基于層次分析法的重慶市城鄉結合部生態系統健康評價

谷 雨,劉 昕,鄧紅兵 (中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085)

我國已進入快速城市化期,城市環境污染邊緣化問題日益顯現,影響城鄉協調發展[1-2].黨的十七大報告強調要統籌城鄉發展,實施城鄉一體化的環境保護戰略,把城市及周邊地區的生態建設放到更加突出的位置.

城鄉結合部伴隨城市化進程迅速推進而出現,是城市化較為劇烈的地域.城鄉結合部在交通區位上,處于區域干道與城市道路交接處,具雙向輻射的交通條件[3];在地域功能上,有城市服務功能滲透[4];在土地利用規劃上,是城市建設備用區[5-6];在人口特征上,其人口密度介于中心城區和周邊農村之間[7],實際居住者大多從事非農職業[8];從生態系統角度考慮,它是城市與鄉村兩大生態系統交接的生態交錯帶,具一定生態脆弱性和系統復雜性[9-10].

Russwurm[11]基于城鄉連續體概念,采用非農業人口與農業人口的比例對城鄉結合部進行了定量化界定,指出:該比例小于等于 0.2的區域為農村、0.3～1.0之間為半農區、1.1～5.0之間為半城區、大于5.0為城市區域,這一劃分標準在不同城市得到了應用[12].目前針對城鄉結合部的研究多注重特征和問題的定性探討,定量評價集中于土地利用方面[13-14],缺乏對生態系統整體狀態的有效表征,系統的生態系統健康評價方法尚未完全確立.

生態系統健康是一門關于人類活動、社會組織和自然系統的綜合性科學[15],理論基礎與人類健康學相似[16].評價的普遍方法是對生態系統結構和功能的綜合指標進行辨別[17],以反映生態系統的整體特征.一般認為生態系統健康有兩個層次:生態系統自身狀態健康,及生態系統能為人類提供相應服務[18-20].生態系統健康評價主要有兩大類別[17]:指示物種評價(更適合自然生態系統)與結構功能指標評價.后一類別中的指標體系評價較適合復合生態系統(如城市與城鄉結合部),相關研究中指標體系的構建和計算常使用層次分析法[21-22].

城鄉結合部的生態系統健康狀況不僅關系到當地居民的生活安全、城市的整體形象,更是關系到整個城市人居環境和可持續發展的重大議題.應用層次分析法構建合適的指標體系,能對城鄉結合部的生態系統健康做出現狀評價.同時通過與相應城區的對比,有利于發現城鄉結合部存在的突出問題,明確環境管理目標,從而為生態環境綜合整治提供針對性依據.

1 評價方法

1.1 評價指標體系的構建

城鄉結合部作為城市生態系統的一部分,社會-經濟-自然復合特征顯著,應用復合指標體系進行評價較為適合.根據生態系統健康的內涵,Schaeffer等[23]認為可從活力、組織結構、恢復力三方面進行定量評估,許多針對城市的生態系統健康評價均使用了這一準則劃分[24-25],本文循此沿用;同時考慮城市化對生態環境的突出影響,將環境質量增加到準則層中.

指標選取主要遵循以下原則:綜合性:能較全面地反應城鄉結合部的特征,統籌考慮社會結構、經濟發展、自然生態等方面存在的突出問題;可操作性:考慮數據的可獲取性,指標意義明確,便于操作與理解,有利于與相似地區的比較;簡潔性:指標之間涵蓋的信息盡可能互相獨立.

表1 城鄉結合部生態系統健康的評價指標體系Table 1 The index system for EHA of urban-rural ecotone

針對城鄉結合部特征,按照指標選取原則,構建城鄉結合部生態系統健康的復合評價指標體系如下(表1):以生產力(C1、C2)、物能利用率(C3、C4)、居民收入(C5、C6)、居民文化程度(C7)這 4方面的7個指標表征活力;以經濟結構(C8～C10)、社會結構(C11、C12)、自然結構(C13、C14)、市政設施(C15～C18)這4方面的7個指標表征組織結構;以廢棄物處理能力(C19、C20)、社保投入(C21)、主要污染物排放量(C22、C23)這 3方面的5個指標表征恢復力;以土地資源(C24)、水資源(C25)、聲環境(C26、C27)、大氣環境(C28)這4方面的5個指標表征環境質量.

1.2 指標權重的確定

采用層次分析法確定指標權重,依據 Sauty提出的1～9標度法[26]判斷指標的相對重要性.

(1) 構建矩陣:采用專家打分法,構建成對比較矩陣A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C.

表2 指標(C1～C28)對目標層(A1)的權重Table2 Weights of indexes C1～C28

(2) 層次單排序及一致性檢驗:判斷矩陣一致性指標C.I.與同階平均隨機一致性指標R.I.之比稱為隨機一致性比率 C.R.(C.R.=C.I./R.I.).若C.R.＜0.10,判斷矩陣具有可接受的一致性;若C.R.＞0.10,判斷矩陣的一致性不滿足要求,需進行調整.

計算得各矩陣 C.R.分別為:A-B=0.0075;B1-C=0.0000; B2-C=0.0314; B3-C=0.0000;B4-C=0.0043;均＜0.10,通過一致性檢驗.同時計算得到準則層B對于目標層A的權重(bj)及指標層C對于準則層B的權重(wi)(表2).

(3) 層次總排序及指標權重計算:綜合 bj與wi,計算得指標層C對目標層A的層次總排序,即指標權重Wi(表2).

2 案例研究

2.1 區域概況

重慶市是我國重要的中心城市之一,是長江上游的經濟中心和商業重鎮.2007年重慶市與成都市一起被國務院批準設立為全國統籌城鄉綜合配套改革試驗區,其城鄉發展現狀在全國具有典型意義.

大渡口區建設用地面積現為5338.92hm2,占規劃總用地面積的51.92%,是城市建設的重要備用區.轄區33.22%的建設用地(公共設施用地、工業用地、倉儲用地、對外交通用地、市政公用設施用地)都體現了對核心城區的地域服務.大渡口區交通發達,東南翼有34km的長江水岸線和6個水運碼頭,成渝、渝黔、襄渝 3條鐵路干線在其間交匯,具備雙向輻射的交通優勢.由人口組成和土地利用的定量特征,結合地域功能與交通區位的現狀分析,本文選取大渡口區為重慶市城鄉結合部樣區(圖1).

2.2 指標實際值的標準化

指標實際值由資料[27-29]統計而得.為消除指標量綱的影響,調整負向型指標(C3、C4、C11、C12、C22、C23、C26、C27) 的指向,更明確反映評價現狀,根據標準[30-32]等確定參考值,對指標實際值進行標準化(表3).

為明確城鄉結合部與城區的對比效應,以[0,0.55)為差、[0.55,0.65]為中、(0.65,1]為好,對指標實際值進行分級.同時將指標權重(Wi)與標準化指標值(Ii)進行綜合加權,以[0,0.55)為病態水平、[0.55,0.65]為亞健康水平,(0.65,1]為健康水平,計算得現狀評價結果.

圖1 重慶市大渡口區地理位置示意Fig.1 The location of Dadukou in Chongqing City

2.3 評價結果與分析

2008年,大渡口區與重慶市復合生態系統整體都處于亞健康水平,大渡口區(0.5919)略遜于重慶市(0.5959),均面臨一定脅迫.準則層構成中,大渡口區的活力(0.1791)高于重慶市(0.1473),而組織結構、恢復力、環境質量 (分別為0.1135、0.1695、0.1187) 均低于重慶市 (分別為0.1464、0.1707、0.1355).較高水平的活力,體現了城鄉結合部的發展潛力尚待挖掘;而較低水平的組織結構、恢復力、環境質量,反應了城市化進程中城鄉結合部的軟肋,是綜合整治須著重考慮的方面.

指標實際值分級分析表明,大渡口區與重慶市的差距主要體現在以下具體指標,按嚴重程度從高到低逐級排列為6類:

(1) 大渡口區為差,重慶市為好的指標:第三產業占GDP比例、科技教育經費占GDP比例、萬人擁有營運機動載客汽車數量.這 3個指標指示經濟結構和市政設施方面,城鄉結合部產業過于依賴工業,對科技教育投入還需加強,居民出行條件尚需優化.

(2) 大渡口區為差,重慶市為中的指標:工業企業經濟效益綜合指數、 單位GDP的能耗和流動人口比例.這 3個指標指示生產力、經濟結構和社會結構方面,城鄉結合部的投入產出比不夠優化,能耗不夠集約,勞動力資源不夠穩定.

(3) 大渡口為中,重慶市為好的指標:環保投資占GDP比重、道路交通噪聲平均值.這2個指標指示經濟結構和環境質量方面,城鄉結合部對環保投入不夠,道路噪聲污染較嚴重.

(4) 大渡口區與重慶市同為差的指標:老齡化人口比例.這個指標指示社會人口結構方面,城鄉結合部與城市老齡化趨勢均較嚴重.

(5) 大渡口區與重慶市同為中的指標:城鎮居民年人均可支配收入、森林覆蓋率、社會保障和就業支出占財政支出比例.這 3個指標指示收入、自然結構和社保投入方面,城鄉結合部與城市在居民收入上存在差距,自然結構存在破缺,對社保就業的扶持力度不夠.

(6) 大渡口區與重慶市同為好的指標:人均道路面積、城市污水集中處理率.這 2個指標指示市政設施和廢棄物處理能力方面,城鄉結合部道路密度不夠,水資源集約利用不夠.

綜上,以大渡口區為代表的重慶市城鄉結合部存在的主要問題為:組織結構不完善、恢復力水平較低、環境質量狀況堪憂.其中經濟產業結構、市政設施、社會人口組成、道路噪聲、空氣質量是城鄉結合部與城市地區差距最大的方面.這與大渡口區對工業產業,尤其是重工業的依賴有直接關系.低耗能產業/第三產業與集中化工業的比例不夠協調、勞動力來源不固定、貨運引起的噪聲和煙塵污染,是產生這些問題的主要因素.

3 討論

本文構建的城鄉結合部生態系統健康評價指標體系,系統考慮了社會人居、經濟發展和自然生態等因素,經實例應用,能基本反映城鄉結合部的整體特征,具有一定的綜合性、科學性與可操作性.指標體系同時也適用于城市,現狀評價中將城鄉結合部與城市進行對比,能明確城鄉結合部在城市化進程中存在的突出問題,為進行針對性環境管理提供依據,對城鄉結合部綜合整治的實踐具一定指導意義.

表3 2008年大渡口區與重慶市各評價指標實際值的標準化Table 3 The Standardization of actual value of Dadukou district and Chongqing city in 2008

生態系統服務是生態系統健康內涵的重要方面[33],本文嘗試用部分指標間接指示復合生態系統為人類提供的服務,如市政設施和環境質量.

由于城鄉結合部在時間維度和空間維度上均存在持續的動態性變化,在人口和土地利用特征外很難找到指示城鄉過渡的定量表征.城市化快速推進的情勢下,遙感圖像的時滯性又限制了空間分析的應用范圍.因此城鄉結合部的地域界定是研究中的一個難點.本研究著重對城鄉人口分布特征和土地利用進行定量分析,對交通區位、地域功能和形成機制進行定性探討,如何更好地確定城鄉結合部的范圍是今后研究需深入的方面.此外,評價所需的社會經濟數據多以行政區劃為統計單位,城鄉結合部模糊邊界與各級行政邊界均難重合;除選取部分區縣為實例的折衷方法外,如何更全面精確地確定樣區也是今后研究的重點.

4 結論

4.1 本文構建的城鄉結合部生態系統健康評價指標體系,經實例應用具一定綜合性、科學性與可操作性.指標體系同時也適用于城市,現狀評價中將城鄉結合部與城市對比,能夠明確城鄉結合部在城市化進程中存在的突出問題,對城鄉結合部綜合整治實踐有一定指導意義.

4.2 現狀評價顯示:重慶市的城鄉結合部與城市生態系統均處于亞健康水平,面臨一定脅迫;復合系統整體上,城鄉結合部略遜于城市.

4.3 以大渡口區為代表的重慶市城鄉結合部存在問題主要為:組織結構不完善、恢復力水平較低和環境質量狀況堪憂.其中經濟產業結構、市政設施、社會人口組成、道路噪聲、空氣質量是重慶市城鄉結合部與城市差距最大的方面,應在綜合整治中著重考慮.

[1]智 靜,高吉喜.城鄉統籌環境保護問題分析與對策 [J]. 中國發展, 2008,(4):115-120.

[2]姜愛林,陳海秋,張志輝.當前中國城市環境治理存在的主要問題 [J]. 重慶三峽學院學報, 2008,(5):111-115.

[3]宋國愷.城鄉結合部研究綜述 [J]. 甘肅社會科學, 2004,(2):104-108.

[4]張雪松,呂正華,李逸群,等.城鄉結合部發展芻議:以沈陽市渾南地區為例 [J]. 城市規劃, 1999,(9):43-45.

[5]Hushak L J. The urban demand for urban-rural fringe land [J].Land Economics, 1975,(51):112-123.

[6]王 靜,楊 山,何 挺,等.城鄉結合部土地利用變化的信息提取技術與分析—以無錫市為例 [J]. 地理科學進展, 2004,3:1-9.

[7]Daniels T. When city and country collide: managing growth in the metropolitan fringe [M].Washington D. C.: Island Press, 1999

[8]Bar-Ga1Y.Social pluralism and urban fringe:the Israeli case [J].Perspective in Urban Geography, 1987,(9):41-53.

[9]陳 勇.城市生態支持系統 [J]. 城市發展研究, 1998(5):18-20.

[10]羅小龍,甄 峰.生態位態勢理論在城鄉結合部應用的初步研究:以南京市為例 [J]. 經濟地理, 2000,(5):55-58.

[11]Russwurm L H. The development of an urban corridor system,Toronto to Stratford Area [M]. Waterloo: Department of Geography and Planning and Resources Institute, University of Waterloo, 1970:1941-1966.

[12]Krueger R R. Urbanization of the Niagara fruit belt [J]. The Canadian Geographer, 1978,(22):179-194.

[13]彭 杰.城鄉結合部土地利用環境預警系統研究 [J]. 嘉興學院學報, 2008,(2):60-65.

[14]卓慕寧,李定強,朱照宇.城鄉結合部開發建設擾動土壤質量變化特征 [J]. 土壤, 2008,40(1):61-65.

[15]肖風勁,歐陽華.生態系統健康及其評價指標和方法 [J]. 自然資源學報, 2003,17(2):203-209.

[16]Ryder R A. Ecosystem health, a human perception: definition,detection, and the dichotomous key [J]. Journal of Great Lakes Research, 1990,16(4):619-624.

[17]孔紅梅,趙景柱,姬蘭柱,等.生態系統健康評價方法初探 [J]. 應用生態學報, 2002,13(4):486-490

[18]Rapport D J. What constitute ecosystem health ? [J]. Perspectives in Biology and Medicine, 1989,33:120-132.

[19]Rapport D J, Whitford W G. How ecosystems respond to stress:common properties of arid and aquatic system [J]. Bioscience,1989,49:193-203.

[20]Costanza R, Norton B G, Haskel B J. Ecosystem health: new goals for environmental management [M]. Washington D. C.:Island Press, 1992

[21]畢東蘇,郭小品.長三角城市生態系統健康評價 [J]. 生態經濟(學術版), 2007,2:327-330

[22]袁明鵬,嚴 河.城市生態系統健康評價的層次分析法應用研究[J]. 科學學與科學技術管理, 2003,(8):84-86

[23]Schaeffer D J, Henricks E E, Kerster H W. Ecosystem health:measuring ecosystem health [J]. Journal of Environmental Management, 1988,12:445-455

[24]郭秀銳,楊居榮,毛顯強.城市生態系統健康評價初探 [J]. 中國環境科學, 2002,22(6):525-529.

[25]Rapport D J, Bohm G, Buckingham D, et al. Ecosystem health:concept, the ISEH, and the important tasks ahead [J].Ecosystem Health, 1999,(5):82-90.

[26]趙煥臣,許樹柏.層次分析法 [M]. 北京:科學出版社, 1986.

[27]重慶市統計局.重慶統計年鑒(2008) [M]. 2009

[28]大渡口區統計局. 2008年大渡口區統計年鑒 [M]. 2009

[29]大渡口區統計局. 2008大渡口區社會經濟發展監測報告 [Z].2009

[30]國家環境保護總局.生態縣、生態市建設指標(修訂稿) [Z]. 2005

[31]國家環境保護總局.十一五城市環境綜合整治定量考核指標實施細則 [Z]. 2006

[32]北北組織.國際生態安全體系評估標準 [S]. 2006.

[33]彭 建,王仰麟,陳燕飛,等.城市生態系統服務功能價值評估初探—以深圳市為例 [J]. 北京大學學報(自然科學版), 2005,(4):594-604