流域矿业开采引发的土地利用空间冲突及优化配置

冯 宇，毕如田，王 瑾，吕春娟，张迁迁

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

流域矿业开采引发的土地利用空间冲突及优化配置

冯 宇，毕如田，王 瑾，吕春娟，张迁迁

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

研究目的：揭示流域内采矿及土地利用与生态环境的空间冲突问题，对区域土地资源优化配置有重要作用。研究方法：以山西省亳清河流域为研究区，利用GIS技术并构建空间冲突测度模型，对流域土地利用空间冲突水平进行评估，根据评估结果划分5个等级，并将流域大致分为冲突区和非冲突区；通过参与式农户调查，将冲突区划分矿业环境特殊调控区、矿业生态复垦区、城镇优化建设区、城乡发展协调区和生态农业协调区5亚区，非冲突区划分现代农业发展区、生态农业种植区、林果种植保育区、湿地廊道保育区、生态农业后备区和生态涵养区6亚区；结合各区特点提出了适合流域的人—地—矿协同发展模式。研究结果：冲突高发地集中于采矿活动频繁区域，亳清河上游是矿区与城镇集聚地，冲突水平高于中下游；流域土地利用冲突功能区优化建设空间80%以上属土地利用总体规划允许建设区，湿地及生态空间70%以上属禁止建设区，分区结果基本符合土地利用总体规划布局。研究结论：生态风险模型测算结果较好反映流域冲突特点，进行公众参与调查，利于冲突诊断和合理规划流域三生空间。

土地利用；土地优化配置；空间冲突测度；公众参与调查；流域矿区

1 引言

近年来，中国处于经济转型快速发展期，工业化和城镇化过程不断侵占着优质农田及生态空间，各种不合理的土地利用活动加剧了空间矛盾与冲突[1]，土地利用冲突问题反映了利益相关者对稀缺土地资源的竞争[2]。针对有限的土地，处理好经济发展与生态保护关系，减少其之间矛盾，成为土地优化配置的重要研究内容。

国内外学者对土地利用冲突问题开展了深入研究，对土地利用冲突概念的定义，存在不同表述[2-4]，其内涵和外延也在不断发展[5]。围绕土地利用冲突类型和分布的研究，多发生在城市、城乡边缘带、农牧交错带等人类活动频繁区域，主要聚焦社会、制度、资源等方面[6-8]；针对土地利用冲突原因及产生机制方面[4]，多从产权制度、土地利用主体及人地关系等角度进行研究[9-11]；此外，对土地利用冲突评价方面的研究仍处于探索阶段，并以定性评价为主，定量评价为辅[12-14]。土地资源优化配置作为解决土地利用空间冲突问题的重要手段，长期受到学界的关注。研究范围表现出由单一领域向多领域渗透的特点[15]，如针对城市和乡村土地空间，开展了旅游用地、农村居民点、湿地、废弃地等的优化配置研究[16-22]；研究目标和视角也日趋多样和宽广，如基于社会、经济、生态视角的研究，以实现土地利用系统效益最大化和可持续发展为主要目的[23-26]；同时，研究模型与方法也不断改进，呈现出系统化、精准化的特点，如利用多目标规划、系统动力学等模型结合3S技术（GIS、RS和GPS）可满足土地资源优化配置对多目标、动态模拟等方面的要求[27-30]。

流域包含“三生”空间（生产、生活、生态），被认为是土地利用冲突发生的热点地区[2，31]。亳清河流域自然资源优势明显，开发利用活动频繁，由此引发的生态环境问题和土地利用冲突较为明显，亟待采用科学方法对影响进行评估。本文以此角度入手，基于生态风险及空间冲突的相关理论，分析采矿对区域土地利用的负面影响，通过分区找到适合不同区域的土地资源配置机制，从生态文明视角下优化本研究区域国土空间格局，实现产业和生态可持续的目标，研究结果为矿业地区流域土地资源优化布局提供重要参考。

2 理论框架

2.1 流域土地利用空间冲突作用机制

流域经济发展的重要载体是土地资源，其稀缺特性造成人地关系紧张，是流域土地利用冲突的客观原因；自然资源集中区的开发活动形成空间溢出效应，矿产资源开发在带动地区经济的同时亦产生负面扩散效应，是流域土地利用冲突的主要驱动因素；流域土地利用主体包含矿企、居民、政府等，由于各主体生存、生产、发展等方面利益需求不同，对土地资源这一客体形成竞争，进而加剧空间冲突与矛盾。流域矿业开采引发的土地利用冲突发生机制见图1。

相关研究对冲突概念、成因等问题进行了剖析[2，4]，认为土地利用冲突是人地关系作用中伴随资源竞争而产生的对立状态，是一种客观的地理现象[32]。本文研究的流域土地利用空间冲突侧重矿产资源开发引起的人地不协调、不和谐关系，并强调矿企、政府、农户的关系和在土地可持续利用中应发挥的作用。

2.2 采矿引发土地利用空间冲突影响效应

土地利用空间冲突类型可分为空间经济冲突、生态冲突、社会冲突及复合冲突，当前，空间复合冲突最为普遍，冲突进一步失控引发空间资源失配、空间开发失序、生态系统及社会发展失衡等问题[32]。亳清河流域的土地资源空间结构、布局不合理主要表现在矿区集中于流域上游、靠近湿地与居住区，土地开发侵占生态用地等。基于生态风险和参与式调查的冲突评价与诊断可判断流域土地利用空间冲突的基本情况，依靠分区、产业转型和生态修复等综合手段，可在一定程度上缓解流域土地利用冲突，进而优化三生空间、实现生态经济可持续发展。

图1 流域土地利用空间冲突发生机制及防范Fig.1 Framework of the causes and prevention of land use spatial conficts

3 材料与方法

3.1 研究区概况

亳清河位于山西省运城市垣曲县，是县内主要的河流之一，属黄河一级分流，全长56 km，年径流量为3890 m3，可利用水资源1842×104m3；亳清河流域人口17万人，面积1185 km2，占全县面积近1/3，流域耕地占全县耕地52%，流域采矿用地占全县采矿用地53%，流域全年经济总收入占全县60%以上。境内矿业企业较多，多分布于流域上游。长期以来，矿业作为地区经济的主要支柱，发挥了重要作用，但对流域生态和人居环境产生了较大的负面影响，如尾矿库、矿石不仅造成粉尘污染及土地压占，还威胁中下游水环境。

3.2 基础数据

依据土地利用现状分类标准，提取垣曲县亳清河流域范围内土地利用现状图，将流域境内土地划分为耕地、林地、建设用地、采矿用地、水域和未利用地6种类型。同时，本文还采用空间分辨率30 m的DEM数据、Google earth影像、垣曲县统计年鉴（2015年）、垣曲县土地利用总体规划（2006—2020）、矿山实地调查、矿企复垦报告书与环境影响评价报告等资料。

3.3 流域问卷调查

亳清河流域上游涉及了靠近矿区、县城周边的东峰山、上王、坡底和清源等10村，发放问卷150份，收回125份，有效表格117份，有效率达93.6%，问题侧重矿区对人居环境影响和矿企—政府—农民关系方面。流域中下游共涉及皋落乡、长直乡、王茅镇三乡镇的20多个村，共发放问卷550份，收回486，有效份数447，问卷有效率为91.9%。问题侧重流域生态环境保护与农民对产业发展意愿等方面。两次问卷均采取随机抽样和典型调查相结合，以入户调查为主，结合小型座谈会的形式。

3.4 空间冲突测度指数构建

本文根据空间格局变化对区域生态安全的影响过程，以空间生态风险的大小表征空间冲突水平，借鉴生态风险评价的概念模型，从风险源、风险受体、风险效应三方面构建空间冲突综合测度模型[33]。与土地利用空间冲突有关的3因子是空间外部压力值、生态风险暴露值和生态风险效应值。外部压力值由景观生态指数中面积加权分维数表征，是反映风险源的指标；生态风险暴露值由景观脆弱度表征，反映风险受体的耐受性；风险效应值则由景观破碎度表征，反映风险受体对风险源的响应。流域资源开发过程中的土地利用空间冲突水平可以概括为空间冲突=外部压力+空间暴露性-空间稳定性[34]，其公式表达为：

式（1）中，SC为空间冲突水平，P，E，S分别为空间外部压力、空间暴露性以及空间稳定性3个因子。

为避免研究区空间单元过于破碎化，考虑尺度、研究范围以及数据类型等因素，选取400×400 m空间方格作为评价单元，将研究区分为4896个评价单元，每个方格面积0.16 km2，未布满整个方格面积的空间斑块按一个完整方格参与计算，利用ArcGIS的Patch Analyst Extension模块进行各单元的景观生态指数测算。在获取亳清河流域2014年的土地利用景观分类和空间格局信息数据后，将反映每个空间单元网格外部压力、空间暴露性、空间稳定性的相关景观生态指数计算结果代入空间冲突指数模型，并将测算结果标准化处理至（0，1）范围内，得到每一网格的空间冲突水平值。

4 结果与分析

4.1 流域土地利用空间冲突等级划分与特征分析

4.1.1 空间冲突等级划分 土地利用空间冲突是冲突各方对土地资源占有利用的博弈过程，这种特性决定了冲突的作用过程具有一定周期性[32]。借鉴倒U型曲线模型，冲突进程中经历的稳定和平、不稳定和平、公开冲突、危机和战争5个层次[35]，将流域内土地利用空间冲突类型划分为稳定可控、基本可控、轻度失控、中度失控、重度失控为5个等级（表1）。（1）流域空间冲突重度失控区（0.9＜SC≤1.0）。面积7.0 km2（0.6%），主要包括：流域上游的大型有色金属采矿场，这些区域由于大面积的铜矿石采集，林地破坏，矿石直接倾倒于山谷中，处于流域上游的位置，使得此地成为流域生态安全的主要威胁；流域上游铁矿采矿场，铁矿石采集同样破坏林地和地表结构，当地铁矿属贫矿，开采范围大，形成面积较大尾矿库，同样威胁周边生态环境。由于此区域采矿用地比例高达96%，因此，其生态功能主要体现在经济支持方面。（2）流域空间冲突中度失控区（0.7＜SC≤0.9）。面积29.5 km2（2.5%），主要分布在县城内部，矿区内部。覆盖了县城以及矿区的大部分地区。此区域也是建设用地的集中分布区，面积比例达66%。所处区域地势平坦，生态功能体现在经济与文化功能方面。（3）流域空间冲突轻度失控区（0.5＜SC≤0.7）。面积67.8 km2（5.7%），主要分布在县城、矿区、河道以及村庄居民点周边地带。主要用地类型以村庄、建制镇等建设用地及耕地为主，应当注重村庄建设用地的集约性，可以作为城镇化建设的缓冲地带。（4）流域空间冲突基本可控区（0.3＜SC≤0.5）。面积220.9 km2（18.6%），包括河道区域，村落周边与林地过渡地带。此地带因耕地与林地面积较多，水域面积虽较少，但较水域在其他冲突级别中比重较大，在此区域发挥了重要的生态功能。此区域的生态功能价值主要体现在农作物生产功能，也应成为建设开发与生态保护协调区域。（5）流域空间冲突稳定可控区（0＜SC≤0.3）。面积859.8 km2（72.6%），包括了流域大部分地区，分布于大部分林地及少部分耕地区域中。此区域植被覆盖度良好，生态价值主要以生态环境调节功能为主。

表1 不同冲突等级土地类型面积表Tab.1 Area of land use types on different spatial confict level

4.1.2 空间分异特征 根据土地空间冲突水平的测度结果及各冲突可控等级的地域分布情况，借助Google Earth遥感影像平台，选取若干重度失控、中度失控冲突级别的典型地区进行遥感影像截图比对（2014年3月），发现属于重度失控、中度失控冲突级别的地区，其遥感影像都不同程度地反映了一些土地利用空间冲突现象（图2，封二）。如土地空间冲突测算结果处于重度失控、研究区北部的有色金属开采区和县城南部的大型尾矿库附近，其遥感影像显示有大面积处于开采中的空间地域，大量生态空间被采矿用地空间吞噬；县城周边地区，属于中度失控冲突级别区域影像显示出城市用地占用农田、林地的现象。

4.1.3 沿河梯度差异 流域不同区段资源利用方式的差异使得空间格局引起的土地利用空间冲突表现为上游激烈、中游适中、下游最低的梯度。在测算结果图上的河道区域，冲突指数值表现出明显高于其他区域的特点，与河流形状相符呈条带状延伸。为进一步研究亳清河流域沿河空间冲突梯度变化规律，本文沿亳清河选取一条宽400 m、长35 km的样带，整条样带共计个85空间单元。

样带整体的趋势表现为上游冲突指数较高、波动较大，中游冲突指数中等（图3），下游冲突指数较小、逐渐平缓的特点；整个变化折线共有2个波峰值，分别对应空间单元1和32，单元1和32分别对应亳清河流域上游中条山有色金属采矿场和县城南大型尾矿库附近，冲突指数分别达0.99和0.95，表明采矿活动对河流形成严重干扰；在流域中游单元51出现了0.82的中度失控值，对应的地区是沿河道采石场。

4.2 流域人居环境与产业诉求分析

（1）上游矿区影响人居环境。对流域上游进行的调查可以看出周边农民对环境要求较高，居民对采矿的态度大部分是不支持，因为采矿对当地水、大气形成了一定程度的污染（水污染38.4%；空气污染32.5%），水与大气成为当前生态环境保护与治理的重点；此外，矿企采取的环境保护和复垦措施并未完全得到民众认可，因此，约60%的农民认为矿区应当在产业发展中投入一定资金和人力；同时，62%的农民自身也愿意在环境修复过程中投入一定资金；而政府在这些活动中可以通过提高种植补贴及开拓市场方面为农民提供更多便利。

（2）中、下游生态产业发展需求旺盛。问卷调查结果当中，认为生态产业建设方案很重要的民众占90%，说明农户对生态产业有一定了解；在农民生计方面，42%的农民收入以农作物为主，并有53%的农民认为收入一般或足够，有47%的农民认为自身收入不足，说明当地对经济发展的诉求较为强烈，倾向于发展的主要产业有养殖业（33.2%）、休闲农业（41.7%）等。

图3 空间冲突样带上的变化情况Fig.3 The changes of spatial confict in samples

通过对上、中、下游农民生计和产业发展等的调查得知，土地资源分区配置应充分考虑实地情况和民众需求。上游分区中，应以环保及缓解矿区与民众矛盾为主；流域中游分区，先行发展农产品加工和现代农业示范业，形成集聚后，进行扩散；下游分区中，应发挥湿地在流域生态经济中的重要作用，临近小浪底库区的湿地限制或禁止开发，水资源丰富村庄适合发展水产养殖，实行种养结合，形成特色农业观光体验区。

4.3 流域土地空间冲突分区与优化配置方案

结合亳清河流域空间冲突等级分布格局、土地利用现状、资源利用主导因素等，得出流域综合生态空间冲突防范与调控方案。根据冲突水平划分为重度冲突区（I）、中度冲突区（II）、轻度冲突区（III）、基本可控区（IV）和稳定可控区（V）5个一级分区；依据流域主导土地利用类型，划分出11个土地利用功能亚区，如图4（封二）所示，各功能区主要问题及优势、土地利用模式、生态服务功能和应用范围见表2。

4.4 流域土地利用空间冲突分区有效性分析

参考《垣曲县土地利用总体规划（2006—2020）》，将划分的流域土地利用空间冲突亚区图层与管制分区图层叠加，对照分析土地利用空间冲突分区的合理性。同时，依据三生用地划分标准[36]，将11个功能亚区中的主导土地利用类型进行归类，大致可分为生活生产用地、生产生态用地、生态生产用地和生态用地4类。表3中，属于流域优化建设空间的矿区环境特殊调控亚区和城镇优化建设亚区中超过80%位于土地利用总体规划中的允许建设区（I1区和I2区分别占84.62%和94.13%），属于生态用地的湿地廊道保育亚区和生态涵养亚区中超过70%位于土地利用总体规划的禁止建设区（IV5区和V4区分别占94.94%和78.75%）；属于生活生产用地空间的区域在允许和有条件建设区的占比超过95%，属于生态用地空间的区域在限制和禁止建设区的占比超过90%，说明基于土地利用空间冲突评价的分区结果与土地利用总图规划用地布局基本吻合。基于三生用地的功能区主导土地利用类型划分可为亳清河流域永久性基本农田保护红线、城市增长边界和生态保护红线的划定提供借鉴。

5 结论

表2 土地利用冲突分区表Tab.2 Land use confict zoning

本研究借助GIS手段对矿业地区流域空间冲突进行测算可以反映流域资源利用出现的突出矛盾，在此基础上依据各地特点分区提出土地利用冲突防范及发展建议。本研究实现了流域尺度的土地资源合理配置，主要研究结论如下：（1）利用生态风险评价的模型，从风险源、风险受体、风险效应三方面构建空间冲突综合测度模型进行冲突测算，测算结果可以较好地反映矿业地区流域土地利用的特点，揭示土地利用冲突的空间差异规律。亳清河流域矿业开采引发的土地利用空间冲突体现了冲突理论的内涵，也为矿产资源集中区的冲突评价问题提供了范式。（2）亳清河流域土地利用空间冲突高值区集中在矿业用地内部及其周围，并呈现上游冲突水平高于中下游的趋势，反映出当地工矿用地布局的不合理性，矿区在流域生态经济廊道建设中是重点关注的区域，未来开展工矿废弃地再利用和生态产业建设可以节约流域内土地资源，实现资源环境可持续。（3）公众参与调查法是土地利用冲突识别的重要手段，也是快速了解区域土地利用矛盾的主要方式。在冲突评价基础上按参与式调查进行的11类冲突功能分区中，优化建设空间80%以上属土地利用总体规划允许建设区，湿地及生态空间70%以上属禁止建设区，分区结果基本符合土地利用总体规划布局。同时，流域划分三生空间对于耕地、生态保护及城市发展，实现多规合一具有积极意义。

表3 土地利用空间冲突功能亚区分布情况Tab.3 Distribution of land use confict zoning of general land use planning

该研究是在矿业地区流域土地资源利用模式的探索，有利于将矿业地区流域土地资源配置与环境综合整治有机结合，提高流域综合利用规划的有效性。在未来研究中，可通过此法在资源环境矛盾突出地区进行生态安全战略评估，以进一步完善土地资源配置的理论与实践研究。

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（本文责编：陈美景）

Spatial Confict of Land Use Caused by Mining Exploitation and Optimal Allocation Scheme of Land Resources in River Basin

FENG Yu, BI Ru-tian, WANG Jin, LV Chun-juan, ZHANG Qian-qian
（College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China）

For an optimal allocation of land resources in river basin, it is essential to measure the level of land use conflict. Taking Boqing River basin of Shanxi Province as the study case, we put forward a new way of land allocation to avoid land use conflicts in river basin in regard to mining industries. First, by using the GIS method, the three main elements of ecological risk was be quantified and the evaluation model was be built. Second, this basin was roughly divided into conflict area and non-conflict area with 5 grades against the results of calculation. According to different residents’ needs for livelihood and environment in different location of river basin, the participatory rural appraisal and interview method were used to survey the rural households. According to the results of the survey, the conflict area included five subregions, specifically, regulated mining environmental sub-region, ecological reclamation sub-region, urban development optimized sub-region, urban-rural coordinated development sub-region and eco-agriculture sub-region. While thenon-conflict area include six sub-regions, modern agricultural development sub-region, eco-agriculture planting subregion, fruit tree planting sub-region, wetland corridor restoration sub-region, reserved eco-agriculture sub-region and ecological conservation sub-region. Finally, we put forward several land use patterns that fit the corresponding part of the river basin, such as the coordination scheme of human activity, land use and mining win-win situation, the moderate development scheme of ecological industry, the construction and protection scheme of river landscape. The results show that: The high incidence area of spatial conflicts mainly centralized in mining region; the level of conflict in upper reach where is the main mining region is higher than that of middle and lower reaches; over 80 percent of optimize development area locates in the constructive expansion permitted zone, and over 70 percent of ecological area locates in the prohibited zone of general land use planning. The spatial conflict zoning is in accordance with the general land use planning. This study helps to provide the basis for a sustainable land use and ecological economy of the river basin, and to find a better way to coordinate ecological, living and industrial land spaces.

land use; land optimal allocation; spatial conflict measurement; public participation survey; mining area in river basin

F301.24 文献识别码：A

1001-8158（2016）11-0032-09

10.11994/zgtdkx.20161207.145122

2016-06-23；

2016-10-03

国家自然科学基金项目（41401619）；山西省科技惠民计划项目（2013121005）。

冯宇（1989-），男，山西晋城人，硕士研究生。主要研究方向为土地信息技术、土地复垦与规划。E-mail: fengyuwind@163.com

毕如田（1963-），男，山西阳泉人，博士生导师。主要研究方向为资源环境信息技术、土地复垦与规划。E-mail: brt@sxau.edu.cn