王志亮 李傳夏 尹亞軍 鄭國棟 張慧敏 薄懷志 盧國宏 劉康

收稿日期：20231121；修訂日期：20240102；編輯：曹麗麗

基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（重大科技創(chuàng)新工程），礦區(qū)土壤生態(tài)修復(fù)與大宗固廢高值利用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范（項(xiàng)目編碼：2020CXGC011403）和2023年濟(jì)寧市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，采煤塌陷地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范（項(xiàng)目編碼：2023HHCG003）

作者簡(jiǎn)介：王志亮（1983—），男，山東臨朐人，高級(jí)工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查、礦山生態(tài)修復(fù)工作；Email：wazl4585@163.com

*通訊作者：劉康（1989—），男，山東兗州人，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害方面工作；Email：314965394@qq.com

摘要：城中采煤塌陷地嚴(yán)重限制了城市發(fā)展，影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給。因此，城中采煤塌陷地的生態(tài)修復(fù)與開發(fā)利用更為迫切和重要。本文利用2000—2021年遙感影像數(shù)據(jù)，采用土地利用變化分析和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量模型研究了太白湖新區(qū)采煤塌陷地土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變，探討了主要驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明：采煤塌陷地土地利用以耕地和水域占優(yōu)，其次是建設(shè)用地，林地和草地再次之；各地類間的轉(zhuǎn)移以耕地向水域轉(zhuǎn)出為主，其次是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（ESV）呈長(zhǎng)期顯著增加后小幅回落；水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值大幅增加，耕地價(jià)值顯著減少，林地和草地價(jià)值較小；水文調(diào)節(jié)、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)3項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量相對(duì)較大；ESV高值區(qū)由西南向東南、中部、北部不斷擴(kuò)張，隨后向中部聚集。土地利用和ESV變化主要是由城鎮(zhèn)化建設(shè)、采煤塌陷、采煤塌陷地修復(fù)治理和政策驅(qū)動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)造成的。

關(guān)鍵詞：采煤塌陷地;土地利用;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;驅(qū)動(dòng)分析;太白湖新區(qū);山東濟(jì)寧

中圖分類號(hào)：P96;X37??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.06.008

引文格式：王志亮，李傳夏，尹亞軍，等.城中采煤塌陷地土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變研究——以山東濟(jì)寧太白湖新區(qū)為例［J］.山東國土資源，2024，40（6）：5767.WANG Zhiliang， LI Chuanxia， YIN Yajun， et al. Study on the Change of Land Use and Ecosystem Service Value in Coal Mining Subsidence Area in the City——Taking Taibaihu New District in Ji'ning City as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（6）：5767.

0? 引言

我國東部平原地區(qū)分布有多座煤炭資源型城市，如唐山、濟(jì)寧、棗莊、徐州、淮北、淮南等［15］。煤炭開采為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但隨之而來的采煤塌陷造成大面積地表塌陷、積水，顯著改變了土地利用結(jié)構(gòu)［67］、景觀格局［810］和生態(tài)功能［1115］，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給。此外，隨著城市的快速擴(kuò)張，煤炭開采區(qū)域由原來的遠(yuǎn)郊轉(zhuǎn)變?yōu)槌墙?、城中?］，形成采煤塌陷地“環(huán)城”的窘境，在影響土地利用結(jié)構(gòu)、景觀格局和生態(tài)功能的同時(shí)，嚴(yán)重限制了城市發(fā)展［16］。因此，城中采煤塌陷地的生態(tài)修復(fù)與開發(fā)利用更為迫切和重要。太白湖新區(qū)作為未來濟(jì)寧城市的主中心，煤炭資源豐富，煤炭開采形成了大面積采煤塌陷地，生態(tài)保護(hù)壓力和生態(tài)產(chǎn)品供給需求巨大。本文以濟(jì)寧市太白湖新區(qū)采煤塌陷地為研究對(duì)象，利用2000—2021年高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，借助生態(tài)修復(fù)服務(wù)價(jià)值（ESV）當(dāng)量模型，量化土地利用和ESV時(shí)空變化，探討土地利用和ESV的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供參考。

1? 研究區(qū)概況

太白湖新區(qū)位于山東省濟(jì)寧市主城區(qū)南部（圖1），是未來濟(jì)寧城市的主中心。南接南四湖，北靠老城區(qū)，河網(wǎng)密布，地勢(shì)平坦，交通便利，自然環(huán)境優(yōu)越，生態(tài)稟賦獨(dú)特，建有國家4A級(jí)旅游景區(qū)太白湖生態(tài)景區(qū)。共轄1個(gè)街道辦事處（許莊街道）和1個(gè)鎮(zhèn)（石橋鎮(zhèn)），面積約133km2，人口12萬人。

太白湖新區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，煤炭資源分布面積約占全區(qū)國土面積的70%。區(qū)內(nèi)采煤塌陷地主要由2處礦井的煤炭開采所致，為兗礦能源集團(tuán)股份有限公司所屬的濟(jì)寧二號(hào)煤礦（以下簡(jiǎn)稱濟(jì)二煤礦）和濟(jì)寧三號(hào)煤礦（以下簡(jiǎn)稱濟(jì)三煤礦），礦區(qū)面積分別為87.11km2、105.05km2，主采3上、3下兩層煤，平均厚度超過6m，合計(jì)生產(chǎn)能力超1000萬t/a。

為實(shí)現(xiàn)土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)的空間范圍一致和時(shí)序演化對(duì)比，本文以2021年濟(jì)寧太白湖新區(qū)采煤塌陷地為研究對(duì)象，面積3833.16hm2，全部位于石橋鎮(zhèn)，占全區(qū)國土面積的28.82%。

2? 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1? 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

為分析煤炭開采以來土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，根據(jù)研究區(qū)煤礦投產(chǎn)時(shí)間，選取2000年、2004年、2009年、2013年Landsat5TM和2016年、2018年、2021年Landsat8 OLI遙感影像數(shù)據(jù)作為土地利用類型數(shù)據(jù)源。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017），結(jié)合研究區(qū)土地利用特點(diǎn)，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域和建設(shè)用地5類。在ENVI軟件支持下，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像增強(qiáng)、裁剪等預(yù)處理后，采用支持向量機(jī)監(jiān)督分類解譯得到初始分類結(jié)果，隨后結(jié)合土地變更調(diào)查和野外調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)初始分類結(jié)果進(jìn)行修正，得到研究區(qū)的7期土地利用數(shù)據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算所需的經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)主要來源于山東省統(tǒng)計(jì)年鑒、濟(jì)寧市統(tǒng)計(jì)年鑒、國家統(tǒng)計(jì)局國家數(shù)據(jù)網(wǎng)站及當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門。

2.2? 土地利用變化分析

土地利用變化分析主要采用土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來刻畫。

土地利用動(dòng)態(tài)度是定量刻畫區(qū)域土地利用變化速度和劇烈程度的重要參數(shù)［17］，包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。

（1）單一土地利用動(dòng)態(tài)度（K）。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度是指一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，計(jì)算公式為式（1）［18］：

K=Ub-UaUa×T×100%（1）

式中：K為單一土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別為研究時(shí)段初期和研究時(shí)段末期某種土地利用類型的面積（hm2）；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度（a）。

（2）綜合土地利用動(dòng)態(tài)度（LC）。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指一定時(shí)間范圍內(nèi)全部土地利用類型的綜合變化率［19］，計(jì)算公式為式（2）：

LC=∑ni=1△LUi-j2LU×T×100%（2）

式中：LC為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；LU為研究區(qū)總面積（hm2）；△LUi-j表示研究時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為j（i≠j）類土地利用類型面積的絕對(duì)值（hm2）；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度（a）。

2.3? ESV當(dāng)量模型修正

謝高地等［20］把中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分為4種一級(jí)類型和11種二級(jí)類型，得到普遍認(rèn)可和廣泛采用。本文以謝高地的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值體系為基礎(chǔ)，結(jié)合太白湖新區(qū)土地利用實(shí)際和生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行適當(dāng)修正，將耕地對(duì)應(yīng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，林地對(duì)應(yīng)森林生態(tài)系統(tǒng)，草地對(duì)應(yīng)草地生態(tài)系統(tǒng)，水域采用水域和河流/湖泊生態(tài)系統(tǒng)的平均值，建設(shè)用地的ESV指標(biāo)為0［21］，因此本次不討論建設(shè)用地的ESV。根據(jù)謝高地等［22］提出的區(qū)域修正系數(shù)表可以得到，山東省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物量因子為1.38，同時(shí)太白湖新區(qū)平均糧食產(chǎn)量是山東省平均糧食產(chǎn)量的1.18倍，因此太白湖新區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)是全國水平的1.63倍。根據(jù)山東省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，2000—2021年山東省平均糧食產(chǎn)量為5967.27kg/hm2，為消除物價(jià)等市場(chǎng)因素影響，以2021年山東省平均糧食價(jià)格為準(zhǔn)，計(jì)算得出太白湖新區(qū)采煤塌陷地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單位當(dāng)量因子的價(jià)值量為2635.49元/hm2，由此得到太白湖新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)（VC）（表1）。

采用Costanza［23］的ESV估算模型計(jì)算各種生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值，計(jì)算公式為式（3）、式（4）：

ESV=∑ni=1（Ak×VCk）（3）

ESVf=∑ni=1（Ak×VCfk）（4）

式中：ESV、ESVf為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值、第f項(xiàng)服務(wù)功能類型的價(jià)值（萬元）；Ak為土地利用類型k的面積（hm2）；VCk、VCfk為土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)和第f項(xiàng)服務(wù)功能類型價(jià)值系數(shù)（元/hm2）。

2.4? 驅(qū)動(dòng)分析

研究表明，自然干擾和人類活動(dòng)會(huì)影響物種的正常生長(zhǎng)和演替，從而改變系統(tǒng)的物種組成和結(jié)構(gòu)［24］。為了進(jìn)一步探討ESV變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，本文采用皮爾遜（Pearson）相關(guān)分析，從城鎮(zhèn)化建設(shè)、采煤塌陷、采煤塌陷修復(fù)治理、政策驅(qū)動(dòng)和自然因素5個(gè)方面分析ESV變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。Pearson相關(guān)系數(shù)r計(jì)算公式見文獻(xiàn)［25］。利用Origin軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)因子和各土地利用類型面積、ESV進(jìn)行Pearson相關(guān)分析計(jì)算，得出顯著性小于0.05的Pearson相關(guān)系數(shù)r。

相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值越接近1，表明自變量和因變量之間的線性相關(guān)關(guān)系越強(qiáng)。當(dāng)|r|≥0.8時(shí)，為高度相關(guān)；當(dāng)0.5≤|r|＜0.8時(shí)，為中度相關(guān)；當(dāng)0.3≤|r|＜0.5時(shí)，為低度相關(guān)；當(dāng)|r|＜0.3時(shí)，自變量和因變量之間相關(guān)性極弱，為非線性相關(guān)。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 土地利用變化

2000—2021年太白湖新區(qū)采煤塌陷地土地利用分布情況如圖2、表2所示。

總體來看，2000—2021年太白湖新區(qū)采煤塌陷地耕地和水域面積占優(yōu)，耕地呈減少—增加—減少的趨勢(shì)，水域呈增加—減少—增加的趨勢(shì)，林地、草地和建設(shè)用地面積比例相對(duì)較小，林地呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，建設(shè)用地和草地變化波動(dòng)較大。2021年，耕地面積比重最大（56.41%），水域（31.72%）略小于耕地，建設(shè)用地再次之（6.77%），林地和草地面積比重均不足5%。

2000—2021年太白湖新區(qū)采煤塌陷地土地利用變化動(dòng)態(tài)特征如表3、圖3所示。從單一景觀動(dòng)態(tài)度來看，2000—2021年間，耕地面積除在2013—2016年間均呈下降趨勢(shì)，其中在2000—2004年間下降速率最快，其動(dòng)態(tài)度為4.27%，水域除2013—2016年均呈上升趨勢(shì)，其中在2000—2004年間增長(zhǎng)速率最快，其動(dòng)態(tài)度為43.50%，建設(shè)用地除2013—2016年和2018—2021年均呈上升趨勢(shì)，其中在2016—2018年間增長(zhǎng)速率最快，其動(dòng)態(tài)度為50.99%；從綜合動(dòng)態(tài)度來看，在2000—2004年、2004—2009年、2009—2013年、2013—2016年、2016—2018年、2018—2021年的綜合景觀動(dòng)態(tài)度分別為3.36%、2.76%、3.56%、6.14%、6.74%和3.69%，研究區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度在2004—2009年減緩，受人為干擾較小，在2016—2018年最快，受人為干擾影響較大。

3.1.1? 耕地

耕地在2000—2021年期間一直占主導(dǎo)地位，面積比例始終高于50%，是構(gòu)成采煤塌陷地的土地利用基質(zhì)類型。除2013—2016年耕地面積增加，在2000—2013年、2016—2021年期間耕地均呈現(xiàn)逐年減少趨勢(shì)。2013—2016年，耕地面積大幅增加459.66hm2，動(dòng)態(tài)度為7.40%，面積比例從54.02%變?yōu)?6.03%，2000—2013年面積及其比例分別減少1222.42hm2、19.91%，2016—2021年間耕地面積進(jìn)一步減少，2021年較2016年減少368.18hm2，面積比例減少9.62%。

研究初期區(qū)內(nèi)耕地廣布，隨著采煤塌陷由東南向中部、北部逐步擴(kuò)張，至2021年研究區(qū)耕地主要分布于西部和北部，相對(duì)規(guī)整。耕地向水域轉(zhuǎn)出量最大，建設(shè)用地次之。

3.1.2? 林地和草地

林地面積比重較小，呈波動(dòng)增加趨勢(shì)。2000年僅有31.68hm2，比重0.83%，2004年面積減少至17.50hm2，比重為0.46%，2013—2016年波動(dòng)增至最大93.53hm2、比重2.44%，動(dòng)態(tài)度為13.30%；2016—2021年減少至63.69hm2、比重1.66%，動(dòng)態(tài)度為7.81%。

草地面積比重較小，呈波動(dòng)變化趨勢(shì)。2000—2009年波動(dòng)較大，面積增加至106.67hm2、比重2.79%，動(dòng)態(tài)度為1.18%；2009—2018年銳減至最低46.76hm2、比重1.22%，動(dòng)態(tài)度為6.24%，2018—2021年波動(dòng)增至最大131.54hm2、比重3.42%，動(dòng)態(tài)度為45.33%。

林地和草地呈伴存出現(xiàn)，分布相對(duì)零散，2021年主要分布于西北部。林地和草地與耕地和水域轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出頻繁。

3.1.3? 水域

水域除2013—2016年面積減少，在2000—2013年，2016—2021年期間均呈現(xiàn)逐年面積增加趨勢(shì)。水域在2000年時(shí)面積僅為343.19hm2、比重8.96%；2000—2004年大幅增加至940.38hm2、24.55%，動(dòng)態(tài)度達(dá)43.50%；2004—2013年，水域面積增速減緩，至2013年面積達(dá)到最大1405.66hm2、比重36.70%，動(dòng)態(tài)度為5.50%；2016—2021年，水域面積逐年增加，至2021年面積為1214.89hm2、比重31.72%，動(dòng)態(tài)度為4.38%。2000—2021年，水域始終是區(qū)內(nèi)面積第二的土地利用類型。

2000年水域主要是區(qū)內(nèi)西南的南四湖自然水域，由于潛水位埋深淺，采煤塌陷形成大面積積水區(qū)，使水域面積迅速擴(kuò)張，至2021年水域廣泛分布于全區(qū)，集中于中部。水域主要是受采煤塌陷影響，由耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)變而來。

3.1.4? 建設(shè)用地

2000—2013年建設(shè)用地面積增加顯著，2000年僅為67.19hm2、占比1.75%，2013年增至235.42hm2、占比6.15%，動(dòng)態(tài)度為23.81%。2018年建設(shè)用地面積最大330.79hm2、占比8.64%。建設(shè)用地與耕地、水域轉(zhuǎn)移較頻繁，建設(shè)用地的增加主要由耕地轉(zhuǎn)入而來。

3.2? 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化

利用太白湖新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)（表1）和2000—2021年土地利用數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)年份的ESV，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4、圖4。

3.2.1? 不同生態(tài)系統(tǒng)類型價(jià)值變化

如表4所示，總體來看，2000—2018年太白湖新區(qū)采煤塌陷地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值顯著增加，從2000年的19 403.75萬元增長(zhǎng)至2018年的45461.85萬元，2018—2021年出現(xiàn)小幅回落，年均增長(zhǎng)率整體下降明顯。由于2000—2021年區(qū)內(nèi)除建設(shè)用地外，耕地和水域面積比重超過75%，而林地和草地雖然VC相對(duì)較高，但其面積規(guī)模有限（不足5%），導(dǎo)致ESV主要取決于耕地和水域。進(jìn)一步來看，水域的VC是耕地的近7倍，這就使得研究區(qū)ESV表現(xiàn)出水域面積基本一致的變化規(guī)律。

從各生態(tài)系統(tǒng)類型的價(jià)值構(gòu)成來看，2000—2021年，水域是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最大貢獻(xiàn)者，耕地次之，林地和草地明顯小。從各生態(tài)系統(tǒng)類型的價(jià)值變化來看，水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化規(guī)律與總價(jià)值的變化規(guī)律一致，呈長(zhǎng)期增加后小幅回落，由2000年的7523.10萬元增至2021年的33644.78萬元，增加近3.5倍，占總價(jià)值比重由38.06%增至82.92%；耕地變化規(guī)律則相反，2000—2018年顯著減少，由2000年的11131.37萬元減至2018年的4145.09萬元，減少近2/3，比重由56.31%縮水至9.18%，2018—2021年，價(jià)值和比重開始回升，2021年分別為5612.76萬元、13.83%；林地和草地呈現(xiàn)多次波動(dòng)變化，林地由2000年的570.05萬元增至2016年最大3237.53萬元，隨后2021年減少為1225.91萬元，比重3.02%；草地由2000年的543.19萬元增至2018年最大1995.23萬元，隨后2021年降為92.50萬元，比重僅0.23%。

3.2.2? 不同服務(wù)功能類型價(jià)值變化

如圖4所示，從各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值構(gòu)成來看，2000—2021年，水文調(diào)節(jié)、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)3項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值占總價(jià)值的比重一直較大，為53.66%～70.46%，其中水文調(diào)節(jié)和廢物處理產(chǎn)生的價(jià)值大致相當(dāng)，氣候調(diào)節(jié)次之，2021年三者比重分別為28.49%、26.87%、15.09%；維持生物多樣性和供美學(xué)基本相當(dāng)，約占8.00%左右，保持土壤略大于5.00%，氣體調(diào)節(jié)、原材料生產(chǎn)、食物生產(chǎn)近年來均不足5%。

3.2.3? 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間變化

采用漁網(wǎng)法對(duì)太白湖新區(qū)采煤塌陷地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布進(jìn)行分析，考慮到研究區(qū)范圍，采用250m×250m網(wǎng)格以探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布及演變，結(jié)果見圖5。

在ArcGIS軟件中采用自然斷點(diǎn)法將ESV劃分為5個(gè)等級(jí)，分別代表ESV從低到高（極低、低、中等、高、極高）?？傮w來看，2000—2021年，太白湖新區(qū)采煤塌陷地ESV高值區(qū)由西南向東南、中部、北部不斷擴(kuò)張。其中，2000年，ESV主要為低值，邊緣部分為極低，僅西南部為中等—極高值；2004年，高和極高ESV分布區(qū)向東南部擴(kuò)展，北部和中部以低值為主；2009年，ESV高值分布區(qū)繼續(xù)向中部擴(kuò)張；2013年，ESV高值區(qū)中心和南部相連；2016年，整個(gè)區(qū)域以高的ESV為主；2018年，高ESV區(qū)域向中部匯集，外圍極高值向高值和中等轉(zhuǎn)化；2021年，高ESV區(qū)域繼續(xù)向中部匯集，外圍ESV略有下降。

4? 驅(qū)動(dòng)分析

4.1? 城鎮(zhèn)化建設(shè)

我國東部煤炭資源型城市，自2000年以來城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，建設(shè)用地規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，城鎮(zhèn)周邊大量土地被侵占。濟(jì)寧市城鎮(zhèn)化率由2000年的23.79%增至2021年61.19%，城市建成區(qū)面積由30km2擴(kuò)張到248.94km2。21年間太白湖新區(qū)采煤塌陷地內(nèi)建設(shè)用地增加近10倍，但其規(guī)模整體不大，一定程度上壓縮了ESV的產(chǎn)生空間。通過相關(guān)分析（表5）發(fā)現(xiàn)，城鎮(zhèn)化率與耕地、水域、建設(shè)用地、ESV之間呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，表明城鎮(zhèn)化建設(shè)是區(qū)內(nèi)土地利用和ESV變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。

4.2? 采煤塌陷

濟(jì)二煤礦和濟(jì)三煤礦煤炭產(chǎn)量超過1000萬t/a，高強(qiáng)度的煤炭資源開采不可避免地形成大量采煤塌陷地，由于本區(qū)域地下潛水位埋深淺、煤層厚度大、煤糧復(fù)合度高，采煤塌陷致使大面積耕地形成積水區(qū)域，造成研究期內(nèi)土地利用呈現(xiàn)耕地減少和水域擴(kuò)大的顯著變化特征。水域不斷擴(kuò)大擠占了城市發(fā)展，尤其是建設(shè)用地發(fā)展的空間。由表5可知，采煤塌陷地面積與耕地、水域、建設(shè)用地、ESV呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，表明采煤塌陷是區(qū)內(nèi)土地利用和ESV變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。

4.3? 采煤塌陷地修復(fù)治理

由于區(qū)內(nèi)土地利用率高、土源匱乏，使得采煤塌陷地很大比例難以恢復(fù)耕地。2000—2018年，當(dāng)?shù)卣兔禾科髽I(yè)實(shí)施了一系列土地復(fù)墾工程，雖然未能改變區(qū)內(nèi)耕地不斷減少的趨勢(shì)，但有效降低了耕地減少的速率。近年來，當(dāng)?shù)卣粩嗵剿鞑擅核莸匦迯?fù)治理新技術(shù)，實(shí)施了多項(xiàng)動(dòng)態(tài)治理和超前治理項(xiàng)目，最大限度恢復(fù)耕地，使得2018—2021年區(qū)內(nèi)耕地“扭虧為盈”，實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，水域開始減少。由表5可知，采煤塌陷地修復(fù)治理面積與耕地、林地、水域、建設(shè)用地、ESV呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，表明采煤塌陷地修復(fù)治理是區(qū)內(nèi)土地利用和ESV變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。

4.4? 政策驅(qū)動(dòng)

相關(guān)研究表明，政策是土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力甚至決定因素［26］，進(jìn)而影響ESV。研究期早期，政府引導(dǎo)和約束相對(duì)缺乏，采煤塌陷地土地復(fù)墾多是群眾自發(fā)性的，規(guī)模小、效果差。2008年太白湖新區(qū)成立，2009年獲批成為城市發(fā)展的主中心，2014年石橋鎮(zhèn)劃歸太白湖新區(qū)，區(qū)內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)不斷深化。2015年，山東省人民政府出臺(tái)《山東省采煤塌陷地綜合治理工作方案》，強(qiáng)化全省采煤塌陷地治理。近年來，我國不斷加大耕地保護(hù)和生態(tài)修復(fù)力度，當(dāng)?shù)卣诓擅核莸匦迯?fù)治理工作中也更加注重耕地保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，一方面實(shí)施了動(dòng)態(tài)治理和超前治理項(xiàng)目，開展了退林還耕、退濕還耕，最大限度保護(hù)和恢復(fù)耕地；另一方面實(shí)施了一批生態(tài)修復(fù)治理工程，在采煤塌陷積水區(qū)營造了結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)、功能完善、具有良好自我維持功能的采煤塌陷型新生水域生態(tài)系統(tǒng)，使原本較單一的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成以農(nóng)田和水域?yàn)橹鞯亩嗌鷳B(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的生態(tài)格局，對(duì)太白湖新區(qū)生態(tài)城市建設(shè)和毗鄰的南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)起到了良好的推動(dòng)作用。可見，政策驅(qū)動(dòng)是土地利用和ESV變化的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。

4.5? 自然因素

研究結(jié)果表明，溫度和降水作為最直接的自然因素，將不可避免地影響生態(tài)系統(tǒng)的自然演替，并且存在一定的累積和滯后效應(yīng)［26］。近20年來，太白湖新區(qū)年均降水量波動(dòng)頻繁，但多年平均降水較穩(wěn)定，年均氣溫呈上升趨勢(shì)，因此，氣候呈現(xiàn)出變暖和干燥的趨勢(shì)，這種變化不利于植被的自然演替和發(fā)展。然而，由于地下水位較穩(wěn)定，年均降水量、年均氣溫和土地利用、ESV之間的相關(guān)性不顯著。因此，認(rèn)為自然因素對(duì)ESV變化的驅(qū)動(dòng)作用并不顯著。

綜上所述，城鎮(zhèn)化建設(shè)使太白湖新區(qū)采煤塌陷地建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，壓縮了ESV的產(chǎn)生空間，采煤塌陷造成耕地持續(xù)減少、水域大幅擴(kuò)大，采煤塌陷地修復(fù)治理和政策驅(qū)動(dòng)有力保護(hù)和恢復(fù)了耕地，使耕地實(shí)現(xiàn)“扭虧為盈”，保護(hù)了水域生態(tài)系統(tǒng)，形成了以農(nóng)田和水域?yàn)橹鞯亩嗌鷳B(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的生態(tài)格局。土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的直接原因［21］，因此，研究區(qū)土地利用和ESV變化主要是由城鎮(zhèn)化建設(shè)、采煤塌陷、采煤塌陷地修復(fù)治理和政策驅(qū)動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)造成的。

5? 結(jié)論

（1）2000—2021年太白湖新區(qū)采煤塌陷地土地利用結(jié)構(gòu)中耕地和水域占優(yōu)，其次是建設(shè)用地，林地和草地再次之。主要變化趨勢(shì)為耕地呈減少趨勢(shì)，濕地呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，林地和建設(shè)用地呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，草地波動(dòng)減少。各地類間的轉(zhuǎn)移以耕地向水域轉(zhuǎn)出為主，其次是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移。

（2）2000—2021年太白湖新區(qū)采煤塌陷地ESV呈長(zhǎng)期顯著增加后小幅回落。水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值大幅增加，成為總價(jià)值的最大貢獻(xiàn)者；耕地價(jià)值顯著減少，是總價(jià)值的第二大貢獻(xiàn)者，林地和草地價(jià)值較小。對(duì)于各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值來說，提供美學(xué)景觀、廢物處理、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值及其占總價(jià)值比重均呈增加趨勢(shì)，氣體調(diào)節(jié)價(jià)值增加但其比重下降，食物生產(chǎn)、保持土壤、原材料生產(chǎn)價(jià)值及比重均減小。從空間演變來看，ESV高值區(qū)由西南向東南、中部、北部不斷擴(kuò)張，隨后向中部聚集。

（3）土地利用和ESV變化主要是由城鎮(zhèn)化建設(shè)、采煤塌陷、采煤塌陷地修復(fù)治理和政策驅(qū)動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)造成的。

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Study on the Change of Land Use and Ecosystem Service Value in Coal Mining Subsidence Area in the City——Taking Taibaihu New District in Ji'ning City as an Example

WANG Zhiliang， LI Chuanxia，YIN Yajun， ZHENG Guodong， ZHANG Huimin， BO Huaizhi， LU Guohong， LIU Kang

（Lunan Geo-engineering Exploration Institute（No.2 Geological Brigade of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources）， Technology Innovation Center of Restoration and Reclamation in Mining Induced Subsidence Area of the Ministry of Natural Resources， Engineering Technology Research Center for Comprehensive Treatment of Coal Mining Subsidence of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources，Shandong Ji'ning 272100， China）

Abstract： Coal mining subsidence in the city has severely restricted urban development and affected the supply of ecosystem services. Therefore， the ecological restoration and utilization of coal mining subsidence areas in the city are more urgent and important. Based on remote sensing image data from 2000 to 2021， land use change analysis， landscape pattern index and ESV equivalent model are used to analyze the spatiotemporal evolution of land use， landscape pattern and ecosystem service value in coal mining subsidence area of Taibaihu new district in the past 21 years. It is showed that the cultivated land and water area are dominant in land use structures， followed by construction land， forest land and grassland. The transfer of cultivated land to water area is the main form， followed by the transfer of cultivated land to construction land. The ESV has increased significantly for a long time and then decreased slightly. The ESV of water has increased significantly， the ESV of cultivated land has decreased significantly， and the ESV of forest land and grassland is small. The value and its proportion in ESV of aesthetic landscape， waste treatment， climate regulation are both increasing， the value of gas regulation is increasing but its proportion in ESV is decreasing， and the value and its proportion in ESV of food production， soil conservation， raw material production are both decreasing. The high value area of ESV continues to expand from southwest to southeast， central， and northern regions， and then accumulates towards the central region. The change of land use and ESV is mainly driven by urbanization construction， coal mining subsidence， coal mining subsidence remediation and policy.

Key words：Coal mining subsidence; land use; ecosystem service value（ESV）；driving analysis；Taibai Lake New District；Shandong Ji'ning