叶鲁青, 胥孝川, 顾晓薇, 王青
东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819
收稿日期：2022-05-17
基金项目：国家自然科学基金资助项目(52074061, 51974060, U1903216); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N2201009)。
作者简介：叶鲁青(1998-), 男, 安徽安庆人, 东北大学硕士研究生;
顾晓薇(1971-), 女, 辽宁凤城人, 东北大学教授, 博士生导师;
王青(1962-), 男, 内蒙古兴和人, 东北大学教授, 博士生导师。

摘要：露天煤炭资源开采对生态环境脆弱的新疆半干旱地区造成了巨大的环境压力，因此，特定环境下对资源开采产生的生态扰动评估和生态价值损失计算显得尤为重要.针对半干旱生态脆弱区特点和特殊环境下生态系统服务功能，将矿山生态成本分为直接经济价值损失、外生生态价值损失、环境污染治理成本、能耗生态成本和复垦成本，建立半干旱生态脆弱区露天煤矿生态成本模型.将研究成果应用于新疆半干旱生态脆弱区某露天煤矿，得到该矿山生态成本为23.28亿元，占矿山净现值的94.90 %，可以看出半干旱生态脆弱区资源开采产生的生态扰动剧烈，生态代价巨大，如果矿山把生态成本考虑到矿山财务统计中，将会大大压缩矿山的利润.
关键词：生态成本半干旱生态脆弱区露天煤矿生态复垦绿色矿山
Ecological Cost of Open-Pit Coal Mine in Semi-arid Ecological Fragile Area of Xinjiang
YE Lu-qing, XU Xiao-chuan, GU Xiao-wei, WANG Qing
School of Resources & Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China
Corresponding author: XU Xiao-chuan, E-mail: xuxiaochuan@mail.neu.edu.cn.

Abstract: The open-pit coal resource mining has caused great environmental pressure to the semi-arid region of Xinjiang where the ecological environment is fragile. Therefore, it is particularly important to evaluate the ecological disturbance and calculate the ecological value loss caused by the resource mining under the specific environment. According to the characteristics of semi-arid ecologically fragile area and the ecosystem service function under special environment, the ecological cost of mine is divided into direct economic value loss, exogenous ecological value loss, environmental pollution control cost, ecological cost of energy consumption, and reclamation cost, and the ecological cost model of open-pit coal mine in a semi-arid ecologically fragile area is established. The research results are applied to a specific open-pit coal mine in the semi-arid ecologically fragile area of Xinjiang, and the ecological cost of the mine is 2.328 billion yuan, accounting for 94.90 % of the net present value of the mine. It can be seen that the ecological disturbance and ecological cost caused by resource exploitation in the semi-arid ecologically fragile area are severe, and if the mine takes the ecological cost into account in the mine financial statistics, it may experience significant reduction in profit.
Key words: ecological costthe ecologically fragile area of semi-aridopen-pit coal mineecological reclamationgreen mines
新疆地域辽阔, 具有丰富的矿产资源，煤炭资源量大约有2.19万亿吨，占全国煤炭资源总量的40.6 %，居全球首位^[1]；同时，新疆自然环境复杂多样，生态环境敏感性强，生态脆弱区主要分布于干旱半干旱地区，其中半干旱地区主要植被是草原，蒸散量高于降雨量，水资源短缺，土壤风蚀严重，导致植被稀疏，极易发生沙尘暴、水土流失等环境问题.矿产资源开发对矿区生态环境产生巨大冲击，尤其是对于处于生态脆弱区的矿山，因其生态环境具有环境容量低、生态环境系统稳定性差、环境敏感性强、边缘效应显著等特点，大规模不合理的采矿活动极易使生态系统退化^[2-3].为了尽可能地减少矿产资源开发对生态环境的损害，国内外****针对矿山环境问题分别在评价指标体系建立^[4-7]、环境治理模式探索^[8-12]、宏观政策制定^[13]方面进行了大量研究.都平平^[6]根据原始地质条件对区域进行环境等级划分，结合构建的地质环境综合评价模型评估了煤炭开采对不同原始地质环境的影响；Deel ^[10], Novak等^[11]探究了矿山水污染和土壤污染问题及治理方法.美国经济学家Marshall^[14]提出的生态成本概念加强了企业对矿山环境问题的重视，国内外****对生态成本进行了大量研究：叶珊珊等^[15]、王佳男等^[16]建立了矿山生态环境成本核算模型；王青等^[17]基于生态足迹理论建立了露天矿开采生态成本模型，为矿山项目环境评价提供了理论依据.根据Garcia等^[18]的研究，巴西强制征收矿山生态成本，将使得矿山企业不得不减少运营的潜在规模和风险，提高了矿山环境保障.近年来新疆半干旱生态脆弱区露天煤矿开采产生的生态冲击研究取得了较大进展，但是有关生态冲击的具体量化，尤其是通过生态成本核算来反映矿山对生态扰动程度的研究较少.鉴于此，本文基于市场价值法^[19]、机会成本法^[20]、替代工程法^[21]等，结合区域生态系统服务功能特点，从直接经济价值损失、外生生态价值损失、环境污染治理成本、能耗生态成本和复垦成本五个方面来估算半干旱生态脆弱区矿产开发产生的生态价值损失，将有助于探究半干旱生态脆弱区矿业绿色经济发展新模式，缓解半干旱地区生态环境脆弱性与矿业经济发展之间的矛盾，对发展新疆绿色矿业经济具有重要意义.
1 矿山生态成本的构成矿山生态成本是矿山为了弥补资源开采造成的生态服务功能损失、生物质产出以及治理和保护矿区生态环境，使之恢复到矿山开采前的生态水平所必须承担的成本费用^[21].大量土地、水资源和空气因煤炭资源的露天开采而遭受巨大的破坏和污染，促使生态环境变化，对原区域生态系统造成了严重的负面干扰.基于此，将矿山生态成本主要分为直接经济价值损失、外生生态价值损失、环境污染治理成本、能耗生态成本和复垦成本.其中：直接经济价值损失主要是对露天采矿区域、矸石堆放区、道路、地表构筑物等直接压占和损毁土地的补偿；外生生态价值损失是用来评估由于矿山开采过程中对地表植被损毁从而引发生态系统破坏和生态功能损失的价值；能耗生态成本是在碳中和背景下对矿山生产时能源消耗释放的CO₂对大气环境平衡破坏的生态补偿.
2 矿山生态成本模型由于新疆半干旱地区主要以草原植被为主，矿产开发破坏的大多数为草地生态系统，针对半干旱生态脆弱区的特点建立半干旱生态脆弱区生态成本计算模型.
2.1 外生生态价值损失模型外生生态价值损失是用来评估由于矿山开采过程中对地表植被损毁从而引发生态系统破坏和生态功能损失的价值，草地生态系统的服务功能主要包括涵养水源、土壤保持、固碳释氧、空气净化等.随着生态学和经济学的发展，****总结出了针对草地生态系统不同生态功能价值的估算方法，包括市场价值法、替代工程法和机会成本法等，本文根据数据采集情况和研究对象的生态特点，遵循可操作性、简洁性和全面性原则，构建最方便、合理、全面的半干旱生态脆弱区外生生态价值损失模型.
2.1.1 涵养水源价值调节水量和净化水质是草地的涵养水源功能主要表现.考虑到新疆半干旱地区蒸发量大于降雨量，主要由地下河和由冰川融化形成的季节性河流补充蒸发，且实际蒸发量很难测得，根据王青等^[22]的研究成果，本文采用降水储存量法和影子工程法计算涵养水源价值.

(1)

式中：V_gH2O为草地的涵养水源价值，元/a；F为矿山占用的草地类型数量；A_i为矿山占用的第i类草地面积，hm²；J为矿区年平均降雨量，mm/a；K为矿区降雨量中生成径流的比例，%；R为草地与裸地相比，径流减少的比例，%；C_H2O为涵养水源单价，元/m³，可取水库蓄水成本；L为水的净化成本，元/m³，可取矿区水价.
2.1.2 土壤保持价值草地生态系统的土壤保持价值主要体现在侵蚀控制、减少泥沙淤积和保肥三个方面，草地土壤保持价值的核算方法参考文献[23]，具体核算公式如下：

(2)

式中：V_gSOLD为草地年土壤保持价值，元/a；M_i为第i类草地的土壤保持能力，t/(hm²·a)；ρ为土壤容重，t/m³；R为因土壤侵蚀而产生的泥沙淤积于水库、江河和湖泊的质量分数，%，一般取0.24；E_j为土壤中第j类营养物质的质量分数，%，j=1(N)，2(P)，3(K)，4(有机质)；r_j为化肥中第j类营养物质的质量分数，%；P₁为单位库容成本，元/m³；P₂为单位体积泥沙清理成本，元/m³；P_3j为化肥价格，元/t.
2.1.3 释氧价值草地生态系统通过光合作用向大气中输送O₂，以草地的净初级生产力为基础来计算草地释氧价值^[17].

(3)

式中：V_gO2为草地的年释氧价值，元/a；?_O2为释放O₂系数，取1.19；Q_i为第i类草地的净初级生产力，t/(hm²·a)；C_O2为生产O₂成本，元/t.
2.1.4 固碳价值草地生态系统的固碳功能不仅包括上部植被通过光合作用达到一个汇碳作用，更多是通过土壤将大气中的CO₂固持到土壤碳库中，有机碳和无机碳是组成土壤碳库的两大部分，一旦草地因采矿活动遭到破坏，会造成土壤中储存的CO₂释放到大气中，每年因土壤破坏向大气释放的CO₂远远超过因化石燃料燃烧排放的CO₂量.土壤碳库中碳酸盐作为土壤无机碳主要存在形式，更新周期长且相对稳定，但矿山产生的酸性废水会与碳酸盐反应生成CO₂，造成土壤无机碳耗散，且新疆半干旱地区土壤中的无机碳质量分数高于有机碳，所以在计算土壤固碳价值时不能忽略无机碳质量分数.基于以上讨论，草地固碳价值主要有植物固碳和草地固碳两部分，其中植物固碳价值估算式为^[17]

(4)

式中：V_gC1为草地植被年固碳价值，元/a；?_CO2为固碳系数，根据光合作用反应式，取1.62；C_CO2为固定CO₂成本，元/t.
由于土壤固定的碳是若干年积累的总量，其价值相当于现值，土壤固碳价值为

(5)

式中：V_gC2为土壤固碳价值，元；ρ为土壤密度，t/m³；h为草地的平均土壤深度，m；D_SOD为土壤有机碳密度，g/kg；D_SID为土壤无机碳密度，g/kg；A′_i为第i类草地土壤酸化面积，hm²; τ_c为碳到CO₂转换系数，3.666 7.
2.1.5 净化空气价值草地净化空气功能主要是吸收、过滤、阻隔和分解SO₂及滞尘等^[17]，其价值估算为

(6)

式中：V_ga为年草地净化空气价值，元/a；Y_iSO2, Y_iD分别为第i种草地的SO₂吸收能力和滞尘能力，t/(hm²·a)；C_SO2, C_D分别为SO₂的治理费用和降尘费用，元/t.
2.1.6 牲畜粪便降解价值草地生态系统可以降解系统内部产生的牲畜粪便并内部消纳降解产物，促进生态系统能量流动.牲畜粪便降解价值估算为^[23].

(7)

式中：V_gAP为草地年牲畜粪便降解价值，元/a；λ为粪便归田率，%；l为牲畜类型，l=1(牛)，2(马)，3(羊)；k为营养物质类型，k=1(N)，2(P₂O₅)；W_il为第i类草地l类型牲畜的载畜量，头/a；r_l为第l类型牲畜个体粪便量，t/头；ω_lk为第l类型牲畜个体粪便中k类营养物质平均质量分数，%；P_k为氮肥、磷肥(P₂O₅)的市场售价，元/t.
2.1.7 营养物质积累价值草地植物器官能通过渗透作用、光合作用将外部营养物质吸收并储存在植物体内.根据基础数据的齐备程度，只估算N, P的营养价值量^[22].

(8)

式中：V_gNP为草地的养分循环价值，元/a；k_Ni, k_Pi为第i类草地中N, P元素质量分数占净初级生产量的比例；β为P到P₂O₅的转换系数，为2.290 3.
2.1.8 维持生物多样性价值草地生态系统是全球动植物基因库的关键构成要素，对保持生态系统平衡起着重要作用.草地的维持生物多样性价值的估算式为^[23]

(9)

式中：V_b为草地年维持生物多样性价值，元/a；S_bi为第i类草地单位面积维持生物多样性的价值，元/(hm²·a).采用机会成本法，计算第i类草地Shannon Wiener多样性指数，按表 1 Shannon Wiener指数等级来赋值.
表 1(Table 1)

表 1 Shannon Wiener指数等级赋值表Table 1 Shannon Wiener index grade assignment table Shannon Wiener指数 (0，1) [1, 2) [2, 3) [3, 4) [4, 5) [5, 6) [6, +∞) Sb/(元·hm-2·a-1) 3 000 5 000 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000

表 1 Shannon Wiener指数等级赋值表 Table 1 Shannon Wiener index grade assignment table

2.1.9 草地游憩价值草原生态系统作为人类休闲娱乐的一类场所，拥有让人消除疲劳、舒缓身心的功能.估算式为^[23]

(10)

式中：V_gr为草地年游憩价值，元/a；T_gr为矿山所在地区年旅游总收入，元/a；μ为矿山所在地区旅游总收入中以草地为主题的旅游收入的比例，%；A为矿山所在地区草地总面积，hm².
2.2 环境污染治理成本模型环境污染治理成本是矿山生产过程中除复垦以外的与环境治理有关的费用，主要是治理水污染、大气污染、固体废物污染、土壤污染和噪声污染产生的费用，量化生态环境损害价值主要采用恢复费用法，恢复费用法按照费用明细法>指南参考法>承包商报价法>工程类比法的优先级选用.
2.2.1 水污染治理成本露天煤矿生产时会产生大量矿山废水，这些废水严重的污染了矿区及周边地区的水资源.对于生产生活污水和矿山疏干排水等可以直接通过集水系统排入污水处理站进行处理，对应的生产生活污水治理成本为

(11)

式中：C_W1为生产生活污水污染治理成本，元/a；P为污水处理厂单位污水处理费用，元/m³；n为年生产天数，d/a；Q为生产生活污水排放量，m³/d.
煤矸石堆和采场在雨水的淋溶作用下，一部分有害元素会渗透进地下水，从而对浅层地下水造成污染.采用虚拟治理成本法计算这部分水污染治理成本.

(12)

式中：C_W2为矿山淋溶水年治理成本，元/a；α为调整系数，与被污染的地表水水环境功能、水污染物超国家排放标准的倍数和排放行为发生地点有关，具体计算方法见文献[24]；λ为入渗系数；A″_i为采坑和煤矸石堆占地面积，hm²；C为淋溶水单位治理成本，元/m³.
2.2.2 土壤污染治理成本矿山在生产中排放的废气(二氧化硫、氮氧化物等废气随降雨渗透入土壤中)、废水、废渣和各种固体废物的堆放都会造成矿山周边地区土壤污染.若对土壤损害情况不明，可用单位修复成本和修复面积初步估算土壤污染治理成本，以生物修复技术为例，参考相关生物土壤修复工程，其修复成本为57万元/hm²，由于土壤污染物分布不均且迁移慢，获取准确的土壤污染面积较难，为了方便估算土壤污染治理成本，修复面积可通过现场调查污染物在风和雨水作用下迁移后的总覆盖面积.若对矿区土壤损害情况有详细调查确认，可在矿区土壤采样分析的基础上，利用空间插值法，建立矿区土壤污染模型，计算矿区可能受损土壤的体积，具体土壤修复技术的目标污染物及成本可参考表 2.矿山土壤污染治理成本模型如下：

(13)

表 2(Table 2)

表 2 土壤修复技术成本[25]Table 2 Cost of soil remediation technology[25] 修复技术 目标污染物 成本 水泥窑协同处置技术 有机物、重金属 800~1 000元/m3 热脱附技术 挥发性有机污染物(VOCs)、半挥发性有机污染物(SVOCs)、重金属汞 600~2 000元/t 原位化学氧化技术 石油烃、苯系物、酚类、甲基叔丁基醚、含氯有机溶剂、多环芳烃、农药等大部分有机物 300~1 500元/m3 异位化学氧化技术 总石油烃(PAHs)、BTEX、酚类、MTBE、含氯有机溶剂、多环芳烃(PAHs)、农药等大部分有机物 500~1 500元/m3 原位化学还原技术 重金属和氯代有机物等 500~2 000元/m3 异位化学还原技术 重金属和氯代有机物等 500~1 500元/m3 异位洗脱技术 重金属、SVOCs、难挥发性有机污染物 600~3 000元/m3 气相抽提技术 可用来处理SVOCs、VOCs和某些燃料，适用于亨利常数大于0.01或蒸汽压力大于66.6 Pa的污染物 150~800元/t 生物堆技术 TPHs等易生物降解的有机物 300~400元/m3 原位生物通风技术 VOCs，SVOCs 87~180元/m3 植物修复技术 重金属以及特定的有机污染物 100~400元/t

表 2 土壤修复技术成本[25] Table 2 Cost of soil remediation technology[25]

式中：C_ST为矿山年土壤污染治理成本，元/a；P为矿山单位体积土壤修复价格，元/m³；Q为矿山每年土壤污染治理量，m³/a.
2.2.3 固体废物污染治理成本煤矸石、职工生活产生的生活垃圾、炉渣、锅炉灰渣作为煤炭开采过程中产生的主要固体废弃物，这些废弃物的堆积造成土地破坏，同时也影响环境美观.矿山不同固体废物治理成本如表 3所示.固体废物污染治理成本计量模型为

(14)

表 3(Table 3)

表 3 固体废物治理成本Table 3 Cost of solid waste treatment ? 元/t 煤矸石 危险固体废物 粉煤灰、炉渣 其他固体废物 5 1 000 25 25

表 3 固体废物治理成本 Table 3 Cost of solid waste treatment ?

式中：C_SW为年矿山固体废物污染治理成本，元/a；f=1(煤矸石)，2(危险固体废物)，3(粉煤灰)，4(炉渣)，5(其他固体废物)；P_f为第f种固体废物的单位治理成本，元/t；Q_f为第f种固体废物的年排放量，t/a.
2.2.4 空气污染治理成本露天煤矿空气污染主要包括燃煤污染和扬尘污染，如果使用爆破开采的话，还包括爆破产生的空气污染.燃煤污染物主要是锅炉房排放的SO₂, NO_X和烟尘，对于扬尘污染则通过定期洒水进行治理，若用污水处理站处理后的水进行除尘可扣除相应水量水费.只考虑燃煤污染和扬尘污染的空气污染治理成本计算模型：

(15)

式中：C_a为年空气污染治理成本，元/a；P_b为SO₂, NO_X和烟尘的治理成本，元/t，b=1(SO₂)，2(NO_X)，3(烟尘)；Q_b为SO₂, NO_X和烟尘的年排放量，t/a；m为矿山开采年限；x为矿山每天洒水次数；S_t为第t年每天每次的洒水面积，m²；V为单位面积洒水量，m³/m²；C_H2O为水源单价，元/m³.
2.2.5 噪声污染治理成本露天煤矿噪声污染主要来源于矿山爆破和采掘、排土作业、地面工程时大型机械设备.采用对噪声污染征收的环境保护税来衡量矿山噪声污染治理成本.噪声污染治理成本为超过国家规定标准的分贝数对应的具体适用税额.噪声工业标准为昼间65 dB，夜间55 dB，征收的税额按昼夜噪声分开，累计计征.噪声中工业噪声超标区间及治理成本如表 4所示.噪声污染年治理成本计算模型：

(16)

表 4(Table 4)

表 4 噪声治理成本Table 4 Cost of noise control 噪声超标/dB 1~3 4~6 7~9 10~12 13~15 ≥16 治理成本/(元·a-1) 4 200 8 400 16 800 33 600 67 200 134 400

表 4 噪声治理成本 Table 4 Cost of noise control

式中：C_n为噪声污染年治理成本，元/a；T₁为矿山白天噪声超标所需缴纳的税额，元/a；T₂为矿山夜晚噪声超标所需缴纳的税额，元/a.
2.3 复垦成本模型新疆半干旱生态脆弱区，干旱缺水、植被稀疏、土壤盐碱化，矿山开采更容易造成草地退化、风沙化、水土流失，在开采过程中要积极进行生态复垦.新疆半干旱生态脆弱区露天煤矿的生态复垦主要是土、水和植被的重构，但由于新疆半干旱地区年降雨量少，蒸散量大，导致水资源匮乏，而露天煤矿开采对水资源造成破坏，进一步造成矿区水资源的稀缺；半干旱区露天矿排土场土壤的结构差、肥力低、植物种类单一，土地生产力低，生态结构不稳定；水资源稀缺和土壤肥力低又导致种植的植被存活率低.水资源和生态环境脆弱是半干旱地区土地复垦的主要限制性因素，增大了矿山生态复垦难度，增加了矿山生态复垦的成本.矿山第t年的复垦成本按照复垦面积和单位成本计算：

(17)

式中：C_rt为第t年的复垦成本，元；a_t为第t年的复垦面积，hm²；c_r为复垦单位面积土地的费用，元/hm².
2.4 直接经济价值损失模型矿山开采之前，土地自身具有一定的生物质生产力，比如草料供给、粮食生产等，随着资源开采对土地的直接占用和损毁，土地将丧失这些产出功能，因此，直接经济价值损失可以根据单位面积土地的生物质生产量和对应的价值计算.考虑到矿山征用土地时，一般也是考虑土地的综合经济价值进行补充，因此可以根据矿山征地价格与土地损坏面积计算^[22].

(18)

式中：C_z为直接经济价值损失，元；A为矿山损坏的土地面积，hm²；P为征地价格，元/hm².
2.5 能耗生态成本模型矿山生产过程中，消耗大量的能源，比如柴油、汽油、煤炭(主要源于耗电)，排放温室气体，尤其是露天煤矿开采过程中的煤和煤矸石自燃产生的废气排放等.在全球温室效应越发严重的今天，国际上对碳减排越来越重视，中国也先后出台多项碳减排措施，并于2021年7月16日正式实行全国碳交易，且提出力争在2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和.为此，矿山碳排放的定量计算和成本核算显得尤为重要，王青等^[17]通过研究不同能源消耗的碳排放特点以及结合碳交易市场、碳捕捉成本、碳税等碳经济环境，建立能耗生态成本模型.

(19)

式中：C_c为年能耗生态成本，元/a；q_e为年均用电量，kWh/a；e_c为标准煤消耗量，kg/kWh；r_c为火力发电占总发电的比例, 取0.8；η_c为煤的碳排放系数，t/kJ⁸；v_c为单位质量标准煤的热值，kJ/kg；o为消费的一次化学能源种类数；q_z为年消耗的第z类一次化石能源量，t/a；v_z为第z种一次化石能源的单位质量的热值，kJ/kg；η_z为第z种一次化石能源的碳排放系数，t/kJ⁸；C_CO2为二氧化碳捕捉成本，元/t.
3 实例应用3.1 项目概况以新疆某大型露天煤矿首采区为例，年平均降水量528.7 mm，年蒸发量1 099.2 mm；矿区年平均气温1.2 ℃~2.3 ℃；矿区内地表无常年地表水系；主要植被为草原植被和荒漠植被，土壤风蚀严重，加之人类活动的干扰，生态系统抗冲击能力比较脆弱，属于典型的半干旱生态脆弱区.首采区最终设计的境界面积364 hm²(采区面积)，规划的排土场总占地面积890 hm²，其他场地共需要土地面积212.74 hm²，因此，矿山总占地面积1 466.74 hm²，计划开采9年，露天矿生产过渡期安排为2年，产量分别为4.0, 7.0 Mt/a，生产第3年达到设计产量10.0 Mt/a，年均采煤8.1 Mt，年均剥离量59.41 Mm³，矿山暂时未设尾矿库和选洗厂，不考虑相应的生态成本.
3.2 生态成本计算关于生态成本计算中所涉及的各具体参数详见表 5~表 9，相关参数源于矿山实际情况、市场调研结果、相关的统计年鉴和参考文献，并对其中一些重要参数给出数据来源.矿山征地价格从矿山财务报表中查得，矿山征地范围根据矿区地质图量取，具体数据如表 5所示.
表 5(Table 5)

表 5 直接经济价值损失计算参数Table 5 Calculation parameters of direct economic value loss 参数 单位 数值 征地价格(P) 元/hm2 378 000 矿山损坏土地面积(A) hm2 1 466.74

表 5 直接经济价值损失计算参数 Table 5 Calculation parameters of direct economic value loss

表 6(Table 6)

表 6 复垦成本计算参数Table 6 Calculation parameters of reclamation cost 参数 单位 数值 复垦单位面积土地费用(cr) 元/hm2 400 000 复垦面积(a10) hm2 1 466.74

表 6 复垦成本计算参数 Table 6 Calculation parameters of reclamation cost

表 7(Table 7)

表 7 能耗生态成本计算参数Table 7 Calculation parameters of ecological cost of energy consumption 火力发电每度电标准煤消耗量(ec) 标准煤的碳排放系数(ηc) 标准煤的热值(vc) 柴油热值(v1) 汽油热值(v2) 柴油碳排放系数(η1) 汽油的碳排放系数(η2) 年均用电量(qe) 柴油年消耗量(q1) 汽油年消耗量(q2) 二氧化碳捕捉成本(CCO2) kg/kWh t/kJ8 kJ/kg kJ/kg kJ/kg t/kJ8 t/kJ8 kWh/a t/a t/a 元/t 0.404 2.32 29 307.6 42 705.4 43 124 1.953 1.994 16 530 000 47 000 500 427

表 7 能耗生态成本计算参数 Table 7 Calculation parameters of ecological cost of energy consumption

表 8(Table 8)

表 8 外生生态成本计算参数Table 8 Calculation parameters of exogenous ecological cost 矿区降雨量中生成径流的比例(K) 草地与裸地相比径流减少的比例(R) 年平均降雨量(J) 水库蓄水成本(CH2O) 水净化成本(L) 土壤容重(ρ) 土壤保持能力(M) 净初级生产力(Q) 单位体积泥沙清理成本(P2) 土壤有机碳密度(DSOC) 土壤无机碳密度(DSIC) % % mm/a 元/m3 元/m3 t/m3 t/(hm2·a) t/(hm2·a) 元/m3 g/kg g/kg 35 15 528.7 7.786 2.12 1.351 60.8 0.8277 5.87 2.5 7.5 草地净初级生产量中氮元素比例(kN) 草地净初级生产量中磷元素比例(kP) 土壤中营养物质质量分数(Ej) 磷酸二铵肥中N (r1) 磷酸二铵肥中P(r2) 氯化钾化肥中K(r3) 鸡粪有机肥有机质(r4) 生产O2成本(CO2) N P K 有机质 % % % % % % % % % % 元/t 0.25 1.907 0.006 9 0.094 2.28 0.069 14 15 50 50 1 204.07 单位面积维持生物多样性的价值(Sb) 化肥价格(P3j，Pk) SO2吸收能力(YSO2) 滞尘能力(YD) CO2固定成本 SO2治理费用(CSO2) 降尘费用(CD) 磷酸二铵化肥 氯化钾化肥 鸡粪有机肥 氮肥 磷肥 元/(hm2·a) 元/t 元/t 元/t 元/t 元/t t/(hm2·a) t/(hm2·a) 元/t 元/t 元/t 5 000 2 941.85 2 794.3 350 2 056.3 950 0.072 0.001 2 786 1 260 300

表 8 外生生态成本计算参数 Table 8 Calculation parameters of exogenous ecological cost

表 9(Table 9)

表 9 环境污染治理成本计算参数Table 9 Calculation parameters of environmental pollution control cost 生产生活污水排放量(Q) 污水处理站单位处理费用(P) 年生产天数(n) 矿山淋溶水入渗系数(λ) 调整系数(α) 淋溶水单位治理成本(C) 固体废物年排放量(Qf) 煤矸石 锅炉灰渣 其他固体废物 m3/d 元/m3 d 元/m3 t/a t/a t/a 4342 5.5 330 0.12 2.625 5.7 830 000 4877.64 139.1 SO2年排放量(Q1) NOX年排放量(Q2) 烟尘的年排放量(Q3) SO2治理成本(P1) NOX治理成本(P2) 烟尘治理成本(P3) 洒水面积(St) 单位面积土地洒水量(V) 采坑和煤矸石堆占地面积(A″i) t/a t/a t/a 元/t 元/t 元/t m2 m3 hm2 49.5 23.64 6.88 1 263 1263 550 1 466 740 0.002 1 254

表 9 环境污染治理成本计算参数 Table 9 Calculation parameters of environmental pollution control cost

根据该矿山的《矿山复垦方案》，复垦时间计划为1年，单位面积的复垦成本根据矿区地表特征、环境因素、土壤性质和矿区原植被分布情况等综合考虑；矿山需要复垦的面积即为矿山总体损毁的面积，具体数据如表 6所示.
矿山能源消耗主要是根据矿山各生产部门的柴油、汽油及耗电统计数据进行综合计算，得到每年的平均消耗量，具体数据以及计算能耗生态成本的相关参数取值如表 7所示，其中二氧化碳捕捉成本参考我国二氧化碳捕捉平均技术水平，每吨在50~75美元之间.
不同的草地类型其自身的生态功能存在一定的差异，该矿山所处地区的草地类型为温性荒漠草原，外生生态成本计算参数如表 8所示，其中，矿区产流降雨量占降雨总量的比例根据矿山所处地理位置历年的数据统计计算；温性草原与裸地比较减少径流的系数、温性荒漠草原土壤保持能力、草地净初级生产量中的氮、磷元素质量分数比例、草地的SO₂吸收能力和滞尘能力均参考文献[22]取值；水库蓄水成本根据《中国水利年鉴》平均水库库容造价按价格指数修正到2020年；新疆温性荒漠草原净初级生产力参考文献[26]；根据颜安^[27]的研究，该矿山属于Ⅲ类生态区，土壤有机碳密度、无机碳密度取土壤0~100 cm平均密度；2020年磷酸二铵化肥和氯化钾化肥平均价格参考中华人民共和国农业农村部公布的数据；制氧成本根据中华人民共和国卫生部网站中2007年春季氧气平均价格按照中国统计年鉴医药制造业价格指数修正到2020年；SO₂的治理费用和降尘费用结合大气污染物污染当量值和新疆应税污染物应税额度计算得到；CO₂固定成本采用瑞典碳税法，参考文献[28]2020年瑞典碳税为114美元/t，结合2020年美元兑人民币汇率6.8974计算所得.由于该矿区不是放牧区，牲畜数量不多，故忽略草地牲畜粪便降解价值.
环境污染治理成本主要是根据项目文件中矿山生产时各污染物年均排放量进行计算，具体数据以及计算环境污染治理成本的相关参数取值如表 9所示.
根据半干旱生态脆弱区露天煤矿生态成本计算模型，折现率取7 %，得到该矿山生态成本现值见表 10.基于表 10，该矿山直接价值损失现值5.57亿元，外生生态价值损失现值3.51亿元，环境污染治理成本现值7.10亿元，能耗生态成本现值4.62亿元，复垦成本现值3.19亿元，该矿区总生态成本现值23.99亿元.再综合考虑矿山利润，根据矿山相关文件，原煤单位成本137.68元/t，露天煤矿原煤(坑口)出矿价179.14元/t，矿山利润净现值为25.28亿元.分析发现，环境污染治理成本和直接经济价值损失占矿区生态成本比中最高，分别为29.60 %，23.22 %，其次是能耗生态成本，占矿区生态成本的19.26 %，矿山总生态成本占矿山净现值的94.90 %，而能耗生态成本和外生生态价值损失是对矿山开采过程中对地表植被损毁从而引发生态系统破坏和生态功能损失和能源消耗释放的CO₂对大气环境平衡破坏的生态补偿，在矿山企业会计核算体系并未体现，这部分生态成本占总生态成本的33.89 %，占矿山净现值的32.16 %.
表 10(Table 10)

表 10 矿山生态成本核算Table 10 Mine ecological cost account 一级科目 二级科目 金额 占比 亿元 % 生态成本 直接经济价值损失 5.57 23.22 外生生态价值损失 3.51 14.63 能耗生态成本 4.62 19.26 复垦成本 3.19 13.30 环境污染治理成本 7.10 29.60 合计 23.28 100

表 10 矿山生态成本核算 Table 10 Mine ecological cost account

相较于其他矿山，半干旱地区矿山直接价值损失较低，外生生态价值损失相对较小，而复垦成本较高，主要原因是半干旱地区土壤贫瘠，植被稀疏，植物属种单一，人口稀少，征地成本低，导致直接经济价值损失和外生生态价值损失相对较小，但由于其生态系统的脆弱性，水资源稀缺，土壤结构差，土壤肥力低、水土流失严重，增加了生态复垦的难度，导致半干旱生态脆弱区复垦成本相对较高.
4 结论1) 根据新疆半干旱生态脆弱区和露天煤矿开采特点，建立了基于市场价值法、替代法、机会成本法等的半干旱生态脆弱区煤矿生态成本模型.并以新疆某矿山为例，计算出矿山生态成本为23.28亿元，占矿山利润的94.90 %.可以看出半干旱生态脆弱区资源开采产生的生态扰动剧烈，生态代价巨大，与矿山实际情况相符合，对新疆半干旱地区露天煤矿有较强的适用性.
2) 如果将生态成本纳入矿山会计核算体系，矿山的利润空间将会大大压缩，当环境问题进一步恶化可能出现负盈利情况，可见生态成本对项目投资决策具有重要影响.
3) 煤炭业作为新疆经济的重要来源之一，不能只考虑煤炭资源开发带来区域经济效益的增加，更要重视露天开采对环境破坏产生的负效益.因此将露天煤矿开采的生态成本整合到矿山综合效益评估模型中，对推进矿山生态文明建设、实现露天煤矿生态环境与经济效益和谐发展具有重要意义.
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