基于生态系统健康和生态系统服务的芦沟矿区生态风险评估

葛立雯

摘要：本研究采用网格法，在以往芦沟矿区生态系统健康研究的基础上，结合该区域生态系统服务评估，进行了该区域生态风险特征分析。结果表明：芦沟矿区生态系统服务价值多处于中低价值区间，生态风险方面有36.20%的区域为中等风险区，高风险和低风险区分布较少。

关键词：生态系统服务、区域生态风险、煤矿区

随着社会经济的快速发展，人们对生态环境问题日益重视，其研究也由单一的健康风险发展为综合多因素型的区域生态风险评估^[1]。煤矿的开采主要以土地利用变化和土地覆盖变化的方式对区域生态系统形成干扰，改变原有的生态系统结构和功能，基于此，本研究将生态系统服务与生态系统健康相结合，以芦沟矿区为研究对象，分析多年开采的煤矿区生态风险程度，为煤矿区的生态安全预警、环境管理与政策制定供数据基础和理论参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

芦沟煤矿位于河南省新密市，矿区面积6.8778km²，该矿1966年开工建设后开采至今，为井工矿。矿区属暖温带大陆性季风气候，年均温14.0 ℃，年均降水量657.9mm，地貌属箕形盆地形态，区域内耕种历史悠久。

1.2 数据来源及处理

该矿区生态系统健康数据采用已有研究^[2]。土地利用现状基于新密市自然资源和规划局提供的芦沟煤矿土地利用现状图。考虑到已有生态系统健康结果为遥感解译得出，其原始卫星影像分辨率为30m×30m，为实现各类数据在空间网格尺度上的量化与统一，现将矿区直接网格化，网格尺度设置为30m×30m。

2 研究方法

2.1 生态系统服务价值评估

生态系统服务价值（ESV）采用谢高地^[3]等制定的生态系统服务价值当量表并结合河南本地^[4]的相关研究，制定了芦沟矿区不同地类单位面积的生态系统服务价值系数表（见下表1）。通过公式：ESV =ΣAk·VCk（Ak为第k 类土地利用类型的面积，VCk为各地类单位面积服务价值系数）计算各网格的ESV，再采用极差法进行标准化。

表1 各地类单位面积生态服务价值系数/（元/hm²* a）

地类	农田	林地	草地	水体	人工地表与裸地
价值	11029.21	63124.65	20916.36	85665.41	650.43

2.2 生态风险评估

生态系统服务价值主要包括了气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性保护、食物生产、原材料及娱乐休闲等功能，而生态健康体现了在压力下生态系统维持健康结构、自我调节和恢复的能力。因此，为平衡这两方面关系，计算各网格生态风险特征值（RCV），拟采用公式：^[5]。

由于ESV与RCV无固定分级方式，本文参考其他相关研究，将所有网格所得值标准化后通过SPSS25软件采用K-Means 聚类方法（迭代次数999）将ESV与RCV分为5个等级。

3 结果与分析

3.1 矿区生态系统服务价值分析

从下图1可看出，芦沟矿区多数面积处于中低价值区，其次为低价值区分布，这与该区域经过长期的人类活动多数地类为旱地、水浇地，而森林、草地较少有关，并且随着城区扩张和工矿业的发展，更多的土地转换变成了低价值的人工地表。从下图2中可以直观的看到，矿区西北部、中部区域为主要低价值分布区，根据实地调查，这两片区域分布着煤矿的主副工业场地和一处砖厂，无生态价值高的自然植被分布。

图1 全区ESV网格数量分布图 图2全区ESV分级空间分布图

3.2 矿区生态风险程度分析

下图3与下图4揭示了芦沟矿区的生态风险主要为中等风险，其次为较高风险区与一般风险区，高风险与低风险区分布极少。从空间分布上看，高风险主要分布于矿区西部、中部区域，但相对于生态系统服务价值的空间分布，明显高风险区面积要小于低价值区，尤其是矿区西北部的煤矿主副工业场地区域，这与该区域及周边非完全裸土，还存在景观绿化，一度程度提升了绿度、湿度，从而降低了该区域风险程度。

图3 全区RCV网格数量分布图 图4全区RCV分级空间分布图

4 结论

本研究从区域经济发展与土地开发对于生态系统服务功能的消耗状况上分析了矿区的生态风险程度。芦沟矿区生态系统受人为耕作、工矿生产等活动干扰严重，生态系统服务价值总体偏低；由于人们对环境的重视日益增加，景观绿化、退耕还林等环措施的实施，一定程度上降低了当地的生态风险，目前矿区主要为一般风险区。

参考文献

[1] 李鹏辉，张茹倩，徐丽萍.基于生态系统服务价值的生态足迹计算与分析—以玛纳斯河流域为例[J].中国农业资源与区划，2021,05:1-13.

[2] 葛立雯.基于RSEI的芦沟矿区生态环境质量动态评价[J].城镇建设，2021,4(1):324-325.

[3] 谢高地，肖玉，甄霖，等.我国粮食生产的生态服务价值研究[J].中国生态农业学报，2005,13( 3):10-13．

[4] 朱春燕.禹州市土地生态系统服务价值评估与生态补偿研究[D].河南大学2012(09):27-49.

[5] 欧阳晓，朱翔，贺清云.基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评价—以长株潭城市群为例[J].生态学报，2020,40(16):5478-5489.