基于多智能体仿真的煤矿区景观格局演变与情景模拟：政策、行为与响应机制

Landscape pattern in coalmine regions is usually changed under the interference of long and high intensity mining. The values, experiences, abilities and behavior patterns of the land users have a direct impact on the evolution of the landscape pattern of the ecosystem. Local farmers are the most direct makers of land type and plant species, and a series of policies implemented by the government also play an important role to the behavior of farmers. This project takes several typical coalmine regions of Shanxi Province as research area, focuses on the farmers’ viewpoints, linkes the natural and policy factors with the behaviors of farmers, and explores the landscape dynamic mechanism from the macro and micro scales. The multi-agent-based systems (MAS) and participatory interviews are used to build an agent-based landscape evolution model, to define the main agent types and to identify the influencing factors of agents’ ability and willingness. Several scenarios will be proposed to explore how the implementation of different voluntary mechanisms will affect the landscape structure. This project intends to develop a bottom-up agent-based model to analyze and explore how individual behaviors influencing the landscape pattern and ecological processes in coal mining area. This research is of great significance for understanding the complex dynamic mechanism of landscape, coordinating the contradiction between government, enterprises and farmers, and exploring effective environmental management in coalmine ecosystem.

煤矿区生态系统在长时间高强度的采矿干扰下发生着巨大变化。土地使用者的价值观、经验、能力和行为模式直接影响着矿区景观格局的演变，而政府实施的一系列政策措施又对土地使用者的行为起着重要的影响。本项目在对山西省典型煤矿区近30年的景观格局、时空演变特征及驱动力分析的基础上，从矿区具体的土地使用者-农户这个微观主体入手，将矿区的自然和政策因素定量地与土地使用者的行为规则相联系，从宏观和微观尺度研究矿区景观格局的演变机制。构建基于多智能体系统的矿区景观格局演变模型，识别影响矿区景观格局的智能体类型及影响决策的内外部因素，模拟智能体微观行为的宏观反映；探讨不同政策情景下智能体的选择、行为决策以及造成的宏观格局的改变，揭示政府政策、农户决策与景观格局变化的互动机理。本研究对于理解景观生态系统的复杂动态演变机制、协调政府-企业-农户矛盾、探索矿区有效环境管理模式具有重要意义。

煤矿区景观格局在长时间高强度的采矿干扰下发生着巨大变化。矿区土地使用者的态度、意愿和行为模式直接影响着矿区景观格局的演变，而自然、经济、政策等又对土地使用者的行为起着重要的影响。本项目选取了山西省井工开采煤矿区（大同矿区、阳泉矿区等）和露天开采煤矿区（平朔矿区等）等为典型研究区，基于长时间序列遥感影像分析了矿区近40年土地利用变化特征和生境质量；划分了影响矿区土地利用变化的智能体类型并探明影响其决策的内外部因素，评估矿区不同类型农户的生计资本和生计策略；构建了基于多智能体仿真的“自下而上”的矿区土地利用景观变化模型。主要结论如下：（1）1985年以来，山西省矿区景观格局变化显著。矿业发展过程中，无论是井工煤矿还是露天煤矿，矿区内林地、耕地和水域面积不断减少，建设用地面积持续增加，矿区土地利用的转移以耕地、林地、草地和建设用地之间的相互转化为主。（2）矿区内林地、草地分布受气候及距离水系和设施点的距离影响较大，耕地分布受气候、高程及距水域、居民点的距离影响较大，建设用地分布主要受生产能力和距设施点的距离影响较大。（3）矿区农户的生计资本组合及生计行为随着矿业发展呈相应变化。在此过程中，被征地农户以权属耕地的数量和质量获取征地补偿，以耕种为主的农户类型逐渐呈现出兼业特性，兼业程度越高，生计可持续发展能力越强。（4）量化了矿区农户-工矿企业-政府管理部门三类智能体的交互作用和决策规则，构建了基于农户-企业-政府多智能体的矿区土地利用景观变化模型，并在典型矿区进行了模拟和验证，结果表明模型能够反映微观层面利益相关者属性与宏观层面土地利用变化之间的规则，kappa检验精度较高。结合区域发展特点，模拟未来不同发展情景下矿区智能体的行为决策以及造成的矿区土地利用景观格局的改变。本研究对于理解矿区土地利用景观的复杂动态过程、探索矿区有效环境管理模式和生态恢复策略具有科学意义。