(8):1531-1536.

[16] 謝高地，張釔鋰，魯春霞，等.中國自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值[J].自然資源學報，2001，16(1):47-53.

[17] 吳玲玲，陸健健，童春富，等.長江口濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的評估[J].長江流域資源與環(huán)境，2003，12(5):411-416.

[18] 趙同謙，歐陽志云，王效科，等.中國陸地地表水生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其生態(tài)經濟價值評價[J].自然資源學報，2003，18(4):443-452.

[19] 謝高地，魯春霞，肖玉，等.青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估[J].山地學報，2003，21(1):50-55.

[20] 余新曉，秦永勝，陳麗華，等.北京山地森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值初步研究[J].生態(tài)學報，2002，22(5):783-786.

[21] 李冬玉，任志遠，劉憲鋒，等.陜西省耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)測評[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27(7):40-45.

[22] 謝高地，魯春霞，冷允法，等.青藏高原生態(tài)資產的價值評估[J].自然資源學報，2003，18(2):189-196.

[23] 劉秀麗，張勃，任媛，等.五臺山地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29(5):24-29.

[24] 江波，陳媛媛，饒恩明，等.博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務價值評估[J].生態(tài)學雜志，2015，34(4):1113-1120.

[25] 胡喜生，洪偉，吳承禎.土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值動態(tài)估算模型的改進與應用——以福州市為例[J].資源科學，2013，35(1):30-41.

[26] 鄭德鳳，臧正，孫才志.改進的生態(tài)系統(tǒng)服務價值模型及其在生態(tài)經濟評價中的應用[J].資源科學，2014，36(3):584-593.

[27] 張建軍.礦業(yè)城市生態(tài)儲存對土地利用的響應與平衡[D].北京：中國地質大學(北京)，2010:50-51.

[28] Wilson M A，Carpenter，S R.Economic valuation of freshwater ecosystem services in the United States 1971-1997[J].Ecological Applications，1999，9(3)：772-783.

[29] 白中科，趙景逵，朱蔭湄.試論礦區(qū)生態(tài)重建[J].自然資源學報，1999，14(1):36-42.

[30] 白中科，郭青霞，王改玲，等.礦區(qū)土地復墾與生態(tài)重建效益演變與配置研究[J].自然資源學報，2001，16(6):525-530.

[31] 胡振琪，等.土地復墾與生態(tài)重建[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2008:22-23.

[32] 喬麗，白中科，張耿杰，等.礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化驅動因素分析——以平朔礦區(qū)為例[J].中國礦業(yè)，2009，18(10):51-53.

[33] 劉小翠，白中科，馬蕭，等.露天開采及土地復墾對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值影響變化的對比研究--以內蒙古勝利東二號露天煤礦為例.資源與產業(yè)，2010，12(4):74-78.

[34] 張耿杰.平朔礦區(qū)生態(tài)服務功能價值評估研究[D].北京：中國地質大學(北京)，2010.

[35] 頓耀龍，王軍，白中科，等.基于灰色模型預測的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化研究——以山西省平朔露天礦區(qū)為例[J].資源科學，2015，37(3):0494-0502.

Ecosystem services value study of mine-agriculture-urban composite area based on fixed model：a case study of Pingshuo mine area

LU Yuan-qing1，BAI Zhong-ke1，2，HU Xing-ding1，CAO Yin-gui1，2，ZHAO Zhong-qiu1，2，LIU He-yun1

(1.School of Land Science and Technology，China University of Geosciences (Beijing)，Beijing 100083，China；2.Key Lab of Land Consolidation，Minisitry of Land and Resources，Beijing 100035，China)

The open coal mining，rapid urbanization and land reclamation change the complex land use and ecosystem services value of mine-agriculture-urban composite area.This paper takes the Pingshuo mining area and the surrounding urban area as the research area，based on the remote sensing image dataof 1986，1996，2004 and 2013，Shuozhou statistic yearbook data and Shanxi Province environmental quality statement，fixes the original ecosystem services value equivalent table，and estimates the ecosystem service value of the research area.Results show that although land reclamation is benefit for ecosystem restoration，the coal mining and urbanization have greater negative influence on the original ecosystem，causing serious degradation.From 1986 to 2013，the total value of ecosystem service drops from 456.38 to 214.11 million yuan with the decline rate of 53.09%.In individual ecosystem service，the value of waste treatment drops from 51.72 to -47.06 million yuan with the rate of -191.00%；in other words，the economic losses of ecology caused by coal mining and urbanization have already exceeded the maximum service value of waste treatment the ecosystem can provide.

ecosystem services value；mine-agriculture-urban composite area；open coal mine；urbanization；land reclamation;fixed equivalent table

2015-03-13

國土資源部公益性行業(yè)科研專項資助(編號：201411017)

盧元清(1989-)，男，安徽蕪湖人，碩士研究生，土地資源管理專業(yè)，主要研究方向為土地復墾與生態(tài)重建。E-mail：rainfoggy@126.com

白中科(1963-)，男，中國地質大學(北京)土地科學技術學院院長，博士生導師、教授，主要研究方向為土地復墾與生態(tài)重建等。E-mail：baizk@cugb.edu.cn。

Q149

A

1004-4051(2015)11-0056-09