摘要
中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，山西省则是中国最重要的能源和重化工业基地，煤炭开采历史悠久。矿区景观格局受采矿规模、开采方式、利益相关者行为扰动等多方面因素影响持续发生着动态时空演变，对矿区景观格局模拟预测可以为制订有效的土地规划和复垦提供重要的科学依据。传统景观格局模拟模型更侧重于人地耦合系统中“土地”研究而非“人地”研究，忽略了生态系统对宏观政策引起利益相关者土地利用行为转换的响应。 本文基于高分辨率遥感影像与参与式社区发展评估调研，从数量角度与空间格局分析了山西省典型矿区柳湾矿区不同景观覆被类型的增减幅度和转移趋势、景观格局的空间分布动态演变及景观格局指数波动；探明政府、工矿企业、农户行为随煤炭行业生命周期的土地利用决策行为轨迹；分析政府-企业-农户在矿区景观格局演变中的反馈关系，甄别影响矿区各类智能体土地利用决策的关键影响因子并分类构建智能体土地利用决策规则；基于多智能体系统理论，构建了柳湾矿区政府-企业-农户相耦合的矿区景观格局演变模型（MAS-LUCC），模拟政府宏观调控、企业利益追逐、农户生计发展如何塑造矿区景观格局变迁，并预测各类智能体的土地利用决策行为以及矿区生态系统对不同情景的响应，揭示了个体决策行为与景观模式演变之间的互动机制。 本文主要研究结果： （1）在采矿活动的干预下，15年来柳湾矿区各景观覆被类型之间不断发生着复杂的动态转换过程，大量的耕地转化为工矿建设用地，草地基本呈现不断减少的演化趋势。工矿用地呈条带状广泛分布在研究区北部与中西部，并向周围区域扩张，新增扩张区域形状趋于规则，区域内景观异质性低。 （2）柳湾矿区矿业经济发展经历了快速发展期、稳定发展期、转型发展期，土地利用各类智能体的决策行为与矿区生态系统的景观格局响应密切相关。矿区政府、工矿企业、农户结合智能体特征与外部影响做出土地利用决策行为，进而获得不同智能体类别对不同景观覆被类型的决策偏好。政府智能体基于最大空间效益原则对其他类别智能体的土地利用决策行为做出限制与引导；工矿企业智能体以投资收益最大化为决策规则导向，在决策后的地块单元上产生开发行为；农户结合自身发展需求，做出有限理性决策。三类智能体相辅相成，经与环境系统的互馈机制对矿区景观格局做出改造，基于此量化各类智能体土地利用决策规则。 （3）建立柳湾矿区景观格局演变模型MAS-LUCC模型，以矿区2005年景观格局影像为基础，模拟2020年景观格局，将模拟结果与实际分布影像叠加分析，经逐点对比法验证各地块单元的景观类型拟合程度，并结合 Kappa 系数检验模型精度。验证表明，模型模拟结果可信度较高，可用于矿区利益相关者土地利用行为与生态系统响应的模拟及预测。 （4）矿区智能体系统主动适应周围环境，调整自身行为规则，这种不断交互、非线性的过程以环境系统生态响应的结果呈现出来。综合研究区经济社会发展特征与各类智能体的不同决策倾向，通过校正各驱动力因子及关键参数，设置三种矿区发展情景，揭示不同政策引导方向及智能体决策下，2030 年矿区景观格局动态变化趋势。自然发展情景下景观格局基本维持现状；资源开发情景下，城镇、工矿建设用地持续扩张，大量征占其他景观覆被类型，生态环境恶化；生态保护情景下，政府实施严格的环境保护约束，工矿企业对受损地表展开生态修复和环境治理，征用耕地的速度明显放缓，林地、草地面积增加，矿区景观格局得到优化。 本研究将多智能体思想引入到矿区景观格局的研究中来，有助于厘清征地补偿、宏观政策、经济社会发展与失地农民生计之间的关系，进而引导土地资源合理配置，缓解矿区利益相关者间的土地竞争冲突，提高空间规划政策的科学性与有效性，探索矿区经济建设和谐发展模式。
NETL