矿业城市生态修复规划探讨范文

摘要：煤矿开采为城市生态和人民生活带来恶劣影响。为推动解决闭矿后的生态问题，文章提出基于生态健康评价的修复规划方法，以生态健康概念为基础，结合恢复生态学理论和矿业城市特点，选择8个指标从四个维度构建矿业城市生态健康评价模型，根据评价结果进行修复规划。以鹤岗为例进行定量研究，结果发现，修复规划面积占12.3％，但规划后“病态”“不健康”和“亚健康”面积大幅减少，“较健康”面积提升153.99％，“健康”面积提升55.36％。可见，本法能起到事半功倍的效果，期能为矿业城市生态修复规划提供借鉴。

关键词：生态修复规划；生态系统健康评价；矿业城市；鹤岗矿区

矿业城市是指着重发展矿业资源开采产业，并以此刺激和带动该地副产业发展的典型经济社区[1]。随着资源枯竭，矿井逐一关闭，大面积挖损、塌陷、污染的废弃土地持续带来的生态问题成为制约城市发展和人民健康生活的重要矛盾。本文中的矿业城市是指鹤岗这类采矿区紧邻或位于城市建成区内，与人民生产生活空间高度交叉，对人民生产生活产生巨大直接影响的城市。在以往研究中，矿业城市的矿区远离居民，位于城市远郊[2]，传统规划方法无法满足与城市良好协调和可持续发展的需求，不能照搬到城市中。因此，本文提出基于生态系统健康评价的生态修复规划方法，针对矿业城市生态特点构建评价模型，识别生态问题，并有针对性地进行生态修复规划。

1研究案例

鹤岗市位于黑龙江省，是一座煤炭开采历史悠久的资源型城市。鹤岗共有九大矿区，主要分布在市区的东部。其中，益新煤矿、振兴煤矿和南山煤矿位于城市建成区内，周边紧邻居民区、工厂、公共服务设施及农田等，闭矿后依然给居民身体健康和城市生态系统带来持续的负面影响，具有典型的城区煤矿特征。本文将益新煤矿、振兴煤矿和南山煤矿及周边城市用地界定为研究范围，总面积为73.05km2（图1）。

2矿业城市生态系统健康评估模型

2.1因子选择

多因子加权叠加法是生态空间识别与分类最常使用的方法。本文将从生态系统健康视角出发，选择生态因子进行量化计算与空间制图；并利用ArcGIS平台进行加权叠加，对矿区生态系统健康水平进行定量评估，找出最为迫切解决的城市生态问题，经分析整理，进行鹤岗生态修复规划。矿业城市生态系统健康评价与一般城市和区域的生态系统健康评价不同，本研究依托“活力—组织力—恢复力—生态系统服务”研究框架，根据城市主要生态问题和生态修复目标选择评价因子。活力是指生态系统自我维持的能力，指自然和文化的潜在生命力不被削弱的能力[3,4]。矿业城市的活力值越高意味着它具备越大的生产潜力，越有利于未来的可持续发展。组织力是指生态系统结构，可以用来表达生态系统各组成部分之间的相互作用，强调生态系统的组织结构和完整性，矿业城市的组织力越高，说明它具备良好稳定的网络结构，能够高效进行物质和能量的交流。恢复力是指景观斑块在自然和人文因素干扰下，维持其原有功能和结构的能力[5]，能够反映在生态系统过程中的斑块对外在干扰的抵御和适应能力。矿业城市采矿造成的土地塌陷会导致水土流失，煤矿加工产生能够导致土壤污染物质超标，这两者都会对土地恢复力产生巨大影响[6,7]，矿业城市恢复力的提升对于加速改善矿业废弃地生态健康水平具有至关重要的作用[8,9]。因此本研究依据矿业城市特点拓展恢复力内涵，将塌陷指数、重金属污染度都纳入到恢复力的评价体系中。生态系统服务是指人类从自然生态系统中得到的各种直接的与间接的利益，主要包括调节服务、支持服务、文化服务和供给服务。根据毛齐正[10]等人的研究成果可知，对于城市生态系统而言，供给服务常位于城市远郊，而支持服务、文化服务和调节服务更能直接为人们提供惠益，因此本文将调节服务、支持服务、文化服务作为生态系统服务评价因子。综上，本文选取活力、组织力、土地恢复力、土壤重金属污染、土壤塌陷、调节服务、文化服务和支持服务因子作为矿业城市生态系统健康评估因子。

2.2因子权重确定

在因子的权重确定上，通过对研究区进行调研分析，根据评价因子对矿业废弃地的生态系统健康的影响程度进行等级划分。基于yaahpV10.3软件平台，通过构建判断矩阵确定计算指标权重（表1）。

2.3生态因子量化计算

2.3.1活力生态系统活力常用生态系统中的植被净初级生产力水平来表达，不同地表和地区的NPP值存在很大差异。本研究以鹤岗市气温、降水、辐射、NDVI和土地利用为基础数据，参考朱文泉等改进的光能利用率模型[11]，利用ENVI平台估算鹤岗矿区的净初级生产力。2.3.2组织力生态系统组织力中对生态健康影响最大的是其网路结构和完整性，一般用景观网络结构来表达[3]。本文采用最小阻力模型，考虑源、景观单元特征、距离三方面的因素，计算物种从源地到目的地所耗费的代价来描述组织力水平。2.3.3恢复力生态系统恢复力能够在自然和人文因素干扰下尽量维持其原有的结构和功能。本文利用恢复力系数、土壤塌陷指数和土壤重金属综合污染共同表征矿业城市生态系统恢复力。土壤重金属污染数据来源于土样检测：将矿区废弃地土壤情况按废弃类型分为三个采样带，在研究区废水井、滤池、煤矸石堆斜坡和废机井等土壤污染重点区域加密采样，并将土样送检。运用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法来表征研究区土壤重金属污染（表2），最后利用克里斯金插值法进行空间制图。生态系统服务测算方法主要包括三种：物质量法、价值量法和模型法。价值量法计算简单、结果较为直观，能够很好表征研究区生态系统服务水平。本文利用谢高地[12]等人2015年修正的中国区域陆地生态系统单位面积服务价值表对研究区进行量化计算，依托ArcGIS平台完成空间制图，最终得到各因子矿区生态系统健康评价结果（图2）。

2.4生态系统健康评价

将生态系统各项评价因子归一化处理后进行加权叠加，得到现状生态系统健康评价结果（图3）。其中，“病态”斑块有758.10hm2，“不健康”斑块有2728.63hm2，“亚健康”斑块有2712.60hm2，“较健康”区有673.92hm2，“健康”斑块有431.74hm2。研究区整体健康水平较低主要是因为组织力与恢复力水平过低。因此在后续的生态系统修复规划中应着重强调恢复力与组织力水平的提升。南山矿区、益新矿区病态程度最高，对周边农田影响最为深重，主要原因是矿井周边分布的龙源选煤厂、冠隆选煤、兴隆洗煤厂的洗煤废物导致了土壤Cd、Cu、Mn、Pb污染，并渗透到周边农田产生了恶劣的影响。因此，在后续的生态系统修复规划中应着重处理土壤污染问题。

3矿业城市生态修复规划

通过对研究区生态系统健康进行评价，能够识别出研究区内现有的生境良好的斑块。进行生态修复规划时，优先利用现有的生态资源。将“健康”和“较健康”评级的生态斑块中面积较大的南山矿区的东兴煤矿保留林地、隆源煤矿保留林地、华鑫煤矿保留林地、双福煤矿保留林地和益新二煤矿保留林地作为生态核心区完整保留。将“亚健康”评级的生态斑块进行有选择性地剔除，对于对生态系统组织力贡献较大的市万隆煤矿、东兴二矿、鹤岗市鹤兴煤矿、东方红二煤矿、隆源煤矿、东兴煤矿、鹤岗市富源煤矿、东方红三矿、南山区六煤矿生态斑块进行优先保留。对于“病态”和“不健康”评级的龙源选煤厂、冠隆选煤、兴隆洗煤厂周边农林用地生态斑块，应利用工程技术手段对塌陷土地、污染土壤和植被进行修复。在修复后将位于关键战略点的生态空间纳入到未来的城市GI中，完成生态修复规划（图4）。通过对比规划前后研究区生态系统健康水平（表3），可以发现，生态修复规划面积仅占研究区面积的12.3％，但“健康”面积提升了55.36％，“较健康”面积提升了153.99％，“亚健康”面积减少14.72％，“不健康”面积减少4.77％，“病态”面积减少98.57％，达到了事半功倍的效果。关注土壤结构、土壤污染和植被生长的修复，能够大幅度提升生态系统恢复力水平，为城市可持续发展奠定良好的生态基础。新构建的生态廊道对生态系统组织力的提升起到了至关重要的作用，它们既增加了生态功能的连续性，又提升了生态健康水平。可见，基于生态系统健康评价的矿业城市生态修复规划，能够精准把握城市面临的关键生态问题，从而更高效地改善城市生态健康水平，促进城市可持续发展和人民生活健康。

结语

在矿业城市中，采矿活动造成了土地塌陷、环境污染、生活质量的下降。废弃的土地横亘在城市建成区，给城市发展、人民的健康和生产生活带来巨大影响，严重制约了城市健康发展，但同时又具有进一步发展的潜力。本文提出的基于生态系统健康评价的矿业城市生态修复规划方法，能够准确判断城市主要生态问题，能够为更高效地寻求生态修复规划最优解，促进人民生活健康和城市发展，为人民建构生态宜居、健康美好、卫生安全的城市生活环境提供支持和保障。

参考文献：

[1]秦趣,杨洪.矿业城市生态系统健康评价指标体系研究[J].农村经济与科技,2014,25(7):33-35.

[2]王霖琳,胡振琪,等.中国煤矿区生态修复规划的方法与实例[J].金属矿山,2007,371(5):17-20.

[3]袁毛宁,刘焱序,等.基于“活力—组织力—恢复力—贡献力”框架的广州市生态系统健康评估[J].生态学杂志,2019,38(4):1249-1257.

[4]刘焱序,彭建,等.生态系统健康研究进展[J].生态学报,2015,35(18):5920-5930.

[5]陈克龙,苏茂新,等.西宁市城市生态系统健康评价[J].地理研究,2010,29(2):214-222.

[6]王超,毕君,等.矿山废弃地生态退化程度评价[J].生态环境学报,2014,23(6):1070-1075.

[7]杨庚,曹银贵,等.生态系统恢复力评价研究进展[J].浙江农业科学,2019,60(3):508-513.

[8]祝宇成,王金满,等.采煤塌陷对土壤理化性质影响的研究进展[J].土壤,2016,48(1):22-28.

[9]杨永均.矿山土地生态系统恢复力及其测度与调控研究[D].徐州:中国矿业大学,2017.

[10]毛齐正,黄甘霖,等.城市生态系统服务研究综述[J].应用生态学报,2015,26(4):62-72.

[11]朱文泉,潘耀忠,等.中国陆地植被净初级生产力遥感估算[J].植物生态学报,2007,31(3):413-424.

[12]谢高地,张彩霞,等.基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J].自然资源学报,2015,30(8):1243-1254.

作者：金华 吴远翔 潘晓钰