淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系及驱动因素研究

李康玮,曾贤刚,王 琦

(中国人民大学环境学院,北京 100872)

资源型城市煤炭开发过程是指以煤炭资源的开采与洗选为核心,通过土地、资金和劳动的投入,形成与城市功能相适应的产业集聚以及人口集聚的城市化进程[1-2]。生态系统服务是指生态系统及其物种所提供的能够满足和维持人类生活需要的条件和效用,是人类直接或间接从生态系统得到的利益[3]。随着煤炭资源型地区逐步形成以煤炭行业为核心的经济发展和人口集聚模式,高强度煤炭开发会对区域生态系统服务产生胁迫作用,引起地表塌陷、煤烟型大气污染、地下水资源破坏等问题,进而导致区域生态系统服务受到严重破坏甚至恶化[4-6]。在我国生态文明建设与资源型城市转型可持续发展的背景下,科学分析煤炭资源型城市煤炭开发强度与生态系统服务的耦合关系演变规律,探明耦合系统内部驱动因素,揭示社会经济因素对耦合关系的外部驱动机制,对我国煤炭资源型城市转型建设、经济发展与生态环境协调可持续发展具有重要的理论与现实意义。

煤炭开发强度的研究方法主要分为综合指数法与单指标法。如周毅等[7]采用综合指数法,从开发压力、环境状态和开发响应3个方面建立矿产资源开发强度评价指标体系;卞正富等[1]则从土地开发强度、矿区储采比2个方面采用综合指数法测算煤炭开发强度。单指标法采用的指标种类较多,包括开采面积占比、采高、开采推进速度、煤炭资源储采比等[8-9]。长期以来,高强度煤炭开发从土地、水、大气 3 个方面对生态系统服务造成了严重破坏：一是煤炭开发造成地表塌陷、煤炭废弃物堆积等,占用土地资源[4];二是煤炭开发造成地表水资源污染、地下水资源破坏等,损害水资源[5];三是煤炭开发中排放大量工业废气,引起煤烟型大气污染。生态系统服务对煤炭开发强度的约束作用主要来自调节服务、支持服务、供给服务、文化服务4个方面：一是调节服务的破坏会加剧区域水资源供需矛盾与大气质量恶化,水资源约束、大气污染治理等将成为约束高强度煤炭开发的重要因素[10];二是支持服务的下降促使土地供应矛盾不断激化,土地资源约束、采煤塌陷地复垦将成为制约煤炭开发规模的重要因素[11];三是供给服务破坏引起的粮食安全问题将形成对煤矿企业的严格监督与约束,并促使其进一步落实农用地生态补偿[12];四是文化服务不断下降难以满足居民生活环境需求,这会约束煤矿企业开采活动并促使其推进生态景观修复工程[13]。

目前仅有少数学者开展煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的相关研究,研究方法主要包括容量耦合模型、系统动力学、灰色关联分析等[14-17]。已有研究还存在以下不足：一是煤炭开发强度的指标体系有待完善,缺少从土地资源、水资源、大气环境资源方面构建指标体系的研究;二是直接针对煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的研究较少;三是缺乏社会经济因素对煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系驱动机制的深入分析。基于以上不足,该研究选取典型煤炭资源成熟型城市淮南市作为研究对象,一是考虑到两淮煤炭基地是全国14个大型煤炭基地之一,选取淮南市具有一定代表性;二是不同于其他水资源匮乏的中西部煤炭城市,淮南市属于平原高潜水位地区,地下水资源丰富导致采煤塌陷积水区较多,具有明显的区域代表性;三是淮南市为煤炭资源成熟型城市,城市转型发展与生态治理效果显著,以该市为研究对象对其他煤炭型城市经济生态环境协调可持续发展有一定借鉴价值。鉴于此,在构建煤炭开发强度与生态系统服务指标体系基础上,基于容量耦合模型揭示淮南市2005—2018年煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的时序变化规律,结合耦合系统指标体系,通过灰色关联分析方法得出耦合关系变化的主要内部驱动因素,继而引入环境治理水平、煤炭产业依赖、煤炭产业经济效益、煤炭产业效率等社会经济因素,通过灰色关联分析方法得出耦合关系变化的主要驱动因素,以揭示该市煤炭开发强度与生态系统服务的耦合发展态势及驱动机制,以期为保障煤炭资源型地区转型建设与可持续发展提供决策参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

淮南市是华东地区最大的煤炭资源型城市,位于安徽省中北部,地理位置为31°54′08″～33°00′26″ N,116°21′05″～117°12′30″ E。淮南市现辖6个区县,包括田家庵区、八公山区、潘集区、谢家集区、大通区、凤台县(寿县在2015年底从六安市划入淮南市,且寿县无煤炭资源,故研究区范围不包括寿县),研究区总面积为 2 584 km2。淮南市煤炭储量丰富,远景储量444×108t,占安徽省煤炭储量的70%、华东地区煤炭储量的1/3,是中国14个亿吨煤炭基地之一,被称为“建在金库上的城市”“华东工业粮仓”。高强度煤炭开发导致了严重的生态环境问题,包括采空区地表沉陷、地下水资源破坏、煤烟型大气污染等。

1.2 数据来源与处理

煤炭开发强度评价所需的土地塌陷系数、煤炭开发废弃物占地系数和煤矿富水系数参考相关研究[18-20]得到,其余污染物排放数据采用煤炭行业工业增加值乘以单位工业增加值排放量的方法进行估算[21]。该研究中的煤炭行业范围为煤炭开采和洗选业,相关数据来自2005—2018年《淮南统计年鉴》《淮南市国民经济和社会发展统计公报》《安徽统计年鉴》《中国城市统计年鉴》等。生态系统服务评价所需的土地利用数据来自淮南市国土资源局提供的2005—2018年土地利用调查数据。由于研究范围不包括寿县,已将寿县的数据进行剔除。为保证不同度量单位的数据反映原始变量的绝大部分信息,使用极值法[22]和变异系数法[23]对统计年鉴数据及处理所得数据进行标准化处理及权重运算,继而运用线性加权法分别计算煤炭开发强度与生态系统服务的综合指数。

2 研究方法

2.1 煤炭开发强度指标体系构建

煤炭开发强度越大,对土地资源、水资源、大气环境资源的开发利用程度越高。因此,基于指标选取的系统性、相关性和可操作性等原则,从土地资源开发、水资源开发和大气容量资源开发3个方面构建煤炭开发强度综合评价指标体系(表1)。

表1 煤炭开发强度综合评价指标体系

(1)土地资源开发强度。选取采煤土地塌陷面积占比、煤炭开发废弃物占地面积占比2项指标反映煤炭开发对土地资源的开发程度。测算思路分为2个部分：①淮南矿区每开采1万t煤炭塌陷面积为0.19 hm2[18],结合该区域煤炭产量与研究区面积,得出相应年份采煤土地塌陷面积占比;②该地区每排放1万t煤炭开发废弃物,平均占地面积为0.28 hm2[19],淮南市煤炭开发排放的废弃物主要来自煤炭开采和洗选业,由于缺少淮南市煤炭行业工业固体废弃物排放量统计资料,采用煤炭行业工业增加值乘以单位工业增加值污染物排放量的方法[21],即以淮南市煤炭行业工业增加值占该市工业增加值的比例为折算系数,对煤炭行业的工业固体废弃物排放量进行估算,继而得到该市煤炭开发废弃物占地面积,结合研究区面积得出煤炭开发废弃物占地面积占比。

(2)水资源开发强度。选取采煤地下水资源破坏量占比、人均煤炭行业工业废水排放量2项指标反映煤炭开发对水资源的开发程度。测算思路分为2个部分：①参照相关研究成果,安徽省平均煤矿富水系数为2.59,即安徽省每开采1 t煤炭矿井水产生量为2.59 m3[21]。由于缺乏淮南地区煤矿富水系数的相关研究,导致该地区煤矿富水系数缺失,以安徽省煤矿富水系数代替,根据每年淮南市煤炭产量和地下水资源量计算得到相应年份煤炭开发造成地下水资源的破坏量占地下水资源总量的比例。②淮南市煤炭开发排放的工业废水主要来自煤炭开采和洗选业,测算思路和上文一致,结合淮南市人口统计数据,得出人均煤炭行业工业废水排放量。

(3)大气环境资源开发强度。选取人均煤炭行业工业粉尘排放量、人均煤炭行业工业二氧化硫排放量2项指标反映煤炭开发对大气环境资源的开发程度。淮南市煤炭开发排放的工业粉尘和二氧化硫主要来自煤炭开采和洗选业,测算思路和上文一致。参考当前指标评价的量化研究[2],开发强度等级划分如下：0～0.47,低强度开发;>0.47～0.73,中强度开发;>0.73～1,高强度开发。

2.2 生态系统服务指标体系构建

参照谢高地等[24]的研究,从供给服务、调节服务、支持服务和文化服务4个方面构建生态系统服务评价指标体系。首先基于谢高地等[24]的生态系统服务价值评估模型,计算淮南市生态系统服务价值。其计算公式为

VES=∑AkVk。

(1)

式(1)中,VES为生态系统单项服务价值,元;Ak为第k种土地利用类型面积,hm2;Vk为第k种土地利用类型单位面积的生态系统服务价值当量系数,元·hm-2。

考虑到生态系统服务价值具有区域差异性,参考徐丽芬等[25]的研究成果,采用淮南市粮食单位面积产量与全国粮食单位面积产量的比值1.07作为修订系数,对文献[24]中的中国生态系统服务价值当量表进行修订,得到淮南市生态系统服务价值当量表(表2)。建设用地对自然生态环境破坏较大,在此只计算生态系统服务的正效用,因此不核算建设用地的生态系统服务价值。没有人力资本投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7[26],根据《淮南统计年鉴》得出淮南市2015—2018年平均粮食产量为 6 385.27 kg·hm-2,根据国家发展和改革委员会公布的2018年稻谷最低收购价,确定粮食价格为 2.51元·kg-1,得出淮南市生态系统服务价值当量因子的经济价值量为2 286.54 元·hm-2。根据《安徽统计年鉴》《淮南统计年鉴》中淮南市2005—2018年土地利用调查数据,得到2005—2018年淮南市各土地利用类型面积(已剔除寿县的土地数据),结合表2得到2005—2018年淮南市生态系统各项服务价值,继而使用极值法、变异系数法处理得到淮南市生态系统服务综合评价指标体系(表3)。

表2 淮南市单位面积生态系统服务价值

表3 淮南市生态系统服务综合评价指标体系

2.3 耦合度测算

耦合度测算是度量2个系统间相互作用的强弱程度,判断系统间矛盾的尖锐程度,从而揭示系统间协调发展态势的常用方法之一[22]。借鉴物理学中的容量耦合模型分析淮南市2005—2018年煤炭开发强度与生态系统服务的耦合度。耦合度模型[22]为

(2)

式(2)中,μ1为煤炭开发强度综合评价指数;μ2为生态系统服务综合评价指数;C为耦合度,取值为[0,1]。通过耦合系统指标体系所展示的耦合作用本质上是一种负向耦合[27],即两者处于相互制约状态,这表现为煤炭开发造成的胁迫作用使得生态系统不断退化,而不断退化的生态系统服务会持续制约煤炭开发的进行。煤炭开发强度越大,胁迫作用越大,生态系统服务指数下降就越快,其对煤炭开发的约束作用就越大,两者矛盾不断激化,促使耦合度不断上升,除非受到外部干预(煤炭企业绿色转型、生态治理修复等),两者会一直处于恶性循环中。鉴于此,对煤炭开发强度与生态系统服务耦合阶段特征的标准进行划分,详见表4。

2.4 灰色关联分析

采用灰色关联分析方法探明煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的主要驱动因素,该方法根据序列曲线的几何相似程度来判断相应序列间联系是否紧密,与相关分析和回归分析相比更能真实客观地反映系统的主要影响因素及差异性[14]。具体测算过程包括3个步骤。

第2步,对耦合度和各驱动因素进行分析,计算各指标间的关联系数。

(3)

第3步,将关联系数按年期T求其平均值,得到关联度Am。

(4)

若0

表4 煤炭开发强度与生态系统服务耦合阶段与特征划分标准

3 结果与分析

3.1 煤炭开发强度与生态系统服务综合水平分析

3.1.1煤炭开发强度综合水平变化

由图1可知,2005—2018年淮南市煤炭开发强度先由2005年的0.573 1持续升至2010年的0.842 1,然后再由2011年的0.767 8降至2018年的0.356 4,由中强度开发水平逐步过渡到低强度开发水平,整体上呈倒“U”型变化趋势。2005—2010年煤炭开发强度呈持续上升趋势,土地资源开发强度、水资源开发强度均呈上升趋势,大气环境资源开发强度则长期处于较高水平,这表明在此期间淮南市经济发展过度依赖煤炭开发,促使煤炭开发强度不断增加,生态环境破坏较为严重,尤其是大气污染物排放问题[28]。2011年以来煤炭开发强度呈下降趋势,这是因为2007年国务院下发《国务院关于促进资源型城市可持续发展的若干意见》以来,淮南市加快推进资源型城市煤炭开发与生态环境协调可持续发展,开始重视煤炭开发技术升级、生态治理与修复工程,土地塌陷、水资源破坏和大气污染等现象得到遏制,煤炭开发强度逐渐降低。尤其是2013年国务院下发《全国资源型城市可持续发展规划》以来,淮南市城市产业转型进一步加快,逐步摆脱煤炭产业依赖,煤炭产量呈现下降趋势,同时淮南市政府高度重视生态环境问题,不断开展土地复垦与煤炭产业“三废”治理工作,煤炭开发强度呈快速下降趋势[29]。

图1 2005—2018年淮南市煤炭开发强度变化

3.1.2生态系统服务综合水平变化

结合式(1)和表2～3,计算得到淮南市生态系统服务综合水平时序变化趋势(图2)。同时参照文献[30],以生态系统服务强度即生态系统服务价值与面积的比值为基准,比较淮南市不同区域生态系统服务能力的强弱,从空间角度深入探究该地区生态系统服务变化特征(图3)。

由图2可知,2005—2018年淮南市生态系统服务综合指数呈“L”型下降趋势,且呈现显著的阶段性特征。其中,2005—2010年生态系统服务综合指数年均下降率为0.81%,呈现快速下降趋势。结合图1可知,高强度煤炭开发活动是重要的驱动因素。2011—2018年生态系统服务综合指数年均下降率为0.41%,下降趋势得到缓解,究其原因是同期淮南市高度重视生态环境保护,持续推进生态治理工程,尤其是2013年以来淮南市城市产业转型进一步加快,逐步摆脱煤炭产业依赖,煤炭开发强度呈快速下降趋势(图1),以上原因促使生态环境得到修复,从而扭转了生态系统服务快速下降的趋势[30]。

图2 2005—2018年淮南市生态系统服务指数变化

图3 2005和2018年淮南市生态系统服务强度空间分布

由图3可知,淮南市生态系统服务强度整体呈东部和南部高、西北部偏低的空间格局,这是因为淮南市煤炭开采区主要分布在西北部,形成以凤台县、潘集区为核心的煤炭资源重点开采区,这导致凤台县、潘集区生态用地面积大幅减少,生态系统服务强度长期处于较低水平。大通区、谢家集区和八公山区等传统采煤区域以生态修复与治理为主,生态系统服务恢复良好,生态系统服务强度长期处于较高水平。田家庵区是淮南市的主城区,随着城镇化的不断深入,建设用地面积不断增加,该区域生态系统一直没有得到有效恢复,导致该区域的生态系统服务最弱。根据笔者统计,2005—2018年间淮南市生态用地(耕地、园地、林地、水域、未利用地)减少10 223.29 hm2,其中煤炭资源重点开采区凤台县生态用地减少8 688.48 hm2,占比高达85%,大规模煤炭开采可直接导致土地利用结构发生变化,促使区域生态系统服务呈下降趋势。

3.2 耦合度

由图4可见,2005—2018年淮南市煤炭开发强度与生态系统服务的耦合度基本上处于0.4～0.5之间,这说明淮南市煤炭开发与生态系统服务具有中等强度的耦合关系。耦合度先由2005年的0.481 2升至2010年的0.498 9,然后再由2011年的0.497 0持续下降至2018年的0.447 6,整体上呈现倒“U”型变化趋势。2005—2010年,淮南市煤炭开发强度不断提升,生态系统服务呈下降趋势,在区域经济环境协调可持续发展要求下,煤矿企业不断实施生态治理工程,但是其治理效果与力度未能跟上煤炭工业的快速发展,两者矛盾不断激化,相互作用不断增强,导致其耦合度不断上升。2011—2018年,淮南市加快推进城市转型发展[29],煤炭产量不再大幅增加,煤炭开发强度逐渐减小,同时淮南市政府高度重视生态环境保护工作,生态系统服务指数下降速度开始减缓(图2),所以煤炭开发与生态系统服务的耦合度开始呈下降趋势,特别是2013年以来淮南市煤炭资源产量持续降低,煤炭开发强度持续减小,生态系统服务综合指数下降速度进一步减缓,促使其耦合度不断降低,这充分体现出淮南市推进煤炭资源型城市转型建设卓有成效,并出现了经济生态协调可持续发展的态势[30]。

图4 淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的时序变化

3.3 驱动因素

煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的倒“U”型变化趋势是耦合系统内部驱动因素、外部驱动因素共同作用的结果,其中内部驱动因素来自煤炭开发强度子系统、生态系统服务子系统,外部驱动因素来自社会经济系统。为进一步探讨煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的主要驱动因素,基于耦合系统指标体系、相关社会经济指标,利用灰色关联模型对其进行实证分析,进而探明耦合度变化的主要驱动因素。

3.3.1内部驱动因素

基于前文构建的煤炭开发强度与生态系统服务耦合系统指标体系,采用灰色关联分析方法分别从煤炭开发强度、生态系统服务指标中确定主要内部驱动因素,结果见表5。由表5可知,煤炭开发强度指标体系与耦合度的关联度均在0.5以上,属于中等关联。其中,采煤土地塌陷面积占比关联度高达0.728 4,属于较强关联,这表明高强度煤炭开发带来的土地塌陷问题是两者耦合度变化的重要驱动因素。究其原因,结合图1、图4可知,淮南市采煤土地塌陷面积占比越高,煤炭开发强度越大,生态系统服务指数下降趋势越明显,两者矛盾不断激化,相互作用不断增强,导致其耦合度不断上升[14]。其余驱动因素按影响程度从强到弱排序依次为采煤地下水资源破坏量占比>煤炭开发废弃物占地面积占比>人均煤炭行业工业废水排放量>人均煤炭行业工业二氧化硫排放量>人均煤炭行业工业粉尘排放量。

表5 淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度内部驱动因素及排序

总体来看,土地资源开发、水资源开发是主要的内部驱动因素,大气环境资源开发对两者耦合度变化的影响相对较小,该地区生态系统服务指标体系与耦合度的关联度均在0.5以上,属于中等关联。其中,关联度排名前3位的指标分别为食物生产、原材料生产、保持土壤服务。这说明目前淮南市农业可持续性发展、土地资源紧缺是两者耦合度变化的重要驱动因素。结合图3可知,淮南市煤炭开发促使耕地等生态用地面积大幅减少,导致区域粮食安全问题与土地供应矛盾激化,这对煤炭企业的开发活动形成严重制约,促进两者耦合度不断上升[12]。总体来看,供给服务、支持服务是主要的内部驱动因素,调节服务、文化服务对两者耦合度变化的影响相对较小。

3.3.2外部驱动因素

城市是典型的社会-经济-自然复合生态系统[31],煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系是经济子系统、自然子系统相互作用的直观体现,但同时也会受到系统内部其他因素的影响,尤其是区域煤炭行业的发展质量与生态环境保护力度,对两者耦合关系演变起到最直接作用[32-33]。从煤炭行业发展、生态环境保护2个方面选取煤炭产业经济效益、煤炭产业效率、煤炭产业依赖、环境治理投入、环境治理水平、生态环境质量6项指标,探析淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系变化的主要驱动因素(表6)。

由表6可知,煤炭产业经济效益、煤炭产业效率、煤炭产业依赖、环境治理水平、生态环境质量5个驱动因素与耦合度关联度都在0.6以上,属于较强关联度,这表明以上驱动因素与两者耦合关系变化均具有密切联系。其中,环境治理水平、煤炭产业依赖与耦合度关联度分别高达0.949 2、0.848 3,属于极强关联。驱动因素按影响程度从强到弱排序依次为环境治理水平>煤炭产业依赖>生态环境质量>煤炭产业经济效益>煤炭产业效率>环境治理投入。

表6 淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的驱动因素及排序

(1)环境治理水平。环境污染治理与耦合关系的关联度高达0.949 2,这说明淮南市环境治理水平是影响淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的重要因素。2011年以来淮南市一方面不断开展煤炭产业“三废”治理工作,促使煤炭开发强度持续下降;一方面大力推进生态修复与治理工程,促使生态环境得到有效修复,从而扭转了生态系统服务快速下降的趋势。以上两方面因素促使淮南市煤炭开发强度与生态系统服务相互作用变弱,导致两者耦合度的不断降低,出现了经济与生态环境协调可持续发展的态势。

(2)煤炭产业依赖。煤炭产业依赖与耦合关系变化的关联度高达0.848 3,这说明煤炭产业依赖是影响淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的重要因素。2011年以来淮南市加快推进城市转型发展,逐步降低煤炭产业依赖,煤炭产量不再大幅增加,煤炭开发强度逐渐减小。这会有效缓解生态系统服务受到破坏的程度,促进煤炭开发强度与生态环境的矛盾不断得到缓和,导致两者的耦合度呈下降趋势,说明降低煤炭产业依赖是资源型城市经济与生态环境协调可持续发展的重要途径[34]。

(3)生态环境质量。生态环境质量与耦合关系的关联度为0.776 0,这说明生态环境质量是影响淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的重要因素。该区域煤炭开发促使生态用地面积大幅减少,开展土地复垦与生态修复可以提高生态环境质量,缓解生态系统服务的下降趋势,进而促使两者耦合度下降[35]。根据笔者统计,淮南市2005—2018年人均绿地面积保持稳步上升趋势,由2005年的21.28上升至2018年的30.06 m2·人-1,生态环境质量得到显著提升,使煤炭开发强度与生态系统服务耦合度明显降低。

(4)煤炭产业经济效益。煤炭产业经济效益与耦合关系变化的关联度高达0.704 3,这说明煤炭产业经济效益是影响淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的重要因素。相关研究表明,较高的煤炭产业经济效益一方面可以促进煤炭开发技术绿色升级,降低煤炭资源开发的强度;一方面较高的经济效益可为生态环境保护提供经济基础和资金保障, 在提升生态环境质量的同时促进生态系统服务水平增加[36],以上两方面因素促使淮南市耦合度不断降低。

(5)煤炭产业效率。煤炭产业效率与耦合关系变化的关联度高达0.691 6,这说明煤炭产业效率是影响淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度变化的重要因素。已有研究表明,较高的产业效率意味着煤炭企业以更少的资源投入获得更高的产出,煤炭产业效率越高,所开发利用的土地、水、大气环境资源越少,煤炭开发强度也会越低,对生态系统服务造成的影响也越小,进而促进两者耦合度下降[36]。万元产值综合能耗是重要的产业效率指标,2005—2018年淮南市煤炭产业万元产值综合能耗由2005年的0.52下降到2018年的0.25 t·万元-1(以标准煤计),有力促进了煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的降低。

(6)环境治理投入。环境治理投入与耦合关系变化的关联度为0.498 5,这说明淮南市环境治理投入对降低两者之间的耦合度具有一定的促进作用。环境治理投入为生态治理与修复活动提供经济基础和资金保障,进而促进区域生态系统服务的恢复与提升,使两者尖锐矛盾从对抗走向缓和[37]。根据笔者统计,淮南市2005—2018年工业污染治理投入呈波动上升趋势,其对缓解淮南市煤炭开发强度与生态系统服务尖锐矛盾作用较小,这说明淮南市工业污染治理投入需要进一步加大,不断改善生态环境质量,进而促进煤炭开发强度与生态系统服务的耦合度降低。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)2005—2018年淮南市煤炭开发强度呈倒“U”型变化趋势,由中强度开发水平逐步过渡到低强度开发水平,生态系统服务综合指数呈“L”型下降趋势,生态系统服务不断受到破坏,该地区4类生态系统服务占比大小依次为调节服务>支持服务>文化服务>供给服务。

(2)2005—2018年淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度基本处于0.4～0.5之间,总体上呈中等耦合态势,且耦合度变化呈现出倒“U”型变化趋势,其中,2005—2010 年间两者耦合度不断升高,但于2011年之后又呈下降趋势,这反映该地区煤炭开发强度与生态系统两者之间矛盾趋于缓和,出现了统筹协调发展的大好形势。

(3)采煤土地塌陷面积占比、食物生产服务是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的主要内部驱动因素。总体来看,土地资源开发、水资源开发、供给服务和支持服务对两者耦合度变化的影响相对较大,大气环境资源开发、调节服务和文化服务影响相对较小,

(4)环境治理水平、煤炭产业依赖是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的主要驱动因素,其与耦合度的关联度分别为0.949 2、0.848 3,其余驱动因素按影响程度从强到弱排序依次为生态环境质量>煤炭产业经济效益>煤炭产业效率>环境治理投入。

4.2 建议

(1)降低煤炭产业依赖,重视煤炭产业效益与效率提升。煤炭产业依赖、煤炭产业经济效益、煤炭产业效率是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的主要驱动因素,因此淮南市一是需要继续推进城市转型与可持续发展,逐步摆脱对煤炭产业的依赖,尽快形成若干支柱型接续替代产业;二是需注重提高煤炭产业经济效益与产业效率,以更少的煤炭资源获取最大的经济产出,减少对生态环境的破坏。

(2)加大生态治理与修复力度,重视土地资源短缺与农业可持续发展。研究显示环境治理水平是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的最重要驱动因素,因此淮南市应继续加大生态治理与修复资金投入,尤其是采煤塌陷地生态修复与综合治理工作,解决土地资源短缺与农业可持续发展问题,解决煤炭企业高质量发展所面临的生态约束现状,从而做到提升生态系统服务于区域经济发展的能力。

(3)注重生态用地保护,优化土地利用结构和布局。研究显示高强度煤炭开采引起的生态用地减少是淮南市生态系统服务减少的原因,增加生态用地面积可以有效提高淮南市生态系统服务价值,为淮南市煤炭开发等经济活动提供坚实保障。因此淮南市需继续调整土地利用结构与空间布局,考虑县、区之间生态用地的空间差异等因素,兼顾社会、经济和生态效益,实现煤炭开发与生态系统服务协调可持续发展。

(4)坚持因地制宜的发展方针,实施区域差别化发展对策。凤台县、潘集区等煤炭资源重点开采区应当在注重区域生态用地保护的基础上,积极推进煤炭产业结构优化;大通区、谢家集区和八公山区等传统采煤区域以生态修复与治理为主,探索生态产品价值实现机制,促进生态效益与经济效益双重提升;田家庵区在继续推进城镇化与工业化的同时,需注重提高生态环境质量,提高生态系统服务于区域经济发展的能力。