关闭矿山社会生态系统恢复力评价研究:以徐州市大黄山矿区为例

尚志敏，张绍良,侯湖平，米家鑫，刘 润

(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116)

0 引 言

由于我国存在大量缺乏有效监管的中小型矿山，这些矿山存在许多安全隐患并污染环境，再者经过几十年的开采，矿区矿产资源接近枯竭，许多矿山企业已经不能适应能源革命和经济发展新常态发展的要求，纷纷闭矿[1-2]。如何应对矿山关闭导致的经济衰退、环境污染及下岗职工再就业问题，全面推进矿区社会经济可持续发展是一个亟待解决的问题。而矿区可持续发展的关键在于提升社会系统、生态系统、经济系统应对冲击时维持其结构和功能的能力[3-4]，维持系统的恢复能力是研究可持续发展的核心问题。目前，如何将恢复力的思维与方法应用于可持续发展的研究已经成为摆在广大学者面前的一项科研难题。

恢复力最早是HOLLING提出的用于生态系统稳定性的研究，后来逐渐引入到社会生态系统的可持续发展研究[5-6]。BERKES和FOLKE 1998年开始使用社会生态系统的概念，并将这个概念与恢复力联系起来，在这个概念中，社会生态恢复力是系统经受干扰并可维持其功能和控制的能力，其中社会指人、社区、社会其他方面(如经济、政治、制度、文化)[7-8]。国内外关于社会生态系统恢复力的研究可分为恢复力思维与恢复力实践两类：恢复力思维是一种能力，它是将系统视为一个自组织系统，有阈值、尺度和循环等特征[9-10]；恢复力实践是与这个系统相处的能力，是应用恢复力思维来评价和管理系统恢复力[11]。恢复力本身难以测量，目前主要的评价方法有阈值方法、替代指标法和实验法[12-14]。已有学者对矿区生态脆弱性评价、植被生态系统恢复力进行评价研究，主要通过构建评价模型与指标替代法进行测度。如有学者构建基于不同空间尺度和生态组织维度的矿区植被生态系统恢复力定量测度概念模型对矿区植被生态系统恢复力进行定量研究[15]；有学者选取生态敏感性、自然与社会压力及生态恢复力 3方面 16 个因子组成的生态脆弱性评估指标体系，建立生态脆弱性评价指标体系，分析矿区土地利用与生态脆弱性的关系[16]。而将恢复力理论用于矿区社会生态系统恢复能力评价的研究还比较少，也缺少相应的评价方法。以煤炭开采为依托的矿区是一个完整的社会生态系统，关闭矿山对这个系统产生极大的扰动。在这个系统里，任何一个尺度范围内的因子发生变化都会引起本系统其他因子或者其他系统各因子乃至更高尺度范围内系统的连锁反应，因此需要用恢复力的扰沌理论、适应性管理理论等研究矿区这个动态的社会生态系统，以期为矿山社会生态系统的管理与建设提供引导，推动矿区全面转型升级。

本文针对我国东部关闭矿山社会生态系统可持续发展问题，描述了矿山关闭后社会生态系统发生的变化，分析识别主要的扰动因子，并从扰动因素中遴选影响矿区社会生态系统变化的主要因子，建立恢复力指标框架体系，运用模糊数学中的集对分析法进行测度，以大黄山矿区为例开展实证研究，为关闭矿山可持续发展决策提供策略工具，以实现区域生态环境资源与经济社会耦合系统的可持续发展。

1 研究方法

1.1 研究区域与数据来源

大黄山矿区位于徐州市东郊大黄山镇，距徐州市区约15 km，北临不老河，南接104国道。大黄山矿区1956年组建，是建国后徐州矿务集团建设的第一座中型矿井，设计年产能力90万t。1956～1999年是矿山开采阶段，资源开采极大地促进了当地经济建设，带动周边工业、服务业、金融业及文化卫生事业的发展，使得大黄山矿区所属的大黄山镇发展成为新型示范小镇。2000年，因资源枯竭而闭矿，这使得区域经济失去了支撑产业，以矿业为依托的城市面临转型的瓶颈。2005年大黄山镇划归徐州经济技术开发区管辖，政府通过招商引资、环境治理及各项优惠政策吸引企业落户，逐步走上全面转型发展之路。

数据主要来源于《徐州市统计年鉴(2001～2015年)》、大黄山镇政府工作报告、大黄山矿水文地质报告以及2017年7月实地调研徐州市矿务集团、大黄山矿、大黄山镇国土资源所等部门。研究区范围定为大黄山矿开采范围及与其周边张庄村、湖庄村、前王村、坡里村、三孔桥村、可恋庄村、夏庄村7个自然村落。矿区人口流动性按流动总量计算；受教育水平指高中及以上受教育人口比例；社会保障覆盖度按参加医疗保险、农村医疗和享受最低生活保障人数占总人数的比重计算。

1.2 恢复力评价框架

本文按照“描述系统→分析扰动→构建评价指标体系→恢复力评估→实证分析”的逻辑框架开展研究，见图1。首先，界定系统的范围，通过走访矿区社会生态系统中的利益团体，从不同的视角描述系统中要素与要素间的相互关系，以及系统当前存在的主要问题，询问当地居民意见，了解感兴趣的问题；其次，通过走访调查与系统描述，寻找影响系统发展的主要扰动因素，从社会、经济和生态系统层层剖析，遴选评价指标构建评价体系；接着，运用集对分析法从扰动性和应对能力两方面开展定量评价，选取大黄山矿区2000～2015年的数据资料开展实证研究。

图1 恢复力评价框架Fig.1 The research framework of resilience evaluation

1.3 恢复力评估方法选择

集对分析是运用辩证法思维研究事物的不确定性问题，用数学思维与方法解决生活中的模糊问题，全面刻画不同事物联系的理论[17-19]。集对分析的基本思路是将有一定联系的两个集合组成一个对子，对这两个集合作同、异、反量化分析，集对既可以由系统内部任意要素两两组成，也可以由两个系统构成[20-22]。矿区社会生态系统是一个复杂的复合系统，受到市场、政策、自然环境等不确定性因素的扰动较大，一方面系统内要素间的相互作用会对系统产生扰动，另一方面系统要素的协作也有一定的应对能力。本文基于集对分析法评价关闭矿山后矿区社会生态系统恢复力，将系统要素最优的组合状态称之为标准指标，并将其与系统目前的既定指标作集对分析，建立集对的联系度表达式，构建恢复力指标体系作量化分析。

首先，构建一个集合Q，Q={F，D，E，W}，其中，评价方案集F={f1，f2，…，fm}，评价指标集D={d1，d2，…，dn}，评价对象集为E= {e1，e2，…，ek}，ek为第K个被评价对象，评价指标权重集为W={w1，w2，…，wn}。其次，在同一时空内将系统最优的评价指标定义为最优评价集U={u1，u2，…，un}，将系统最劣的评价指标定义为最劣评价集V={V1，V2，…，Vn}。最后可得集对{Fm，Un}在[U，V]上的联系度表达为式(1)。

(1)

式中：apk和cpk分别为评价指标dpk与集合[Vn，un]的同一度和对立度；wp为第p项指标的权重。

当dpk对评价结果起正向作用时，计算公式见式(2)；当dpk对评价结果起负向作用时，计算公式见式(3)。

(2)

方案fm与最优方案集U的相对贴近度rm可定义为式(4)。

(4)

式中，rm反映被评价方案fm与最优方案集U的联系度，rm值越大，表示被评价对象越接近最优方案，即系统现状接近最优状态，以此评估恢复力的大小。

2 结果分析

2.1 系统描述与扰动分析

矿区社会生态系统是由社会系统和生态系统耦合形成的以资源开采为中心的各方利益代表者参与的社会物质资料再生产系统，包含矿产资源、矿产企业、管理部门、使用者4个主体及矿区独具特色的矿业经济、工人文化、产业政策、自然生态、法律制度等要素[23-24]，见图2。一个结构紧密清晰的社会生态系统有较强的吸收外界扰动的能力，即系统自身恢复力，当系统面对的扰动超过其承受能力时，原系统的结构和功能会发生变化，系统自身无法应对这种冲击就会越过阈值形成一个新的社会生态系统。

图2 矿区社会生态系统复合结构图Fig.2 The coupling structure of social-ecological system in mining area

关闭矿山前，矿山企业是城市发展的源动力，是城市财政收入的主要来源。围绕资源开采在矿业企业周边集聚了各种资源加工产业链、服务业、金融业，相关的公共服务配套设施也逐渐完善，随之而来吸引了大量人口在此集聚，慢慢发展成为以矿山企业为中心的结构紧密的系统。矿山企业通过工业开采从生态系统获得资源，通过加工向社会提供煤炭产品与煤副产品，反之社会系统向经济系统提供资金、人才与消费需求。但随着资源枯竭与环境恶化，大规模的采矿活动使得生态系统的承受能力逐渐下降，同时由于产能过剩单纯依靠资源开采的经济优势逐渐减弱，矿山企业举步维艰。关闭矿山，转型升级是企业与城市发展面临的首要问题。

由于矿区经济结构单一，生态环境受到采矿活动的严重破坏，其社会生态系统本身就比较脆弱，再者作为区域经济支柱的矿山关闭后使得矿区社会生态系统受到了更大的扰动。如图3所示，经济系统对扰动的反应最迅速，矿区资金分流、财政税收缩减、围绕资源开采的一系列矿产品深加工产业和服务业失去了发展动力；社会系统遭受的扰动包括劳动力、劳动资料和信息技术从矿业流向其他行业，矿区行政规划与发展规划需要调整；生态系统遭受的扰动包括关闭矿山促使生态系统向好的方向转变，矿区生态系统再生产能力得以恢复，破损土地复垦再利用，区域环境好转等。

图3 矿区社会生态系统要素作用图Fig.3 The interaction between the social-ecological system factor in mining area

矿山企业从系统退出后整个城市系统失去了经济支撑，系统发展面临困境，单纯依靠其自身力量无法维系以前的发展状态，政策作为一股外部力量介入系统的恢复与发展。政府通过招商引资和固定资产投资为经济系统注入新动力，以轻工业、物流仓储、旅游教育和特色农业为代表的多元化产业代替以前单一的经济结构，新的经济系统更具活力与抗风险能力；矿山关闭后，各项优惠政策向矿企和其他中小企业倾斜，矿区重新列入城市发展规划，矿区文化与工匠精神逐渐淡化，社会福利制度更加完善；矿区生态系统有自身的自愈能力，再加上后期人工修复塌陷地、治理环境污染，生态系统已完全具备能量流动，物质循环和信息传递的功能。矿区社会生态系统相互联系、相互作用重新形成一个结构完整、功能完善的网状复合系统，这个系统有其不稳定性和抵抗性。因此，衡量系统应对外界扰动能力的大小可以从扰动状况与应对能力入手，根据每个子系统的因素变化研究整个系统变化。

2.2 恢复力评价指标体系

到目前为止，关于系统恢复力测度还没有一个统一的标准，不过一些关于矿区系统脆弱性评价的研究可以为本研究评价指标选择提供参考。余中元等[25]从风险压力(自然风险、人类干扰、规划目标)、敏感性(环境管理、生产效率、科学技术、幸福指数、跨尺度影响)、应对能力(资源利用、脆弱性历史、经济要素结构、自然系统、文化因素)三方面选择13项指标对社会生态系统脆弱性驱动机制进行分析；全占军等[16]以锡林郭勒草原胜利煤田为研究对象，构建了由生态敏感性、自然与社会压力及生态恢复力 3方面 16 个因子组成的生态脆弱性评估指标体系，生态环境敏感性指标涉及坡度、植被类型、植被盖度、降雨量、潜水埋深、煤层厚深比、沙化土地占比率、干旱频率，自然和社会压力指标包括人口密度、草地载畜量、建设用地比率、耕地比率、开采强度、开采工艺，生态恢复力指标包括植被净第一性生产力和植被恢复系数；廖雪琴等[26]从生态环境选取坡度、NDVI指数、地下水资源量3项指标，从生态敏感性选取土壤侵蚀敏感性、土地沙漠化敏感性、土壤盐渍化敏感性3项指标，从景观空间结构分离度、分维数倒数、破损度 3项指标构建阜新矿区生态脆弱性评价指标体系。

上述学者主要是运用指标替代法开展系统脆弱性研究，选取的指标归结为社会、生物物理、经济因素。本文基于系统扰动分析，选取18项评价指标(表1)对矿区社会生态系统恢复力进行测度：从社会系统选取矿区人口流动性、乡镇公路里程、科技人员数量3项扰动指标和地方财政支出、社会保障覆盖度、受教育水平3项应对指标；从生态系统选取人口密度、耕地面积、潜水位埋深3项扰动指标和复垦土地面积、污水处理率、植被覆盖度3项应对能力指标；从经济系统选取地区生产总值、第二产业占GDP总量、中小企业数量3项扰动指标和高新技术产业产值比重、人均纯收入、社会固定资产投资3项应对能力指标。指标数据的无量纲化处理采用最大最小值法进行标准化，采用客观赋权法中熵值法确定评价指标的权重。

表1 社会生态系统恢复力评价指标体系Table 1 Index system for social-ecological system resilience evaluation

2.3 恢复力评价结果分析

根据式(1)～(4)及恢复力评价指标体系，对2000～2014年大黄山镇3个子系统及系统总体恢复力进行计算，为了直观反映和比较恢复力状况，参考学者研究成果[27-28]根据恢复力取值的区间将系统扰动性、应对能力及恢复力在(0,1)的范围内划分为三级，0

图4 大黄山矿区社会生态系统扰动性、应对能力、恢复力变化趋势图Fig.4 The changing trends of social-ecological systemwith disturbance,response capacity and resilience in Dahuangshan mining area

2.3.1 系统扰动分析

2000～2014年大黄山镇社会生态系统遭受扰动后出现了一定的波动，总体波动指数前期缓慢上升之后呈下降趋势，后期变化幅度较大，波动指数总统处于0.33～0.66之间，属于中级扰动等级(图4(a))。

2000～2008年波动性指数由0.47上升到0.54，变化不明显，主要是因为2000年大黄山矿停产后，对经济系统的冲击有一定的时间延迟，以矿业为依托的服务业、制造业纷纷关闭，中小企业数量减少了12%，矿区经济增速放缓，但经济总量基数较大，地区生产总值仍以3%～5%的速度增加，经济系统出现较大的波动。同时大黄山矿有计划停产后生态系统环境状况明显改善，潜水位逐渐回升，耕地面积有所下降，生态系统受到的扰动慢慢缩小。以矿区为中心的社会系统长期存在人员流动和科技人员流失的情况，扰动指数处于较高状态。三者结合使得系统整体扰动指数缓慢上升。2008～2014年波动性指数由0.54下降到0.43，波动较大。这一阶段经济系统、社会系统与生态系统都发生了显著变化，2008年大黄山镇撤销，与大庙镇合并设立苗山镇，行政区划的调整使得政府加大建设投资，基础配套设施进一步完善，人口流动性稳定在12%～13%之间，人口流动性保持0.8%的小幅度变动，科学技术人员有回流趋势，社会系统的扰动性显著下降；由于行政区域合并，地区生产总值翻番，导致结果显示经济系统扰动较大，但这种变化并不是负面影响，事实上是有益于系统发展，这一变化主要归结于行政区划的调整，2013年撤销苗山镇，设立大黄山街道办事处，在经济核算时，总量发生变化；同时期，由于大黄山政府有计划开展土地复垦与整治工作，生态状况明显好转，潜水位埋深回归正常水平，耕地利用率提高。总体而言，系统总体扰动呈下降趋势。

2.3.2 系统应对能力分析

2000～2014年大黄山镇社会生态系统应对能力指数由0.23上升到0.77。闭矿初期应对能力指数比较平稳，后期迅速攀升，变化幅度较大，总体变化趋势与社会系统应对能力趋势大致相同。2000～2006年应对能力指数在0.23～0.36之间，处于低级阶段，2006～2014年应对能力指数在0.36～0.77之间，属于中高级阶段(图4(b))。

矿山关闭后，2005年大黄山镇划归徐州市经济技术开发区管辖，政府开始调整产业结构，有计划引导企业转型升级，同时加大财政投入，吸引人才、技术、信息流入，财政投入由2006年的3 366万元增加到10 119万元。社会保障能力大幅提升，截至2015年的统计年鉴数据表明大黄山矿区社会保障覆盖度已达到90.8%；2012～2014年各大金融机构年末各项存款余额核算总计约9 000万元，高中及以上受教育人口比例达到27.64%，社会系统应对能力显著增强。徐州市采煤塌陷地治理在国内已产生一定的影响，大黄山矿的治理模式就是其中之一，利用东部高潜水位矿区塌陷积水发展水产养殖与观光农业，既能带来经济效益也使采煤破坏的土地得以修整利用，经过治理大黄山矿区植被覆盖度达到30%，污水处理率达到70%。但生态系统的修复是一个长期的过程，2000～2014年生态系统的应对能力较之其他系统变化不大。矿山关闭虽然对经济系统造成巨大冲击，但是整个社会的社会经济发展水平是提升的，矿山关闭后产业结构更加合理，新兴产业入驻厂址园区，财政总收入、人均收入都有大幅度提升，经济系统应对财政风险的能力显著增强。

2.3.3 系统恢复力分析

总体上看,2000～2014年大黄山镇社会生态系统恢复能力逐步增强，恢复力指数从0.32增加到0.72，经历了缓慢上升、加速、趋于稳定三个状态，最终达到高级层级(图4(c))。系统总体恢复力是3个子系统扰动因子和应对能力共同作用的结果，虽然矿山关闭社会生态系统受到的扰动呈上升趋势，但系统强大的应对能力使得整个系统的恢复力仍然不断增强。相比较而言，系统总恢复力受到经济系统的影响较大，对经济变化引起的扰动反应比较强烈，区域财政支撑是矿区转型的助推器。由于生态系统的影响是长期的、潜移默化的，再加上采矿活动没有给生态环境带来毁灭性的扰动，通过后期采取有效的修复措施，使得人类长期施加给生态系统的压力得到消化，生态系统对整个系统恢复力的影响较小。但生态系统是人类活动的载体，是物质资料的主要来源，它对人类和整个社会生态系统十分重要，它的作用没有充分发挥出来对系统是一种损失，因此要加大对生态系统恢复治理的投入，使其以最佳状态参与系统运行。

3 结 论

1) 社会生态系统是由社会系统、经济系统、生态系统耦合而成的自适应系统，系统自身有一定的调节与恢复能力。本文运用熵值法和集对分析法，构建基于系统稳定的社会生态系统恢复力测度框架，遴选影响因子作测度分析。结果表明，关闭矿山后，社会系统、生态系统和经济系统的恢复力均呈现不同程度的上升趋势，国民经济、社会发展的强大应对能力使得大黄山镇社会生态系统恢复力从0.32上升到0.72。其中，国民经济的强大支撑尤其突出，在这种形势下，培育和发展矿业以外的多元化支撑产业，才能促进矿区的可持续发展与转型升级。虽然大黄山镇社会生态系统自身有强大的恢复能力，但不可否认外部政策都在关键时点介入后转化为内部力量引导系统的发展方向，这种力量也不容忽视。

2) 矿区社会生态系统恢复力估测本身是个复杂的系统工程，且关于矿山系统领域恢复力的研究还很少，本文尝试运用集对分析法进行量化分析，结果有一定的参考意义。

研究社会生态系统这样一个复杂大系统的恢复力需要长期全方面的跟踪考察，本文研究的时间区段为2000～2014年，因此研究结果只能反映这十几年的变化，系统有些要素的变化还不明显，结果的差异性并不显著。另外，本文选取了有代表性的几个评价指标，还不够全面，需要在系统掌握矿山社会生态系统恢复力框架变量与参数的基础上，用更科学的评估方法以实现更大范围的恢复力评价目标，最终更广泛地利用恢复力思维指导可持续发展问题。