基于區(qū)域生態(tài)安全的東部草原煤電基地適應性管理研究

馬 妍，馬 妍，李淑祎，王子源，孫 翔，張 萌，韓志遠，田雨歌，陸兆華

(1.中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.國瑞沃德(北京)低碳經濟技術中心，北京 100031；3.廣州市凈水有限公司，廣東 廣州 510627；4.廣西大學 資源環(huán)境與材料學院，廣西 南寧 530004)

0 引 言

為實現煤炭清潔高效開發(fā)利用、推進煤電大基地大通道建設，《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》中強調：重點建設錫林郭勒、鄂爾多斯、晉北、晉中、晉東、陜北、哈密、準東和寧東等千萬千瓦級大型煤電基地[1]。煤電基地優(yōu)化了我國電力產業(yè)結構，推動了產能、發(fā)電和輸配電的快速發(fā)展，但其存在開發(fā)布局不合理、經濟增長方式粗放、生態(tài)安全保障工作不足等管理缺陷，造成資源枯竭、“三廢”污染、土地破壞、水土流失和植被退化、景觀破碎等生態(tài)環(huán)境問題。資源開發(fā)、經濟效益與區(qū)域生態(tài)安全的不協調發(fā)展成為當前的主要矛盾。

煤電基地開發(fā)引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題是潛在、持久的，且危害嚴重。土壤重金屬污染存在嚴重的潛在生態(tài)危害，若土壤環(huán)境發(fā)生變化，或其含量超過土壤承載力，土壤中重金屬污染可能被活化[2]；重度采煤沉陷會使植被根系損傷，農作物絕產，建筑物穩(wěn)定構建出現風險，甚至引發(fā)地質災害[3-5]；煤電基地開發(fā)會使周圍幾千米甚至十幾千米范圍內自然景觀受損，形成的景觀系統單調、生硬、不自然，無法與周圍未受干擾景觀相協調[6]。甘肅省在煤電基地開發(fā)過程中，雖然提高了土地利用率和經濟創(chuàng)收，但導致開發(fā)區(qū)域的景觀優(yōu)勢度降低，生物量損毀嚴重，生態(tài)環(huán)境受到破環(huán)[7]。余飛等[8]通過準東地區(qū)煤炭資源分布及煤電煤化工產業(yè)布局和產業(yè)帶基礎設施建設情況以及入駐企業(yè)的基本情況，闡述了準東煤電煤化工產業(yè)帶的發(fā)展及現狀，分析了基地建設中存在的資源配置不夠合理、部分產品產能過剩、生態(tài)環(huán)境保護形勢嚴峻等問題。因此，煤電基地建設對地方經濟發(fā)展具有積極的促進作用，但同時也對地方生態(tài)環(huán)境造成了一定的污染。

近年來，適應性管理理論也多用于解決生態(tài)問題，王晶等[9]將適應性管理理論用于解決株樹橋水庫生態(tài)復雜因素和不確定性因素對補償的影響問題，結果表明，適應性管理理論能準確動態(tài)地反映其保護效果，以提高水源地生態(tài)補償效率；廖軼鵬等[10]為了改善城市河道生態(tài)系統的結構與功能，提出了城市河道生態(tài)修復的生態(tài)-泥沙耦合機理和適應性管理模型，根據關系量化模型，積極觀察河道對修復措施的響應，實時調整修復措施；針對目前我國流域生態(tài)保護修復的迫切需求；段克等[11]提出了流域生態(tài)修復項目的管理規(guī)程，制定了生態(tài)修復項目適應性管理框架，以對生態(tài)保護修復措施進行適當調整。本文將適應性管理理論應用于解決礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的研究中，為煤炭城市生態(tài)環(huán)境建設工作提供科學依據，就目前我國煤電基地區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題，以保障區(qū)域生態(tài)安全為最終目的，系統創(chuàng)建我國基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理模式。

1 基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理模式理論

煤電基地生態(tài)系統安全作為社會經濟安全的基礎[12]，對煤電基地可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。煤電基地區(qū)域生態(tài)安全保障包括2個層面：一是對煤電基地生態(tài)系統自身的完整、健康和可持續(xù)性的保障；二是煤電基地生態(tài)系統為人類提供完善的生態(tài)服務保障[13-14]。為保障煤電基地區(qū)域生態(tài)安全，生態(tài)系統管理理論思想不容小覷。

基于煤電基地生態(tài)系統通常生態(tài)穩(wěn)定性弱，區(qū)域生態(tài)安全易受脅迫，且脅迫具有不確定因素多、擾動幅度大、驅動機理復雜等特點[15]。煤電基地生態(tài)系統中一個組分變動，會引起整個系統變化，且變化過程連續(xù)。適應性管理在管理計劃中考慮管理實施過程中可能發(fā)生的變化，貫穿于整個管理思想，并及時調整管理手段，形成集聚變通的管理模式[16]。

在適應性管理方案制定過程中，秉承不斷學習的管理原則，針對煤電基地區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞情況，明確適應性管理對象，確定適應性管理目標，總結現有的區(qū)域生態(tài)安全評價技術，探索生態(tài)系統的敏感和脆弱的因素，尋找問題與錯誤原因，并提出煤電基地適應性管理建議，從而修改和豐富適應性管理內容，構建適應性管理框架，建立基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地的適應性管理模式。

1.1 適應性管理對象

為了有效管理煤電基地，必須確定管理邊界，煤電基地適應性管理以管理單元為適應性管理對象[17]，而管理邊界主要通過空間尺度與時間尺度共同確定。空間尺度重點關注生態(tài)交錯帶的邊緣效應，時間尺度對研究期要求盡量包含自然循環(huán)周期以及社會發(fā)展周期，如圖1所示。

圖1 煤電基地適應性管理對象

1.2 適應性管理目標

在適應性管理實施過程中，涉及環(huán)境、經濟、社會等多方面因素和眾多利益群體，包括開采者、鄰近土地所有者、資源使用者、司法機關以及環(huán)境治理者等。因此實施過程要統籌兼顧，充分考慮利益矛盾，設置盡量具有綜合效益的管理目標[18]。在管理過程中，一方面要充分考慮和吸收各方意見和建議，另一方面也要求所有利益相關者相互協調，積極配合，發(fā)揮積極作用，以實現煤電基地資源開發(fā)、經濟發(fā)展與生態(tài)建設的系統效益為目標，充分配合，發(fā)揮積極作用。

基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理管目標可分為資源開發(fā)目標、經濟效益目標以及生態(tài)效益目標，見表1。

表1 煤電基地適應性管理目標

1.3 適應性管理內容

1)煤電基地區(qū)域生態(tài)安全評價與預警，揭示煤電基地區(qū)域生態(tài)安全現狀并預測未來區(qū)域生態(tài)安全時空變化趨勢；

2)提出煤電基地適應性管理建議；

3)根據定期監(jiān)測、現狀評價、未來預警及突發(fā)事件的發(fā)生，調整煤電基地適應性管理方案。

1.3.1煤電基地區(qū)域生態(tài)安全評價

基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理核心內容是對煤電基地的生態(tài)系統安全評價。由于區(qū)域生態(tài)安全研究由生態(tài)風險分析發(fā)展而來，生態(tài)風險和生態(tài)健康實質分別從正反兩面表征了區(qū)域生態(tài)安全，但二者無法直觀反映區(qū)域生態(tài)安全，生態(tài)系統服務與生態(tài)承載力可從生態(tài)足跡角度對區(qū)域生態(tài)安全進行刻畫[24-25]，因此區(qū)域生態(tài)安全的判斷是耦合多種生態(tài)學評價手段對生態(tài)系統安全狀態(tài)進行的評價與預警。表2為區(qū)域生態(tài)安全評價技術分析。

由表2可以看出，區(qū)域生態(tài)安全評價主要是利用評價數學模型計算(集對分析法、模糊聚類法、灰色動力學模型、生態(tài)系統服務價值當量計算模型和MCR模型等)與評價指標體系賦權(綜合評價指數模型和均方差賦值法等)2種評價方法，一般還會結合遙感監(jiān)測與地理信息系統描繪的土地利用格局、景觀生態(tài)格局的空間分布特征或時間變化規(guī)律，從區(qū)域整體角度對生態(tài)承載力、生態(tài)系統服務價值等生態(tài)安全狀態(tài)進行描述并分析。DPSIR模型、綜合協調度評價模型等多用于構建區(qū)域生態(tài)安全評價體系，針對資源枯竭、水土保持、草場退化、城郊區(qū)經濟社會不協調發(fā)展等生態(tài)安全問題進行的生態(tài)安全評價，可為東部草原煤電基地區(qū)域適應性管理方案制定提供建議。

表2 區(qū)域生態(tài)安全評價技術分析

1.3.2煤電基地適應性管理建議

為保障生態(tài)系統自然的演替和平衡，基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理提出的建議，需盡可能利用自修復與自然修復替代人工修復[33]，分別從生態(tài)建設、社會決策以及經濟發(fā)展3個角度總結煤電基地適應性管理的建議。

1)生態(tài)建設

① 水土保持：優(yōu)化土地重構、土壤修復技術，盡可能采用植被恢復、防護林等自然修復；② 建設景觀生態(tài)：增加斑塊數，提高斑塊聯通性，設置景觀長廊。

2)社會決策

① 嚴格控制污染排放量：控制煤電基地廢水、廢氣、固廢及粉塵排放量；② 控制城市化進程：合理控制人口規(guī)模，減慢土地利用格局的變化速度；③ 構建生態(tài)型土地利用格局：提高生態(tài)用地比率，增加植被覆蓋率，保護耕地、林園等地。

3)經濟發(fā)展

① 煤電資源合理配置：優(yōu)化能源結構布局，提高煤電轉化效率，發(fā)展循環(huán)經濟；② 優(yōu)化農牧產品產業(yè)布局：發(fā)展工業(yè)化農牧業(yè)，推進綠色農業(yè)發(fā)展；③ 開發(fā)新產業(yè)：旅游產業(yè)。

1.3.3煤電基地適應性管理方案調整

適應性管理目的在于實現系統健康及資源管理的可持續(xù)性[34]。在適應性管理方案的執(zhí)行過程中，生態(tài)系統的不確定性以及環(huán)境影響因子的動態(tài)變化，決定了煤電基地適應性管理是一個不斷學習和不斷調整的過程。在不斷探索、認識煤電基地周邊生態(tài)系統的變化和內在規(guī)律、干擾過程的基礎上，豐富相關知識，改變和調整管理方案，采取以提高實踐與管理水平為目標的系統過程，其核心任務是對區(qū)域生態(tài)系統驅動因子的恢復力、適應性及生態(tài)系統適應循環(huán)的辨識，并在此基礎上提出更好的管理模式與對策。

對煤電基地適應性管理方案的調整手段可分為基本調整、引導性調整和特殊調整[35]。

1)基本調整

最簡單、常規(guī)的調整。包括監(jiān)測手段以及評估方法不適應生態(tài)系統變化結果，或可達到簡化或縮減成本的目的，對管理方案做出的調整[36]。

2)引導性調整

針對國家或地區(qū)由于政策變更、資源配置調整、城市建設以及經濟轉型等影響因素，對管理方案做出相適應的調整。

3)特殊調整

針對自然災害等不可抗力的影響，對災害預警以及應急機制做出最安全、快捷的管理方案調整。

1.4 適應性管理框架

煤電基地適應性管理的基本管理框架，要求把煤電基地的利用與管理視為試驗過程，從試驗中不斷學習并調整[37]。管理的具體過程為：

1)明確適應性管理對象；

2)提出適應性管理目標；

3)設計適應性管理方案并執(zhí)行；

4)在實施過程中不斷搜集、分析各類數據信息，將最新評估結果與預先提出的目標進行比較；

5)在比較中學習，發(fā)現錯誤、豐富知識，改變、調整管理方案，直至實現管理目標后終止。

將反饋環(huán)整合到煤電基地適應性管理結構中并保持其靈活性，有助于保證煤電基地生態(tài)系統的穩(wěn)定，積極修正錯誤方式，將生態(tài)系統長期積累變化下的大調整替換成短期易于控制的變化。

圖2 煤電基地適應性管理框架

2 東部草原區(qū)域煤電基地基于適應性管理的生態(tài)安全保障應用

東部草原區(qū)域煤電基地主要在內蒙古東部的錫盟與呼盟開展建設。針對東部草原煤電基地開發(fā)引起的土地破壞、土壤沙化、植被退化、景觀破損等生態(tài)環(huán)境問題，應用適應性管理保障東部草原區(qū)域煤電基地生態(tài)安全[38]。

2.1 對象剖析

以錫林郭勒盟煤電基地為研究對象，主要煤電基地為勝利礦區(qū)區(qū)域。勝利礦區(qū)位于內蒙古自治區(qū)錫林浩特市以北2～5 km，礦區(qū)呈北東、南西向的條帶，東西向長約45 km，南北向寬平均7.6 km，面積約342 km2[39]，礦區(qū)內屬高原丘陵地形。研究區(qū)域空間尺度定義在錫林浩特市、勝利礦區(qū)區(qū)域以及城、礦交界地帶。

1961—2014年，錫林郭勒草原年降水量總體呈波動下降趨勢，在189.04～383.45 mm。氣溫呈上升趨勢，四季氣溫上升幅度相近，約0.365 ℃/10 a[40]。人口呈成倍增長趨勢，由45.19萬人增至103.04萬人。

錫林郭勒盟是我國北方重要的生態(tài)屏障區(qū)[41]，但由于露天煤礦的開發(fā)造成一系列生態(tài)問題，如生態(tài)壓力提升、土地生態(tài)質量下降、植被覆蓋率降低、生態(tài)系統景觀破碎度提高、生態(tài)敏感度提升、生態(tài)恢復力、生態(tài)彈性減弱、生態(tài)系統服務功能不能正常用等，為礦區(qū)周邊生態(tài)帶來安全隱患。

2.2 評價模型與目標建議

表3為從不同角度對錫林郭勒煤電基地、錫林浩特市以及錫林郭勒盟進行的區(qū)域生態(tài)安全評價匯總。

由表3可以看出：從空間尺度上對錫林浩特市進行不同等級的生態(tài)安全分區(qū)，錫林浩特城市區(qū)域相對全盟生態(tài)安全狀況偏好，但生態(tài)安全協調情況差；該區(qū)域的農村地區(qū)，尤其是農村草地的萎縮，使整個城市生態(tài)系統服務價值下降；2006年以來生態(tài)赤字呈上升趨勢，耕地人均生態(tài)承載力下降較快。

表3 東部草原區(qū)域煤電基地生態(tài)安全評價

隨著錫林郭勒區(qū)域生態(tài)安全評價的完善與更新，管理建議隨著評價結果逐漸優(yōu)化，這不僅與適應性管理方案的調整理念相契合，更是適應區(qū)域生態(tài)變化、實現可持續(xù)發(fā)展的必然需要。針對錫林郭勒區(qū)域生態(tài)安全問題應進一步針對生態(tài)系統耦合、協同情況，從空間尺度上分析錫林郭勒盟生態(tài)安全協調程度；應該相應調整土地利用現狀，建立新型土地利用格局，且成立嚴格的監(jiān)督機制，合理開發(fā)和高效利用土地資源，最大程度減少人為干擾和破壞；把控農村生態(tài)系統向城市生態(tài)系統的轉變，恢復整個城市生態(tài)系統服務價值，并使其呈現上升趨勢；總結林、草、水和農田用地土地利用變化情況，分析城郊區(qū)生態(tài)系統服務價值，使得整體生態(tài)承載力與生態(tài)系統服務價值提升。

3 結 論

1)基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應性管理計劃的制定是一個不斷調整和變化的過程，其管理邊界主要通過空間尺度與時間尺度共同確定，以資源開發(fā)、經濟效益以及生態(tài)效益作為其管理目標，主要管理內容包括區(qū)域生態(tài)安全評價、適應性管理建議以及管理方案的調整，在實施過程中應不斷搜集、分析各類數據信息，在學習過程中不斷調整管理方案，直至實現管理目標后終止。

2)適應性管理在管理計劃中考慮管理實施過程中可能發(fā)生的各種變化，將反饋環(huán)整合到煤電基地適應性管理結構中有助于保證煤電基地生態(tài)系統的穩(wěn)定，從而以積極修正錯誤的方式，將生態(tài)系統長期積累變化下的大調整替換成短期易于控制的變化，并可形成一套集聚變通的管理模式。有助于解決區(qū)域生態(tài)安全易受脅迫的問題。

3)東部草原區(qū)域煤電基地生態(tài)安全狀態(tài)相對較好，但生態(tài)安全協調性較差。針對錫林郭勒地區(qū)的區(qū)域生態(tài)安全問題，建議該地區(qū)應盡快調整土地利用現狀，建立新型土地利用格局，提升整體生態(tài)承載力，最大程度減少人為干擾和破壞。