基于生態(tài)適宜性分析的平原煤礦縣生態(tài)空間優(yōu)化

張 鵬，李世峰※，劉瑤瑤

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083；

2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

0 引 言

煤炭是中國的基本能源，在中國國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著極其重要的戰(zhàn)略位置[1]，煤礦城市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，不僅面臨快速的城鎮(zhèn)化導(dǎo)致城市周邊的生態(tài)空間不斷被蠶食，更需要面對(duì)煤礦開采造成了地形地貌破壞等系列問題[2]。平原礦區(qū)由于地下潛水位高，開采過程中不僅造成地面塌陷，更會(huì)致使塌陷區(qū)常年積水[3]，據(jù)估算，我國平原煤炭基地開采最終將造成沉陷面積31 813.33 km2，積水面積超過19 088 km2，煤礦塌陷地的治理受到當(dāng)?shù)卣蛯W(xué)者的關(guān)注[4]。而當(dāng)前一些煤礦城市在生態(tài)建設(shè)往往只關(guān)注塌陷區(qū)的生態(tài)修復(fù)，造成塌陷區(qū)生態(tài)修復(fù)良好，非塌陷區(qū)生態(tài)建設(shè)不良的局面[5-6]。因此，以塌陷區(qū)為核心，對(duì)區(qū)域整體的生態(tài)空間進(jìn)行合理的評(píng)判，將對(duì)平原煤礦城市開展生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，生態(tài)空間研究迅速發(fā)展，生態(tài)空間是除建設(shè)用地以外的一切自然或人工的植物群落、山林水體及具有綠色潛能的空間等系列生態(tài)用地。學(xué)者對(duì)全國[7]、省域[8]、市域[9]、縣域[10-11]、甚至社區(qū)[12]等不同尺度的生態(tài)空間進(jìn)行探討。隨著GIS 技術(shù)的不斷發(fā)展，生態(tài)適宜性分析、景觀格局分析等方法推動(dòng)著生態(tài)空間的構(gòu)建。王義方等[13]從選取生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、植被覆蓋率、距鐵路距離等共計(jì)11 個(gè)因子，對(duì)濟(jì)寧煤礦塌陷區(qū)進(jìn)行生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，將研究區(qū)分為生態(tài)核心區(qū)、生態(tài)緩沖區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)和綜合建設(shè)區(qū)等區(qū)域，為塌陷區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供指導(dǎo)。蒙吉軍等[14]通過對(duì)貴陽市景觀類型進(jìn)行評(píng)判選取生態(tài)源點(diǎn)，設(shè)置景觀阻力面運(yùn)用最小累計(jì)阻力模型，構(gòu)建生態(tài)廊道，從而構(gòu)成系統(tǒng)的、有效的、連通的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，連接生態(tài)要素，破解生境破碎化。

本研究以平原煤礦縣—山東省鄆城縣為研究對(duì)象，首先結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，構(gòu)建適宜于平原煤礦縣的生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)體系；其次在生態(tài)適宜性綜合分析的基礎(chǔ)上，引入最小累計(jì)阻力模型，不僅對(duì)研究區(qū)進(jìn)行合理的綜合生態(tài)適宜性等級(jí)分區(qū)，確保生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的綜合最大化；同時(shí)完成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間的分析，避免生態(tài)分區(qū)的割裂性。通過對(duì)不同重要性的分區(qū)結(jié)果實(shí)施不同的建設(shè)策略，并對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化建議，從而為鄆城縣的生態(tài)修復(fù)建設(shè)和生態(tài)保護(hù)建設(shè)提供方向，為平原煤礦縣域的生態(tài)空間建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

鄆城縣位于115°40′～116°08′E，北緯35°19′～35°52′N，地處山東省菏澤市東北部，北鄰梁山縣，南接巨野縣、牡丹區(qū)，東與嘉祥縣接壤，西與鄄城縣毗鄰，南北長44.4 km，東西寬35.7 km，總面積1643 km2。

鄆城縣地處黃河沖積平原，全縣地勢平坦，是魯西煤炭基地的重要組成部分，共有趙樓煤礦、郭屯煤礦、彭莊煤礦、鄆城煤礦4 個(gè)煤礦處于開采之中，是典型平原煤礦縣（圖1）。自2007 年煤礦開采以來煤炭經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，推動(dòng)著縣城鎮(zhèn)化的發(fā)展，2018年鄆城縣煤炭銷售收入達(dá)到74.38 億元，與此同時(shí)地形地貌破壞、生態(tài)空間萎縮、土地利用結(jié)構(gòu)破碎、土地塌陷積水等引發(fā)一系列的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)問題。截止2017年底，鄆城縣因采煤造成塌陷面積12 km2，其中，造成耕地絕產(chǎn)面積6.59 km2，減產(chǎn)面積5.41 km2，直接致使搬遷村莊27村、12145戶、39480人，波及104村莊居民生產(chǎn)生活，影響規(guī)模大，程度深。2018年鄆城縣為落實(shí)《菏澤市采煤塌陷地綜合治理工作實(shí)施方案》、《菏澤市人民政府關(guān)于深入推進(jìn)國土資源節(jié)約用意見》，提出向資源節(jié)約集約利用型，綠色發(fā)展生態(tài)強(qiáng)縣進(jìn)軍。構(gòu)建以煤礦塌陷區(qū)為生態(tài)修復(fù)核心，縣域系統(tǒng)性的生態(tài)空間成為鄆城縣亟待解決的問題。

圖1 鄆城縣礦區(qū)分布圖Fig.1 Yuncheng County mining area distribution map

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)如下：1）鄆城縣行政區(qū)劃、道路矢量數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.resdc.cn/）2015年中國縣域行政邊界數(shù)據(jù)；2）2018 年Landsat TM 影像衛(wèi)星數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為30 m，影像來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/) ，選擇云量為0 或接近于0 的遙感影像圖，以獲取植物覆蓋度、土地利用類型等數(shù)據(jù)；3）趙樓煤礦、郭屯煤礦、彭莊煤礦、鄆城煤礦4 大煤礦相關(guān)數(shù)據(jù)，由鄆城縣煤礦局2018年1月份統(tǒng)計(jì)提供，提取礦區(qū)拐點(diǎn)坐標(biāo)、邊界范圍、塌陷深度、塌陷面積、工礦點(diǎn)位置等，以充分分析煤礦開采對(duì)鄆城縣生態(tài)適宜度的影響。

2 研究方法

生態(tài)適宜性分析由美國麥克哈格教授（McHarg）提出[16]，是生態(tài)規(guī)劃的核心，其基于生態(tài)規(guī)劃理論[17-18]、土地節(jié)約集約利用理論、空間分析理論、景觀生態(tài)學(xué)等理論基礎(chǔ)上，從生態(tài)系統(tǒng)與人文系統(tǒng)角度對(duì)給定資源開發(fā)利用方式的適宜程度進(jìn)行評(píng)估，選擇有代表性因子進(jìn)行量化，進(jìn)而劃分適宜性等級(jí)，指導(dǎo)區(qū)域內(nèi)部自然開發(fā)利用、保護(hù)發(fā)展方向和環(huán)境功能區(qū)分化[19]。生態(tài)適宜性分析的基本步驟為：明確評(píng)價(jià)對(duì)象與范圍、選取評(píng)價(jià)指標(biāo)、量化評(píng)價(jià)指標(biāo)、賦予指標(biāo)權(quán)重、確定評(píng)價(jià)單元、GIS數(shù)據(jù)庫建立、劃分單因子和綜合生態(tài)適宜性等級(jí)[20]。其中評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與指標(biāo)權(quán)重的賦予，直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和保障性。

基于生態(tài)適宜性分析的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是選擇部分最適宜區(qū)位生態(tài)源點(diǎn)，并以生態(tài)適宜性綜合指數(shù)倒數(shù)為阻力成本，使用最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建生態(tài)廊道，以生態(tài)適宜性各等級(jí)分區(qū)作為生態(tài)基質(zhì)構(gòu)建生態(tài)空間格局。

2.1 生態(tài)適宜性分析指標(biāo)的篩選

嚴(yán)格遵循指標(biāo)選取的主導(dǎo)性和綜合性原則、針對(duì)性和對(duì)比性原則、應(yīng)用性和可行性原則，緊密結(jié)合鄆城縣的實(shí)際狀況和生態(tài)建設(shè)目標(biāo)，即綜合鄆城縣煤炭局、農(nóng)業(yè)局和生態(tài)規(guī)劃專家的意見、參考相關(guān)研究文獻(xiàn)和《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）篩選研究區(qū)生態(tài)適宜性分析指標(biāo)[21-22]。本文從自然生態(tài)、特征限制和人為干擾3個(gè)角度共計(jì)10個(gè)指標(biāo)來探究研究區(qū)的生態(tài)適宜性（圖2）。

自然生態(tài)：鄆城縣地勢平坦，坡降1/5 000～1/10 000之間，高差9.0 m，故剔除表現(xiàn)地勢特征的高程、坡度和坡向等指標(biāo)。選取植被覆蓋度、土地利用類型、生物豐度和距天然水體距離4 個(gè)因子指標(biāo)反映全縣自然生態(tài)狀況。植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，植被覆蓋度是指單位面積內(nèi)植被的垂直投影面積所占比例，是衡量地表植被覆蓋反映當(dāng)?shù)刂脖簧L狀況的重要指標(biāo)，植被覆蓋度越高，表示該區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性越高，生態(tài)適宜性越好[23]。土地利用類型反映土地用途、性質(zhì)及其分布規(guī)律，是生態(tài)建設(shè)現(xiàn)狀重要表現(xiàn)，一般而言各土地類型對(duì)生態(tài)適宜性貢獻(xiàn)是：林地＞水域＞草地＞耕地＞建設(shè)用地[24]。生態(tài)本位意識(shí)的增強(qiáng)，尤其是2006 年起國家環(huán)保局試行《規(guī)范》以來，生物豐度因子作為權(quán)重最大的指標(biāo)計(jì)算，公式（1）成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的重要一環(huán)。河流、湖泊等天然水體，具有水源涵養(yǎng)、廢物處理和生物多樣性保護(hù)等重要的生態(tài)功能，對(duì)區(qū)域生態(tài)保護(hù)局域重要意義。

式中Abio為歸一化系指數(shù)，參考值為511.264；Sf、Sg、Sw、Sc、Scon、Sn和St分別為林地、草地、水域、耕地、建設(shè)用地、未利用地及區(qū)域土地總面積。

特征限制：是區(qū)域生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)最為關(guān)鍵的制約因素，本文選用塌陷深度、沉穩(wěn)性、距采礦點(diǎn)距離、距塌陷水體距離4 個(gè)因子表現(xiàn)煤礦開采對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)適宜性的影響。煤礦開采造成塌陷是制約鄆城縣生態(tài)建設(shè)的重要因素。采礦點(diǎn)周邊堆放大量煤矸石，生產(chǎn)過程中“三廢”排放對(duì)周邊的土壤、大氣、水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。沉穩(wěn)性是地質(zhì)表現(xiàn)特征，在一定程度上影響后期的開發(fā)建設(shè)與生態(tài)建設(shè)，未沉穩(wěn)的地區(qū)是未來塌陷區(qū)的主要來源，應(yīng)著重關(guān)注。

人為干擾：選取距居民點(diǎn)距離和距道路距離2 個(gè)因子表現(xiàn)居民對(duì)鄆城縣的生態(tài)擾動(dòng)，區(qū)域距離道路和居民點(diǎn)越近，生態(tài)環(huán)境受人類干擾越大。

圖2 生態(tài)適宜性分析指標(biāo)層次Fig.2 Ecological suitability analysis index level

2.2 生態(tài)適宜性分析指標(biāo)的量化

生態(tài)適宜性分析是定量表述方法，由于各指標(biāo)的具有不同的量綱或是定性描述，不便于計(jì)算，因此需要對(duì)指標(biāo)無量化處理消除各指標(biāo)量綱的影響。參考相關(guān)文獻(xiàn)，各指標(biāo)及適宜性分值見表1。

其中植被覆蓋度和生物豐度使用線性歸一化方法，將是定性描述的因子定量化計(jì)算后將原始數(shù)據(jù)等比例縮放至[0,1]范圍內(nèi)。其計(jì)算公式為

式中Ai為歸一化數(shù)據(jù)，Xi為第i 種評(píng)價(jià)因子，Xmax為Xi的最大值，Xmin為Xi的最小值。

土地利用類型利用ArcGIS10.5 平臺(tái)上對(duì)2018 年Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、裁剪，采用監(jiān)督分類最大似然法，對(duì)遙感影像圖進(jìn)行目視解譯，其中塌陷水體、工礦用地來源于鄆城縣煤炭局CAD 文件，塌陷水域?yàn)槌Ｄ攴e水大于50 mm 的區(qū)域。距天然水體距離、距采礦點(diǎn)距離、距塌陷水體距離、距居民點(diǎn)距離，距道路距離是使用ArcGIS 中“歐式距離”工具得到等級(jí)圖層。塌陷深度和沉穩(wěn)性是將CAD 數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS 中使用“重分類”工具繪制得出。

2.3 生態(tài)適宜性分析指標(biāo)的權(quán)重

本文采用層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）對(duì)各指標(biāo)賦予權(quán)重，是目前最為常用的因子權(quán)重分析方法，通過構(gòu)建有層次化的結(jié)構(gòu)模型，各指標(biāo)兩兩比較構(gòu)建判別矩陣，得到科學(xué)有效的決策。

通過對(duì)鄆城縣煤炭局、農(nóng)業(yè)局和生態(tài)規(guī)劃專家的訪談獲取他們對(duì)各個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性的對(duì)比，構(gòu)建生態(tài)適宜性判別矩陣。使用yaahp 軟件群決策工具對(duì)判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，并計(jì)算各層次組合權(quán)重值。結(jié)果如下，判斷矩陣均滿足一致性，各指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

表1 指標(biāo)適宜性分值Table 1 Score value of suitability of evaluation index

2.4 生態(tài)適宜性分析單元?jiǎng)澐址椒?/h3>

評(píng)價(jià)單元是生態(tài)適宜性分析最基本空間單元，生態(tài)適宜性分析結(jié)果是承載于評(píng)價(jià)單元之上，其決定生態(tài)適宜性分析結(jié)果精度以及成果的應(yīng)用性。目前國內(nèi)外主要有：基于土壤類型、地貌類型圖斑等單元?jiǎng)澐?，將性質(zhì)相對(duì)均一的地塊作為評(píng)價(jià)單元；基于多因素疊加形成的同質(zhì)單元?jiǎng)澐?，將疊加后最小的公共斑塊作為評(píng)價(jià)單元；基于GIS柵格格網(wǎng)進(jìn)行劃分。本文采用第三種方法進(jìn)行劃分，采用分辨率為30 m 的柵格圖像，其優(yōu)點(diǎn)為便于表達(dá)空間連續(xù)性表達(dá)和便于評(píng)價(jià)模型的運(yùn)算。

表2 生態(tài)適宜性分析指標(biāo)權(quán)重Table 2 Ecological suitability analysis index weight

2.5 生態(tài)適宜性分析模型確定方法

本文采用麥克哈格教授（McHarg）提出生態(tài)因子疊置法，采用加權(quán)求和的方式來計(jì)算生態(tài)適宜性綜合指數(shù)，其計(jì)算公式為

式中Q 表示區(qū)域生態(tài)適宜度的評(píng)價(jià)結(jié)果；eji為區(qū)內(nèi)第j個(gè)生態(tài)因子在評(píng)價(jià)第i個(gè)指標(biāo)的適宜度值；wji為因子j對(duì)于指標(biāo)i的權(quán)重；ui為指標(biāo)i在適宜度總體評(píng)價(jià)中的權(quán)重。

2.6 生態(tài)適宜性等級(jí)劃分

生態(tài)適宜性的等級(jí)劃分，是將生態(tài)適宜性指數(shù)按照自然斷點(diǎn)法，參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上將研究區(qū)分為五個(gè)等級(jí)分區(qū)，分別為最不適宜區(qū)、不適宜區(qū)、勉強(qiáng)適宜區(qū)、適宜區(qū)、最適宜區(qū)，以指導(dǎo)研究區(qū)的生態(tài)建設(shè)。具體分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 生態(tài)適宜性分區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 standard for ecological suitability division

2.7 MCR模型分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間

最小累計(jì)阻力模型（minimal cumulative resistance，MCR），最初常用于動(dòng)物生境保護(hù)等生態(tài)領(lǐng)域[25]，引入我國后廣泛應(yīng)用于景觀格局分析[26]。本文借助MCR模型，以生態(tài)適宜性綜合指數(shù)倒數(shù)為生態(tài)阻力面，模擬生態(tài)最適宜區(qū)之間的最短路徑，構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間。

式中MCR 為最小累積阻力；f是一未知負(fù)函數(shù)，為最小累積阻力與生態(tài)適宜性的負(fù)相關(guān)關(guān)系；min 為某單元對(duì)不同源取累積阻力最小值；Dij為從源j 到源i 的空間距離；Ri為源i對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的阻力系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)適宜性綜合分區(qū)

根據(jù)各指標(biāo)的等級(jí)分區(qū)與指標(biāo)權(quán)重，利用Arc-GIS10.5軟件“柵格計(jì)算器”進(jìn)行疊加分析，計(jì)算得到鄆城縣生態(tài)適宜性綜合指數(shù)得分，區(qū)域生態(tài)適宜度綜合分值在1.66～4.88之間，平均值為3.19。從圖3中可以看出，生態(tài)適宜性較高的區(qū)域集中于縣域北側(cè)黃河周邊，依次向南部遞減；生態(tài)適宜性較低的區(qū)域，集中于城鎮(zhèn)建設(shè)用地，塌陷水域和塌陷深度較深的地域，并向周邊遞增。整體分布趨勢與縣域現(xiàn)狀相符。

圖3 研究區(qū)生態(tài)適宜性指數(shù)Fig.3 Ecological suitability index of study area

結(jié)合生態(tài)適宜的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各等級(jí)面積（表4）。導(dǎo)入鄉(xiāng)鎮(zhèn)矢量邊界文件，將生態(tài)適宜性分區(qū)結(jié)果細(xì)化到鄆城縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（圖4）。

1）最不適宜區(qū)：面積90.66 km2，占據(jù)全縣5.52%，主要位于鄆城縣中東部和南部。生態(tài)最不適宜區(qū)主要集中在鄆州街19.60%、南趙樓鎮(zhèn)19.05%、張營鎮(zhèn)16.89%、丁里長鎮(zhèn)10.86%、郭屯鎮(zhèn)7.17%和潘渡鎮(zhèn)5.86%，6 鎮(zhèn)生態(tài)最不適宜區(qū)面積共計(jì)74.05 km2，占據(jù)最不適宜區(qū)面積的81.68%。結(jié)合土地利用分析可以發(fā)現(xiàn)，鄆州街是鄆城縣城所在地，城鎮(zhèn)化建設(shè)高、人口密度大、道路密集是生態(tài)不適宜度高的主要原因，生態(tài)最不適宜面積占據(jù)自身面積28.29%。其余5鎮(zhèn)生態(tài)最不適宜面積偏高的原因主要是塌陷水域和塌陷面積的存在。南趙樓鎮(zhèn)和張營鎮(zhèn)最不適宜分區(qū)面積均超過了10 km2，僅次于鄆州街，面積分別為17.27 km2和15.31 km2，其中南趙樓鎮(zhèn)最不適宜區(qū)面積占據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積的29.84%，生態(tài)環(huán)境狀況極為嚴(yán)峻。

2）不適宜區(qū)：面積247.99 km2，比重16.73%，多位于最不適宜區(qū)與勉強(qiáng)適宜區(qū)的過渡地帶，呈“T”字狀主要分布在潘渡鎮(zhèn)12.71%、張營鎮(zhèn)12.20%、鄆州街11.39%、南趙樓鎮(zhèn)10.80%、楊莊集9.81%、唐廟鎮(zhèn)8.83%、唐塔街8.29%。這些區(qū)域受城鎮(zhèn)化建設(shè)和煤礦開采的雙重影響，生態(tài)環(huán)境處于不適宜狀態(tài)。

3）勉強(qiáng)適宜區(qū)：面積643.42 km2，比重39.15%，面積比重最大，分布最廣。整體呈現(xiàn)片狀分布在全縣各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其中比重稍重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為黃安鎮(zhèn)7.90%、楊莊集7.33%、隨官屯7.29%、程屯鎮(zhèn)6.87%、武安鎮(zhèn)6.54%、雙橋鎮(zhèn)6.45%。

4）適宜區(qū)：面積530.64 km2，比重32.29%，僅次于勉強(qiáng)適宜區(qū)。呈團(tuán)塊狀集中在鄆城縣西北部區(qū)域，李集鄉(xiāng)、侯咽集、玉皇廟、武安鎮(zhèn)、張魯集、黃集鄉(xiāng)生態(tài)適宜區(qū)面積比重均超過鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積的50%。此區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)面積較少，多為耕地。

5）最適宜區(qū)：面積103.66 km2，比重6.31%，呈斑塊狀鑲嵌在適宜區(qū)之中，集中分布在玉皇廟鎮(zhèn)、侯咽集鎮(zhèn)、李集鄉(xiāng)、黃集鄉(xiāng)、張魯集鄉(xiāng)，5 鎮(zhèn)生態(tài)最適宜區(qū)面積共計(jì)77.67 km2，占據(jù)最適宜區(qū)面積比重的74.93%。其中玉皇廟鎮(zhèn)生態(tài)適宜區(qū)面積最大17.91 km2，占據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積19.91%，其北與侯咽集鎮(zhèn)，南與水堡鄉(xiāng)，構(gòu)成較為集中的生態(tài)最適宜區(qū)條帶。

表4 生態(tài)適宜性分區(qū)面積及比重Table 4 Area and proportion of ecological suitability division

3.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

研究區(qū)的生態(tài)源點(diǎn)選擇原則為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最適宜區(qū)斑塊面積最大為生態(tài)源點(diǎn)，共選取生態(tài)源點(diǎn)14處。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行生態(tài)廊道的識(shí)別，通過鄆城縣生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)的倒數(shù)構(gòu)成生態(tài)復(fù)合阻力面，生成每個(gè)生態(tài)源點(diǎn)與其他生態(tài)源點(diǎn)的最短成本路徑并疊加，共計(jì)43 條，與生態(tài)適宜性等級(jí)分區(qū)構(gòu)建了鄆城縣生態(tài)空間格局如圖5所示。

鄆城縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)特征“點(diǎn)—線—面”框架初現(xiàn)，基本實(shí)現(xiàn)全縣連通，但分布不均勻，主要集中于西北部區(qū)域，南部和中部相對(duì)欠缺，南北連通優(yōu)于東西連通。由于生態(tài)源點(diǎn)的呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)分布，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的疏密也不均。其中唐塔街道和楊莊集鎮(zhèn)的生態(tài)源點(diǎn)壓力極大，其面積小，但卻是溝通中部東西向，北部南北向的極其重要的廊道，一旦無新的生態(tài)源地補(bǔ)充或自身消失，那么鄆城縣的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)受到嚴(yán)重的損害。當(dāng)前不均勻的網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，不利于提升縣域的生態(tài)水平。

圖4 研究區(qū)生態(tài)適宜性分區(qū)Fig.4 Ecological suitability division of study area

圖5 研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.5 Ecological network structure of study area

3.3 生態(tài)空間優(yōu)化措施

通過生態(tài)適宜性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析，可以看出由于礦區(qū)塌陷帶來的系列問題致使鄆城縣東西部生態(tài)適宜性、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間密集度差距較大，中部生態(tài)斑塊缺失，東西連通不佳。當(dāng)前鄆城縣應(yīng)以最不適宜區(qū)的生態(tài)修復(fù)和最適宜區(qū)的保護(hù)和拓展為主導(dǎo)，通過對(duì)不同等級(jí)分區(qū)針對(duì)性的生態(tài)工程建設(shè)和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)“點(diǎn)—線—面”的優(yōu)化，從而打造層次豐富、功能多樣的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)化生態(tài)支撐體系，改進(jìn)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，完成向煤礦生態(tài)縣的轉(zhuǎn)型。

3.3.1 生態(tài)適宜性分區(qū)優(yōu)化

1）最不適宜區(qū)—生態(tài)修復(fù)核心區(qū)

最不適宜區(qū)應(yīng)作為鄆城縣生態(tài)修復(fù)核心區(qū)域，是當(dāng)前生態(tài)修復(fù)工程投資建設(shè)的前沿區(qū)域。除城區(qū)外，主要由塌陷水域、塌陷程度較深的區(qū)域組成。研究區(qū)地處黃河沖擊平原，地下水位高，土壤以潮土為主，含水量接近飽和狀態(tài)，當(dāng)前大面積的常年性積水區(qū)和從四周向中心逐級(jí)加深地勢等條件為人工濕地的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)條件。鄆城縣應(yīng)以張營鎮(zhèn)、南趙樓的人工濕地工程為先導(dǎo)，打造以兩鎮(zhèn)為生態(tài)修復(fù)中心，以丁里長鎮(zhèn)、郭屯鎮(zhèn)、潘渡鎮(zhèn)塌陷積水區(qū)域治理為后續(xù)，構(gòu)建人工濕地走廊。通土壤、植物、動(dòng)物、水域、微生物的協(xié)調(diào)作用[27]，對(duì)塌陷區(qū)水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行凈化治理[28]，不僅變劣勢為優(yōu)勢，更可以成為重要的生態(tài)源地，使得縣域東部區(qū)域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間密集型增大；而且可以發(fā)展如濕地旅游、濕地農(nóng)業(yè)、濕地漁業(yè)等多種形式的生態(tài)產(chǎn)業(yè)，增加農(nóng)民收入。

2）不適宜區(qū)—生態(tài)修復(fù)過渡區(qū)

不適宜區(qū)應(yīng)作為鄆城縣生態(tài)修復(fù)過渡區(qū)域，是生態(tài)修復(fù)工程關(guān)注的重點(diǎn)。主要由距離塌陷區(qū)域較近城鎮(zhèn)化水平較高區(qū)域組成。其一應(yīng)連同城區(qū)，通過公共綠地、道路綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地、居住區(qū)綠地等多種形式造林種草增加城鎮(zhèn)居民游憩空間的同時(shí)增加中部城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)域生態(tài)斑塊，以提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性；其二做好防災(zāi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，避免煤礦開采造成新塌陷區(qū)大面積的形成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成劇烈影響。

3）勉強(qiáng)適宜區(qū)—生態(tài)綜合建設(shè)區(qū)

勉強(qiáng)適宜區(qū)應(yīng)作為鄆城縣生態(tài)綜合建設(shè)區(qū)域，當(dāng)前該區(qū)域整體城鎮(zhèn)化建設(shè)不高，也是鄆城縣城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中的理想拓展區(qū)域。在建設(shè)規(guī)劃過程中應(yīng)以生態(tài)化、集約化為建設(shè)原則，避免城鎮(zhèn)建設(shè)散亂對(duì)生態(tài)用地的蠶食。

4）適宜區(qū)—生態(tài)保護(hù)緩沖區(qū)

適宜區(qū)應(yīng)作為鄆城縣生態(tài)保護(hù)緩沖區(qū)域，其主要是由距離最適宜區(qū)較近的耕地組成。應(yīng)當(dāng)保持現(xiàn)有的良好的農(nóng)田生態(tài)景觀穩(wěn)定性和耕地?cái)?shù)量，改善土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和糧食生產(chǎn)安全。以綠色化、有機(jī)化為生產(chǎn)過程技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，由農(nóng)業(yè)大縣向生態(tài)農(nóng)業(yè)強(qiáng)縣邁進(jìn)，尤其是對(duì)靠近生態(tài)最適宜區(qū)的區(qū)域應(yīng)著重進(jìn)行生態(tài)改造以起到對(duì)核心區(qū)的生態(tài)緩沖作用。

5）最適宜區(qū)—生態(tài)保護(hù)核心區(qū)

最適宜區(qū)應(yīng)作為鄆城縣生態(tài)保護(hù)核心區(qū)域，大面積集中于臨近北部黃河區(qū)域，天然水體、草地較為集中，生態(tài)系統(tǒng)較其他區(qū)域復(fù)雜，生物豐度較高，受人類活動(dòng)干擾相對(duì)較小。但近年來，由于耕地開墾，黃河沿岸草地退化嚴(yán)重，林地面積逐漸減少，這也是鄆城縣景觀格局多樣性無法提高、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度不強(qiáng)的重要原因29]。最適宜區(qū)應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)，以涵養(yǎng)水源、生物多樣性保護(hù)為主，嚴(yán)格禁止產(chǎn)生嚴(yán)重污染環(huán)境工程建設(shè)；同時(shí)打造生態(tài)河道，尤其是構(gòu)建黃河水域生態(tài)帶，形成水—草—林相互協(xié)調(diào)的更為復(fù)雜穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

3.3.2 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1）點(diǎn)：重點(diǎn)保護(hù)生態(tài)源地、強(qiáng)化生態(tài)小斑塊建設(shè)

生態(tài)源地是研究區(qū)的生態(tài)核心，應(yīng)不斷提高生態(tài)源地的生態(tài)功能。增加對(duì)玉皇廟鎮(zhèn)、侯咽集鎮(zhèn)、李集鄉(xiāng)、黃集鄉(xiāng)、張魯集鄉(xiāng)和水堡鄉(xiāng)的生態(tài)源地保護(hù)力度，6 鎮(zhèn)在鄆城縣占據(jù)著重要的生態(tài)位置，尤其是李集鄉(xiāng)應(yīng)該發(fā)揮極核作用，成為生態(tài)安全格局的核心地和示范地；拓展唐塔街道和楊莊集鎮(zhèn)生態(tài)源地的面積，緩解生態(tài)源地壓力；通過對(duì)張營鎮(zhèn)、南趙樓、丁里長鎮(zhèn)、郭屯鎮(zhèn)、潘渡鎮(zhèn)的生態(tài)修復(fù)治理增加生態(tài)源地?cái)?shù)量，提高中東部區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

2）線：設(shè)置生態(tài)廊道緩沖區(qū)

當(dāng)前鄆城東部、南部區(qū)域生態(tài)廊道缺少復(fù)雜性和連通性，極易收到損害造成生態(tài)廊道的斷裂。為提高縣域生態(tài)空間的整體連通性，建議對(duì)北部區(qū)域的廊道設(shè)置生態(tài)緩沖區(qū)，南部東部區(qū)域廊道進(jìn)行改造增加起墊腳石作用的生態(tài)小斑塊，從而提升廊道之間的聯(lián)系和周邊區(qū)域的交互作用，增加廊道穩(wěn)定性；中部區(qū)域生態(tài)廊道較少，在整體規(guī)劃的過程中可以先構(gòu)建小生態(tài)斑塊，形成“點(diǎn)”基礎(chǔ)。通過對(duì)現(xiàn)有廊道資料分析，對(duì)生態(tài)廊道設(shè)置1000米左右的生態(tài)廊道寬度[30-31]，嚴(yán)禁城鎮(zhèn)化建設(shè)對(duì)生態(tài)廊道的破壞。

3）面：全面優(yōu)化生態(tài)基質(zhì)

鄆城縣生態(tài)提升的關(guān)鍵是生態(tài)最不適宜區(qū)的修復(fù)和生態(tài)適宜區(qū)的保護(hù)，通過對(duì)各個(gè)生態(tài)適宜分區(qū)的生態(tài)建設(shè)，如通過人工濕地建設(shè)、綠地工程建設(shè)、生態(tài)河道系統(tǒng)全面的提升生態(tài)要素的質(zhì)量，為生態(tài)空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與討論

煤礦區(qū)塌陷為難點(diǎn)的生態(tài)問題已成為制約平原煤礦地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。本文在生態(tài)適宜性分析的基礎(chǔ)上引入最小累計(jì)阻力模型，通過生態(tài)分區(qū)與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化縣域生態(tài)空間。主要結(jié)論如下：

1）從自然生態(tài)、特征限制、人為干擾3個(gè)角度選取10個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建平原煤礦地區(qū)生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)體系，將研究區(qū)分為最不適宜區(qū)、不適宜區(qū)、勉強(qiáng)適宜區(qū)、適宜區(qū)、和最適宜區(qū)5 個(gè)分區(qū)，有助于對(duì)縣域生態(tài)本地把握。當(dāng)前各分區(qū)面積呈現(xiàn)正態(tài)分布但分布不均勻，最適宜區(qū)集中于縣域北側(cè)，最不適宜區(qū)集中于中南部的塌陷水域和塌陷深度較深的地區(qū)。

2）利用選取各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大生態(tài)最適宜性斑塊為生態(tài)源點(diǎn)，以生態(tài)適宜性綜合指數(shù)倒數(shù)為生態(tài)成本，最小累計(jì)阻力模型計(jì)算鄆城縣生態(tài)廊道，構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。目前生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分布主要集中于西北部區(qū)域，南部和中部相對(duì)欠缺，南北連通優(yōu)于東西連通。

3）針對(duì)鄆城縣生態(tài)現(xiàn)狀，文章提出應(yīng)以最不適宜區(qū)為生態(tài)修復(fù)核心，最適宜區(qū)為生態(tài)保護(hù)核心，通過人工濕地建設(shè)、綠地工程建設(shè)、生態(tài)河道建設(shè)等生態(tài)措施對(duì)各等級(jí)分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化；通過對(duì)生態(tài)源地的保護(hù)和小生態(tài)斑塊建設(shè)，生態(tài)廊道緩沖區(qū)建設(shè)，生態(tài)基質(zhì)分區(qū)優(yōu)化等措施提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從而為區(qū)域的生態(tài)空間優(yōu)化提供依據(jù)。

生態(tài)空間是各種生態(tài)過程以及人類活動(dòng)在不同尺度上作用的結(jié)果。本文只對(duì)2018 年的縣域的生態(tài)適宜性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行判別，是一種靜態(tài)分析。不同尺度、多時(shí)期動(dòng)態(tài)分析將會(huì)是下一步工作的重點(diǎn)。