基于PSR模型的煤矿区土地生态安全评价研究

2015-11-24黄义忠谢小棠和圆媛

浙江农业科学 2015年2期

关键词：指标体系权重煤矿

胡松，黄义忠，谢小棠，和圆媛，袁泉

（昆明理工大学，云南昆明 650093）

基于PSR模型的煤矿区土地生态安全评价研究

胡松，黄义忠*，谢小棠，和圆媛，袁泉

（昆明理工大学，云南昆明 650093）

中国是煤炭开采大国，煤炭的开采势必对土地生态产生影响，如引起地表变形、破坏耕地等。本文就井工煤矿开采产生的土地生态环境影响进行分析，采用压力-状态-响应（PSR）模型框架，从土地生态安全压力、土地生态安全状态和土地生态安全响应3个方面构建评价指标体系，并在此基础上，运用专家打分法和熵值法综合确定指标权重。以云南省罗平县龙驰煤矿矿区为例，运用上述评价体系对其土地生态安全进行评价，所得结果与实际基本相符，表明该方法具有可行性，可为相关研究提供研究思路与参考。

煤矿区；土地生态安全；PSR模型；指标体系；评价

土地是人类生存和发展最基本的物质基础。随着经济社会的快速发展，人类对土地的利用强度不断增加，人口、资源、环境的矛盾日益加重，一系列土地生态问题相继出现。土地生态安全对国家的可持续发展至关重要，近年来受到越来越多学者的关注。

土地生态安全问题最早由卡尔曼诺夫和费里耶夫提出，他们根据农业生产专门化和集约化的要求，提出了一套对土壤、气候和其他自然条件进行全面比较评价的方法，并根据上述因素制定了评价指标体系。通过综合各学者的观点可知，土地生态安全的含义应是指陆地表层由各种有机物和无机物构成的土地生态系统的结构不受破坏，并且给人类提供的服务的数量和质量能够满足需要。相应地，土地生态安全评价就是对土地生态系统的结构、功能、价值所进行的评价［1］。

煤炭是我国的重要能源之一，我国是世界上最大的煤炭生产和消费国。据统计，我国煤矿资源在开采过程中，约94%为井工开采［2_3］，开采过程中会产生环境污染，并有可能破坏土地生态安全，如地表变形、植被生物扰动、区域地质构造改变、地类破坏、地表水污染、地下水污染及人类搬迁等。本文拟就井工煤矿区的土地生态效应及其土地生态安全进行分析评价。

1 煤矿区土地生态环境效应分析

煤炭作为主要动力能源，其开采利用对国民经济和社会发展带来了巨大的推动作用，同时也对矿区土地生态环境产生了一系列影响。井工煤矿区的开采和相应设施的建设会挖损、压占矿区内的生物、水资源、耕地等，并有可能引发地质塌陷，污染地质环境等。相关的生态环境效应分析详见图1。

2 煤矿区土地生态安全评价方法与指标体系

2.1 土地生态安全分级

土地生态安全评价标准和等级的确定是评价的关键环节，标准和等级的设置是否科学合理直接影响到评价结果的正确性，本文参照国内外相关文献中综合指数的分级方法，将土地生态安全评价标准分为5级（表1）［4］。

2.2 评价指标体系建立

土地生态系统是一个多层次、多因素的复杂系统，对土地生态安全进行评价需要进行全面深入的研究，建立起一整套完整的、实用的评价指标体系。PSR模型即压力（Pressure）-状态（State）-响应（Response）模型，是20世纪80年代末由经济合作和开发组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）提出的模型概念，该模型从人类与土地生态环境相互作用的角度出发，将指标分为3种各不相同又相互联系的类型：压力指标反映人类活动对土地生态环境造成的负荷；状态指标反映土地生态环境质量、健康状态；响应指标反映人类面临土地生态环境问题所采取的对策和措施［5_6］。本文根据井工煤矿区的土地生态安全问题构建了相应的评价指标体系，如表2所示。

图1 井工煤矿开采土地生态效应

表1 土地生态安全分级标准

2.3 评价方法

2.3.1 指标数据标准化

由于各指标的性质不同，具有不同的量纲和数量级，为了保证结果的可靠性，采用极值标准化法对各指标数据进行标准化。标准化公式为：

公式（1）适用于正向指标，即指标数值越大越好；公式（2）适用于负向指标，即指标数值越小越好。式中max xj为标准最大值，min xj为标准最小值。对于原始数据中超出指标值域范围的值，根据指标类型分别取值0或1，标准化后各指标取值区间为［0，1］［7］。

2.3.2 指标权重确定

指标权重的确定是土地生态安全评价过程中的一个重要环节，合理地分配各指标的权重是量化评估的关键。因此本文采用专家打分法与熵值法对评价指标进行组合赋权［8］，尽量提高各指标权重的可信度。

2.3.3 土地生态安全评价综合得分计算模型

本文采用综合指数法计算矿区土地生态安全综合指数，数学模型为：

Z=w1×y1+w2×y2+……+wn×yn。（3）

式（3）中，Z为土地生态安全综合指数；wi为i指标的权重；yi为i指标的标准化值。

3 案例分析

3.1 案例概况

龙驰煤矿所在地为溶蚀低山地貌，属亚热带高原性山地季风气候，土壤类型主要属红壤、黄壤。矿区土地利用类型主要包括耕地20.50%、林地56.70%、草地7.54%、其他地类15.26%。

3.2 案例区土地生态安全评价

根据龙驰煤矿土地损毁情况及对土地生态环境的影响，将该矿区分4个单元进行评价：开采区（1评价区），进场道路（2评价区），工业场地（3评价区）和上述3个评价区土地生态问题影响外延区（4评价区）。根据各个评价区造成的土地生态安全问题及其对整个煤矿区土地生态环境的影响程度，采用特尔菲法确定各评价区占整个区域指数权重分别为0.36，0.22，0.33，0.09。

结合上述评价指标体系和评价方法，对龙驰煤矿区土地生态安全评价结果如表2，表3和图2所示。在评价中由于龙驰煤矿区不涉及村民搬迁，所以未对此项指标进行评价。

从表3可以看出，龙驰煤矿区1，2，3，4评价区土地生态安全综合指数分别为0.630 0，0.590 6，0.589 1，0.808 5。根据各个评价区的权重，可得龙驰煤矿区综合指数为0.623 9。由表1土地生态安全分级标准可知，1评价区土地生态安全等级为Ⅲ等，属于敏感级；2和3评价区土地生态安全等级为Ⅳ等，属于风险级；4评价区土地生态安全等级为Ⅱ等，属于较安全级。根据矿区整体综合指数，矿区土地生态安全等级为Ⅲ等，属于敏感级。总体来看，龙驰煤矿区中4评价区的土地生态安全状态最好，而2和3评价区最差。