區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的模糊物元貼近度評價研究——以天津濱海新區(qū)為例

李 健 ，康 懿

(天津理工大學(xué)管理學(xué)院，天津300384)

0 引言

長期以來，通過實現(xiàn)工業(yè)化促進經(jīng)濟社會發(fā)展幾乎成為全世界的共同選擇［1］，資源推動型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展使得資源匱乏和污染嚴(yán)重的現(xiàn)象愈加嚴(yán)重，全球生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況正處在一種惡性循環(huán)的狀態(tài)①Rapport D，Maffi L，Eco-cultural Health，Global Health，and Sustainability，Ecological Research，Online First?，2010-03-31。，探索經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護相和諧的生態(tài)化產(chǎn)業(yè)的模式得到廣泛認(rèn)可。區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)作為社會、經(jīng)濟、自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅包含自然生態(tài)系統(tǒng)，更重要的是增加了圍繞人類活動而產(chǎn)生的社會和經(jīng)濟系統(tǒng)［2］，具有明顯的空間、時間以及資源結(jié)構(gòu)［3］，并不局限于某一行業(yè)或園區(qū)。目前有關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究多是從城市或生態(tài)工業(yè)園區(qū)的某一特性出發(fā)，鮮有從區(qū)域?qū)用娴漠a(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)角度所進行的健康研究。如鄧華［4］從系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度以生態(tài)工業(yè)園為例，構(gòu)建影響因素三維理論模型，研究產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵影響和制約因素;張文龍［5］對城市化與產(chǎn)業(yè)生態(tài)化耦合發(fā)展的互動關(guān)系進行分析，提出城市與產(chǎn)業(yè)生態(tài)耦合發(fā)展的優(yōu)化路徑;張攀［6］提出產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)多樣性的概念，并從系統(tǒng)—產(chǎn)業(yè)—企業(yè)3個層面進行其多樣性發(fā)展機制的研究。此外，許多文獻中存在著評價標(biāo)準(zhǔn)客觀性的問題［7-9］。本研究提出了區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵與特征，建立模糊物元貼近度模型。結(jié)合天津濱海新區(qū)的特點，構(gòu)建區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，通過縱向比較判斷產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)和走勢。

1 區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵與特征

生態(tài)系統(tǒng)健康的概念從人類自身健康的研究出發(fā)［10］，Rapport認(rèn)為，可以用醫(yī)治患者的思路來處理生態(tài)系統(tǒng)的衰退、紊亂等現(xiàn)象，并根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)的特殊性來采取對應(yīng)的補救和改善措施［11］。產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是按照循環(huán)經(jīng)濟規(guī)律組織起來，具有完整的生命周期、高效的代謝過程及和諧的生態(tài)功能的網(wǎng)絡(luò)型、進化型、復(fù)合型產(chǎn)業(yè)體系［12］。董經(jīng)緯對產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的表述為:產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在保障正常生態(tài)服務(wù)功能滿足人類需要的同時，具有維持自身的持續(xù)向前發(fā)展的能力和狀態(tài)［13］。但是區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是以人類活動為主宰、以侵蝕自然資源為前提，其在服務(wù)功能、自我維持等方面與自然生態(tài)系統(tǒng)存在諸多不同。以私家車為例［14］，從熱力學(xué)角度看是相當(dāng)便捷高效，但從環(huán)境效益的角度考慮則是不環(huán)保的。所以產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)需要從健康的角度進行綜合衡量，沒有廢棄物壓力才能使產(chǎn)業(yè)體系得到和諧可持續(xù)發(fā)展。

因此，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康不僅要具有功能高效結(jié)構(gòu)合理，更要強調(diào)該系統(tǒng)對其他系統(tǒng)的服務(wù)功能。從可操作性的角度看，區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系可以從以下4個方面來考察其健康程度:(1)產(chǎn)業(yè)活力，健康的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最大的特征是充滿活力，體現(xiàn)在獲得最佳經(jīng)濟效益以及提高投入產(chǎn)出比兩個方面;(2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，調(diào)整和建立合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)目的是促進經(jīng)濟和社會發(fā)展以及人們物質(zhì)和文化生活的改善;(3)生態(tài)恢復(fù)力，努力推進環(huán)保產(chǎn)業(yè)化和市場化進程，沿海地區(qū)應(yīng)注重海洋生態(tài)環(huán)境保護;(4)服務(wù)功能，改善區(qū)域人居、自然環(huán)境質(zhì)量，完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對其他生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能。

2 模糊物元貼近度模型

目前，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)評價方法主要有主成分分析法、層次分析法、能值分析法、模糊評價法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。由于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、影響因素的不確定性，區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康可作為一個模糊問題來處理。本研究以物元分析理論為基礎(chǔ)，結(jié)合海明貼近度，建立區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的評價模型，同時用熵權(quán)法確定評價指標(biāo)權(quán)重。實例研究中，以國內(nèi)外公認(rèn)城市、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合確定2015年預(yù)測數(shù)據(jù)，從而避免了由最大隸屬度的因素導(dǎo)致隸屬函數(shù)確定困難和客觀性不強的問題［15］;此外，由于產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是動態(tài)發(fā)展的，其“健康”與“不健康”沒有明顯分界，利用貼近度可根據(jù)不同年份與理想物元的差距分析系統(tǒng)的健康程度。

2．1 復(fù)合模糊物元

假定事物名稱為n，關(guān)于特征c的量值為v，把有序3元組(n，c，v)作為描述待評價事物的基本元(簡稱物元)，可表示為 R=(n，c，v)。若事物 N 由 n 個特征(c1，c2，．．．，cn)和相應(yīng)的量值(v1，v2，．．．，vn)來描述，則稱R為n維物元［16］，記為 R=(N，c，v)。如果 n 個事物的 m 維物元組合在一起，使構(gòu)成n個事物m維復(fù)合物元Rmn。若將Rmn的量值改寫為模糊物元量值，稱為n個事物m維復(fù)合模糊物元，記作

2．2 從優(yōu)隸屬度

模糊物元各單項指標(biāo)相應(yīng)的模糊值從屬于標(biāo)準(zhǔn)方案各對應(yīng)評價指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值隸屬程度，稱為從優(yōu)隸屬度。越大越優(yōu)型:Vij=xij/max xij;越小越優(yōu)型:Vij=min xij/xij。式中:Vij為從優(yōu)隸屬度;max xij和min xij分別為各方案中每一評價指標(biāo)中的最大值和最小值。

2．3 熵值法確定權(quán)重系數(shù)

產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康各個評價指標(biāo)的重要程度不同，常用權(quán)重系數(shù)來衡量。在信息論中，熵是對不確定的度量，信息量越大，不確定性越小，熵也越小;反之亦然。本研究用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，盡量消除權(quán)重計算的人為影響，使結(jié)果更切實際。方法及求解步驟如下。

(1)構(gòu)建n個事物的m個評價指標(biāo)判斷矩陣:R=(xij)，(i=1，2…，m;j=1，2，…n)。

(2)將判斷矩陣歸一化處理，得到歸一化判斷矩陣U。效益型uij=(xij-min xij)/(max xij-min xij);成本型:uij=(max xij-xij)/(max xij-min xij)。式中:max xij和min xij分別為同指標(biāo)下不同事物中最滿意者或最不滿意者。

(3)定義熵:n個事物的m個評價指標(biāo)，可以確定評價指標(biāo)的熵為:式中:fij=(1+

(4)定義熵權(quán)w:由第j個評價指標(biāo)的熵可得到其熵權(quán) wi，即=1)。

2．4 貼近度復(fù)合模糊物元

貼近度是指被評價對象與樣本值的互相接近程度，其值越大表示兩者越接近，反之則越遠(yuǎn)。從而根據(jù)貼近度大小對各評價對象進行排序。海明貼近度應(yīng)用方便，并克服了加權(quán)平均法趨于平均的缺點，結(jié)合本研究的具體評價意義，本研究采用海明貼近度ρHj作為評價標(biāo)準(zhǔn)，采用M(×，+)算法(先乘后加)，則

3 案例分析

濱海新區(qū)自2006年獲批為全國第二個綜合配套改革試點以來，始終致力于改變產(chǎn)業(yè)增長方式、高效合理利用區(qū)域戰(zhàn)略資源。趙樹明等［17］認(rèn)為2005—2010年是天津濱海新區(qū)準(zhǔn)備跨越經(jīng)濟發(fā)展曲線頂點的關(guān)鍵時期，本研究選取2006—2009年為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)年，2015年預(yù)測值根據(jù)以下原則確定:參考國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn);參考浦東新區(qū)、深圳特區(qū)等有可比性的區(qū)域現(xiàn)狀值以及目標(biāo)值;充分考慮濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境容量;依照區(qū)域發(fā)展水平預(yù)測。

3．1 指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)特征，參照國家“循環(huán)經(jīng)濟評價指標(biāo)體系”、“生態(tài)工業(yè)園區(qū)指標(biāo)體系”以及“天津市生態(tài)市建設(shè)指標(biāo)體系”，選擇產(chǎn)業(yè)活力(經(jīng)濟效益、生態(tài)效益)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化(產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技發(fā)展)、生態(tài)恢復(fù)力(污染控制、循環(huán)利用)和服務(wù)功能(生活環(huán)境、自然環(huán)境)4個子系統(tǒng)22項指標(biāo)，形成濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系(表1)。

表1 濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系Tab．1 Indicator system of Binhai New Area industrial ecosystem health

3．2 構(gòu)造復(fù)合模糊物元

將2006—2009年成果以及2015年的指標(biāo)值做為5個事物，用其22個特征構(gòu)造復(fù)合模糊物元矩陣(表2)。

3．3 計算從優(yōu)隸屬度

萬元GDP水耗C8、城市環(huán)境噪聲平均值(分貝)C20為成本型指標(biāo)，按照越小越優(yōu)型計算，其余按越大越優(yōu)型，得從優(yōu)隸屬度復(fù)合物元如下:

3．4 熵值法確定權(quán)重系數(shù)

構(gòu)建5個事物22個評價指標(biāo)的判斷矩陣R，進行歸一化處理，得到歸一化判斷矩陣:

分別計算評價指標(biāo)的熵Hj，熵權(quán)w(表2)為:Hj=(0．981 2，0．979 9，0．979 2，…，0．971 2)，w=(0．036 2，0．038 7，0．040 0，…，0．055 3)。

表2 濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康復(fù)合模糊物元Tab．2 Fuzzy matter-element analysis of Binhai New Area industrial ecosystem health

3．5 計算貼近度

采用海明貼近度公式，可得2006—2009以及2015各年度評價樣本的 RρH及各要素的貼近度 RρH1，RρH2，RρH3，RρH4(表 3)。

表3 2006—2009，2015年度產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及各要素健康海明貼近度Tab．3 Hamm ing approach degree of industrial ecosystem and four com ponents health during 2006—2009 and 2015

3．6 評價結(jié)果

根據(jù)表3中的計算結(jié)果，可看出濱海新區(qū)2006—2009以及2015年的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況整體處于平緩上升趨勢，2008年健康水平出現(xiàn)明顯提升(圖1)，濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)向著不斷優(yōu)化的方向健康發(fā)展。

圖1 濱海新區(qū)2006—2009，2015年產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及各要素健康評價Fig．1 Assessment of industrial ecosystem health system and four components health in Binhai New Area during 2006—2009 and 2015

與產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康相比，各要素的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出不同的特點:(1)“產(chǎn)業(yè)活力”要素中，經(jīng)濟保持逐年增長態(tài)勢，這與濱海新區(qū)的實際情況相符;其限制因素主要是實際利用外資與港口集裝箱吞吐量指標(biāo)值較低，即濱海新區(qū)作為北方對外開放的門戶，其大規(guī)模聚集、擴散國際經(jīng)濟能力的能量尚有待提高。(2)“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”要素中，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)持續(xù)保持45%的工業(yè)總產(chǎn)值，資源回收利用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在2008年后出現(xiàn)向上的拐點，表明區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)越來越好;其促進因素是廢舊資源回收加工業(yè)的迅速崛起，這也是濱海新區(qū)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟補鏈產(chǎn)業(yè)的積極表現(xiàn);限制因素主要是第三產(chǎn)業(yè)和地方研發(fā)經(jīng)費占GDP的比例仍偏低。(3)“生態(tài)恢復(fù)力”要素中，2008年的整治效果最為明顯，即圖中出現(xiàn)頂峰后走勢趨緩，這反映區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)恢復(fù)力水平在加大治理力度后將保持在較高水平，但環(huán)保投入占GDP的比重仍需提高。(4)“服務(wù)功能”要素反映環(huán)境噪聲、空氣質(zhì)量以及近岸海域水質(zhì)等均主要受區(qū)域產(chǎn)業(yè)影響。如近岸海域水質(zhì)逐年下降，這與濱海新區(qū)的港口經(jīng)濟蓬勃相悖。從圖1來看，近年來濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)快速崛起的同時并未能很好地實現(xiàn)其他生態(tài)系統(tǒng)的共同發(fā)展。

3．7 區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的發(fā)展對策

從上述評價結(jié)果來看，2015年目標(biāo)值如能順利實現(xiàn)，將使區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況得到大幅度改善。在保持快速發(fā)展GDP、實際利用外資等相關(guān)經(jīng)濟總量指標(biāo)的同時，如何讓產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生態(tài)恢復(fù)力以及服務(wù)功能狀況與產(chǎn)業(yè)活力的提升保持同步，是目前區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待考慮的問題，也是濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的最終目標(biāo)。

3．7．1 協(xié)調(diào)環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾。發(fā)揮政府的引導(dǎo)作用，正確認(rèn)識和處理發(fā)展經(jīng)濟、提高生活水平和保護生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。加強城區(qū)南北兩片濕地的保護，有效治理河湖污染，最大程度地防止城市生活污水與工業(yè)廢水向海洋排放。

3．7．2 建立以循環(huán)經(jīng)濟為導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)群體。打造現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，發(fā)展“中服務(wù)、南重化、北旅游、東港口、西高新”的產(chǎn)業(yè)格局，需要不同產(chǎn)業(yè)和園區(qū)的功能互補和鏈條化發(fā)展［18］，以企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈和園區(qū)為載體，構(gòu)建區(qū)域性產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)。

3．7．3 構(gòu)建現(xiàn)代服務(wù)體系。依托新區(qū)區(qū)位、交通和港口優(yōu)勢，加快物流設(shè)施、物流企業(yè)、物流信息和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，逐步形成完善的綠色物流體系;完善再生資源回收網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)再生資源回收與利用信息平臺，形成鏈接全市的再生資源回收網(wǎng)絡(luò);發(fā)揮國際旅游集散地功能，提升旅游市場吸引力［19］。

3．7．4 加快建立與周邊地區(qū)協(xié)同發(fā)展機制。建立區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)制度，協(xié)調(diào)解決環(huán)境保護、產(chǎn)業(yè)梯度轉(zhuǎn)移、基礎(chǔ)設(shè)施布局建設(shè)等涉及到區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展問題;建立區(qū)域發(fā)展的政策協(xié)調(diào)、磋商機制。

4 研究結(jié)論

運用產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)健康原理剖析了產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和特征。構(gòu)建了區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，建立模糊物元貼近度模型。相比目前多采用的健康標(biāo)準(zhǔn)對照方法，以現(xiàn)有優(yōu)秀指標(biāo)值為目標(biāo)制定參照方法有效避免了評價標(biāo)準(zhǔn)的不確定性，同時解決了隸屬度確定困難的問題。對濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康進行綜合評價，找出濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的促進、限制因素，從而全面地表征區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，更好地為區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實施可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

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