经济转型视角下矿产资源城市生态敏感性评价

管青春，郝晋珉※，王宏亮，李 牧，陈爱琪，谢保鹏



经济转型视角下矿产资源城市生态敏感性评价

管青春1,2，郝晋珉1,2※，王宏亮1,2，李 牧1,2，陈爱琪1,2，谢保鹏3

（1. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2. 国土资源部农用地质量与监控重点实验室，北京 100193；3. 甘肃农业大学管理学院，兰州 730070）

为探究矿产资源型城市生态敏感性特征并对其进行分区保护和管理，该文以大同市为例，从自然生态属性、自然-社会生态复合属性和社会生态属性3个方面选取了地形地质、覆被类型、水系防护、保护区4类指标构建了生态敏感性评价指标体系，考虑到转型背景下矿产资源城市极易受人类干扰的农田因素影响，该文探讨了将农田生态因子加入前和加入后的影响关系分析，并运用要素空间叠置制图法和极大值法对大同市2015年生态敏感性进行了分类定量评价及分等定级。结果表明：1）大同市生态敏感性偏高，高敏感区域和低敏感区域占市域面积较大，在人类活动影响下易导致生态系统不稳定；2）大同市生态敏感性空间分异明显表现为：高敏感区主要分布在西北部、中部及西南部，低敏感区主要分布在东北部、西北部及南部，中敏感区主要沿西北-东南轴两侧分散分布；3）农田因素对人类活动干扰反应较大，是影响大同市生态敏感性的重要因素，加入农田因子后该区生态敏感性各等级面积比例变化差异较大，其中低敏感区面积减少了15.40%，中敏感区和高敏感区面积分别增加了10.80%和4.60%。研究结果可为资源型城市生态保护及土地空间整治提供重要的理论依据，以及对矿产资源城市更好的处理好区域经济转型发展与生态环境保护两者关系提供科学借鉴。

生态敏感性；模型；农田；分区保护；山西省大同市

0 引 言

随着中国城镇化的快速发展，人类活动对生态系统产生了巨大的破坏与冲击，造成生态系统结构受损和功能衰退[1]。恢复生态系统健康，将人类对自然资源的开发与生态系统的经营管理进行整合，已经成为实现区域可持续发展的关键挑战。而对区域生态敏感性的认识和综合评价是实现可持续发展的重要前提[2]。生态敏感性是生态系统对人类活动干扰和自然环境变化的反映程度，表征发生区域生态环境问题的难易程度和概率大小[1,3]；生态敏感性评价实质上是对现状自然环境背景下的潜在生态问题进行明确识别的有效方法之一，能为预防和治理生态环境问题提供有用信息[4]。中国矿产资源富集区多处于生态脆弱区，长期以来，矿产资源开采使自然生态系统受到强烈扰动，生态系统不稳定，严重制约着矿产资源型城市的可持续发展[5]。然而，矿产资源区生态敏感性分析的研究主体如何构成，矿产资源区为什么敏感，矿产资源区敏感程度如何，是对该特定区域进行生态敏感性研究需要解决的主要问题。

目前，国内外学者对生态敏感性研究主要侧重以下方面。1）基于特定的景观区域的敏感性研究，主要对滨海湿地[6]、平原地下水[7]、环城林带[8]、河流水域[9]等进行研究；2）基于环境演变过程中生态问题的敏感性研究，主要通过敏感性机制分析，对酸雨[10]、土壤侵蚀[11]、盐渍化[12]、沙漠化[13]、水土流失[14]进行研究；3）基于特定生态过程的敏感性研究，主要对作物光合作用[15]、碳循环[16]、作物生长[17]等进行研究；4）基于敏感性目的研究，主要采用敏感性评价进行生态功能区划分[2]、旅游区划分[18]、城市选址[19]等。综上看出学者们对上述研究取得了一些有益的研究成果，但是仍存在以下不足：1）研究区域全面性不足，造成生态敏感性评价应用的困难性增加。对特定区域开展的生态敏感性评价应用分析较多，在生态敏感性典型的城市评价研究较少，如矿业资源型城市。2）评价指标构成主体单一，造成评价体系普适性不足。敏感性评价指标主体侧重自然因素的选择，较少涉及对自然-社会复合系统因素的选取，评价分析不够全面，综合生态敏感性评价仍显不足。3）过多强调自然环境因素影响，缺少人类干扰因素研究，造成评价结果失真。对特殊区域的生态敏感性评价研究中缺少对区域特殊性属性特征的分析，如在以农业为主的区域忽略对人类强干预的农田因子的选取，使生态敏感性评价结果准确性降低。

针对上述问题，本文以山西省大同市矿产资源型城市为例，从自然生态属性、自然-社会复合生态属性和社会生态属性3个层面构建生态敏感性评价指标体系，并在区域经济转型发展背景下考虑农田因子的影响，探讨加入前和加入后的影响关系，通过对生态敏感性进行分类定量评价和分析，以及生态敏感性等级分区，以期为土地可持续利用及生态保护规划决策提供理论参考和依据。

大同市是中国重要的资源和能源基地，被誉为“煤都”，煤炭出口量占全省煤炭量的80%，是典型的依托煤炭资源勘探与开发发展起来的资源型城市。多年的能源建设及大规模的煤炭开采，造成生态环境较为脆弱，大同作为262个资源型城市之一，根据《大同市城市总体规划（2006-2020年）》要求，未来一段时期是推进经济结构由能源工业向生态农业调整的重要阶段，是改善能源用地结构，恢复生态环境，实现经济转型的重要时期。同时，农田在资源城市转型发展中不仅是极易受人类活动干扰的关键生态因素，而且还具有支持农业生产和景观生态功能[20-21]，对维护区域的生态稳定和生态系统可持续发展具有重要的意义[22]。鉴于此，以大同市作为案例研究区具有极好的代表性和典型性，一方面有助于协调该区域经济转型发展与生态环境保护问题；另一方面，能对资源型区域更好的处理好二者关系提供科学借鉴。

1 研究区域概况

大同市位于山西省最北部（112°34¢~114°33¢E；39°03¢~40°44¢N）（图1），处于黄土高原东缘和太行山山脉交接地带，平均海拔在1~2 km之间，地貌类型复杂，主要包括山地、丘陵和平原3种类型。该市属高原温带大陆性季风气候，四季分明。全年平均温度为6.6 ℃，年平均降水量为376.90 mm。境内的主要河流有桑干河、御河、十里河等。桑干河在大同境内流长58 km，流域面积1 575.90 km2，水资源总量为1.42亿m3。全市土地总面积为14 064.49 km2，耕地面积为3 760.54 km2，占土地总面积的26.75%，林地面积为3 054.27 km2占土地总面积的21.73%。

截止到2015年全市常住人口为340.64万人，其中城镇人口207.86万人，农村人口132.78万人，城镇化水平为61.02%。2015年地区生产总值1 052.90亿元，其中，第一产业增加值占地区生产总值的比例为5.30%，第二产业增加值比例为41.80%，第三产业增加值比例为52.90%。大同市辖4区7县，分别为：城区、矿区、南郊区、新荣区、阳高县、天镇县、广灵县、灵丘县、浑源县、左云县和大同县。

大同市矿产资源主要是煤炭资源和石墨资源，煤炭资源储量已探明135.70亿t。在地质灾害方面，全市地面塌陷分岩溶塌陷与非岩溶塌陷，岩溶塌陷在全市危害较大的是矿区的陷落柱，而非岩溶塌陷包括采空塌陷、黄土湿陷、人工洞穴塌陷等。

图1 山西省大同市区位图

2 评价方法与数据

2.1 评价指标体系与研究方法

2.1.1 评价指标选取

生态敏感性是指生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的反映程度，其敏感性程度高低受生态系统属性影响强烈。生态系统属性包含自然生态属性、自然-社会生态复合属性和社会生态属性3个方面，三者共同存在于生态系统中[23]。因此，研究从影响生态敏感性的自然生态属性、自然-社会复合生态属性和社会生态属性3个方面选取相关评价因子（表1）。其中，自然生态因子包括地形地质（坡度、高程、地质灾害）；自然-社会复合生态属性包括水系防护（河流、湖泊和坑塘）和覆被类型（林地和未利用地）；社会生态属性主要包括保护区（风景旅游区、生态安全控制区、自然保护区和文化遗产保护区）。

1）地形地质

自然地理环境的地形地质条件决定了其本身生态环境的敏感性，直接或间接的对生态系统结构和过程起到决定性作用，影响生态系统的稳定性。①高程是影响生态敏感性的重要因子，随着高程的升降，植被以及整个生态系统随之呈现明显的垂直变化，导致生物多样性和生态敏感性变化。②坡度是高程的变率，坡度越大，区域的生态环境承受能力越差。受采矿活动干扰的影响越大，水土流失、环境破坏等问题可能出现概率越大。③地质灾害，由于地质运动，从而导致地表形态等地理环境发生剧烈变化，进而改变着敏感性生态环境的形成。同时由于矿区的采矿行为有可能形成地裂缝、地下漏斗区、采空塌陷、泥石流等地质灾害，影响生态敏感性。因此选取地质灾害、高程、坡度3个指标进行评价。

2）水系防护

水系对支持和保护城市生态系统具有重要作用[24]，河流、湖泊和坑塘对动植物的生长和多样性维持具有重要影响。水系在改善区域环境、调节区域温度和湿度、维持正常的水循环等方面起着重要作用，能够为人类提供所需要的生态系统服务[25]。此外，煤炭开采及其后续的产业会对水资源造成需求量增加、地下水位下降、湖泊干涸、河流断流生态问题，对生态敏感度有一定的干扰。因此选取河流、湖泊和坑塘3个指标进行评价。

3）覆被类型

植被的覆盖状况直接影响整个区域的生态环境质量[26]。覆被是自然的基底，是生态系统的重要组成部分，也是生境敏感性评价的重要因子。植被受自身演替和人为干扰的双重影响，矿业开发活动不可避免的造成植被退化，破坏植被与各因子的平衡关系。不同植被类型对土壤侵蚀有重要影响，对保持水土、防风固沙等保护和改善环境具有重要作用，在改善生态环境质量方面、保护区域生物多样性等方面表现的作用也不同，其生态敏感性也不同。①林地生态系统服务价值在植被类型中最高，具有涵养水源、调节气候、水土保持的功能；②未利用地是灌木生长、生物多样性的重要生境，因此本文选取林地和未利用地2个指标进行评价。

4）保护区

人类在认识自然环境的基础上，按照需求及保护类别对大自然进一步认知而划定的某些区域，能够反映出区域生态系统的脆弱性及生态敏感性。这些区域是人为因素与自然因素的结合体，是保护珍稀野生动植物资源、维护生物多样性的基础，具有较强的社会生态属性，如自然遗产保护区、风景旅游用地、生态安全控制区、自然保护区。因此，本文选择自然遗产保护区、风景 旅游用地、生态安全控制区、自然保护区5个指标进行评价。

表1 生态敏感性评价指标体系

注：考虑到农田因素的重要性，研究对农田因素单独赋权重。

Note: Taking into account the importance of farmland factors, the study weighted the farmland factors separately.

2.1.2 模糊层次分析法确定权重

模糊层次分析法（fuzzy analytic hierarchy process, FAHP）是将层次分析法与模糊理论相结合，且考虑评价者主观模糊性的一种方法。计算步骤如下：

1）判断矩阵构建。基于敏感性评价指标体系（表1），研究选择20位相关领域专家和相关政府工作人员采用1~9标度对生态敏感指标评分。建立三角模糊数判断矩阵=(r)×，其中r=(l,m,u)为三角模糊数，且l+u=m+m=1。

2）模糊权重计算。研究采用和行归一法计算第层指标C的模糊权重向量[27-29]。

式中S为层指标C的综合模糊值。

3）权重去模糊化。采用可能度方法将三角模糊数对应的权重S去模糊化[27-28]。其中，1(1,1,1)和2(2,2,2)是三角模糊数，M≥M的可能度(12)用三角模糊函数计算公式为：

（3）

根据公式（3）得到排序向量，归一化得到层指标C权重。

4）权重确定。采用式（2）和式（3），得到下一层次指标B的权重，利用公式（4）得到指标A的总权重，结果见表1。

TW=´1,2 ,…,（4）

式中TW为指标A的总权重；为指标C的权重；为指标B的权重。

2.1.3 生态敏性评价模型建立及等级划分

1）评价模型

本文分别对地形地质、覆被类型、水系防护和保护区4类因子进行单因子评价和多因子综合评价，参照生态敏感性等级的评价分级标准[2,7,30]，将参评因子所对应区域的低敏感等级、中敏感等级、高敏感等级依次赋值为1，3，5（表2），运用空间叠置制图法进行评价，并采用极大值法对评价结果进行敏感性等级划分（表3）。

①单因子敏感性评价。该方法是指以各因子为评价基础，对各指标所生成的等级栅格图进行运算。

式中SS为空间单元生态环境敏感性指数；C为因素敏感性等级；为因子数。

②生态敏感性综合评价。该方法采用多个指标因子加权叠加法，对各指标值进行空间加权叠加分析。

式中为生态综合敏感性评价结果；SS第个因子的敏感程度。

表2 生态敏感性等级赋分

注：—表示没有涉及高敏感区；括号中的值为赋分。

Note: —indicates that there is no involvement of highly sensitive region；the value in parentheses is assignment.

2）等级划分

农用地是人类活动最活跃的区域，生态风险性和易损性受自然和人为活动交叉影响。研究表明，农用地具有较强的生态协调性，在保持区域生态平衡中，农用地有着重要的作用。因此本文在进行生态敏感综合值计算时，分别计算加入农田因素前和加入农田因素后的生态敏感性综合值，以探明农田在区域生态敏感性评价中的作用。

在ArcGIS10.1平台下，通过地图代数工具，将各要素层进行空间叠加，计算生态敏感综合值。由于生态敏感性评价指标较多，任意一个指标因子受影响的程度超出阈值将对整个生态系统产生威胁。为凸显单个指标对某一类生态问题的敏感性，故对多指标产生的生态问题进行综合评价时，采用极大值法[30]，即取各因子敏感性评价结果中的最大值进行生态敏感性程度划分（表3）。

表3 生态敏感性分级标准

2.2 数据来源、数据处理及评价流程

2.2.1 数据来源

研究数据主要来源有：1）2015年大同市1∶5 000土地利用现状图。水域类型包括河流水面、坑塘水面和水库水面；林地类型包括林地；未利用地类型包括自然保留地和滩涂；保护区类型包括风景旅游用地、生态安全控制区、自然与文化遗产保护区；农田类型包括耕地、其他农用地和园地，其中，农田等级采用土地整治规划数据中高标准基本农田表示高质量农田，其余普通农田表示一般质量农田。2）DEM数据（30 m分辨率），来源于地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn/ 数据时间：2015年）。3）保护区数据来源于2014年大同市四区一县生态保护红线区规划，包括自然保护区，森林及郊野公园，风景名胜区，地质公园，生态脆弱区防风固沙区、生态绿地、水库及湿地、水源涵养区、主干河流、饮用水源保护区域和生态安全控制区。4）地质数据来源于2014年大同市地质分区规划，包括地质灾害重点防治区和次重点防治区；其中重点防治区内发育地质灾害类型主要为采矿地面塌陷、地裂缝，其次为崩塌和不稳定斜坡；次重点防治区内主要为地质崩塌、滑坡、泥石流等。

2.2.2 数据处理

研究数据的处理主要为：1）为便于将不同评价因子进行空间叠加分析，研究将各因子统一到WGS-84坐标系和Gauss-Kruger投影系统，并将其统一为30 m×30 m栅格；2）将该市内的主要水系（如：桑干河、御河、十里河等）和水域（湖泊和坑塘等）利用ArcGIS的Spatial analyst模块生成河流及水域缓冲区栅格模型，已确定评价因子距离的敏感性等级；3）通过对2015年大同市土地利用现状图对林地和未利用地进行地类提取；4）根据大同市生态红线保护规划对保护区图件进行矢量化处理，利用ArcGIS的Spatial analyst模块的直线距离模型生成保护区缓冲区栅格模型，以距生态保护区的距离划定敏感性等级。

2.2.3 评价流程

大同市生态敏感性评价具体过程为：1）将各评价因子进行栅格化处理，生成标准栅格数据集；2）利用ArcGIS的自然断点法（natural break），将各因子生态敏感性程度分为高度敏感、中度敏感和低敏感，并分别赋值为5，3和1；3）根据构建的大同市生态敏感性评价指标体系，采用模糊层次分析法确定各评价因子的权重；4）根据得到的因子数据集采用标准差进行重分类；5）根据重分类结果对不同生态因子数据（加入农田因子和不加入农田因子）分别进行空间叠加运算得到大同市不同生态敏感性综合评价图。

3 结果分析

3.1 单因子生态敏感度指标结果分析

1）地形地质

从地形地质方面来看生态敏感性分布范围较广，主要集中在大同市的西部和南部。其中高敏感区主要集中在高程和坡度较高的区域以及地质灾害易发区，包括南郊区、新荣区和浑源县。该区域为主要的煤矿基地，以矿区及矿物加工产业为主，人类活动剧烈，土地受损严重，是地质灾害易发的重点防治区；中敏感区主要分布在大同市的北部区域，包括天镇县和阳高县，主要以草地为主，由于长期的放牧，导致植被覆盖度降低，沙化严重，易发生水土侵蚀灾害；低敏感区主要分布在高程低及坡度缓的区域，包括大同县、广灵县和灵丘县，这些区域主要以农田、湿地为主，植被覆盖度较好，土壤侵蚀敏感性较低（图2a－2c）。

图2 大同市生态敏感性评价图

2）水系防护

水域高敏感区域分布主要受水域及水利设施用地分布影响，呈线性带状分布，主要集中在西北部区域，包括大同县、南郊区、新荣区、天镇县和浑源县，区域内的桑干河及册田水库是研究区域主要的水源涵养区；低敏感区主要分布在南部区域，包括广灵县和灵丘县（图 2d）。

3）覆被类型

植被敏感度受植被的覆盖度及质量状况影响，植被丰富的区域生态敏感性较高。林地敏感性较高的区域主要集中在左云县、新荣区、天镇县、浑源县、灵丘县等区县，主要原因为上述区县林地面积较大，占该区林地总面积的70.24%（图2e）；未利用地高敏感区主要集中在北部的天镇县、阳高县，南部的浑源县和灵丘县（图 2f），主要原因是受裸地和沙地的分布影响，该区北部位于内蒙古高原区，植被稀疏，由于过度放牧、开垦及耕作粗放，导致植被退化严重，引发水土流失，土地沙化严重，面积达3 327 hm2；南部区域位于太行山山脉北部边缘，由于受地质条件影响以及毁林开荒、矿区开发导致地表裸露面积较大。

4）保护区

保护区高敏感区主要分在研究区域的西部，包括南郊区，新荣区，大同县和浑源县。该区域是各类保护区的集中区域，包括生态安全控制区、自然保护区、风景旅游区、文化遗产保护区。其中高敏感区域主要包括大同火山群自然保护区，恒山风景旅游保护区等具有自然生态景观和人文景观的区域，需要对其进行生态保护。低敏感区主要分布在东北部和东南部区域，包括天镇县和灵丘县（图2g）。

5）农田

考虑到农田因子在经济转型下对大同市生态敏感性影响的重要性，故对其权重设定为1。根据农整治规划数据中高标准基本农田的划分标准，将农田分为高质量农田和一般质量农田区域。高质量农田区域，自然人为条件优越，生态环境良好，能够发挥较高的生态服务功能，但其风险性和敏感性较大。结合大同市农田敏感性评价结果，农田高敏感区分散分布在大同市东北部、西北部和东南部，其中在天镇县和广灵县农田高敏感区最集中；低敏感区主要分布在该市的北部和西南部，其中阳高县和浑源县农田低敏感区为最集中县（图2h）。

3.2 生态敏感性综合评价结果对比分析

通过生态敏感性综合评价空间分布图可以看出（图3），加入农田因素后，低敏感区域明显减少，中敏感区明显增加，高敏感区变化较小。从空间分布特征分析，不加入农田因素时，低敏感区主要分布在东北翼的阳高县、天镇县，西北翼的左云县，中部的大同县、广灵县，以及南部的灵丘县中部；高值区域主要分布在西北部的新荣区、南郊区，中部的大同县与浑源县交界地带，浑源县南部地区，以及西南部广灵县与灵丘县的交界地带。加入农田因素后，该市生态敏感性空间特征发生较大变化。高敏感区在该市北部出现扩散，新荣区和南郊区面积扩散最大；中敏感区在中部和北部增加最多，集中出现在天镇县、阳高县和大同县；低敏感区在全市出现减少趋势。

图3 加入农田因素和不加入农田因素生态敏感性评价

受农田因素的影响，生态敏感性特征变化差异较大，主要反映在各县的中敏感区均有所增加，尤其是影响生态中敏感地区和低敏感地区的比例关系。从生态敏感性各等级的面积数量和比例可以得到加入农田因素前后的大同市生态敏感性变化情况（表4）。1）不将农田作为生态因子，则生态高敏感区占市域面积的20.6%，生态中敏感区占市域面积的36.3%，生态低敏感区占市域面积的43.1%。2）将农田作为生态因子，则生态高敏感区占市域面积的25.2%，生态中敏感区占市域面积的47.1%，生态低敏感区占市域面积的27.7%。通过上述分析得到农田因素加入与否对经济转型下的大同市生态敏感性评价结果影响较大，这表明农田因素在矿产资源城市生态敏感性评价中的重要性。

表4 生态敏感区比例

3.3 生态敏感级定量分区对比分析

以县级行政区为单元，分别统计不加入农田和加入农田的生态敏感评价单元面积数量（表5）。不加入农田因素时，从各县所占的比例可以看出，高敏感区占比例较大的主要集中在浑源县（47.75%）、南郊区（38.39%）、新荣区（25.32%）；中敏感区占比例较大的区县主要是城区（91.89%）、新荣区（47.67%）、灵丘县（44.78%）；低敏感区占比例较大的区县主要是阳高县（62.12%）、左云县（59.69%）、天镇县（54.80%）、广灵县（42.88%）。

在加入农田因素时，敏感性3个等级在各区县所占的比例变化差异较大。高敏感区占比例较大的区县主要集中在浑源县（52.93%）、南郊区（47.66%）、新荣区（35.29%）。中敏感区占比例较大的区县主要集中在城区（89.04%）、左云县（57.27%）、大同县（56.49%）；此外，中敏感区占比例超过50%的区县还包括广灵县、灵丘县、天镇县、新荣区。低敏感区占比例较大的区县主要集中在天镇县（39.65%）、左云县（36.93%）、阳高县（36.34%）。

对3个敏感等级在各区县中的数量进行农田因素加入前后的变化幅度进行计算结果如下（图4）。各区县低敏感区均处于减少趋势，中敏感区与高敏感区均增加，但增幅差异较大，说明由于农田因素所引起的生态敏感级别差异大。增减幅度最大的县区主要集中在阳高县、左云县、广灵县、新荣区等，其中阳高县增减幅度最大，低敏感区减少了25.78%，中敏感区增加了24.02%、高敏感区增加了1.76%；左云县增减幅度位居第2，低敏感区减少了22.76%，中敏感区增加了19.46%，高敏感区增加了3.29%，增减幅度位居第3的为广灵县，低敏感区减少了19.67%，中敏感区增加了10.03%，高敏感区增加了9.64%，这是由阳高县、左云县、广灵县农田面积占全区面积较大所引起。在高敏感区增加幅度中，增幅较大的区县主要是新荣区（9.97%）、广灵县（9.64%）、南郊区（9.27%）等，该结果是由这些区县高质量农田分布较多所引起。

表5 农田因素加入前后的生态敏感性评价结果

图4 大同市生态敏感性面积变化

4 讨 论

1）大同市生态敏感性空间分异显著，潜在生态环境问题需引起重视。本文以大同市矿产资源型城市为研究对象，构建生态敏感性评价指标体系对该市生态敏感性进行了综合评价。从研究结果来看，矿产资源城市在长期的采矿活动影响下，其地貌变化显著，生态景观趋于减少，导致高敏感区占比较高，生态系统脆弱。研究结果证明了农田因素在生态敏感性中的重要性，在资源转型结构调整过程中，要对其生态功能给予足够的重视，合理调整农田利用方式，充分发挥农田的生态功能[20-21]。

2）大同市生态敏感性受自然和人类干扰影响较大，对其发展转型需分类管理。大同市生态敏感性受矿区开发影响较大。煤矿开发对生态敏感性的影响主要表现在矿井建设期、开采过程期、矿坑废弃期[5]。大同市自1943年被作为煤炭资源基地进行大规模开发后，是伴随着计划经济时期和传统的粗放型经济增长模式中发展起来的，因此在为区域经济增长做出贡献的同时，资源浪费、环境污染等问题加剧了区域生态环境的敏感性和脆弱性，制约着生态环境的可持续发展。首先，矿井开发和建设会引起地貌形态的改变，例如大量土石方的开采，使地表原有的土石结构平衡遭到破坏，地下掏空，土地损毁；矿区的生产加工配套设施建设、运输公路建设等占用耕地，破坏了原有的景观类型。其次，煤矿开采及附带的产业，如火电、炼焦、煤化工等产生的大气污染和水污染，以及煤炭开采及其后续产业对水资源的大量消耗，造成地下水位下降、湖泊干涸、河流断流、天然植被覆盖度降低。再次，当后期煤矿开采结束后，矿区遗留的矿坑 和地面塌陷区造成环境的二次破坏与污染，煤矸石和粉煤灰堆放以及其他废弃物堆存对生态环境造成负面的影响[30]。

研究针对大同市不同生态敏感区提出相对应的管理措施：①针对高敏感区，应以保护和治理为主。大同市生态高敏感区主要集中在地质灾害易发区、生态水源涵养区及水土保持区、自然保护区、高质量农田所在的区域。地质灾害易发区主要集中在采矿严重的区域以及滑坡、泥石流、崩塌频发的区域，主要在南郊区、新荣区、浑源区、灵丘县、广灵县等区县，针对这些区域应开展地质灾害易发生区整治和矿区综合治理，对其进行整体改造，发展景观生态公园，通过生态环境建设实现资源经济利用的转型。对生态水源涵养区、水土保持区、自然保护区、高质量农田区等，需构建生态网络体系，重建生态系统；强化生态景观廊道和缓冲带在控制水土流失、土地污染等方面提供的有效生态服务[23]。②针对中敏感区，应限制和预防为主。中敏感区域分布在距高敏感区一定范围内，这些区域在高低敏感区之间起着天然屏障的作用，是过渡区域，主要集中在城区、新荣区、灵丘县、左云县、大同县等区县。针对这些区域，应加强与生态环境保护和治理，采取自然恢复与人工恢复结合的方法，扩大土地生态网络面积。③针对低敏感区，应坚持集约、统筹协调开发。引导人口相对集中分布、经济相对集中布局，坚持空间集约发展道路，严格保护耕地特别是基本农田，提高土地、水、生态、矿产等资源的利用效率，增强可持续发展能力。促进人口、经济、资源环境的空间均衡[18]。

3）应高度关注农田因子对矿产资源城市生态敏感性的影响。对于由农田引起的生态敏感性增强的区县，应严格保护农田，将合理开发和适时整治结合，强化监管和引导，禁止农田闲置和撂荒等行为。对于高质量农田区县，严格保护农田区域不受污染和城建开发占领，确保基本农田区域生态不破坏、面积不减少、质量不降低[22]。

本文基于生态系统属性构建的生态敏感性评价指标仅是对矿产资源城市敏感性评价的初步探索，对于敏感性各要素指标的选取仍有待一步完善与改进，特别是社会经济因素，如城镇化扩张，农户生计的转型、产业调整等，都对生态敏感性的变化具有较大的影响，今后将对上述因素开展深入研究；农田因素的加入与否对区域生态敏感性具有重要的影响，但是研究对其权重进行单独赋权重，一定程度影响了评价的精度，今后将对农田因素的权重设定进行更加科学的研究；由于数据获取性限制，未能关注研究区时间维度上的敏感性变化；此外，就案例区而言，大同市生态敏感性具有典型性，对于其他矿业资源型城市此方法是否适用，还需要进一步的开展对比研究。

5 结 论

本文从自然生态属性、自然-社会生态复合属性和社会生态属性3个方面选取了地形地质、覆被类型、水系防护、保护区4类指标因素构建了生态敏感性评价指标体系，考虑到转型背景下矿产资源城市极易受人类干扰的农田因素影响，本文探讨了将农田生态因子加入前和加入后的影响关系分析，并运用要素空间叠置制图法和极大值法对大同市生态敏感性进行了分类定量评价及分等定级，得到以下结论：

1）大同市生态敏感性偏高，空间分异明显。生态高敏感区域和低敏感区域占比较高，中敏感区域占比较低；且生态敏感性空间差异显著：高敏感区主要分布在西北部、中部以及西南部；低敏感区主要分布在东北部、中部和南部区域；

2）以生态系统属性为基础构建的评价指标体系能较好评价矿产资源区的生态敏感性。地质灾害、水系防护、覆被类型、保护区4类因子对大同市生态敏感性影响较大。其中地质灾害高敏感区空间分布范围较广，与研究区域的采矿塌陷区及水土流失区分布相一致；水系防护高敏感性区域分布主要受水域及水利设施用地分布影响，呈线性带状分布，主要集中在西北部区域，低敏感区主要分布在南部区域；植被覆盖敏感度受植被的覆盖度及质量状况影响，植被丰富的区域生态敏感性较高；保护区高敏感区主要分在研究区域的西部，低敏感区主要分布在该市的东北部和东南部区域，保护区的建立与划定对生态敏感度有一定的抵抗能力；

3）农田因素是影响矿产资源城市生态敏感性的重要因素。通过对农田因素加入前后的3个敏感等级面积变化幅度分析得到，加入农田因素后，低敏感区面积减少15.40%，中敏感区面积增加10.80%，高敏感区面积增加4.60%。各区县考虑农田因素前后的增减幅度变化也存在明显差异，表现为低敏感区均处于减少趋势，中敏感区与高敏感区均增加，但增幅差异较大。

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Evaluation of ecological sensitivity of mineral resources city under economic transformation

Guan Qingchun1,2, Hao Jinmin1,2※, Wang Hongliang1,2, Li Mu1,2, Chen Aiqi1,2, Xie Baopeng3

(1.100193,; 2.100193,; 3.730070,)

In order to explore the ecological sensitivity characteristics of mineral resource cities and to protect and manage them in different areas, taking Datong city of Shanxi province as an example, in this paper, we selected topographic geology, cover type and water system protection from 3 aspects: natural ecological attribute, natural and social-ecological compound attribute and social-ecological attribute. The index system of ecological sensitivity evaluation was constructed by 4 types of index, considering the influence of farmland factors which were easily affected by human disturbance in mineral resource cities under the background of transition. We discussed the influence of farmland ecological factors before and after adding, and made a classification and quantitative evaluation and grading study on ecological sensitivity of Datong city of Shanxi province by means of factor space overlay mapping method and maximum method in 2015. The results showed that：1) The ecological sensitivity of Datong city was relatively high. The area of high sensitive area and low sensitive area was larger, and it was easy to cause ecosystem instability under the influence of human activity intensity or external force. The high sensitive area, ecological sensitive area and ecological low sensitive area of the urban area accounted for 25.20%, 47.10% and 27.70%, respectively. Without farmland factor, ecological high sensitive area, ecological sensitive area and ecological low sensitive area of urban area accounted for 20.60%, 36.30%, 43.10%, respectively. 2) The ecological sensitivity of Datong city was different in space, and the distribution pattern was as follows: the high sensitive area mainly distributes in the northwest, including the Xinrong district, Nanjiao district; The middle part, including the border area between Datong district and Hunyuan county, the south area of Hunyuan county; The southwest, including the border area between Guangling county and Lingqiu county. The low sensitive areas were mainly distributed in the northeast, including Yanggao county, Tianzhen county; Northwest, including Zuoyun county; the middle part, including Datong county, Guangling county; and the south part, including the central area of Lingqiu county. The middle sensitive area distributes mainly along the northwest of the terrain to the two sides of the southeast axis. 3) Farmland ecosystem had a strong response to human activities and was an important factor affecting ecological sensitivity evaluation. Adding farmland factors would affect the proportion of sensitive areas and low sensitive areas in ecology. Through the spatial distribution map of ecological sensitivity evaluation, it could be seen that the spatial distribution of ecological sensitivity changes, the low sensitive area decreases obviously, the middle sensitive area increased obviously, and the high sensitive area changed little after adding farmland factors. After adding farmland factors, there was a great difference in the proportion of ecological sensitivity area in this region, in which the lowly sensitive area decreased by 15.40%, and the moderately sensitive area and highly sensitive area increased by 10.80% and 4.60%, respectively. The results can provide important theoretical basis for ecological protection and land spatial renovation in resource-based cities, and provide scientific reference for mineral resources cities to better handle the relationship between regional economic transformation and ecological environment protection.

ecological sensitivity; models; farmland; zonal protection; Datong city in Shanxi province

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.032

F301.2

A

1002-6819(2018)-21-0253-10

2018-05-24

2018-06-10

国家科技支撑计划（2015BAD06B01）

管青春，博士生，研究方向为土地利用规划和生态系统服务。Email：qingchunguan@cau.edu.cn

郝晋珉，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为土地利用规划与区域可持续发展。Email：jmhao@cau.edu.cn

管青春，郝晋珉，王宏亮，李 牧，陈爱琪，谢保鹏. 经济转型视角下矿产资源城市生态敏感性评价[J]. 农业工程学报，2018，34(21)：253－262. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.032 http://www.tcsae.org

Guan Qingchun, Hao Jinmin, Wang Hongliang, Li Mu, Chen Aiqi, Xie Baopeng. Evaluation of ecological sensitivity of mineral resources city under economic transformation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(21): 253－262. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.21.032 http://www.tcsae.org