内蒙古草原矿产资源开发与生态环境耦合研究

汪中华，邹婧喆

(哈尔滨理工大学经济学院，哈尔滨150080)

0 引言

内蒙古是中国重要的自然资源产区，拥有丰富的草地资源和矿产资源。草原作为内蒙古最大的生态系统，占内蒙古总面积的70%以上。草原地区属于生态脆弱区，在长期发展进化中，草原生态系统和生物物种逐渐适应复杂的生存条件，形成相对平衡的关系。但是，人类的经济活动如矿产资源开发，却可能打破这种平衡关系。这种平衡关系一旦遭到破坏，将很难得到恢复。矿产资源作为人类社会最初始的劳动对象，是人类生产资料和生活资料的基本源泉，是人类社会发展的重要前提和根本动力。当矿产资源深埋于草地下方时，其开发利用会对地上的草原生态环境造成巨大的破坏，对经济社会的可持续发展产生不利影响。近年来，随着内蒙古经济的高速发展以及对矿产资源需求量的不断增加，内蒙古草原地区生态环境受到了严重的影响，矿产资源开发造成了越来越严峻的矿区生态环境问题。针对矿产资源开发与生态环境间的矛盾，很多学者就此展开研究。王耕等［1］、安晓明等［2］通过构建能值－生态足迹模型，运用区域能值密度计算生态承载力与生态足迹的变化，在明确生态职能的同时也为生态补偿交易提供了平台。沈镭等［3］、王军等［4］以矿区生态建设为切入点，研究资源开发与生态环境的关系，指出资源开发与环境保护的协调发展是地区提高能源资源保障能力的现实选择。

本研究基于系统理论，在草原地区矿产资源开发与生态环境协调发展评价体系基础上，构建耦合模型，分析内蒙古草原矿产资源开发系统与生态环境系统之间的耦合关系及协调发展程度，揭示目前内蒙古矿产资源开发与生态环境耦合关系，对于内蒙古草原实现经济、社会、环境的全面、协调、可持续发展具有重要的意义。

1 耦合关系分析

草原地区矿产资源开发系统(M)和生态环境系统(E)间的耦合是这2个系统之间、系统内的要素之间交互依存、交互胁迫的客观状态。矿产资源开发离不开草原地区良好生态环境的支撑，适度开发矿产资源产生的经济效益能促进草原地区生态环境健康发展。但是，如果矿产资源开发过度，生态环境系统有限的供给能力和抵御外部干扰能力就会受到损害，生态环境系统会通过环境污染、生态破坏、自然灾害等反馈形式制约矿产资源开发。本研究将矿产资源开发和生态环境作为2个相互耦合的系统，用时间序列指标定量测度二者的耦合关系和协调程度，研究内蒙古草原地区矿产资源开发和生态环境的变化情况。

2 构建耦合模型

基于因果关系链，建立以下矿产资源开发和生态环境耦合模型。

根据系统论，非线性系统的演化方程［5］为:

式中:xi为系统影响因子;f为xi的非线性函数。

根据李雅普诺夫第一近似定理［6］，(1)式可以近似表示为:

矿产资源开发系统M和生态环境系统E都是非线性系统，按照这种思想，建立矿产开发系统和生态环境系统演化过程的一般方程:

式中:xi，yi分别是矿产资源开发系统和生态环境系统的构成元素(指标);ai，bi为各个元素(指标)的权重。

基于矿产资源开发系统与生态环境系统之间的交互胁迫关系，将二者作为统一的系统来研究，f(M)和f(E)是该系统的主要组成部分。那么，根据系统论，这个系统的演化方程为［7］:

式中:A为矿产资源开发子系统的演化状态;B为生态环境子系统的演化状态;VA，VB分别是这2个子系统的演化速度。设系统的演化速度V=f(VA，VB)，通过对V变化情况的研究，可以得出矿产资源开发系统和生态环境系统的耦合协调关系。

由于经济发展呈现周期性的特征，因此，假设矿产资源开发系统的发展也呈现周期性特征，生态环境系统在矿产资源开发系统的作用下，同样具有周期性特征。在每个经济周期内，如果用二维平面(VA，VB)描述VA和VB的演化轨迹，那么V的轨迹就是二维平面坐标中的椭圆，V与VB的夹角α满足:

式中:α为耦合度［8］，根据α的不同取值，可以分析矿产资源开发系统和生态环境保护系统的耦合程度。在一个周期内，系统会经历低级协调共生、协调发展、极限发展、螺旋式上升4个阶段。

1)当－90°＜α≤0°时，系统处于低级协调共生阶段。在这一阶段，矿产资源开发速度缓慢，矿产资源开发对生态环境的影响几乎为0，生态环境也基本不会对矿产资源开发产生约束。

2)当0°＜α≤90°时，系统处于协调发展阶段。随着矿产资源的加速开采，矿产资源开发对生态环境的胁迫作用不断加大，生态环境对矿产资源开发的约束与限制逐渐明显，二者之间的矛盾不断加深。

3)当90°＜α≤180°时，系统处于极限发展阶段。此时矿产资源高速开发，矿产资源开发与生态环境之间的矛盾日益突出并愈加严峻，生态环境对矿产资源开发产生强烈的反作用。在这个阶段，如果不加节制地开发矿产资源，矿产资源开发和生态环境间的矛盾会日益扩大，一旦矛盾突破极限值，整个系统将瓦解。在这一阶段，人们将采取各种技术方法和法律措施，以避免这种情况的发生。

4)当－180°＜α≤－90°时，系统处于螺旋式上升阶段。经过不断地磨合、调整，矿产资源开发和生态环境之间的胁迫关系逐渐转化、相互促进。最终，矿产资源开发和生态环境将达到高级协调共生发展状态。

3 内蒙古草原地区系统耦合分析

3.1 指标选取和数据来源

针对内蒙古矿产资源开发系统和生态环境系统的特点，构建矿产资源开发和生态环境协调发展指标体系(表1)，并选取内蒙古1998—2014年的数据进行分析。数据来源于《内蒙古统计年鉴》(1999—2014)、内蒙古自治区环境状况公报、内蒙古自治区统计局官方网站。

表1 矿产资源开发与生态环境协调发展指标体系Tab.1 Coordinated indictors system of mineral resources exploration and eco-environment

3.2 数据标准化处理和权重确定

首先，对数据进行标准化处理。采用极差法对各数据进行标准化处理，数据处理公式如下。

式中:zij为指标标准化后的值;xij为指标的原始值。

然后，确定各个指标的权重。运用客观赋权值的均方差赋权法计算各个指标权重。该方法以各评价指标为随机变量，分别求出各个指标的均方差，再将各个指标的均方差归一化处理，由此得出各指标的权重(表1)。

3.3 系统耦合发展趋势

由(2)，(3)式计算得出内蒙古草原矿产资源开发和生态环境综合发展指数(表2)。

表2 1998—2014矿产资源开发和生态环境综合发展指数Tab.2 The comprehensive development index of mineral resources exploration and eco-environment during 1998—2014

根据矿产资源开发和生态环境综合发展指数绘制线形图(图1)。可以看出，内蒙古草原地区矿产资源开发在1998—2006年间发展较为缓慢，在2006—2014年间迅速发展。与矿产资源开发相比，草原地区生态环境发展速度缓慢。

图1 矿产资源开发和生态环境保护发展指数Fig.1 The comprehensive development index of mineral resources exploration and eco-environment

分别将2条曲线非线性拟合，得到矿产资源开发和生态环境的拟合表达式:

(7)，(8)两式中，t的取值范围是1～17，对应的时间区间是1998—2014年。利用(4)，(5)式求得VA和VB分别为:

由(6)，(9)，(10)式求得VA，VB，tan α和α(表3)。

表3 矿产资源开发和生态环境保护耦合度Tab.3 The coupling degree of mineral resources exploration and eco-environment

由耦合度α的变化趋势(图2)可以看出，1998—2014年内蒙古草原地区矿产资源开发和生态环境的耦合度α介于40°～90°之间，二者总体处于协调发展状态。1998—1999年间，30°＜α≤60°，说明矿产资源开发和生态环境的发展处于相对均衡的状态。随着矿产资源的加速开发，二者间的交互胁迫作用不断增强，表现为α值迅速变大。2000—2014年间，60°＜α≤90°，这说明，随着矿产资源开发和生态环境不断上升的演化发展速度，矿产资源开发和生态环境间的耦合程度表现出下降趋势，系统内部的矛盾不断激化。由于生态环境的演化发展速度落后于矿产资源开发的速度，且差距逐渐增大，生态环境对矿产资源开发的支撑力不足，矿产资源开发对草原地区生态环境的胁迫作用不断加强，导致生态环境不断恶化，逐渐逼近临界值。

图2 矿产资源开发和生态环境保护耦合度Fig.2 The coupling degree of mineral resources exploration and eco-environment

由于耦合度只能说明矿产资源开发系统和生态环境系统相互作用的程度，不能全面反映协调发展水平的高低［9］，故引入耦合协调度模型来分析矿产资源开发和生态环境的协调程度。计算耦合度指数C和综合协调指数T:

α和β为待定系数。由于矿产资源开发系统和生态环境系统在整个复合系统中起着同样重要的作用。因此，令α=β=0.5。

由于C和T数值差距较大，需要进行标准化处理。

协调度D的计算公式［10］如下:

由上述步骤计算得出1998—2014年内蒙古草原地区矿产资源开发和生态环境耦合协调度(表4)。耦合协调度分为4个等级:D＜0.3为非协调状态，0.3≤D＜0.5为低度协调，0.5≤D＜0.7为中度协调，D≥0.7为高度协调。

表4 矿产资源开发和生态环境耦合协调度Tab.4 The coupling and coordination degree of mineral resources exploration and eco-environment

由1998—2014年耦合协调度的变化趋势(图3)可以看出，在研究期内，内蒙古草原地区矿产资源开发和生态环境属于低度协调状态，二者间的耦合协调度是先上升后下降的。在矿产资源开发初期，矿产资源开发与生态环境间的耦合协调程度不断提高，在2000年达到最大值。随着矿产资源开发力度的不断加大，草原地区生态环境不断恶化，矿产资源开发和生态环境耦合协调度不断下降。2000—2008年，矿产资源开发和生态环境的耦合协调度缓慢下降，2008—2012年，耦合协调度迅速下降，在2012年到达最低点。2013—2014年间，耦合协调度小幅上升，逐渐呈现良好发展态势。

图3 矿产资源开发和生态环境耦合协调度Fig.3 The coupling and coordination degree of mineral resources exploration and eco-environment

3.4 原因分析

从内蒙古草原地区矿产资源开发现状来看，内蒙古几个大型能源矿山均位于鄂尔多斯、锡林郭勒盟、呼伦贝尔等草原地区。这些地区常年干旱的气候，以及矿区严重的风蚀、水蚀，导致矿区生态环境十分脆弱。近几年，由于缺乏科学指导和相关法律法规约束，生态环境保护意识淡薄，矿场资源开发企业大多只注重资源开发，忽视生态环境保护和污染治理，对草原地区生态环境造成了严重的影响。根据内蒙古自治区国土资源厅《内蒙古自治区矿山地质环境保护与治理规划(2011—2015年)》统计，矿业开发占用、破坏全区土地面积1 100.95 km2，占矿山用地面积的27.78%;按破坏土地类型看，草地所占比例最大，为44%。内蒙古矿产资源开发造成草原生态环境破坏的原因主要有以下几个方面:一是小型采矿企业居多，采矿方式原始，采矿设备、技术落后，缺乏长远意识。内蒙古矿产资源开发企业普遍规模较小，小型企业占全区采矿企业的90%以上。由于资金有限，小型矿产资源开发企业开采设备、技术落后。由于缺乏环保意识和可持续发展意识，多数矿产资源开发企业以掠夺式开采换取短期经济效益，忽略长远发展。二是采矿业管理混乱，监管缺位。由于矿产资源管理体制不健全，内蒙古矿产资源开发行业内部秩序较为混乱。在利益的驱使下，经常出现矿业行政主管部门越权审批发证、为不具备开办采矿企业的申请人发证、甚至对明令停止发证的矿种审批发证等情况。矿产资源监管部门和环境管理部门不能落实监管工作，对发现问题的矿产资源开发企业处罚不力。一些接到整改通知的矿产资源开发企业仍违法生产，造成安全事故和环境事故。三是采矿行业相关法律、法规不完善。现行的《矿产资源法》第32条规定，开采矿产资源，必须遵守有关环境保护的法律规定，防止污染环境。耕地、草原、林地因采矿受到破坏的，矿山企业应当因地制宜地采取复垦利用、植树种草或者其他利用措施［11］。由此可以看出，虽然法律规定矿产资源开发企业要对其造成的生态环境破坏进行补偿、修复，但由于没有明确规定监管主体，出现问题没有相关部门管理，造成草原地区的环境污染和生态破坏无法得到及时妥善的处理。

4 结论

1998—2014年内蒙古草原矿产资源开发和生态环境间的胁迫作用不断增强，耦合协调发展处于低度协调状态，耦合协调度呈下降趋势。从耦合度角度看，虽然内蒙古草原仍处于矿产资源开发和生态环境协调发展阶段，但随着矿产资源开发速度的增加，耦合度已逐渐接近90°，如不加以控制，矿产资源开发和生态环境将进入极限发展阶段。从耦合协调度指标来看，内蒙古草原地区矿产资源开发和生态环境保护一直处于低度协调状态，在2000年达到最大值，此后不断下降，2008—2012年间下降速度加快，2012年的耦合协调度值仅为0.316。2013—2014年，耦合协调度值略有上升，表明矿产资源开发和生态环境间的协调发展水平有所提高。

随着矿产资源开发强度的不断加大，矿产资源开发对内蒙古草原生态环境造成的胁迫作用逐年增加，对草原脆弱的生态环境造成了严重影响。因此，矿产资源开发的同时也要加大对生态环境的保护力度，促进二者协调发展。

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