白中科，郭青霞，王改玲，张前进，魏忠义

（山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801）

摘要：矿区复合生态系统的重建是对未来空间系统结构和功能的超前安排，其效益的演变极大地受到自然、社会、经济的影响。论文从资源经济、生态经济角度，讨论了矿区土地复垦与生态重建效益的概念和内涵，分析了矿区生态系统演变、矿区生态重建目标、矿区生态系统类型、矿区生态重建措施及矿产资源综合利用对矿区生态系统“三大效益”配置的影响；并以平朔安太堡露天煤矿 1985～2015 年土地复垦与生态重建过程中的土地资源利用结构动态演变为实例，初步揭示矿区生态重建过程中“三大效益”的有序配置和高度统一问题；为优化矿区土地资源利用结构和建立矿区复合生态系统重建的效益评价指标体系提供理论基础。

关键词：矿区；复合生态系统；土地复垦；生态重建；效益

中图分类号：X171.4

文献标识码：A

文章编号：1000-3037(2001)06-0525-06

　　20 世纪 80 年代以来，我国矿区土地复垦与生态重建技术研究取得了长足的进展，而对矿区复合生态系统的规划和设计中所涉及的效益配置和演变却涉及很少。迄今为止，有关矿区土地复垦与生态重建效益的概念和内涵不甚清楚，影响矿区土地复垦与生态重建效益的因素分析也鲜见报道。本文以矿区土地资源开发利用为核心，从生态经济、资源经济角度探讨有关问题。

1 矿区土地复垦与生态重建效益的概念、内涵

　　矿区土地复垦与生态重建的效益可分两个层次来衡量。

1.1 广义的矿区土地复垦与生态重建效益

　　广义的矿区土地复垦与生态重建效益可由采矿开始，直至取得矿区生态重建效果为止，它包括采矿效益、矿产资源综合利用效益、土地复垦效益和生态恢复效益。

　　采矿效益目前常常是独立核算，而且有本行业的一套计算根据。这部分效益是把矿区矿产资源出售后拿走的效益，且效益多体现在矿区范围之外；仅仅是其中的一少部分资金作为“生态环境破坏的补偿费”，只有这部分资金使用后，才能在矿区内部体现出效益。但将生态环境资源纳入到国民经济的核算体系，在执行过程中非常复杂，故目前还不便将采矿效益包容在矿区土地复垦与生态重建效益之中。

　　矿产资源的综合利用是综合找矿、综合勘探、综合评价、综合开发的延伸和归宿^[1]。矿产资源综合开发利用不仅影响着前续的采矿效益，而且还影响着后续的土地复垦及矿区生态环境的全面恢复。其评价指标体系非常复杂，不仅应该包括地质因素 ( 如主、共、伴生矿产储量与品位 )、采矿技术因素 ( 如可采储量、采矿损失率、贫化率、采矿回采率、资源利用率、储采比例 )、选冶技术因素 ( 如选冶新技术工艺方法、选冶尾矿和“三废”的回收利用率 )，而且还应包括经济因素 ( 如资源市场供求关系、矿产品价格变化、地质勘查、采选冶的投资产出率和劳动生产率 ) 以及社会、政治、环境等一系列因素。鉴于上述原因，目前也不便将矿产资源综合开发利用全部效益计算在矿区土地复垦与生态重建效益之中。

1.2 狭义的矿区土地复垦与生态重建效益

　　狭义的矿区土地复垦与生态重建效益仅指土地复垦及生态恢复这两部分的效益。但由于矿区土地复垦与生态重建对矿山企业、当地农民及政府、社会，分别有近期、中期和远期的不同目标和效益要求；在某一时期，系统内有的部分处于生态系统破损阶段，有的部分刚进入生态雏形建立阶段，而有的部分已进入生态系统动态平衡阶段，而不同阶段有不同的功能和效益要求；重建过程中的各项措施及其功能、效益交错，且持续的时间不同。因此，矿区土地复垦与生态重建目前难以借鉴常规的效益分析方法和指标进行分析。同时，矿区全面生态重建工程的完成，将近持续一个世纪，受不可预测的通货膨胀率影响，也难以进行“价值”分析。故本文所涉及的效益是狭义的矿区土地复垦与生态重建效益。

2 矿区土地复垦与生态重建效益产生的基础工程

　　不论土地复垦，还是生态重建，其根本是造地、造土。因为采矿破坏的是土地资源、土壤资源、水资源。水资源与土地资源、土壤资源是密切联系的，如径流、河流、地下水都与土地、土壤有关。然而，现代化的大生产，在生产过程中破坏的土地面积可达数平方公里到几十、几百平方公里，地貌改变、河流改道、植物群落消灭、土地不能利用、土壤无生产能力，极特殊的可使土壤全部失去。所以造地、造土，即土地资源合理开发利用就成了矿区土地复垦与生态重建的基础工程。

　　以破坏最严重的露天采矿为例，采矿需将矿产资源上的覆盖层（包括岩石和土壤）全部剥离，造成土地的挖损；剥离下来的岩石土壤还要堆置到原地貌上，造成土地的压占。采矿后，土地全部被扰动，生态彻底破坏。故土地复垦与生态重建首先是造地，再在地面上造土，再将造的土熟化，使其长出植物，恢复或重建新的人工、半人工生态系统。

　　以上说明矿区生态系统的恢复或重建过程，首先就是土地资源合理开发利用的过程，但有三点关键技术值得注意：①稳定人工地貌的重塑。使被扰动的土地安全，不发生地质灾害，如塌方、滑坡等，这涉及到地基承受力、岩土力学等方面的研究内容。同时，被扰动的土地常是些疏松堆积体，故堆置当年就会有大量的水土流失，尤其是地表覆盖细颗粒物质如土、沙等。此种人工扰动土的范围越来越大、扰动土的速度越来越快，已和传统水土保持科学研究的对象和方法产生了差异。②重构合理的土壤剖面。可运用土壤学中“生物小循环”理论，来进行良好地表覆盖物的设计，模仿大自然的造土运动，加速母岩风化、母质成土，生土熟化。加速风化是成土过程中的关键，如何促使和加速生物风化更为重要，尤其是对有毒物质的改良。这与传统的土壤学研究的对象和方法产生差异。③土地资源利用结构的优化。矿区范围内的耕地、园地、林地、牧草地等在采矿前后将发生剧烈的变动，此种变动与矿山生产工艺、开采规模、服务年限关系极大，并受矿区所在地土地利用总体规划的制约。变动过程中所涉及的农林牧副渔结构比例、耕地恢复率、耕地恢复期、耕地总量动态平衡年等重要问题，与传统土地科学研究的对象和方法同样产生了差异。

3 影响矿区土地复垦与生态重建效益的因素

3.1 矿区生态系统演变对“三大效益”配置的影响

　　图 1 表明了矿区生态重建过程中的生态系统演变的 3 个阶段、4 个类型。

图 1 矿区生态系统演变对效益配置的影响
Fig.1 Influence of ecosystem evolution on disposition of benefit in mining area

　　由原脆弱生态演变为极度退化生态为第Ⅰ阶段，即矿区生态系统破损阶段；由极度退化生态演变为生态重建雏形为第Ⅱ阶段，即矿区生态系统雏形建立阶段；由重建生态雏形演变为重建生态相对稳定型为第Ⅲ阶段，即矿区生态系统动态平衡阶段。“三大效益”配置在不同阶段迥然不同。

　　第Ⅰ阶段为效益完全丧失阶段，并会产生较大的负效益。

　　第Ⅱ阶段的主要目的是保水、保土、防风固沙、提高肥力、改善生境，所采取的措施主要起防护性功能，故产生的效益只能是以生态效益为主。同时，此阶段的社会效益也仅仅只能体现在减轻自然灾害上，如保护新造土地不遭沟蚀破坏与石化、沙化，减轻矿区下游洪涝灾害与泥沙危害，减轻矿区风蚀与风沙危害，减轻滑坡、泥石流的危害等。而促进社会进步的社会效益还无条件产生。另外，此阶段也可能有少量的经济效益。

　　进入第Ⅲ阶段后，因保水、保土效益（水土保持上称为“基础效益”，中华人民共和国国家标准，GB/T 15774-1995)和生态效益较好，矿区生态系统已具备生产性功能的基本条件，即可考虑以经济效益为主导。同时，此阶段的社会效益不仅体现在减轻自然灾害上，而且已上升到可促进社会进步，如改善农业基础设施，提高土地生产率，失业农民及其剩余劳动力有用武之地，提高劳动利用率，调整土地利用结构和农村生产结构，适应市场经济，提高环境容量，缓解人地矛盾，促进脱贫致富奔小康等。此阶段才可能是矿区经济效益、生态效益和社会效益高度统一阶段。

3.2 矿区生态重建目标对“三大效益”配置的影响

　　图 2 表明，矿区生态重建目标有近期目标、中期目标和远期目标。

图 2 矿区生态重建目标对效益配置的影响
Fig.2 Influence of objective of ecological rehabilitation on disposition of benefit in mining area

　　由上可知，近期目标以考虑矿山企业正常生产和利益为主，故其实现过程应以防护性功能（生态效益）为主导；中期目标以考虑农民利益为主，故其实现过程应以生产性功能（经济效益）为主导。只有确保近期目标的实现，矿山企业才可能有较高的经济效益，也才有可能给矿区土地复垦与生态重建输入更多的资金，而更多的经济投入，才有可能尽快、尽好地实现中期目标和远期目标。

3.3 矿区生态系统类型不同对“三大效益”配置的影响

　　矿区范围内的生态系统是一个复合生态系统，按照对人类的功利，将其划分成 3 种类型，即生产性生态系统、防护性生态系统和园艺性生态系统。3 种生态系统类型在矿区的最终利用方向、分布区域、功能和植被工程的特点如表 1 所示^[2]。

表 1 矿区不同类型生态系统与效益的关系
Table.1 Relationship between types of ecosystem and benefits in mining area

3.3.1 生产性生态系统

　　生产性生态系统是以产生经济效益为主要目的的生态系统，是人类生存和社会发展的物质支柱，它包括采矿生产和农业生产这两大基础性生态系统，不仅为人们提供物质、文化生活的必需品，而且为其它生态系统提供完成生产和再生产所需的各类生产资料等补给品。因此，在衡量采矿生产和农业生态系统的效益时，就把经济效益提到了首位。

3.3.2 防护性生态系统

　　防护性生态系统是以防护为目的的生态系统，如排土场平台农田防护林、排土场边坡防护林、传送带运输干道两旁等。由于其特定的设计目的和要求，把经济效益作为一种次要的辅助性效益。因此，防护性生态系统主要考虑系统建成后能否产生良好的生态环境效益，达到消除环境隐患、减缓生态环境恶化的目的。

3.3.3 园艺性生态系统

　　园艺性生态系统是以对人类社会功用为主的生态系统，如生活区、工业广场、公园复垦区、建筑复垦区等。在园艺性生态系统中，能否产生良好的社会效益，是人们所关心的，而系统的经济效益几乎失去了其特定的度量意义，并且总是把系统外部所能产生的社会效果作为系统社会效益的衡量指标，这是人们对其生存环境的一种社会性要求。

3.4 矿区生态重建措施对“三大效益”配置的影响

　　矿区生态重建中的最终土地利用目标的实现，往往是通过一连串可分解的子措施来完成，如地形尚要变动、且最终土地利用目标为优质农田的重建过程中的措施转移次序是：废弃地→暂时性水土保持措施→废弃地→过渡性水土保持措施→永久性水土保持措施→优质农田。

　　然而，不同措施所持续的时间不同，即使是同一措施，也因重塑地貌的先后次序及下垫面性质等持续时间不同。如暂时性水土保持措施一般是针对尚要变动的地块而言，如果其 5 年后将有可能被压埋，则暂时性水土保持措施持续 5 年，并按 5 年期内能产生最大效益方案设计；如果已堆置的外排土场 50 年后要“二次搬运”，则暂时性措施持续 50 年，其方案需要按 50 年内能产生的最大效益设计。周边防风林带、防污染林带、农田林网、永久性植被区则依据重塑地貌出现的先后次序和重建乔木的树龄等而持续时间不同，有的可能要人工更新几次，有些植草的可能要人工更新若干次。防崩防滑措施主要设在采坑位置，虽面积没有多大变幅，但其空间位置在不断推进，故防崩防滑措施始于拉沟、终于闭坑。周边缓冲区的谷坊功效持续年限与其设计规模有关。已重建的优质农田，其种植结构受市场需求影响要不断调整。

　　更值得注意的是，在矿区生态重建过程中，所采取的子措施在 3 个阶段有分工，而更多的是交叉，如表 2 所示。从中可看出，其不同措施功能不同，主导效益也不同。具有防护功能措施的主导效益是生态效益，具有防护＋生产功能措施的主导效益是生态效益、经济效益兼有；具有生产性功能措施的主导效益是经济效益。

表 2 矿区生态重建措施在不同阶段的分配及其功能、效益
Table.2 Arrangement of measures of ecological rehabilitation in
different stages and their functions and benefits in mining area

3.5 矿产资源综合利用对“三大效益”配置的影响

　　矿产资源综合利用过程是资源经济效益不断提高的过程，如许多复合状况的共生、伴生组分具有重要的经济价值，有可能通过综合利用解析出多种高价值的有用矿物。据统计^[1]，人类现今利用的 74 种稀散元素中，有 35 种是开采主金属时综合利用其伴生元素获得的。我国有的冶炼厂在冶炼铜铅锌多金属矿中，可回收 18 种以上的伴生元素，把一种复合矿或共生矿解析为多种单矿。同时，随着高价值的富矿已大多被优先开发利用和采选冶水平的提高，开发贫矿已成为世界性的必然趋势。例如，过去认为钒钛磁铁矿的铁品位低，且难于选冶利用，现在却是钒的主要来源、钛和铁的重要资源。另外，在一定的技术条件下，表外矿可转化为表内矿，即可由小矿变大矿。例如，四川某县的清平磷矿，由磷块岩及其顶板的硫磷及锶矿组成，是世界罕见的含磷、铝、硫、锶等多种有用组分的新类型矿石。原地矿部矿产综合利用所采用新工艺流程，从该矿顶板获取了黄铁矿精矿、黄磷、氧化铝、水泥原料等 4 种产品。

　　在矿产资源综合利用过程中还会产生辅助功能，表现为社会效益、环境效益的显著提高，即通过采用一定的综合利用技术工艺流程，不仅可使尾矿和“三废”变宝，化害为利，而且能发挥净化环境、保护生物圈、防止污染的辅助功能。如广泛采用生态清洁的采选技术（就地溶浸采矿法、全尾沙充填工艺、剥离—采矿—复垦—体化工艺等），既大大提高了矿产资源综合利用率，又最大程度地降低了挖损、压占、塌陷对环境的破坏和污染，提高了矿区生态重建的基准点。因此，矿区生态重建的规划、设计与实施将在矿业清洁生产和最大限度地发挥有限资源潜力的基础上进行，并尽可能借用矿业技术和设施，降低生态重建成本，提高生态重建效益。

　　综上所述，矿区矿产资源的综合利用程度加速或延缓着矿区生态系统的演变、矿区生态重建的资金投入及其效益的发挥。矿区资源的综合利用体现了全面提高资源效益、环境效益、经济效益和社会效益辩证统一的系统功能。

4 平朔安太堡露天矿区生态系统“三大效益”实例简析

　　根据土地资源利用结构与效益的关联性，初步对平朔安太堡露天煤矿 1985～2015 年土地复垦与生态重建过程中三大效益的动态演变进行了分析，结果表明：平朔安太堡露天煤矿因开采规模大，速度快，故大约前 5 年 ( 主要指基建期 ) 是无效益或负效益的土地资源利用结构（面积）骤增期；5～10 年间，因基建期造成的大部分废弃地已成型不变（主要指外排土场），故此阶段复垦工程量较大，同时，随着复垦工程的快速进展，无效益或负效益的土地资源利用结构（面积）逐渐减少；大约 10 年后，随着内排的使用，即剥离岩土有条件回填采坑，复垦进度与采掘进度基本趋于一致，故此阶段无效益或负效益的土地资源利用结构（面积）每年大体保持在一定的面积范围内。矿区生态系统内部三大效益的有序配置是：大约前 10～15 年，只能以生态效益为主导，不能过度追求、也不可能追求到可观的经济效益，15～20 年后，才有可能得到可观的经济效益。至于体现在减轻自然灾害和促进社会进步诸方面的社会效益，因为有了生态效益、经济效益的基础，社会效益也就自然被人类社会所认可。研究结果还表明，生态效益、经济效益、社会效益的产生是矿区生态系统重建运行后的必然结果，它们既相互联系，又相互制约、互为因果。一方面，生态效益是经济效益的基础，是社会效益得以体现的依托，是保证持续获得经济、社会效益的大前提；而经济效益、生态效益又只能通过社会效益才能实现它们的真正“价值”，通过社会效益才能看出生态系统的经济效益、生态效益被人类社会所认可的程度。研究结果还提醒决策者：要充分正视矿区土地复垦与生态重建过程的复杂性和艰巨性，也从另一角度佐证：人类只有在夺取自然资源的同时护理自然，才能再伸手向自然索取^[3]。

5 讨论

　　人工生态系统的规划和设计，必然涉及到经济效益、生态效益和社会效益在系统中的配置问题，而且往往将实现系统内部三大效益的高度统一作为规划和设计生态系统的最佳追求，并要求尽快缩短“三大效益”高度统一的时间，但此种设想在矿区土地复垦与生态重建中并不容易实现。原因是：①矿区土地复垦与生态重建周期长，短则数十年，长则上百年，在如此长的时间内，规划目标、设计意图要经常调整；规划目标的调整，就意味着系统内部效益的调整；②矿区土地复垦与生态重建目标的实现，常是通过一连串可分解的子措施反复转移来完成，子措施的转移，也意味着系统内部效益的转移；③矿区土地复垦与生态重建有矿山企业、当地农民以及政府等不同要求，要求不同，系统内部“三大效益”配置次序就不同；④矿区范围内的生态系统有生产性、防护性和园艺性生态系统三种类型，类型不同，主导效益不同；⑤矿区土地复垦与生态重建效益极大地受矿产资源综合利用的影响。本文仅从生态经济、资源经济角度，对上述有关问题进行了概念与内涵的确定，以及影响因素的分析。矿区土地复垦与生态重建指标体系等重要问题需作深入的研究。

参考文献

第一作者简介：

白中科 (1963- )，男，山西运城人，教授，博士，主要从事土地复垦与生态重建、土壤改良与区域整治、环境质量监测与评价的教学科研工作，主编专著 3 本，发表论文 50 余篇。E-mail：bzk＠public.yz.sx.cn