煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量影响评价

徐占军，赵思萌，王培周，毕如田

煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量影响评价

徐占军，赵思萌，王培周，毕如田

（山西农业大学资源环境学院，太谷 030801）

农田质量的内涵应包括本底质量、经济质量和生态环境质量3部分。煤炭开采导致农田严重受损，科学合理评价煤炭开采对矿-农复合区农田质量的影响，对制定区域土地复垦规划和综合整治有着重要的意义。以山西省泽州县长河流域为研究区，该研究首先建立了煤炭开采沉陷区农田质量评价的指标体系，选取农田自然质量、农业生产条件、区位条件、农田环境条件来表征农田质量，对并依据这些指标进行空间可视化，利用多因素加权求和的方法对农田质量进行综合评价。研究结果表明：与煤炭开采非扰动区相比，位于煤矿区井田边界内的农田自然质量、农业生产条件、区位条件、农田生态环境条件评价分值均较低；煤矿井田边界范围内的农田质量（平均值为0.37）低于非矿区农田（平均值为0.55）。应结合煤炭开采扰动影响区农田质量区域分布特点，制定科学合理的矿-农复合区土地复垦规划和土地综合整治方案。

开采；复垦；农田质量；矿-农复合区

0 引 言

农田质量一般指农田的状况和条件，其质量高低是粮食安全和社会安全的重要保障。农田质量的高低是其内在属性即自然地理条件与外在属性即社会经济投入的集中体现。其有广义和狭义之分。狭义的农田质量指的就是其本底质量，就是指的农田质量的自然属性；而广义的农田质量的内涵应包括本底质量、经济质量和生态环境质量3部分。本底质量是农地质量的基础，具体指农田质量的自然属性，即自然质量；经济质量是指利用强度和生产能力，具体是指农田质量的经济属性；而生态环境质量反映的是农田利用过程所产生的环境影响，具体是指农田质量的环境属性。这种内涵界定充分体现了农田系统是一个自然、经济复合生态系统，综合考虑了其自然、经济和生态环境属性[1]。

“矿-农”复合区是指以地下矿产资源开采和加工，地上农业生产及耕作为主的资源-产业复合发展区域，亦称矿农叠加区和矿农积聚区，在中国农业生产及采煤区域重叠的地区占到全国耕地面积的40％左右，近20 a中国因煤炭开采而受损的耕地面积约为4万 hm2[2]。煤炭开采给当地带来了更多的就业机会和经济发展活力，但同时导致采区农田质量严重受损，而与其相关的农田自然、经济、生态环境等要素也会随之发生变化，比如胡振琪等[3]学者基于“星-空-地-井”四位一体技术对神东矿区生态因子进行监测，发现煤炭开采对沉陷区生态有一定影响，主要表现在对地表形变、裂缝、土壤水分以及植物生长的影响。陈龙乾等[4-7]学者发现煤炭开采导致农田土壤理化性质、土壤碳库以及农田基础设施条件产生剧烈变化。

有关煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量的影响，学者们主要是从点位和区域尺度上对煤炭开采造成的农田单个或几个质量因子的扰动影响进行了研究，并未基于农田质量的广义内涵进行深入分析，而且在基于区域尺度的农田质量综合评价指标还未形成体系。参考国内外近年来有关非矿区农田质量评价的研究进展及发展趋势，对于农田质量影响评价已从单纯考虑专项的基础地力等和土壤性质发展到综合考虑自然、经济和社会的“人地一体化的资源价值管理评价”[8]。所以有必要将煤炭开采对区域农田质量影响评价的内涵扩展到其广义层面，这有助于制定更为科学合理的“矿-农”复合区土地复垦规划和土地综合整治方案。

本文以典型“矿-农”复合区（晋城市长河流域）研究区，研究煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量影响，研究的主要目的包括：1）构建一套基于广义内涵基础上的“矿-农”复合区农田质量评价指标体系；2）以“矿-农”复合区域内煤炭开采扰动区为对照区，分析煤炭开采对农田质量影响的影响程度和空间分布特征；3）通过外业采样、GIS空间分析以及实地调研来分析典型“矿-农”复合区域内煤炭开采对农田质量的影响因素。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

研究区位于山西省晋城市西北部泽州县域内的长河流域（图1），其地理坐标为35°30′10″～35°38′06″N，112°37′40″～112°46′04″E，总面积约113.224 km2，区域内包含川底乡、大东沟镇和下村镇3个乡镇的48个行政村。长河是沁河的一级支流，整条河由南向北贯穿整个长河流域。研究区属于温带大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。年平均气温10.9 ℃，年均降雨量为628.3 mm，年均日照时数为2 392.8 h。该区域主要的地貌类型为丘陵，主要土壤类型为褐土，区域内的耕地多为旱地，主要作物是小麦和玉米，一年一熟或两年三熟。

该区是典型的“矿-农”复合区。流域境内矿产资源以煤为主，含煤面积达528.6 km2。含煤地层为山西组和太原组，共含煤8～17层，总厚度约9.18～14.23 m。长河流域左侧分布着成庄煤矿等12个煤矿，是山西省主要的产煤区之一。受高强度的煤炭开采影响，研究区矿区与非矿区土壤质量差异较大，长河左侧煤炭开采区煤矿分布比较集中，采煤量较大，煤炭资源丰富，煤质优良，当前主要以3号，9号以及15号煤层为主。依靠丰富的煤炭资源，该区域经济得到快速发展，但特殊的黄土层和粗放的煤炭开采方式使该区的土地塌陷、生态环境破坏严重。长河右侧区域受煤炭开采影响较小，为主要农业耕作区。

图1 研究区地理区位及采样点分布图

1.2 数据来源和预处理

1.2.1 土壤样品的采集与测定

2015年7月进行了研究区的野外采样工作，采样方法为格网法，将研究区用1 000 m´1 000 m的网格划分，在以网格中心为原点，每隔5 m为半径的范围内进行采样，采用“S”形布点、多点混合取样，采样深度0～20 cm一共采集117个土壤样品，并同时采用GPS定位技术采集记录每个采样点的地理坐标。采样完毕后将土样密封并带回实验室保存并测定其常规理化性质，具体测定方法见《土壤农化分析》（第2版）[9]。

1.2.2 数据来源及预处理

考虑数据资料可靠性及可获取性，本文所用数据资料主要包括图件数据、社会经济统计数据以及土壤采样数据：1）晋城市泽州县2017年1∶10 000的土地利用变更调查数据，主要获取农田布局、农村居民点分布、道路、沟渠水域以及各乡镇行政中心等；2）1∶10 000 DEM（Digital Elevation Model）提取地形坡度，土壤普查数据获取土壤属性；3）研究区2017年统计年鉴以及该年份相关农业统计资料，获取社会经济等统计数据；4）研究区经济统计数据、煤炭资源开发利用方案、土地复垦方案、环境监测报告等；5）研究区12个煤矿的环境监测数据计算综合污染指数；6）实地调研资料。

对数据进行预处理：对收集统计到的数据进行梳理检查，确保单位的规范统一；在ArcGIS中实现各专题地图的空间投影坐标系一致。在实验室内通过土壤样品分析测量研究区117个土壤采样点的有机质、pH值、速效氮磷钾等化学性质数据；采用ArcGIS软件对地形坡度数据、土壤采样点数据、及社会经济统计数据进行矢量化处理，并在此基础上通过空间分析功能中的Kriging插值法、反距离权重法验证对比，选择最优插值效果对各指标进行空间插值。根据最优半方差函数模型，对文中所选指标数据进行Kriging 最优内插处理，有机质插值后精度检验结果显示平均绝对误差MAE（Mean Absolute Error）为0.063，均方根误差RMSE（Root Mean Square Error）为0.087，一致性系数AC（Agreement Coefficient）为0.925，插值效果较理想。其余指标验证方法类似，经检验修正后生成各因素空间分布专题图。

1.3 评价单元的划分

评价单元是具有特定土地特性和土地质量的土地评价和制图的基本单元。其内部要素构成相对一致，质量相对均一，属性相对一致，但单元之间有显著差异[10]。依据中国农用地分等定级规程并参考已发表研究成果得出常用的评价单元划分方法有图斑法、叠置法、地块法及动态网格法[11-17]。本文首先选取叠置法将晋城市泽州县土地利用现状图和土壤图进行叠加，在此基础上提取所有农田作为评价对象。鉴于研究区煤炭开采区地貌复杂且土壤性质均质性差等现状情况，单纯叠置法并不能保证研究区各评价单元评价因素的均一性，根据研究区各煤矿的开采沉陷对地表破坏的理论模拟以及项目的实地调研结果，最终确定研究区农田评价单元的大小为30 m´30 m，基本可以保证评价单元的均质性也同时能够反映研究区农田质量的空间分异特征。

1.4 矿-农复合区农田综合质量评价指标体系构建

本文基于农田质量的广义内涵构建“矿-农”复合区农田质量评价指标体系，所以其指标体系包括“自然质量、经济质量和生态质量”3个部分。同时根据本文研究“矿-农复合区”的实际情况，选取煤炭开采前后变化明显的因素作为评价指标。

1.4.1 农田自然质量评价指标选取

农田的自然质量评价是综合质量评价的基础，它反映的是该区域农田质量的优劣及适用农业生产的可能性[18]。“矿-农”复合区域，煤炭开采沉陷引发地表形变，改变了沉陷区原始地貌，地裂缝的产生影响田块平整度并导致沉陷区土壤在局部紧实或松散，从而使沉陷区内土壤容重、孔隙度、充水孔隙度、微生物活动指数等土壤性质发生变化；煤炭开采改变了沉陷区内地表径流状况、改变了沉陷区地下水系和潜水深度，导致沉陷区土壤水分条件发生变化；开采沉陷后形成地形坡地，在降雨、风蚀等外界因素影响且地表植被相对薄弱的地方，坡地表土流失，使塌陷区土壤质地、pH值、总有机质含量、氮、磷、钾等土壤肥力指标产生变化。

本研究借鉴农用地分等定级规程中有关常规农田自然质量评价的推荐指标，同时考虑煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量指标的影响，选取地形坡度、地裂缝、容重、含水量、孔隙度、土壤有机质、土壤速效N、P、K、pH值来评价“矿-农”复合区农田的自然质量。

1.4.2 农田经济质量评价指标选取

农田作为农业的主要载体和生产源，其开发利用与效果亦受人类社会经济活动的影响。农田经济质量的影响评价因素可以分为农田农业生产条件评价因素和农田区位评价因素。

1）农田农业生产条件评价因素。农业生产条件反映土地进行农业用途的环境可行性，可评估除自然因素以外使一个地区保持农业用地适宜性的其他因素[19]。煤炭开采使岩层原来的应力状态发生改变，地表产生向下弯曲、变形和移动，造成地表农田基础设施的严重破坏，影响农田的灌溉保证率、排水条件、田间供电、田块形状等；开采沉陷可能导致地面产生沉陷积水从而影响局部农田的利用方式，同时影响农田的田块形状（地块规整度）和集中连片度。本研究借鉴农用地分等定级规程中有关农业生产条件评价的推荐指标，并考虑到研究区大部分耕地为旱地（望天田），几乎没有农田水利和供电设施，最终选取农田利用方式、地块规整度和集中连片度为农田生产条件评价因素。

2）农田区位评价因素。农田区位评价因素反映农田本身所具有的条件及属性，区位优势对一个区域的农田质量具有显著带动作用，通过改善区域农田经营管理水平进而影响农田质量。煤炭开采通常不会改变中心城镇的位置，但采煤损毁农田的重新整理修复后会改变原有农田的空间位置和布局，影响其耕作便捷度及农田耕作距离，导致研究区农田区位条件的变化。在农用地分等定级规程中有关农地区位条件的常用评价指标有中心城镇影响度、道路通达度、耕作距离及耕作便捷度等，鉴于上述分析，本文选取耕作距离和耕作便捷度作为农田区位条件的评价因素。

1.4.3 农田生态环境质量评价指标选取

农田生态环境质量是指保持农田生产力、维持农田环境质量、促进农作物安全生产的适宜程度[20]。目前农田生态环境影响因素已经成为威胁食物安全及区域生态系统健康的重要因素，主要包括农田土壤污染因素（农药、有机污染物、重金属等）、有害灌溉水源、烟尘、气体等。在煤矿区，煤炭开采过程释放矿井瓦斯、矸石自燃、煤炭燃烧等形成了大量的有害气体严重污染矿区及其周边大气环境，造成矿区附近树草枯萎、农作物减产。相关研究和实地调研均表明煤矿区大气污染主要以SO2和烟尘（颗粒物）为主要污染物的煤烟型污染为主[21]；煤炭开采排放的矿坑水以及洗煤废水中含有有机污染物和重金属，如不经处理直接排放到河流中会污染农田灌溉水源，从而造成矿区农田土壤的严重污染。本文研究区基本为旱地（非灌溉农田），同时通过对研究区长河及其支流水质的测定发现其重金属等污染物并未超标，因此矿山废水导致的土壤重金属污染问题不存在。依据中国农用地分等定级规程和《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY-T 395—2000）[22]，选取SO2和烟尘（颗粒物）为研究区农田生态环境质量评价指标。

1.5 评价指标体系权重的确定

采用网络层次分析法（ANP）与专家打分法相结合的方式确定指标权重，在具体应用过程中包括构置网络式层次结构分析图、构建系统超矩阵、归一化处理构建系统加权超矩阵、极限化处理使其逐渐收敛，并且结果趋于一致时得到的极限相对排序向量即为最终权重值[23-24]。指标的分制标准采用[0,100]的百分制，各因子分值则按其对农田质量影响的衰减程度赋予不同分值。各指标的标准化主要参考中国第二次土壤普查数据相关标准、《农用地质量分等规程》[25]、《农用地质量定级规程》（2012）[26]，评价指标体系权重及指标分级标准见表1。

1.6 评价指标量化分析

1.6.1 农田自然质量

农田的自然质量是作物正常生长发育的基础。本文利用研究区外业采集117个土样的土壤有机质等理化性质的实测值来进行研究区土壤有机质、速效氮、磷、钾、pH值、含水率、容重、孔隙度的空间插值；

地形坡度根据提取的坡度DEM数据，在ArcGIS中对研究区的地形坡度进行提取分析；

裂缝：裂缝对农地质量的影响属于线状影响因素，依据农用地分等定级规程，本文采用线状影响作用模型中的指数衰减模型对裂缝对农田质量的影响进行模拟。基于研究区各煤矿区开采沉陷模型模拟和裂缝实地调研数据，以裂缝宽度为裂缝影响的规模指数确定依据，公式如下：

式中是第条裂缝的作用分值，为规模指数，是每条裂缝影响的相对距离。对其进行归一化处理，越接近于1即表示裂缝的影响程度越大。依据指数衰减法对裂缝进行分级赋分。

基于此对表1中有关土壤性质进行分级，得出研究区农田自然质量评价指标的指标分级图（图2）

1.6.2 农业生产条件

农田利用方式：长河流域没有水田分布，根据长河流域实际情况，参照相关文献并结合定性评分，确定水田、水浇地、旱地的评分分别为100、80、60。

地块规整度：农田规整度根据公式（2）[9]来计算。

式中表示地块形状系数，其越小表示形状越规则。表示地块面积，hm2，表示地块周长，m。为避免过大数引起的数值问题，对规整度进行归一化处理。

农田连片度：农田连片度在ArcGIS中的空间分析功能中实现，利用农田栅格数据来判断地块之间的距离大小，并参考全国第二次土地调查技术规程要求，20 m宽度即为线装地物，因而小于20 m的地块即可认为地块是连片的，此范围内的地类界限、行政界线、水渠、田埂等均不视为连片地块分割物。利用ArcGIS的缓冲区分析（缓冲距离为10 m）对所有农田图斑进行分析，并将相交图斑进行合并，用不同颜色来表示不同程度的连片地块。图3为其农业生产条件分级图。根据归一化公式（3）对农田连片度进行量化分析。

式中i为农田连片度值，max为农田连片度最大值，min为连片度最小值。通过栅格计算功能实现农田连片度的归一化。

表1 长河流域农田质量评价指标体系及量化

注：指标分级标准中的I、II、III、IV、V、VI从高到低分别赋予100、80、60、40、20、0。

Note: From high to low, 100, 80, 60, 40, 20 and 0 are assigned to I, II, III, IV, V and VI in the index classification standard.

1.6.3 区位条件

农田的区位条件是指农田所处的具体位置。位置的优越性决定了农产品的运输成本，利于提高农民的收入，影响农民的耕作意愿。本文以耕作距离和耕作便捷度为指标对长河流域的区位条件进行了研究，图4为长河流域区位条件指标分级图。

耕作距离：表示居民点到农田的距离，在ArcGIS中提取农田及居民点的shape图层，并通过要素转点将面要素转换为点要素。通过分析工具、邻域分析、点距离分析耕作距离。并为避免数值过大问题对分析结果进行归一化处理。

耕作便捷度：即农田到道路的最小直线距离，在ArcGIS中提取道路与农田的点要素，通过空间分析功能中的邻域分析的生成近邻表生成流域内每条道路到每块农田的距离，并通过汇总统计工具筛选出每个点到每条道路的最小距离。通过克里金差值分析区域内耕作便捷度。并对分析结果进行归一化处理，此处数值越小表示农田离道路距离越近，分级标准如表 1所示。

1.6.4 农田环境条件

农田环境条件决定农田生产能力，本文以区域烟尘及二氧化硫污染指数作为农田环境条件评价指标。通过查阅长河流域矿区环境报告中环境影响及污染物排放变化情况来获取研究区12个煤矿和非矿区的烟尘排放量及SO2排放量数据[27]，利用ArcGIS的空间分析功能对两组数据进行空间插值，并按照表1中有关烟尘及二氧化硫含量分级标准进行分级赋分，得出研究区农田环境条件评价指标的指标分级图（图5）。

1.6.5 农田综合质量评价

本文采用多因素综合评价法对农田综合质量进行评价，根据农田自然质量、农业生产条件及区位条件的空间分布分级图，利用公式（4）对研究区农田综合质量进行评价。

式中表示农田质量综合评价得分，i为第个指标的权重，i为第个指标的分值，为评价因子数。实现指标属性分值到农田质量综合评价分值之间的转换，进行加权叠加后得出农田单元的评价分值。

图3 长河流域农业生产条件指标分级图

图4 长河流域区位条件指标分级图

图5 长河流域农田环境条件指标分级图

2 结果与讨论

2.1 煤炭开采对区域农田自然质量影响评价

图 6a为研究区的自然质量综合评价分级图，依据研究区农田自然质量综合评分值，本文将长河流域农田自然质量分为6级。研究区农田自然质量在空间分布上，表现出右侧煤炭开采未扰动区农田自然质量较好而左侧煤炭开采扰动区较差的分布特征，且农田自然质量最好的区域分布在长河右侧中部区域及长河左侧煤矿井田边界范围外的区域，长河左侧煤矿井田边界范围内的农田其自然质量整体评分较低，其自然质量均分为0.42，低于长河流域农田自然质量评价的平均得分0.53，而长河右侧农田自然质量平均得分为0.63，其主要原因是煤炭开采。通过研究区煤矿的土地复垦方案和实地调研发现长河流域内位于长河西侧的晋润、天泰坤达、岳圣山等煤矿开采活动对左侧矿区范围内的农田（90%）造成了不同程度的破坏，导致其自然质量下降；左侧最南部自然质量较好农田未分布在开采区内，影响较小。从本文图2也可以发现煤炭开采导致长河流域左侧煤炭开采区农田土壤理化性质（有机质、速效钾、速效氮、速效磷、容重、含水率等）都存在不同程度的降低。对矿区土地利用变化与生态环境响应的相关研究表明，煤炭开采引起的地表塌陷和裂缝灾害增多以及煤矸石压占土地资源等情况，会对土壤质量造成严重影响[28]，煤炭开采会造成土壤中速效氮磷钾，有机质及生物活性等土壤理化、生物性质的变化[29]，造成煤矿开采区土壤结构较差，土壤肥力将低，农田自然质量低于未开采区[30]。

图6 农田自然质量和农业生产条件综合评价分级图

2.2 煤炭开采对农田经济质量影响评价

2.2.1 煤炭开采对农田生产条件影响评价

图6b为研究区农业生产条件综合评价分级图，长河流域的农业生产条件综合评分不高，农业生产条件最好的区域分布在靠近长河东侧中部煤炭开采未扰动区，这些区域农田地势较平坦、而且经过传统耕作其农田集中连片度和规整度相对较好；分布在长河左侧最南端部分的农田生产条件也很高，是因为它是为数不多的水田区域，且河谷地地势平坦，没有受到煤炭开采的影响。在长河西侧中部分布着一些农田生产条件综合评价得分较高的区域，这些区域大多是河谷地和水田，且分布于煤矿井田边界之外，受煤炭开采扰动影响较小；煤矿井田边界之内也有一些农田生产条件评价分值较高的区域零散分布，经实地调研发现这些区域均为煤炭开采塌陷区的复垦农田区。塌陷地的复垦可以提高农田地块的平整度、规整度和集中连片度，从而提高其农田生产条件。

从图6可知长河东侧煤炭开采未扰动区农田生产条件明显好于长河西侧的煤炭开采扰动区，而且长河西侧的农田区域之间分布着大量的非农田区（农田区之间的空白区），这些区域在煤炭开采扰动影响前也是农田，煤炭开采导致地表沉陷导致农地耕作效益不佳或者由于开采导致地形起伏较大，沉陷区局部农田地形坡度大于了25°，黄土高原区大于25°的农田需要退耕还林[31]，从而使大量的原始农田变为林地和荒草地，导致长河西侧农田的地形坡度、集中连片度和地块规整度降低。相关研究也证实煤炭开采所固有的时间持续性、空间扩展性和强干扰性，使矿区景观生态受到严重影响，且这种影响具有时间和空间上的累积效应[32]，使得矿区土地利用格局变化显著，农田减少，工矿建设用地及塌陷地增加，土地利用格局破碎化和非均质化[28]。

2.2.2 煤炭开采对区域农田区位条件影响评价

图7a为研究区农田区位条件综合评价分级图。总体上长河右侧煤炭开采未扰动区农田区位条件的平均水平（平均值0.50）要好于左侧煤炭开采扰动区的农田（平均值0.45）。而长河左侧煤矿井田边界范围内的农田其区位条件评价值处于研究区最低水平。这是由于长河流域左侧煤矿分布广泛，煤炭开采导致地表沉陷变形使得农田道路破坏，甚至无法通行，交通通达度降低，耕作便捷度评分降低；而且煤炭开采沉陷造成房屋大量损坏，使得长河西侧的农村居民点大量搬迁到长河东侧煤炭开采未扰动区，经过晋煤集团搬迁处调研得知从1990—2016年，长河西侧8个自然村的1.5万人从西侧煤炭开采扰动区搬迁到长河东侧，而这就会导致长河西侧农田的耕作距离增加，使得长河西侧农田的区位条件整体变差。相关研究也表明了煤炭开采会导致农村道路的损坏和农村居民点搬迁[33]，比如温昕等基于GIS的空间分析功能对采煤塌陷区村镇新居选址及居民点搬迁进行了分析，研究结果表明新居民点应位于远离塌陷区、坡向向南、临近主干道和中心镇区域[34]，结果造成位于农田周边的居民点大多搬迁而远离传统耕作区，从而导致开采扰动前的农田区位优势丧失。

图7 区位条件和农田环境质量综合评价分级图

2.3 煤炭开采对区域农田环境条件影响评价

图7b为研究区农田环境条件综合评价分级图。由图可以看出，长河东侧煤炭开采未扰动区烟尘及二氧化硫排放物较少，影响较小；长河左侧煤矿区农田环境污染较为严重，其中天安润宏、天安壁盈及天安坤达的部分区域污染最为严重，这些煤矿在开采过程中不注重环境保护和污染物的净化，导致该区域环境污染程度高于其他区域。而天安晋南、天泰岳南及成庄煤矿环境污染排放物达标，这些煤矿在煤炭开采时建立了严格的污染物排放标准，且在开采后采取了及时的环境保护措施。长河东侧煤炭开采非扰动区内并无明显的污染源，只受到了西侧矿区的一些大气污染源扩散的影响，所以农田环境条件较好。

2.4 煤炭开采对区域农田综合质量影响评价

图8为研究区农田综合质量评价分级图，可以发现研究区的农田综合质量在煤炭开采扰动区和非扰动区差异十分明显，煤矿井田边界内的农田综合质量评价普遍较低（综合质量平均值为0.37），农田质量较差。而农田综合质量最好的区域主要分布在长河东侧煤炭开采未扰动区（农田综合质量评价平均值为0.53）以及西侧非井田边界范围内、且靠近长河的河谷地农田（综合质量评价平均得分为0.55）。由此可以得出煤炭开采对农田综合质量的影响很大。煤炭开采的扰动影响对农田的自然质量条件、经济质量和环境质量均产生剧烈扰动影响，最终导致开采区农田综合质量严重下降。

图8 农田质量综合评价分级图

农田综合质量最差的是成庄煤矿的农田（农田综合质量评价平均得分为0.33），是由于该矿产800万t，开采工艺是长壁综采放顶，且采深较浅（500 m）。高强度开采对土壤以及农田基础设施、道路以及周边居民点损毁最为严重。农田综合质量最好的区域分布在长河沿岸及长河东侧，该区域农田质量评价得分在0.62～0.74，该区农田利用方式以旱地为主，农田面积占整个流域的60%左右，中部河谷地水田区地势平缓，水资源较丰富，农业生产条件优越，这些区域距离居民点较近，该区域内流域两侧交通便利，耕作距离合适，且田间管理及农产品运输方便。农田质量相对较差的区域主要分布于长河流域外围（农田质量评价得分在0.54～0.63），主要受地形因素影响，海拔高，坡度大，而且随着中国经济的发展和“精准扶贫”政策，长河流域外围山区的农民大量被迁移到城镇，使得区域农村居民点大量减少，导致这些区域农田的区位条件变差，从而影响农田质量。

3 结 论

农田质量的内涵应包括本底质量、经济质量和生态环境质量3部分。科学合理评价矿-农复合区煤炭开采对区域农田质量的影响，对制定区域土地复垦规划和土地综合整治有重要意义，本文研究煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量的影响，主要结论如下：

1）构建了煤炭开采对“矿-农”复合区区域农田质量的影响评价指标体系，选取了依据农田自然质量、经济质量、和农田环境质量来表征“矿-农”复合区农田综合质量，在其基础上构建其二级指标体系。

2）煤矿井田边界内的农田质量评价普遍较低（综合质量平均值为0.37），农田质量较差。而农田综合质量最好的区域主要分布在长河东侧煤炭开采未扰动区（农田综合质量评价平均值为0.53）以及长河西侧非井田边界范围外的农田（综合质量评价平均得分为0.55）。煤炭开采的扰动影响不仅会对自然质量、经济质量、和农田环境质量等单个因素造成负面影响，而且最终会在区域层面上导致开采沉陷区农田综合质量严重下降。

3）本文以典型的“矿-农”复合区为例，经过外业采样、GIS空间分析和实地调研发现煤炭开采导致区域层面上农田综合质量严重下降的原因主要包括：煤炭开采破坏了研究区地形地貌，加速了土壤中养分流失，导致地块破碎，农田规整度下降；煤炭开采导致地表沉陷变形使得农田道路大量破坏，交通通达度降低，耕作便捷度差；部分煤矿在开采过程中不注重环境的保护和污染物的净化，导致局部环境污染程度偏高。

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Evaluation of the impacts of coal mining on farmland quality in mine-agriculture regions in China

Xu Zhanjun, Zhao Simeng, Wang Peizhou, Bi Rutian

(,,030801,)

Farmland quality refers to the ability of the land to perform agriculture functions, such as grain production, sustainable performance. The evaluation of farmland quality can include three aspects, background quality, economic quality and ecological environment quality. The indictor farmland quality provides the internal natural attributes, particularly on natural geographical conditions affected by social and economic input. Specifically, the “mining-agriculture” combined method can be widely engaged in agricultural production on the ground, while coal mining underground in Shanxi Province, China. Coal mining has caused serious damage to the farmland, where the quality of cultivated land has deteriorated, and thereby posed great threat on food security and social stability. Therefore, it is necessary to systematically evaluate the impact of coal mining on the quality of farmland in the mine-agricultural complex region, as well for the formulation of regional land reclamation plans. Taking the Changhe river basin in Zezhou County, Shanxi Province as the research area, four indexes were selected to characterize overall farmland quality, including natural quality of farmland, agricultural production conditions, location conditions, and farmland environmental conditions, according to the national standard "Regulations on Agricultural Land Grading and Classification". A specific index system was established to spatially visualize four indexes using the geographic information technology, ArcGIS. A multi-factor weighted algorithm was used to analyze the spatial distribution of each index, and to obtain comprehensive evaluation for the quality of farmland, particularly on coal mining subsidence areas. The results show that the constructed index system of farmland quality can be suitable for the “mine-agriculture” compound regions, reflecting the farmland status of the target areas. The evaluation scores of farmland natural quality, agricultural production conditions, location conditions, and farmland eco-environmental conditions were low in the undisturbed area of coal mining. The farmland quality within the boundary of the coal mine field (average 0.37) was much lower than that of non-mining farmland (average 0.55). It infers that coal mining can affect independent indicators, such as natural quality, economic quality and farmland environmental quality, and ultimately lead to a serious decline in the fertility of farmland at the regional level. The main reason is that the underground coal mining can destroy the topography on the ground, thereby result in soil nutrients loss, broken plots, ground subsidence of roads, and the discharge of mining pollutants at high levels of environmental pollution in local farmland. This finding can provide a theoretical basis to formulate a scientific and rational land-rehabilitation plan for the mine-agricultural complex regions, and comprehensive land improvement plans.

mining; reclamation; farmland quality; mining-farming complex

徐占军，赵思萌，王培周，等. 煤炭开采对“矿-农”复合区农田质量影响评价[J]. 农业工程学报，2020，36(9)：273-282.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.031 http://www.tcsae.org

Xu Zhanjun, Zhao Simeng, Wang Peizhou, et al. Evaluation of the impacts of coal mining on farmland quality in mine-agriculture regions in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 273-282. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.031 http://www.tcsae.org

2019-09-03

2020-04-21

山西省典型区域采煤沉陷区耕地质量等别监测研究技术；国家自然科学基金青年基金（51304130）；山西省青年科技研究基金（2015021125）；山西省高等学校哲学社会科学研究项目（201803010）；山西省软科学研究计划项目（2018041060-2）；山西农业大学校基金（20132-13）

徐占军，博士，主要从事土地生态、资源环境评价研究。Email：zjxu163@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.031

TD88

A

1002-6819(2020)-09-0273-10