徐菲，鄭國璋（山西師范大學地理科學學院，山西臨汾041000）

大同煤礦區(qū)生態(tài)脆弱性評價

徐菲，鄭國璋*
（山西師范大學地理科學學院，山西臨汾041000）

生態(tài)脆弱性評價是區(qū)域生態(tài)綜合評價的重要依據(jù)。礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱性研究不僅對礦區(qū)的資源及環(huán)境有著重要作用，還指導了資源的合理利用，為礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供了意見。本文在生態(tài)脆弱性研究方法上，選擇生態(tài)敏感性-生態(tài)恢復力-生態(tài)壓力度模型，通過建立基于目標的第三個層次準則的判斷矩陣，并加權(quán)匯總得出各個因素的重要性程度，依此方法，再建立基于目標的第二個層次準則的判斷矩陣，運用生態(tài)脆弱性指數(shù)的計算方法，得出大同煤礦區(qū)的生態(tài)脆弱性指數(shù)，評價大同煤礦區(qū)的脆弱性。評價結(jié)果顯示，大同礦區(qū)生態(tài)脆弱綜合指數(shù)為0.3506，呈中度脆弱性。根據(jù)生態(tài)脆弱性結(jié)果為后續(xù)的生態(tài)環(huán)境恢復重建工作、制定綜合治理策略及礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃進行指導。

生態(tài)脆弱性；壓力度；敏感度；恢復度；層次分析法（AHP）

生態(tài)脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)或景觀在外界干擾（如：特定的時間空間條件）下體現(xiàn)的敏感反應和恢復能力，是生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)屬性在外界干擾作用下的表現(xiàn)，是自然環(huán)境和人類活動共同作用的結(jié)果［1，2］。生態(tài)脆弱性研究了保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進了生態(tài)系統(tǒng)的平衡有序發(fā)展。

1905年美國的Elements提出生態(tài)過渡帶，其中首次涉及到了生態(tài)脆弱性的概念［3］。1989年，第七屆SCPOE明確指出了生態(tài)交錯區(qū)/過渡區(qū)的概念，從此脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境研究成為重點的研究領域［4］。20世紀90年代國外對生態(tài)脆弱性研究進入拓展階段，突出成果是將遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)滲透到研究中，而且將生態(tài)脆弱性與景觀學等學科相結(jié)合，建立了針對不同條件的生態(tài)脆弱性評價體系［5，6］。我國的生態(tài)脆弱性的研究起源于20世紀80年代，牛文元從宏觀角度研究生態(tài)交錯帶，將研究的領域限制在了生態(tài)過渡帶的范圍內(nèi)［7］。后來的脆弱性研究融合了自然、人文環(huán)境、社會經(jīng)濟范疇，內(nèi)容也擴展到了農(nóng)、林、牧、漁四個方面［8-13］。從現(xiàn)有的文獻可知，針對城市生態(tài)脆弱性和一些受到嚴重破壞的區(qū)域（如水土流失區(qū)、荒漠化地區(qū)等）的研究較多，采用的指標體系和方法較為完善，對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱性研究較少。

大同是煤炭重工業(yè)城市之一，由于煤炭開采、運輸、利用等過程產(chǎn)生的問題對當?shù)丶爸車貐^(qū)造成了嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，同時大氣污染、水土流失、土地塌陷、植被破壞等問題日益嚴峻。煤礦區(qū)特殊的自然環(huán)境及影響因子之間的復雜性，再加上資源開采利用等人為活動的干擾，使生態(tài)環(huán)境受到了威脅，因此需要分析煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的特點以及各影響因子之間的關系，為大同煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境的整治提供理論依據(jù)［14］。

目前，生態(tài)脆弱性研究主要側(cè)重于脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境評價理論與方法應用，大多數(shù)學者提出生態(tài)脆弱性計算的評價方法也由淺入深，從模糊評價法、主成分分析評價法、關聯(lián)評價法、綜合評價法發(fā)展到生態(tài)脆弱性指數(shù)評價法、熵權(quán)物元可拓方法、基于“3S”評價法等［15-17］。本文以大同煤礦為研究對象，基于生態(tài)脆弱性概念，選擇生態(tài)敏感性—生態(tài)恢復力—生態(tài)壓力度［18］作為脆弱性評價的概念模型，設置生態(tài)敏感性、生態(tài)恢復力、生態(tài)壓力度三個層面，選取27個指標，通過層次分析法對選取的指標賦予權(quán)重，再計算生態(tài)脆弱性指數(shù)，從而評價大同煤礦區(qū)的脆弱性。

1　研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

大同煤礦區(qū)位于山西省北中部，具有儲量大，可采煤層多，灰分低，硫、磷雜質(zhì)少，發(fā)熱量高，平均厚度30-40米，且煤層穩(wěn)定，易于開采，是國內(nèi)最大的優(yōu)質(zhì)動力煤供應基地。

大同煤礦區(qū)位于黃土高原東北邊緣，屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，冬春干旱少雨、寒冷、多風，夏季降水集中、溫涼少風，年平均降水量為428.2mm至449.0mm，最高年降水量為757.4mm，最低年降水量為l95.6mm，降水集中分布在7、8、9三個月，占全年總降水量的75％。年潛在蒸發(fā)量為l786.6-2598.0mm，最大蒸發(fā)月為5、6、7三個月，超過降水量的4倍。

大同人口密度164人/km2，平均海拔在1100m左右，該區(qū)年降水量在400mm左右，林草覆蓋率為28.7％，耕地園地比例大，農(nóng)耕地面積大，農(nóng)村人均純收入為4161.7元。水土流失面積為2761.5km2［19］。

1.2研究方法

1.2.1指標選擇

根據(jù)生態(tài)脆弱性定義及選擇的概念模型，結(jié)合大同煤礦區(qū)生態(tài)脆弱機制選擇指標的評價體系。一級指標包括生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)恢復性、生態(tài)壓力度。二級指標中的生態(tài)敏感性涉及地質(zhì)地貌、自然災害、煤層條件；生態(tài)壓力度指標包括污染狀況、人口壓力、城市壓力；生態(tài)恢復力指標包括生態(tài)建設能力、生態(tài)活力、生態(tài)功能。生態(tài)敏感性下的第三級指標中的地貌類型、土壤質(zhì)地、潛水位埋深分別說明土壤侵蝕的敏感程度、土地沙漠化的敏感程度、土壤鹽漬化的敏感程度［20，21］。煤層厚深比反映煤層開采對土壤水和地表植被的敏感程度［22，23］。開采強度是控制地表擾動大小的影響因素，通過單位面積的產(chǎn)煤量反映開采強度，這些指標是煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復的外在動力。生態(tài)恢復度的第三層指標目的在于提高生態(tài)系統(tǒng)恢復力，進而降低區(qū)域脆弱性，是控制生態(tài)脆弱性的關鍵［24］。

1.2.2研究方法

針對煤炭開采利用對生態(tài)環(huán)境造成的影響，本文綜合層次分析法和生態(tài)敏感性—生態(tài)恢復力—生態(tài)壓力度模型建立評價準則層，每個準則層由影響該層的影響因素所構(gòu)成，采用Saaty［25］的1-9標度法，建立兩兩比較判斷矩陣，通過矩陣運算的數(shù)學方法，確定各層次指標之間的相對重要程度，由此確定每個影響因子對準則層的權(quán)重值［26］，最后根據(jù)綜合評價指數(shù)法，對各項指標進行逐層逐項加權(quán)疊加，得到生態(tài)脆弱度。在層次分析法理論指導下，確定上述27個指標的權(quán)重，通過單級排序一次性檢驗，可知生態(tài)敏感性的一致性檢驗（CR）值為0.0019，生態(tài)壓力度的一致性檢驗（CR）值為0.0000，生態(tài)恢復力一致性檢驗（CR）值為0.0088，均＜0.1，表明該矩陣有根好的一致性，具體指標及其權(quán)重見表1。

表1　區(qū)域生態(tài)脆弱性評價指標體系

1.2.3評價模型—生態(tài)脆弱度評價模型

生態(tài)脆弱性的評價研究是建立在生態(tài)脆弱機制上，通過指標對生態(tài)環(huán)境的影響程度，構(gòu)造評價模型，對各指標因子進行綜合，通過量化的形式—生態(tài)脆弱性指數(shù)法，反映出區(qū)域的生態(tài)環(huán)境的脆弱性狀況，實現(xiàn)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的脆弱性評價。生態(tài)脆弱性是壓力度、敏感度和恢復力的函數(shù)，隨敏感性和壓力度的增大而增大，隨恢復力的增大而減小，其評價模型為：CVI=P×S/R，式中：CVI生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)脆弱性指數(shù)；P—生態(tài)壓力度：S—生態(tài)敏感度；R—生態(tài)恢復力［27］。綜合評價的結(jié)果，可以得出每個評價單元上的生態(tài)脆弱度指數(shù)。由于評價結(jié)果主要反映的是生態(tài)環(huán)境的脆弱程度，所以分值越高，表示生態(tài)環(huán)境的脆弱性越高［28］，為了使評價結(jié)果更直觀，按照生態(tài)脆弱度指數(shù)從高到低劃分為四級，分別為輕度脆弱、中度脆弱、重度脆弱、強度脆弱，相應的分值分別為0-0.20、0.20-0.50、0.50-0.80、0.80-1.00。

1.2.4計算方法—方根法

方根法只需通過簡單運算就能得到我們需要的精度，具體步驟如下：

（1）計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi

（2）計算Mi的n次方根Wi

則W=［W1，W2，…Wn］即為所隸的特征向量（表2，表3）。

表2　第三層判斷矩陣

表3　第二層判斷矩陣

2　結(jié)果與分析

2.1生態(tài)脆弱性評價與分級

由于：0.3506＞0.2235＞0.1385，可知最大值為0.3506，最大脆弱性值介于0.20-0.40之間，所以大同煤礦區(qū)的生態(tài)脆弱性為中度脆弱性。

2.2敏感性、壓力度與恢復度

評價結(jié)果顯示：影響大同煤礦區(qū)脆弱性的主要因素有地貌類型、水土流失鹽漬化面積、土壤肥力、潛水埋深、煤層厚深比，生態(tài)壓力度中容易對環(huán)境造成壓力的主要因素有人為活動干擾、開采強度、建筑用地所占比率和耕地所占比率，生態(tài)恢復度中的主要指標有復墾治理程度、區(qū)域承載力、土地利用現(xiàn)狀。因此，在改善大同煤礦的過程中，從所占權(quán)重較大的因素開始整治，使該地區(qū)的生態(tài)脆弱性降低，以應對自然和人文因素的擾動。

由于煤炭資源開發(fā)、社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)比較困難，因此需要從敏感性、壓力度與恢復度等不同的角度來維持三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。盡量降低敏感度與壓力度目標層下的因子，提升恢復度，使大同煤礦區(qū)的生態(tài)脆弱性得到改觀。

大同煤礦生態(tài)脆弱性整體一般，因此規(guī)劃礦區(qū)應根據(jù)生態(tài)脆弱度分布，嚴格控制采礦強度，并采取有力措施預防和減少生態(tài)破壞、恢復等主要功能，確保生態(tài)脆弱性不出現(xiàn)明顯惡化，已建和新建礦區(qū)應規(guī)劃優(yōu)化開采區(qū)，煤炭開采過程中應引進國內(nèi)外先進技術(shù)并全面加強生態(tài)環(huán)境治理和修復。對于生態(tài)壓力較大的采礦區(qū)，應根據(jù)生態(tài)脆弱性分區(qū)確定合理的開發(fā)范圍和強度，應明確限制和禁止開采邊界，依據(jù)法規(guī)嚴格控制資源開發(fā)活動，規(guī)劃和實施生態(tài)保護和修復工程［29］。

3　生態(tài)脆弱性改善途徑

3.1完善管理體制

在大同煤礦區(qū)建設管理信息系統(tǒng)，增強管理有效性，必須做好跨部門的協(xié)調(diào)合作，責任權(quán)限劃分清楚，完善管理體制，同時，加快建設大同煤礦區(qū)生態(tài)信息數(shù)據(jù)庫，提高管理的有效性。部分礦區(qū)居民交通不便，生活貧困，地理景觀和生活習俗使其對煤炭的依賴性極大，亂采亂挖現(xiàn)象嚴重。困此，開展礦區(qū)居民扶貧搬遷，傳授生產(chǎn)技術(shù)、宣傳生活新觀念，是改善礦區(qū)環(huán)境的重要對策。

3.2生態(tài)恢復工程的實施

生態(tài)恢復工程的合理實施能有效提升礦區(qū)的生態(tài)恢復度，促使生態(tài)系統(tǒng)良性演替。建立有效的風險管理機制，開展荒漠化和水土流失的災害預警技術(shù)，通過地理信息景系統(tǒng)GIS軟件配合地質(zhì)災害危險性、易損性和風險評價系統(tǒng)。因此，通過先進技術(shù)評價是未來風險管理與生態(tài)恢復不可或缺的手段。

3.3鼓勵公眾參與，發(fā)揮其主觀能動性

公眾的消費方式、生產(chǎn)方式、生活觀念總是影響著礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況。更新觀念，利用宣傳教育等形式幫助當?shù)厝罕娂肮芾砣藛T建立礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度的危機感積極行動，以行動扶持來完善已造成的脆弱問題，鼓勵公眾參與到環(huán)境保護中，承擔環(huán)境保護的義務，增強環(huán)保意識［30］。

4　結(jié)論

4.1從方法和理論角度，利用生態(tài)敏感性—生態(tài)壓力度—生態(tài)恢復度模型進行生態(tài)脆弱性評價，正確的揭示了自然與人文因素干擾下的的生態(tài)脆弱區(qū)的存在，并分析了兩種干擾下的生態(tài)差異。自然因素導致的脆弱性主要分布在地形條件較為惡劣、植被較差的地區(qū)，其空間分布相對集中，脆弱區(qū)的范圍、尺度大；人為因素干擾下的脆弱區(qū)則主要是人類高強度、大范圍的生態(tài)空間占用引起的，分布相對分散，主要集中在大城市建成區(qū)及周邊區(qū)域，范圍相對于自然因素導致的脆弱性要小很多。

4.2從實踐層面，考慮到煤礦區(qū)特殊的自然屬性和資源價值，以脆弱性評價為基礎，針對指標差異提出了針對性的治理措施。對自然擾動主導的脆弱區(qū)，要加大植樹造林的進程，實施生態(tài)移民和退耕還林還草，提高其生態(tài)保育功能。對人為擾動主導的脆弱區(qū)，要設定好城市增長的邊界，以綠化隔離帶的形式避免城市空間無序蔓延；積極推動中小城鎮(zhèn)發(fā)展，疏散中心城市過于集中的人口和產(chǎn)業(yè)；農(nóng)業(yè)集中區(qū)內(nèi)，加快生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，減少化肥、農(nóng)藥使用量，減輕對水土資源的破壞；山區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)，要加強開發(fā)前的環(huán)評和開發(fā)后的生態(tài)恢復。

但是，由于生態(tài)敏感性—生態(tài)恢復力—生態(tài)壓力度模型沒有清晰地指明哪些指標反映自然因素、哪些指標反映人為因素，因此對于脆弱性的分解也沒能清晰地識別出不同因素導致的脆弱性。同時，由于不同因素的脆弱性，導致有些情況是重疊的或者邊界不是很清晰，會導致各種類型的邊界不很明顯。因此如何對指標進行分解，才能更有效地揭示不同因素導致的脆弱性，并對其差異進行定量研究，是今后研究需要解決的問題。

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（2016-06-03收稿劉曉佳編輯）

The Ecological Vulnerability Assessment of Datong Mining

XU Fei et al
（Shanxi Normal University，College of Urban and Environmental，Shanxi Linfen 041000，China）

Ecological Vulnerability assessment is an important basis for regional ecological comprehensive evaluation.Vulnerability research of ecological environment plays an important role in the mining resources and the environment of the mining area，and provided advice the use of resources for the sustainable development of the mining area.This paper base on the ecological vulnerabilityresearchmethods，throughtheestablishmentof objective criteria based on the third level of judgment matrix，and the importance of the factors，according to thismethod，create a second level based on objective criteria judgment matrix，using the calculation methods of ecological vulnerability index，drawn the ecological vulnerability index of Datong Coal Mine area，evaluate the vulnerability of Datong Coal Mine area.The evaluation resultsofDatongMiningecologicalvulnerabilityindexwas 0.3506，showing the general vulnerability.According to the result of the subsequent fragility of ecological environment，drawn up ecological restoration and reconstruction work，and the development of comprehensive management strategy for sustainable development planning and mining guidance.

Ecological fragility；Pressure；Sensitivity；Recovery；Analytic Hierarchy Process（AHP）

X171.1

A

1003-7853（2016）03-0007-05

徐菲（1991-），女，山西大同人，碩士研究生，主要從事全球變化方面的研究。

鄭國璋（1965-），男，山西洪洞人，教授，碩士生導師，主要從事全球變化與可持續(xù)發(fā)展及自然災害方面的研究。