馬 妍，馬 妍，李淑祎，王子源，孫 翔，張 萌，韓志遠(yuǎn)，田雨歌，陸兆華

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.國瑞沃德(北京)低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004)

0 引 言

為實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效開發(fā)利用、推進(jìn)煤電大基地大通道建設(shè)，《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014—2020年)》中強(qiáng)調(diào)：重點(diǎn)建設(shè)錫林郭勒、鄂爾多斯、晉北、晉中、晉東、陜北、哈密、準(zhǔn)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動了產(chǎn)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(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)效益與區(qū)域生態(tài)安全的不協(xié)調(diào)發(fā)展成為當(dāng)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(yán)重。土壤重金屬污染存在嚴(yán)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(nóng)作物絕產(chǎn)，建筑物穩(wěn)定構(gòu)建出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，甚至引發(fā)地質(zhì)災(zāi)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(nèi)自然景觀受損，形成的景觀系統(tǒng)單調(diào)、生硬、不自然，無法與周圍未受干擾景觀相協(xié)調(diào)[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(jīng)濟(jì)創(chuàng)收，但導(dǎo)致開發(fā)區(qū)域的景觀優(yōu)勢度降低，生物量損毀嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境受到破環(huán)[7]。余飛等[8]通過準(zhǔn)東地區(qū)煤炭資源分布及煤電煤化工產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)帶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況以及入駐企業(yè)的基本情況，闡述了準(zhǔn)東煤電煤化工產(chǎn)業(yè)帶的發(fā)展及現(xiàn)狀，分析了基地建設(shè)中存在的資源配置不夠合理、部分產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、生態(tài)環(huán)境保護(hù)形勢嚴(yán)峻等問題。因此，煤電基地建設(shè)對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用，但同時(shí)也對地方生態(tài)環(huán)境造成了一定的污染。

近年來，適應(yīng)性管理理論也多用于解決生態(tài)問題，王晶等[9]將適應(yīng)性管理理論用于解決株樹橋水庫生態(tài)復(fù)雜因素和不確定性因素對補(bǔ)償?shù)挠绊憜栴}，結(jié)果表明，適應(yīng)性管理理論能準(zhǔn)確動態(tài)地反映其保護(hù)效果，以提高水源地生態(tài)補(bǔ)償效率；廖軼鵬等[10]為了改善城市河道生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，提出了城市河道生態(tài)修復(fù)的生態(tài)-泥沙耦合機(jī)理和適應(yīng)性管理模型，根據(jù)關(guān)系量化模型，積極觀察河道對修復(fù)措施的響應(yīng)，實(shí)時(shí)調(diào)整修復(fù)措施；針對目前我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)的迫切需求；段克等[11]提出了流域生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的管理規(guī)程，制定了生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目適應(yīng)性管理框架，以對生態(tài)保護(hù)修復(fù)措施進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。本文將適應(yīng)性管理理論應(yīng)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(shè)工作提供科學(xué)依據(jù)，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(tǒng)創(chuàng)建我國基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應(yīng)性管理模式。

1 基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應(yīng)性管理模式理論

煤電基地生態(tài)系統(tǒng)安全作為社會經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ)[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(gè)層面：一是對煤電基地生態(tài)系統(tǒng)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(tǒng)為人類提供完善的生態(tài)服務(wù)保障[13-14]。為保障煤電基地區(qū)域生態(tài)安全，生態(tài)系統(tǒng)管理理論思想不容小覷。

基于煤電基地生態(tài)系統(tǒng)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(qū)動機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)[15]。煤電基地生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)組分變動，會引起整個(gè)系統(tǒng)變化，且變化過程連續(xù)。適應(yīng)性管理在管理計(jì)劃中考慮管理實(shí)施過程中可能發(fā)生的變化，貫穿于整個(gè)管理思想，并及時(shí)調(diào)整管理手段，形成集聚變通的管理模式[16]。

在適應(yīng)性管理方案制定過程中，秉承不斷學(xué)習(xí)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(yīng)性管理對象，確定適應(yīng)性管理目標(biāo)，總結(jié)現(xiàn)有的區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)技術(shù)，探索生態(tài)系統(tǒng)的敏感和脆弱的因素，尋找問題與錯(cuò)誤原因，并提出煤電基地適應(yīng)性管理建議，從而修改和豐富適應(yīng)性管理內(nèi)容，構(gòu)建適應(yīng)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(yīng)性管理模式。

1.1 適應(yīng)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(yīng)性管理以管理單元為適應(yīng)性管理對象[17]，而管理邊界主要通過空間尺度與時(shí)間尺度共同確定?？臻g尺度重點(diǎn)關(guān)注生態(tài)交錯(cuò)帶的邊緣效應(yīng)，時(shí)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(yīng)性管理對象

1.2 適應(yīng)性管理目標(biāo)

在適應(yīng)性管理實(shí)施過程中，涉及環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、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(jī)關(guān)以及環(huán)境治理者等。因此實(shí)施過程要統(tǒng)籌兼顧，充分考慮利益矛盾，設(shè)置盡量具有綜合效益的管理目標(biāo)[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(guān)者相互協(xié)調(diào)，積極配合，發(fā)揮積極作用，以實(shí)現(xiàn)煤電基地資源開發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)的系統(tǒng)效益為目標(biāo)，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(yīng)性管理管目標(biāo)可分為資源開發(fā)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)以及生態(tài)效益目標(biāo)，見表1。

表1 煤電基地適應(yīng)性管理目標(biāo)

1.3 適應(yīng)性管理內(nèi)容

1)煤電基地區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)與預(yù)警，揭示煤電基地區(qū)域生態(tài)安全現(xiàn)狀并預(yù)測未來區(qū)域生態(tài)安全時(shí)空變化趨勢；

2)提出煤電基地適應(yīng)性管理建議；

3)根據(jù)定期監(jiān)測、現(xiàn)狀評價(jià)、未來預(yù)警及突發(fā)事件的發(fā)生，調(diào)整煤電基地適應(yīng)性管理方案。

1.3.1煤電基地區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)

基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應(yīng)性管理核心內(nèi)容是對煤電基地的生態(tài)系統(tǒng)安全評價(jià)。由于區(qū)域生態(tài)安全研究由生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)展而來，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)健康實(shí)質(zhì)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(tǒng)服務(wù)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(jìn)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(xué)評價(jià)手段對生態(tài)系統(tǒng)安全狀態(tài)進(jìn)行的評價(jià)與預(yù)警。表2為區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)技術(shù)分析。

由表2可以看出，區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)主要是利用評價(jià)數(shù)學(xué)模型計(jì)算(集對分析法、模糊聚類法、灰色動力學(xué)模型、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量計(jì)算模型和MCR模型等)與評價(jià)指標(biāo)體系賦權(quán)(綜合評價(jià)指數(shù)模型和均方差賦值法等)2種評價(jià)方法，一般還會結(jié)合遙感監(jiān)測與地理信息系統(tǒng)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(shí)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(tǒng)服務(wù)價(jià)值等生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行描述并分析。DPSIR模型、綜合協(xié)調(diào)度評價(jià)模型等多用于構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)體系，針對資源枯竭、水土保持、草場退化、城郊區(qū)經(jīng)濟(jì)社會不協(xié)調(diào)發(fā)展等生態(tài)安全問題進(jìn)行的生態(tài)安全評價(jià)，可為東部草原煤電基地區(qū)域適應(yīng)性管理方案制定提供建議。

表2 區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)技術(shù)分析

1.3.2煤電基地適應(yīng)性管理建議

為保障生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)性管理提出的建議，需盡可能利用自修復(fù)與自然修復(fù)替代人工修復(fù)[33]，分別從生態(tài)建設(shè)、社會決策以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展3個(gè)角度總結(jié)煤電基地適應(yīng)性管理的建議。

1)生態(tài)建設(shè)

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

2)社會決策

① 嚴(yán)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(jìn)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(gòu)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(hù)耕地、林園等地。

3)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

① 煤電資源合理配置：優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)布局，提高煤電轉(zhuǎn)化效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)；② 優(yōu)化農(nóng)牧產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)布局：發(fā)展工業(yè)化農(nóng)牧業(yè)，推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展；③ 開發(fā)新產(chǎn)業(yè)：旅游產(chǎn)業(yè)。

1.3.3煤電基地適應(yīng)性管理方案調(diào)整

適應(yīng)性管理目的在于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)健康及資源管理的可持續(xù)性[34]。在適應(yīng)性管理方案的執(zhí)行過程中，生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)性管理是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和不斷調(diào)整的過程。在不斷探索、認(rèn)識煤電基地周邊生態(tài)系統(tǒng)的變化和內(nèi)在規(guī)律、干擾過程的基礎(chǔ)上，豐富相關(guān)知識，改變和調(diào)整管理方案，采取以提高實(shí)踐與管理水平為目標(biāo)的系統(tǒng)過程，其核心任務(wù)是對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動因子的恢復(fù)力、適應(yīng)性及生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)循環(huán)的辨識，并在此基礎(chǔ)上提出更好的管理模式與對策。

對煤電基地適應(yīng)性管理方案的調(diào)整手段可分為基本調(diào)整、引導(dǎo)性調(diào)整和特殊調(diào)整[35]。

1)基本調(diào)整

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

2)引導(dǎo)性調(diào)整

針對國家或地區(qū)由于政策變更、資源配置調(diào)整、城市建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型等影響因素，對管理方案做出相適應(yīng)的調(diào)整。

3)特殊調(diào)整

針對自然災(zāi)害等不可抗力的影響，對災(zāi)害預(yù)警以及應(yīng)急機(jī)制做出最安全、快捷的管理方案調(diào)整。

1.4 適應(yīng)性管理框架

煤電基地適應(yīng)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(yàn)過程，從試驗(yàn)中不斷學(xué)習(xí)并調(diào)整[37]。管理的具體過程為：

1)明確適應(yīng)性管理對象；

2)提出適應(yīng)性管理目標(biāo)；

3)設(shè)計(jì)適應(yīng)性管理方案并執(zhí)行；

4)在實(shí)施過程中不斷搜集、分析各類數(shù)據(jù)信息，將最新評估結(jié)果與預(yù)先提出的目標(biāo)進(jìn)行比較；

5)在比較中學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、豐富知識，改變、調(diào)整管理方案，直至實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)后終止。

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

圖2 煤電基地適應(yīng)性管理框架

2 東部草原區(qū)域煤電基地基于適應(yīng)性管理的生態(tài)安全保障應(yīng)用

東部草原區(qū)域煤電基地主要在內(nèi)蒙古東部的錫盟與呼盟開展建設(shè)。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(yīng)用適應(yīng)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(nèi)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?qū)捚骄?.6 km，面積約342 km2[39]，礦區(qū)內(nèi)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(zhì)量下降、植被覆蓋率降低、生態(tài)系統(tǒng)景觀破碎度提高、生態(tài)敏感度提升、生態(tài)恢復(fù)力、生態(tài)彈性減弱、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(jià)模型與目標(biāo)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(jìn)行的區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)匯總。

由表3可以看出：從空間尺度上對錫林浩特市進(jìn)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(xié)調(diào)情況差；該區(qū)域的農(nóng)村地區(qū)，尤其是農(nóng)村草地的萎縮，使整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(jià)

隨著錫林郭勒區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)的完善與更新，管理建議隨著評價(jià)結(jié)果逐漸優(yōu)化，這不僅與適應(yīng)性管理方案的調(diào)整理念相契合，更是適應(yīng)區(qū)域生態(tài)變化、實(shí)現(xiàn)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(yīng)進(jìn)一步針對生態(tài)系統(tǒng)耦合、協(xié)同情況，從空間尺度上分析錫林郭勒盟生態(tài)安全協(xié)調(diào)程度；應(yīng)該相應(yīng)調(diào)整土地利用現(xiàn)狀，建立新型土地利用格局，且成立嚴(yán)格的監(jiān)督機(jī)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(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)向城市生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，恢復(fù)整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并使其呈現(xiàn)上升趨勢；總結(jié)林、草、水和農(nóng)田用地土地利用變化情況，分析城郊區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，使得整體生態(tài)承載力與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提升。

3 結(jié) 論

1)基于區(qū)域生態(tài)安全的煤電基地適應(yīng)性管理計(jì)劃的制定是一個(gè)不斷調(diào)整和變化的過程，其管理邊界主要通過空間尺度與時(shí)間尺度共同確定，以資源開發(fā)、經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益作為其管理目標(biāo)，主要管理內(nèi)容包括區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)、適應(yīng)性管理建議以及管理方案的調(diào)整，在實(shí)施過程中應(yīng)不斷搜集、分析各類數(shù)據(jù)信息，在學(xué)習(xí)過程中不斷調(diào)整管理方案，直至實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)后終止。

2)適應(yīng)性管理在管理計(jì)劃中考慮管理實(shí)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(yīng)性管理結(jié)構(gòu)中有助于保證煤電基地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而以積極修正錯(cuò)誤的方式，將生態(tài)系統(tǒng)長期積累變化下的大調(diào)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(xié)調(diào)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(yīng)盡快調(diào)整土地利用現(xiàn)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。