基于熵權法的平頂山市生態退化測度評價

魯 迪，梁亞紅

(平頂山學院資源與環境科學學院，河南 平頂山 467000)

人口、資源、環境和經濟的可持續發展已經成為國際社會和各國政府關注的重點。資源短缺和生態環境惡化是當今世界面臨的重大問題，成為社會經濟發展的嚴重障礙。因此，生態環境的退化已引起各國學者的廣泛關注，退化生態系統的恢復和重建也成為當前生態學研究的熱點之一[1-4]。因此，探討區域生態系統退化評價機制，有利于為區域制定社會-經濟-環境協調發展的國民經濟發展規劃提供科學依據，對區域可持續發展具有重要的戰略意義。

生態退化診斷和測度是進行生態恢復與重建的基礎和前提，如何對退化生態系統的退化程度進行定量的診斷和評估就成為恢復生態學與生態重建實踐所面臨的一個迫切且十分關鍵的問題[5-7]。但是由于影響區域生態系統退化的社會-經濟-環境各要素間相互作用機制的復雜性，在理論體系與技術支撐系統方面均有許多不確定性問題有待進一步研究[8-10]。本文運用復合生態系統理論和基于熵權的綜合指數法對平頂山市生態退化進行測度評價，為促進平頂山市社會-經濟-環境協調發展提供一定的科學依據，對全國和河南省的煤炭資源型城市的可持續發展具有一定的借鑒意義。

1 研究區概況

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，是一座典型的礦業城市，因煤而立，因煤而興，多年來，平頂山市原煤產量一直在河南省保持第一位。經過50多年的發展，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、建材等綜合發展的工業城市，研究區在依托煤炭資源強力開發帶動區域經濟的快速發展的同時，人類經濟活動對區域環境干擾程度與日俱增，生態安全問題凸顯，面臨著水土流失、大氣污染、植被破壞、水環境污染、采煤塌陷、土壤退化等一系列的生態環境問題[11-12]。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

本研究的數據主要來源于平頂山市統計年鑒(2001～2012年)、平頂山市環境質量公報(2000～2011年)和平頂山市環保局(2000～2011年)監測數據，數據來源準確可靠，符合本研究的應用要求。

2.2 理論依據

復合生態系統理論是由我國著名生態學家馬世駿教授于1981年提出的，他簡明扼要地指出：當今人類賴以生存的社會、經濟、自然是一個復合大系統的整體。社會是經濟的上層建筑；經濟是社會的基礎，又是社會聯系自然的中介；自然則是整個社會，經濟的基礎，是整個復合生態系統的基礎。以人的活動為主體的系統，如農村、城市及區域，實質上是一個由人的活動的社會屬性以及自然過程的相互關系構成的社會—經濟—自然復合生態系統。

平頂山市是因為煤炭資源的開發而興建的，是一個復合的生態系統，在研究其生態退化狀況，不僅要考慮自然生態系統，還要考慮社會生態系統和經濟生態系統，只有社會-經濟-自然三大系統協調發展才能促進區域生態系統的穩定。

2.3 生態退化測度評價方法

2.2.1 指標體系的構建

人類對煤炭資源的開采和利用是煤炭資源型城市發展的主要驅動力。平頂山市的生態環境問題集中表現在人類對煤炭資源的開發利用活動使區域生態系統受到干擾，從而造成其生態結構和功能的破壞以及自然、半自然景觀的破碎化。本文依據復合生態系統理論，結合平頂山市的生態環境狀況，參考相關文獻[13-15]，從社會-經濟-環境三個方面構建PSR(壓力-狀態-響應)生態退化測度評估指標體系，共27個指標，其中壓力指標7個，狀態指標10個，響應指標10個(表1)。

表1 平頂山市生態退化測度評價指標體系

2.2.2 指標權重的確定

為盡量減少各指標權重計算的人為干擾帶來的誤差，使其更符合實際，本研究采用熵權法確定各評價指標的權重[16]。

2.2.2.1 指標的無量綱化處理

現城市有m年的統計數據，每一年中反映城市生態退化測度評價指標有n個，分別為xi(i=1，…，n)，設為矩陣，見式(1)。

(1)

對于正項型的指標，處理方法見式(2)。

(2)

對于負項型指標，處理方法見式(3)。

(3)

2.2.2.2 計算第i個指標的熵值ei

對標準化后的統計數據可計算各指標的信息熵。第i個指標的信息熵ei可定義為式(4)。

(4)

2.2.2.3 計算第i個指標的權重wi

(5)

2.2.3 構建評價模型

本文采用綜合指數法，平頂山市生態退化測度評價模型如式(6)所示。

(6)

式中，S為綜合評價指數，wi為第i個指標的權重值，rij為其無量綱化值，n為評價指標個數[17]。

根據計算所得的綜合指數值，參考相關文獻設置平頂山市生態退化測度評價綜合評判表(表2)，該表將綜合指數值取值范圍(0～1)采用非等間距法分為5個檔次，計算的結果越接近1，城市生態系統越穩定，結果越接近0，城市生態系統越不穩定，生態系統服務功能退化越嚴重，并依次將對應的5個等級的系統特征進行描述。

3 結果與分析

3.1 計算結果

根據所構建的評價指標體系，以2001～2012年平頂山市統計年鑒、環境質量公報以及平頂山市環境保護局的監測數據為基本數據來獲取所需27個指標的統計數據，根據式(2)～(5)進行數據標準化，并確定評價因子指標權重(表1)，然后按照式(6)可得到平頂山市生態退化綜合評價值，與表2的生態退化等級標準進行對比分析，得出評價結果(表3)。

3.2 結果分析

1)從壓力指數看，總體呈下降趨勢。這主要因為在平頂山市工業化、城鎮化快速發展過程中，城鎮人口數量、人均占有的資源量、工業“三廢”不斷增多，使區域生態系統的壓力越來越大(根據評價模型指數越低生態壓力越大，生態系統越不穩定)。

表2 生態退化評價標準

表3 平頂山市生態退化綜合指數及各分指數評價值

2)從狀態指數來看，總體上呈現上升趨勢。主要原因是平頂山市有著豐富的礦產資源、森林資源、水資源等自然資源，豐富的資源為平頂山市區域生態系統穩定提供了有力支持。生態城市建設使人居環境得到改觀。人均公共綠地面積和建成區綠化覆蓋率、工業廢水排放達標率、工業粉塵回收率、固體廢棄物綜合利用率等指標一直呈增長態勢，這說明平頂山市在這十年間，注重經濟、社會、環境、生態的協調發展，從而維持了良好的發展狀態。

3)從響應指數來看，大致上呈現上升趨勢，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行的資源優化、環境保護、產業調整、經濟轉型對經濟社會發展起到了很好的作用。第三產業比重的增加、全年環境質量優良天數的增多、恩格爾系數的減小等都印證了這一點。但是由于平頂山市生態壓力越來越大，平頂山市在進一步提高區域生態系統穩定性上遇到了瓶頸，比如CPI居高不下、由于城鎮人口增多導致每千人擁有衛生機構床位減少等，因此必須尋找更加有效的提升區域生態系統穩定性的維護措施。

4)從綜合指數來看，總體上從2000年以來呈現上升趨勢并趨于穩定狀態。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利用而發展起來的城市，2000～2005年之間，平頂山市主要依靠煤炭發展的煤炭工業、煤化工工業、煤電力工業等排放的廢氣、廢水、廢渣相對較多，對環境的污染相當嚴重，因此生態安全綜合指數維持在預警狀態。在2006年以后，由于國家政策的調整，生態省、生態市的建設使得平頂山市抓住了生態發展的機遇，大力發展循環生態經濟，開始進行國家園林城市、國家森林城市和國家衛生城市的創建工作，努力做到環境、社會、經濟協調發展，使得區域生態系統的綜合指數達到了較穩定狀態。

但是從表2和圖1平頂山市生態退化綜合指數來看，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城市建設的前兩三年效果明顯，生態退化綜合指數有較大提高，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，城市規模的不斷擴大，同時還存在著產業結構不合理，第二產業比重較大；資源浪費嚴重，管理滯后；空氣污染嚴重，工業“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濟和環境的協調發展，在2009年城市生態退化上升指數開始變緩，因此在以后的發展過程中仍然需要在產業結構調整、生態保護、環境治理、人居環境方面做出更大的努力。

圖1 平頂山市2000～2011年區域生態系統退化綜合指數及PSR分項指數

4 結論

1)本文運用復合生態系統理論，根據研究區的生態環境特點，構建了平頂山市生態退化測度評價指標體系，具有一定的地域性特色；利用熵權法確定權重，應用綜合指數法對研究區生態退化進行綜合評價，研究結果比較符合該市的實際情況，能夠客觀、科學地反映研究區生態系統的動態演變，具有一定的參考價值。

2)研究表明：2000～2011年，研究區生態退化狀況經歷了預警-較穩定的動態變化；進入21世紀，隨著平頂山市社會經濟的發展，人們的生態環境保護和生態安全意識不斷提高，生態環境建設初見成效，但是工業化、城鎮化的快速發展，也使其生態壓力越來越大，區域生態退化的綜合指數上升緩慢。

3)由于研究區生態退化測度評價涉及的因素繁多，評價體系和方法都需在實踐中不斷完善。在以后的研究工作中，應深入探究研究區社會-經濟-環境各因素的影響機理，以提出可行的促進區域生態系統良性循環、提升其生態服務功能的對策和建議。

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