礦糧復合區農田生態系統健康評價體系及可持續發展對策

李園園，郭增長，馬守臣，王 銳

（河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000）

礦糧復合區，指該區域不僅歸屬于糧食主產區，同時又歸屬于礦產資源主產區，是礦產和糧食復合主產區的簡稱。在我國13個糧食主產省中，有12個是煤炭主要生產省，同時也都是人口大省；我國煤炭資源與耕地資源分布的復合面積就占我國耕地總面積的40%以上，其中煤炭保有資源與耕地資源復合面積占全國耕地總面積的10%[1-2]，有的礦糧復合主產區的礦、糧復合面積比例更大。礦糧復合區所包含的糧食生產和礦業生產不僅在地區經濟發展中起重要作用，而且在我國糧食安全、能源安全戰略體系中占有重要地位，關系到國家的糧食安全、能源安全、環境安全、生態安全及社會安全，其可持續發展在中國社會、經濟發展以及環境保護等方面占有十分重要的戰略地位。

1 生態系統健康概念

生態系統健康是指結合人類健康的概念，以生態學理論為框架，對生態系統的狀態和特征進行系統診斷一種方式，并以此為基礎提出有針對性的解決方案。生態系統健康概念雖然提出歷史相對較短，但由于其為人類提供不可或缺的服務等特殊功能而受到了廣泛的關注。我國在生態系統健康評價方面的研究起步較晚，且據發表的文獻來看，大多側重于生態系統健康相關概念及其評價理論方法的概況介紹與研究綜述；從2002年開始出現有關生態系統健康評價的個案分析，但多為湖泊、森林等自然生態系統的類型健康評價[3]。礦糧復合區是一個極其脆弱的人為生態系統。一方面隨著社會經濟的快速發展，礦業開發對環境質量、生態安全、糧食安全、社會安全等各方各面的影響將不斷加劇，且這一影響將在礦糧復合區表現得更為集中和明顯；另一方面隨著人們對糧食質量和食品安全的重視程度日益提高，礦糧復合區這一特殊但卻廣泛的生態系統的健康狀態越來越受到人們的重視，但目前該類系統研究缺乏，關于礦糧復合區的農田生態系統健康評價的研究剛起步，還需要進一步的開展調查和評價。

2 礦糧復合區農田生態系統存在的主要問題

2.1 礦業生產對農田生態系統的擾動

2.1.1 礦業生產對水資源的影響 礦業生產對水資源的影響主要包括兩方面，一是對水資源的浪費，礦井水的人為疏干，采動形成的導水裂隙對煤系含水層的自然疏干[4]，不僅浪費了地下水資源，而且破壞土層結構，降低地下水位；二是對水資源的污染，未經處理隨意排放的礦井水匯入河流、用于灌溉，堆積的煤矸石等礦渣經雨水沖刷都會引發不同程度的水體污染。

2.1.2 礦業生產對耕地資源的影響 礦業生產對土地的影響主要表現在以下4方面：一是礦業開采過程中造成的農田地表塌陷，不便于農田大型機械化生產，降低耕作效率；二是煤炭開采破壞了土壤結構，加大鹽漬化趨勢，降低土壤肥力；三是礦業開采產生的重金屬、有機物、放射性物質等，通過水、空氣，或者人為移動等多種途徑污染土壤，影響糧食安全；四是礦業開采本身占用耕地，其副產品如煤矸石等也壓占大量的耕地。

2.1.3 礦業生產對大氣的影響 煤矸石長期露天堆放導致風化、自燃，產生大量含重金屬顆粒的揚塵，并向空氣中排放大量的有毒有害氣體；礦區火電廠產生大量的粉煤灰飄浮到空氣中，礦區來往的大型運輸車輛產生的灰塵和排放大量的尾氣等，都將對礦區空氣造成污染。

2.2 農田管理不善

惡化的土壤、水、大氣質量不同程度的影響農田的生產潛力和產品質量，但是缺乏相關修復知識、不合理的田間管理則更加重了農田破壞。無序投肥造成大量殘余，導致土壤的次生鹽漬化[5]；不合理的灌溉，浪費水資源的同時，表層土壤鹽分、礦物度增大，加劇土壤次生鹽漬化；連作加重土傳病蟲害；缺乏大型機械旋耕導致生產力低下，生產效率不高。

3 礦糧復合區農田生態系統健康評價

3.1 指標體系法

生態系統健康評價可以劃分為定量分析和定性分析兩類[6]。其中定量分析包括因子分析法[6]；定性分析包含指示物種法[7-8]與指標體系法等[9-10]。礦糧復合區生態系統作為一個以人類活動為主導的復雜生態系統，其健康評價以指標體系法最為恰當。

指標體系是受科學性和完整性約束而成的相互關聯、相互制約的一系列指標集合，具備目的性、理論性、科學性、實用性和系統性的特點。比較早且完整的生態系統健康評價指標體系是由U.N.Environmental Program（UNEP）召集，于 1992 年在日內瓦建立的海洋生態系統健康評價指標體系[9-10]。國內目前已有的農田生態系統健康評價研究也均采用本方法。對于很難找到切合的指示物種對其健康狀況進行監測的礦糧復合區生態系統，指標體系法無疑是最佳的評價方法。

3.2 指標體系建立原則

構建科學且實用的指標體系的根本目的，就是要把復雜的礦糧復合區生態健康建設目標轉化為可以被度量、計算和比較的數字或者數據，以便為制定礦糧復合區建設的總體規劃和方針政策提供一些定量化的依據。由于對象系統的復雜特性，單一的觀測和指標并不能準確的描述和界定其特性，因此數量可觀、類型多樣的觀測數據和評價指標是必須的，但是所選擇的指標不可能面面俱到，否則會使指標體系十分繁雜，不便操作，甚至操作失靈。因此如何正確、合理地選擇有需要的指標是構建一個系統、高效的指標體系的核心。根據礦糧復合區生態系統本身的特性，所建立的評價指標體系或所選取的指標應當具有以下的特性：

（1）系統性：選取的指標間聯系有機、有序、系統，更要考慮對象系統和社會、生態、環境、經濟、人類健康和社會體制等系統之間的緊密聯系，并相對完備。

（2）客觀性：指標體系必須能夠客觀和真實的體現出礦糧復合區生態系統健康的科學內涵和基本特征，能夠客觀描述系統發展演變的狀態，詳盡闡述礦區子系統和農田子系統指標間的相互聯系，并能較好的測度指標體系的主要目標的實現程度。

（3）可操作性：指標概念明確，且獲取應相對容易、數據量充足，并且能夠被定量測度。

（4）突出性和獨立性：指標的選擇要能夠表征出系統中最為主要的成分變量、突出當前不僅帶全局性而且又極其關鍵的問題。

（5）國際可比性：為了便于國家與地區間的交流，應當盡量把指標體系和影響因子的口徑、范圍統一到國際通用或者常用的指標上來，且一定要經得起走在該領域前沿的國家的檢驗。

3.3 評價指標

3.3.1 評價指標的選取流程 結合礦糧復合區生態系統現存的問題、系統特性、指標選取原則，構建評價指標體系的基本思路如圖1所示。

圖1 礦糧復合區生態健康評價指標體系構建基本思路

3.3.2 指標體系 生態系統健康可以通過活力（Vigor）、組織結構（Organization） 和恢復力（Resilience）3個特征來進行定義[11-12]。活力表示生態系統的功能，可根據新陳代謝或初級生產力等來測度；組織結構是根據系統組分間相互作用的多樣性及數量來評價；恢復力也稱做抵抗力，是指系統在脅迫下維持其結構和功能的能力，可根據結構和功能的維持程度和時間來測度[13-14]。

根據礦糧復合區生態系統健康的內涵和指標篩選原則，從礦糧復合區自然環境、社會、經濟3方面分析，在借鑒前人建立的指標選取原則基礎上，結合礦糧復合區生態系統的典型、脆弱的人工生態系統特點，選取指標，并建立指標體系（表1）。這些指標可反映出礦糧復合區生態系統結構、經濟、環境、生產力、可持續性、社會和恢復力等要求。

表1 礦糧復合區農田生態系統健康評價指標體系

4 礦糧復合區農田生態系統可持續發展對策

本著經濟效益和環境保護和諧發展的理念，運用生態學、經濟學和系統工程學等多學科融合原理，結合礦糧復合區目前的發展情況和特性，從社會和法制，經濟和技術等多方面綜合考慮，提出以下可持續發展對策。

4.1 綠色采礦，減少礦產開采對農田生態環境的破壞

采礦將直接破壞億萬年來自然力作用形成的土地、水、植被、草原等環境要素，以目前科學技術，暫時還無力復原被破壞的包含全部信息的環境資源[15]。因此，應在損害環境最小的狀態下取得最大量的資源或者在同樣環境損害狀態下達到最大資源回收率，使得環境損害/單位資源比趨于最小[4]。以此為目的的綠色采礦技術日益獲得關注，主要包括[4,15]：（1）實施以水資源保護為目的的保水開采技術；（2）實施充填與條帶開采等減沉技術，同時開展土地復墾；（3）實施少出或不出矸石技術（煤層巷道支護，矸石充填采空區），或者實施矸石地面利用技術（發電，建筑、復墾回填材料等）。

4.2 完善相關法律法規和標準，嚴格執法

我國已經制定了《礦產資源法》、《礦產資源監督管理暫行辦法》、《環境保護法》、《土地管理法》、《水土保持法》、《農業法》、《農村復墾規定》等相關法律法規，促進了礦糧復合區的綜合發展。但是法律法規不夠細致完善，致使責任認定不夠明確，影響到執法的效率和效果。進一步完善現有法律法規的同時應加強立法，制定礦區土地環境和糧食生產安全法律，明確責任；制定綠色開采和支持復墾的優惠政策；制定復墾相關標準，使環境修復工作規范化。同時執法機關也要嚴格執法，真正做到有法可依，有法必依，違法必究，保證相關政策、法律法規和標準的有效施行。

4.3 加強政府引導、培訓職能

政府作為主管部門，應當充分發揮自身作用，對勞動人員進行相關引導、培訓，提高礦糧復合區綜合生產能力；因地制宜的增購大型設備對土壤進行旋耕作業，取代鍬挖、鎬刨，阻止表土鹽分積聚、增加土壤通透性，降低地下水位；合理有效施肥，控制施肥量和肥料種類；采取政府補貼方式，大力推廣滲灌設備的鋪設，同時收集并凈化礦井水，以達到節約灌溉用水、提高灌溉質量的目的；制定并推廣輪作計劃，致力于建立和諧一體的耕作、施肥、灌溉和輪作制度，切實提高勞動人員素質，達到農田合理、永續利用的目的。

4.4 建立生態環境補償機制

建議完善國家補償制度，并設立治理專項基金。基金可通過探礦采礦權使用費、耕地占用稅、資源稅、新增建設用地有償使用費、煤炭銷售收入提留等來實現。對于新造成的環境損害，將由引發損害的企業承擔全部修復費用。在企業進行新項目之前，相關部門先科學評估可能對環境造成的損害，并提出改善措施；再根據可能引發的災害的修復成本，建立專門賬戶，向企業收取保證金，切實做到企業所有、政府監管、專款專用。

[1] 胡振琪，駱永明.關于重視礦-糧復合區環境質量與糧食安全問題的建議[J].科技導報，2006，24（3）：93.

[2] 胡振琪，李 晶，趙艷玲.礦產與糧食復合主產區環境質量和糧食安全的問題、成因與對策[J].科技導報，2006，24（3）：21.

[3]彭 建，王仰麟，吳建生，等.區域生態系統健康評價——研究方法與進展[J].生態學報，2007，27（11）：4877-4885.

[4] 錢鳴高，繆協興，許家林.資源與環境協調（綠色）開采[J].煤炭學報，2007，32（1）：1-7.

[5] 黃 毅，張玉龍.保護地生產條件下的土壤退化問題及其防治對策[J].土壤通報，2004，35（2）：212-216.

[6]官冬杰，蘇維詞.城市生態系統健康評價方法及其應用研究[J].環境科學學報，2006，26（10）：1716-1722.

[7] Hilty J,Merenlender A.Faunal indicator Taxa selection formonitoring ecosystem health[J].Biological Conservation,2000,92（2）:185-197.

[8] Leppard G G,Munawar M.The Ultra-structural Indicators of Aquatic Ecosystem Health [J].Journal of Aquatic Ecosystem Health,1992,1（4）:295-308.

[9] 彭 濤.華北山前平原村級農田生態系統健康評價方法探討——以河北省欒城縣為例[D].北京：中國農業大學，2004年.

[10]孔紅梅，趙景柱，姬蘭柱，等.生態系統健康評價方法初探[J].應用生態學報，2002，13（4）：486-490.

[11]李春陽，秦紅靈，高旺盛.北方農牧交錯帶農田生態系統健康評價——以武川縣為例[J].中國農學通報，2006，22（2）：348.

[12]王 潛，李海濤，梁 濤，等.湖濱帶退化生態系統健康評價指標體系研究[J].安徽農業科學，2009，37（5）：2226-2228，2288.

[13]Rapport D J.Ecosystems not Optimized:a Reply[J].Journal of Aquatic Ecosystem Health,1993,2（1）:57.

[14]馬克明，孔紅梅，關文彬，等.生態系統健康評價：方法與方向[J].生態學報，2001，21（12）：2106-2115.

[15]錢鳴高.煤炭的科學開采及有關問題的討論 [J].中國煤炭，2008，34（8）：5-10，20.