基于熵權(quán)法的生態(tài)服務(wù)價值評估研究

劉暢 葉暢 孟繁陽

摘要：近年來，生態(tài)環(huán)境受到重視。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們不得不面對相應(yīng)的環(huán)境后果，如空氣質(zhì)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(huán)境退化。不可否認，生態(tài)退化的代價已不容忽視。為了評估土地利用項目造成的環(huán)境退化的經(jīng)濟成本，文章開發(fā)了一個稱為生態(tài)退化成本的定量模型。首先結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法，從六個方面確定了12個指標的權(quán)重。然后利用現(xiàn)有的模型方法，推導出各指標的環(huán)境成本公式，從而得出環(huán)境退化的總成本，即12個指標的加權(quán)和。最終以北京市為例，驗證了本文模型的有效性。

關(guān)鍵詞：生態(tài)退化成本;層次分析法;熵權(quán)法;總成本

隨著國家建設(shè)和經(jīng)濟的到來，人們總是傾向于去探究伴隨著他們的生態(tài)問題。本文在創(chuàng)造一些經(jīng)濟理論的過程中，認為環(huán)境資源是無限的，這是一個很常見的現(xiàn)象，是必須面對后果。每當人類改變生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)項目所占用的每一寸土地都會導致環(huán)境退化，即使在某些國家，污染河流的積聚、空氣質(zhì)量差、有害廢物場地、處理不當?shù)膹U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(xù)的環(huán)境，必須處理好這些問題。因此，需要一個數(shù)學模型來提前預(yù)算這些成本是不可避免的。

一、指標體系構(gòu)建

環(huán)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(jīng)濟成本。在詳細分析相關(guān)信息和該主題的實際情況的基礎(chǔ)上，本文確定了圖1所示的12個指標。

本文將生態(tài)退化的成本分為六個方面：自然資源、土壤環(huán)境、水環(huán)境、空氣質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)和景觀。從六個方面選擇生態(tài)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(tài)系統(tǒng)的直接影響;土地面積受損：受損土地面積越大，生態(tài)系統(tǒng)受損越嚴重。土地管理投資受損：土地管理成本越高，生態(tài)環(huán)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(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)的壓力越大。空氣污染控制成本越高，生態(tài)環(huán)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(tài)系統(tǒng)越有利。它指的是生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物;特定區(qū)域內(nèi)的所有生物。生物多樣性有利于維持生態(tài)平衡。

二、模型建立與求解

本文將生態(tài)退化的成本分為六個方面：自然資源，土壤環(huán)境，水環(huán)境，空氣質(zhì)量，生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)該是rij=，

對于越小越好，方程應(yīng)該是rij=。

（一）通過層次分析法計算權(quán)重

通過查閱相關(guān)資料，構(gòu)建了分數(shù)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(quán)法計算權(quán)重

假設(shè)有k個指標x1，x2，…，xk，并且假設(shè)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(quán)重：

Wi=（i=1，2，…，k）

（三）固定權(quán)重

由于分數(shù)矩陣的存在，層次分析法具有一定的主觀性。因此使用熵權(quán)方法計算權(quán)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(quán)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(jié)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(tài)退化成本公式：

三、模型分析

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

在農(nóng)業(yè)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(shè)用地中，最大的增長率是交通運輸，增長率為132.55%，其次是鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(zhèn)村莊和工礦區(qū)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(shè)用地面積的快速增長相對應(yīng)。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(guān)。

另外本文也收集了中國政府從2006～2015年公布的綠色GDP數(shù)據(jù)。接下來，本文使用本文的模型來計算環(huán)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(fā)布的數(shù)據(jù)比較數(shù)據(jù)，并用Matlab分析結(jié)果。

從圖3中清楚地看到分析結(jié)果。兩種數(shù)據(jù)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(huán)境問題的日益突出，生態(tài)環(huán)境日益惡化。當我們將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)的重要性。同時，可以確定和評估項目的實際經(jīng)濟成本。

根據(jù)本文研究建立的EDC模型，可以知道影響生態(tài)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(quán)重相加為0.59。規(guī)劃者應(yīng)該更加關(guān)注上述幾個方面，在這些方面投入更多資金。

土地利用規(guī)劃應(yīng)充分考慮環(huán)境退化的成本，科學地評估土地環(huán)境問題，就能找到環(huán)境退化成本與生態(tài)系統(tǒng)效益之間的收支平衡點。同時政府或私營企業(yè)的規(guī)劃者應(yīng)加強對土地利用范圍和土地利用與環(huán)境影響之間關(guān)系等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究，建立信息數(shù)據(jù)庫，促進生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和評估中的信息共享。

隨著科學技術(shù)的進步，各種土地利用技術(shù)變得越來越復(fù)雜。為了實現(xiàn)綠色發(fā)展，管理者需要精通最新的環(huán)保技術(shù)。我們可以直觀地看到，圖4中GDP和綠色GDP之間存在正相關(guān)關(guān)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(guān)關(guān)系。GDP是在給定時間內(nèi)生產(chǎn)的所有最終產(chǎn)品和服務(wù)的總價值，它通常被視為一個國家（或地區(qū)）經(jīng)濟狀況不可或缺的指標。在一些經(jīng)濟理論中，認為環(huán)境資源是無限的，這是一種非常普遍的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的結(jié)果是通過犧牲環(huán)境成本來實現(xiàn)經(jīng)濟的高速發(fā)展。國內(nèi)生產(chǎn)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(guān)注環(huán)境。實際上，GDP和EDC會隨著時間而變化，生態(tài)退化的成本先增加后減少。

五、結(jié)論

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們不得不面對相應(yīng)的環(huán)境后果，如空氣質(zhì)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(huán)境退化。不可否認，生態(tài)退化的代價已不容忽視。為了評估土地利用項目造成的環(huán)境退化的經(jīng)濟成本，本文開發(fā)了一個稱為生態(tài)退化成本的定量模型。首先結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法，從六個方面確定了12個指標的權(quán)重。然后利用現(xiàn)有的模型方法，推導出各指標的環(huán)境成本公式。最后得出環(huán)境退化的總成本，即12個指標的加權(quán)和。總之，在本文中建立了基于生態(tài)服務(wù)的EDC模型，以了解土地利用項目的真實經(jīng)濟成本，通過應(yīng)用兩種指標加權(quán)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(jù)模型結(jié)果，可以為項目的規(guī)劃者和管理者提出一些建設(shè)性的意見。同時發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移，環(huán)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(jīng)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?zhí)熘?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(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(yè).基于綠色GDP的江蘇省資源價值損失與環(huán)境價值核算[J].生態(tài)與環(huán)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(wèi)國，田啟沖.熵權(quán)法和層次分析法在權(quán)重確定中的應(yīng)用[J].軟件開發(fā)與設(shè)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)礦區(qū)建設(shè)期環(huán)境成本與效益研究[D].中國礦業(yè)大學，2012.

[10]于建華，高中貴，張璐，彭步卓.昆山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化[J].長江流域資源與環(huán)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(nóng)業(yè)大學學報，2018（11）.

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