基于区域生态安全的东部草原煤电基地适应性管理研究

马 妍，马 妍，李淑祎，王子源，孙 翔，张 萌，韩志远，田雨歌，陆兆华

(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083；2.国瑞沃德(北京)低碳经济技术中心，北京 100031；3.广州市净水有限公司，广东 广州 510627；4.广西大学 资源环境与材料学院，广西 南宁 530004)

0 引 言

为实现煤炭清洁高效开发利用、推进煤电大基地大通道建设，《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》中强调：重点建设锡林郭勒、鄂尔多斯、晋北、晋中、晋东、陕北、哈密、准东和宁东等千万千瓦级大型煤电基地[1]。煤电基地优化了我国电力产业结构，推动了产能、发电和输配电的快速发展，但其存在开发布局不合理、经济增长方式粗放、生态安全保障工作不足等管理缺陷，造成资源枯竭、“三废”污染、土地破坏、水土流失和植被退化、景观破碎等生态环境问题。资源开发、经济效益与区域生态安全的不协调发展成为当前的主要矛盾。

煤电基地开发引发的生态环境问题是潜在、持久的，且危害严重。土壤重金属污染存在严重的潜在生态危害，若土壤环境发生变化，或其含量超过土壤承载力，土壤中重金属污染可能被活化[2]；重度采煤沉陷会使植被根系损伤，农作物绝产，建筑物稳定构建出现风险，甚至引发地质灾害[3-5]；煤电基地开发会使周围几千米甚至十几千米范围内自然景观受损，形成的景观系统单调、生硬、不自然，无法与周围未受干扰景观相协调[6]。甘肃省在煤电基地开发过程中，虽然提高了土地利用率和经济创收，但导致开发区域的景观优势度降低，生物量损毁严重，生态环境受到破环[7]。余飞等[8]通过准东地区煤炭资源分布及煤电煤化工产业布局和产业带基础设施建设情况以及入驻企业的基本情况，阐述了准东煤电煤化工产业带的发展及现状，分析了基地建设中存在的资源配置不够合理、部分产品产能过剩、生态环境保护形势严峻等问题。因此，煤电基地建设对地方经济发展具有积极的促进作用，但同时也对地方生态环境造成了一定的污染。

近年来，适应性管理理论也多用于解决生态问题，王晶等[9]将适应性管理理论用于解决株树桥水库生态复杂因素和不确定性因素对补偿的影响问题，结果表明，适应性管理理论能准确动态地反映其保护效果，以提高水源地生态补偿效率；廖轶鹏等[10]为了改善城市河道生态系统的结构与功能，提出了城市河道生态修复的生态-泥沙耦合机理和适应性管理模型，根据关系量化模型，积极观察河道对修复措施的响应，实时调整修复措施；针对目前我国流域生态保护修复的迫切需求；段克等[11]提出了流域生态修复项目的管理规程，制定了生态修复项目适应性管理框架，以对生态保护修复措施进行适当调整。本文将适应性管理理论应用于解决矿区生态环境问题的研究中，为煤炭城市生态环境建设工作提供科学依据，就目前我国煤电基地区域生态环境问题，以保障区域生态安全为最终目的，系统创建我国基于区域生态安全的煤电基地适应性管理模式。

1 基于区域生态安全的煤电基地适应性管理模式理论

煤电基地生态系统安全作为社会经济安全的基础[12]，对煤电基地可持续发展具有重要意义。煤电基地区域生态安全保障包括2个层面：一是对煤电基地生态系统自身的完整、健康和可持续性的保障；二是煤电基地生态系统为人类提供完善的生态服务保障[13-14]。为保障煤电基地区域生态安全，生态系统管理理论思想不容小觑。

基于煤电基地生态系统通常生态稳定性弱，区域生态安全易受胁迫，且胁迫具有不确定因素多、扰动幅度大、驱动机理复杂等特点[15]。煤电基地生态系统中一个组分变动，会引起整个系统变化，且变化过程连续。适应性管理在管理计划中考虑管理实施过程中可能发生的变化，贯穿于整个管理思想，并及时调整管理手段，形成集聚变通的管理模式[16]。

在适应性管理方案制定过程中，秉承不断学习的管理原则，针对煤电基地区域生态环境破坏情况，明确适应性管理对象，确定适应性管理目标，总结现有的区域生态安全评价技术，探索生态系统的敏感和脆弱的因素，寻找问题与错误原因，并提出煤电基地适应性管理建议，从而修改和丰富适应性管理内容，构建适应性管理框架，建立基于区域生态安全的煤电基地的适应性管理模式。

1.1 适应性管理对象

为了有效管理煤电基地，必须确定管理边界，煤电基地适应性管理以管理单元为适应性管理对象[17]，而管理边界主要通过空间尺度与时间尺度共同确定。空间尺度重点关注生态交错带的边缘效应，时间尺度对研究期要求尽量包含自然循环周期以及社会发展周期，如图1所示。

图1 煤电基地适应性管理对象

1.2 适应性管理目标

在适应性管理实施过程中，涉及环境、经济、社会等多方面因素和众多利益群体，包括开采者、邻近土地所有者、资源使用者、司法机关以及环境治理者等。因此实施过程要统筹兼顾，充分考虑利益矛盾，设置尽量具有综合效益的管理目标[18]。在管理过程中，一方面要充分考虑和吸收各方意见和建议，另一方面也要求所有利益相关者相互协调，积极配合，发挥积极作用，以实现煤电基地资源开发、经济发展与生态建设的系统效益为目标，充分配合，发挥积极作用。

基于区域生态安全的煤电基地适应性管理管目标可分为资源开发目标、经济效益目标以及生态效益目标，见表1。

表1 煤电基地适应性管理目标

1.3 适应性管理内容

1)煤电基地区域生态安全评价与预警，揭示煤电基地区域生态安全现状并预测未来区域生态安全时空变化趋势；

2)提出煤电基地适应性管理建议；

3)根据定期监测、现状评价、未来预警及突发事件的发生，调整煤电基地适应性管理方案。

1.3.1煤电基地区域生态安全评价

基于区域生态安全的煤电基地适应性管理核心内容是对煤电基地的生态系统安全评价。由于区域生态安全研究由生态风险分析发展而来，生态风险和生态健康实质分别从正反两面表征了区域生态安全，但二者无法直观反映区域生态安全，生态系统服务与生态承载力可从生态足迹角度对区域生态安全进行刻画[24-25]，因此区域生态安全的判断是耦合多种生态学评价手段对生态系统安全状态进行的评价与预警。表2为区域生态安全评价技术分析。

由表2可以看出，区域生态安全评价主要是利用评价数学模型计算(集对分析法、模糊聚类法、灰色动力学模型、生态系统服务价值当量计算模型和MCR模型等)与评价指标体系赋权(综合评价指数模型和均方差赋值法等)2种评价方法，一般还会结合遥感监测与地理信息系统描绘的土地利用格局、景观生态格局的空间分布特征或时间变化规律，从区域整体角度对生态承载力、生态系统服务价值等生态安全状态进行描述并分析。DPSIR模型、综合协调度评价模型等多用于构建区域生态安全评价体系，针对资源枯竭、水土保持、草场退化、城郊区经济社会不协调发展等生态安全问题进行的生态安全评价，可为东部草原煤电基地区域适应性管理方案制定提供建议。

表2 区域生态安全评价技术分析

1.3.2煤电基地适应性管理建议

为保障生态系统自然的演替和平衡，基于区域生态安全的煤电基地适应性管理提出的建议，需尽可能利用自修复与自然修复替代人工修复[33]，分别从生态建设、社会决策以及经济发展3个角度总结煤电基地适应性管理的建议。

1)生态建设

① 水土保持：优化土地重构、土壤修复技术，尽可能采用植被恢复、防护林等自然修复；② 建设景观生态：增加斑块数，提高斑块联通性，设置景观长廊。

2)社会决策

① 严格控制污染排放量：控制煤电基地废水、废气、固废及粉尘排放量；② 控制城市化进程：合理控制人口规模，减慢土地利用格局的变化速度；③ 构建生态型土地利用格局：提高生态用地比率，增加植被覆盖率，保护耕地、林园等地。

3)经济发展

① 煤电资源合理配置：优化能源结构布局，提高煤电转化效率，发展循环经济；② 优化农牧产品产业布局：发展工业化农牧业，推进绿色农业发展；③ 开发新产业：旅游产业。

1.3.3煤电基地适应性管理方案调整

适应性管理目的在于实现系统健康及资源管理的可持续性[34]。在适应性管理方案的执行过程中，生态系统的不确定性以及环境影响因子的动态变化，决定了煤电基地适应性管理是一个不断学习和不断调整的过程。在不断探索、认识煤电基地周边生态系统的变化和内在规律、干扰过程的基础上，丰富相关知识，改变和调整管理方案，采取以提高实践与管理水平为目标的系统过程，其核心任务是对区域生态系统驱动因子的恢复力、适应性及生态系统适应循环的辨识，并在此基础上提出更好的管理模式与对策。

对煤电基地适应性管理方案的调整手段可分为基本调整、引导性调整和特殊调整[35]。

1)基本调整

最简单、常规的调整。包括监测手段以及评估方法不适应生态系统变化结果，或可达到简化或缩减成本的目的，对管理方案做出的调整[36]。

2)引导性调整

针对国家或地区由于政策变更、资源配置调整、城市建设以及经济转型等影响因素，对管理方案做出相适应的调整。

3)特殊调整

针对自然灾害等不可抗力的影响，对灾害预警以及应急机制做出最安全、快捷的管理方案调整。

1.4 适应性管理框架

煤电基地适应性管理的基本管理框架，要求把煤电基地的利用与管理视为试验过程，从试验中不断学习并调整[37]。管理的具体过程为：

1)明确适应性管理对象；

2)提出适应性管理目标；

3)设计适应性管理方案并执行；

4)在实施过程中不断搜集、分析各类数据信息，将最新评估结果与预先提出的目标进行比较；

5)在比较中学习，发现错误、丰富知识，改变、调整管理方案，直至实现管理目标后终止。

将反馈环整合到煤电基地适应性管理结构中并保持其灵活性，有助于保证煤电基地生态系统的稳定，积极修正错误方式，将生态系统长期积累变化下的大调整替换成短期易于控制的变化。

图2 煤电基地适应性管理框架

2 东部草原区域煤电基地基于适应性管理的生态安全保障应用

东部草原区域煤电基地主要在内蒙古东部的锡盟与呼盟开展建设。针对东部草原煤电基地开发引起的土地破坏、土壤沙化、植被退化、景观破损等生态环境问题，应用适应性管理保障东部草原区域煤电基地生态安全[38]。

2.1 对象剖析

以锡林郭勒盟煤电基地为研究对象，主要煤电基地为胜利矿区区域。胜利矿区位于内蒙古自治区锡林浩特市以北2～5 km，矿区呈北东、南西向的条带，东西向长约45 km，南北向宽平均7.6 km，面积约342 km2[39]，矿区内属高原丘陵地形。研究区域空间尺度定义在锡林浩特市、胜利矿区区域以及城、矿交界地带。

1961—2014年，锡林郭勒草原年降水量总体呈波动下降趋势，在189.04～383.45 mm。气温呈上升趋势，四季气温上升幅度相近，约0.365 ℃/10 a[40]。人口呈成倍增长趋势，由45.19万人增至103.04万人。

锡林郭勒盟是我国北方重要的生态屏障区[41]，但由于露天煤矿的开发造成一系列生态问题，如生态压力提升、土地生态质量下降、植被覆盖率降低、生态系统景观破碎度提高、生态敏感度提升、生态恢复力、生态弹性减弱、生态系统服务功能不能正常用等，为矿区周边生态带来安全隐患。

2.2 评价模型与目标建议

表3为从不同角度对锡林郭勒煤电基地、锡林浩特市以及锡林郭勒盟进行的区域生态安全评价汇总。

由表3可以看出：从空间尺度上对锡林浩特市进行不同等级的生态安全分区，锡林浩特城市区域相对全盟生态安全状况偏好，但生态安全协调情况差；该区域的农村地区，尤其是农村草地的萎缩，使整个城市生态系统服务价值下降；2006年以来生态赤字呈上升趋势，耕地人均生态承载力下降较快。

表3 东部草原区域煤电基地生态安全评价

随着锡林郭勒区域生态安全评价的完善与更新，管理建议随着评价结果逐渐优化，这不仅与适应性管理方案的调整理念相契合，更是适应区域生态变化、实现可持续发展的必然需要。针对锡林郭勒区域生态安全问题应进一步针对生态系统耦合、协同情况，从空间尺度上分析锡林郭勒盟生态安全协调程度；应该相应调整土地利用现状，建立新型土地利用格局，且成立严格的监督机制，合理开发和高效利用土地资源，最大程度减少人为干扰和破坏；把控农村生态系统向城市生态系统的转变，恢复整个城市生态系统服务价值，并使其呈现上升趋势；总结林、草、水和农田用地土地利用变化情况，分析城郊区生态系统服务价值，使得整体生态承载力与生态系统服务价值提升。

3 结 论

1)基于区域生态安全的煤电基地适应性管理计划的制定是一个不断调整和变化的过程，其管理边界主要通过空间尺度与时间尺度共同确定，以资源开发、经济效益以及生态效益作为其管理目标，主要管理内容包括区域生态安全评价、适应性管理建议以及管理方案的调整，在实施过程中应不断搜集、分析各类数据信息，在学习过程中不断调整管理方案，直至实现管理目标后终止。

2)适应性管理在管理计划中考虑管理实施过程中可能发生的各种变化，将反馈环整合到煤电基地适应性管理结构中有助于保证煤电基地生态系统的稳定，从而以积极修正错误的方式，将生态系统长期积累变化下的大调整替换成短期易于控制的变化，并可形成一套集聚变通的管理模式。有助于解决区域生态安全易受胁迫的问题。

3)东部草原区域煤电基地生态安全状态相对较好，但生态安全协调性较差。针对锡林郭勒地区的区域生态安全问题，建议该地区应尽快调整土地利用现状，建立新型土地利用格局，提升整体生态承载力，最大程度减少人为干扰和破坏。