矿区生态承载力评价方法.pdf

第5 8 卷第2 期 2 0 06 年5 月 有色金 属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ．N O ．2 M a v2006 矿区生态承载力评价方法 闫旭骞，张顺堂 山东工商学院，山东烟台2 6 4 0 0 5 摘 要矿区生态承载力是矿区生态系统抵御外界胁迫的素质，矿区生态承载力理论及评价方法研究是深入认识矿区复合 生态系统的重要手段，也是建立矿区生态系统健康评价理论方法体系的基础性工作。在对矿区生态承载力概念、内涵探讨的基础 上，从生态系统弹性力、资源环境承载力及生态系统压力三个方面对其进行了量化研究，并提出了评价矿区生态承载力的分级综 合评价方法。 关键词环境工程；生态承载力；评价；生态系统健康；矿区 中图分类号X 8 2 6 ；X 8 2 0 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 2 0 1 0 3 0 4 生态系统健康是研究人类活动、社会组织、自然 系统及人类健康的整合性科学L lJ ，为矿区资源环境 管理及其可持续发展提供了新的视角，构建矿区生 态系统健康评价理论，有望成为矿区可持续发展从 理论走向实践的有效途径。矿区生态承载力理论及 评价方法研究是对矿区复合生态系统深入认识的重 要手段，也是建立矿区生态系统健康评价理论方法 体系的基础性工作【2J 。 矿区生态承载力具有客观存在性、可变性、层次 性的特点，矿区生态承载力的客观性使对矿区生态 承载力进行量化研究成为可能，而它的可变性又能 够通过采取一定的措施来提高矿区生态承载力。认 识矿区生态承载力的特点，将有助于加深对矿区生 态系统的理解和管理。在实际管理中，注意力不能 仅仅放在局部的生态系统承载力上，要根据管理的 目的选择管理的尺度和层次，按照对自己有利的方 式积极提高矿区系统的生态承载力。 1矿区生态承载力的概念与特点 2矿区生态承载力的内涵 资源环境子系统与社会经济子系统共同构成了 矿区复合生态系统，在矿区复合生态系统中，矿产资 源的开发和利用是矿区社会经济发展的重心，在开 发矿产资源的同时必然要排放大量的废物，对生态 环境造成破坏。要保持矿区的可持续发展，除了受 到资源限制以外，环境容量也是有限的，在这个系统 中，人类的发展受到资源承载力和环境承载力的限 制。另外，生态系统如同生命体一样，有自我维持和 自我调节的能力，生态系统的自我调节能力在生态 学上称作生态系统的弹性力或恢复力。面向可持续 发展，人类的任何活动都应该限制在生态系统的弹 性范围之内。因此，将矿区生态承载力定义为某一 时空尺度范围的矿区系统，在现有的技术经济和确 保生态系统自我维持、自我调节能力的条件下，矿区 自然资源 包括环境资源 所能支持的具有一定生活 质量的人口规模和经济规模 包括经济活动强度 。 收稿日期2 0 0 5 0 1 1 7 基金项目国家自然科学基金资助项目 7 0 1 7 3 0 3 4 作者简介闫旭骞 1 9 6 6 一 。男，山西万荣县人，副教授，博士，主要 从事矿产资源经济和矿区环境管理等方面研究。 从矿区生态承载力的概念可以看出，生态承载 力可分为支持层和压力层两个部分∞J 。支持层包 括生态系统的自我维持与自我调节能力以及资源与 环境子系统的供容能力。压力层指矿区社会经济活 动对支持层的胁迫，包括资源浪费、环境污染、生态 破坏等。支持层又可分为两层，下层为生态系统的 自我维持与自我调节能力，称为生态系统的弹性力， 上层为资源与环境子系统的供容能力，分别称为资 源承载力与环境承载能力。在矿区生态承载力层次 体系中，资源承载力是生态承载力的基础条件，环境 承载力是生态承载力的约束条件，生态弹性力是矿 区生态系统的支持条件。 2 ．1 矿区资源承载力 矿区资源承载力是矿区生态承载力的基础条 件。矿区资源以矿产资源为主，同时包括土地资源、 水资源、林业资源和旅游资源等。在矿区生态系统 形成的前期主要消耗矿产资源，同时也对其他资源 产生压力和干扰。在矿区开采的中后期，非矿资源 的利用是矿区可持续发展的重要条件。所以在矿区 生态系统的整个生命周期里，对各种资源的承载力 万方数据 1 0 4有色金属第5 8 卷 研究都要引起重视，并应根据矿区不同的发展阶段 对矿区的资源承载进行具体分析。 矿区资源承载力是指一定时间，一定区域范围 内，在不超出生态系统弹性限度条件下的各种自然 资源的承载能力，属适度承载力范畴。在矿区发展 的过程中，一定要考虑生态系统的整体效应，不能把 资源从生态系统中割裂出来，防止不顾环境污染和 生态破坏的开采方式，避免为了追求资源的最大承 载力而降低了整个生态系统的承载力。 矿产资源的承载力是矿区生态系统存在的基 础，由于矿区是以矿产资源开采利用为主要目的，而 矿产资源又是不可再生的稀缺资源，因此，为了延长 矿区的生命周期，必须实施资源保护性开发政策，在 生态系统弹性范围内最大限度提高矿产资源的承载 能力。主要措施包括依靠法律和经济手段，规范资 源的勘察和开采权，避免因争资源，抢地盘造成对资 源的破坏，并促使企业实行保护性开采，加强外围找 矿力度，延长主体资源的保有储量；推进集约经营与 综合开发利用，避免单打一开采、采富弃贫、粗放经营 造成的资源损失和浪费，依靠科技进步和加强矿产资 源共伴生组分的综合利用，提高资源回收利用率。 在矿区发展的后期，要保持其可持续发展，非矿 资源的质量和数量起着关键作用，因此，在矿产资源 开发利用中，要避免其他资源承载力的下降。在起 步阶段，矿产勘查和工矿型城镇建设要尽量少占土 地，尽量减少对树木、草地和水体资源和景观资源的 破坏。在快速增长期，妥善处理大规模开采带来的 废石、废水、废气，尽可能减少对环境的污染，把矿区 生态重建作为一个必要措施加以确立，包括拆除无 用建筑设施，处理废物、水体净化、恢复农田、植树造 林等。理想的状况是在矿区发展后期，非矿资源的 承载力能进一步提高，为其开发利用奠定良好基础。 2 ．2 矿区环境承载力 矿区环境承载力是矿区生态承载力的约束条 件。环境承载力有狭义和广义之分，狭义环境承载 力指环境对污染物的容纳能力，即环境容量。广义 环境承载力指某一时期，某种环境状态下，某一区域 环境对人类社会经济活动支持能力的阈值。根据生 态承载力的概念和意义HJ ，可将矿区环境承载力定 义为在一定生活水平和环境质量要求下，在不超出 生态系统弹性限度条件下矿区环境子系统所能承纳 的污染物数量，以及可支撑的经济规模与相应人口 数量。一般而言，影响矿区环境承载力的因素主要 有科技的进步、环境标准、环境容量、矿区人类经济 活动模式和矿区外因素等。 2 ．3 矿区生态弹性力 矿区生态系统弹性力是矿区生态承载力的支持 条件，它是表征生态环境对矿区社会经济活动支持 能力的重要指标。矿区生态弹性力是指矿区社会经 济活动对生态环境造成的压力超过其矿区资源环境 承载力时，生态环境内部各组分之间的互补作用使 得生态环境在一定的时间段内基本恢复到初始状态 的能力。矿区生态弹性力是生态环境所固有的一种 属性，但它只有在生态环境受到经济活动的压力时 才表现出来。其表现形式主要有三种一是生态环 境在遭受自然灾害等外界影响后可恢复原状，二是 生态环境在其演化发展过程中可以承受较大的波 动，三是生态环境在演化途径上有较多的选择途径。 生态系统弹性力的内涵包括生态系统弹性强度和弹 性限度两方面内容，弹性强度指系统的弹性力大小， 弹性限度则指系统的弹性范围。影响矿区生态弹性 力值的因素很多，其中最主要且容易量化的因素包 括影响弹性强度的矿区气候和矿区植被因素、影响 弹性限度的系统各组成部分的互补能力等。 3矿区生态承载力的定量 要使矿区生态承载力理论得到广泛应用，必须 对其进行量化研究。从前面的论述可知，矿区生态 承载力包括支持层和压力层两个层次，支持层又包 括生态系统弹性力和资源环境承载力两个层次。因 此，对矿区生态系统承载力量化研究可从矿区生态 弹性力、矿区资源环境承载力和矿区生态系统压力 三个方面来进行讨论。 3 ．1 矿区生态系统弹性力的量化 矿区生态系统弹性力状况可用矿区生态系统弹 性度来表示，它反映不同矿区生态系统的自然潜在 承载能力，包括弹性强度和弹性限度两个方面的内 容。根据前面对矿区生态弹性力的分析知道，矿区 生态弹性力的大小与其弹性强度和弹性限度有关， 弹性强度和弹性限度的主要影响因素包括矿区地 貌、矿区气候、矿区植被及生态环境各要素之间的互 补协调能力等。因此，矿区生态系统弹性力的计算 公式可参照一般区域的生态系统弹性力计算公 式∞J ，定义其具体表达形式为式 1 。 E 1 A H V ／ C 1 c 2 1 式中E 1 为生态弹性度；A 为调节系数；H 为景观多 样性指数；V 为植被指数；c 】和c 2 分别为矿区气温 与降水量的年变率。其中景观多样性指数和植被指 万方数据 第2 期闫旭骞等矿区生态承载力评价方法1 0 5 数表示矿区地貌及覆被状况，气温和降水量的年变 率表示了矿区的气候状况。 3 ．2 矿区资源环境承载力的量化 对矿区资源环境承载力量化研究的方法是采用 对资源环境承载力各影响因素建立指标进行综合评 价，其内容包括指标体系的建立，数据的处理，权重 系数的确定和具体评价方法的选择等。 论的正确性，对矿区资源环境承载力评价应以资源 环境承载能力作为目标，以资源环境承载力单要素 承载为基础，具体的指标体系可分为目标层、准则 层、指标层和分指标层。准则层包括资源承载条件 和环境承载条件两个方面，资源承载力选择水资源、 土地资源、矿产资源和旅游资源作为评价指标，环境 承载力以大气环境、水环境和土壤环境作为具体评 科学的评价指标体系的建立直接关系到量化结判指标。具体的指标构成如表1 所示。 表1 矿区资源环境承载力评价指标体系 T a b l e1A s s e s s m e n ti n d e xs y s t e mo fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n tc a r r y i n gc a p a b i l i t yi nm i n i n ga r e a 评价方法可结合具体评价对象及其特点选用不 同的评价方法，采用矢量投影法对资源环境承载力 进行评价【2J ，用评价对象在理想对象上的投影距离 表示矿区资源环境承载力状况。根据评价指标理想 对象确定的方法不同，可进行相对评价和绝对评价。 相对评价是通过不同矿区或同一矿区不同发展阶段 的评价结论来研究矿区资源环境承载力，绝对评价 是用资源环境承载的阈值作为理想对象来具体确定 某矿区的资源环境承载状况。 3 ．3 矿区生态系统压力的量化 对于不同的承载对象与压力，压力指数的表达 模式不同，但对矿区复合生态系统而言，由于它是人 类生态系统，其压力主要来自矿区经济社会的发展， 经济发展越快，对生态系统的压力越大，生活质量要 求越高，压力也越大。所以矿区生态系统压力指数 可通过矿区经济和社会发展的增长速率来反映。为 此定义矿区生态系统压力指数表达式为式 2 。 K P I P ”W 。 P ”W ”。 2 式中K P I 为矿区生态系统压力指数；P “。和P “分 别表示经济发展和社会发展对矿区生态系统造成的 压力，具体评价时可根据实际情况选取相应的衡量 指标；W ”。和w ”。分别为经济和社会压力要素相应 的权重值。 4矿区生态承载力分级综合评价 4 ．1 综合评价基本思想 矿区生态承载力的评价分为静态评价和动态评 价，静态评价是指矿区．生态承载力某时点的承载状 况，动态评价指矿区生态承载力的发展趋势。矿区 生态承载力实际上包括多层含义，所以对矿区生态 承载力的静态评价可采用分级评价方法，以全面有 序地了解矿区生态系统的承载力状况。生态系统的 弹性力是生态承载力的支持条件，可看作是矿区生 态承载力的第一层涵义，一级评价以矿区生态系统 弹性力作为评价准则。资源的持续供给和环境的持 续承纳分别是矿区生态承载力的基础条件和约束条 件，是实现矿区生态健康和可持续承载的基础保障， 因此二级评价可以资源与环境条件作为评价准则。 生态系统压力是矿区生态系统承载的第三层涵义， 可以矿区生态承载压力指数作为评价准则。矿区生 态承载力的动态评价是根据不同年份生态弹性力、 资源环境承载力状况及经济社会发展对矿区生态系 统的压力状况，对其发展趋势进行拟合，来分析矿区 生态承载力的动态变动状况。把这种动静结合的评 价方法称为矿区生态承载力的分级综合评价方法。 4 ．2 分级综合评价方法 1 评价分值的确定。根据矿区生态承载力的 定量评价方法，可以得到矿区生态弹性力和矿区资 源环境承载力状况及矿区生态系统压力指数，为了 进行分级评价，需要确定具体的评价分值。 对已有标准的可根据标准确定，对没有标准的， 可以理想值或目标期望值作为参照标准，标准值记 为1 0 0 分，其他根据与标准值的比值计算确定，如式 3 所示。 万方数据 1 0 6有色金属第5 8 卷 C i F i ／F o 1 0 0 ％ 3 式中C i 为i 因子的分值；F i 为i 因子实际测量值或 出现值；F 。为i 因子标准值、目标值或理想值。 2 分级评价。对一级评价，由于评价结果主要 反映的是生态系统的自我抵抗能力和生态系统受干 扰后的自我恢复与更新能力，所以分值越高，表明生 态系统的承载稳定性越高。对二级评价，由于主要 反映的是资源与环境的承载能力，实际上代表了现 实承载的高低，所以分值越大，表示现实承载力越 高。对于三级评价，分值由高到低反映了生态系统 的压力大小，分值越高表示系统所受压力越大。矿 区生态承载力分级评价标准如表2 所示。 表2 矿区生态承载力分级评价标准 T a b l e2C l a s s i f i c a t i o na s s e s s m e n ts t a n d a r do fe c o l c l g i c a l c a r r y i n gc a p a b i l i t yi nm i n i n ga r e a 3 动态评价。根据定量评价方法，计算出各评 价年份的生态弹性力、资源环境承载力指数及生态 系统压力指数，为了对其变化趋势进行分析，可采用 多种形式的函数对其时间序列值进行拟合，根据拟 合效果 实际值和拟合值相关系数的大小 来选取函 数形式，得到矿区生态系统承载合适的拟合函数形 参考文献 式，用来分析矿区生态承载力的变化状况。 4 ．3 分级综合评价的意义 对矿区生态承载力进行分级综合评价的主要意 义在于 1 分级评价能够使评价的结果更明了、准确， 更有针对性。如某矿区的承载力分级为“低稳定较 高承载区”时，说明该矿区的现状承载力虽很高，但 因该矿区为不稳定区，所以对外界的抵抗力和恢复 能力较低，因此在该矿区的开发活动应注意对生态 环境的保护。 2 对承载力分级有利于对矿区承载力高低的 原因做出更准确判断。分级评价将同类性质的指标 归类处理后，可比较容易地对评价结果进行分析判 断。如某矿区属于“低稳定高承载区”说明该矿区生 态弹性度低，高承载的最大可能原因是资源丰富或 技术经济基础好。对这类矿区因生态弹性强度低， 非常容易遭到破坏，所以须特S l P J , 心保护。 3 对矿区生态承载力分级研究能够使人们更 深入地了解矿区生态系统的健康状况，为矿区可持 续发展提供决策依据。分级综合评价通过动静两个 方面的评价，得到的评价结论可对矿区的承载力有 一个更深刻的了解，同时能为矿区生态系统健康指 标体系设置及其现状评价、趋势评价和稳定性评价 的权重确定提供理论支持，从而使矿区生态系统健 康评价结论更为客观。 [ 1 ] C A s t a n z aR ，M a g e a uM ．w h a ti sah e a l t h ye c o s y s t e m s [ J ] ．A q u a t i cE c o l o g y ，1 9 9 9 ，3 3 1 1 0 5 1 1 5 ． [ 2 ] 闫旭骞．矿区生态系统健康评价理论与方法研究[ D ] ．北京北京科技大学，2 0 0 4 4 5 6 2 ． [ 3 ] 高吉喜．可持续发展理论探讨生态承载力理论、方法与应用[ M ] ．北京中国环境科学出版社，2 0 0 1 1 2 2 5 [ 4 ] S a g o f fM ．C a r r y i n gc a p a c i t ya n de c o l o g i c a le c o n o m i c s [ J ] ．B i o s c i e n c e ，1 9 9 5 ，2 6 9 6 1 0 6 1 9 ． [ 5 ] 冉圣宏．经济开发活动下典型脆弱生态区的动态变化及其调控研究[ D ] ．北京北京师范大学，2 0 0 0 5 7 5 8 A s s e s s m e n tM e t h o df o rE c o l o g i c a lC a r r y i n gC a p a c i t yi nM i n i n gA r e a Y A N X u q i a n ，Z H A N GS h u n t a n g S h a n d o n gI n s t i t u t eo J ’B u s i n e s sa n dT e c h n o l o g y ，Y a n t a i2 6 4 0 0 5 ，S h a n d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h em i n i n ga r e ae c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t y M A E C C i st h ec o n s t i t u t i o no fm i n i n ga r e ac o m p o u n de c o s y s t e r nt or e s i s te x t e r i o rs t r e s s ．T h es t u d yo nt h eM A E C Ct h e o r ya n da s s e s s m e n tm e t h o di St h ei m p o r t a n tm e a n st o d e e pu n d e r s t a n dt h em i n i n ga r e ac o m p o u n de c o s y s t e ma n dt h ef o u n d a t i o nt a s kt oe s t a b l i s ht h et h e o r ya n dm e t h o d s y s t e mo fe c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti nm i n i n ga r e a ．B a s e do nt h ed i s c u s so fc o n c e p t i o na n dc o n n o t a t i o no ft h e M A E C C ，t h eq u a n t i f i c a t i o nm e t h o do fM A E C Ci n c l u d i n ge c o l o g i c a le l a s t i cc a p a b i l i t y ，r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t c a r r y i n gc a p a b i l i t ya n de c o s y s t e mp r e s s u r ei si n v e s t i g a t e d ，a n daM A E C Cc l a s s i f i c a t i o nc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm e t h o di Si n t r o d u c e d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；e c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a b i l i t y ；a s s e s s m e n t ；e c o s y s t e mh e a l t h ； m i n i n ga r e a 万方数据