礦產資源開發環境壓力的評價指標體系構建

都沁軍，董騰云，馮蘭剛

（石家莊經濟學院 管理科學與工程學院，石家莊 050031）

礦產資源開發環境壓力是由于礦產資源的開發活動而產生的社會代謝和生態占用等對自然環境的擾動和破壞，這種擾動和破壞影響了區域特別是礦產資源開發地自然環境的正常演化過程，導致區域環境功能的退化。研究礦產資源開發的環境壓力，可以為礦產資源的可持續開發利用提供定量化的依據。

1 礦產資源開發環境壓力評價的理論基礎

通過建立評價指標，定量評價礦產資源開發的環境壓力是非常復雜的。這是因為礦產資源開發對自然環境擾動、損害的形式、程度多種多樣，要想把環境損害綜合起來表達是非常困難，但是從根本上講，礦產資源開發活動對環境功能的損害程度取決于其對自然環境的損耗和向自然環境排放廢棄物的量，以及礦產資源開發所在區域承載力的大小。基于這樣的考慮，從源頭上分析礦產資源開發環境壓力就為這一問題的解決提供了新的思路。

礦產資源開發的物質流分析從社會-經濟系統與生態環境系統之間物質交換的角度，來分析礦產資源開發活動對自然環境的影響程度。其結果是以一組物質流分析指標定量地測量了對礦產資源的直接損耗（即直接使用量）、對環境的擾動（隱藏流的開挖和處置）及其產生的污染（各種廢棄物的排放），物質流分析中的物質投入指標和輸出指標可以從物質重量的角度反映礦產資源開發對環境的壓力。物質流分析的理論可以作為礦產資源開發環境壓力評價的理論基礎之一。

通過礦產資源開發生態足跡分析，能夠從礦產資源開發生態性資源占用的角度，測度礦產資源開發中資源的消費及廢棄物的排放對環境的影響，并把其歸結為人類最根本的資源：生態生產性土地。以各類資源消費和吸納廢棄物所需要的生態生產性土地面積來測度礦產資源開發活動對自然生態環境的影響。生態足跡是礦產資源開發環境壓力的一種測度。生態足跡分析可作為礦產資源開發環境壓力評價的另一理論基礎。

礦產資源開發對自然環境的沖擊可以從重量和面積兩個角度來分析。物質流分析從社會代謝的角度測度其規模，生態足跡分析從生態生產性土地的角度測度其面積的大小。物質流分析和生態足跡分析共同構成了礦產資源開發環境壓力評價的理論基礎。

2 礦產資源開發環境壓力評價指標體系結構

環境壓力的度量可以從兩個方面來考慮，即礦產資源開發環境壓力的產生者和礦產資源開發環境壓力的承受者。礦產資源開發是人類在一定的地域開展的活動，該地域社會經濟發展的持續性取決于其所依附的生態-環境系統所承受的壓力與該生態環境系統所具有的承載力的對比。第一，從施力者的角度講，礦產資源開發環境壓力評價指標體系的建立應能夠度量特定區域生態環境系統所承受的來自礦產資源開發活動的壓力；第二，從受力者的角度講，礦產資源開發環境壓力評價指標體系的建立應能夠度量特定區域對礦產資源開發活動的支撐能力；第三，該指標體系還應具備比較壓力與支撐能力的功能；第四，礦產資源開發活動也是為取得一定的經濟產出，該指標體系也應具備這方面的能力。

根據以上分析，該指標體系首先應包含環境壓力的絕對量指標，即總量指標；另一方面，如果僅僅有總量指標，不能反映自然生態環境在其作用下發生改變的程度，還應與特定地域的環境承載力相比較，分析環境壓力的強度，應包括承載力指標和強度指標；考慮礦產資源開發活動的經濟產出問題，該指標體系應包括效率指標。因此，礦產資源開發環境壓力評價指標體系包括總量指標、承載力指標、強度指標和效率指標，見表1。

3 礦產資源開發環境壓力評價的總量指標

表1 礦產資源開發環境壓力評價指標體系

3.1 本地礦產資源開發環境載荷

一個區域中礦產資源開發的社會代謝對環境造成的壓力（環境載荷）并不是完全由本區域的環境承受。其中，消費非本地區生產的礦產品對應的基本物質的開采以及由此引起的隱藏流發生在礦產品的生產區，其承受者是礦產品生產區的環境。這樣，可以把由礦產資源生產區環境承受的載荷稱為本地礦產資源開發環境載荷，可以用TEL_MRER表示，計算公式為：

（1）式中，TDE_MRE指礦產資源開發中的國內總開采，等于國內直接使用的原料開采量（DE_MRE）與國內未使用的開挖量即國內隱藏流（HF）之和。TDE_MRE代表了礦產資源開發系統輸入端對本地環境產生的壓力，可稱為本地礦產資源開采載荷；TDO_MRE代表了礦產資源開發系統輸出端對本地環境產生的壓力，可稱為本地礦產資源排放載荷。由此可以知道，礦產資源開發中的隱藏流既產生開采載荷，又產生排放載荷。

3.2 本地礦產資源開發綜合生態足跡

礦產資源開發所產生的環境壓力或環境沖擊并不完全是由該區域的環境所承受，即承載著礦產資源開發的生態占用的這只腳不僅踩在本區域的土地上，而且通過相關的貿易踩在了其它區域的土地上；另一方面，踩在特定區域土地上的礦產資源開發的生態足跡不僅是由發生在本區域的消費所產生的，另外一部分是由消費其它區域生態物質引起的。因此，要計算特定區域的本區域環境所承受的礦產資源開發的環境壓力。需要計算踩在本區域上的礦產資源開發綜合生態足跡，稱為本地礦產資源開發綜合生態足跡（MEFTR）。礦產資源開發綜合生態足跡（MEFT）度量的是礦產資源開發過程中對生態資源的占用，其出發點是環境壓力的制造者；本地礦產資源開發綜合生態足跡（MEFTR）度量的是給定區域的環境所承受的壓力，其出發點是環境壓力的承受者。

本地礦產資源開發綜合足跡也可以（2）式表示，

式（2）中，MEFTR、MEFDR、MEFPR分別代表本地礦產資源開發消費足跡、本地礦產資源開發地質災害足跡、本地礦產資源開發污染足跡。

4 礦產資源開發環境壓力評價的承載力指標

4.1 礦產資源開發的有效生態面積

為了使礦產資源環境承載力更接近于實際環境承載力并使之更具橫向可比性，應該把礦產資源開發區域土地面積中承載力很低或為零的那部分面積從總的國土面積中扣除，用其余額作為礦產資源開發環境承載力的估值，把這一面積稱為礦產資源開發的有效生態面積。即由于強調環境承載力的生命支持功能和廢棄物的吸納能力，可以把具備這樣功能的耕地、牧草地、水域、林地、建設用地、水資源地等看作有效生態面積，其中水資源地的生態面積需要換算。礦產資源開發有效生態面積的計算如式（3）所表示。

式（3）中，SMECV指礦產資源開發的有效生態面積，hm2；i礦產資源開發區域所擁有的耕地、牧草地、水域、林地、建設用地等有效生態面積的種類，Si指第i類土地的實際物理面積，hm2；W指礦產資源開發區域的水資源量，m3；Yw指水資源的世界平均生產能力，m3/hm2。

在式（3）中，在水資源量W前乘一個系數（1-0.6），是因為根據相關研究，一個國家或地區的水資源開發利用率若超過30～40%，則可能引起生態環境的惡化。因此，一個國家或地區的水資源有效生態面積計算中必須至少扣除60%用于維持生態環境，因此，在水資源有效生態面積的計算中應按上述原則扣除維持生態環境的水資源量。

4.2 礦產資源開發的標準生態面積

生態承載面積是測度環境承載力的一個較合適指標。為表達其特有的內涵，可以把經過標準化處理可以表示礦產資源開發環境承載力的生態承載面積稱為礦產資源開發的標準生態面積，如式（4）所表示。

式（4）中SMECS表示某一區域礦產資源開發的標準生態面積，gha；Si表示所研究的礦產資源開發區域擁有的5類具有生態能力的土地中第i土地的物理面積，hm2；γi表示第i類土地在全球范圍內的當量因子；λi表示區域范圍內第i類土地的產量因子；γw表示水資源的當量因子。

5 礦產資源開發環境壓力評價的強度指標

一個區域的環境狀況及其發展變化趨勢不僅取決于環境壓力的總量，且與區域環境承載力有著密切的關系。因此，有必要將礦產資源開發環境壓力總量指標與礦產資源開發環境承載力指標相結合，構建新的指標來度量一定區域環境承受礦產資源開發的壓力，從而進一步表征環境所承受的來自礦產資源開發的受力狀態，并使其在不同地域間具有可比性。

5.1 礦產資源開發環境壓強

前面構建的本地礦產資源開發環境載荷指標的單位是重量，相當于力學事件中的載荷力；包括礦產資源開發有效生態面積、礦產資源開發標準生態面積在內的礦產資源承載力的單位是面積，相當于力學事件中的承載面積；一個區域的礦產資源開發對環境的影響可看作一個力學事件。這樣，可以借用力學中的壓強概念，定義礦產資源開發環境壓強（EnvironmentalStressofMineralResourcesExploitation，ES_MRE）為單位環境承載面積（區域國土面積、礦產資源開發有效生態面積、礦產資源開發標準生態面積）上的本地礦產資源開發環境載荷。前面在分析礦產資源開發環境承載力時提到了三種不同含義的環境承載面積，相應地礦產資源開發環境壓強也有三種計算方式。

以礦產資源開發區域國土面積（SMECR）計算的礦產資源開發環境壓強ES_MRER，其計算公式如（5）：

以礦產資源開發有效生態面積（SMECV）計算的礦產資源開發環境壓強ES_MREV,其計算公式如(6):

以礦產資源開發標準生態面積（SMECS）計算的礦產資源開發環境壓強ES_MRES,其計算公式如(7):

5.2 礦產資源開發生態足跡強度

從指標反映的效果上看，本地礦產資源開發環境載荷和本地礦產資源開發綜合生態足跡應屬于礦產資源開發環境壓力總量指標，其區別僅在于度量的單位不同，環境載荷的度量單位是重量，生態足跡的度量單位是面積。按照礦產資源開發環境壓強建立的基礎，同樣可以用單位承載面積上的生態足跡測度礦產資源開發環境壓力的強度。我們引入礦產資源開發足跡強度的概念，定義特定區域內單位礦產資源開發環境承載面積上的本地礦產資源開發綜合生態足跡為礦產資源開發的生態足跡強度(Ecological Footprint Intensity of Mineral Resources Exploitation，EFI_MRE)。 這里需要說明的是，盡管礦產資源開發環境承載力的面積含義有三種表達方式，為與生態足跡的計算規則相統一，在計算礦產資源開發的足跡強度時的環境承載面積用礦產資源開發的標準生態面積。具體計算公式見式（8）。

5.3 礦產資源開發生態超載強度

依據生態足跡的理論，可以定義本地礦產資源開發綜合生態足跡與礦產資源開發標準生態面積之差為本地礦產資源開發生態赤字，可記為ED_MRER:

在上式中,MEFTR為本地礦產資源開發綜合生態足跡，SMECS為礦產資源開發標準生態面積。當ED_MRER﹥0時，說明在一個區域中由于礦產資源開發活動對生態資源的占用超出了其所對應的生態資源，即所謂的發生了生態超載，ED_MRER代表了生態超載量。

由于ED_MRER代表的僅僅只是表示了由于礦產資源開發所導致的生態超載的大小，并不表示其生態超載的嚴重程度，也不能用于不同區域的比較。要分析由于礦產資源的開發所帶來的生態超載嚴重程度及用于不同礦產資源開發區域的比較，需要計算的單位礦產資源開發標準生態面積的本地礦產資源開發生態赤字，可以定義其為礦產資源開發的生態超載強度，用EOI_MRE（Ecological Overshoot Index of Mineral Resources Exploitation）表示:

EOI_MRE﹥0時，其值越大，表明所研究的地區由于礦產資源開發所帶來的生態超載程度越嚴重。當然，也可能存在EOI_MRE﹤0的情況，這時稱為礦產資源開發的生態盈余指數。

6 礦產資源開發環境壓力評價的效率指標

從本質上說，生態足跡反映的人類的社會經濟活動對生態資源的占用，并且為做一定的區別，把以生態足跡為基礎構建的效率指標稱為生態效率，把以環境載荷為基礎構建的效率指標稱為環境效率。這樣，應用不同礦產資源開發環境壓力指標構建的環境效率指標如下：

6.1 本地礦產資源開發環境效率

礦產資源開發的環境效率（EV_MRE）是一個區域礦產資源開發系統產生單位礦產資源開發環境總載荷（TEL_MRE） 獲得的工業增加值 （Value added of industry，VAI）:

本地礦產資源開發環境效率（EV_MRER）是一個區域礦產資源開發系統產生單位本地礦產資源開發環境載荷（TEL_MRER）獲得的工業增加值（VAI）:

6.2 本地礦產資源開發生態效率

礦產資源開發生態效率（EE_MRE）是一個區域礦產資源開發系統產生單位礦產資源開發綜合生態足跡（MEFT）獲得的工業增加值（VAI）:

本地礦產資源開發生態效率（EE_MRER）是一個區域礦產資源開發系統產生單位本地礦產資源開發綜合生態足跡（MEFTR）獲得的工業增加值（VAI）:

以上礦產資源開發環境效率的倒數是礦產資源開發系統生產單位礦產品對環境造成的壓力，可稱之為礦產資源開發系統的環境沖擊強度。

通過以上各個指標的計算，可以具體分析某一區域礦產資源開發環境壓力變化的趨勢，以及實現區域礦產資源開發環境壓力零增長的條件，從而實現礦產資源開發過程的可持續性。

[1]顧曉薇,王青.可持續發展的環境壓力指標及其應用[M].北京:冶金工業出版社,2005.

[2]唐劍武,葉文虎.環境承載力的本質及其定量化初步研究[J].中國環境科學,1998,18(3).

[3]顧曉薇.國家環境壓力指標體系及減量化研究[D].東北大學,2005.

[4]王青,劉敬智,顧曉薇.中國經濟系統的物質消耗分析[J].資源科學,2005,27(5).

[5]王廣成,閆旭騫.礦區生態系統健康評價理論及其實證研究[M].北京:經濟科學出版社,2006.

[6]劉年豐,謝鴻宇.生態容量及環境價值損失評價[M].北京:化學工業出版社,2005.