煤炭开采外部性损失及复垦隐性效益研究

吴迪+赵华+李钢

摘要：21世纪人类面临的主要问题将是人口、资源、环境问题，但是在经济利益的驱动下，目前生态环境恶化的趋势并没有得到有效地遏制，环境污染、资源浪费问题依然严峻。政府作为公共物品的管理者，需在资源利用、环境保护这些问题上及时吸取国外“先污染后治理”的教训，站在长远的战略角度保护全民利益。目前，我国对于煤矿区土地复垦工作要求趋于严格，土地复垦的意义不仅在于提高耕地质量，而且对环境、社会等方面具有正外部性影响。将这些外部性进行数值化分析，用土地复垦的外部效应与投入进行深入对比，有利于更加明确地认识土地复垦的效益与意义。

关键词：煤炭开采；外部性；复垦；效益

中图分类号：X4；X8 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）01-0222-06

Study on External Damages of Coal Mining and Stealth Effectiveness of Reclamation

WU Di1，2，ZHAO Hua1，2，LI Gang1，3

（1. School of Environment Science & Spatial Informatics， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221008， Jiangsu， China；

2.Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering， Xuzhou 221008， Jiangsu， China；

3.Xuzhou Land and Resources Bureau， Xuzhou 221006， Jiangsu， China；）

Abstract： In the 21st century， human beings are still faced with the major proldems of population， resources and environmental issues. Driven by economic interests， the trend of the current deterioration of the ecological environment has not been effectively curbed； environmental pollution and resource waste are still grim. As the manager of public goods， the government needs to absorb the lessons of foreign pollution governance in resource utilization and environmental protection， standing in a long-term strategic angle to protect national interests. Currently， China's land reclamation work on coal districts is strict， the significance of which not only directly relates to the quality of cultivated land， but also has positive external effects on environmental， social and other aspects. This article gives a numerical analysis on these externalities and compares the external effects of land reclamation and investigation with an aim of giving a clearer understanding of the benefits and significance of land reclamation.

Key words： coal mining； externality； reclamation； effectiveness

收稿日期：2013-04-25

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAB11B06）

作者简介：吴 迪（1988-），男，河北廊坊人，在读硕士研究生，主要研究方向为土地利用规划，（电话）15895210512（电子信箱）wudcumt@163.com。

自工业革命以来，科学技术飞速发展为人类改造自然环境、利用自然资源提供了强有力的武器，同时人类对自然的影响远超以往。其中，煤炭资源发挥的作用不言而喻，它有利地推动了经济发展和社会进步，极大地便利和丰富了人民的生活。但是采矿活动对环境的破坏也是空前的，2011年全国煤炭开采量为35.2亿t，是建国初期的100倍左右，采矿范围影响之大前所未有。煤炭开采带来的影响也是多种多样，但是一部分采煤损失并没有在煤炭开采成本中完全体现出来，这就是容易被人们忽视的外部性损失。资源环境的破坏最终还是要人类付出相应代价，因此在煤炭产量及开采范围不断扩大的同时，也要更多地考虑煤炭开采对周围环境的影响。将土地塌陷损失定量化，有助于采矿税额的确定以及土地复垦的效益分析。

1 基本理论

外部性（Externality，又称作外部效应、外部影响）是指在不通过影响价格而直接影响他人的经济环境或经济利益，转移了自己行为的后果，从而没有由自己完全承担这种后果，即没有将这种影响计入市场交易的成本与价格之中的经济现象[1]。其中采煤对环境的影响属于生产外部性也称负外部性，煤炭开采对于环境的破坏由大区域内的全部个体共同承担，并没有完全计入煤炭开采成本中。

MSC=MEC+MPC （1）

如图1所示，MSC为边际社会成本，MEC为边际外部成本，MPC为边际个人成本，EC为需求曲线。企业为了追求利益最大化，选择EC与MPC交点A，此时产量为Qa，价格为Pa，而综合最优产量为EC与MSC交点B决定，B点产量Qb小于Qa，相应价格Pb大于Pa。

可见，在煤炭企业不承担环境外部性成本的情况下，以较低成本多生产了（Qa-Qb）的煤炭量，由于区域内全部个体承担了边际外部成本，导致边际个人成本较低，进而企业开采煤炭数量超过市场最优量，更有部分企业在采煤的过程中降低回采率，放弃赋存状况不好的煤层，虽降低了平均成本，但是造成资源浪费，不利于市场平衡与资源合理配置，导致环境破坏加剧，环境与资源利用处于不健康发展状态，难以达到帕累托最优[2]。

解决上述方法的有效手段是将环境资源外部成本内部化。由于在市场调节下难以实现上述过程，不能达到社会资源的优化配置，需要政府采取某种手段对市场机制的运行过程加以干涉，将环境成本添加到煤炭企业的开采成本中。外部性内部化的主要方法有：明确产权解决外部性、政府直接干预、庇古税，其中最符合采矿企业的方法为庇古税。

庇古税的目的是寻求正外部性，通过对负外部性进行收税，对正外部性进行补贴奖励。庇古税能有效控制采矿行为，符合“谁破坏、谁治理”的原则，对于采矿行为收取专项税费来进行区域环境治理补偿。研究计算土地塌陷造成的环境外部性损失，不仅有利于对采矿行为进行合理征税，还有利于对土地复垦的效益的明确认识。

2 煤炭开采环境外部性损失

生态环境对于人类的生存与发展具有不可替代的作用，这由其固有价值所决定。煤炭开采会造成空气、水质以及土壤污染，干扰周围生态系统以及生物群落，给周围生态环境造成极大破坏。其中，带给周围居民以及土地使用者的损失为直接损失，给周围生态环境造成的损失为负外部性损失。煤炭开采的破坏主要有以下方面。

2.1 煤炭开采对土地的破坏

地下煤层采出后，原本压在煤层上部的岩层变成悬空，受力平衡遭到破坏。当顶板超过一定强度后，就会发生冒落、垮塌并达到新的平衡，下部岩层的垮塌传递到地表后就引起了地表的塌陷。地表塌陷后会使地面构筑物、建筑物产生裂缝、并对桥梁、公路、铁路、输电线路等设施产生不同程度的影响。同时耕地塌陷后变得凹凸不平不利于灌溉排涝，沉陷的农田被积水淹没变成荒滩洼地，土壤盐碱化加重有机养分下降，原有生态系统受到破坏。

2.2 煤炭开采对大气的破坏

煤矿副产品煤矸石堆放在地表压占土地， 同时煤矸石在长期存放的过程中还会发生自燃，造成能源浪费的同时释放出大量CO、CO2、硫化物和氮氧化合物等有害气体， 影响周边大气质量，加剧温室效应[3]。在土地复垦工作中，可以选择合理方式，有效利用现有煤矸石，通过将煤矸石分类处理，将含煤成分较高的矸石用于发电，含煤量低的矸石用于烧砖以及填充复垦，不仅能够减少空气污染，缓解环境压力，还能有效解决土地压占以及土地塌陷问题。

2.3 煤炭开采对水资源的破坏

长期煤炭开采会改变地质环境，破坏浅、中、深层地下水资源的补给、径流，造成地下含水层疏干、地表水系断流。煤炭开采造成地表河流断流，地表水量减少，开采过程中排放大量的矿坑水，严重污染地表水质[4]，矿坑水中的硫化物、重金属等指标均远高于国家标准。

2.4 煤炭开采对生物的影响

Sarma[5]研究发现，采煤塌陷地与周围地区相比，植被覆盖度降低，生物多样性指数随之降低，地区性濒危物种增加，煤炭开采对地上生物造成了极大的危害。

3 煤炭开采的土地塌陷成本分析——以山西某煤矿为例

由于煤炭企业的生产获利活动造成的地表塌陷以及环境恶化，不应由地上居民来承担，采煤单位应对此做出相应补偿来弥补此外部性。由采矿企业组织进行土地复垦工作，或者采矿企业缴纳复垦费用，由地方政府组织实施土地复垦工作，以此保持地上水土、调节区域气候、缓解生态压力。土地复垦可以将塌陷地复垦成耕地后形成隐性效益，通过与复垦投入费用的比较来进一步了解土地复垦工作的具体意义。

在庇古税解决采矿对环境负外部性的影响中，关于环境成本的计算尤为重要。采用替代法、影子价格法、市场价值法等分别构建模型，计算环境外部性。

3.1 土地塌陷的社会保障成本分析

首先是社会保障损失。土地是农民稳定生活的保障，土地塌陷后废弃或者肥力下降，将导致农民失去了生存的依靠。为了保障塌陷地农民生活质量不降低，则必须对农民进行经济补偿或者物质补贴。

其次是社会稳定性损失。中国用7%的耕地养活了世界22%的人口，但是这并不代表中国拥有足够的粮食。目前，中国的人口仍在增长，而耕地则在逐步减少，同时随着人民生活水平的提高，人均粮食消耗量也在不断提升，相信在未来几十年中国粮食供应仍然紧张，耕地资源缺口越来越大，因此利用土地复垦来增加耕地资源，对于保障社会稳定、国家稳步发展具有积极意义。

社会保障成本可以通过作物产量减少的直接损失进行等量计算。耕地直接产出损失主要指土地塌陷对耕地的负面影响，是耕地资源作物自塌陷后未来若干年减少的收益折算到当前时点，计算公式为：

Da=■■ （2）

式（2）中，Da为土地塌陷后经济产出直接损失，Qti为第t年第i种作物的产量减少量，可以根据塌陷地损毁等级进行分类计算，pti为第t年第i种作物价格，m为土地塌陷的年限，n为第t年的作物种类，rt为第t年的贴现率。

3.2 土地塌陷的环境成本分析

3.2.1 大气调节价值 大面积的农作物在整个生长周期进行光合作用积累有机物的同时，固定CO2释放O2，12H2O+6CO2+阳光→C6H12O6（葡萄糖）+6O2+6H2O，大面积的耕地对于缓解温室效应，减缓全球生态变化具有重要意义。植物每合成1 g干物质能够固定1.63 g CO2，同时释放1.2 g O2。首先计算固定碳产生的价值，

F■=1.63×K×Rc （3）

式（3）中，F■为植被减少固定CO2损失量，K为植被生产力降低导致有机物固定降低量，Rc为碳税率计算碳成本。

F■=1.2×K×Ro （4）

式（4）中，F■为植被减少产生O2损失量，K为植被生产力降低导致有机物固定降低量，Ro为工业制氧或者造林成本[6]。计算过程中，我国碳税比较低，约为欧美发达国家的十分之一，大约为20元/t，通过每公顷林地计算固碳效益为每年2 080元/hm2，制氧成本为1 900元/hm2，耕地、草地减半折算，之后进行加和折算[7]。

Dw=■■ （5）

式（5）中，Dw为土地塌陷后产生大气调节损失，F■为土地塌陷造成固定CO2损失量，F■为土地塌陷造成产生O2损失量，m为土地塌陷的年限，rt为第t年的贴现率。

3.2.2 保持土壤肥力价值 复垦后土地植被覆盖率提升可以减少土壤侵蚀，而土壤侵蚀会造成土壤中N、P、K等营养物质流失，保持土壤及营养物质对于土地可持续利用具有决定性作用。土壤保持量一般对照原植被覆盖情况以及塌陷破坏后植被覆盖情况来估算[8]。

Q=R×K×L×S×σc×σp （6）

式（6）中，Q为土壤侵蚀量， R为降雨侵蚀力指标，K为土壤可蚀性因子，L、S为坡长坡度因子，σc为地表植被覆盖因子变化量，σp为土壤保持措施因子变化量。降雨侵蚀指标R在此采用之前多年平均值为110.2 m·t·cm/hm2·h[9]。土壤可蚀性因子K的取值，参照国内相关研究，在此取值0.31[10]。坡长度因子L、S可根据沉陷预计中倾斜值i计算得出。

De=■■ （7）

式（7）中，De为土地塌陷后产出土壤保持损失，Q为土壤保持量，aei为土壤中N、P、K含量，Pei为N、P、K肥料价格，rt同上。

3.2.3 水分保持价值 采用差值法和替代法估算涵养水源价值，其公式为

Dt=■■ （8）

式（8）中，Dt为单位面积土地塌陷后产出水源涵养损失，W为有植被覆盖土地土壤容积含水量，W0为裸地土壤容积含水量，U为单位涵养水量的价值，计算0.5 m的土壤层厚度，采用水库蓄水成本法计算，取值0.67元/m3为土地塌陷的年限水分保持的价格[11]，rt同上。

3.2.4 生物多样性及休闲娱乐外部价值 根据谢高地等[12] 的研究发现，耕地以及林地等价值还包括生物多样性以及休闲娱乐价值，林地的生物多样性价值以及娱乐文化价值分别为2 389.1元/hm2、1 132.6元/hm2，农田的生物多样性价值以及娱乐文化价值分别为787.5元/hm2、8.8元/hm2。根据土地损毁程度确定耕地以及林地在生物多样性以及娱乐外部性受损程度，在此通过地区经济修正以及时间价值修正后使用。

3.3 案例分析

本研究区域位于太行山中部西侧，山西高原东部山岳丘陵地带。地表基岩广泛出露，经长期风化侵蚀，梁岭连绵，沟谷纵横，形成侵蚀型低山丘陵地貌。采煤矿井于2004年重组构成，核定生产能力为120万t/年，开采方式为井工开采，服务年限为30年。根据土地破坏特点，结合其开采时序，土地复垦工作计划分为4个阶段：第一阶段为2012-2016年、第二阶段为2017-2021年、第三阶段为2022-2028年、第四阶段为2029-2038年。根据地区条件，利用山区地表移动变形预计模型进行分阶段预计，参照《土地复垦方案编制规程第三部分：井工煤矿》中采煤沉陷区土地损毁程度分级标准进行损毁程度划定（表1）。

以塌陷损失作为社会保障外部性，经查山西省农业2011年收益情况，小麦产量3 037.95 kg/hm2，玉米产量为5 995.05 kg/hm2，小麦单价为1.72元/kg，玉米单价为1.50元/kg，对照塌陷地实际情况，在未塌陷影响情况下，耕地年收入为14217.85元/hm2，假设土地复垦区域内价格标准在复垦服务期限内未发生变化，取固定收益率为7%[13]。代入数据计算后，林地2011年大气调节成本为3 980元/hm2 ，耕地、草地减半为1 990元/ hm2。项目区土壤松散，易发生流失，经查询合成氨价格为3 242元/t，尿素价格为2 100元/t，60%的氯化钾肥料为2 600元/t，代入计算保持土壤价格为每年1 625元/hm2。项目区土壤绝对含水量平均降低4%，涵养水源损失价值为1 233元/hm2。在生物多样性以及娱乐外部性价值计算过程中，由于项目区林地属于疏林地，此项内容将参照数据进行修正，林地因采煤塌陷，生物多样性及观赏价值损失每年3 882元/hm2，耕地、草地损失价值为2 615元/hm2。

从图2、图3、图4、图5、图6可以看出，在研究案例的煤矿中，红色框界限内为采煤工作面范围，紫色区域为煤矿的工业广场位置，红色区域为重度损毁地区，黄色区域为中度损毁地区，蓝色区域为轻度损毁地区。通过叠加土地利用现状图与损毁定级图可以预测划定损毁区域，利用GIS软件可以按损毁程度统计出不同地类的损毁面积，方便依据地类进行外部性价值计算。项目区土地利用类型以林地和草地为主，存在部分耕地、农村建筑用地及其他地类等。矿区地表属低山丘陵区，生态环境脆弱，为保持生态平衡，在规划中将地形条件较好、排灌设施完备的地区复垦为耕地；依据现状完善其农田水利设施、交通运输设施，保证其原有功能不丧失，对原有的其他林地与疏林地进行整理，复垦为灌木林地，形成良好防护带。由于复垦范围内交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地、城镇村及工矿用地等土地面积占项目区总面积比例小，并且面积变化不大，几类土地自身产生的外部性价值及转化类别后的外部性价值忽略不计，仅按照原地类面积统计林地、耕地、草地3类土地的社会保障价值、大气调节价值、土壤保持价值、水分涵养价值、生物多样性及观赏价值等。得出土地复垦损毁程度后，可按照之前价值标准计算各阶段塌陷土地外部性损失，并与分阶段复垦投资进行对比，以各阶段初期为基准期进行折算（表2、表3）。

4 结论

在整个土地复垦过程中，方案静态总投资为8 826.20万元，其中工程施工费为7 421.22万元，其他费用为905.38万元，不可预见费499.60万元，土地复垦服务的合计年限为26年。为了便于比较，将投资与外部性损失均折算到各阶段初期，折算后总投资为6 910.91万元，外部性损失为2 498.11万元，占总投资的36.15%。从阶段占比可以看出，各阶段占比逐渐提升，外部性影响逐渐增大，而且当复垦投资停止后，环境外部性效益并不会消失。另外，本研究没有考虑因环境改善降低的医疗费用，复垦降低的交通成本等多项费用。总体比较，塌陷地治理收益还是会大于付出，是可持续发展、造福子孙的长久工程。环境治理的发展方向在采煤初期就应提前做好规划，筹措资金，边采边治，将矿区环境在保持现状不下降的基础上进一步提升。采煤环境综合治理在采煤工业未来发展的过程中必然会继续加强，将煤炭开采由完全负外部性到正负均衡再到正外部性大于负外部性，给当地居民带来真正的幸福而不是满目疮痍的生态环境。

参考文献：

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[13] 陈 丽，曲福田，师学义.耕地资源社会价值测算方法探讨——以山西省柳林县为例[J].资源科学，2006，28（6）：86-90.

（责任编辑 陈 杰）

4 结论

在整个土地复垦过程中，方案静态总投资为8 826.20万元，其中工程施工费为7 421.22万元，其他费用为905.38万元，不可预见费499.60万元，土地复垦服务的合计年限为26年。为了便于比较，将投资与外部性损失均折算到各阶段初期，折算后总投资为6 910.91万元，外部性损失为2 498.11万元，占总投资的36.15%。从阶段占比可以看出，各阶段占比逐渐提升，外部性影响逐渐增大，而且当复垦投资停止后，环境外部性效益并不会消失。另外，本研究没有考虑因环境改善降低的医疗费用，复垦降低的交通成本等多项费用。总体比较，塌陷地治理收益还是会大于付出，是可持续发展、造福子孙的长久工程。环境治理的发展方向在采煤初期就应提前做好规划，筹措资金，边采边治，将矿区环境在保持现状不下降的基础上进一步提升。采煤环境综合治理在采煤工业未来发展的过程中必然会继续加强，将煤炭开采由完全负外部性到正负均衡再到正外部性大于负外部性，给当地居民带来真正的幸福而不是满目疮痍的生态环境。

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[13] 陈 丽，曲福田，师学义.耕地资源社会价值测算方法探讨——以山西省柳林县为例[J].资源科学，2006，28（6）：86-90.

（责任编辑 陈 杰）

4 结论

在整个土地复垦过程中，方案静态总投资为8 826.20万元，其中工程施工费为7 421.22万元，其他费用为905.38万元，不可预见费499.60万元，土地复垦服务的合计年限为26年。为了便于比较，将投资与外部性损失均折算到各阶段初期，折算后总投资为6 910.91万元，外部性损失为2 498.11万元，占总投资的36.15%。从阶段占比可以看出，各阶段占比逐渐提升，外部性影响逐渐增大，而且当复垦投资停止后，环境外部性效益并不会消失。另外，本研究没有考虑因环境改善降低的医疗费用，复垦降低的交通成本等多项费用。总体比较，塌陷地治理收益还是会大于付出，是可持续发展、造福子孙的长久工程。环境治理的发展方向在采煤初期就应提前做好规划，筹措资金，边采边治，将矿区环境在保持现状不下降的基础上进一步提升。采煤环境综合治理在采煤工业未来发展的过程中必然会继续加强，将煤炭开采由完全负外部性到正负均衡再到正外部性大于负外部性，给当地居民带来真正的幸福而不是满目疮痍的生态环境。

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[13] 陈 丽，曲福田，师学义.耕地资源社会价值测算方法探讨——以山西省柳林县为例[J].资源科学，2006，28（6）：86-90.

（责任编辑 陈 杰）