基于熵權的川北城市生態系統健康綜合評價

胡碧玉,胡昌升,郭郡郡

(1.四川職業技術學院,四川 遂寧 629000;2.四川省遂寧市人民政府,四川 遂寧 629000;3.西華師范大學區域經濟研究所,四川南充637009)

20世紀80年代末,在可持續發展思想的推動下,相關學者提出了生態系統健康的概念,生態系統健康指結合人類健康,在生態學框架下對生態系統狀態特征的一種系統診斷方式,但目前關于這一概念的確切定義,國內外學者并未達成共識[1-3]。伴隨著人們對生態環境的日益關注,對生態系統健康的研究也越來越深入,眾多學者分別從不同的學科視角和研究個案出發,對生態系統健康的概念、生態系統健康的影響因子及評價指標的選擇和方法等方面進行了研究[4-6]。早期學者主要關注自然生態系統的健康,大部分研究主要集中在湖泊/流域生態系統健康評價[7],森林生態系統健康長期監測[8],農業生態系統健康評價[9]等方面。但近年來,對城市生態系統健康的研究逐漸成為理論界關注的熱點,例如Jerry等人[10]采用驅動力-壓力-狀態-暴露-影響-響應(DPSEEA)探討了城市生態系統健康的概念及建立評價指標體系的理論、方法的建立問題。郭秀銳等[11]從活力、組織結構、恢復力、生態系統功能的維持、人群健康狀況等方面構建了城市生態系統健康評價指標體系,并采用模糊數學方法建立了評價模型。曾勇等[12]用壓力-狀態-響應機制建立了評價指標體系,并用模糊優選模型對上海市城市生態系統健康進行了時間序列評價。官東杰等[13]從城市生態系統結構功能、可持續利用能力和動態變化等方面出發,提出評價城市生態系統健康的初級指標體系,并用模糊綜合評價法對重慶的城市生態系統健康進行了評價。

綜合而言,已有的城市生態系統健康研究主要是對單個城市的評價,城市之間的比較研究相對較少,在對生態系統健康評價指標的選擇方面,國內外學者也未達成一致意見[10]。針對目前的研究現狀,在總結以往學者研究成果的基礎上,本文嘗試構建城市生態系統健康評價的指標體系,并對川北地級城市南充、達州、遂寧、廣安、巴中、廣元進行比較研究。

1 評價指標體系的建立

1.1 評價指標的選擇

理論界并沒有公認的城市生態系統健康評價應的指標體系。Rapport認為[1],生態系統健康是指一個生態系統所具有的穩定性和可持續性,這一概念是針對一般的生態系統而言,而城市生態系統是受人類活動干擾最強烈的地區,它已經演化為一種高度人工化的自然-社會-經濟復合生態系統。國家環保局也將環境保護,經濟發展,社會進步3個方面作為我國生態城市的評價標準。因此,在參考了相關文獻的基礎上[14-15],本文從經濟、社會、環境3個方面構建城市生態系統健康評價的指標體系(表1)。

表1 川北城市生態系統健康評價指標體系

1.2 評價標準

目前學術界尚無統一認可的城市生態系統健康評價標準,在參照以往學者研究的基礎上[16-18],依據國家對健康城市的要求和國家環保局健康城市建設的標準,我們將城市生態系統健康評價標注分為5個等級,即病態,不健康,臨界狀態,健康,很健康(見表2)。并以國內的園林城市、環保模范城市的建議值作為很健康的標準值,以全國最低值為病態的限定值,在前者基礎上向下浮動20%作為健康和臨界狀態的劃分標準值,在后者基礎上向上浮動20%作為不健康和臨界狀態的劃分標準值,前后兩次確定的臨界狀態標準值相互調整得到最終值。

表2 川北城市生態系統健康評價指標分級標準

2 評價方法

2.1 指標權重的確定

指標權重確定的方法很多,概括起來主要有主觀賦權法,客觀賦權法以及組合賦權法3類。本文應用客觀賦權法中的熵值法賦予指標權重,熵值法就是根據各指標傳輸給決策者的信息量的大小來確定指標權數的方法。某項評價指標的差異越大,熵值越小,該指標包含和傳輸的信息越多,相應權重越大。其步驟為[19]：

(1)將各項指標數值進行歸一化處理(1)

式中：aij——第i個參評對象第j個評價指標的標準化值;xij——第i個參評對象第j個評價指標的原始值;n——參評對象的個數;m——評價指標的個數。

(2)計算評價指標的熵值H j

式中：k——調節系數,且k=1/ln n;aij——第i個參評對象第j個評價指標的標準化值。

(3)將熵值轉換為反映差異大小的權數wj。

根據以上步驟,將川東北6個城市的各指標現狀值(表1)代入,求得川東北城市生態系統健康評價指標權重(表3)。

表3 川東北城市生態系統健康評價指標權重

2.2 城市生態系統健康的綜合評價

生態系統健康水平是一個相對的概念,可以作為一個模糊問題處理,采用模糊數學的方法判斷城市復合生態系統的健康水平,其步驟為[20-21]：

(1)確定被評價對象的因子論域X={x1,x2,x3,…,xn}和評語論域V={v1,v2,v3,…,vm}。

同時，我們也要認識到，考試本身與教育教學并不矛盾。只要我們的教育教學是真教育真教學，能引起學生共鳴、打動學生內心，學習的過程也就是幫助學生在收獲良好素質的同時也獲得實實在在分數的過程。

(2)在被評價對象的因子論域X與評語等級V之間進行單因子評價,建立模糊關系矩陣R,即：

式中：rij——因子論域X中第 i個因素 xi對應于評語論域V中第j個等級vj的相對隸屬度。相對隸屬度的計算是模糊數學方法的關鍵,相對隸屬度的計算分正向指標和負向指標,等級健康的標準值取范圍的平均值。

對正向指標,其計算公式為：當xi≥si5時,ri5=1,

對負向指標,其計算公式為：當 xi≥si1時,ri1=1,

式中：rij——第i個指標對第 j級標準的相對隸屬度xi——第i個指標的現狀值;sij——第 i個指標的第 j級健康標準值。

(3)確定模糊矩陣綜合評價模型為：B=Wi?R=(B1,B2,B3,B4,B5),Wi=(w1,w2,w 3,…,wi),式中B——城市生態系統健康判斷結果;Wi——用熵權法確定的各評價指標對城市生態系統健康的權重。

3 評價結果與討論

3.1 評價結果

將川北城市各指標的現狀值代入綜合評價模型,并分別賦予評語很健康,健康,臨界狀態,不健康,病態分數為10,8,6,4,2,可得川北城市生態系統健康評價結果：

圖1 川北城市生態系統健康評價結果

(2)川北城市生態系統各評價要素的健康優劣排序結果如圖2所示：經濟要素的健康最優為廣安(3.219),按最大隸屬度原則均處于病態,且對病態隸屬度最小的為廣安(0.064 7);社會要素的健康最優為廣安(5.799),按最大隸屬度原則均處于病態,且對病態隸屬度最小的為廣安(0.284);環境要素的健康最優為南充(6.034),按最大隸屬度原則除南充屬于很健康外,其余5個城市均屬于病態,但南充對病態和不健康的隸屬度之和要高于對健康和很健康的隸屬度之和。

圖2 川北城市各要素生態系統健康評價結果

(3)按最大隸屬度原則,川北城市生態系統健康狀況均處于病態,除南充的環境要素屬于很健康外,川北城市的經濟、社會、環境各要素也均處于病態。經濟發展的主要問題在于,資源利用的效率低以及可持續發展的能力差。社會進步主要受城市的服務能力的影響。環境結構層次低以及環境恢復能力差則成為環境要素病態的主要原因。值得一提的是,在創建全國優秀旅游城市的過程中,南充加強了對環境保護的重視,并加大了環保基礎設施的投入,取得了不錯的效果,其環境要素是川北6市中唯一處于很健康狀態的要素。

(4)對各評語集賦予分數后表明,相對而言,南充是川北6市中生態系統健康狀況最好的城市,城市生態系統健康綜合排名在川北6市中居第一,經濟、社會和環境3個要素的生態系統健康則分別位于川北6市中的第二,第三和第一。但是與其他5市相比,南充的優勢并不明顯,例如經濟要素的生態系統健康劣于廣安,社會要素的生態系統健康則劣于廣安和達州。因此,以城市生態系統健康為視角,川北并沒有明顯的區域中心城市。

3.2 討 論

由于城市生態系統健康及其評價是一門正在興起的學科,其理論和方法還不成熟,很多問題還有待進一步研究和解決。

(1)評價指標體系的確定帶有一定的主觀性。從不同角度出發,采用不同方法,就有許多不同的指標值得重視和考慮。且由于數據的獲得性等原因的限制,還有許多因子并未考慮,這為城市生態系統健康指標體系的研究留下了空間。

(2)由于城市生態系統是一個經濟-社會-環境復合生態系統,城市系統中各要素不是孤立地存在,每個要素在系統中都處于一定的位置上,起著特定的作用。要素之間相互關聯、互相依存、互相影響,構成了一個不可分割的有機整體。但我們在評價過程中并未綜合考慮他們之間的相互作用,這也是今后的研究值得特別關注的問題。

4 結語

在總結目前提出的一般生態系統健康的概念和分析城市生態系統特征基礎上,本文歸納了城市生態系統健康的內涵及城市生態系統健康評價的理論,并從經濟、社會、環境3個方面建立了城市生態系統健康評價的指標體系,采用熵值法賦予指標權重,應用模糊數學方法構建評價模型,對川東北6市的城市生態系統狀況進行了評價和比較。本研究采用熵值法確定各評價指標的權重,避免了其他賦權方法的主觀性,使評價指標權重的確定更趨科學、合理。同時采用模糊數學方法評價城市生態系統健康級別隸屬度狀態,從而避免了城市生態系統健康評價標準難以確定的問題。

(1)川東北6市的城市生態系統健康受社會要素的影響較大,經濟要素的影響要小于社會要素,而環境要素的影響最小。

(2)按最大隸屬度原則,川東北6市的城市生態系統健康均處于病態,且病態隸屬度最小的為廣安;經濟要素和社會要素的生態系統健康,川東北6市均處于病態,且對病態隸屬度最小的均為廣安,環境要素除南充處于很健康外,其余5市均處于病態。

(3)在對各評語集賦予數值后,川東北6個城市生態系統健康綜合狀況的排序為：南充,達州,廣安,遂寧,廣元,巴中。

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