煤炭资源型城市生态脆弱性研究进展

唐 倩，王金满,2①，荆肇睿

〔1.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；2.自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035〕

资源型城市是以矿产、森林、石油等自然资源开采、加工为主导产业的城市[1]。煤炭资源在我国经济发展及城市化进程中发挥着重要作用[2]，城市发展与煤炭资源间的高度依赖是煤炭资源型城市区别于一般城市的最显著特征[1]。当前国内外学者对煤炭资源型城市研究主要集中在城市转型[3]、可持续发展[4]和生态效率评价[5]等方面，对城市生态脆弱性研究相对较少。相关学者对城市沿海地区[6]、城市群[7]和绿洲城市[8]等区域的生态脆弱性研究为煤炭资源型城市生态脆弱性研究提供了重要参考和借鉴，但这些研究并不能完全体现煤炭资源型城市生态脆弱性的研究现状，鲜有对煤炭资源型城市生态脆弱性研究成果进行总结归纳。因此，从煤炭资源型城市生态脆弱性内涵、影响因素分析、评价方法、评价指标选取、指标体系构建和规避措施等方面进行总结，以期发现煤炭资源型城市生态脆弱性研究中存在的问题，为进一步开展煤炭资源型城市生态安全研究提供借鉴，为实现煤炭资源型城市可持续发展和生态文明建设提供理论和实践依据。

1 煤炭资源型城市生态脆弱性内涵

全球环境变化人文因素计划(IHDP)将城市生态脆弱性研究作为核心研究内容，并认为对煤炭资源型城市这类典型区域的生态脆弱性进行综合研究具有重要理论和现实意义。综合国内外煤炭资源型城市生态脆弱性相关文献发现，国外对生态脆弱性的研究相对较多，但对煤炭资源型城市生态脆弱性研究较少。国外学者对生态脆弱性的研究从全球环境变化背景下的大尺度研究转向目前局部小尺度研究，且生态脆弱性通常通过地下水脆弱性、含水层脆弱性、地表水脆弱性、洪水脆弱性[9-12]等方面反映，鲜有学者对煤炭资源型城市生态脆弱性内涵给出明确界定。

国内有关煤炭资源型城市生态脆弱性的研究日益增多。煤炭资源型城市生态脆弱性内涵源于生态脆弱性内涵，是处于特定时期特定煤炭资源型城市自身结构具有的固有属性，是一个对比性概念。国内学者普遍认为煤炭资源型城市生态脆弱性是在煤炭资源型城市这个区域范围内和特定时间段内的生态系统，因生态系统内部结构的不稳定性，以及对人类活动、自然因素等“外力干扰”的暴露、敏感性缺乏足够应对能力，而易往不利于自身及人类利用方向发展的一种现象[13]。

煤炭资源型城市生态脆弱性具有以下3个特点：(1)煤炭资源型城市生态脆弱性本质上是生态系统自身结构具有的固有属性，即使无外界干扰也会存在；(2)煤炭资源型城市生态脆弱性对外界干扰具有一定的适应能力，但生态系统易变性能力较强，从而导致生态环境向不利于人类生存的方向发展；(3)煤炭资源型城市生态脆弱性研究是基于特定空间和时间尺度的研究。鉴于此，将煤炭资源型城市生态脆弱性概念界定如下：煤炭资源型城市在特定时空范围内的生态系统对人类活动和自然因素扰动具有的适应能力，在遭受干扰因素侵扰后由于缺乏应对能力而使其向不利于城市可持续发展方向演变的状态，是系统内部的固有属性。

2 煤炭资源型城市生态脆弱性评价方法

2.1 煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标分析

2.1.1煤炭资源型城市生态脆弱性影响因素分析

煤炭资源型城市生态脆弱性影响因素指对煤炭资源型城市生态脆弱程度产生影响的内在或外在因素。因矿产资源持续开采，煤炭资源型城市生态系统内部结构遭到破坏的同时，诸多外部扰动作用也在加剧，在这种内外因素双重干扰下，城市生态系统较其他类型城市具有更强的生态脆弱性[14]。在整理国内外相关文献基础上，对不同煤炭资源型城市生态脆弱性影响因素进行归纳(表1[15-23])，可以看出，煤炭资源型城市生态脆弱性影响因素研究体现了从注重自然因素向关注自然-社会-经济因素耦合作用的转变。

在综合分析煤炭资源型城市生态脆弱性内外影响因素基础上，构建其生态脆弱性驱动机制(图1)。

表1 煤炭资源型城市生态脆弱性影响因素

图1 煤炭资源型城市生态脆弱性驱动机制

图1显示，煤炭资源型城市的高度生态脆弱性现状是煤炭资源型城市累积的生态脆弱性历史遗留问题以及城市自然状况、社会活动和经济发展扰动共同驱动的结果，并受到生态系统自我调节功能的影响。

2.1.2评价指标选取

煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标的选取应遵循科学性、稳定性、针对性、可操作性、可比性和可量化性等原则。常用的指标权重确定方法包括主观权重确定方法〔层次分析法(AHP)、模糊综合评价法(FCE)、专家调查法(Delphi)〕和客观权重确定方法〔主成分分析法(PCA)、信息熵法、空间主成分方法(SPCA)〕2种。通常需要针对具体生态环境问题，结合煤炭资源型城市的局地特征因素，从多方面选取评价指标，以实现区域生态脆弱性指标的量化(表2[13，15-16，18-19])。选择煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标时，尤其应注重城市发展中由于资源开采、加工造成的资源结构变化和生态环境污染等相关指标，更侧重煤炭资源型城市发展状况；当煤炭资源型城市伴随着干旱、暴雨等严重自然灾害时，地形地貌、土壤资源和水文气象等相关指标也成为重点考虑对象，这时应更侧重煤炭资源型城市的自然地理状况。

表2 煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标

2.2 评价方法研究

煤炭资源型城市生态脆弱性的相关评价方法见表3[1，13，15-16，18-19，24-30]。表3显示，煤炭资源型城市生态脆弱性评价是其生态脆弱性研究的主要部分，目前其评价方法包括熵值法、综合指数法、函数模型法、层次分析法、层次分析法和模糊综合评价法以及生态足迹法等，特别是随着GIS与RS技术的应用和发展，刘慧等[31]、付刚等[32]、邵秋芳等[33]、CHOUDHARY等[34]和SAHOO等[35]将该技术运用到生态脆弱性定量分析中，但鲜有学者将其运用到煤炭资源型城市生态脆弱性评价中。这些评价方法通常比较简单，易于计算，侧重于对其生态脆弱程度的测算。

表3 煤炭资源型城市生态脆弱性评价方法

2.3 评价指数计算

煤炭资源型城市生态脆弱性评价指数是煤炭资源型城市生态脆弱性程度的定量表征，主要包括生态脆弱性指数和生态足迹指数(表4[13，18-19，29，36-39])。目前的煤炭资源型城市生态脆弱性研究主要侧重对生态脆弱性程度的测算，因此生态脆弱性指数的计算对煤炭资源型城市生态脆弱性研究尤为重要。

3 煤炭资源型城市生态脆弱性规避措施

煤炭资源型城市生态脆弱性规避措施旨在防范、避开和治理对其生态环境造成干扰的不利因素。综合国内外相关文献总结归纳了煤炭资源型城市生态脆弱性规避措施(表5[21，29，40-46])，关注视角包括生态脆弱性、生态安全、生态承载力、可持续发展和城市转型。立足于煤炭资源型城市拥有的自然资源本质，在规避生态脆弱性时应重点调整优化产业结构，发展循环经济，减少化石燃料能源消耗，发展新能源。

4 研究问题与展望

4.1 存在问题

目前煤炭资源型城市生态脆弱性研究成果不断涌现，但是研究尚存在以下不足：

(1)煤炭资源型城市生态脆弱性内涵尚未统一。目前，国内外学者对煤炭资源型城市生态脆弱性内涵几乎没有明确定义，阻碍了相关研究进一步发展。此外，随着研究不断深入，煤炭资源型城市生态脆弱性的研究范围已从早期的单纯自然生态环境逐步扩展到更为复杂的自然-社会-经济生态环境，但煤炭资源型城市生态脆弱性内涵并没有随之全面化和系统化。

(2)评价指标及研究方法不完善。首先，由于不同学者研究背景和研究对象不同，导致学者对评价指标的选取存在差别。基于“自然-社会-经济”“敏感-弹性-压力”“自然-人为”“敏感-适应”“压力-敏感-恢复”等概念模型选择的煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标具有地方特色，但不同概念模型选取的评价指标之间的相互关系没有得到体现，评价指标选取存在一定主观性和随意性，导致评价结果缺乏科学性和客观性；其次，评价方法相对简单，对熵值法、综合指数法和函数模型法等评价方法运用比较频繁，而对一些创新性评价方法的应用稍显不足，需要拓展加强，同时评价方法自身的缺陷和适用性很少被学者考虑，导致评价结果出现偏差。

表4 煤炭资源型城市生态脆弱性各类计算指数

表5 煤炭资源型城市生态脆弱性规避措施

(3)煤炭资源型城市生态脆弱性整体性研究不足。首先，煤炭资源型城市生态脆弱性研究主要对生态脆弱性进行评价，评价过程大多为选择研究对象—分析生态脆弱性现状—选取评价指标—确定指标权重—选取研究方法—得到结果—分析结果，学者主要对研究对象生态脆弱性程度进行定量分析。研究内容不够创新，也不够全面，对煤炭资源型城市生态脆弱性的驱动机制、演化过程和发展趋势缺少探究。其次，对煤炭资源型城市生态脆弱性进行分析时，鲜少使用GIS和RS等空间分析软件，缺少对其空间尺度的探讨，仅停留在时间尺度的分析。

4.2 展望

(1)完善煤炭资源型城市生态脆弱性内涵界定。煤炭资源型城市生态脆弱性内涵是研究煤炭资源型城市生态脆弱性的理论基础，是描述煤炭资源型城市生态脆弱性特征的理论依据。通过完善煤炭资源型城市生态脆弱性内涵，能深入地剖析煤炭资源型城市生态脆弱性构成因素及其相互作用关系，进而揭示生态脆弱性发生机制。

(2)完善评价指标和评价方法。完善煤炭资源型城市生态脆弱性评价指标体系是定量分析煤炭资源型城市生态脆弱性的基础，对相关研究成果进行二次分析，根据已有研究异同，总结完善评价指标的选取，使相关学者在进行评价指标选取时有例可遵。针对煤炭资源型城市生态脆弱性评价方法的缺陷和适用性，结合研究对象特点，慎重选择评价方法，使评价结果更加合理客观，增强评价结果实用性，完善评价方法，将投影寻踪模型、贝叶斯网络模型、BP神经网络和随机Petri网等先进技术方法运用到煤炭资源型城市生态脆弱性评价研究中。

(3)加深研究深度，延伸研究区域范围。对煤炭资源型城市生态脆弱性的研究不局限于生态脆弱性程度测算，明确煤炭资源型城市生态脆弱性的驱动机制、演化过程和发展趋向才能增强评价结果实用性。煤炭资源型城市生态脆弱性研究由自然生态环境研究向自然-社会-经济生态环境研究转变，还涉及不同时间、空间尺度要素变化，因此要不断延伸、拓展研究区时间和空间尺度。