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礦產采掘業是對自然生態環境進行直接破壞的產業。不同的礦種、不同的開采方式和不同的自然環境背景下，采礦對生態環境的影響方式和程度不盡相同。在眾多礦產資源中，煤炭是我國最主要的能源物質，在一次能源中所占比例約70％，其開采對當地自然生態環境造成的破壞是顯著的，所引起的生態環境問題已經成為各煤炭大省所面臨的重要生態環境問題之一，生態風險的增強和生態脆弱性的增加已經影響到當地居民的生活質量甚至生命財產的安全，各地政府及相關領域學者已開始廣泛重視。生態風險是一定區域內具有不確定性的事故或災害對生態系統及其組分所可能產生的不利影響［1］。生態風險評價即確定發生上述不利生態效應的可能性的過程［2］。生態風險識別是在進行評價前，認識并確定區域內存在的危險源，查找、列舉和描述風險事件、風險源、風險后果等風險要素的過程，包括風險源識別、風險受體識別、暴露—響應過程識別和生態終點識別［1］。風險識別是風險研究的基礎，能否科學、有效地對多風險源及相應的風險受體之間復雜的暴露—響應過程進行分析，對該系統的風險評價研究至關重要。通過進行風險識別，才能夠構建風險評價體系，進行風險評價，而其最終目的是進行風險管理和風險防范［3］，其框架關系如圖1。在本研究中，煤炭礦區生態風險識別在空間范圍上覆蓋了采礦活動所能影響和擾動到的區域，在這一區域內采礦活動對生態系統具有直接作用。在目前的生態風險研究中，學者多關注于風險的評價方法和指標體系的構建，對生態風險識別缺少系統性論述。而在煤礦區，對于單一生態風險源（如土壤重金屬污染、地表塌陷等）的研究已經趨于成熟和完善，但綜合性的煤礦區生態風險識別研究仍較少。本文明確了礦區生態風險識別的內涵和目的，根據典型煤炭礦區生態系統特點和煤炭開采對礦區生態環境的影響，提出了煤炭礦區多風險源的生態風險識別流程，構建了典型煤炭礦區生態風險因果鏈，并對其識別方法進行了梳理。

1煤礦開采對生態環境的影響

煤炭開采工藝可分為露天開采和井工開采兩種，以不同的方式對礦區當地生態環境造成破壞。我國的煤炭資源以井工開采為主。為了明晰煤炭開采對生態環境的影響方式，為后續的風險識別工作進行鋪墊，需對其影響方式和基本作用機理進行分析。本研究將采礦活動對生態環境的擾動歸納為土地破壞和環境污染兩類，二者綜合造成了礦區生態退化（圖2）。

2煤礦開采對生態環境的影響

煤炭開采造成的土地破壞可分為土地挖損、土地壓占和土地塌陷3個亞類［4］，露天煤礦以挖損和壓占為主，井工煤礦以壓占和塌陷為主。2000—2009年我國煤炭資源開采損毀土地5534萬hm2，對土地資源造成了極大的消耗和損傷［5］。土地破壞還可能進一步導致局部地質災害的發生，如滑坡、泥石流、土石流、礦震等［6］。環境污染可分為固體廢棄物污染、廢水污染和廢氣污染3類，露天開采和井工開采的污染方式基本類似。除污染物的直接排放之外，土地破壞也可能引發次生的環境污染。例如煤矸石堆放不僅壓占土地，其中所含的重金屬元素還會在雨水淋溶作用下遷移并污染土壤和水體，煤矸石自燃又會產生SO2、CO和CO2等有毒有害氣體，是大氣污染的重要污染源。土地破壞和環境污染綜合作用導致礦區的生態退化，發生生態系統的結構損壞和功能缺失。同時，在脆弱的生態環境下，生態退化會進一步加劇土地破壞程度，例如在干旱—半干旱地區，煤炭開采會加劇土地沙漠化、土壤侵蝕和水土流失［7－8］；在潛水位較高的區域，地表塌陷會引發地面積水、土壤鹽漬化等后果［9］。這一正反饋機制會導致礦區生態環境的惡性循環，進一步加大生態治理和風險防范的難度。即使在閉礦后，礦區生態環境也可能繼續惡化，需要較長時間的治理和復墾才可能恢復。2煤炭礦區生態風險識別在目前國內外常用的生態風險評價體系和方法中，風險識別通常作為風險評價中的一個或幾個環節，較少單獨提出進行研究。例如，Hunsaker79等［10］提出的區域生態風險評價概念模型中，將風險評價總結為5個環節，其中“終點選取”和“風險源的定性和定量描述”兩個環節即屬于風險識別內容；PETAR方法［11］（procedureforecologicaltieredassessmentofrisks）中提出“三級風險評價”，其中“初級評價”即是對風險源、風險受體和評價區域的識別；在Landis［12］構建的相對風險評價模型所包含的9項內容中，也并未提出“識別”的概念，而是將對區域的選擇和劃分，風險源、受體及評價終點概念模型的建立等屬于風險識別的內容融合到風險評價的方法中去。風險識別在風險評價研究中通常被作為風險評價的前期準備工作，或直接融入風險評價過程中，對于風險識別的內涵尚缺乏共識的界定。例如，姚蘭［13］在洞庭湖進行的生態環境風險識別與評價研究中，將環境風險因子的識別與相應的評價指標選取相結合，由此將識別與評價結合起來。在許學工等［14］針對自然災害進行的風險評價中，通過對風險源、風險受體和脆弱性評價因子的分析，完成了風險識別的內容，但并未明確使用風險識別這一概念。高鐵軍等［15］在采礦塌陷區進行風險識別時，將塌陷區修復中可能遇到的風險進行分類和分析作為風險識別的研究內容。焦鋒［16］提出了較為具體的風險識別概念模型構建方法，采用加權打分法來對驅動力、風險源、風險因子和評價終點進行分析，確定其危害強度。常青等［17］針對礦區土地破壞生態風險構建了風險因果鏈作為風險評價的基礎，并探討了風險源、風險受體和生態終點的選取和定量表征方法，在礦區生態風險綜合識別與評價方面做出了有益的拓展。本研究認為，廣義的風險評價研究包括風險識別、風險分類和狹義的風險評價，狹義的風險評價即是對生態風險發生概率的定量化研究，而風險識別則是對生態風險的定性和半定量化認識。煤炭礦區生態風險識別的內容是篩選礦區范圍內的風險源和風險受體，通過定性和半定量的方法對其進行甄別，判斷區域內是否受到各個風險源的影響，并對風險源作用于風險受體的暴露—響應過程進行分析，確定生態終點。其識別結果是構建一個詳細的生態風險因果鏈，明晰風險源、風險受體、生態終點及其之間的相互作用關系，搭建起礦區生態風險多源多受體的網狀因果體系。本文將礦區生態風險識別分為風險識別流程和識別方法兩部分進行論述。礦區生態風險識別流程包括礦區生態風險綜合調查、風險源識別、風險受體識別、暴露—響應過程識別、生態終點識別、因果鏈構建6個步驟。礦區生態風險識別方法是在風險識別中判定風險源及風險受體是否存在、確定其空間位置和風險影響程度的方法，在具體研究中常作為風險評價的一部分進行。

3煤炭礦區生態風險識別流程

31綜合調查在進行礦區生態風險識別之前，需要先對該礦區進行綜合調查，認識礦區生態環境特征及采礦活動的特點和擾動方式。內容包括地形地貌、地質條件、水文條件、氣象氣候、植被、土壤以及礦業生產活動等。通過資料收集、遙感影像分析、現場調研、實地測量與監測、問卷調查、入戶訪談等方式獲取數據，并了解礦區自身特點，為后續的風險源識別工作奠定理論依據和數據基礎。32風險源識別由于人類采礦活動對礦區生態系統起主導作用，因此在礦區生態風險識別中，側重關注人類生產活動對自然生態系統的影響和破壞，風險源識別工作也圍繞著采礦活動對生態系統的擾動展開。在現有研究中，程建龍等［18］將煤炭開采中的挖損、壓占等土地破壞和有毒有害物質的污染作為露天煤礦的風險源。田大平等［19］也相類似地選擇了土地破壞和有毒有害物質污染兩個方面作為風險源。馬蕭等［20］將采礦活動引起的土地利用及景觀格局變化作為主要風險源。賈媛等［21］則從人為風險源角度選取了煤炭開采、矸石堆放、道路修建、污染物排放等作為風險源。這些研究由于研究背景、研究目的和應用方向的不同，對風險源的識別也側重于不同的角度。本研究考慮到煤炭開采對生態系統的影響方式，將生態風險源分為土地破壞和環境污染兩類。其中，土地破壞包括土地挖損、土地壓占、土地塌陷；環境污染包括固體廢棄物污染、廢水污染和廢氣污染。由于煤炭開采擾動的多面性和多源性，上述風險源之間存在一定聯系。例如，固體廢棄物既會導致重金屬污染，同時也會造成土地壓占。但上述風險源具有不同的表征、研究方法和治理措施，因此仍將其列為不同的風險源進行識別。33風險受體識別生態風險受體是暴露于脅迫因子下的單個或一組物種、生態系統的功能特征、特殊生境等［22］。礦區生態系統組分極易受到采礦活動的擾動和影響，成為生態風險的受體。礦區生態風險具有多風險源交叉影響的特點，因此一個風險源，可能對多個風險受體產生不利影響，一個風險受體也會受到來自多個風險源的作用。土地破壞類風險源以土地系統為風險受體，具體包括土壤、巖層、地貌、水體及植被；環境污染類風險源的受體則包括大氣、土壤、水體、植被和動物。在實際研究中，考慮到資料的可獲取性、數據的可監測性等因素，一般選擇地質地貌、土壤、植被、水體和大氣作為風險受體。部分礦區具備動物監測條件，可選擇生活在礦區的動物（如魚類）作為風險受體進行研究［23］。34暴露—響應過程分析暴露—響應過程分析是對風險受體對風險源暴露途徑過程的分析［22］。風險源通過一系列復雜、綜合的生物地球化學過程作用于風險受體，并導致相應的生態終點。對煤炭礦區生態風險而言，主要過程包括直接物理作用、水循環、食物鏈、風化作用、侵蝕作用、重力作用、擴散作用等。這些過程的識別和分析建立在對相應自然規律充分認識的基礎上，通過資料收集、實地采樣監測等方式判定。35終點識別生態終點指在生態風險源的作用下，生態風險受體可能受到的損害，以及由此發生的區域生態系統結構和功能的損傷。礦區生態風險終點有別于一般區域生態風險終點之處在于著重強調采礦活動對生態系統帶來的損害，由于自然生態過程所產生的后果不在本研究的考量范疇內。不同的風險受體會伴隨不同類型的生態終點。對地質地貌要素，會導致礦震、地裂、滑坡、泥石流、崩塌等生態終點；對土壤要素，會導致土壤重金屬污染、土壤結構破壞、土壤微生物環境破壞、土壤理化性質改變、水土流失、土壤退化等；對植被要素，會導致植被破壞、植被退化、生境破碎化、植被多樣性降低、病蟲害等；對水體要素，會導致地表水系改變、地下水貯存條件改變、地下水位下降、水環境污染等；對大氣要素，會導致大氣粉塵污染、溫室氣體含量上升、有毒有害氣體污染、酸雨等；這些最終會導致生態系統的結構損傷和功能缺失；對動物，除導致生境破碎化、物種多樣性降低之外，污染造成的影響更為嚴重，會導致動物生長性狀受損。36風險因果鏈構建因果鏈分析是風險識別方法的一種，運用故障樹和事件樹等邏輯分析方法，以事件組潛在的因果關系為基礎，在事件的成因和后果之間建立鏈條，構成多成因多后果的風險因果體系［2］。因果鏈分析在流域生態風險識別、區域生態風險識別和不同生態系統的風險識別中都有應用。由于礦區生態風險具有顯著的多風險源、多風險后果的特征，本研究選擇風險因果鏈方法作為典型的礦區生態風險識別方法，基于煤炭開采的基本工序，通過上述風險源、風險受體、暴露—響應過程和終點的識別，構建風險因果鏈（圖3）。從風險源的類型來看，土地破壞類生態風險源，主要通過直接物理破壞、風化、侵蝕和重力等作用及水循環過程，對地質地貌、土壤、植被、水體和大氣產生影響，其后果通常是對生態系統組分的破壞和對原有地質地貌條件的改變，同時也會產生次生生態影響，如地形破碎和地表植被破壞加劇水土流失和土地荒漠化，生境破碎導致生物多樣性降低等。而污染類生態風險源主要通過擴散作用、水循環和食物鏈對土壤、水環境、大氣、植被和動物產生影響，其后果通常是對生態組分的污染，其中主要是土壤重金屬污染、水體重金屬污染、大氣粉塵污染、大氣溫室氣體含量增加、酸雨等，在一些礦區由于生物體的富集作用，污染物特別是重金屬元素隨食物鏈在生物體內積累，高濃度的污染物會隨生物遺體回到土壤和水體中造成進一步的污染，更有可能被高等動物所食用，產生緩慢但具有區域性的毒害作用。這些生態后果將導致生態系統的結構損壞和功能喪失，生態系統健康下降，并可能引起生態系統結構由復雜向簡單的逆向演替。

4煤炭礦區生態風險識別方法

煤炭礦區生態風險識別常用的技術方法包括“3S”技術、實地采樣與實驗室分析相結合的方法和問卷調查與訪談方法。其中，“3S”技術以遙感和GPS為獲取數據信息的主要手段［24－26］，以GIS技術為主要分析手段［27］；實地采樣和實驗室分析常用于對土壤、水體和大氣污染物的識別，判定污染物是否存在、濃度是否達到可被作為風險源的閾值［28－29］；問卷調查和訪談通常作為一種獲取數據的輔助手段。煤炭礦區生態風險是區域生態風險中的一類特例，部分區域生態風險研究中的基本方法也能夠應用于煤炭礦區的風險研究中。在區域生態風險研究中，上述基于風險源—風險受體—生態終點因果關系的方法是一種基本的研究思路，在此基礎上不同的學者構建了若干不同的生態風險評價方法，包括前述中的PETAR方法等。盡管風險識別是為后續的風險評價、風險管理和防范鋪墊基礎，但在實際風險評價研究中，特別是在目前常用的基于景觀生態指數的評價方法中，風險識別步驟經常被忽略，而直接對指標進行篩選和運算。然而，這并非意味著風險評價不再需要進行風險識別，而是通過指標篩選的過程對風險受體和風險源在研究區的影響作用進行了識別。例如，風險評價中常用的PSR模型（壓力—狀態—響應模型）及其改進模型，壓力指標即指人類活動對自然生態系統的擾動和脅迫［30］，屬于風險源范疇；評價指標是區域內風險源、風險受體和生態風險的定量化表征。因此，風險識別在實際案例研究中，除可以通過上述技術方法對風險源和風險受體進行有針對性的識別外，也可以直接通過風險評價過程實現。在這種情況下，對風險評價各指標的篩選和對量化指標閾值的確定就成為風險識別中重要的一環。本文根據煤礦區的生態風險特征，提出了針對煤礦區的風險源和風險受體識別與診斷指標。其中，風險源特征及各風險亞類的識別指標如表1，在此基礎上界定閾值即可進行風險源破壞程度的判定和識別。而風險受體的診斷和識別則包括生態系統功能完備性和生態組分安全性兩個方面，生態系統功能完備性的常用診斷指標，包括生物多樣性、生態系統服務和生態系統健康3個方面（表2）；生態組分安全性診斷方法包括實地檢測、遙感監測、采樣分析和問卷調查，分別適用于不同生態組分的診斷指標，在實際工作中可以根據礦區的特點和數據的可獲得性進行選擇（表3）。

5結語

煤炭礦區生態風險不同于一般區域生態風險，人類采礦活動對礦區生態環境的影響與擾動是其生態風險研究的重點。由于這一特殊性，一般區域生態風險識別方法不完全適用于礦區，需要構建符合礦區特點的生態風險識別方法。本研究對現有生態風險識別研究進行了梳理和總結，提出了礦區生態風險識別的內容、流程，并總結了常用的理論方法和技術手段；基于典型煤炭礦區特點，構建了生態風險因果鏈模型，為礦區生態風險評價提供理論基礎?？傮w來看，風險識別作為風險評價的一部分，仍缺少系統性的研究。在煤炭礦區生態風險研究中，風險識別的實際內容往往體現在單一風險源的識別中（如塌陷區識別、重金屬污染的識別等）已趨于成熟，而多風險源的綜合風險識別尚未得到廣泛關注。其中，診斷指標的選取和指標閾值的確定是風險識別研究的重點。如何篩選診斷指標，將礦區內影響顯著的風險源表征出來，影響到后續風險評價工作的準確性和科學性。而指標閾值則是風險識別研究由定性向半定量、定量轉變的重要環節，是耦合風險識別與風險評價的關鍵。如何確定指標閾值，指標超出多大范圍才需要進行生態風險預警，這關系到風險源、風險受體和生態后果的判定。目前，在煤礦區的生態風險研究中，環境污染類風險源引起的生態風險通?？梢酝ㄟ^采樣和實驗室分析確定其濃度，并依據相應環境評價指標中界定的閾值進行篩選和判斷；而土地破壞類風險源所引起的生態風險，多通過景觀生態學方法進行識別和評價，如景觀格局指數等，這些指標往往缺少閾值界定，這是后續研究需要著重進行考量的方面。

本文作者：韓憶楠劉小茜彭建工作單位：北京大學