国土空间尺度下生态修复空间优先级与策略探究——以矿山用地为例

程可欣 王志芳 唐瑜聪

0 引言

伴随生态系统的不断退化，生态安全与生态修复逐渐成为国内外生态学者关注的焦点。生态修复是当今中国生态文明建设的重要举措之一，旨在降低人类活动对于生态系统的破坏，进而为人与自然和谐共生提供安全保障[1]。矿山修复是生态修复的重要组成部分，其在战略层面一直强化生态修复的整体性和系统性[2]，然而实际开展的矿山生态修复一般作为中微观尺度的工程类项目，研究点多集中于土壤修复技术[3]、土壤作用机理[4]或土壤修复监测技术[5]等落地实践与技术层面。有学者提出，系统的、大尺度的矿山生态修复将是未来的重要研究方向[6]，在新一轮国土空间规划中也将国土综合整治与生态修复作为必要的专题进行研究，此举意味着未来的生态修复工作应体现“以国土空间的全域统筹为核心”的新理念。如何在国土空间尺度下进行矿山生态修复工作，并将其有机融入国土空间规划，尚缺乏足够的探索。

将生态修复项目融入国土空间规划的重要载体之一是市域国土空间尺度下矿山修复的优先级判定，类似的研究亟待深入。有学者曾使用InVEST模型陆地生态系统中的碳储量模块进行矿区或矿山城市的时空变化及开发优先级研究[7-9]，也有用形态学空间格局分析（morphological spatial pattern analysis, MSPA）方法探求矿区修复优先区域的研究[10]。现有研究一般基于自然资源条件及生态本底进行优先级分析，与人类社会活动及城市发展规划的关联度较低。此外，采矿用地作为紧缺的建设用地资源，亟须寻求最合适且最高效的修复策略。因此本研究重点关注：市域范围内矿山生态修复优先级该如何结合生态本底和社会使用需求进行判定？不同矿山用地又该以何种最有效的策略进行修复？国土空间尺度下，生态修复需要从宏观视角强调矿山修复区域在空间中所占据的重要生态意义及社会意义，并明确其与城市发展及国土空间规划之间的相互关系。

基于上述相应研究方向的空白与不足，为推进国土空间尺度的生态修复思路，本研究采用较为成熟的国土空间规划“双评价”及生态安全格局的部分技术与方法，同时引入社会需求度评估方法，立足市域国土空间规划以及矿山生态修复专项，以江西省丰城市为例，进行国土空间尺度的矿山生态修复空间优先级及其策略研究，为矿山生态修复在城市生态保护与城市发展规划层面提供借鉴。

1 国土空间尺度的矿山生态修复思路与方法

1.1 丰城市矿山概况

丰城市位于江西省中部、赣江下游，隶属宜春市，地处鄱阳湖盆地南端。市域面积为2 845 km2，含有药湖、玉华山、升华山、罗山、株山等国家级、省级重点生态功能区和重要山地丘陵区。丰城市矿产资源丰富，以煤矿为主，素有“煤海金丰城”之称，是中国江南地带重要的原煤产区和江西省炼焦用煤的主要产区之一[11]。丰城矿产地有着点多面广的分布特征，现有采矿用地共计860处，总面积21.67 km2（图1）。

1 丰城市矿山分布图Distribution of mines in Fengcheng

长期以来，丰城市出现了大量无序开发的现象，如过度、低效与粗放开采地下矿产资源，导致许多矿区出现山体滑坡、地表下陷、水土流失等严重的生态问题。近年，为保障城市生态环境，截至2019年底，丰城市已有90%以上的矿山关停，亟须推进矿山修复治理工作。由于煤矿山基本不会对周边区域造成污染，因此丰城市矿山生态修复的重点是如何对其进行修复与利用。

1.2 数据来源及处理

本研究所用数据主要包括：1）遥感影像，来源于地理空间数据云网站（http://www.gscloud.cn）的Landsat 8 OLI_TIRS 卫星数字产品，由ENVI 4.8软件处理后获取植被覆盖度数据；2）地形，丰城市数字高程地图（Digital Elevation Map, DEM）数据来源于地理空间数据云网站30 m分辨率数字高程数据产品（GDEMV2），由ArcGIS 10.5软件处理后获取坡度数据及地形起伏度数据；3）土地利用现状，根据丰城市2019年土地利用数据，由ArcGIS 10.5软件处理后获取各类型用地分布等相关数据；4）其他研究范围、土壤、水文等数据，来源于丰城市规划管理部门。因土地利用数据为2019年版，其他数据也均选用2019年版。

研究团队对丰城市所有街道及乡镇进行了实地踏勘与访谈调研工作，基于踏勘情况对上述数据做出了一定的修正。此外，重点完成了市域范围内共计860处矿山的田野调查，为后续社会需求评估提供一手调研数据。

1.3 整体技术路线

本研究主要分3个部分：一是基于国土空间现状，对不同维度提取相关因子进行综合评价；二是结合生态安全格局构建及社会需求度评价，分别确定生态视角与社会需求视角下矿山生态修复的空间优先级区域；三是在上述双重视角下，完成基于生态－社会综合效益的矿山生态修复优先级区域识别，并结合国土空间规划诉求探究不同区域的空间策略（图2）。

2 技术路线及思路Technical roadmap and work thinking

1.4 生态视角下的矿山生态修复空间优先级识别

生态视角下的矿山修复空间优先级识别是在全域生态安全格局的基础上，对矿山所在空间的生态保护重要性进行评估分级。

1.4.1 生态安全格局构建

生态安全格局是指能够保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程完整性、维护区域与城市安全刚性的空间格局[12]。研究方法主要涉及生态适宜性与敏感性分析、景观格局指数、情景分析等[13-15]，同时越来越多的研究采用“源地－廊道”的组合方式识别与构建生态安全格局[16]。目前已有多种定量识别方法，如最小累积阻力（minimal cumulative resistance, MCR）模型[17]、综合评价指标体系[18]、斑块重力模型[19]。其中，MCR模型能更好地表达“源地－廊道”格局和生态过程的相互作用关系。

在生态过程中，生态源地是对区域生态安全具有重要意义或者担负重要辐射功能的生境斑块，是物种扩散和维持的源点[20]。生态源地的识别首先要对市域内生态保护极重要区域进行判定，后者可通过构建生态保护重要性评价指标体系（表1）识别。将生态保护极重要区域与丰城市的生态保护红线、自然保护地及饮用水源保护区等法定生态保护空间进行叠加，将面积大于5 km²的生境斑块提取作为丰城市生态源地。

表1 生态保护重要性评价指标体系Tab. 1 Evaluation index system for the importance of ecological protection

生态廊道是保持生态流、生态过程、生态功能在区域内连通的关键生态组分。生态廊道的识别依赖于各生态源地在生态阻力面上的相互作用，耗费最小成本完成水平生态过程的路径即为必要的生态廊道。本研究选取地形地貌、土地覆盖及生态风险3个方面进行生态阻力面的构建，分别对相关因子分级并赋值。阻力值设定是相对的，只要能够相对地反映不同阻力因子间的差异性就可以进行成本距离的计算[21-22]。设定1为因子最小阻力值，10为因子最大阻力值，具体参数见表2。根据生态源地和生态阻力面，本研究采用MCR模型识别市域范围内必要的生态廊道，并完成丰城市生态安全格局构建。

表 2 生态阻力因子分级与赋值Tab. 2 Classification and assignment of ecological resistance factors

1.4.2 基于生态保护重要性的矿山生态修复优先区域分级与识别

生态视角下的矿山生态修复优先区域拟分为4个层级：优先生态修复区、重要生态修复区、一般生态修复区及非生态区。而矿山生态修复重点区域的识别应由生态源地、生态廊道、高安全格局区域3个重要生态区域共同作用。值得注意的是，生态廊道的宽度对生态系统有着重要影响，因此在用生态廊道进行矿山修复区域判定时，理应对线性要素设置不同且宽度适宜的多环缓冲区。基于中国学者对生态廊道及河流廊道宽度的研究[23]，笔者对丰城市的生态廊道分别设置60、200、600 m的缓冲区，为丰城市的河流廊道分别设置30、100、200 m的缓冲区。生态区域与矿山分布叠合即可得到基于生态保护重要性的矿山生态修复优先区域（表3）。

表3 基于生态重要性的矿山生态修复区域分级与识别Tab. 3 Classification and identification of mine ecological restoration areas based on ecological importance

1.5 社会需求视角下的矿山生态修复空间优先级识别

在生态修复中容易被忽视的是：生态重要性高的地方不一定是生态修复的重点区域。生态修复工作的社会资源投入应结合当地实际的社会发展需求来判定，以避免财力、人力高投入但生态修复效益不佳的情形。因此，本研究结合国土空间规划的发展思路，进行社会需求度分析。

社会需求度评价主要考虑两方面因素：1）空间价值，主要考虑距建成区、乡镇集镇的距离：设立与城市建成区距离1 500 m、与乡镇集镇距离1 000 m的缓冲区标准，来判别矿山与人类活动的密切程度，距离城市核心片区越近，其空间价值越高。2）社会价值，即对矿山内部资源条件的判定，包括资源潜力、灾害风险、居民使用意愿：在860处矿山的实地踏勘中，发现部分矿山存在空间价值高但自身资源已接近枯竭或已发生严重塌陷等情况。为此，基于各矿山实际现状及乡镇对不同矿山的发展意愿，本研究对所有矿山进行了资源质量的分级，用以判别矿山对于人类活动的社会价值。基于外部空间价值与内部社会价值2项因素，构建高、中、低社会需求区的识别标准（表4）。

表4 基于社会需求度的矿山生态修复区域识别Tab. 4 Identification of mine ecological restoration areas based on social demands

该视角下，高社会需求的矿山应当进行发展与建设，低社会需求的矿山无须投入大量社会资源修复，而生态修复的重点区域则以中、高社会需求区域为佳。

1.6 基于生态-社会综合效益的矿山生态修复空间优先级识别与策略指引

为有效选择不同区域矿山生态修复的策略并明确其社会资源的投入与分配，本研究结合已有的几种国土空间生态修复范式：自然范式、本土范式、过程范式、文化范式、实验范式、绿色范式，来明确修复策略及修复重点。选择修复策略时，应根据修复矿山的空间实际情况，考虑生态重要性的同时兼顾其社会需求程度等因素[24]，提出具有空间异质性的矿山修复策略，以求实现最合理的资源分配与最佳的修复效果（表5）。

表5 矿山修复策略分类Tab. 5 Classification of ecological restoration strategies of mine

将最终的矿山生态修复空间归纳总结为5类：1）发展建设区；2）高投入修复区；3）中投入修复区；4）低投入修复区；5）自然修复区。

2 研究结果

2.1 生态视角下的矿山生态修复空间优先级

生态源地识别结果显示，丰城市生态源地总面积达670.12 km²，占丰城市域总面积的23.5%，主要分布在市域南部、东部及西北侧的玉华山、株山等森林山区，以及北部的药湖湿地公园（图3）。

3 丰城市生态源地分布图Distribution of ecological sources in Fengcheng

丰城市生态廊道及生态安全格局构建结果（图4、5）表明，底线安全格局区主要环绕生态源地周边，以南部山林片区与北部药湖、中部赣江为主，为必须保护的区域。满意安全格局区及理想安全格局区将保护范围扩至南部及东北部乡镇周边农业片区。而位于中北部的中心城区及各乡镇集镇人类活动强烈，生态重要性较低，生态阻力大，不适合构建生态廊道。生态廊道多沿城市建成区外围，以北侧、西侧、东南侧、东北侧4个方向为主要构架，串联起丰城市重要的森林与湿地生态空间。北侧廊道主要连接荷岭与药湖湿地，西侧廊道主要连接荷岭、药湖湿地与南部的玉华山脉，东南侧廊道连接株山与玉华山、升华山等南部森林区，东北侧廊道连接株山森林区域与药湖湿地区域。此外，丰城市河流等水系较多，以赣江、锦江与清丰山溪为主要河流廊道，其他小水系多向南部延伸，保障着丰城市南部农业区的生态性及景观连通性。

4 丰城市生态廊道Ecological corridors in Fengcheng

5 丰城市生态安全格局Ecological security pattern in Fengcheng

基于生态视角，丰城市860处采矿用地修复优先级分区结果为：1）优先生态修复区共计92处，总面积为2.38 km²，占矿山总面积的10.98%，在赣江两侧、北侧生态廊道及南部森林区分布较多；2）重要生态修复区共计123处，总面积为3.13 km²，占矿山总面积的14.44%，以赣江两侧、曲江—上塘镇山地及东南侧森林区为主分布；3）一般生态修复区共计210处，总面积为4.85 km²，占矿山总面积的22.38%，多分布于曲江—上塘镇山地及尚庄街道，较靠近城市建成区；4）非生态区共计435处，总面积为11.31 km²，占矿山总面积的52.15%，散布于各乡镇内非林片区（图6）。

6 生态视角下的矿山生态修复空间优先级分区Priority zoning of mine ecological restoration space from the ecological perspective

2.2 社会需求视角下的矿山生态修复空间优先级

基于社会需求视角，丰城市860处采矿用地修复优先级分区结果为：1）高社会需求矿山修复区共计104处，总面积为3.18 km²，占矿山总面积的14.67%，在上塘镇、尚庄街办分布较多；2）中社会需求矿山修复区共计397处，总面积为9.06 km²，占矿山总面积的41.81%，以曲江—上塘镇山地及南侧桥东镇、石滩镇集镇附近为主分布；3）低社会需求矿山修复区共计421处，总面积为9.43 km²，占矿山总面积的43.52%，多分布于董家镇、洛市镇、杜市镇及其他较偏远乡镇边界处，即人类活动密度低的区域（图7）。

7 社会需求视角下的矿山生态修复空间优先级分区Priority zoning of mine ecological restoration space from the social demand perspective

2.3 基于生态-社会综合效益的矿山生态修复空间优先级识别及策略指引

综合生态重要性与社会需求度的评价结果，丰城市860处采矿用地中：1）发展建设区多位于中心城区附近，处于非生态区域，共计66处，总面积为1.66 km²，占矿山总面积的7.66%；2）高投入修复区处于优先及重要生态区域，且社会需求度大，对城市生态网络的构建有重要意义，该区域人类活动密集，需投入高人力、物力进行生态修复工作，共计15处，面积为1.16 km²，占比约5.35%；3）中等投入修复区位于优先及重要生态区，但社会需求度相对适中，无过多的人类活动，对生态的破坏较小，因此其投入的成本预计适中，共计75处，总面积为2.04 km²，占矿山总面积的9.41%；4）低投入修复区处于社会需求度适中的一般生态区域或非生态区，矿山是否进行生态修复应依据未来城市及乡镇发展而定，即可作为备用发展区，丰城低投入修复区共计283处，总面积为8.03 km2，占比约37.06%；5）其他社会需求度低的自然修复区，因地区偏远且人类活动稀少，可采取“零干预”的方式，使其在自然做功下进行生态演替，逐渐恢复为林地或草地，此类矿山共计421处，总面积达8.77 km2，占比约40.47%（图8）。

8 基于生态-社会综合效益最大化的矿山修复策略分区Mine restoration strategy zoning based on maximization of eco-social comprehensive benefits

由上述评价结果可得，真正需要高投入进行矿山生态修复的区域占少数，低投入或不投入人力物力进行生态修复的矿山面积占比则约达70%。相较于以往矿山生态修复工作仅依托单个项目而不考虑全域统筹的实践方式，此种国土空间尺度的矿山生态修复空间优先级的判定方法意味着社会资源的更合理分配与有效利用。

在国土空间规划与生态文明建设的背景下，城市发展与生态保护应齐头并进，对不同区域提出不同的修复策略指引：1）位于发展建设区或备用发展区的矿山，应进一步筛查其现状塌陷、滑坡等地质灾害情况，确认排除地质灾害的区域可作建设用地使用；2）高投入修复区或中投入修复区内的矿山，因社会需求度与干预程度较高，鼓励将满足种植条件的区域转变为耕地，既能补充其耕地指标，同时可腾挪建设用地指标用以城市发展；3）自然恢复区的矿山，多与周边生态群落保持一致，在丰城市市域范围内多恢复为林地；4）有严重地质灾害的矿山则应做好相应的矿山地质环境治理工作，逐渐恢复其生态功能。大原则上，矿山生态修复应当“宜耕则耕、宜林则林”，恢复为林地、草地、耕地，或为旅游娱乐用地，均应考虑为整体城市的生态安全与景观效应提供生态系统服务功能与价值。

3 结语

本研究拓展了矿山生态修复的研究尺度，在国土空间层面建立生态重要性与社会需求度2个维度的评价方法，并提出了一套相对完善的研究体系以确定矿山生态修复空间优先级与对应策略。该方法可为国土空间规划体系下矿山生态修复专项的编制提供参考，兼具理论性与落地性。需指出的是，矿山生态修复在不同地域有更复杂的实际情况，矿山种类的差异可能涉及不同的修复问题与重点，本研究中未提及的矿山污染治理等。运用本研究方法的同时理应结合当地实际需求，进而探索不同地域下矿山生态修复的不同方法与实践。在国土空间规划“国土空间综合整治与生态修复”的专题研究中，需要与国土综合整治工程有更紧密的衔接，这也是未来值得探索与研究的新方向。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图1～8由作者根据丰城市规划管理部门提供的2019年土地利用类型数据底图改绘；表1～5均由作者绘制。