基于熵權法的生態服務價值評估研究

劉暢 葉暢 孟繁陽

摘要：近年來，生態環境受到重視。隨著經濟的快速發展，人們不得不面對相應的環境后果，如空氣質量差和極端天氣。土地利用變化可能直接影響生物多樣性，造成環境退化。不可否認，生態退化的代價已不容忽視。為了評估土地利用項目造成的環境退化的經濟成本，文章開發了一個稱為生態退化成本的定量模型。首先結合層次分析法和熵權法，從六個方面確定了12個指標的權重。然后利用現有的模型方法，推導出各指標的環境成本公式，從而得出環境退化的總成本，即12個指標的加權和。最終以北京市為例，驗證了本文模型的有效性。

關鍵詞：生態退化成本;層次分析法;熵權法;總成本

隨著國家建設和經濟的到來，人們總是傾向于去探究伴隨著他們的生態問題。本文在創造一些經濟理論的過程中，認為環境資源是無限的，這是一個很常見的現象，是必須面對后果。每當人類改變生態系統，建設項目所占用的每一寸土地都會導致環境退化，即使在某些國家，污染河流的積聚、空氣質量差、有害廢物場地、處理不當的廢水、氣候變化等都會導致生物多樣性的減少。不可否認，它的成本不容忽視。為了保持一個健康和可持續的環境，必須處理好這些問題。因此，需要一個數學模型來提前預算這些成本是不可避免的。

一、指標體系構建

環境退化成本的分類有助于研究和挖掘土地利用項目中包含的真實經濟成本。在詳細分析相關信息和該主題的實際情況的基礎上，本文確定了圖1所示的12個指標。

本文將生態退化的成本分為六個方面：自然資源、土壤環境、水環境、空氣質量、生態系統和景觀。從六個方面選擇生態退化成本的原因分析如下：自然資源的枯竭：衡量土地利用對生態系統的直接影響;土地面積受損：受損土地面積越大，生態系統受損越嚴重。土地管理投資受損：土地管理成本越高，生態環境破壞越嚴重;廢水排放量：它反映了污染。它越大，水污染越嚴重，對生態系統的壓力越大。污水處理投資：水污染嚴重，污水處理成本越來越多。水污染造成的人類健康損失：它反映了水資源本身的價值。居民的實際額外水購買成本反映了因水污染而維持健康的成本;污染空氣排放負荷：越大，空氣污染越嚴重，對生態系統的壓力越大。空氣污染控制成本越高，生態環境破壞越嚴重，空氣污染造成的人類健康損失：人口歸因風險（PAR）值衡量水污染造成的人類健康損失。植被覆蓋率越大，對生態系統越有利。它指的是生態系統中的各種生物;特定區域內的所有生物。生物多樣性有利于維持生態平衡。

二、模型建立與求解

本文將生態退化的成本分為六個方面：自然資源，土壤環境，水環境，空氣質量，生態系統和景觀。分析這些指標時，它們可以分為兩種類型。符號‘+表示對于指標，越大越好。同樣，符號‘ - 表示越小越好。

因此，對于那些越大越好，方程應該是rij=，

對于越小越好，方程應該是rij=。

（一）通過層次分析法計算權重

通過查閱相關資料，構建了分數矩陣

然后，利用matlab計算CR<0.1是通過matlab軟件獲得的，并且通過了一致性檢查。

（二）通過熵權法計算權重

假設有k個指標x1，x2，…，xk，并且假設每個指標的標準化值是y1，y2，…，yk。

首先，計算第i個項目的第j個指標所占比例：

pij=∑

然后得到第j個指標的熵值：

Ej=-ln（n）-1pijlnpij

最后得到第j個指標的權重：

Wi=（i=1，2，…，k）

（三）固定權重

由于分數矩陣的存在，層次分析法具有一定的主觀性。因此使用熵權方法計算權重。本文想降低層次分析法的主觀性，而層次分析法又可以用EWM加以補充，因此定義方程為：

αj= j=1，2，…，n

通過計算得到特征向量，即12個指標的固定權重。

αj=[0.06 0.15 0.23 0.12 0.14 0.10 0.01 0.02 0.01 0.07 0.06 0.03]

（四）建立EDC公式

結合自然資源枯竭、受損土地面積、受損土地管理投資、污水處理投資、水污染造成的人類健康損失、污染空氣處理投資、空氣污染造成的人類健康損失、植被覆蓋率、生物多樣性和景觀維護費，得出生態退化成本公式：

三、模型分析

本文從北京市統計局收集了2005年和2015年北京市土地利用數據。此外，本文還獲得了中國科學院資源與環境科學數據中心的土地利用遙感圖像地圖。通過比較兩年的數據，制作了以下地圖（如圖2所示）。

在農業用地中，森林、田地和草地面積均呈上升趨勢，僅耕地面積減少，下降幅度高達33.98%。在建設用地中，最大的增長率是交通運輸，增長率為132.55%，其次是鄉鎮和工礦用地，增長率為33.75%。但由于土地利用面積的差異，城鎮村莊和工礦區的增長面積遠大于交通運輸。

總的來說，2005～2015年，北京的耕地面積急劇下降，這與城市建設用地面積的快速增長相對應。兩者的變化基本符合北京的城市化進程。此外，北京森林和草地的增加與政府推動的退耕還林政策密切相關。

另外本文也收集了中國政府從2006～2015年公布的綠色GDP數據。接下來，本文使用本文的模型來計算環境的年度成本。然后計算年度綠色GDP。最后，本文基于本文的模型和國家發布的數據比較數據，并用Matlab分析結果。

從圖3中清楚地看到分析結果。兩種數據之間的差異并不嚴重，這意味著本文的模型是有效的。

四、研究建議

隨著資源和環境問題的日益突出，生態環境日益惡化。當我們將生態系統服務納入土地利用項目的成本效益分析時，就可以深刻理解生態系統的重要性。同時，可以確定和評估項目的實際經濟成本。

根據本文研究建立的EDC模型，可以知道影響生態退化的最重要因素是土壤處理，廢水排放量，廢物治療和空氣污染造成的人體健康損失，其權重相加為0.59。規劃者應該更加關注上述幾個方面，在這些方面投入更多資金。

土地利用規劃應充分考慮環境退化的成本，科學地評估土地環境問題，就能找到環境退化成本與生態系統效益之間的收支平衡點。同時政府或私營企業的規劃者應加強對土地利用范圍和土地利用與環境影響之間關系等基礎數據的研究，建立信息數據庫，促進生態系統服務和評估中的信息共享。

隨著科學技術的進步，各種土地利用技術變得越來越復雜。為了實現綠色發展，管理者需要精通最新的環保技術。我們可以直觀地看到，圖4中GDP和綠色GDP之間存在正相關關系，隨著時間的推移，GDP和EDC的變化趨勢如圖4所示。

圖4中GDP與EDC之間存在負相關關系。GDP是在給定時間內生產的所有最終產品和服務的總價值，它通常被視為一個國家（或地區）經濟狀況不可或缺的指標。在一些經濟理論中，認為環境資源是無限的，這是一種非常普遍的現象。這種現象的結果是通過犧牲環境成本來實現經濟的高速發展。國內生產總值的大幅增加和自然資源的崩潰可以直接反映這一點。但隨著時間的推移，人們將越來越關注環境。實際上，GDP和EDC會隨著時間而變化，生態退化的成本先增加后減少。

五、結論

隨著經濟的快速發展，人們不得不面對相應的環境后果，如空氣質量差和極端天氣。土地利用變化可能直接影響生物多樣性，造成環境退化。不可否認，生態退化的代價已不容忽視。為了評估土地利用項目造成的環境退化的經濟成本，本文開發了一個稱為生態退化成本的定量模型。首先結合層次分析法和熵權法，從六個方面確定了12個指標的權重。然后利用現有的模型方法，推導出各指標的環境成本公式。最后得出環境退化的總成本，即12個指標的加權和。總之，在本文中建立了基于生態服務的EDC模型，以了解土地利用項目的真實經濟成本，通過應用兩種指標加權方法（AHP和EWM）使我們的模型更加科學。然后，具體分析了北京的土地利用情況，借助綠色GDP的概念，對北京的土地利用進行了成本效益分析。根據模型結果，可以為項目的規劃者和管理者提出一些建設性的意見。同時發現隨著時間的推移，環境退化的成本將逐漸下降。

參考文獻：

[1]曹杰.山西省大氣污染對人體健康經濟損失計算方法的比較[J].太原理工大學學報，2004（01）.

[2]侯宇，張天柱.哈爾濱和賈木斯松花江污染事件對人體健康危害的評估[C].

[3]謝高娣，張彩霞，張雷明，陳文輝，李世梅.基于單位面積的生態系統服務價值評估方法的改進[J].自然資源學報，2015（08）.

[4]楊曉青，李勝峰，朱繼業.基于綠色GDP的江蘇省資源價值損失與環境價值核算[J].生態與環境學報，2014（04）.

[5]徐子華.海南省綠色GDP核算理論與方法探討[D].海南大學，2006.

[6]鄭衛國，田啟沖.熵權法和層次分析法在權重確定中的應用[J].軟件開發與設計，2009（22）.

[7]謝高娣，張彩霞，張雷明，陳文輝，李世梅.基于單位面積的生態系統服務價值評估方法的改進[J].自然資源學報，2015（08）.

[8]劉繼元，寧佳，匡文輝，徐新良，張樹文，閆昌珍，李仁東，吳世新，胡云峰，杜國明，遲文峰，潘濤，寧靜.時空格局與土地利用變化特征中國在2010～2015期間[J].地理學報，2018（05）.

[9]萬林偉.生態礦區建設期環境成本與效益研究[D].中國礦業大學，2012.

[10]于建華，高中貴，張璐，彭步卓.昆山市生態系統服務價值變化[J].長江流域資源與環境，2005（02）.

[11]胡英杰，孔祥斌，張保東.近30年來北京市土地利用變化的時空特征[J].中國農業大學學報，2018（11）.

（作者單位：劉暢、葉暢，北京化工大學經濟管理學院;孟繁陽，北京化工大學信息科學與技術學院）