煤炭開采外部性損失及復墾隱性效益研究

吳迪+趙華+李鋼

摘要：21世紀人類面臨的主要問題將是人口、資源、環境問題，但是在經濟利益的驅動下，目前生態環境惡化的趨勢并沒有得到有效地遏制，環境污染、資源浪費問題依然嚴峻。政府作為公共物品的管理者，需在資源利用、環境保護這些問題上及時吸取國外“先污染后治理”的教訓，站在長遠的戰略角度保護全民利益。目前，我國對于煤礦區土地復墾工作要求趨于嚴格，土地復墾的意義不僅在于提高耕地質量，而且對環境、社會等方面具有正外部性影響。將這些外部性進行數值化分析，用土地復墾的外部效應與投入進行深入對比，有利于更加明確地認識土地復墾的效益與意義。

關鍵詞：煤炭開采；外部性；復墾；效益

中圖分類號：X4；X8 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）01-0222-06

Study on External Damages of Coal Mining and Stealth Effectiveness of Reclamation

WU Di1，2，ZHAO Hua1，2，LI Gang1，3

（1. School of Environment Science & Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221008， Jiangsu， China；

2.Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering， Xuzhou 221008， Jiangsu， China；

3.Xuzhou Land and Resources Bureau， Xuzhou 221006， Jiangsu， China；）

Abstract： In the 21st century， human beings are still faced with the major proldems of population， resources and environmental issues. Driven by economic interests， the trend of the current deterioration of the ecological environment has not been effectively curbed； environmental pollution and resource waste are still grim. As the manager of public goods， the government needs to absorb the lessons of foreign pollution governance in resource utilization and environmental protection， standing in a long-term strategic angle to protect national interests. Currently， China's land reclamation work on coal districts is strict， the significance of which not only directly relates to the quality of cultivated land， but also has positive external effects on environmental， social and other aspects. This article gives a numerical analysis on these externalities and compares the external effects of land reclamation and investigation with an aim of giving a clearer understanding of the benefits and significance of land reclamation.

Key words： coal mining； externality； reclamation； effectiveness

收稿日期：2013-04-25

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAB11B06）

作者簡介：吳 迪（1988-），男，河北廊坊人，在讀碩士研究生，主要研究方向為土地利用規劃，（電話）15895210512（電子信箱）wudcumt@163.com。

自工業革命以來，科學技術飛速發展為人類改造自然環境、利用自然資源提供了強有力的武器，同時人類對自然的影響遠超以往。其中，煤炭資源發揮的作用不言而喻，它有利地推動了經濟發展和社會進步，極大地便利和豐富了人民的生活。但是采礦活動對環境的破壞也是空前的，2011年全國煤炭開采量為35.2億t，是建國初期的100倍左右，采礦范圍影響之大前所未有。煤炭開采帶來的影響也是多種多樣，但是一部分采煤損失并沒有在煤炭開采成本中完全體現出來，這就是容易被人們忽視的外部性損失。資源環境的破壞最終還是要人類付出相應代價，因此在煤炭產量及開采范圍不斷擴大的同時，也要更多地考慮煤炭開采對周圍環境的影響。將土地塌陷損失定量化，有助于采礦稅額的確定以及土地復墾的效益分析。

1 基本理論

外部性（Externality，又稱作外部效應、外部影響）是指在不通過影響價格而直接影響他人的經濟環境或經濟利益，轉移了自己行為的后果，從而沒有由自己完全承擔這種后果，即沒有將這種影響計入市場交易的成本與價格之中的經濟現象[1]。其中采煤對環境的影響屬于生產外部性也稱負外部性，煤炭開采對于環境的破壞由大區域內的全部個體共同承擔，并沒有完全計入煤炭開采成本中。

MSC=MEC+MPC （1）

如圖1所示，MSC為邊際社會成本，MEC為邊際外部成本，MPC為邊際個人成本，EC為需求曲線。企業為了追求利益最大化，選擇EC與MPC交點A，此時產量為Qa，價格為Pa，而綜合最優產量為EC與MSC交點B決定，B點產量Qb小于Qa，相應價格Pb大于Pa。

可見，在煤炭企業不承擔環境外部性成本的情況下，以較低成本多生產了（Qa-Qb）的煤炭量，由于區域內全部個體承擔了邊際外部成本，導致邊際個人成本較低，進而企業開采煤炭數量超過市場最優量，更有部分企業在采煤的過程中降低回采率，放棄賦存狀況不好的煤層，雖降低了平均成本，但是造成資源浪費，不利于市場平衡與資源合理配置，導致環境破壞加劇，環境與資源利用處于不健康發展狀態，難以達到帕累托最優[2]。

解決上述方法的有效手段是將環境資源外部成本內部化。由于在市場調節下難以實現上述過程，不能達到社會資源的優化配置，需要政府采取某種手段對市場機制的運行過程加以干涉，將環境成本添加到煤炭企業的開采成本中。外部性內部化的主要方法有：明確產權解決外部性、政府直接干預、庇古稅，其中最符合采礦企業的方法為庇古稅。

庇古稅的目的是尋求正外部性，通過對負外部性進行收稅，對正外部性進行補貼獎勵。庇古稅能有效控制采礦行為，符合“誰破壞、誰治理”的原則，對于采礦行為收取專項稅費來進行區域環境治理補償。研究計算土地塌陷造成的環境外部性損失，不僅有利于對采礦行為進行合理征稅，還有利于對土地復墾的效益的明確認識。

2 煤炭開采環境外部性損失

生態環境對于人類的生存與發展具有不可替代的作用，這由其固有價值所決定。煤炭開采會造成空氣、水質以及土壤污染，干擾周圍生態系統以及生物群落，給周圍生態環境造成極大破壞。其中，帶給周圍居民以及土地使用者的損失為直接損失，給周圍生態環境造成的損失為負外部性損失。煤炭開采的破壞主要有以下方面。

2.1 煤炭開采對土地的破壞

地下煤層采出后，原本壓在煤層上部的巖層變成懸空，受力平衡遭到破壞。當頂板超過一定強度后，就會發生冒落、垮塌并達到新的平衡，下部巖層的垮塌傳遞到地表后就引起了地表的塌陷。地表塌陷后會使地面構筑物、建筑物產生裂縫、并對橋梁、公路、鐵路、輸電線路等設施產生不同程度的影響。同時耕地塌陷后變得凹凸不平不利于灌溉排澇，沉陷的農田被積水淹沒變成荒灘洼地，土壤鹽堿化加重有機養分下降，原有生態系統受到破壞。

2.2 煤炭開采對大氣的破壞

煤礦副產品煤矸石堆放在地表壓占土地， 同時煤矸石在長期存放的過程中還會發生自燃，造成能源浪費的同時釋放出大量CO、CO2、硫化物和氮氧化合物等有害氣體， 影響周邊大氣質量，加劇溫室效應[3]。在土地復墾工作中，可以選擇合理方式，有效利用現有煤矸石，通過將煤矸石分類處理，將含煤成分較高的矸石用于發電，含煤量低的矸石用于燒磚以及填充復墾，不僅能夠減少空氣污染，緩解環境壓力，還能有效解決土地壓占以及土地塌陷問題。

2.3 煤炭開采對水資源的破壞

長期煤炭開采會改變地質環境，破壞淺、中、深層地下水資源的補給、徑流，造成地下含水層疏干、地表水系斷流。煤炭開采造成地表河流斷流，地表水量減少，開采過程中排放大量的礦坑水，嚴重污染地表水質[4]，礦坑水中的硫化物、重金屬等指標均遠高于國家標準。

2.4 煤炭開采對生物的影響

Sarma[5]研究發現，采煤塌陷地與周圍地區相比，植被覆蓋度降低，生物多樣性指數隨之降低，地區性瀕危物種增加，煤炭開采對地上生物造成了極大的危害。

3 煤炭開采的土地塌陷成本分析——以山西某煤礦為例

由于煤炭企業的生產獲利活動造成的地表塌陷以及環境惡化，不應由地上居民來承擔，采煤單位應對此做出相應補償來彌補此外部性。由采礦企業組織進行土地復墾工作，或者采礦企業繳納復墾費用，由地方政府組織實施土地復墾工作，以此保持地上水土、調節區域氣候、緩解生態壓力。土地復墾可以將塌陷地復墾成耕地后形成隱性效益，通過與復墾投入費用的比較來進一步了解土地復墾工作的具體意義。

在庇古稅解決采礦對環境負外部性的影響中，關于環境成本的計算尤為重要。采用替代法、影子價格法、市場價值法等分別構建模型，計算環境外部性。

3.1 土地塌陷的社會保障成本分析

首先是社會保障損失。土地是農民穩定生活的保障，土地塌陷后廢棄或者肥力下降，將導致農民失去了生存的依靠。為了保障塌陷地農民生活質量不降低，則必須對農民進行經濟補償或者物質補貼。

其次是社會穩定性損失。中國用7%的耕地養活了世界22%的人口，但是這并不代表中國擁有足夠的糧食。目前，中國的人口仍在增長，而耕地則在逐步減少，同時隨著人民生活水平的提高，人均糧食消耗量也在不斷提升，相信在未來幾十年中國糧食供應仍然緊張，耕地資源缺口越來越大，因此利用土地復墾來增加耕地資源，對于保障社會穩定、國家穩步發展具有積極意義。

社會保障成本可以通過作物產量減少的直接損失進行等量計算。耕地直接產出損失主要指土地塌陷對耕地的負面影響，是耕地資源作物自塌陷后未來若干年減少的收益折算到當前時點，計算公式為：

Da=■■ （2）

式（2）中，Da為土地塌陷后經濟產出直接損失，Qti為第t年第i種作物的產量減少量，可以根據塌陷地損毀等級進行分類計算，pti為第t年第i種作物價格，m為土地塌陷的年限，n為第t年的作物種類，rt為第t年的貼現率。

3.2 土地塌陷的環境成本分析

3.2.1 大氣調節價值 大面積的農作物在整個生長周期進行光合作用積累有機物的同時，固定CO2釋放O2，12H2O+6CO2+陽光→C6H12O6（葡萄糖）+6O2+6H2O，大面積的耕地對于緩解溫室效應，減緩全球生態變化具有重要意義。植物每合成1 g干物質能夠固定1.63 g CO2，同時釋放1.2 g O2。首先計算固定碳產生的價值，

F■=1.63×K×Rc （3）

式（3）中，F■為植被減少固定CO2損失量，K為植被生產力降低導致有機物固定降低量，Rc為碳稅率計算碳成本。

F■=1.2×K×Ro （4）

式（4）中，F■為植被減少產生O2損失量，K為植被生產力降低導致有機物固定降低量，Ro為工業制氧或者造林成本[6]。計算過程中，我國碳稅比較低，約為歐美發達國家的十分之一，大約為20元/t，通過每公頃林地計算固碳效益為每年2 080元/hm2，制氧成本為1 900元/hm2，耕地、草地減半折算，之后進行加和折算[7]。

Dw=■■ （5）

式（5）中，Dw為土地塌陷后產生大氣調節損失，F■為土地塌陷造成固定CO2損失量，F■為土地塌陷造成產生O2損失量，m為土地塌陷的年限，rt為第t年的貼現率。

3.2.2 保持土壤肥力價值 復墾后土地植被覆蓋率提升可以減少土壤侵蝕，而土壤侵蝕會造成土壤中N、P、K等營養物質流失，保持土壤及營養物質對于土地可持續利用具有決定性作用。土壤保持量一般對照原植被覆蓋情況以及塌陷破壞后植被覆蓋情況來估算[8]。

Q=R×K×L×S×σc×σp （6）

式（6）中，Q為土壤侵蝕量， R為降雨侵蝕力指標，K為土壤可蝕性因子，L、S為坡長坡度因子，σc為地表植被覆蓋因子變化量，σp為土壤保持措施因子變化量。降雨侵蝕指標R在此采用之前多年平均值為110.2 m·t·cm/hm2·h[9]。土壤可蝕性因子K的取值，參照國內相關研究，在此取值0.31[10]。坡長度因子L、S可根據沉陷預計中傾斜值i計算得出。

De=■■ （7）

式（7）中，De為土地塌陷后產出土壤保持損失，Q為土壤保持量，aei為土壤中N、P、K含量，Pei為N、P、K肥料價格，rt同上。

3.2.3 水分保持價值 采用差值法和替代法估算涵養水源價值，其公式為

Dt=■■ （8）

式（8）中，Dt為單位面積土地塌陷后產出水源涵養損失，W為有植被覆蓋土地土壤容積含水量，W0為裸地土壤容積含水量，U為單位涵養水量的價值，計算0.5 m的土壤層厚度，采用水庫蓄水成本法計算，取值0.67元/m3為土地塌陷的年限水分保持的價格[11]，rt同上。

3.2.4 生物多樣性及休閑娛樂外部價值 根據謝高地等[12] 的研究發現，耕地以及林地等價值還包括生物多樣性以及休閑娛樂價值，林地的生物多樣性價值以及娛樂文化價值分別為2 389.1元/hm2、1 132.6元/hm2，農田的生物多樣性價值以及娛樂文化價值分別為787.5元/hm2、8.8元/hm2。根據土地損毀程度確定耕地以及林地在生物多樣性以及娛樂外部性受損程度，在此通過地區經濟修正以及時間價值修正后使用。

3.3 案例分析

本研究區域位于太行山中部西側，山西高原東部山岳丘陵地帶。地表基巖廣泛出露，經長期風化侵蝕，梁嶺連綿，溝谷縱橫，形成侵蝕型低山丘陵地貌。采煤礦井于2004年重組構成，核定生產能力為120萬t/年，開采方式為井工開采，服務年限為30年。根據土地破壞特點，結合其開采時序，土地復墾工作計劃分為4個階段：第一階段為2012-2016年、第二階段為2017-2021年、第三階段為2022-2028年、第四階段為2029-2038年。根據地區條件，利用山區地表移動變形預計模型進行分階段預計，參照《土地復墾方案編制規程第三部分：井工煤礦》中采煤沉陷區土地損毀程度分級標準進行損毀程度劃定（表1）。

以塌陷損失作為社會保障外部性，經查山西省農業2011年收益情況，小麥產量3 037.95 kg/hm2，玉米產量為5 995.05 kg/hm2，小麥單價為1.72元/kg，玉米單價為1.50元/kg，對照塌陷地實際情況，在未塌陷影響情況下，耕地年收入為14217.85元/hm2，假設土地復墾區域內價格標準在復墾服務期限內未發生變化，取固定收益率為7%[13]。代入數據計算后，林地2011年大氣調節成本為3 980元/hm2 ，耕地、草地減半為1 990元/ hm2。項目區土壤松散，易發生流失，經查詢合成氨價格為3 242元/t，尿素價格為2 100元/t，60%的氯化鉀肥料為2 600元/t，代入計算保持土壤價格為每年1 625元/hm2。項目區土壤絕對含水量平均降低4%，涵養水源損失價值為1 233元/hm2。在生物多樣性以及娛樂外部性價值計算過程中，由于項目區林地屬于疏林地，此項內容將參照數據進行修正，林地因采煤塌陷，生物多樣性及觀賞價值損失每年3 882元/hm2，耕地、草地損失價值為2 615元/hm2。

從圖2、圖3、圖4、圖5、圖6可以看出，在研究案例的煤礦中，紅色框界限內為采煤工作面范圍，紫色區域為煤礦的工業廣場位置，紅色區域為重度損毀地區，黃色區域為中度損毀地區，藍色區域為輕度損毀地區。通過疊加土地利用現狀圖與損毀定級圖可以預測劃定損毀區域，利用GIS軟件可以按損毀程度統計出不同地類的損毀面積，方便依據地類進行外部性價值計算。項目區土地利用類型以林地和草地為主，存在部分耕地、農村建筑用地及其他地類等。礦區地表屬低山丘陵區，生態環境脆弱，為保持生態平衡，在規劃中將地形條件較好、排灌設施完備的地區復墾為耕地；依據現狀完善其農田水利設施、交通運輸設施，保證其原有功能不喪失，對原有的其他林地與疏林地進行整理，復墾為灌木林地，形成良好防護帶。由于復墾范圍內交通運輸用地、水域及水利設施用地、其他土地、城鎮村及工礦用地等土地面積占項目區總面積比例小，并且面積變化不大，幾類土地自身產生的外部性價值及轉化類別后的外部性價值忽略不計，僅按照原地類面積統計林地、耕地、草地3類土地的社會保障價值、大氣調節價值、土壤保持價值、水分涵養價值、生物多樣性及觀賞價值等。得出土地復墾損毀程度后，可按照之前價值標準計算各階段塌陷土地外部性損失，并與分階段復墾投資進行對比，以各階段初期為基準期進行折算（表2、表3）。

4 結論

在整個土地復墾過程中，方案靜態總投資為8 826.20萬元，其中工程施工費為7 421.22萬元，其他費用為905.38萬元，不可預見費499.60萬元，土地復墾服務的合計年限為26年。為了便于比較，將投資與外部性損失均折算到各階段初期，折算后總投資為6 910.91萬元，外部性損失為2 498.11萬元，占總投資的36.15%。從階段占比可以看出，各階段占比逐漸提升，外部性影響逐漸增大，而且當復墾投資停止后，環境外部性效益并不會消失。另外，本研究沒有考慮因環境改善降低的醫療費用，復墾降低的交通成本等多項費用。總體比較，塌陷地治理收益還是會大于付出，是可持續發展、造福子孫的長久工程。環境治理的發展方向在采煤初期就應提前做好規劃，籌措資金，邊采邊治，將礦區環境在保持現狀不下降的基礎上進一步提升。采煤環境綜合治理在采煤工業未來發展的過程中必然會繼續加強，將煤炭開采由完全負外部性到正負均衡再到正外部性大于負外部性，給當地居民帶來真正的幸福而不是滿目瘡痍的生態環境。

參考文獻：

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[13] 陳 麗，曲福田，師學義.耕地資源社會價值測算方法探討——以山西省柳林縣為例[J].資源科學，2006，28（6）：86-90.

（責任編輯 陳 杰）

4 結論

在整個土地復墾過程中，方案靜態總投資為8 826.20萬元，其中工程施工費為7 421.22萬元，其他費用為905.38萬元，不可預見費499.60萬元，土地復墾服務的合計年限為26年。為了便于比較，將投資與外部性損失均折算到各階段初期，折算后總投資為6 910.91萬元，外部性損失為2 498.11萬元，占總投資的36.15%。從階段占比可以看出，各階段占比逐漸提升，外部性影響逐漸增大，而且當復墾投資停止后，環境外部性效益并不會消失。另外，本研究沒有考慮因環境改善降低的醫療費用，復墾降低的交通成本等多項費用。總體比較，塌陷地治理收益還是會大于付出，是可持續發展、造福子孫的長久工程。環境治理的發展方向在采煤初期就應提前做好規劃，籌措資金，邊采邊治，將礦區環境在保持現狀不下降的基礎上進一步提升。采煤環境綜合治理在采煤工業未來發展的過程中必然會繼續加強，將煤炭開采由完全負外部性到正負均衡再到正外部性大于負外部性，給當地居民帶來真正的幸福而不是滿目瘡痍的生態環境。

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[13] 陳 麗，曲福田，師學義.耕地資源社會價值測算方法探討——以山西省柳林縣為例[J].資源科學，2006，28（6）：86-90.

（責任編輯 陳 杰）

4 結論

在整個土地復墾過程中，方案靜態總投資為8 826.20萬元，其中工程施工費為7 421.22萬元，其他費用為905.38萬元，不可預見費499.60萬元，土地復墾服務的合計年限為26年。為了便于比較，將投資與外部性損失均折算到各階段初期，折算后總投資為6 910.91萬元，外部性損失為2 498.11萬元，占總投資的36.15%。從階段占比可以看出，各階段占比逐漸提升，外部性影響逐漸增大，而且當復墾投資停止后，環境外部性效益并不會消失。另外，本研究沒有考慮因環境改善降低的醫療費用，復墾降低的交通成本等多項費用。總體比較，塌陷地治理收益還是會大于付出，是可持續發展、造福子孫的長久工程。環境治理的發展方向在采煤初期就應提前做好規劃，籌措資金，邊采邊治，將礦區環境在保持現狀不下降的基礎上進一步提升。采煤環境綜合治理在采煤工業未來發展的過程中必然會繼續加強，將煤炭開采由完全負外部性到正負均衡再到正外部性大于負外部性，給當地居民帶來真正的幸福而不是滿目瘡痍的生態環境。

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（責任編輯 陳 杰）