礦區損毀土地復墾利用的生態系統服務價值研究

河北地質大學 武金華 王爭光 高亮

引言

人們改變土地用途，會使生態系統的類型發生改變，從而影響生態系統服務價值。生態系統服務價值的研究對人們正確使用土地具有重要的現實意義[1]。1974年，Holdren和Ehrlish首次提出了生態系統服務這一概念[1]；1997年Robert Costanza等基于效用價值理論和均衡價值理論，制定了全球生態系統服務價值當量因子表，對生態系統服務價值進行了具體測度[2]，同時期美國學者Gretchen C.Daily出版《Nature’s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems》[3]，這兩項研究成果引發了人們對生態系統服務價值的廣泛研究。1995年，侯元兆等首次評估了我國森林資源的總價值，為13億元人民幣[4]；2001-2005年聯合國千年生態系統評估（MA）開啟了對生態系統服務更深入的研究，將生態系統服務的研究導向了形成機理、流動、權衡與協同等，尤其對生態系統服務與人類福祉的關系進行了討論[5]。

對于生態系統服務價值的評估，自Costanza始，后人也進行了許多深入的研究。1999年歐陽志云等運用影子價格，替代工程或損益分析等方法探討了中國生態系統的間接價值[6]；2003年謝高地等在Costanza等的基礎上，結合本國的國情，制定了中國的陸地生態系統單位面積服務價值表[7]；2012年徐麗芬等對謝高地等制定的《中國的生態系統服務價值當量因子表》進行了進一步完善，使之能夠更好地服務于不同時間空間的研究區[8]；2015年謝高地等又進一步完善了全球生態系統服務價值當量因子表，更加細分了土地利用類型，同時對一些生態系統的價值進行了修訂[9]。當前的生態系統服務價值評估,主要是針對大尺度區域來進行，這對于國家和省區市區域尺度的資本價值認識具有重要的意義。但是，大尺度的研究對于小區域環境和生態系統的管理的指導作用并不明顯。同時，礦區的開采使得小范圍的生態系統的價值產生大幅度的波動。因此，把礦區作為研究對象，對促進礦區生態系統價值評估，研究礦區生態系統服務價值的變化具有重大意義。

1 研究區概況

本項目以承德縣建龍礦業有限公司解營鐵礦為研究對象，地址位于承德市承德縣岔溝鄉下院村，在承德縣城北東10°方向有簡易公路與101國道相連。礦種為鐵礦，開采形式為露天開采，生產規模為600萬噸/年，礦區面積為3.2963平方公里，設計服務期限為5年。礦區包含兩個礦區，分別為蘇家溝腦采區和于家營子采區。于家營子采區：中心點坐標為東經118°11'20″，北緯41°08'15；蘇家溝腦采區：東經118°11'16″，北緯41°09'23″。礦區內礦體分布在山坡或山脊處，溝谷發育，有利于自然排水，礦區范圍內無地表水體，大氣降水是地下水的唯一補給來源。礦區及周圍植被以野生灌木為主，次為森林植被。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

本項目所涉及的研究區數據來源于《承德縣建龍礦業有限公司解營鐵礦礦山地質環境保護與土地復墾方案》，統計數據來源于地區統計年鑒。糧食價格數據來源于各年的《全國農產品成本收益資料匯編》。

2.2 研究方法

2.2.1 生態系統服務價值研究方法

本文以謝高地的研究出的中國生態系統服務價值當量因子表[9]為基礎，就研究區所在地的當前發展情況，修正單位面積農田年糧食產量的經濟價值。然后根據研究區的實際生物類型，對得到的生態系統服務價值當量因子表進行修正。

2.2.2 評估體系

本文根據2020年研究區復墾前后土地利用結構調整表，結合考慮研究區的實際情況將研究區地分成有林地、灌木林地、其他林地、其他草地、道路用地、坑塘水面、建設居住用地、采礦用地、損毀地等。以此為基礎來計算研究區復墾前后生態系統服務價值的變化。

本研究以謝高地等提出的基于單位面積的當量因子法為基礎，一個當量因子相當于全國1hm2的年均糧食產量的平均價值，為當年全國平均糧食價格的1/7[10,11]，本文采用移動平均法對糧食的平均價格進行預測，由于2020年有比較特殊疫情嚴重，對糧食的價格會產生較大影響，所以采用預測的2019年價格作為河北省糧食價格基準，來消除通貨膨脹的影響。

本文收集了2005-2018年河北省糧食價格數據，采用簡單移動平均法對2019年價格進行估算，其優點是計算方便，數學要求不高，適用于趨勢變動不太明顯的時間序列。公式為：

此處過反復試算，最終確定n=3時誤差最小,采用2016、2017、2018三年的數據，最終經過計算，預測2019年糧食價格為2198.87元/噸。

本文以千年生態評估（MA）框架工作組提出的生態系統服務功能分類方法[5]，將本礦區生態系統服務功能歸納為提供產品功能、調節功能、文化功能和支持功能四大類。根據得出的2019年糧食的預測價格，根據謝高地等[12]對河北省生物量進行訂正（訂正系數為1.02），制定出研究區土地利用類型的生態服務價值當量因子表。其中計算得出研究區1個生態服務價值量因子的經濟價值量為2242.86元/hm2,最終得到研究區不同生態系統單位面積的生態服務價值(表2)由于謝高地在其生態系統服務價值計算過程中并未給出建設用地的計算方法，所以此處工礦建設用地采用Costanza給出的數據[13]。毀損地（破損地）與建設用地同屬于工礦建設用地，將前人的兩種當量因子的測算結果結合，得出本文所需要的研究區土地利用類型的生態服務價值當量因子表。由此得出研究區1個生態系統服務價值當量因子的計算公式：

式中，ESV為研究區生態系統服務價值；Ak為土地利用類型k的面積；VCk.為生態系統價值系數；ESVf為生態系統單項服務價值；VCfk為土地利用類型k的生態系統單項價值系數。

2.2.3 敏感性指數分析

敏感性指數分析可驗證價值指數的準確度，若CS＞1，則說明ESV對VC是富有彈性的；若CS＜1，則說明ESV對VC是缺乏彈性的，結果可信。敏感性指數的計算公式為[14]：

式中，VC、k的含義同前，ESVi和ESVj各表示最初價值和生態價值系數調整后的價值。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

根據研究區在不同時段的土地利用結構調整表（表2），可以看出，研究區土地利用結構的變化，主要是礦區的開發主要是將原來的各種用地，如耕地、林地、草地、采礦用地等損毀成了損毀地，因此，在復墾前礦區耕地、林地、草地等面積都變成了0，與此同時，損毀地變成了139.186hm2。復墾后與未損毀前對比，坑塘水面增加的最多，增加了27.9528 hm2。有林地其次，增加了26.2198hm2，灌木林地增加了17.1445hm2，其他草地增加了11.7113hm2，采礦用地全部被復墾，減少了82.1909hm2。復墾導致的研究區土地利用結構的變化最終導致了生態系統服務功能的價值發生改變。

3.2 生態系統服務價值復墾前后變化分析

分析表2可知，由于礦區特殊的土地用途以及強力的人工干預，使得礦區各種地類的生態系統服務價值的變化非常劇烈。未損毀前，有林地和其他草地是ESV中貢獻最大的兩種土地利用類型，分別為58.78%和58.17%，兩者總和占到了116.95%。復

表2 研究區土地利用結構及生態系統服務價值變化表（單位：hm2、萬元）

研究區土地利用類型的生態服務價值當量因子表（元/hm2）

3.3 敏感性分析

墾前，由于大量的壓占和損毀，損毀地的ESV占據了絕對優勢，為84.25%。研究區復墾后預估的ESV總量增長了很多，說明礦區復墾所帶來的生態環境改善還是非常明顯的。

未損毀時研究區ESV總量為137.54萬元，有林地、灌木林地、其他草地ESV占比較大。復墾前年ESV總量減少到-116.66萬元，1990-1995年ESV總量大幅增加的原因為礦區的開采致使損毀地的大量增加。使得研究區的生態系統服務價值呈現負值的狀態。復墾后，預估的ESV總量增加到1152.44萬元，與未損毀的狀態相比，增長幅度很大，主要原因是坑塘水面的大量增加，同時，有林地、灌木林地、其他草地等面積的增加也使得生態系統服務價值的增長更加明顯。(上表2）

將土地利用類型的生態價值系數上下各調整50%，計算價值系數調整后各用地類型的ESV的變化，并估算CS(表3)。從大到小依次為森林、草地、農田、水域、荒漠、未利用地。CS值最高的是森林，在0.5358～0.5055之間，說明如果森林的生態系統價值系數增加1%，ESV將增加05358%～0.5055%之間，對ESV影響較大；未利用地的CS最小，近似為0，對ESV結果影響不大。整體計算結果表明，各類生態價值系數的CS都小于1，這表明研究區ESV對生態服務價值系數缺乏彈性，研究結果可信。

表3 研究區不同土地利用生態系統服務價值敏感度

4 結論與討論

礦產資源的開發和利用在極短的時間內就打破了累積了上千萬年甚至是更長時間的地質結構和構造，使當地的生態環境變得愈加脆弱。所以，礦區必須執行“邊開采，邊復墾”的政策，避免生態環境的惡化。按照研究區的復墾計劃來計算，得出的研究區的生態系統服務價值的動態變化情況為先下降后上升，這與前人的研究結果不謀而合15]。如果能夠嚴格按照礦區土地復墾方案的步驟進行，將遠遠超過原有地貌的生態系統服務價值。