基于尺度差異的山西省采煤土地損毀影響因素分析

曹銀貴，白中科，周 偉，王金滿，潘 健，胡 飛，景 明

（1.中國地質(zhì)大學 （北京）土地科學技術(shù)學院，北京100083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京100035；3.湖北省安陸市國土資源局，湖北 孝感432600）

采煤過程中土地損毀類型主要包括挖損、塌陷和壓占土地[1－3]。井工開采對土地的損毀以塌陷和矸石壓占為主，而露天開采則以挖損和排土場壓占為主[4]。山西省是中國的能源重化工基地，煤炭開采導致土地嚴重損毀。山西省1949～2010年每萬噸煤平均塌陷土地面積為0.15hm2[5]，塌陷土地中耕地的塌陷損毀現(xiàn)象嚴重[6]，其中塌陷損毀的土地中40%為耕地[7]。由于采煤影響，大量水澆地變成旱地，并且大量耕地絕產(chǎn)被棄耕[8－9]。根據(jù)環(huán)境經(jīng)濟學理論，礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用引起的生態(tài)環(huán)境問題，屬于外部不經(jīng)濟性問題，應通過內(nèi)部化來解決[10]。從土地損毀的角度來看，即要探尋煤炭開采過程中影響土地損毀的主要因素及其作用效應。

從宏觀經(jīng)濟學的角度來看，經(jīng)濟增長促進能源消耗，通過經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高經(jīng)濟運行效率，可以促進能源節(jié)約[11]。趙夢楠等[11]采用格蘭杰因果關(guān)系檢驗法說明經(jīng)濟增長是拉動煤炭消耗的原因。從技術(shù)經(jīng)濟學的角度來看，煤炭生產(chǎn)的技術(shù)效率受到居多因素的影響[12]。劉新梅[12]運用隨機前沿分析模型驗證煤炭技術(shù)效率的區(qū)域差異較大，并且地質(zhì)條件對煤炭開采技術(shù)效率有負面影響，而運輸條件、人力資源、開采技術(shù)等因素對區(qū)域煤炭開采技術(shù)效率有正面影響，其中人力資源和開采技術(shù)影響較大。土地損毀最直接的影響因素是煤炭資源的開采規(guī)模，這是土地損毀的直接驅(qū)動力。張金鎖等認為煤炭開采規(guī)模的影響因素主要有煤炭儲量、累計開采量、開采率、價格、成本、技術(shù)水平等[10]。李振林等[13]認為煤炭資源開發(fā)利用總量受到國家煤炭開發(fā)總量調(diào)控、國民經(jīng)濟發(fā)展、開采技術(shù)條件、礦井建設(shè)程序及建設(shè)時間、運輸條件等因素的影響。

針對煤炭資源最優(yōu)開采規(guī)模的研究從20世紀70年代開始，在研究方法和影響因子選擇層面取得一些重要進展，建立了動態(tài)規(guī)劃模型[14]、一般競爭性模型[15]、礦產(chǎn)資源優(yōu)化動態(tài)模型[16]、礦產(chǎn)資源開發(fā)價值動態(tài)決策模型[17]、礦產(chǎn)資源跨期優(yōu)化模型[16]等。引入了煤炭資源開采的破壞效應影響因素[14]，如技術(shù)進步對資源稀缺性的測度[15]、煤炭資源開采的生態(tài)約束[16]、技術(shù)不確定性的影響[18]、煤炭資源儲量的影響[16]、煤炭資源開發(fā)價值的影響[17]、煤炭開采成本的影響[16]等。

上述研究成果主要是分析煤炭資源開采規(guī)模的影響因素與研究方法，這些影響因素從類型上可分為正相關(guān)性因素和負相關(guān)性因素，從影響因素內(nèi)涵上可分為技術(shù)進步型因素、生態(tài)約束型因素、開發(fā)價值型因素、生產(chǎn)成本型因素、煤炭資源型因素。本次研究以煤炭資源開采規(guī)模為紐帶，從山西省尺度、煤炭基地尺度和縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度探尋土地損毀面積變化的影響因素及其作用效應與差異。

1 研究區(qū)概況

山西省重點煤炭基地包括晉北煤炭基地、晉中煤炭基地和晉東煤炭基地。晉北煤炭基地地處山西省太原以北地區(qū)，區(qū)域面積占山西省總面積的1／3以上，區(qū)域總面積4.29萬km2。從行政區(qū)劃來看包含大同市、朔州市、忻州市、太原市、呂梁市所屬的縣（市、區(qū)）。從煤炭資源分布來看包含大同煤田、寧武煤田全部，河東煤田北部地區(qū)，劃分為大同、平朔、朔南、軒崗、河保偏和嵐縣6個礦區(qū)。晉中煤炭基地位于山西省中部地區(qū)，區(qū)域總面積3.81萬km2。從行政區(qū)劃來看包含太原市、呂梁市、晉中市、臨汾市、長治市所屬的縣（市、區(qū)），從煤炭資源分布來看包含西山煤田、河東煤田（中、南部分）、霍西煤田和沁水煤田（西北部分），劃分為西山、東山、離柳、汾西、霍州、鄉(xiāng)寧、霍東、石隰8個礦區(qū)。晉東煤炭基地地處山西省東南部地區(qū)，區(qū)域總面積2.81萬km2。從行政區(qū)劃來看包含陽泉市、晉中市、長治市、晉城市和臨汾市所屬的縣（市、區(qū)），從煤炭資源分布來看包含沁水煤田東南部，劃分為陽泉、武夏、潞安和晉城4個礦區(qū)。從煤炭開采的工藝分布來看，2000～2010年期間，山西省井工開采的煤炭產(chǎn)量占全省煤炭總產(chǎn)量的92%，露天開采的煤炭產(chǎn)量占全省煤炭總產(chǎn)量的8%[20]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究所涉及的煤炭產(chǎn)量、耕地面積、地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資等數(shù)據(jù)主要來源于2001～2011年的《山西省統(tǒng)計年鑒》，煤炭基礎(chǔ)儲量數(shù)據(jù)來源于2005～2011年的《全國礦產(chǎn)資源儲量通報》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地損毀系數(shù)確定的方法

土地損毀系數(shù)是指在一段時間范圍內(nèi)每采萬噸煤所導致的土地損毀面積[21]。從煤炭開采對土地的損毀來看，土地損毀系數(shù)與地貌類型、采礦工藝和損毀土地的類型緊密相關(guān)[22]。從目前已有的研究來看，土地損毀系數(shù)主要從2個方面來確定。

1）基于地貌類型的土地損毀系數(shù)確定。基于山西省井工煤礦土地復墾方案統(tǒng)計分析，山區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)的范圍為0.09～0.34hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.25hm2；丘陵區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)的范圍是0.02～0.57hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.23hm2；平原區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.19～0.43hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.31hm2。經(jīng)地貌類型加權(quán)求和分析，山西省井工煤礦生產(chǎn)萬噸煤土地損毀系數(shù)平均為0.23hm2。基于山西省露天煤礦土地復墾方案統(tǒng)計分析，丘陵區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)的范圍為0.04～0.55hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.24hm2；低山侵蝕區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)的范圍為0.09～0.39hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.24hm2；中高山區(qū)萬噸煤土地損毀系數(shù)的范圍為0.14～0.22hm2，平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.20hm2。經(jīng)地貌類型加權(quán)求和分析，山西省露天煤礦平均萬噸煤土地損毀系數(shù)為0.24hm2。

2）基于損毀類型的土地損毀系數(shù)確定。由于煤礦區(qū)土地損毀的類型主要包括挖損、塌陷和壓占3個類型，從這3個類型來分析土地損毀可以使土地損毀的過程更加清晰。鑒于此，何書金、蘇光全[21]在大量實證研究的基礎(chǔ)上，從土地損毀的3個類型出發(fā)，確定了土地損毀系數(shù)計算模型。其計算公式分別為式（1）、式（2）、式（3）。

式中：Sw為挖損土地面積，hm2；St為塌陷土地面積，hm2；Sz為壓占土地面積，hm2；O為煤炭產(chǎn)量，萬t；Lr為露天開采率，%；Wr為露天開采萬噸煤產(chǎn)量的挖損土地面積，hm2；Jr為井工開采率，%；Tr為井工開采萬噸煤產(chǎn)量的塌陷土地面積，hm2。Zl為露天開采萬噸煤產(chǎn)量的壓占土地面積，hm2；Zj為井工開采萬噸煤產(chǎn)量的壓占土地面積，hm2。

何書金、蘇光全研究表明，露天開采每萬噸煤挖損土地面積為0.104hm2，井工開采每萬噸煤塌陷土地面積為0.270hm2，露天開采每萬噸煤壓占土地面積為0.107hm2，井工開采每萬噸煤壓占土地面積為0.005hm2[21]。

2.2.2 土地損毀面積與影響因素關(guān)系的研究方法

1）散點擬合分析法。從不同尺度出發(fā)，利用Excel 2003的散點擬合工具分別構(gòu)建散點擬合模型來分析土地損毀面積與單一影響因素之間的關(guān)系。為提高擬合精度，將土地損毀面積與影響因素取對數(shù)（以log10為底的對數(shù)）進行擬合分析。為了提高擬合函數(shù)的可比性，結(jié)合擬合系數(shù)R2的大小，統(tǒng)一擬合成二次函數(shù)。

2）多元回歸分析法。從不同尺度出發(fā)，利用SPSS16.0的多元回歸分析工具分別研究土地損毀面積與多個影響因素之間的關(guān)系。根據(jù)F檢驗和t檢驗分別評價回歸模型的顯著性和影響因素系數(shù)的顯著性。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于不同損毀系數(shù)的土地損毀面積對比

利用基于地貌類型的土地損毀系數(shù)和煤炭產(chǎn)量計算得出山西省2000～2010年總土地損毀面積、露天開采土地損毀面積和井工開采土地損毀面積。2000～2010年間，山西省總土地損毀面積逐年遞增，累計增加了1.95倍，其年均增長率為11.43%。但在2009年，由于煤炭產(chǎn)量的下降，總土地損毀面積略微有所下降。在山西省，露天開采的煤炭產(chǎn)量比例較低，相比井工開采而言，其土地損毀面積遠低于井工開采土地損毀面積，但是二者之間土地損毀面積差在縮小。2000年露天開采土地損毀面積211.53hm2，井工開采土地損毀面積5582.24hm2，井工開采土地損毀面積是露天開采土地損毀面積的26.39倍，2010年，二者之間的倍數(shù)變?yōu)?1.03倍。

利用基于損毀類型的土地損毀系數(shù)和煤炭產(chǎn)量計算得出山西省2000～2010年總土地損毀面積、露天開采土地損毀面積和井工開采土地損毀面積。2000～2010年間，山西省總土地損毀面積在逐年遞增，累計增加了1.91倍，其年均增長率為11.29%。露天開采土地損毀面積和井工開采土地損毀面積也在逐年遞增。從具體的損毀類型來看，挖損土地面積最少，其次是壓占土地面積，塌陷土地面積最大。2000年挖損土地面積91.66hm2，壓占土地面積是挖損土地面積的2.35倍，塌陷土地面積是挖損土地面積的71.49倍。2010年挖損土地面積615.85hm2，壓占土地面積是挖損土地面積的1.58倍，塌陷土地面積是挖損土地面積的29.89倍。從各類型的年均增長率來看，挖損土地面積的增長率最快，挖損土地面積年均增長率為20.98%，塌陷土地年均增長率為10.88%，壓占土地面積年均增長率為16.28%。

通過對比土地損毀面積差發(fā)現(xiàn)，基于地貌類型的土地損毀系數(shù)計算所得的總土地損毀面積和井工開采土地損毀面積要小于基于損毀類型的土地損毀系數(shù)計算所得的總土地損毀面積和井工開采土地損毀面積，而露天開采土地損毀面積則反之。為了提高土地損毀面積的準確度，將2種損毀系數(shù)計算所得的土地損毀面積求和平均，得到平均土地損毀面積、露天開采平均土地損毀面積和井工開采平均土地損毀面積。

利用平均土地損毀面積除以總的煤炭產(chǎn)量、露天開采平均土地損毀面積除以露天開采煤炭產(chǎn)量、井工開采平均土地損毀面積除以井工開采煤炭產(chǎn)量分別得出相應的平均土地損毀系數(shù)。2000～2010年期間山西省采煤土地損毀系數(shù)范圍為0.2503～0.2515hm2／萬t煤，其平均土地損毀系數(shù)為0.2509 hm2／萬t煤。露天開采平均土地損毀系數(shù)為0.2255hm2／萬t煤，井工開采平均土地損毀系數(shù)為0.2525hm2／萬t煤。利用平均土地損毀系數(shù)計算土地損毀面積，并探討土地損毀面積與影響因子之間的關(guān)系。

3.2 土地損毀面積影響因素分析

煤炭資源基礎(chǔ)儲量屬于煤炭資源型因素，反映了一定經(jīng)濟技術(shù)條件下能夠開采的煤炭資源總量。地區(qū)生產(chǎn)總值屬于開發(fā)價值型因素，在山西省，煤炭工業(yè)產(chǎn)值是地區(qū)生產(chǎn)總值的重要組成部分，其煤炭資源開采的價值量一定程度上會影響地區(qū)生產(chǎn)總值。煤炭工業(yè)投資屬于生產(chǎn)成本型因素，增加對煤炭工業(yè)的投資，改善煤炭開采工藝，提高煤炭生產(chǎn)的技術(shù)水平，勢必會減少煤炭開采過程中的土地損毀。耕地面積屬于生態(tài)約束型因素，耕地保護是中國的基本國策，必須得嚴守1.5億hm2耕地紅線。山西省煤炭產(chǎn)地近40%屬于煤糧復合區(qū)，煤炭開采對耕地的損毀非常嚴重。保護耕地，防止耕地在煤炭開采過程中受損有利于礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護。

在山西省尺度，以2000～2010年為研究期，選擇了煤炭資源基礎(chǔ)儲量、地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資和耕地面積4個因素探尋與土地損毀面積之間的關(guān)系。在煤炭基地尺度和縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度，以2000～2008年為研究期，選擇了地區(qū)生產(chǎn)總值和耕地面積2個因素探尋與土地損毀面積之間的關(guān)系。

3.2.1 山西省尺度

1）土地損毀面積與煤炭基礎(chǔ)儲量的關(guān)系。在2000～2010年內(nèi)，山西省土地損毀面積與煤炭基礎(chǔ)儲量對數(shù)之間的擬合度高達0.8869（圖1（a））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當煤炭基礎(chǔ)儲量對數(shù)達到2.92億t時，即煤炭基礎(chǔ)儲量達到839.40億t時，土地損毀面積達到最大值1.88萬hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖1（a）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的右側(cè)，表明土地損毀面積隨著煤炭基礎(chǔ)儲量對數(shù)的增加而減少，即當煤炭基礎(chǔ)儲量大于839.40億t時，土地損毀面積隨煤炭基礎(chǔ)儲量的增加而減少。

2）土地損毀面積與地區(qū)生產(chǎn)總值的關(guān)系。在2000～2010年內(nèi)，山西省土地損毀面積與地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)之間的擬合度高達0.9747（圖1（b））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)為8.18萬元時，即地區(qū)生產(chǎn)總值為15241.80億元時，土地損毀面積達到最大值1.81萬hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖1（b）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積隨著地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)的增加而增加，即當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值小于15241.80億元時，土地損毀面積隨地區(qū)生產(chǎn)總值的增加而增加。

3）土地損毀面積與煤炭工業(yè)投資的關(guān)系。在2000～2010年內(nèi)，山西省土地損毀面積與煤炭工業(yè)投資對數(shù)之間的擬合度高達0.9729（圖1（c））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當煤炭工業(yè)投資對數(shù)為7.88萬元時，即煤炭工業(yè)投資為7593.98億元時，土地損毀面積達到最大值1.98萬hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖1（c）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積隨著煤炭工業(yè)投資對數(shù)的增加而增加，即當煤炭工業(yè)投資小于7593.98億元時，土地損毀面積隨煤炭工業(yè)投資的增加而增加。

4）土地損毀面積與耕地面積的關(guān)系。在2000～2010年內(nèi)，山西省土地損毀面積與耕地面積對數(shù)之間的擬合度高達0.8263（圖1（d））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當耕地面積對數(shù)為2.54萬hm2時，即耕地面積為350.39萬hm2時，土地損毀面積達到最大值1.57萬hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖1（d）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的右側(cè)，表明土地損毀面積隨著耕地面積對數(shù)的增加而減少，即當耕地面積大于350.30萬hm2時，土地損毀面積隨耕地面積的增加而減少。

在研究期內(nèi)就單一因素來看，山西省土地損毀面積隨著煤炭基礎(chǔ)儲量、耕地面積的增加而減少，而隨著地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資的增加而增加。但是煤炭開采過程中土地損毀面積的變化是多個因素綜合作用的結(jié)果，因此需要從多因素共同作用層面來分析土地損毀面積的變化。

5）土地損毀面積多因素影響分析。采用多元回歸分析法，建立了土地損毀面積與煤炭基礎(chǔ)儲量、地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資及耕地面積之間的多元回歸模型。多元回歸模型為y＝2.97－1.43x1＋0.66x2＋0.26x3－0.94x4，其回歸關(guān)系擬合程度高達0.9940，并且回歸關(guān)系能通過F檢驗的要求，Sig＜0.001。另外標準化系數(shù)均能達到t檢驗的要求，Sig＜0.05。可見，多元回歸模型模擬精度較高。并且在多因素綜合作用的結(jié)果下，煤炭基礎(chǔ)儲量、耕地面積是影響土地損毀面積的負相關(guān)因素，而地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資是影響土地損毀面積的正相關(guān)因素。

圖1 2000～2010年山西省土地損毀面積與各影響因素之間的關(guān)系、

3.2.2 煤炭基地尺度

1）土地損毀面積與地區(qū)生產(chǎn)總值的關(guān)系。晉北煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，土地損毀面積對數(shù)與地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)擬合度高達0.9449（圖2（a））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)為6.69萬元時，即地區(qū)生產(chǎn)總值為490.23億元時，土地損毀面積對數(shù)達最大值3.77hm2，即土地損毀面積達到最大值5886.91hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖2（a）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)的增加而增加，即當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值小于490.23億元時，土地損毀面積隨地區(qū)生產(chǎn)總值的增加而增加。

晉中煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，土地損毀面積對數(shù)與地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)擬合度高達0.9573（圖2（b））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)為7.52萬元時，即地區(qū)生產(chǎn)總值為3283.66億元時，土地損毀面積對數(shù)達到最大值3.57hm2，即土地損毀面積達到最大值3751.43hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖2（b）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)的增加而增加，即當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值小于3283.66億元時，土地損毀面積隨地區(qū)生產(chǎn)總值的增加而增加。

晉東煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，土地損毀面積對數(shù)與地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)擬合度高達0.9771（圖2（c））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)為7.24萬元時，即地區(qū)生產(chǎn)總值為1755.92億元時，土地損毀面積對數(shù)達到最大值3.68hm2，即土地損毀面積達到最大值4831.45hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖2（c）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)的增加而增加，即當?shù)貐^(qū)生產(chǎn)總值小于1755.92億元時，土地損毀面積隨地區(qū)生產(chǎn)總值的增加而增加。

2）土地損毀面積與耕地面積的關(guān)系。晉北煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，損毀土地面積對數(shù)與耕地面積對數(shù)擬合度高達0.8945（圖2（d））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當耕地面積對數(shù)為1.92萬hm2時，即耕地面積為83.64萬hm2時，土地損毀面積對數(shù)達到最大值3.74hm2，即土地損毀面積達到最大值5479.63hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向下（圖2（d）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的右側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨耕地面積對數(shù)的增加而減少，即當耕地面積大于83.64萬hm2時，土地損毀面積隨耕地面積的增加而減少。

晉中煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，土地損毀面積對數(shù)與耕地面積對數(shù)擬合度高達0.8282（圖2（e））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當耕地面積對數(shù)為1.99萬hm2時，即耕地面積為99.38萬hm2時，土地損毀面積對數(shù)達到最小值3.11hm2，即土地損毀面積達到最小值1293.51hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向上（圖2（e）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨耕地面積對數(shù)的增加而減少，即當耕地面積小于99.38萬hm2時，土地損毀面積隨耕地面積的增加而減少。

晉東煤炭基地在2000～2008年內(nèi)，土地損毀面積對數(shù)與耕地面積對數(shù)擬合度高達0.9216（圖2（f））。通過對擬合函數(shù)的最值分析，當耕地面積對數(shù)為1.76萬hm2時，即耕地面積為57.61萬hm2時，土地損毀面積對數(shù)達到最小值3.05hm2，即土地損毀面積達到最小值1109.93hm2。由于該擬合函數(shù)曲線開口向上（圖2（f）），并且曲線位于擬合函數(shù)對稱軸的左側(cè)，表明土地損毀面積對數(shù)隨耕地面積對數(shù)的增加而減少，即當耕地面積小于57.61萬hm2時，土地損毀面積隨耕地面積的增加而減少。

總的來看，在3大煤炭基地，土地損毀面積均隨地區(qū)生產(chǎn)總值的增加而增加，隨耕地面積的增加而減少。在各煤炭基地，地區(qū)生產(chǎn)總值與耕地面積對土地損毀面積的共同影響需要進一步分析。

3）土地損毀面積多因素影響分析。在3大煤炭基地，采用多元回歸分析法，分別建立了土地損毀面積與地區(qū)生產(chǎn)總值、耕地面積之間的多元回歸模型。晉北基地、晉中基地、晉東基地的多元回歸模型分別是：y＝4.52＋0.18x2－3.70x4，y＝2.75＋0.39x2－2.14x4，y＝3.71＋0.31x2－3.01x4，3大煤炭基地土地損毀面積與影響因素之間回歸關(guān)系擬合程度高，其擬合系數(shù)分別是0.9930、0.9320、0.9950，并且回歸關(guān)系均能通過F檢驗的要求，Sig＜0.001。另外標準化系數(shù)均能達到t檢驗的要求，Sig＜0.05。可見，多元回歸模型模擬精度較高。并且在2個因素共同作用的情況下，3大煤炭基地都能體現(xiàn)出地區(qū)生產(chǎn)總值與土地損毀面積之間的正相關(guān)性，耕地面積與土地損毀面積之間的負相關(guān)性。

圖2 2000～2008年3大煤炭基地土地損毀面積與各影響因素之間的關(guān)系

3.2.3 縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度

1）土地損毀面積單因素關(guān)系分析。在2000～2008年期間，相比山西尺度和煤炭基地尺度，在縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度土地損毀面積對數(shù)值與地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)值、耕地面積對數(shù)值之間的擬合程度不高。地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)與土地損毀面積對數(shù)的擬合曲線發(fā)展趨勢相對一致（圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）），土地損毀面積對數(shù)隨地區(qū)生產(chǎn)總值對數(shù)的增加而增加。耕地面積對數(shù)與土地損毀面積對數(shù)的擬合曲線發(fā)展趨勢一致性差，耕地面積對數(shù)與土地損毀面積對數(shù)之間的相關(guān)性體現(xiàn)不明顯（圖3（d）、圖3（e）、圖3（f））。

2）土地損毀面積多因素影響分析。在3大煤炭基地內(nèi)，分別建立3大煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地土地損毀面積與地區(qū)生產(chǎn)總值、耕地面積之間的多元回歸模型。晉北基地煤炭產(chǎn)地、晉中基地煤炭產(chǎn)地、晉東基地煤炭產(chǎn)地的多元回歸模型分別是：y＝－0.03＋0.53x2＋0.50x4，y＝1.06＋0.11x2－0.18x4，y＝0.35＋0.34x2＋0.31x4。回歸關(guān)系雖均能通過F檢驗的要求，Sig＜0.001，但是回歸關(guān)系擬合程度不高，擬和系數(shù)均低于0.5。可見，多元回歸模型模擬精度低。另外，在2個因素共同作用的情況下，3大煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地都能體現(xiàn)出地區(qū)生產(chǎn)總值與土地損毀面積之間的正相關(guān)性，但耕地面積與土地損毀面積之間的負相關(guān)性體現(xiàn)不明顯，其中晉北煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地和晉東煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地表現(xiàn)出了正相關(guān)性，而晉中煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地表現(xiàn)出了負相關(guān)性。

圖3 2000～2008年山西省3大煤炭基地各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地土地損毀面積與各影響因素之間的關(guān)系

4 結(jié)語

1）在研究期內(nèi)，山西省在煤炭開采過程中土地損毀具有明顯的階段性和動態(tài)性。由于土地損毀具有階段性和動態(tài)性，精確的土地損毀系數(shù)適合于單個礦區(qū)的研究，在省域尺度、煤炭基地尺度及縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度很難確定精確的土地損毀系數(shù)，因此需要引入平均土地損毀系數(shù)研究大尺度層面土地損毀情況。本文基于地貌類型土地損毀系數(shù)和基于損毀類型土地損毀類型系數(shù)計算了山西省2000～2010年內(nèi)的平均土地損毀系數(shù)，其值為0.2509hm2／萬t煤。露天開采平均土地損毀系數(shù)為0.2255hm2／萬t煤，井工開采平均土地損毀系數(shù)為0.2525hm2／萬t煤。另外，確定平均土地損毀系數(shù)的研究期不宜太長。在煤炭開采的初期，每采萬噸煤的土地損毀面積（土地損毀系數(shù)）相對比較大，包括工業(yè)場地占地、排土場及矸石山的下墊面占地及首采煤層形成的塌陷。隨著開采過程的深入，工業(yè)場地、排土場、矸石山的下墊面已經(jīng)相對穩(wěn)定，并且采坑形成了內(nèi)排土場，這樣土地損毀系數(shù)會逐漸減小。另外井工礦隨所采煤層的深度變化，一定程度上會加深塌陷的深度，新的土地損毀面積會有所減小，因此也可以降低土地損毀系數(shù)。

2）在煤炭開采過程中，土地損毀面積的影響因素比較多，包括新的資源探明、技術(shù)革新、煤炭賦存條件、沉積層的松散程度等等。從統(tǒng)計學的角度來看，這些數(shù)據(jù)之間肯定存在一定的關(guān)系，因此有必要在研究過程中進一步明晰彼此之間的真實聯(lián)系。就一個尺度情況下，影響因素與土地損毀面積表現(xiàn)出的關(guān)系需要進一步分析。因此需要從多個尺度出發(fā)，利用單因素擬合分析和多因素回歸分析，在相關(guān)檢驗通過的情況下，進一步分析影響因素與土地損毀面積之間表現(xiàn)出的某種聯(lián)系的趨同性與差異性。影響因素對土地損毀面積作用的過程是復雜的，綜合的，既有趨同性，又有差異性。在山西省尺度，煤炭基礎(chǔ)儲量、耕地面積是影響土地損毀面積的負相關(guān)性因素，而地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭工業(yè)投資是影響土地損毀面積的正相關(guān)性因素。在煤炭基地尺度，體現(xiàn)出地區(qū)生產(chǎn)總值對土地損毀面積的正相關(guān)性，耕地面積對土地損毀面積的負相關(guān)性。在縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度，基本上能體現(xiàn)出地區(qū)生產(chǎn)總值對土地損毀面積的正相關(guān)性，但耕地面積對土地損毀面積的負相關(guān)性體現(xiàn)不明顯。山西省尺度和煤炭基地尺度是利用地區(qū)生產(chǎn)總值和耕地面積控制采煤土地損毀面積的最佳尺度。

3）在山西省尺度，煤炭基礎(chǔ)儲量在研究期內(nèi)與土地損毀面積之間是負相關(guān)的，由于山西省煤炭開采時間長，煤炭基礎(chǔ)儲量上升空間有限。期初煤炭基礎(chǔ)儲量高，開采相對容易，造成的土地損毀面積相對較小，隨著煤炭開采速度加快，在采煤技術(shù)水平提升有限的情況下，煤炭基礎(chǔ)儲量下降，采煤的難度逐漸加大，勢必加大土地損毀。地區(qū)生產(chǎn)總值促進土地損毀。由于山西省經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對單一，經(jīng)濟發(fā)展對煤炭工業(yè)的依賴程度高，在追求經(jīng)濟發(fā)展的過程中，煤炭的產(chǎn)量逐步提升，勢必影響煤炭開采的規(guī)模，導致土地損毀面積增加。在煤炭基地尺度和縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度均能體現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值對土地損毀面積的正相關(guān)性。在山西省尺度，煤炭工業(yè)投資促進了土地損毀，可見投資的方向主要在煤炭開采層面。因此，要合理調(diào)配煤炭工業(yè)投資的方向，一方面控制生產(chǎn)性的投資，另一方面加大對技術(shù)革新及生態(tài)環(huán)境保護方面的投資，減輕煤炭開采對土地的損毀。在山西省尺度和煤炭基地尺度耕地面積對土地損毀面積的負相關(guān)性是明顯的，而在縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度體現(xiàn)的不是很明顯。相對山西省尺度和煤炭基地尺度而言，各縣（市、區(qū)）煤炭產(chǎn)地尺度耕地面積及土地損毀面積偏低，負相關(guān)性不明顯，在大統(tǒng)計樣本情況下很難建立二者之間的關(guān)系。總之，針對采煤土地損毀面積的控制應該從不同的尺度出發(fā)，制定針對性的控制措施。

致謝：感謝陳思、孫琦、盧元清、宋雪姣等碩士研究生提供的數(shù)據(jù)支持！

[1]陜永杰，郝蓉，白中科，等.礦區(qū)復合生態(tài)系統(tǒng)中土壤演替和植被演替的相互影響[J].煤礦環(huán)境保護，2001，15（5）：28－30.

[2]胡振琪.半干旱地區(qū)煤殲石山綠化技術(shù)研究[J].煤炭學報，1995，20（3）：322－324.

[3]何書金，蘇光全.礦區(qū)廢棄土地復墾潛力評價方法與應用實例[J].地理研究，2000，19（2）：163－171.

[4]白中科，郭青霞，史源英，等.安家?guī)X露天煤礦土地利用結(jié)構(gòu)預測[J].煤炭學報，1999，24（2）：207－211.

[5]李枝榮.立足存量挖潛，集約利用土地，實現(xiàn)耕地總量的動態(tài)平衡[J].改革先聲，1997，（2）：21－22.

[6]高慧卿，高敏.山西省耕地資源評價與可持續(xù)利用對策[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2011，39（6）：595－598.

[7]李素清，張金屯.山西生態(tài)環(huán)境破壞對可持續(xù)發(fā)展的影響及對策研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19（2）：56－61.

[8]李錚，王晉民.山西省土肥水資源利用問題剖析及應對糧食安全的對策[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2005，33（4）：3－6.

[9]王國梁.建國以來山西省耕地變化態(tài)勢與耕地安全[J].經(jīng)濟地理，2010，30（9）：1542－1545.

[10]張金鎖，王喜蓮.煤炭開采規(guī)模的影響因素及模型研究[J].能源技術(shù)與管理，2007，（5）：68－71.

[11]趙夢楠，周德群.中國煤炭消耗與經(jīng)濟增長的結(jié)構(gòu)變化及因果關(guān)系研究[J].管理學報，2008，5（5）：717－721.

[12]劉新梅，許中偉，徐潤芳.基于SFA模型的我國區(qū)域煤炭生產(chǎn)技術(shù)效率及其影響因素的實證研究[J].軟科學，2008，22（3）：37－40.

[13]李振林，馮耀挺，贠培琪.咸陽市煤炭資源開發(fā)利用總量調(diào)控影響因素分析[J].中國煤炭，2010，36（4）：30－33.

[14]Schulze W D.The optimal use of non－renewable resources：The theory of extraction[J].Journal of Environmental Economics and Management，1974，1（1）：53－73.

[15]Farzin Y H.Technological change and the dynamics of resource scarcity measures[J].Journal of Environmental Economics and Management，1995，29（1）：105－120.

[16]張金鎖.煤礦礦井技術(shù)改造方案專家決策系統(tǒng)研究[J].西安科技學院學報，2000，20（3）：196－200.

[17]魏曉平，王新宇.礦產(chǎn)資源最適耗竭經(jīng)濟分析[J].中國管理科學，2002，10（5）：79－82.

[18]Anne E，Aude P.Optimally eating a stochastic cake：A recursive utility approach [J].Resource and Energy Economics，2003，25（2）：129－139.

[19]蔡登谷.關(guān)于山西礦區(qū)復墾的考察報告[J].林業(yè)經(jīng)濟，2008，（4）：36－38.

[20]山西省統(tǒng)計局編.山西統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2011.

[21]何書金，蘇光全.中國采礦業(yè)的發(fā)展與礦區(qū)土地損毀預測[J].資源科學，2002，24（2）：17－21.

[22]周偉，曹銀貴，白中科，等.礦區(qū)土地復墾監(jiān)測指標體系[J].中國土地科學，2012，26（11），68－73.