生態足跡法在煤炭礦區規劃環評中的應用及對策探討

程文鵬，耿海清，陳 帆，陸兆華，杜 松

（1.中國礦業大學，北京100083；2.環境保護部環境工程評估中心，北京100012）

1 引言

生態系統具有提供人類所需的各種產品，對生態環境進行調節，保障人居環境等多種功能。人類對生態系統這些功能在認識上日益加深，其中生態承載力在確定一個地區發展定位、產業規模、產業布局等方面的重要性日漸加強，其研究已經成為當前熱點。自然體系對內外干擾的承載能力是其功能極限或容載量的表達，生態承載力是客觀存在的某種類型自然體系調節能力的極限值。地球上各等級自然體系都是具有強大活力的自然體系，這些自然系統具有自我維持生態平衡的功能，但這種功能是有限度的，超過這個限度將使自然體系發生質的改變。

具體來說，生態承載力就是指在特定時期和特定區域內，生態系統自我維持、自我調節和自我發展的能力[1]。目前，對生態系統承載力進行定量計算是可持續發展的一項重要研究內容，因為生態承載力是區域經濟、社會、環境協調發展的支撐基礎，也是資源開發強度、開發模式是不是具有環境可持續性的一項重要判據。

資源、環境承載力評價是煤炭工業礦區規劃環境影響評價的重點，而生態承載力是判斷總體規劃是否具有環境合理性的重要依據。生態承載力的研究是通過定量預測規劃實施對自然生態資源的占用，來了解開發活動可能對生態系統產生的脅迫狀態，從而盡量減小對生態系統的負面影響，主要方法有綜合評價法、自然植被凈生產力估測法、差量法、狀態空間法、生態足跡法等，其中生態足跡法的應用最為普遍。另外，生態足跡在城市交通、能源消費、餐飲等行業也得到了較為普遍的應用[2]。

2 生態足跡的計算方法

2.1 生態足跡的概念

生態足跡最早是加拿大生態學家William Ree于1922年提出的[3]，之后由Wackernagel將其理論進行了完善。它是衡量自然界提供給人類各種自然資源以及人類對這些資源的利用程度的一種方法，并且定量的判斷一定區域的發展與其生態承載力是否相適應。

生態足跡的計算基于兩個事實：人類自身對大多數資源的消費和產生的廢棄物數是可以確定的；這些資源和廢棄物通過轉換能與一定面積的生物生產性土地相對應。在生態足跡模型中，各種資源和能源消費項目被折算成可耕地、林地、牧草地、建筑用地、化石能源用地和水域這6種類型的生物生產性土地，雖然它們生產的生物量不同，但通過均衡因子可以將其轉化為具有全球生態系統平均生產力的、可以直接相加的生物生產性土地面積。均衡因子的計算公式為：

某類土地的均衡因子＝全球該類土地的平均生產力/全球所有各類土地的平均生產力。

2.2 生態足跡和生態承載力計算

使用生態足跡法評價某一區域的生態承載力，需要分別計算生態足跡和生態承載力，其中生態足跡的計算公式為：

式中i為用地消費類型（分別為：可耕地、林地、牧草地、建筑用地、石化能源地和水域）；ri為i類用地的均衡因子；ai為i消費類型折算的人均生物生產性土地面積；Ci為i種消費商品的人均消費量；Pi為i種消費商品的平均生產能力；N為評價區總人口數；ef為人均生態足跡；EF為總生態足跡。

生態承載力的計算公式為：

式中：yi為i類用地的產量因子；eci為i類用地人均生態承載力；ec為人均生態承載力；EC為總生態承載力。

2.3 生態足跡與生態承載力的比較分析

將計算得出的生態足跡（EF）與生態承載力（EC）相比較，如果生態足跡小于生態承載力，說明有生態盈余，表明該地區自然生態系統所能提供的生態資源能夠承載當地人口的消費；如果生態足跡大于生態承載力，說明出現了生態赤字，表明當地的發展處于不可持續的狀態，自然生態系統提供的生態資源不能夠滿足當地人口的消費，得依賴外部提供一定資源。

3 生態足跡在礦區規劃環評中的應用

煤炭是我國的主要能源，其生產量居世界首位。我國經濟高速發展，能源需求也持續增長，可以預見，我國煤炭開發規模還將進一步加大。然而，在煤炭開發過程中，土地利用類型將發生改變，天然草場、灌叢的面積將逐漸減少，人工草地和沙地面積有所增加，區域可持續發展能力則將削弱。隨著人類對生態系統的認識不斷加深和評價手段的更新，近年來在環境影響評價工作中對生態影響給予了充分的重視。煤礦建設區域的生態承載能力受到了很大的關注，對其生態承載能力進行量化，充分注重分析煤炭資源開發利用與生態可持續發展之間的關系是環評工作的一項重要內容。

近年來，生態足跡方法逐漸發展、完善，并被普遍地應用于規劃環評中生態承載力的分析與評價中，成為礦區規劃環評中應用最為普遍的方法。例如，中國環境科學研究院在河北省蔚縣礦區規劃環境影響報告書中[4]，根據2005年蔚縣對農村居民的消費統計資料，以全球糧食平均產量為基準，計算了蔚縣的生態足跡；再根據礦區所屬的幾個鄉鎮數據，計算出了評價區內的生態承載力。最后，比較得出了人口承載力有盈余，土地承載力會隨著礦區的開發下降的結論，提出要嚴格控制人口，同時加強土地復墾。在遼寧省沈陽礦區總體規劃環境影響報告書（沈陽環科院編）中[5]，生態足跡被應用于評價礦區開發對當地生態系統的壓力，并預測規劃礦區可持續發展的狀態和發展趨勢，得出區域生態環境已經沒有承載力，生態環境受人類開發破壞嚴重的結論，指出需進行區域綜合整治和養護才能維持區域的發展。

總體而言，生態足跡方法因其概念形象生動、易于理解、指標可比性強，社會意義明顯且計算方法相對簡單等優點在礦區規劃環評中得到了廣泛的應用。然而，隨著礦區規劃環評工作更加深入細致，生態足跡在礦區生態承載力分析方面的一些缺點也逐漸顯現出來。

4 生態足跡法應用于礦區規劃環評中存在的問題

4.1 預測能力不強

生態足跡模型設計中并未考慮消費過程變化的特點[6]，且數據的計算統計通常是以一年為基本單位的，而年內各個時期的變化并不能顯示出來。同時，生態足跡的研究不具備合理預測以后一定年份內生態足跡變化的能力，只具有橫向比較的意義。在實際情況下，一定區域內的人口、技術、物質消費水平是變動的，礦區的開發會極大的影響當地的消費水平，一般情況下會使消費水平提高，甚至會改變當地的生活方式。目前，很多礦區環評報告的結論并未體現出煤炭開采帶來的這些影響，沒有對礦區開發的影響做出合理的預測。同時，很多環評在計算生態足跡時僅限于礦區范圍內的生態足跡，而計算生態承載力時卻把整個縣的生產性土地面積都包括在內，從而得出有生態盈余的結論，這樣的結論顯然不合理。

4.2 模型參數選取的針對性不足

目前，生態足跡模型通用的參數是一個經驗估值結果，這個參數的選擇是基于全球平均生產力而得來的[7]。然而，不同區域的生物生產和資源消耗的過程是不同的，有的極為復雜，直接采用這個參數來計算使區域的個性化不能被體現出來，參數的賦值不能得到完善，評價的結果更不能真實的反映出區域可持續性的實際情況。在實際應用的過程中，仍舊使用全球均衡因子作為模型參數的生態足跡方法會與實際情況之間有較大的差別，因為隨著土地利用率和生產能力的變化區域均衡因子也是變化的，且各個均衡因子之間是相互依賴還是相互替代的關系也會對評價結果產生影響。

4.3 土地功能和質量的復雜性被忽略

生態足跡模型之所以對幾類生物生產性土地進行直接的加和計算，其隱含假設了這幾類生物生產性土地在空間上具有互斥性[8]，但同時也機械地限定了某一地塊、某一時刻唯一的生物生產功能，而否認了這一地塊同時具有的其它的生物生產功能。這一假設忽略了土地在某些程度上的功能替代性和土地本身具有的多種功能，使土地功能被人為地單一化，導致生態足跡計算系統誤差的出現，結果是生態承載力計算偏低。

生態足跡方法對土地的數量及其生產性強調過甚，而土地質量本來就是良莠不齊的，這一事實卻被忽略，它將土地具有的多種生態功能人為地單一化，將參差不齊的土地質量按統一標準進行統計，土地利用的持續性與合理性也未被考慮在內。它忽略了不同的生物產品和服務對特定區域發展的功效性差異，也忽略了不同類型土地在功能上對特定區域發展某種程度上的獨立性和不可替代性。而不同區域各類用地的生產力差別很大，很多環評報告中并沒有考慮這一因素，如中國煤炭資源最為豐富的西北地區，土地的生產力很低，生態承載力也很低。

4.4 對自然系統提供資源、消納廢棄物的功能描述不全

生態足跡計算方法過于注重資源消耗，而對廢棄物的處理處置與其帶來的污染不夠重視。煤炭開采產生的地表沉陷會導致土地利用屬性發生變化，改變表土的理化性狀，減少農用地面積，造成土地資源受損；對區域地下水資源會產生一定程度的影響，生態足跡并沒有將水資源和地下水資源的估算納入其中[9]；礦區開發可能造成環境空氣、水環境污染，生態環境惡化等，對環境質量的影響不容忽視。礦區內除各煤炭企業（含煤炭開采、洗選、矸石利用等企業）外，一般還分布有鋼鐵、電力、煤化工、建材、裝備制造等產業的大中型企業[10]。

這些都是高污染企業，在生產過程中會產生各種廢棄物，污染環境，對生態系統造成壓力。另外，礦區的矸石堆存也是一個比較突出的問題，會壓占土地資源。這些生活和生產過程中所排放的廢水、廢氣、廢渣等污染物同樣需要生物生產性土地加以消納，而且還會對現有生態資源的生產能力和生產過程產生嚴重不良影響，生態足跡并沒有將這些影響完全描述，因此，礦區的生態足跡實際上高于現行的評估結果。

4.5 能源足跡計算不全

在對能源足跡進行統計的過程中，生態足跡只考慮了CO2而忽略了其他溫室氣體，即沒有考慮對其他污染物吸收所需的生物生產性土地面積，只對CO2的吸收所需要的生物生產性面積進行計算和分析。生態足跡一般只計算評價范圍內的人口消費的資源的生態占用，而礦區生產的煤炭、電力等則主要是供區外使用，這樣就會導致計算出來的生態占用偏低，而對當地生態造成的實際影響則很大。煤炭外地消費產生的二氧化碳由區外的化石燃料地消納即可，而電力生產產生的二氧化碳則對當地生態系統造成了實際影響，這部分影響不可能轉移。

4.6 生態承載力計算偏高

礦區的開發往往涉及到區域的自然保護區、風景名勝區、森林公園等禁止開發區，在對這些區域的生態承載力進行計算時，應該扣除相應的生態承載力。而很多環評并沒有做到，因此，有些環評得出的生態盈余結論與實際不符，對于將來各類生物生產性土地面積的變化預測也過于樂觀。

5 提高生態足跡法在礦區規劃環評中實用性的建議

針對上述問題，筆者認為，從提高生態足跡法在礦區規劃環境影響評價中的實用性的角度出發，生態足跡模型在具體應用中應在以下方面加以改進。

5.1 合理確定生態足跡的評價范圍

收集有關統計數據時要精確合理，對礦區的評價要真實可靠。評價區域內生態足跡計算的范圍要與生態承載力的范圍相對應。在此基礎上，如果將生態足跡分析的指標做進一步類型細化以更好的反映指標之間的屬性差異，并建立若干可持續評價的子系統作為生態足跡與生態承載力比較的底層單元，就可以獲得一個區域可持續程度或能力的多層面信息，從而增強評價結果的準確性。

5.2 根據礦區實際情況修正相關參數

通過現場調查、專家咨詢等方式了解評價區域的土地利用概況，靈活調整參數，加強針對性。相關參數的修正可以從兩方面考慮：一是對模型參數的選擇可以基于評價區域所在的省、市的多年土地平均生產力為基礎，而不是以大尺度的全球范圍內的土地生產能力為基礎，即以有針對性的區域土地生產力代替全球平均生產力對參數進行調整；二是在計算產量因子時考慮土地擾動的影響。對于土地擾動對評價結果影響較大的區域，應考慮加入相應的擾動系數，使yi＝DiYi，其中：Di＝F（P，T，E），P、T、E 分別是指政策、科技、環境因素對i類土地產生的影響，并收集多組數據形成評價區域特有的均衡因子體系。

對不同類型的土地區域生態足跡計算中對于能源部分的計算，尤其是煤炭、電力計算應該提高相應的量。加強對評價區域內土地生態功能與質量的關注，對于差距較大的區域，要分別進行評價，不能一概而論。對于評價區域內煤炭開采產生的地表沉陷以及重污染企業污染物的排放需加強關注，將產生的生態足跡計算完整。

5.3 增強生態足跡的動態預測功能

生態足跡模型對所評價區域的動態預測功能有所欠缺，預測結果的準確性在很大程度上受其采用數據來源真實性和可靠性的限制；對土地利用、土地干擾等影響生態承載力計算結果的因素體現不明顯。有鑒于此，應該對生態足跡采用時間序列進行動態的分析，增強生態足跡模型在分析和預測不確定性方面的功能；應對土地利用狀況、土地質量等情況進行分類統計，確保生態承載力的計算結果與實際情況相符，以此為基礎，引入多情景生態足跡分析，使其動態預測的功能得到增強。另外，需對數據來源嚴格把關，以確保預測結果的準確性。這樣，才能使得生態足跡模型較為準確的反映并預測資源與能源消費的發展趨勢。

5.4 應與其他方法對比印證

生態足跡分析一個明顯的缺陷是對生態系統功能描述不全。針對這一缺陷，可以將生態足跡方法與生態系統服務、景觀生態評價方法和生態系統健康等相結合，建立綜合的環境經濟評價體系，從而提供可分析的生態和經濟過程耦合的框架[11～14]。

6 結語

生態足跡法在礦區規劃環評中存在的不足，有些是其固有缺陷造成的，有些是與礦區特點結合不緊密造成的。為此，一方面應該通過與其它方法的結合等途徑來彌補[15]，另一方面應通過有效的多學科合作研究，從拓展應用范圍，提高評價結果的說服力，完善基礎理論和模型方法中存在的明顯漏洞，進一步提升模型評價結果的精度等方面盡快解決目前存在的各種問題，使生態足跡分析基本原理和方法逐步得到完善，增強其在煤炭工業礦區環評中應用的準確性和實用性，力求為相關理論和應用研究提供強更多有力的技術支撐。

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