武汉市工矿废弃地生态修复分类施策研究

彭丽娜　童秋英　董普侠　余意伟

摘 要：国土空间生态修复治理是推进新时代生态文明建设的重要内容，工矿废弃地复垦则是国土空间生态修复的重要组成部分。本研究基于土地利用现状调查和遥感影像等数據，构建分类适宜性评价指标体系，采用限制性因素法和加权综合叠加法进行复垦适宜性评价来分析武汉市工矿废弃地复垦潜力。结果表明，不同类型工矿废弃地复垦的适宜方向差异较大，且不同类型的评价等级越高越适宜，等级越低修复难度越大。分类适宜性评价指标体系和适宜性评价模型，可为确定市域国土空间工矿废弃地复垦潜力测算提供科学方法，进而为类似区域工矿废弃地生态修复分类施策提供科学依据。

关键词：工矿废弃地;生态修复;复垦适宜性评价;分类施策

中图分类号：S181 文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201130038

引言

现阶段土地整治向国土综合整治与生态修复转型，地处长江经济带的各个城市立足“创新、协调、绿色、开放、共享”及长江大保护生态发展理念，推进新时代城市生态文明建设，以生态系统修复打造美丽生态国土[1]。由于产业结构优化升级、矿产资源整合和产能过剩行业关停等原因产生了大量工矿废弃地[2]。工矿用地对城市的经济和社会发展作出了重要贡献，但废弃后不仅占用了大量的土地资源，而且易引发矿区土壤污染、土壤侵蚀和滑坡等负面生态环境影响[3]，因此，工矿废弃地复垦与治理显得意义重大，并成为当前国土空间生态修复的重要内容。西方发达国家自1960年开始矿区土地复垦研究，不仅土地复垦立法比较完善[4]，还在土地复垦技术[5]和选择复垦适宜种植的地表植物[6]等方面展开了大量研究。我国从1980年才开始关注矿区土地资源的生态修复和治理，随着技术和研究的深入，对矿区复垦的研究内容也日趋广泛，包括对矿区复垦理论研究[7]、适宜性评价[8]和潜力分析[9，10]、后期复垦实施效果评价[11]、复垦前后的景观生态格局变化及生态效应[12]，以及对工矿区的生态修复系统重建[13]和复垦项目规划设计[14]等方面。

本研究在众学者探究的基础上，面向生态修复分类施策考虑，以工矿废弃地图斑为评价单元，构建了不同复垦类型的适宜性评价指标体系，通过层次分析法和熵权法组合确定各指标权重，依据评价结果确定复垦适宜地类，测度复垦潜力，提出分类施策建议，为国土空间工矿废弃地生态修复提供科学的量化方法。

1 研究区概况与数据处理

武汉市地处中国中部，是长江中游特大城市、湖北省省会，中国重要的工业、科教基地和综合交通枢纽。作为典型的快速城市化地区，武汉常住人口城市化率由1978年的47.4%上升到2018年的80.29%。武汉市2009—2017年采矿用地减少了31.88hm2，下降幅度为0.79%，与武汉市近5a来逐步推进矿山环境治理和土地整治工作密切相关。根据武汉市矿山地质环境调查报告和《武汉市矿山地质环境恢复和综合治理规划》，研究区尚有84个废弃矿山地质环境没有得到有效治理，破坏面积达849.62hm2（见图1）。

本研究采用数据主要包括武汉市2018年度土地利用变更调查成果、武汉市工矿废弃地实地调查数据（包括工矿废弃地实测地形和实测范围数据、实地照片、损毁程度和复垦难易程度等）、耕地地力评价成果、30m分辨率数字高程模型（DEM）和武汉市统计年鉴（2010—2018年）。

2 研究方法

2.1 分类依据

根据已有研究及第三次国土调查成果，武汉市工矿废弃地复垦以废弃矿山类型作为分类依据，主要划分为崖壁型、斜坡型、矿坑型、生态红线及长江大保护范围内4种类型。复垦方向确定原则为矿坑型废弃地考虑多地类适宜，且按照评价最高分结合规划综合确定复垦方向;斜坡型和崖壁型考虑单地类即林地适宜方向;处于生态红线和长江大保护10km范围内的工矿废弃地，只考虑耕地和林地适宜，并以最高分确定复垦方向。

2.2 土地复垦适宜性评价

土地复垦潜力是在一定资金、技术和资源环境基础上，采取工程、生物和植被重建等措施，将废弃地复垦后增加的土地转变为其它适宜用途方向的潜在能力，目前常用土地复垦适宜性评价确定复垦适宜方向[15]。结合武汉市实际调研数据，考虑计算指标数据的可获得性，本研究工矿废弃地复垦适宜性评价选择加权综合叠加法和限制性因素法，是提出生态修复分类施策的科学依据。

2.2.1 评价体系构建及指标测算

根据已有研究[15]，结合地理基础数据及实地调研情况，本研究从矿坑条件、地形条件、水文条件、区位条件和周边地类5个方面选取13个指标作为复垦适宜性评价主导因子（见表1）。限制性因素法是针对工矿废弃地的特殊性选择了坡度、灌溉条件和地质环境修复难度作为限制性因素，筛选出处于限制性范围内的图斑。如果废弃地图斑坡度大于25°或无灌溉条件，或有严重地质灾害，则不管其它指标分值多高，该废弃地不适宜复垦为耕地。

工矿废弃地斑块形状及大小各异，且分布较为零散，因此复垦方向尽量与周边土地利用方向保持一致，这是改善矿区生态、消除不利环境影响必须依据的重要原则[16]。借助Fragstats模型计算Shannon′s多样性指数（SHDI）和复垦地类占比共同作为地类空间连片性的测度指标，SHDI公式如下：

SHDI=-∑^m_i=1（p_i×lnp_i）（1）

在景观级别上，SHDI等于各斑块类型的面积比乘以其值的自然对数之后的和的负值。SHDI=0表明整个景观仅由一个拼块组成;SHDI增大，说明拼块类型增加或各拼块类型在景观中呈均衡化趋势分布。

2.2.2 组合赋权法确定权重

本研究采用层次分析法与熵权法进行组合赋权来确定各类适宜性评价指标体系的权重。假设层次分析法各指标的权重分别为W=W1，W1，…，Wn;熵权法各指标的权重分别w=w1，w1，…，wn，则组合赋法第i个指标的权值如下公式（2），得出最终的组合权重W=W1，W2，…，Wn。

[6] R S Chatterjee， R C Lakhera， V K Dadhwal. InSAR coherence and phase information for mapping environmental indicators of opencast coal mining： a case study in Jharia Coalfield， Jharkhand， India [J]. Canadian Journal of Remote Sensing， 2010， 36（4）：361-373.

[7] 余勤飞，白中科，孙琦，等.基于文献数据统计的我国土地复垦研究——时间、区域与领域分析[J].江西农业大学学报，2013，35（06）：1303-1311.

[8]李一为，杨文姬，赵方莹，等.矿业废弃地植被恢复研究[J].中国矿业，2010，19（01）：58-60.

[9]王欢，王平，谢立祥，等.土地复垦适宜性评价方法[J].中南林业科技大学学报，2010，30（04）：154-158.

[10]危小建，肖展春，谭永滨，等.基于模糊综合评价和景观连接度的工矿废弃地生态复垦利用优先度评判：以大冶市为例[J].生态与农村环境学报，2019，35（07）：867-874.

[11]张冬妍，李江风，赵剑雄.基于PVW-Voronoi图的工矿废弃地复垦利用潜力评价——以湖北省县域为例[J].中国土地科学，2017（06）：79-87.

[12]李保杰，顧和和，纪亚洲.矿区土地复垦景观格局变化和生态效应[J].农业工程学报，2012，28（03）：251-256.

[13]白中科，周伟，王金满，等.再论矿区生态系统恢复重建[J].中国土地科学，2018，32（11）：1-9.

[14]彭玉玲，林爱文，王珂，等.GIS支持下的工矿废弃地复垦利用方案决策研究——以湖北省黄石市阳新县七约山矿区为例[J].水土保持通报，2015，35（02）：297-301.

[15]王月.工矿废弃地复垦适宜性评价及潜力分析[J].城市地理，2017（08）：278-280.

[16]周妍，张立平，周旭，黄元仿，谢川.县域工矿废弃地复垦空间集中连片度评价方法研究[J].生态环境学报，2015，24（11）：1837-1842.

[17]李萍，魏朝富，邱道持.基于熵权法赋权的区域耕地整理潜力评价[J].中国农学通报，2007（06）：536-541.

[18]赵会顺，胡振琪，陈超，孙杨杨.采煤预塌陷区超前复垦适宜性评价及复垦方向划定[J].农业工程学报，2019，35（11）：245-255

（责任编辑 周康）

收稿日期：2020-10-31

作者简介：彭丽娜（1980-），女，博士，工程师。研究方向：土地政策、土地评价;董普侠（1982-），女，硕士，高级工程师。研究方向：土地整治、土地管理;余意伟（1993），男，硕士，助理工程师。研究方向：土地信息、土地生态;通讯作者童秋英（1968-），女，本科，正高职高级工程师。研究方向：土地信息、土地政策和土地管理。