山西省煤礦區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

霍海鷹，任書(shū)樣，彭可平，侯 瑋

(1.河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.中煤平朔集團(tuán)有限公司井工一礦，山西 朔州 036006；3.河北工程大學(xué) 礦業(yè)與測(cè)繪工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

煤炭資源的開(kāi)采對(duì)周邊環(huán)境造成的影響日益引起人們的關(guān)注[1]。當(dāng)前，我國(guó)積極推進(jìn)“碳中和”“碳達(dá)峰”等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，習(xí)近平總書(shū)記也在2020年兩會(huì)期間提出“持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略定力”[2]的重要指示。此外自然資源部發(fā)布的《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃(2021—2035年)》，提出加速礦山生態(tài)修復(fù)工作的要求[3]，因此對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)指導(dǎo)生態(tài)修復(fù)工作有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

生態(tài)評(píng)價(jià)包括地形、土壤、植被類(lèi)型等多方面，即以生態(tài)學(xué)相關(guān)概念與方法為基礎(chǔ)對(duì)礦區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，主要可分為三類(lèi)，首先，生態(tài)敏感性能夠評(píng)估生態(tài)環(huán)境的敏感程度，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提[5]。其次，生態(tài)源地能夠識(shí)別具有重要生態(tài)功能和價(jià)值的區(qū)域，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供重要支持[6]。最后，生態(tài)安全格局評(píng)價(jià)可以綜合評(píng)估系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)、生物多樣性、景觀格局等因素，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[7]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)評(píng)價(jià)積極開(kāi)展了相關(guān)研究，苗譯偉[8]等人對(duì)山西省三個(gè)露天煤礦的土壤污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出了邊開(kāi)發(fā)邊修復(fù)的生態(tài)規(guī)劃策略；胡振琪[9]等人分析了山西省大同市煤礦的土壤有機(jī)物含量，提出了提高生物多樣性的生態(tài)修復(fù)方案；李思佳[10]等人對(duì)山西省北部礦區(qū)的植被指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了礦區(qū)活動(dòng)對(duì)植被的影響；吳樹(shù)榮[11]等人對(duì)特定煤礦區(qū)的土地利用類(lèi)型和影響因子分析了其異質(zhì)性和遷移性；王行風(fēng)[12]等人對(duì)山西省潞安礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)累積效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)前針對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀的研究主要集中在單個(gè)或者多個(gè)煤礦區(qū)，從宏觀角度出發(fā)的研究較少，對(duì)未來(lái)煤礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作缺乏統(tǒng)一指導(dǎo)。本文以山西省為例，對(duì)當(dāng)前生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，以期為山西省煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和修復(fù)提供理論依據(jù)，為政府和企業(yè)后續(xù)開(kāi)展生態(tài)修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域概況

山西省位于中國(guó)中部地區(qū)，地處中緯度內(nèi)陸的高原地帶，西部與陜西以黃河為界，東南以太行山與河南、河北隔山相望，北部與北京、天津以及內(nèi)蒙古毗鄰，總體面積約為15.67萬(wàn)km2。截至目前，山西省是中國(guó)煤炭資源最豐富的地區(qū)之一，煤炭資源儲(chǔ)量占中國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的1/3以上[13]。作為中國(guó)主要煤炭生產(chǎn)和供應(yīng)地區(qū)，其產(chǎn)出的煤炭質(zhì)量較高，同時(shí)外銷(xiāo)的價(jià)格較低，為國(guó)內(nèi)眾多地區(qū)提供了長(zhǎng)時(shí)間的能源供應(yīng)。但隨著煤炭開(kāi)采工作的進(jìn)行，山西省環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重[14]。當(dāng)前山西省政府逐步開(kāi)始推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，大力發(fā)展清潔能源以及新能源產(chǎn)業(yè)，同時(shí)積極開(kāi)展煤礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)工作，已經(jīng)逐步向綠色、可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)[15]。

2 數(shù)據(jù)獲取及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

2.1.1 山西省煤礦區(qū)數(shù)據(jù)獲取

山西省內(nèi)煤礦區(qū)較多，本研究以獲取興趣點(diǎn)(POI)代表煤礦區(qū)的位置分布。利用JAVA爬蟲(chóng)程序，通過(guò)高德地圖控制臺(tái)創(chuàng)建新應(yīng)用獲取Key，以“礦產(chǎn)公司”為關(guān)鍵詞獲取山西省煤礦POI點(diǎn)的分布情況，共獲取到865條數(shù)據(jù)，包括煤礦區(qū)的經(jīng)緯度以及所在省市縣的詳細(xì)地址。由于獲取到的數(shù)據(jù)存在非本次的研究對(duì)象，不能代表煤礦開(kāi)采的地點(diǎn)，因此經(jīng)過(guò)篩選后共保留788條數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 山西省煤礦區(qū)分布Fig.1 Distribution of coal mine area in Shanxi Province

據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤礦點(diǎn)個(gè)數(shù)從大到小依次為晉中市、呂梁市、臨汾市、長(zhǎng)治市、朔州市、忻州市、晉城市、大同市、太原市、陽(yáng)泉市、運(yùn)城市，占比分別為17.64%、16.88%、12.44%、12.31%、8.25%、7.36%、6.98%、6.47%、5.08%、4.44%、2.16%。

2.1.2 山西省土壤數(shù)據(jù)獲取

土壤性質(zhì)對(duì)生態(tài)修復(fù)工作至關(guān)重要，不同的土質(zhì)會(huì)影響生態(tài)修復(fù)工作的難度，例如高山土、鹽堿土等土質(zhì)在進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工作時(shí)需要投入更多的人力和物力[16]。本研究在中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站獲取全國(guó)土壤數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到GIS中經(jīng)裁剪后獲取到山西省的土壤數(shù)據(jù)，并利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行重分類(lèi)，如圖2所示。

圖2 山西省土壤類(lèi)型分布Fig.2 Distribution of soil types in Shanxi Province

2.1.3 山西省高程數(shù)據(jù)獲取

高程數(shù)據(jù)用于本次研究中對(duì)于煤礦區(qū)生態(tài)敏感性分析以及后續(xù)生態(tài)阻力面識(shí)別和生態(tài)安全格局評(píng)價(jià)使用。通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站進(jìn)行下載，該數(shù)據(jù)是美國(guó)NASA和日本METI聯(lián)合發(fā)布的ASTER GDEMV2的30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，由新一代對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星TERRA衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果完成。時(shí)間為2020年，將下載后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GIS中進(jìn)行拼接和裁剪后如圖3所示。數(shù)據(jù)顯示，最低值為201 m，最高值為3072 m。

圖3 山西省高程分布Fig.3 Elevation distribution in Shanxi Province

2.1.4 山西省植被指數(shù)數(shù)據(jù)獲取

植被指數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)NDVI)數(shù)據(jù)能夠表達(dá)出植被覆蓋率以及植物的生長(zhǎng)狀況，常用來(lái)作為植被宏觀監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)[17]。本次數(shù)據(jù)通過(guò)LAADS DAAC網(wǎng)站進(jìn)行下載，數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA的TERRA衛(wèi)星，其植被指數(shù)分辨率為250 m。將下載后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MRT軟件進(jìn)行預(yù)處理，處理后導(dǎo)入到GIS中進(jìn)行裁剪，如圖4所示。

圖4 山西省NDVI數(shù)據(jù)Fig.4 NDVI data of Shanxi Province

2.1.5 山西省土地利用數(shù)據(jù)獲取

土地利用數(shù)據(jù)是國(guó)土空間規(guī)劃的基礎(chǔ)，能夠反映出當(dāng)前研究地的土地利用現(xiàn)狀[18]。本次數(shù)據(jù)從GlobeLand30網(wǎng)站下載，該數(shù)據(jù)是自然資源部向社會(huì)發(fā)布的全球地表覆蓋數(shù)據(jù)，發(fā)布時(shí)間為2020年，精度為30 m。土地利用類(lèi)型包括耕地、林地、灌木、草地等共9種，如圖5所示。

圖5 山西省土地利用數(shù)據(jù)Fig.5 Land use data of Shanxi Province

2.2 研究方法

針對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，利用ArcGIS軟件進(jìn)行疊置分析、緩沖區(qū)相交分析、形態(tài)空間格局分析(簡(jiǎn)稱(chēng)MSPA)和最小累計(jì)阻力模型分析(簡(jiǎn)稱(chēng)MCR)，運(yùn)用AHP層次分析法確定因子權(quán)重，重分類(lèi)以及自然斷點(diǎn)法對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)重新分級(jí)。

2.2.1 空間分析方法

簡(jiǎn)單的空間分析包括疊置分析以及緩沖區(qū)相交分析。疊置分析是指將獲取到的不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)在空間上疊加后進(jìn)行綜合分析；緩沖區(qū)相交分析是以某一興趣點(diǎn)(POI)為中心，通過(guò)構(gòu)建不同距離的緩沖圓形區(qū)域，從而對(duì)興趣點(diǎn)(POI)影響的范圍與其他類(lèi)型數(shù)據(jù)相交后的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

復(fù)雜的空間分析包括MSPA分析和MCR分析。這兩者能夠識(shí)別研究區(qū)域的生態(tài)源地，構(gòu)建生態(tài)安全格局，為生態(tài)修復(fù)工作提供有力的依據(jù)和支撐。MSPA基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別后，對(duì)二值柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而能夠選出與礦區(qū)周邊連接都較高的生態(tài)源地，具有需求數(shù)據(jù)量較少、處理數(shù)據(jù)清晰簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)模型較為準(zhǔn)確等特點(diǎn)[19]。MSPA分析方法需要將土地利用數(shù)據(jù)分為前景和背景兩類(lèi)，前景數(shù)據(jù)包括核心區(qū)(Core)、孤島(Islet)、孔隙(Perforation)、邊緣區(qū)(Edge)、連接橋(Bridge)、環(huán)島(Loop)、以及支線(Branch)7類(lèi)景觀類(lèi)型[20]。

MCR模型是基于MSPA分析得出的生態(tài)源地從而進(jìn)一步確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部的最小累計(jì)阻力[21]。該方法是指某一點(diǎn)到目標(biāo)區(qū)域過(guò)程中所需要克服的總生態(tài)阻力模型。在分析的過(guò)程中，阻力越大，代表該點(diǎn)距離生態(tài)源地越遠(yuǎn)；阻力越小，代表該點(diǎn)距離生態(tài)源地越近。該模型從源地、距離以及阻力三個(gè)方面出發(fā)，能夠反映出物種運(yùn)動(dòng)的方向，體現(xiàn)了源地與源地之間的相互聯(lián)系。具體計(jì)算方法見(jiàn)式(1)。

2.2.2 量化分析方法

量化分析方法包括AHP層次分析法、重分類(lèi)以及自然斷點(diǎn)法。其中AHP層次分析法多用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量分析，確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。重分類(lèi)和自然斷點(diǎn)法在ArcGIS軟件的工具箱中進(jìn)行，重分類(lèi)主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類(lèi)，自然斷點(diǎn)法在確定分組個(gè)數(shù)的前提條件下，通過(guò)對(duì)分組與分組之間的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)進(jìn)行比較，從而使所得到的類(lèi)別中的平方差之和最小。

3 生態(tài)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

本次研究從煤礦區(qū)生態(tài)敏感性、生態(tài)源地以及生態(tài)安全格局三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[22]，通過(guò)量化分析，以期獲得山西省煤礦區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀。

3.1 煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)敏感性

生態(tài)系統(tǒng)敏感性受多方面的影響，僅憑單個(gè)因子或者幾個(gè)因子很難準(zhǔn)確反映出目標(biāo)地塊的生態(tài)系統(tǒng)敏感性。因此本研究選擇具有主導(dǎo)性和代表性的因子作為生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析的主要因子。結(jié)合吳金華[23]、陸藝杰[24]、楊志峰[25]、尹海偉[26]等的研究成果，最終選取坡度、坡向、高程、植被指數(shù)(NDVI)以及土地利用作為生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析的五個(gè)因子，通過(guò)自然斷點(diǎn)法以及上述研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)不同因子進(jìn)行分類(lèi)，將生態(tài)系統(tǒng)敏感性分為非敏感、低敏感、中敏感、高敏感以及極高敏感五個(gè)等級(jí)，具體分類(lèi)、敏感性等級(jí)以及在GIS中對(duì)各等級(jí)賦值見(jiàn)表1。

表1 生態(tài)因子敏感性等級(jí)劃分Table 1 Classification of sensitivity of ecological factors

將獲取到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中，對(duì)五個(gè)因子進(jìn)行重分類(lèi)，對(duì)重分類(lèi)后的五個(gè)因子采用AHP層次分析法計(jì)算權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。利用ArcToolbox中柵格計(jì)算器對(duì)五類(lèi)因子計(jì)算后得到如圖6所示。

表2 因子權(quán)重選取Table 2 Factor weight selection

圖6 山西省生態(tài)系統(tǒng)敏感性Fig.6 Ecosystem sensitivity in Shanxi Province

將山西省煤礦區(qū)POI點(diǎn)與生態(tài)系統(tǒng)敏感性通過(guò)ArcGIS屬性相連接，導(dǎo)出屬性表后，數(shù)據(jù)整理如圖8所示。位于生態(tài)極高敏感地區(qū)的煤礦共有7處，占比0.89%，其中主要集中在長(zhǎng)治市(共3處)，臨汾市(共2處)，晉中市(共1處)以及晉城市(共1處)；位于生態(tài)高敏感地區(qū)的煤礦共有38處，占比4.82%，其中主要集中在臨汾市(共15處)，晉中市(共7處)，忻州市(共4處)以及呂梁市(共4處)；位于生態(tài)中敏感地區(qū)的煤礦共有117處，占比14.85%，其中主要集中在晉中市(共25處)，呂梁市(共19處)，忻州市(共16處)以及臨汾市(共14處)。

綜上所述，有79.44%的煤礦區(qū)位于生態(tài)非敏感以及低敏感地區(qū)，僅有5.71%的煤礦區(qū)位于高敏感和極高敏感地區(qū)，這些煤礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)的工作迫切性較高，需盡快開(kāi)展生態(tài)修復(fù)工作從而保護(hù)周邊環(huán)境。

3.2 煤礦區(qū)生態(tài)源地

3.2.1 生態(tài)源地識(shí)別

生態(tài)源地是生態(tài)修復(fù)工作中的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，對(duì)生態(tài)安全綠色發(fā)展具有重要的意義。本研究根據(jù)MSPA分析方法對(duì)山西省行政區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行源地識(shí)別。在本研究中前景數(shù)據(jù)主要包括林地、草地、灌木、水體以及濕地五類(lèi)用地，通過(guò)ArcGIS軟件的重分類(lèi)工具將用地類(lèi)型重分類(lèi)為前景和背景兩類(lèi)數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入到GTB-3.0軟件中進(jìn)行MSPA分析，分析結(jié)果通過(guò)ArcGIS可視化后如圖7所示。

圖7 MSPA生態(tài)源地識(shí)別Fig.7 MSPA ecological source identification

本研究選取核心區(qū)中面積大于10 km2的土地斑塊作為山西省生態(tài)源地，結(jié)果如圖8所示，后續(xù)基于此范圍對(duì)生態(tài)源地現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖8 山西省生態(tài)源地Fig.8 Ecological source of Shanxi Province

各市生態(tài)源地分布存在較大的區(qū)別，通過(guò)ArcGIS空間連接后，對(duì)山西省不同市的生態(tài)源地面積統(tǒng)計(jì)如圖9所示。其中各市生態(tài)源地面積較大的為忻州市、呂梁市以及晉中市，分別為1.25萬(wàn)km2、0.82萬(wàn)km2、0.79萬(wàn)km2，占比分別為20.59%、13.60%、13.01%；生態(tài)源地面積較小的為朔州市、陽(yáng)泉市以及運(yùn)城市，分別為0.19萬(wàn)km2、0.24萬(wàn)km2、0.32萬(wàn)km2，占比為3.13%、3.89%、5.27%。

圖9 山西省各市生態(tài)源地面積Fig.9 Ecological source area of Shanxi Province

3.2.2 煤礦區(qū)影響生態(tài)源地范圍

煤礦區(qū)影響生態(tài)源地的范圍可以作為判斷煤礦區(qū)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞的程度，當(dāng)影響面積越大時(shí)，破壞程度越高，因此能夠作為判斷生態(tài)現(xiàn)狀的依據(jù)[27]。本研究通過(guò)對(duì)煤礦點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，可以得到不同影響范圍下生態(tài)源地受影響的面積。

針對(duì)山西省內(nèi)煤礦區(qū)眾多，情況復(fù)雜，不同大小的礦區(qū)對(duì)其周?chē)h(huán)境的影響程度不同，因此本文選取5、10、20 km作為多層緩沖區(qū)，對(duì)其影響范圍如圖10所示。

圖10 煤礦區(qū)影響生態(tài)源地范圍Fig.10 Coal mining area affects the ecological source area

為了進(jìn)一步量化山西省各煤礦區(qū)對(duì)生態(tài)源地影響的面積，將多環(huán)緩沖區(qū)與生態(tài)源地相交，相交區(qū)域與山西省行政區(qū)進(jìn)行空間連接，得到各市生態(tài)源地受煤礦區(qū)影響面積的大小。在20 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)，煤礦區(qū)對(duì)生態(tài)源地影響面積較大的為忻州市、呂梁市、臨汾市、晉中市以及長(zhǎng)治市，影響面積分別為0.55萬(wàn)km2、0.3萬(wàn)km2、0.26萬(wàn)km2、0.25萬(wàn)km2、0.2萬(wàn)km2，占比分別為23.94%、13.11%、11.17%、10.72%、8.77%，這些城市生態(tài)源地受煤礦區(qū)的影響范圍較大，生態(tài)修復(fù)工作之后可以得到較高收益；受影響面積較小的為陽(yáng)泉市、朔州市、太原市、運(yùn)城市、晉城市、大同市，影響面積分別為0.06萬(wàn)km2、0.08萬(wàn)km2、0.13萬(wàn)km2、0.13萬(wàn)km2、0.14萬(wàn)km2、0.19萬(wàn)km2，占比分別為2.80%、3.49%、5.54%、5.76%、6.30%、8.40%，這些城市受影響范圍較小，在后續(xù)生態(tài)修復(fù)工作中可恢復(fù)面積小，生態(tài)服務(wù)的價(jià)值增加小。在10 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)，煤礦區(qū)對(duì)生態(tài)源地影響面積較大的為忻州市、晉中市、臨汾市、呂梁市，影響面積分別為0.27萬(wàn)km2、0.15萬(wàn)km2、0.13萬(wàn)km2、0.128萬(wàn)km2，占比為24.63%、13.72%、12.33%、11.82%，這些城市在后續(xù)需要修復(fù)大量的生態(tài)源地，以減少煤礦區(qū)的影響；受影響面積較小的為陽(yáng)泉市、運(yùn)城市、朔州市，影響面積分別為0.026萬(wàn)km2、0.032萬(wàn)km2、0.033萬(wàn)km2，占比為2.64%、3.04%、3.08%。在5 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)，煤礦區(qū)對(duì)生態(tài)源地影響面積較大的為忻州市、臨汾市、晉中市，影響面積分別為0.12萬(wàn)km2、0.09萬(wàn)km2、0.08萬(wàn)km2，占比為21.68%、15.59%、14.91%，這些區(qū)域在后續(xù)生態(tài)修復(fù)工作中，可以進(jìn)一步擴(kuò)大現(xiàn)有的生態(tài)源地面積。

3.3 生態(tài)安全格局水平

本文從“源地—阻力面—最小距離成本—安全格局水平”的角度進(jìn)行研究，以高程、土壤條件以及土地利用類(lèi)型構(gòu)建生態(tài)阻力面[28]，設(shè)置1、3、5、7、9五個(gè)阻力值，并對(duì)三個(gè)阻力因子進(jìn)行相應(yīng)的等級(jí)劃分，通過(guò)AHP層次分析法確定不同因子的權(quán)重，見(jiàn)表3。

表3 阻力因子分類(lèi)及權(quán)重Table 3 Resistance factor classification and weight

在ArcGIS中通過(guò)重分類(lèi)后對(duì)三個(gè)阻力因子進(jìn)行阻力面生成，根據(jù)所得權(quán)重利用柵格計(jì)算器從而確定山西省煤礦區(qū)的生態(tài)綜合阻力，如圖11所示。綜合生態(tài)阻力值高的煤礦區(qū)主要分布在大同市、太原市、朔州市、晉城市等地區(qū)，說(shuō)明這些地區(qū)在后續(xù)開(kāi)展礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的工作中需要考慮的因素更多，實(shí)施起來(lái)更加困難；綜合阻力值低的煤礦區(qū)分布在忻州市、運(yùn)城市、呂梁市等地區(qū)，這些地區(qū)在后續(xù)的生態(tài)修復(fù)工作中治理難度較低。

圖11 生態(tài)綜合阻力值Fig.11 Ecological comprehensive resistance value

根據(jù)生成的綜合生態(tài)阻力值進(jìn)一步生成最小累計(jì)成本距離值，如圖12所示。成本距離小的有忻州市、呂梁市、晉中市、陽(yáng)泉市等地區(qū)，這些地區(qū)在后續(xù)的生態(tài)修復(fù)工作中，生態(tài)安全格局水平較高，因此在治理時(shí)所需要花費(fèi)的成本較少；成本距離較大的有朔州市、運(yùn)城市、長(zhǎng)治市、臨汾市等地區(qū)，這些地區(qū)自身的生態(tài)阻力值較大，并且距離城鎮(zhèn)用地較遠(yuǎn)，在后續(xù)人工治理中所需要花費(fèi)的成本較大，可以考慮在生態(tài)修復(fù)工作中以自然修復(fù)為主對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。

圖12 煤礦區(qū)距生態(tài)源地最小累計(jì)成本距離Fig.12 Minimum cumulative cost distance between coal mining area and ecological source area

在ArcGIS中對(duì)生成的最小累計(jì)成本距離進(jìn)行空間聚類(lèi)分析，將生態(tài)安全格局水平分為高、較高、中等、較低、低五個(gè)等級(jí)，如圖13所示。礦區(qū)生態(tài)安全格局水平高的面積占9.91萬(wàn)km2，主要為忻州市、陽(yáng)泉市等地區(qū)；礦區(qū)生態(tài)安全格局水平較高的面積占2.70萬(wàn)km2，主要為呂梁市、臨汾市等地區(qū)；礦區(qū)生態(tài)安全格局水平中等的面積占1.63萬(wàn)km2，主要為大同市、太原市等地區(qū)；礦區(qū)生態(tài)安全格局水平較低的面積占1.02萬(wàn)km2，主要為運(yùn)城市、晉中市等地區(qū)；礦區(qū)生態(tài)安全格局水平低的面積占0.42萬(wàn)km2，主要有朔州市、運(yùn)城市、長(zhǎng)治市等地區(qū)。綜合來(lái)看，山西省煤礦區(qū)的生態(tài)安全格局整體水平較高，大部分分布在山西省的中部，例如忻州市、陽(yáng)泉市、呂梁市等地區(qū)，僅有少數(shù)生態(tài)安全格局水平較低的礦區(qū)分布在朔州市、運(yùn)城市、長(zhǎng)治市等地區(qū)。

圖13 山西省煤礦區(qū)生態(tài)安全格局水平Fig.13 Ecological security pattern level of coal mine area in Shanxi Province

4 結(jié) 論

1)從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，綜合考慮生態(tài)敏感性、生態(tài)源地和生態(tài)安全格局等多個(gè)因素，得出了煤礦區(qū)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響程度，并分析了不同市煤礦區(qū)的生態(tài)安全格局水平。

2)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)治、臨汾、晉中等市位于生態(tài)敏感性高的煤礦區(qū)較多，同時(shí)影響生態(tài)源地的面積較大，并且朔州、運(yùn)城、長(zhǎng)治等市的煤礦區(qū)生態(tài)安全格局較低。這些煤礦區(qū)的開(kāi)采和利用已經(jīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的破壞和影響，需要采取有效的生態(tài)修復(fù)措施以保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。

3)本研究針對(duì)山西省煤礦區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀展開(kāi)評(píng)價(jià)，原有的研究主要集中在單個(gè)煤礦區(qū)或者幾個(gè)煤礦區(qū)，評(píng)價(jià)內(nèi)容較為單一。本研究包含了煤礦區(qū)影響周邊生態(tài)環(huán)境的多個(gè)方面，能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門(mén)和決策者提供參考，有助于制定科學(xué)有效的生態(tài)管理策略，推動(dòng)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，為煤礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)發(fā)展提供了一些有價(jià)值的思路和建議。但本文仍存在著一定的局限性，研究結(jié)果基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和模型，可能存在一定的不確定性，因此在未來(lái)的研究可以進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)收集和分析方法。與現(xiàn)有的研究相比，本研究在評(píng)價(jià)方法和結(jié)果的全面性上有所突破，為后續(xù)制定生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)方案提供數(shù)據(jù)支撐。然而，仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)完善評(píng)價(jià)方法、驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果，并制定更具體的管理策略，以實(shí)現(xiàn)山西省煤礦區(qū)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。