生态足迹法在煤炭矿区规划环评中的应用及对策探讨

程文鹏，耿海清，陈 帆，陆兆华，杜 松

（1.中国矿业大学，北京100083；2.环境保护部环境工程评估中心，北京100012）

1 引言

生态系统具有提供人类所需的各种产品，对生态环境进行调节，保障人居环境等多种功能。人类对生态系统这些功能在认识上日益加深，其中生态承载力在确定一个地区发展定位、产业规模、产业布局等方面的重要性日渐加强，其研究已经成为当前热点。自然体系对内外干扰的承载能力是其功能极限或容载量的表达，生态承载力是客观存在的某种类型自然体系调节能力的极限值。地球上各等级自然体系都是具有强大活力的自然体系，这些自然系统具有自我维持生态平衡的功能，但这种功能是有限度的，超过这个限度将使自然体系发生质的改变。

具体来说，生态承载力就是指在特定时期和特定区域内，生态系统自我维持、自我调节和自我发展的能力[1]。目前，对生态系统承载力进行定量计算是可持续发展的一项重要研究内容，因为生态承载力是区域经济、社会、环境协调发展的支撑基础，也是资源开发强度、开发模式是不是具有环境可持续性的一项重要判据。

资源、环境承载力评价是煤炭工业矿区规划环境影响评价的重点，而生态承载力是判断总体规划是否具有环境合理性的重要依据。生态承载力的研究是通过定量预测规划实施对自然生态资源的占用，来了解开发活动可能对生态系统产生的胁迫状态，从而尽量减小对生态系统的负面影响，主要方法有综合评价法、自然植被净生产力估测法、差量法、状态空间法、生态足迹法等，其中生态足迹法的应用最为普遍。另外，生态足迹在城市交通、能源消费、餐饮等行业也得到了较为普遍的应用[2]。

2 生态足迹的计算方法

2.1 生态足迹的概念

生态足迹最早是加拿大生态学家William Ree于1922年提出的[3]，之后由Wackernagel将其理论进行了完善。它是衡量自然界提供给人类各种自然资源以及人类对这些资源的利用程度的一种方法，并且定量的判断一定区域的发展与其生态承载力是否相适应。

生态足迹的计算基于两个事实：人类自身对大多数资源的消费和产生的废弃物数是可以确定的；这些资源和废弃物通过转换能与一定面积的生物生产性土地相对应。在生态足迹模型中，各种资源和能源消费项目被折算成可耕地、林地、牧草地、建筑用地、化石能源用地和水域这6种类型的生物生产性土地，虽然它们生产的生物量不同，但通过均衡因子可以将其转化为具有全球生态系统平均生产力的、可以直接相加的生物生产性土地面积。均衡因子的计算公式为：

某类土地的均衡因子＝全球该类土地的平均生产力/全球所有各类土地的平均生产力。

2.2 生态足迹和生态承载力计算

使用生态足迹法评价某一区域的生态承载力，需要分别计算生态足迹和生态承载力，其中生态足迹的计算公式为：

式中i为用地消费类型（分别为：可耕地、林地、牧草地、建筑用地、石化能源地和水域）；ri为i类用地的均衡因子；ai为i消费类型折算的人均生物生产性土地面积；Ci为i种消费商品的人均消费量；Pi为i种消费商品的平均生产能力；N为评价区总人口数；ef为人均生态足迹；EF为总生态足迹。

生态承载力的计算公式为：

式中：yi为i类用地的产量因子；eci为i类用地人均生态承载力；ec为人均生态承载力；EC为总生态承载力。

2.3 生态足迹与生态承载力的比较分析

将计算得出的生态足迹（EF）与生态承载力（EC）相比较，如果生态足迹小于生态承载力，说明有生态盈余，表明该地区自然生态系统所能提供的生态资源能够承载当地人口的消费；如果生态足迹大于生态承载力，说明出现了生态赤字，表明当地的发展处于不可持续的状态，自然生态系统提供的生态资源不能够满足当地人口的消费，得依赖外部提供一定资源。

3 生态足迹在矿区规划环评中的应用

煤炭是我国的主要能源，其生产量居世界首位。我国经济高速发展，能源需求也持续增长，可以预见，我国煤炭开发规模还将进一步加大。然而，在煤炭开发过程中，土地利用类型将发生改变，天然草场、灌丛的面积将逐渐减少，人工草地和沙地面积有所增加，区域可持续发展能力则将削弱。随着人类对生态系统的认识不断加深和评价手段的更新，近年来在环境影响评价工作中对生态影响给予了充分的重视。煤矿建设区域的生态承载能力受到了很大的关注，对其生态承载能力进行量化，充分注重分析煤炭资源开发利用与生态可持续发展之间的关系是环评工作的一项重要内容。

近年来，生态足迹方法逐渐发展、完善，并被普遍地应用于规划环评中生态承载力的分析与评价中，成为矿区规划环评中应用最为普遍的方法。例如，中国环境科学研究院在河北省蔚县矿区规划环境影响报告书中[4]，根据2005年蔚县对农村居民的消费统计资料，以全球粮食平均产量为基准，计算了蔚县的生态足迹；再根据矿区所属的几个乡镇数据，计算出了评价区内的生态承载力。最后，比较得出了人口承载力有盈余，土地承载力会随着矿区的开发下降的结论，提出要严格控制人口，同时加强土地复垦。在辽宁省沈阳矿区总体规划环境影响报告书（沈阳环科院编）中[5]，生态足迹被应用于评价矿区开发对当地生态系统的压力，并预测规划矿区可持续发展的状态和发展趋势，得出区域生态环境已经没有承载力，生态环境受人类开发破坏严重的结论，指出需进行区域综合整治和养护才能维持区域的发展。

总体而言，生态足迹方法因其概念形象生动、易于理解、指标可比性强，社会意义明显且计算方法相对简单等优点在矿区规划环评中得到了广泛的应用。然而，随着矿区规划环评工作更加深入细致，生态足迹在矿区生态承载力分析方面的一些缺点也逐渐显现出来。

4 生态足迹法应用于矿区规划环评中存在的问题

4.1 预测能力不强

生态足迹模型设计中并未考虑消费过程变化的特点[6]，且数据的计算统计通常是以一年为基本单位的，而年内各个时期的变化并不能显示出来。同时，生态足迹的研究不具备合理预测以后一定年份内生态足迹变化的能力，只具有横向比较的意义。在实际情况下，一定区域内的人口、技术、物质消费水平是变动的，矿区的开发会极大的影响当地的消费水平，一般情况下会使消费水平提高，甚至会改变当地的生活方式。目前，很多矿区环评报告的结论并未体现出煤炭开采带来的这些影响，没有对矿区开发的影响做出合理的预测。同时，很多环评在计算生态足迹时仅限于矿区范围内的生态足迹，而计算生态承载力时却把整个县的生产性土地面积都包括在内，从而得出有生态盈余的结论，这样的结论显然不合理。

4.2 模型参数选取的针对性不足

目前，生态足迹模型通用的参数是一个经验估值结果，这个参数的选择是基于全球平均生产力而得来的[7]。然而，不同区域的生物生产和资源消耗的过程是不同的，有的极为复杂，直接采用这个参数来计算使区域的个性化不能被体现出来，参数的赋值不能得到完善，评价的结果更不能真实的反映出区域可持续性的实际情况。在实际应用的过程中，仍旧使用全球均衡因子作为模型参数的生态足迹方法会与实际情况之间有较大的差别，因为随着土地利用率和生产能力的变化区域均衡因子也是变化的，且各个均衡因子之间是相互依赖还是相互替代的关系也会对评价结果产生影响。

4.3 土地功能和质量的复杂性被忽略

生态足迹模型之所以对几类生物生产性土地进行直接的加和计算，其隐含假设了这几类生物生产性土地在空间上具有互斥性[8]，但同时也机械地限定了某一地块、某一时刻唯一的生物生产功能，而否认了这一地块同时具有的其它的生物生产功能。这一假设忽略了土地在某些程度上的功能替代性和土地本身具有的多种功能，使土地功能被人为地单一化，导致生态足迹计算系统误差的出现，结果是生态承载力计算偏低。

生态足迹方法对土地的数量及其生产性强调过甚，而土地质量本来就是良莠不齐的，这一事实却被忽略，它将土地具有的多种生态功能人为地单一化，将参差不齐的土地质量按统一标准进行统计，土地利用的持续性与合理性也未被考虑在内。它忽略了不同的生物产品和服务对特定区域发展的功效性差异，也忽略了不同类型土地在功能上对特定区域发展某种程度上的独立性和不可替代性。而不同区域各类用地的生产力差别很大，很多环评报告中并没有考虑这一因素，如中国煤炭资源最为丰富的西北地区，土地的生产力很低，生态承载力也很低。

4.4 对自然系统提供资源、消纳废弃物的功能描述不全

生态足迹计算方法过于注重资源消耗，而对废弃物的处理处置与其带来的污染不够重视。煤炭开采产生的地表沉陷会导致土地利用属性发生变化，改变表土的理化性状，减少农用地面积，造成土地资源受损；对区域地下水资源会产生一定程度的影响，生态足迹并没有将水资源和地下水资源的估算纳入其中[9]；矿区开发可能造成环境空气、水环境污染，生态环境恶化等，对环境质量的影响不容忽视。矿区内除各煤炭企业（含煤炭开采、洗选、矸石利用等企业）外，一般还分布有钢铁、电力、煤化工、建材、装备制造等产业的大中型企业[10]。

这些都是高污染企业，在生产过程中会产生各种废弃物，污染环境，对生态系统造成压力。另外，矿区的矸石堆存也是一个比较突出的问题，会压占土地资源。这些生活和生产过程中所排放的废水、废气、废渣等污染物同样需要生物生产性土地加以消纳，而且还会对现有生态资源的生产能力和生产过程产生严重不良影响，生态足迹并没有将这些影响完全描述，因此，矿区的生态足迹实际上高于现行的评估结果。

4.5 能源足迹计算不全

在对能源足迹进行统计的过程中，生态足迹只考虑了CO2而忽略了其他温室气体，即没有考虑对其他污染物吸收所需的生物生产性土地面积，只对CO2的吸收所需要的生物生产性面积进行计算和分析。生态足迹一般只计算评价范围内的人口消费的资源的生态占用，而矿区生产的煤炭、电力等则主要是供区外使用，这样就会导致计算出来的生态占用偏低，而对当地生态造成的实际影响则很大。煤炭外地消费产生的二氧化碳由区外的化石燃料地消纳即可，而电力生产产生的二氧化碳则对当地生态系统造成了实际影响，这部分影响不可能转移。

4.6 生态承载力计算偏高

矿区的开发往往涉及到区域的自然保护区、风景名胜区、森林公园等禁止开发区，在对这些区域的生态承载力进行计算时，应该扣除相应的生态承载力。而很多环评并没有做到，因此，有些环评得出的生态盈余结论与实际不符，对于将来各类生物生产性土地面积的变化预测也过于乐观。

5 提高生态足迹法在矿区规划环评中实用性的建议

针对上述问题，笔者认为，从提高生态足迹法在矿区规划环境影响评价中的实用性的角度出发，生态足迹模型在具体应用中应在以下方面加以改进。

5.1 合理确定生态足迹的评价范围

收集有关统计数据时要精确合理，对矿区的评价要真实可靠。评价区域内生态足迹计算的范围要与生态承载力的范围相对应。在此基础上，如果将生态足迹分析的指标做进一步类型细化以更好的反映指标之间的属性差异，并建立若干可持续评价的子系统作为生态足迹与生态承载力比较的底层单元，就可以获得一个区域可持续程度或能力的多层面信息，从而增强评价结果的准确性。

5.2 根据矿区实际情况修正相关参数

通过现场调查、专家咨询等方式了解评价区域的土地利用概况，灵活调整参数，加强针对性。相关参数的修正可以从两方面考虑：一是对模型参数的选择可以基于评价区域所在的省、市的多年土地平均生产力为基础，而不是以大尺度的全球范围内的土地生产能力为基础，即以有针对性的区域土地生产力代替全球平均生产力对参数进行调整；二是在计算产量因子时考虑土地扰动的影响。对于土地扰动对评价结果影响较大的区域，应考虑加入相应的扰动系数，使yi＝DiYi，其中：Di＝F（P，T，E），P、T、E 分别是指政策、科技、环境因素对i类土地产生的影响，并收集多组数据形成评价区域特有的均衡因子体系。

对不同类型的土地区域生态足迹计算中对于能源部分的计算，尤其是煤炭、电力计算应该提高相应的量。加强对评价区域内土地生态功能与质量的关注，对于差距较大的区域，要分别进行评价，不能一概而论。对于评价区域内煤炭开采产生的地表沉陷以及重污染企业污染物的排放需加强关注，将产生的生态足迹计算完整。

5.3 增强生态足迹的动态预测功能

生态足迹模型对所评价区域的动态预测功能有所欠缺，预测结果的准确性在很大程度上受其采用数据来源真实性和可靠性的限制；对土地利用、土地干扰等影响生态承载力计算结果的因素体现不明显。有鉴于此，应该对生态足迹采用时间序列进行动态的分析，增强生态足迹模型在分析和预测不确定性方面的功能；应对土地利用状况、土地质量等情况进行分类统计，确保生态承载力的计算结果与实际情况相符，以此为基础，引入多情景生态足迹分析，使其动态预测的功能得到增强。另外，需对数据来源严格把关，以确保预测结果的准确性。这样，才能使得生态足迹模型较为准确的反映并预测资源与能源消费的发展趋势。

5.4 应与其他方法对比印证

生态足迹分析一个明显的缺陷是对生态系统功能描述不全。针对这一缺陷，可以将生态足迹方法与生态系统服务、景观生态评价方法和生态系统健康等相结合，建立综合的环境经济评价体系，从而提供可分析的生态和经济过程耦合的框架[11～14]。

6 结语

生态足迹法在矿区规划环评中存在的不足，有些是其固有缺陷造成的，有些是与矿区特点结合不紧密造成的。为此，一方面应该通过与其它方法的结合等途径来弥补[15]，另一方面应通过有效的多学科合作研究，从拓展应用范围，提高评价结果的说服力，完善基础理论和模型方法中存在的明显漏洞，进一步提升模型评价结果的精度等方面尽快解决目前存在的各种问题，使生态足迹分析基本原理和方法逐步得到完善，增强其在煤炭工业矿区环评中应用的准确性和实用性，力求为相关理论和应用研究提供强更多有力的技术支撑。

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