煤炭资源枯竭型城市森林主导生态景观的空间冲突识别与多情景优化——以阜新市新邱区为例

《Forests》：Spatial Conflict Identification and Multi-Scenario Optimization of Forest-Dominated Ecological Landscapes in a Coal-Resource-Exhausted City: A Case Study of Xinqiu District, Fuxin

　　

煤炭资源枯竭型城市面临采矿用地再开发、城市扩张、农业扩展与生态修复之间的严重空间冲突，因此有必要对森林主导的生态景观进行优化空间规划。本研究以中国阜新市新邱区为代表性案例，构建了一种面向资源枯竭城市边缘区的生态优先识别与多情景优化框架。通过耦合层次分析法与熵权法（AHP-EWM），建立了适应采矿干扰的生态保护重要性（EPI）评价体系。结果表明，地质灾害敏感性在EPI中权重占比最高（??₆=0.2322），据此划定了占全区面积47.86%（6782.04 ha）的生态优先管控区。空间双重冲突制图揭示出1493.82 ha的冲突足迹，其中以生态-城镇/采矿冲突（EUMC）为主导（1156.95 ha）。基于Fragstats 4.2的多情景模拟表明，方案A（生态优先-农业次之）获得了最高的景观综合得分（0.8870），有效实现了网络连通性最大化（COHESION = 99.3911），并恢复了自然分形边界几何特征（PAFRAC = 1.4760）。“南部保育、中部修复、河流廊道连通”的分区策略为资源枯竭型城市的森林网络重构提供了科学决策工具。

**煤炭资源枯竭型城市森林主导生态景观的空间冲突识别与多情景优化研究解读**

**1. 研究背景与科学问题**

城市森林及森林主导的生态景观日益被视为城市和城郊可持续发展的重要组成部分。森林不仅提供休闲游憩功能，更在调节微气候、碳储存、降雨截留、减少土壤侵蚀、提供野生动物栖息地及维护人类福祉等方面发挥关键作用。随着城市林业研究深入，学界认识到城市树木的效益不仅取决于冠层覆盖数量，更取决于空间配置、物种组成、可达性、生态连通性以及生态系统服务与损害间的权衡。这一视角在多元化景观规划中尤为重要，因为城市森林被嵌入建成区、水体、草地、废弃工业场地和残存自然栖息地构成的异质镶嵌体中。在此背景下，规划问题已超越“应增加多少绿地”的传统单一维度，转而关注在有限土地资源约束下，森林主导的生态空间应在何处保育、修复、连通或适应性管理，以最大化生态绩效。

煤炭资源枯竭型城市为此类问题提供了典型却尚未充分探索的研究场景。长期煤炭开采遗留了采沉区、煤矸石山、露天矿坑、废弃物堆场、破碎化植被、污染水体及低效工业用地，深刻重塑了城市边缘区景观结构与功能，并在生态修复、再开发、农业与基础设施扩张之间制造持续冲突。与普通城市扩张区相比，煤炭枯竭地区面临双重压力：既要修复采矿造成的生态损伤，又要为经济转型寻找新的空间载体。因此，该区域的森林恢复与生态景观优化不能被简单视为孤立的绿化工程，而需构建冲突消解框架，识别生态保护最为关键的区位、生态功能受竞争性土地利用威胁的区域以及修复最有利于连接受损栖息地的区域。在煤炭资源枯竭型城市中，地质灾害敏感性和地表稳定性应作为边界管控和生态分区的主要高权重约束条件，优先于常规自然资源资产评估。

既有研究多采用土地利用适宜性评价、生态系统服务评估、生态安全格局分析和生境质量模拟等手段支持景观规划与生态修复，但仍存不足：一是多将生态质量或生境退化作为静态结果格局评价，对生成该格局的生态-农业-城镇功能冲突关注不够；二是矿区修复研究偏重场地尺度的工程措施或植被恢复，与更宏观的城市森林和多元化景观规划框架整合有限；三是传统空间冲突评估模型如“生产-生活-生态空间”重分类或多适宜性评价矩阵虽能提供宏观空间认知，但其复杂指标体系和刚性交叉制表常模糊管控优先级，缺乏针对采后城郊区域、以地质灾害和历史土地退化为核心空间约束的简化二元冲突诊断模型。

阜新市位于辽宁省，是中国最早一批煤炭资源枯竭型城市之一，其新邱区是典型的城市工矿区。该区呈明显的南北景观梯度：南部为山地森林斑块，中部为采矿扰动带，北部为城市与农业平原。历史煤炭开采造成了煤矸石山、矿坑、废弃物堆场、水文过程破坏、植被退化以及生态恢复与土地再开发间的冲突。基于此，本研究以阜新市新邱区为案例，构建了精简的生态优先识别与多情景优化框架，旨在为资源枯竭型城市的森林网络重建提供科学决策支撑。

**2. 主要技术方法**

研究人员整合多源空间数据，采用以下关键技术路径开展研究：

第一，通过耦合层次分析法与熵权法（AHP-EWM）构建采矿适应性生态保护重要性（EPI）评价体系，确立主观与客观相结合的指标权重。第二，利用InVEST模型的水产水量模块、修正通用土壤流失方程（RUSLE）及净初级生产力（NPP）代理指标，分别量化水源涵养、土壤保持和生物多样性维持三项生态系统服务功能。第三，创新性地将传统多维空间冲突矩阵简化为生态-农业冲突（EAC）与生态-城镇/采矿冲突（EUMC）的二元诊断模型。第四，运用Fragstats 4.2景观格局软件，计算斑块结合度指数（COHESION）、斑块密度（PD）、周长-面积分形维数（PAFRAC）和聚集度指数（AI）四项核心景观指标，通过模糊德尔菲-层次分析法确定权重（COHESION：0.30，PD：0.25，PAFRAC：0.20，AI：0.25），对各情景进行标准化与线性加权综合评分。研究区为辽宁省阜新市新邱区（121°41′E–121°59′E，42°03′N–42°14′N），面积约141.7 km2。基础数据包括30 m分辨率数字高程模型（DEM）、2025年土地利用/覆盖（LULC）数据（经全国第三次国土调查及高分辨率谷歌地球影像交叉校准，重分类为12类）、归一化植被指数（NDVI）、气候观测、土壤属性、河流污染调查、路网、地质灾害点及采矿工业足迹等多源空间数据，统一投影至CGCS2000坐标系并重采样为30 m×30 m栅格。

**3. 研究结果**

**3.1 生态保护重要性评估结果**

**3.1.1 评估指标权重确定结果**

基于耦合AHP-EWM法，九项指标的综合权重得以确定。判断矩阵一致性比率（CR）为0.038，低于0.10阈值，表明判断矩阵逻辑一致。地质灾害敏感性权重最高（??₆=0.2322），凸显了历史采矿扰动对空间生态稳定性的关键影响。土壤保持（??₂=0.1533）、土地利用类型（??₇=0.1430）、石漠化敏感性（??₅=0.1470）和水源涵养（??₁=0.1219）共同构成重要结构分量。在类别层面，生态敏感性（39.99%）和生态系统服务功能（37.63%）占主导，地表影响（22.38%）提供空间修正。

**3.1.2 单项指标评估结果**

水源涵养高值区主要位于南部、东南部和西北部森林灌丛覆盖的丘陵区；土壤保持高值区与北部和南部高海拔地区的密林草地斑块空间吻合；生物多样性重要性高值区集中在西北部连续森林保护区和南部自然山脊。土壤侵蚀敏感带沿露天采矿区陡峭地形过渡带和人工开挖边坡分布；石漠化敏感性高值区聚集于中部露天矿坑边缘、裸矸石山和裸露岩质边坡；地质灾害敏感性呈高度集中的同心环状格局，极端敏感区与活跃采矿带、地下沉陷区和露天矿不稳定边坡直接重叠。土地利用类型影响呈异质镶嵌格局，低值生态类别（采矿设施、露天矿坑、裸地）占据中部。河流邻近影响沿东、东南部水系形成多环缓冲带。道路边缘干扰高值廊道贯穿全区，由密集工业运输道路、铁路和城市干道网络驱动。

**3.1.3 综合评价结果**

通过空间加权叠加分析，采用自然断点法（Jenks）将EPI分为三级：极重要生态保护 zone（2368.89 ha，占16.72%）、重要生态保护 zone（4413.15 ha，占31.14%）和一般 zone（7387.96 ha，占52.14%）。极重要区集中于南部山地连续森林斑块、细河与沙扎兰河湿地廊道及中部采煤沉陷区周边交错带。极重要与重要 zone 合计6782.04 ha（47.86%），构成区域森林景观保护与生态优先管控的刚性底线。

**3.2 空间冲突识别与消解评估结果**

**3.2.1 国土空间冲突识别与空间特征**

通过叠置生态优先管控区与现状连片耕地及城镇/工矿建设用地，识别出两类主导冲突：生态-农业冲突（EAC）和生态-城镇/采矿冲突（EUMC）。全区空间冲突总面积1493.82 ha，其中高强度冲突区56.32 ha（占3.77%），为极重要生态 zone 与活跃采矿坑、不稳定矸石山或核心建成区直接相交区域；中度冲突区105.66 ha（占7.07%），为极重要生态 zone 与高适宜城镇或农业用地重叠区域；一般冲突区1331.84 ha（占89.16%），为重要生态 zone 与中等适宜开发用地重叠区域。EUMC（1156.95 ha）占主导，集中于南山西侧向旧城区过渡的缓坡地带、露天矿坑和西部废弃物堆场周边，城镇无序蔓延将导致森林景观严重物理破碎化。EAC（336.87 ha）呈散布线性带状，分布于中部矿区外围及南部村落附近林草交错带，呈现“采矿-农业-林业镶嵌”格局。

**3.2.2 基于景观格局指数的多情景模拟与比较**

四种消解情景的景观生态评估最终排序为：方案A（生态优先-农业次之，EP-AS，0.8870）> 方案C（农业优先-生态次之，AP-ES，0.8270）> 方案B（生态优先-城镇次之，EP-US，0.6040）> 方案D（城镇优先-生态次之，UP-ES，0.1480）。方案A为最优路径，其网络连通性最高（COHESION=99.3911），成功衔接南部省级森林公园与中部采矿修复带间的拓扑廊道；PAFRAC值达1.4760，最接近1.5000的自然理想分形边界状态，表明森林边界呈自然过渡而非刚性人工几何边缘，有利于减弱边缘效应、提升防风滞尘效能。方案D导致城镇/工业扩张如楔子般刺入南部林区，斑块密度升至5.1330，将森林群落隔离为生态脆弱的“孤岛”。

**3.3 基于空间冲突消解的生态空间优化策略**

**3.3.1 空间动态格局与优化框架**

新邱区生态空间呈“南密北疏”格局，生态用地主要集中于南部山地森林生态系统、主要河流网络及滨河湿地，以及改造后的历史露天矿区。规划前后对比表明，生态用地净扩张主要由退化采矿荒地及南部山地边缘零散非生态地块向生态用地转化驱动；局部生态空间减少主要出现在北部及外围河流廊道，反映土地整理与空间优化意图。研究人员提出“点-线-面”多层次生态重建框架，将空间优化策略落为三个分区。

**3.3.2 分区优化策略**

南部保育区以元宝山省级森林公园为核心，依托森林和风能资源禀赋，发展林下经济（非木质林产品、林果、中草药种植）及结合风电基础设施的生态旅游。中部修复区以阶梯式露天采矿复合体和历史覆土堆场为重点，通过空间冲突消解将退化采矿荒地及矿坑缓冲区系统划入生态空间，实施地质灾害防治、水土流失治理和植被逐步重建，推动区域由“生态赤字”向“生态盈余”转变。河流廊道与北部底线保护区强调蓝绿连通性，对细河、沙扎兰河、七家子河和吴家子河等水系实施河道整治、河岸缓冲带植被重建和湿地生境修复，增强污染削减能力、自净效率及鸟类和水生动物栖息地质量。

**4. 讨论与结论**

**4.1 讨论部分总结**

本研究的方法创新主要体现在将传统复杂冲突矩阵简化为以EAC和EUMC为核心的生态导向二元冲突模型，提供了清晰可操作的空间管控指引。生态保护重要性评价体系明确将采煤遗留扰动纳入诊断架构，地质灾害敏感性以最高权重主导EPI，呼应了全球后工业矿区转型研究的共识——地表稳定性与地质灾害防治须优先于常规生物量生产力指标。多情景优化结果显示，EAC区生态优先（方案A）的空间配置效益优于城镇扩张或农业整合，斑块连通性的网络化修复优于单纯的土地斑块合并。分区策略“南部保育、中部修复、河流廊道连通”与多元化景观规划理念相契合，将城市森林嵌入残存自然森林、修复矿区、农业用地与水文网络的异质镶嵌之中。限制方面，30 m LULC分辨率可能平滑微型植被斑块，且空间冲突模型为2025年静态截面，未来应引入高频干涉合成孔径雷达位移监测以动态追踪地面沉降演化。

**4.2 研究结论翻译**

本研究以阜新市新邱区为代表性实证案例，为煤炭资源枯竭型城市城市森林与多元化景观规划建立了生态优先、精简化的空间冲突识别与多情景优化框架。主要结论如下：

（1）采矿适应性生态基线：耦合AHP-EWM评估显示，煤炭枯竭城市边缘区生态保护重要性主要由历史采矿灾害决定。地质灾害敏感性权重占比最高（??₆=0.2322），其次为土壤保持（??₂=0.1533）和土地利用类型（??₇=0.1430）。由此划定的生态优先管控区占全区47.86%（6782.04 ha），主要集中于南部森林流域、河岸缓冲带及中部采矿影响交错区。

（2）二元冲突特征刻画：以优化二元识别方法取代传统复杂冲突矩阵，共划定冲突足迹1493.82 ha。EUMC（1156.95 ha）在空间上占主导，集中于活跃矿坑和废弃物堆场周边的缓坡过渡带，城镇扩张威胁森林基质完整性；EAC（336.87 ha）表现为零散采矿-农业-林业镶嵌体，需实施结构性定向修复。

（3）最优景观消解情景：基于Fragstats 4.2的定量情景模拟证实，方案A（生态优先-农业次之）为最优冲突消解路径，综合得分最高（0.8870）。方案A实现了网络连通性最大化（COHESION=99.3911），恢复了自然分形边界几何特征（PAFRAC=1.4760），在衔接破碎森林斑块的同时减轻有害边缘效应。

（4）分区可操作框架：“南部保育、中部修复、河流廊道连通”的分区框架有效耦合了城市森林重建、采矿地生态修复与蓝绿基础设施建设。该可操作框架为全球面临土地资源约束、致力于实现生态安全与空间转型的其他煤炭资源枯竭型城市提供了可推广的科学决策工具。阜新市地方规划者应尽快将该框架纳入国土空间分区，以保障关键生态廊道的安全。