基于熵權(quán)法的平頂山市生態(tài)退化測度評價

魯 迪，梁亞紅

(平頂山學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 平頂山 467000)

人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為國際社會和各國政府關(guān)注的重點(diǎn)。資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化是當(dāng)今世界面臨的重大問題，成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。因此，生態(tài)環(huán)境的退化已引起各國學(xué)者的廣泛關(guān)注，退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建也成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[1-4]。因此，探討區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化評價機(jī)制，有利于為區(qū)域制定社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

生態(tài)退化診斷和測度是進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與重建的基礎(chǔ)和前提，如何對退化生態(tài)系統(tǒng)的退化程度進(jìn)行定量的診斷和評估就成為恢復(fù)生態(tài)學(xué)與生態(tài)重建實(shí)踐所面臨的一個迫切且十分關(guān)鍵的問題[5-7]。但是由于影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化的社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境各要素間相互作用機(jī)制的復(fù)雜性，在理論體系與技術(shù)支撐系統(tǒng)方面均有許多不確定性問題有待進(jìn)一步研究[8-10]。本文運(yùn)用復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論和基于熵權(quán)的綜合指數(shù)法對平頂山市生態(tài)退化進(jìn)行測度評價，為促進(jìn)平頂山市社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定的科學(xué)依據(jù)，對全國和河南省的煤炭資源型城市的可持續(xù)發(fā)展具有一定的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

平頂山市地處河南省中南部，豫西山地與淮河平原的過渡地帶，1957年建市，是一座典型的礦業(yè)城市，因煤而立，因煤而興，多年來，平頂山市原煤產(chǎn)量一直在河南省保持第一位。經(jīng)過50多年的發(fā)展，目前平頂山市已成為以能源原材料為主體，煤炭、電力、冶金、化工、紡織、建材等綜合發(fā)展的工業(yè)城市，研究區(qū)在依托煤炭資源強(qiáng)力開發(fā)帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的同時，人類經(jīng)濟(jì)活動對區(qū)域環(huán)境干擾程度與日俱增，生態(tài)安全問題凸顯，面臨著水土流失、大氣污染、植被破壞、水環(huán)境污染、采煤塌陷、土壤退化等一系列的生態(tài)環(huán)境問題[11-12]。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于平頂山市統(tǒng)計年鑒(2001～2012年)、平頂山市環(huán)境質(zhì)量公報(2000～2011年)和平頂山市環(huán)保局(2000～2011年)監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確可靠，符合本研究的應(yīng)用要求。

2.2 理論依據(jù)

復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論是由我國著名生態(tài)學(xué)家馬世駿教授于1981年提出的，他簡明扼要地指出：當(dāng)今人類賴以生存的社會、經(jīng)濟(jì)、自然是一個復(fù)合大系統(tǒng)的整體。社會是經(jīng)濟(jì)的上層建筑；經(jīng)濟(jì)是社會的基礎(chǔ)，又是社會聯(lián)系自然的中介；自然則是整個社會，經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是整個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。以人的活動為主體的系統(tǒng)，如農(nóng)村、城市及區(qū)域，實(shí)質(zhì)上是一個由人的活動的社會屬性以及自然過程的相互關(guān)系構(gòu)成的社會—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。

平頂山市是因?yàn)槊禾抠Y源的開發(fā)而興建的，是一個復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，在研究其生態(tài)退化狀況，不僅要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)，還要考慮社會生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)，只有社會-經(jīng)濟(jì)-自然三大系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展才能促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.3 生態(tài)退化測度評價方法

2.2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

人類對煤炭資源的開采和利用是煤炭資源型城市發(fā)展的主要驅(qū)動力。平頂山市的生態(tài)環(huán)境問題集中表現(xiàn)在人類對煤炭資源的開發(fā)利用活動使區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)受到干擾，從而造成其生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的破壞以及自然、半自然景觀的破碎化。本文依據(jù)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論，結(jié)合平頂山市的生態(tài)環(huán)境狀況，參考相關(guān)文獻(xiàn)[13-15]，從社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境三個方面構(gòu)建PSR(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))生態(tài)退化測度評估指標(biāo)體系，共27個指標(biāo)，其中壓力指標(biāo)7個，狀態(tài)指標(biāo)10個，響應(yīng)指標(biāo)10個(表1)。

表1 平頂山市生態(tài)退化測度評價指標(biāo)體系

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

為盡量減少各指標(biāo)權(quán)重計算的人為干擾帶來的誤差，使其更符合實(shí)際，本研究采用熵權(quán)法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重[16]。

2.2.2.1 指標(biāo)的無量綱化處理

現(xiàn)城市有m年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每一年中反映城市生態(tài)退化測度評價指標(biāo)有n個，分別為xi(i=1，…，n)，設(shè)為矩陣，見式(1)。

(1)

對于正項(xiàng)型的指標(biāo)，處理方法見式(2)。

(2)

對于負(fù)項(xiàng)型指標(biāo)，處理方法見式(3)。

(3)

2.2.2.2 計算第i個指標(biāo)的熵值ei

對標(biāo)準(zhǔn)化后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可計算各指標(biāo)的信息熵。第i個指標(biāo)的信息熵ei可定義為式(4)。

(4)

2.2.2.3 計算第i個指標(biāo)的權(quán)重wi

(5)

2.2.3 構(gòu)建評價模型

本文采用綜合指數(shù)法，平頂山市生態(tài)退化測度評價模型如式(6)所示。

(6)

式中，S為綜合評價指數(shù)，wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值，rij為其無量綱化值，n為評價指標(biāo)個數(shù)[17]。

根據(jù)計算所得的綜合指數(shù)值，參考相關(guān)文獻(xiàn)設(shè)置平頂山市生態(tài)退化測度評價綜合評判表(表2)，該表將綜合指數(shù)值取值范圍(0～1)采用非等間距法分為5個檔次，計算的結(jié)果越接近1，城市生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定，結(jié)果越接近0，城市生態(tài)系統(tǒng)越不穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化越嚴(yán)重，并依次將對應(yīng)的5個等級的系統(tǒng)特征進(jìn)行描述。

3 結(jié)果與分析

3.1 計算結(jié)果

根據(jù)所構(gòu)建的評價指標(biāo)體系，以2001～2012年平頂山市統(tǒng)計年鑒、環(huán)境質(zhì)量公報以及平頂山市環(huán)境保護(hù)局的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)來獲取所需27個指標(biāo)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)～(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并確定評價因子指標(biāo)權(quán)重(表1)，然后按照式(6)可得到平頂山市生態(tài)退化綜合評價值，與表2的生態(tài)退化等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，得出評價結(jié)果(表3)。

3.2 結(jié)果分析

1)從壓力指數(shù)看，總體呈下降趨勢。這主要因?yàn)樵谄巾斏绞泄I(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中，城鎮(zhèn)人口數(shù)量、人均占有的資源量、工業(yè)“三廢”不斷增多，使區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的壓力越來越大(根據(jù)評價模型指數(shù)越低生態(tài)壓力越大，生態(tài)系統(tǒng)越不穩(wěn)定)。

表2 生態(tài)退化評價標(biāo)準(zhǔn)

表3 平頂山市生態(tài)退化綜合指數(shù)及各分指數(shù)評價值

2)從狀態(tài)指數(shù)來看，總體上呈現(xiàn)上升趨勢。主要原因是平頂山市有著豐富的礦產(chǎn)資源、森林資源、水資源等自然資源，豐富的資源為平頂山市區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供了有力支持。生態(tài)城市建設(shè)使人居環(huán)境得到改觀。人均公共綠地面積和建成區(qū)綠化覆蓋率、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、工業(yè)粉塵回收率、固體廢棄物綜合利用率等指標(biāo)一直呈增長態(tài)勢，這說明平頂山市在這十年間，注重經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而維持了良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3)從響應(yīng)指數(shù)來看，大致上呈現(xiàn)上升趨勢，但是前期較緩慢，在2006年以后上升速率加快。這充分反映了平頂山市所進(jìn)行的資源優(yōu)化、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)業(yè)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起到了很好的作用。第三產(chǎn)業(yè)比重的增加、全年環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)的增多、恩格爾系數(shù)的減小等都印證了這一點(diǎn)。但是由于平頂山市生態(tài)壓力越來越大，平頂山市在進(jìn)一步提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性上遇到了瓶頸，比如CPI居高不下、由于城鎮(zhèn)人口增多導(dǎo)致每千人擁有衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位減少等，因此必須尋找更加有效的提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維護(hù)措施。

4)從綜合指數(shù)來看，總體上從2000年以來呈現(xiàn)上升趨勢并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。大致上可以分為三個階段：2000～2005年上升緩慢，2006～2008年上升速度加快，到2009年后上升的速度又降了下來。

平頂山市是典型的依托煤炭資源的開發(fā)利用而發(fā)展起來的城市，2000～2005年之間，平頂山市主要依靠煤炭發(fā)展的煤炭工業(yè)、煤化工工業(yè)、煤電力工業(yè)等排放的廢氣、廢水、廢渣相對較多，對環(huán)境的污染相當(dāng)嚴(yán)重，因此生態(tài)安全綜合指數(shù)維持在預(yù)警狀態(tài)。在2006年以后，由于國家政策的調(diào)整，生態(tài)省、生態(tài)市的建設(shè)使得平頂山市抓住了生態(tài)發(fā)展的機(jī)遇，大力發(fā)展循環(huán)生態(tài)經(jīng)濟(jì)，開始進(jìn)行國家園林城市、國家森林城市和國家衛(wèi)生城市的創(chuàng)建工作，努力做到環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，使得區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的綜合指數(shù)達(dá)到了較穩(wěn)定狀態(tài)。

但是從表2和圖1平頂山市生態(tài)退化綜合指數(shù)來看，2006年以后一直呈上升趨勢，2009～2011上升的趨勢開始變緩，這說明平頂山市在生態(tài)城市建設(shè)的前兩三年效果明顯，生態(tài)退化綜合指數(shù)有較大提高，但是平頂山隨著城市人口不斷增多，城市化水平的不斷提高，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，同時還存在著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，第二產(chǎn)業(yè)比重較大；資源浪費(fèi)嚴(yán)重，管理滯后；空氣污染嚴(yán)重，工業(yè)“三廢”排放量仍然很大；社會福利保障體系不完善，城市宜居性較差等，制約著平頂山市的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，在2009年城市生態(tài)退化上升指數(shù)開始變緩，因此在以后的發(fā)展過程中仍然需要在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境治理、人居環(huán)境方面做出更大的努力。

圖1 平頂山市2000～2011年區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化綜合指數(shù)及PSR分項(xiàng)指數(shù)

4 結(jié)論

1)本文運(yùn)用復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論，根據(jù)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，構(gòu)建了平頂山市生態(tài)退化測度評價指標(biāo)體系，具有一定的地域性特色；利用熵權(quán)法確定權(quán)重，應(yīng)用綜合指數(shù)法對研究區(qū)生態(tài)退化進(jìn)行綜合評價，研究結(jié)果比較符合該市的實(shí)際情況，能夠客觀、科學(xué)地反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)演變，具有一定的參考價值。

2)研究表明：2000～2011年，研究區(qū)生態(tài)退化狀況經(jīng)歷了預(yù)警-較穩(wěn)定的動態(tài)變化；進(jìn)入21世紀(jì)，隨著平頂山市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全意識不斷提高，生態(tài)環(huán)境建設(shè)初見成效，但是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，也使其生態(tài)壓力越來越大，區(qū)域生態(tài)退化的綜合指數(shù)上升緩慢。

3)由于研究區(qū)生態(tài)退化測度評價涉及的因素繁多，評價體系和方法都需在實(shí)踐中不斷完善。在以后的研究工作中，應(yīng)深入探究研究區(qū)社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境各因素的影響機(jī)理，以提出可行的促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、提升其生態(tài)服務(wù)功能的對策和建議。

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