經濟轉型視角下礦產資源城市生態敏感性評價

管青春，郝晉珉※，王宏亮，李 牧，陳愛琪，謝保鵬

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經濟轉型視角下礦產資源城市生態敏感性評價

管青春1,2，郝晉珉1,2※，王宏亮1,2，李 牧1,2，陳愛琪1,2，謝保鵬3

（1. 中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2. 國土資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193；3. 甘肅農業大學管理學院，蘭州 730070）

為探究礦產資源型城市生態敏感性特征并對其進行分區保護和管理，該文以大同市為例，從自然生態屬性、自然-社會生態復合屬性和社會生態屬性3個方面選取了地形地質、覆被類型、水系防護、保護區4類指標構建了生態敏感性評價指標體系，考慮到轉型背景下礦產資源城市極易受人類干擾的農田因素影響，該文探討了將農田生態因子加入前和加入后的影響關系分析，并運用要素空間疊置制圖法和極大值法對大同市2015年生態敏感性進行了分類定量評價及分等定級。結果表明：1）大同市生態敏感性偏高，高敏感區域和低敏感區域占市域面積較大，在人類活動影響下易導致生態系統不穩定；2）大同市生態敏感性空間分異明顯表現為：高敏感區主要分布在西北部、中部及西南部，低敏感區主要分布在東北部、西北部及南部，中敏感區主要沿西北-東南軸兩側分散分布；3）農田因素對人類活動干擾反應較大，是影響大同市生態敏感性的重要因素，加入農田因子后該區生態敏感性各等級面積比例變化差異較大，其中低敏感區面積減少了15.40%，中敏感區和高敏感區面積分別增加了10.80%和4.60%。研究結果可為資源型城市生態保護及土地空間整治提供重要的理論依據，以及對礦產資源城市更好的處理好區域經濟轉型發展與生態環境保護兩者關系提供科學借鑒。

生態敏感性；模型；農田；分區保護；山西省大同市

0 引 言

隨著中國城鎮化的快速發展，人類活動對生態系統產生了巨大的破壞與沖擊，造成生態系統結構受損和功能衰退[1]。恢復生態系統健康，將人類對自然資源的開發與生態系統的經營管理進行整合，已經成為實現區域可持續發展的關鍵挑戰。而對區域生態敏感性的認識和綜合評價是實現可持續發展的重要前提[2]。生態敏感性是生態系統對人類活動干擾和自然環境變化的反映程度，表征發生區域生態環境問題的難易程度和概率大小[1,3]；生態敏感性評價實質上是對現狀自然環境背景下的潛在生態問題進行明確識別的有效方法之一，能為預防和治理生態環境問題提供有用信息[4]。中國礦產資源富集區多處于生態脆弱區，長期以來，礦產資源開采使自然生態系統受到強烈擾動，生態系統不穩定，嚴重制約著礦產資源型城市的可持續發展[5]。然而，礦產資源區生態敏感性分析的研究主體如何構成，礦產資源區為什么敏感，礦產資源區敏感程度如何，是對該特定區域進行生態敏感性研究需要解決的主要問題。

目前，國內外學者對生態敏感性研究主要側重以下方面。1）基于特定的景觀區域的敏感性研究，主要對濱海濕地[6]、平原地下水[7]、環城林帶[8]、河流水域[9]等進行研究；2）基于環境演變過程中生態問題的敏感性研究，主要通過敏感性機制分析，對酸雨[10]、土壤侵蝕[11]、鹽漬化[12]、沙漠化[13]、水土流失[14]進行研究；3）基于特定生態過程的敏感性研究，主要對作物光合作用[15]、碳循環[16]、作物生長[17]等進行研究；4）基于敏感性目的研究，主要采用敏感性評價進行生態功能區劃分[2]、旅游區劃分[18]、城市選址[19]等。綜上看出學者們對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）研究區域全面性不足，造成生態敏感性評價應用的困難性增加。對特定區域開展的生態敏感性評價應用分析較多，在生態敏感性典型的城市評價研究較少，如礦業資源型城市。2）評價指標構成主體單一，造成評價體系普適性不足。敏感性評價指標主體側重自然因素的選擇，較少涉及對自然-社會復合系統因素的選取，評價分析不夠全面，綜合生態敏感性評價仍顯不足。3）過多強調自然環境因素影響，缺少人類干擾因素研究，造成評價結果失真。對特殊區域的生態敏感性評價研究中缺少對區域特殊性屬性特征的分析，如在以農業為主的區域忽略對人類強干預的農田因子的選取，使生態敏感性評價結果準確性降低。

針對上述問題，本文以山西省大同市礦產資源型城市為例，從自然生態屬性、自然-社會復合生態屬性和社會生態屬性3個層面構建生態敏感性評價指標體系，并在區域經濟轉型發展背景下考慮農田因子的影響，探討加入前和加入后的影響關系，通過對生態敏感性進行分類定量評價和分析，以及生態敏感性等級分區，以期為土地可持續利用及生態保護規劃決策提供理論參考和依據。

大同市是中國重要的資源和能源基地，被譽為“煤都”，煤炭出口量占全省煤炭量的80%，是典型的依托煤炭資源勘探與開發發展起來的資源型城市。多年的能源建設及大規模的煤炭開采，造成生態環境較為脆弱，大同作為262個資源型城市之一，根據《大同市城市總體規劃（2006-2020年）》要求，未來一段時期是推進經濟結構由能源工業向生態農業調整的重要階段，是改善能源用地結構，恢復生態環境，實現經濟轉型的重要時期。同時，農田在資源城市轉型發展中不僅是極易受人類活動干擾的關鍵生態因素，而且還具有支持農業生產和景觀生態功能[20-21]，對維護區域的生態穩定和生態系統可持續發展具有重要的意義[22]。鑒于此，以大同市作為案例研究區具有極好的代表性和典型性，一方面有助于協調該區域經濟轉型發展與生態環境保護問題；另一方面，能對資源型區域更好的處理好二者關系提供科學借鑒。

1 研究區域概況

大同市位于山西省最北部（112°34￠~114°33￠E；39°03￠~40°44￠N）（圖1），處于黃土高原東緣和太行山山脈交接地帶，平均海拔在1~2 km之間，地貌類型復雜，主要包括山地、丘陵和平原3種類型。該市屬高原溫帶大陸性季風氣候，四季分明。全年平均溫度為6.6 ℃，年平均降水量為376.90 mm。境內的主要河流有桑干河、御河、十里河等。桑干河在大同境內流長58 km，流域面積1 575.90 km2，水資源總量為1.42億m3。全市土地總面積為14 064.49 km2，耕地面積為3 760.54 km2，占土地總面積的26.75%，林地面積為3 054.27 km2占土地總面積的21.73%。

截止到2015年全市常住人口為340.64萬人，其中城鎮人口207.86萬人，農村人口132.78萬人，城鎮化水平為61.02%。2015年地區生產總值1 052.90億元，其中，第一產業增加值占地區生產總值的比例為5.30%，第二產業增加值比例為41.80%，第三產業增加值比例為52.90%。大同市轄4區7縣，分別為：城區、礦區、南郊區、新榮區、陽高縣、天鎮縣、廣靈縣、靈丘縣、渾源縣、左云縣和大同縣。

大同市礦產資源主要是煤炭資源和石墨資源，煤炭資源儲量已探明135.70億t。在地質災害方面，全市地面塌陷分巖溶塌陷與非巖溶塌陷，巖溶塌陷在全市危害較大的是礦區的陷落柱，而非巖溶塌陷包括采空塌陷、黃土濕陷、人工洞穴塌陷等。

圖1 山西省大同市區位圖

2 評價方法與數據

2.1 評價指標體系與研究方法

2.1.1 評價指標選取

生態敏感性是指生態系統對自然環境變化和人類活動干擾的反映程度，其敏感性程度高低受生態系統屬性影響強烈。生態系統屬性包含自然生態屬性、自然-社會生態復合屬性和社會生態屬性3個方面，三者共同存在于生態系統中[23]。因此，研究從影響生態敏感性的自然生態屬性、自然-社會復合生態屬性和社會生態屬性3個方面選取相關評價因子（表1）。其中，自然生態因子包括地形地質（坡度、高程、地質災害）；自然-社會復合生態屬性包括水系防護（河流、湖泊和坑塘）和覆被類型（林地和未利用地）；社會生態屬性主要包括保護區（風景旅游區、生態安全控制區、自然保護區和文化遺產保護區）。

1）地形地質

自然地理環境的地形地質條件決定了其本身生態環境的敏感性，直接或間接的對生態系統結構和過程起到決定性作用，影響生態系統的穩定性。①高程是影響生態敏感性的重要因子，隨著高程的升降，植被以及整個生態系統隨之呈現明顯的垂直變化，導致生物多樣性和生態敏感性變化。②坡度是高程的變率，坡度越大，區域的生態環境承受能力越差。受采礦活動干擾的影響越大，水土流失、環境破壞等問題可能出現概率越大。③地質災害，由于地質運動，從而導致地表形態等地理環境發生劇烈變化，進而改變著敏感性生態環境的形成。同時由于礦區的采礦行為有可能形成地裂縫、地下漏斗區、采空塌陷、泥石流等地質災害，影響生態敏感性。因此選取地質災害、高程、坡度3個指標進行評價。

2）水系防護

水系對支持和保護城市生態系統具有重要作用[24]，河流、湖泊和坑塘對動植物的生長和多樣性維持具有重要影響。水系在改善區域環境、調節區域溫度和濕度、維持正常的水循環等方面起著重要作用，能夠為人類提供所需要的生態系統服務[25]。此外，煤炭開采及其后續的產業會對水資源造成需求量增加、地下水位下降、湖泊干涸、河流斷流生態問題，對生態敏感度有一定的干擾。因此選取河流、湖泊和坑塘3個指標進行評價。

3）覆被類型

植被的覆蓋狀況直接影響整個區域的生態環境質量[26]。覆被是自然的基底，是生態系統的重要組成部分，也是生境敏感性評價的重要因子。植被受自身演替和人為干擾的雙重影響，礦業開發活動不可避免的造成植被退化，破壞植被與各因子的平衡關系。不同植被類型對土壤侵蝕有重要影響，對保持水土、防風固沙等保護和改善環境具有重要作用，在改善生態環境質量方面、保護區域生物多樣性等方面表現的作用也不同，其生態敏感性也不同。①林地生態系統服務價值在植被類型中最高，具有涵養水源、調節氣候、水土保持的功能；②未利用地是灌木生長、生物多樣性的重要生境，因此本文選取林地和未利用地2個指標進行評價。

4）保護區

人類在認識自然環境的基礎上，按照需求及保護類別對大自然進一步認知而劃定的某些區域，能夠反映出區域生態系統的脆弱性及生態敏感性。這些區域是人為因素與自然因素的結合體，是保護珍稀野生動植物資源、維護生物多樣性的基礎，具有較強的社會生態屬性，如自然遺產保護區、風景旅游用地、生態安全控制區、自然保護區。因此，本文選擇自然遺產保護區、風景 旅游用地、生態安全控制區、自然保護區5個指標進行評價。

表1 生態敏感性評價指標體系

注：考慮到農田因素的重要性，研究對農田因素單獨賦權重。

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

2.1.2 模糊層次分析法確定權重

模糊層次分析法（fuzzy analytic hierarchy process, FAHP）是將層次分析法與模糊理論相結合，且考慮評價者主觀模糊性的一種方法。計算步驟如下：

1）判斷矩陣構建。基于敏感性評價指標體系（表1），研究選擇20位相關領域專家和相關政府工作人員采用1~9標度對生態敏感指標評分。建立三角模糊數判斷矩陣=(r)×，其中r=(l,m,u)為三角模糊數，且l+u=m+m=1。

2）模糊權重計算。研究采用和行歸一法計算第層指標C的模糊權重向量[27-29]。

式中S為層指標C的綜合模糊值。

3）權重去模糊化。采用可能度方法將三角模糊數對應的權重S去模糊化[27-28]。其中，1(1,1,1)和2(2,2,2)是三角模糊數，M≥M的可能度(12)用三角模糊函數計算公式為：

（3）

根據公式（3）得到排序向量，歸一化得到層指標C權重。

4）權重確定。采用式（2）和式（3），得到下一層次指標B的權重，利用公式（4）得到指標A的總權重，結果見表1。

TW=′1,2 ,…,（4）

式中TW為指標A的總權重；為指標C的權重；為指標B的權重。

2.1.3 生態敏性評價模型建立及等級劃分

1）評價模型

本文分別對地形地質、覆被類型、水系防護和保護區4類因子進行單因子評價和多因子綜合評價，參照生態敏感性等級的評價分級標準[2,7,30]，將參評因子所對應區域的低敏感等級、中敏感等級、高敏感等級依次賦值為1，3，5（表2），運用空間疊置制圖法進行評價，并采用極大值法對評價結果進行敏感性等級劃分（表3）。

①單因子敏感性評價。該方法是指以各因子為評價基礎，對各指標所生成的等級柵格圖進行運算。

式中SS為空間單元生態環境敏感性指數；C為因素敏感性等級；為因子數。

②生態敏感性綜合評價。該方法采用多個指標因子加權疊加法，對各指標值進行空間加權疊加分析。

式中為生態綜合敏感性評價結果；SS第個因子的敏感程度。

表2 生態敏感性等級賦分

注：—表示沒有涉及高敏感區；括號中的值為賦分。

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

2）等級劃分

農用地是人類活動最活躍的區域，生態風險性和易損性受自然和人為活動交叉影響。研究表明，農用地具有較強的生態協調性，在保持區域生態平衡中，農用地有著重要的作用。因此本文在進行生態敏感綜合值計算時，分別計算加入農田因素前和加入農田因素后的生態敏感性綜合值，以探明農田在區域生態敏感性評價中的作用。

在ArcGIS10.1平臺下，通過地圖代數工具，將各要素層進行空間疊加，計算生態敏感綜合值。由于生態敏感性評價指標較多，任意一個指標因子受影響的程度超出閾值將對整個生態系統產生威脅。為凸顯單個指標對某一類生態問題的敏感性，故對多指標產生的生態問題進行綜合評價時，采用極大值法[30]，即取各因子敏感性評價結果中的最大值進行生態敏感性程度劃分（表3）。

表3 生態敏感性分級標準

2.2 數據來源、數據處理及評價流程

2.2.1 數據來源

研究數據主要來源有：1）2015年大同市1∶5 000土地利用現狀圖。水域類型包括河流水面、坑塘水面和水庫水面；林地類型包括林地；未利用地類型包括自然保留地和灘涂；保護區類型包括風景旅游用地、生態安全控制區、自然與文化遺產保護區；農田類型包括耕地、其他農用地和園地，其中，農田等級采用土地整治規劃數據中高標準基本農田表示高質量農田，其余普通農田表示一般質量農田。2）DEM數據（30 m分辨率），來源于地理空間數據云平臺（http://www.gscloud.cn/ 數據時間：2015年）。3）保護區數據來源于2014年大同市四區一縣生態保護紅線區規劃，包括自然保護區，森林及郊野公園，風景名勝區，地質公園，生態脆弱區防風固沙區、生態綠地、水庫及濕地、水源涵養區、主干河流、飲用水源保護區域和生態安全控制區。4）地質數據來源于2014年大同市地質分區規劃，包括地質災害重點防治區和次重點防治區；其中重點防治區內發育地質災害類型主要為采礦地面塌陷、地裂縫，其次為崩塌和不穩定斜坡；次重點防治區內主要為地質崩塌、滑坡、泥石流等。

2.2.2 數據處理

研究數據的處理主要為：1）為便于將不同評價因子進行空間疊加分析，研究將各因子統一到WGS-84坐標系和Gauss-Kruger投影系統，并將其統一為30 m×30 m柵格；2）將該市內的主要水系（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模塊生成河流及水域緩沖區柵格模型，已確定評價因子距離的敏感性等級；3）通過對2015年大同市土地利用現狀圖對林地和未利用地進行地類提取；4）根據大同市生態紅線保護規劃對保護區圖件進行矢量化處理，利用ArcGIS的Spatial analyst模塊的直線距離模型生成保護區緩沖區柵格模型，以距生態保護區的距離劃定敏感性等級。

2.2.3 評價流程

大同市生態敏感性評價具體過程為：1）將各評價因子進行柵格化處理，生成標準柵格數據集；2）利用ArcGIS的自然斷點法（natural break），將各因子生態敏感性程度分為高度敏感、中度敏感和低敏感，并分別賦值為5，3和1；3）根據構建的大同市生態敏感性評價指標體系，采用模糊層次分析法確定各評價因子的權重；4）根據得到的因子數據集采用標準差進行重分類；5）根據重分類結果對不同生態因子數據（加入農田因子和不加入農田因子）分別進行空間疊加運算得到大同市不同生態敏感性綜合評價圖。

3 結果分析

3.1 單因子生態敏感度指標結果分析

1）地形地質

從地形地質方面來看生態敏感性分布范圍較廣，主要集中在大同市的西部和南部。其中高敏感區主要集中在高程和坡度較高的區域以及地質災害易發區，包括南郊區、新榮區和渾源縣。該區域為主要的煤礦基地，以礦區及礦物加工產業為主，人類活動劇烈，土地受損嚴重，是地質災害易發的重點防治區；中敏感區主要分布在大同市的北部區域，包括天鎮縣和陽高縣，主要以草地為主，由于長期的放牧，導致植被覆蓋度降低，沙化嚴重，易發生水土侵蝕災害；低敏感區主要分布在高程低及坡度緩的區域，包括大同縣、廣靈縣和靈丘縣，這些區域主要以農田、濕地為主，植被覆蓋度較好，土壤侵蝕敏感性較低（圖2a－2c）。

圖2 大同市生態敏感性評價圖

2）水系防護

水域高敏感區域分布主要受水域及水利設施用地分布影響，呈線性帶狀分布，主要集中在西北部區域，包括大同縣、南郊區、新榮區、天鎮縣和渾源縣，區域內的桑干河及冊田水庫是研究區域主要的水源涵養區；低敏感區主要分布在南部區域，包括廣靈縣和靈丘縣（圖 2d）。

3）覆被類型

植被敏感度受植被的覆蓋度及質量狀況影響，植被豐富的區域生態敏感性較高。林地敏感性較高的區域主要集中在左云縣、新榮區、天鎮縣、渾源縣、靈丘縣等區縣，主要原因為上述區縣林地面積較大，占該區林地總面積的70.24%（圖2e）；未利用地高敏感區主要集中在北部的天鎮縣、陽高縣，南部的渾源縣和靈丘縣（圖 2f），主要原因是受裸地和沙地的分布影響，該區北部位于內蒙古高原區，植被稀疏，由于過度放牧、開墾及耕作粗放，導致植被退化嚴重，引發水土流失，土地沙化嚴重，面積達3 327 hm2；南部區域位于太行山山脈北部邊緣，由于受地質條件影響以及毀林開荒、礦區開發導致地表裸露面積較大。

4）保護區

保護區高敏感區主要分在研究區域的西部，包括南郊區，新榮區，大同縣和渾源縣。該區域是各類保護區的集中區域，包括生態安全控制區、自然保護區、風景旅游區、文化遺產保護區。其中高敏感區域主要包括大同火山群自然保護區，恒山風景旅游保護區等具有自然生態景觀和人文景觀的區域，需要對其進行生態保護。低敏感區主要分布在東北部和東南部區域，包括天鎮縣和靈丘縣（圖2g）。

5）農田

考慮到農田因子在經濟轉型下對大同市生態敏感性影響的重要性，故對其權重設定為1。根據農整治規劃數據中高標準基本農田的劃分標準，將農田分為高質量農田和一般質量農田區域。高質量農田區域，自然人為條件優越，生態環境良好，能夠發揮較高的生態服務功能，但其風險性和敏感性較大。結合大同市農田敏感性評價結果，農田高敏感區分散分布在大同市東北部、西北部和東南部，其中在天鎮縣和廣靈縣農田高敏感區最集中；低敏感區主要分布在該市的北部和西南部，其中陽高縣和渾源縣農田低敏感區為最集中縣（圖2h）。

3.2 生態敏感性綜合評價結果對比分析

通過生態敏感性綜合評價空間分布圖可以看出（圖3），加入農田因素后，低敏感區域明顯減少，中敏感區明顯增加，高敏感區變化較小。從空間分布特征分析，不加入農田因素時，低敏感區主要分布在東北翼的陽高縣、天鎮縣，西北翼的左云縣，中部的大同縣、廣靈縣，以及南部的靈丘縣中部；高值區域主要分布在西北部的新榮區、南郊區，中部的大同縣與渾源縣交界地帶，渾源縣南部地區，以及西南部廣靈縣與靈丘縣的交界地帶。加入農田因素后，該市生態敏感性空間特征發生較大變化。高敏感區在該市北部出現擴散，新榮區和南郊區面積擴散最大；中敏感區在中部和北部增加最多，集中出現在天鎮縣、陽高縣和大同縣；低敏感區在全市出現減少趨勢。

圖3 加入農田因素和不加入農田因素生態敏感性評價

受農田因素的影響，生態敏感性特征變化差異較大，主要反映在各縣的中敏感區均有所增加，尤其是影響生態中敏感地區和低敏感地區的比例關系。從生態敏感性各等級的面積數量和比例可以得到加入農田因素前后的大同市生態敏感性變化情況（表4）。1）不將農田作為生態因子，則生態高敏感區占市域面積的20.6%，生態中敏感區占市域面積的36.3%，生態低敏感區占市域面積的43.1%。2）將農田作為生態因子，則生態高敏感區占市域面積的25.2%，生態中敏感區占市域面積的47.1%，生態低敏感區占市域面積的27.7%。通過上述分析得到農田因素加入與否對經濟轉型下的大同市生態敏感性評價結果影響較大，這表明農田因素在礦產資源城市生態敏感性評價中的重要性。

表4 生態敏感區比例

3.3 生態敏感級定量分區對比分析

以縣級行政區為單元，分別統計不加入農田和加入農田的生態敏感評價單元面積數量（表5）。不加入農田因素時，從各縣所占的比例可以看出，高敏感區占比例較大的主要集中在渾源縣（47.75%）、南郊區（38.39%）、新榮區（25.32%）；中敏感區占比例較大的區縣主要是城區（91.89%）、新榮區（47.67%）、靈丘縣（44.78%）；低敏感區占比例較大的區縣主要是陽高縣（62.12%）、左云縣（59.69%）、天鎮縣（54.80%）、廣靈縣（42.88%）。

在加入農田因素時，敏感性3個等級在各區縣所占的比例變化差異較大。高敏感區占比例較大的區縣主要集中在渾源縣（52.93%）、南郊區（47.66%）、新榮區（35.29%）。中敏感區占比例較大的區縣主要集中在城區（89.04%）、左云縣（57.27%）、大同縣（56.49%）；此外，中敏感區占比例超過50%的區縣還包括廣靈縣、靈丘縣、天鎮縣、新榮區。低敏感區占比例較大的區縣主要集中在天鎮縣（39.65%）、左云縣（36.93%）、陽高縣（36.34%）。

對3個敏感等級在各區縣中的數量進行農田因素加入前后的變化幅度進行計算結果如下（圖4）。各區縣低敏感區均處于減少趨勢，中敏感區與高敏感區均增加，但增幅差異較大，說明由于農田因素所引起的生態敏感級別差異大。增減幅度最大的縣區主要集中在陽高縣、左云縣、廣靈縣、新榮區等，其中陽高縣增減幅度最大，低敏感區減少了25.78%，中敏感區增加了24.02%、高敏感區增加了1.76%；左云縣增減幅度位居第2，低敏感區減少了22.76%，中敏感區增加了19.46%，高敏感區增加了3.29%，增減幅度位居第3的為廣靈縣，低敏感區減少了19.67%，中敏感區增加了10.03%，高敏感區增加了9.64%，這是由陽高縣、左云縣、廣靈縣農田面積占全區面積較大所引起。在高敏感區增加幅度中，增幅較大的區縣主要是新榮區（9.97%）、廣靈縣（9.64%）、南郊區（9.27%）等，該結果是由這些區縣高質量農田分布較多所引起。

表5 農田因素加入前后的生態敏感性評價結果

圖4 大同市生態敏感性面積變化

4 討 論

1）大同市生態敏感性空間分異顯著，潛在生態環境問題需引起重視。本文以大同市礦產資源型城市為研究對象，構建生態敏感性評價指標體系對該市生態敏感性進行了綜合評價。從研究結果來看，礦產資源城市在長期的采礦活動影響下，其地貌變化顯著，生態景觀趨于減少，導致高敏感區占比較高，生態系統脆弱。研究結果證明了農田因素在生態敏感性中的重要性，在資源轉型結構調整過程中，要對其生態功能給予足夠的重視，合理調整農田利用方式，充分發揮農田的生態功能[20-21]。

2）大同市生態敏感性受自然和人類干擾影響較大，對其發展轉型需分類管理。大同市生態敏感性受礦區開發影響較大。煤礦開發對生態敏感性的影響主要表現在礦井建設期、開采過程期、礦坑廢棄期[5]。大同市自1943年被作為煤炭資源基地進行大規模開發后，是伴隨著計劃經濟時期和傳統的粗放型經濟增長模式中發展起來的，因此在為區域經濟增長做出貢獻的同時，資源浪費、環境污染等問題加劇了區域生態環境的敏感性和脆弱性，制約著生態環境的可持續發展。首先，礦井開發和建設會引起地貌形態的改變，例如大量土石方的開采，使地表原有的土石結構平衡遭到破壞，地下掏空，土地損毀；礦區的生產加工配套設施建設、運輸公路建設等占用耕地，破壞了原有的景觀類型。其次，煤礦開采及附帶的產業，如火電、煉焦、煤化工等產生的大氣污染和水污染，以及煤炭開采及其后續產業對水資源的大量消耗，造成地下水位下降、湖泊干涸、河流斷流、天然植被覆蓋度降低。再次，當后期煤礦開采結束后，礦區遺留的礦坑 和地面塌陷區造成環境的二次破壞與污染，煤矸石和粉煤灰堆放以及其他廢棄物堆存對生態環境造成負面的影響[30]。

研究針對大同市不同生態敏感區提出相對應的管理措施：①針對高敏感區，應以保護和治理為主。大同市生態高敏感區主要集中在地質災害易發區、生態水源涵養區及水土保持區、自然保護區、高質量農田所在的區域。地質災害易發區主要集中在采礦嚴重的區域以及滑坡、泥石流、崩塌頻發的區域，主要在南郊區、新榮區、渾源區、靈丘縣、廣靈縣等區縣，針對這些區域應開展地質災害易發生區整治和礦區綜合治理，對其進行整體改造，發展景觀生態公園，通過生態環境建設實現資源經濟利用的轉型。對生態水源涵養區、水土保持區、自然保護區、高質量農田區等，需構建生態網絡體系，重建生態系統；強化生態景觀廊道和緩沖帶在控制水土流失、土地污染等方面提供的有效生態服務[23]。②針對中敏感區，應限制和預防為主。中敏感區域分布在距高敏感區一定范圍內，這些區域在高低敏感區之間起著天然屏障的作用，是過渡區域，主要集中在城區、新榮區、靈丘縣、左云縣、大同縣等區縣。針對這些區域，應加強與生態環境保護和治理，采取自然恢復與人工恢復結合的方法，擴大土地生態網絡面積。③針對低敏感區，應堅持集約、統籌協調開發。引導人口相對集中分布、經濟相對集中布局，堅持空間集約發展道路，嚴格保護耕地特別是基本農田，提高土地、水、生態、礦產等資源的利用效率，增強可持續發展能力。促進人口、經濟、資源環境的空間均衡[18]。

3）應高度關注農田因子對礦產資源城市生態敏感性的影響。對于由農田引起的生態敏感性增強的區縣，應嚴格保護農田，將合理開發和適時整治結合，強化監管和引導，禁止農田閑置和撂荒等行為。對于高質量農田區縣，嚴格保護農田區域不受污染和城建開發占領，確保基本農田區域生態不破壞、面積不減少、質量不降低[22]。

本文基于生態系統屬性構建的生態敏感性評價指標僅是對礦產資源城市敏感性評價的初步探索，對于敏感性各要素指標的選取仍有待一步完善與改進，特別是社會經濟因素，如城鎮化擴張，農戶生計的轉型、產業調整等，都對生態敏感性的變化具有較大的影響，今后將對上述因素開展深入研究；農田因素的加入與否對區域生態敏感性具有重要的影響，但是研究對其權重進行單獨賦權重，一定程度影響了評價的精度，今后將對農田因素的權重設定進行更加科學的研究；由于數據獲取性限制，未能關注研究區時間維度上的敏感性變化；此外，就案例區而言，大同市生態敏感性具有典型性，對于其他礦業資源型城市此方法是否適用，還需要進一步的開展對比研究。

5 結 論

本文從自然生態屬性、自然-社會生態復合屬性和社會生態屬性3個方面選取了地形地質、覆被類型、水系防護、保護區4類指標因素構建了生態敏感性評價指標體系，考慮到轉型背景下礦產資源城市極易受人類干擾的農田因素影響，本文探討了將農田生態因子加入前和加入后的影響關系分析，并運用要素空間疊置制圖法和極大值法對大同市生態敏感性進行了分類定量評價及分等定級，得到以下結論：

1）大同市生態敏感性偏高，空間分異明顯。生態高敏感區域和低敏感區域占比較高，中敏感區域占比較低；且生態敏感性空間差異顯著：高敏感區主要分布在西北部、中部以及西南部；低敏感區主要分布在東北部、中部和南部區域；

2）以生態系統屬性為基礎構建的評價指標體系能較好評價礦產資源區的生態敏感性。地質災害、水系防護、覆被類型、保護區4類因子對大同市生態敏感性影響較大。其中地質災害高敏感區空間分布范圍較廣，與研究區域的采礦塌陷區及水土流失區分布相一致；水系防護高敏感性區域分布主要受水域及水利設施用地分布影響，呈線性帶狀分布，主要集中在西北部區域，低敏感區主要分布在南部區域；植被覆蓋敏感度受植被的覆蓋度及質量狀況影響，植被豐富的區域生態敏感性較高；保護區高敏感區主要分在研究區域的西部，低敏感區主要分布在該市的東北部和東南部區域，保護區的建立與劃定對生態敏感度有一定的抵抗能力；

3）農田因素是影響礦產資源城市生態敏感性的重要因素。通過對農田因素加入前后的3個敏感等級面積變化幅度分析得到，加入農田因素后，低敏感區面積減少15.40%，中敏感區面積增加10.80%，高敏感區面積增加4.60%。各區縣考慮農田因素前后的增減幅度變化也存在明顯差異，表現為低敏感區均處于減少趨勢，中敏感區與高敏感區均增加，但增幅差異較大。

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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

國家科技支撐計劃（2015BAD06B01）

管青春，博士生，研究方向為土地利用規劃和生態系統服務。Email：qingchunguan@cau.edu.cn

郝晉珉，教授，博士，博士生導師，主要研究方向為土地利用規劃與區域可持續發展。Email：jmhao@cau.edu.cn

管青春，郝晉珉，王宏亮，李 牧，陳愛琪，謝保鵬. 經濟轉型視角下礦產資源城市生態敏感性評價[J]. 農業工程學報，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