程可欣 王志芳 唐瑜聰

0 引言

伴隨生態(tài)系統(tǒng)的不斷退化，生態(tài)安全與生態(tài)修復逐漸成為國內(nèi)外生態(tài)學者關注的焦點。生態(tài)修復是當今中國生態(tài)文明建設的重要舉措之一，旨在降低人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)的破壞，進而為人與自然和諧共生提供安全保障[1]。礦山修復是生態(tài)修復的重要組成部分，其在戰(zhàn)略層面一直強化生態(tài)修復的整體性和系統(tǒng)性[2]，然而實際開展的礦山生態(tài)修復一般作為中微觀尺度的工程類項目，研究點多集中于土壤修復技術[3]、土壤作用機理[4]或土壤修復監(jiān)測技術[5]等落地實踐與技術層面。有學者提出，系統(tǒng)的、大尺度的礦山生態(tài)修復將是未來的重要研究方向[6]，在新一輪國土空間規(guī)劃中也將國土綜合整治與生態(tài)修復作為必要的專題進行研究，此舉意味著未來的生態(tài)修復工作應體現(xiàn)“以國土空間的全域統(tǒng)籌為核心”的新理念。如何在國土空間尺度下進行礦山生態(tài)修復工作，并將其有機融入國土空間規(guī)劃，尚缺乏足夠的探索。

將生態(tài)修復項目融入國土空間規(guī)劃的重要載體之一是市域國土空間尺度下礦山修復的優(yōu)先級判定，類似的研究亟待深入。有學者曾使用InVEST模型陸地生態(tài)系統(tǒng)中的碳儲量模塊進行礦區(qū)或礦山城市的時空變化及開發(fā)優(yōu)先級研究[7-9]，也有用形態(tài)學空間格局分析（morphological spatial pattern analysis, MSPA）方法探求礦區(qū)修復優(yōu)先區(qū)域的研究[10]?，F(xiàn)有研究一般基于自然資源條件及生態(tài)本底進行優(yōu)先級分析，與人類社會活動及城市發(fā)展規(guī)劃的關聯(lián)度較低。此外，采礦用地作為緊缺的建設用地資源，亟須尋求最合適且最高效的修復策略。因此本研究重點關注：市域范圍內(nèi)礦山生態(tài)修復優(yōu)先級該如何結合生態(tài)本底和社會使用需求進行判定？不同礦山用地又該以何種最有效的策略進行修復？國土空間尺度下，生態(tài)修復需要從宏觀視角強調(diào)礦山修復區(qū)域在空間中所占據(jù)的重要生態(tài)意義及社會意義，并明確其與城市發(fā)展及國土空間規(guī)劃之間的相互關系。

基于上述相應研究方向的空白與不足，為推進國土空間尺度的生態(tài)修復思路，本研究采用較為成熟的國土空間規(guī)劃“雙評價”及生態(tài)安全格局的部分技術與方法，同時引入社會需求度評估方法，立足市域國土空間規(guī)劃以及礦山生態(tài)修復專項，以江西省豐城市為例，進行國土空間尺度的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級及其策略研究，為礦山生態(tài)修復在城市生態(tài)保護與城市發(fā)展規(guī)劃層面提供借鑒。

1 國土空間尺度的礦山生態(tài)修復思路與方法

1.1 豐城市礦山概況

豐城市位于江西省中部、贛江下游，隸屬宜春市，地處鄱陽湖盆地南端。市域面積為2 845 km2，含有藥湖、玉華山、升華山、羅山、株山等國家級、省級重點生態(tài)功能區(qū)和重要山地丘陵區(qū)。豐城市礦產(chǎn)資源豐富，以煤礦為主，素有“煤海金豐城”之稱，是中國江南地帶重要的原煤產(chǎn)區(qū)和江西省煉焦用煤的主要產(chǎn)區(qū)之一[11]。豐城礦產(chǎn)地有著點多面廣的分布特征，現(xiàn)有采礦用地共計860處，總面積21.67 km2（圖1）。

1 豐城市礦山分布圖Distribution of mines in Fengcheng

長期以來，豐城市出現(xiàn)了大量無序開發(fā)的現(xiàn)象，如過度、低效與粗放開采地下礦產(chǎn)資源，導致許多礦區(qū)出現(xiàn)山體滑坡、地表下陷、水土流失等嚴重的生態(tài)問題。近年，為保障城市生態(tài)環(huán)境，截至2019年底，豐城市已有90%以上的礦山關停，亟須推進礦山修復治理工作。由于煤礦山基本不會對周邊區(qū)域造成污染，因此豐城市礦山生態(tài)修復的重點是如何對其進行修復與利用。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所用數(shù)據(jù)主要包括：1）遙感影像，來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn）的Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，由ENVI 4.8軟件處理后獲取植被覆蓋度數(shù)據(jù)；2）地形，豐城市數(shù)字高程地圖（Digital Elevation Map, DEM）數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品（GDEMV2），由ArcGIS 10.5軟件處理后獲取坡度數(shù)據(jù)及地形起伏度數(shù)據(jù)；3）土地利用現(xiàn)狀，根據(jù)豐城市2019年土地利用數(shù)據(jù)，由ArcGIS 10.5軟件處理后獲取各類型用地分布等相關數(shù)據(jù)；4）其他研究范圍、土壤、水文等數(shù)據(jù)，來源于豐城市規(guī)劃管理部門。因土地利用數(shù)據(jù)為2019年版，其他數(shù)據(jù)也均選用2019年版。

研究團隊對豐城市所有街道及鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行了實地踏勘與訪談調(diào)研工作，基于踏勘情況對上述數(shù)據(jù)做出了一定的修正。此外，重點完成了市域范圍內(nèi)共計860處礦山的田野調(diào)查，為后續(xù)社會需求評估提供一手調(diào)研數(shù)據(jù)。

1.3 整體技術路線

本研究主要分3個部分：一是基于國土空間現(xiàn)狀，對不同維度提取相關因子進行綜合評價；二是結合生態(tài)安全格局構建及社會需求度評價，分別確定生態(tài)視角與社會需求視角下礦山生態(tài)修復的空間優(yōu)先級區(qū)域；三是在上述雙重視角下，完成基于生態(tài)－社會綜合效益的礦山生態(tài)修復優(yōu)先級區(qū)域識別，并結合國土空間規(guī)劃訴求探究不同區(qū)域的空間策略（圖2）。

2 技術路線及思路Technical roadmap and work thinking

1.4 生態(tài)視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級識別

生態(tài)視角下的礦山修復空間優(yōu)先級識別是在全域生態(tài)安全格局的基礎上，對礦山所在空間的生態(tài)保護重要性進行評估分級。

1.4.1 生態(tài)安全格局構建

生態(tài)安全格局是指能夠保護和恢復生物多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)結構和過程完整性、維護區(qū)域與城市安全剛性的空間格局[12]。研究方法主要涉及生態(tài)適宜性與敏感性分析、景觀格局指數(shù)、情景分析等[13-15]，同時越來越多的研究采用“源地－廊道”的組合方式識別與構建生態(tài)安全格局[16]。目前已有多種定量識別方法，如最小累積阻力（minimal cumulative resistance, MCR）模型[17]、綜合評價指標體系[18]、斑塊重力模型[19]。其中，MCR模型能更好地表達“源地－廊道”格局和生態(tài)過程的相互作用關系。

在生態(tài)過程中，生態(tài)源地是對區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義或者擔負重要輻射功能的生境斑塊，是物種擴散和維持的源點[20]。生態(tài)源地的識別首先要對市域內(nèi)生態(tài)保護極重要區(qū)域進行判定，后者可通過構建生態(tài)保護重要性評價指標體系（表1）識別。將生態(tài)保護極重要區(qū)域與豐城市的生態(tài)保護紅線、自然保護地及飲用水源保護區(qū)等法定生態(tài)保護空間進行疊加，將面積大于5 km2的生境斑塊提取作為豐城市生態(tài)源地。

表1 生態(tài)保護重要性評價指標體系Tab. 1 Evaluation index system for the importance of ecological protection

生態(tài)廊道是保持生態(tài)流、生態(tài)過程、生態(tài)功能在區(qū)域內(nèi)連通的關鍵生態(tài)組分。生態(tài)廊道的識別依賴于各生態(tài)源地在生態(tài)阻力面上的相互作用，耗費最小成本完成水平生態(tài)過程的路徑即為必要的生態(tài)廊道。本研究選取地形地貌、土地覆蓋及生態(tài)風險3個方面進行生態(tài)阻力面的構建，分別對相關因子分級并賦值。阻力值設定是相對的，只要能夠相對地反映不同阻力因子間的差異性就可以進行成本距離的計算[21-22]。設定1為因子最小阻力值，10為因子最大阻力值，具體參數(shù)見表2。根據(jù)生態(tài)源地和生態(tài)阻力面，本研究采用MCR模型識別市域范圍內(nèi)必要的生態(tài)廊道，并完成豐城市生態(tài)安全格局構建。

表 2 生態(tài)阻力因子分級與賦值Tab. 2 Classification and assignment of ecological resistance factors

1.4.2 基于生態(tài)保護重要性的礦山生態(tài)修復優(yōu)先區(qū)域分級與識別

生態(tài)視角下的礦山生態(tài)修復優(yōu)先區(qū)域擬分為4個層級：優(yōu)先生態(tài)修復區(qū)、重要生態(tài)修復區(qū)、一般生態(tài)修復區(qū)及非生態(tài)區(qū)。而礦山生態(tài)修復重點區(qū)域的識別應由生態(tài)源地、生態(tài)廊道、高安全格局區(qū)域3個重要生態(tài)區(qū)域共同作用。值得注意的是，生態(tài)廊道的寬度對生態(tài)系統(tǒng)有著重要影響，因此在用生態(tài)廊道進行礦山修復區(qū)域判定時，理應對線性要素設置不同且寬度適宜的多環(huán)緩沖區(qū)。基于中國學者對生態(tài)廊道及河流廊道寬度的研究[23]，筆者對豐城市的生態(tài)廊道分別設置60、200、600 m的緩沖區(qū)，為豐城市的河流廊道分別設置30、100、200 m的緩沖區(qū)。生態(tài)區(qū)域與礦山分布疊合即可得到基于生態(tài)保護重要性的礦山生態(tài)修復優(yōu)先區(qū)域（表3）。

表3 基于生態(tài)重要性的礦山生態(tài)修復區(qū)域分級與識別Tab. 3 Classification and identification of mine ecological restoration areas based on ecological importance

1.5 社會需求視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級識別

在生態(tài)修復中容易被忽視的是：生態(tài)重要性高的地方不一定是生態(tài)修復的重點區(qū)域。生態(tài)修復工作的社會資源投入應結合當?shù)貙嶋H的社會發(fā)展需求來判定，以避免財力、人力高投入但生態(tài)修復效益不佳的情形。因此，本研究結合國土空間規(guī)劃的發(fā)展思路，進行社會需求度分析。

社會需求度評價主要考慮兩方面因素：1）空間價值，主要考慮距建成區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)集鎮(zhèn)的距離：設立與城市建成區(qū)距離1 500 m、與鄉(xiāng)鎮(zhèn)集鎮(zhèn)距離1 000 m的緩沖區(qū)標準，來判別礦山與人類活動的密切程度，距離城市核心片區(qū)越近，其空間價值越高。2）社會價值，即對礦山內(nèi)部資源條件的判定，包括資源潛力、災害風險、居民使用意愿：在860處礦山的實地踏勘中，發(fā)現(xiàn)部分礦山存在空間價值高但自身資源已接近枯竭或已發(fā)生嚴重塌陷等情況。為此，基于各礦山實際現(xiàn)狀及鄉(xiāng)鎮(zhèn)對不同礦山的發(fā)展意愿，本研究對所有礦山進行了資源質(zhì)量的分級，用以判別礦山對于人類活動的社會價值?；谕獠靠臻g價值與內(nèi)部社會價值2項因素，構建高、中、低社會需求區(qū)的識別標準（表4）。

表4 基于社會需求度的礦山生態(tài)修復區(qū)域識別Tab. 4 Identification of mine ecological restoration areas based on social demands

該視角下，高社會需求的礦山應當進行發(fā)展與建設，低社會需求的礦山無須投入大量社會資源修復，而生態(tài)修復的重點區(qū)域則以中、高社會需求區(qū)域為佳。

1.6 基于生態(tài)-社會綜合效益的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級識別與策略指引

為有效選擇不同區(qū)域礦山生態(tài)修復的策略并明確其社會資源的投入與分配，本研究結合已有的幾種國土空間生態(tài)修復范式：自然范式、本土范式、過程范式、文化范式、實驗范式、綠色范式，來明確修復策略及修復重點。選擇修復策略時，應根據(jù)修復礦山的空間實際情況，考慮生態(tài)重要性的同時兼顧其社會需求程度等因素[24]，提出具有空間異質(zhì)性的礦山修復策略，以求實現(xiàn)最合理的資源分配與最佳的修復效果（表5）。

表5 礦山修復策略分類Tab. 5 Classification of ecological restoration strategies of mine

將最終的礦山生態(tài)修復空間歸納總結為5類：1）發(fā)展建設區(qū)；2）高投入修復區(qū)；3）中投入修復區(qū)；4）低投入修復區(qū)；5）自然修復區(qū)。

2 研究結果

2.1 生態(tài)視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級

生態(tài)源地識別結果顯示，豐城市生態(tài)源地總面積達670.12 km2，占豐城市域總面積的23.5%，主要分布在市域南部、東部及西北側的玉華山、株山等森林山區(qū)，以及北部的藥湖濕地公園（圖3）。

3 豐城市生態(tài)源地分布圖Distribution of ecological sources in Fengcheng

豐城市生態(tài)廊道及生態(tài)安全格局構建結果（圖4、5）表明，底線安全格局區(qū)主要環(huán)繞生態(tài)源地周邊，以南部山林片區(qū)與北部藥湖、中部贛江為主，為必須保護的區(qū)域。滿意安全格局區(qū)及理想安全格局區(qū)將保護范圍擴至南部及東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊農(nóng)業(yè)片區(qū)。而位于中北部的中心城區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)集鎮(zhèn)人類活動強烈，生態(tài)重要性較低，生態(tài)阻力大，不適合構建生態(tài)廊道。生態(tài)廊道多沿城市建成區(qū)外圍，以北側、西側、東南側、東北側4個方向為主要構架，串聯(lián)起豐城市重要的森林與濕地生態(tài)空間。北側廊道主要連接荷嶺與藥湖濕地，西側廊道主要連接荷嶺、藥湖濕地與南部的玉華山脈，東南側廊道連接株山與玉華山、升華山等南部森林區(qū)，東北側廊道連接株山森林區(qū)域與藥湖濕地區(qū)域。此外，豐城市河流等水系較多，以贛江、錦江與清豐山溪為主要河流廊道，其他小水系多向南部延伸，保障著豐城市南部農(nóng)業(yè)區(qū)的生態(tài)性及景觀連通性。

4 豐城市生態(tài)廊道Ecological corridors in Fengcheng

5 豐城市生態(tài)安全格局Ecological security pattern in Fengcheng

基于生態(tài)視角，豐城市860處采礦用地修復優(yōu)先級分區(qū)結果為：1）優(yōu)先生態(tài)修復區(qū)共計92處，總面積為2.38 km2，占礦山總面積的10.98%，在贛江兩側、北側生態(tài)廊道及南部森林區(qū)分布較多；2）重要生態(tài)修復區(qū)共計123處，總面積為3.13 km2，占礦山總面積的14.44%，以贛江兩側、曲江—上塘鎮(zhèn)山地及東南側森林區(qū)為主分布；3）一般生態(tài)修復區(qū)共計210處，總面積為4.85 km2，占礦山總面積的22.38%，多分布于曲江—上塘鎮(zhèn)山地及尚莊街道，較靠近城市建成區(qū)；4）非生態(tài)區(qū)共計435處，總面積為11.31 km2，占礦山總面積的52.15%，散布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)非林片區(qū)（圖6）。

6 生態(tài)視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級分區(qū)Priority zoning of mine ecological restoration space from the ecological perspective

2.2 社會需求視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級

基于社會需求視角，豐城市860處采礦用地修復優(yōu)先級分區(qū)結果為：1）高社會需求礦山修復區(qū)共計104處，總面積為3.18 km2，占礦山總面積的14.67%，在上塘鎮(zhèn)、尚莊街辦分布較多；2）中社會需求礦山修復區(qū)共計397處，總面積為9.06 km2，占礦山總面積的41.81%，以曲江—上塘鎮(zhèn)山地及南側橋東鎮(zhèn)、石灘鎮(zhèn)集鎮(zhèn)附近為主分布；3）低社會需求礦山修復區(qū)共計421處，總面積為9.43 km2，占礦山總面積的43.52%，多分布于董家鎮(zhèn)、洛市鎮(zhèn)、杜市鎮(zhèn)及其他較偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界處，即人類活動密度低的區(qū)域（圖7）。

7 社會需求視角下的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級分區(qū)Priority zoning of mine ecological restoration space from the social demand perspective

2.3 基于生態(tài)-社會綜合效益的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級識別及策略指引

綜合生態(tài)重要性與社會需求度的評價結果，豐城市860處采礦用地中：1）發(fā)展建設區(qū)多位于中心城區(qū)附近，處于非生態(tài)區(qū)域，共計66處，總面積為1.66 km2，占礦山總面積的7.66%；2）高投入修復區(qū)處于優(yōu)先及重要生態(tài)區(qū)域，且社會需求度大，對城市生態(tài)網(wǎng)絡的構建有重要意義，該區(qū)域人類活動密集，需投入高人力、物力進行生態(tài)修復工作，共計15處，面積為1.16 km2，占比約5.35%；3）中等投入修復區(qū)位于優(yōu)先及重要生態(tài)區(qū)，但社會需求度相對適中，無過多的人類活動，對生態(tài)的破壞較小，因此其投入的成本預計適中，共計75處，總面積為2.04 km2，占礦山總面積的9.41%；4）低投入修復區(qū)處于社會需求度適中的一般生態(tài)區(qū)域或非生態(tài)區(qū)，礦山是否進行生態(tài)修復應依據(jù)未來城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展而定，即可作為備用發(fā)展區(qū)，豐城低投入修復區(qū)共計283處，總面積為8.03 km2，占比約37.06%；5）其他社會需求度低的自然修復區(qū)，因地區(qū)偏遠且人類活動稀少，可采取“零干預”的方式，使其在自然做功下進行生態(tài)演替，逐漸恢復為林地或草地，此類礦山共計421處，總面積達8.77 km2，占比約40.47%（圖8）。

8 基于生態(tài)-社會綜合效益最大化的礦山修復策略分區(qū)Mine restoration strategy zoning based on maximization of eco-social comprehensive benefits

由上述評價結果可得，真正需要高投入進行礦山生態(tài)修復的區(qū)域占少數(shù)，低投入或不投入人力物力進行生態(tài)修復的礦山面積占比則約達70%。相較于以往礦山生態(tài)修復工作僅依托單個項目而不考慮全域統(tǒng)籌的實踐方式，此種國土空間尺度的礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級的判定方法意味著社會資源的更合理分配與有效利用。

在國土空間規(guī)劃與生態(tài)文明建設的背景下，城市發(fā)展與生態(tài)保護應齊頭并進，對不同區(qū)域提出不同的修復策略指引：1）位于發(fā)展建設區(qū)或備用發(fā)展區(qū)的礦山，應進一步篩查其現(xiàn)狀塌陷、滑坡等地質(zhì)災害情況，確認排除地質(zhì)災害的區(qū)域可作建設用地使用；2）高投入修復區(qū)或中投入修復區(qū)內(nèi)的礦山，因社會需求度與干預程度較高，鼓勵將滿足種植條件的區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)楦兀饶苎a充其耕地指標，同時可騰挪建設用地指標用以城市發(fā)展；3）自然恢復區(qū)的礦山，多與周邊生態(tài)群落保持一致，在豐城市市域范圍內(nèi)多恢復為林地；4）有嚴重地質(zhì)災害的礦山則應做好相應的礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作，逐漸恢復其生態(tài)功能。大原則上，礦山生態(tài)修復應當“宜耕則耕、宜林則林”，恢復為林地、草地、耕地，或為旅游娛樂用地，均應考慮為整體城市的生態(tài)安全與景觀效應提供生態(tài)系統(tǒng)服務功能與價值。

3 結語

本研究拓展了礦山生態(tài)修復的研究尺度，在國土空間層面建立生態(tài)重要性與社會需求度2個維度的評價方法，并提出了一套相對完善的研究體系以確定礦山生態(tài)修復空間優(yōu)先級與對應策略。該方法可為國土空間規(guī)劃體系下礦山生態(tài)修復專項的編制提供參考，兼具理論性與落地性。需指出的是，礦山生態(tài)修復在不同地域有更復雜的實際情況，礦山種類的差異可能涉及不同的修復問題與重點，本研究中未提及的礦山污染治理等。運用本研究方法的同時理應結合當?shù)貙嶋H需求，進而探索不同地域下礦山生態(tài)修復的不同方法與實踐。在國土空間規(guī)劃“國土空間綜合整治與生態(tài)修復”的專題研究中，需要與國土綜合整治工程有更緊密的銜接，這也是未來值得探索與研究的新方向。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖1～8由作者根據(jù)豐城市規(guī)劃管理部門提供的2019年土地利用類型數(shù)據(jù)底圖改繪；表1～5均由作者繪制。