基于網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系定量選取
——以福建省為例

黃 潔，吝 濤，胡燈進

1 中國科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點實驗室，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所，廈門 361021 2 廈門市城市代謝重點實驗室，廈門 361021 3 福建省海洋研究所，廈門 361013

基于網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系定量選取
——以福建省為例

黃 潔1, 2，吝 濤1,2,*，胡燈進3

1 中國科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點實驗室，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所，廈門 361021 2 廈門市城市代謝重點實驗室，廈門 361021 3 福建省海洋研究所，廈門 361013

科學(xué)有效的指標(biāo)體系是開展區(qū)域生態(tài)建設(shè)評估以及規(guī)劃、管理的重要技術(shù)手段。然而目前在生態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建中仍缺乏對指標(biāo)內(nèi)涵的系統(tǒng)研究，同時指標(biāo)的選取過程不夠透明，摻雜諸多主觀臆斷，損害了生態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性和有效性。針對福建省生態(tài)建設(shè)實踐，將網(wǎng)絡(luò)分析與量化指標(biāo)選擇過程相結(jié)合，(1)根據(jù)福建省生態(tài)建設(shè)規(guī)劃和目標(biāo)，建立主題導(dǎo)向的生態(tài)省建設(shè)評估網(wǎng)狀指標(biāo)體系；(2)從因果聯(lián)系、生態(tài)過程和管理需求三方面分析各個備選指標(biāo)之間的相互聯(lián)系，形成基于主題導(dǎo)向的生態(tài)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；(3)根據(jù)生態(tài)指標(biāo)應(yīng)用的科學(xué)性和實用性標(biāo)準(zhǔn)，基于網(wǎng)絡(luò)分析原理，建立生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)矩陣和備選指標(biāo)矩陣；(4)構(gòu)建面向經(jīng)濟社會成本和生態(tài)完整性的指標(biāo)選取模型，定量化選取符合福建省實際發(fā)展特征的生態(tài)建設(shè)評估操作指標(biāo)體系。將有助于深入理解生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系的內(nèi)涵，提高指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性和系統(tǒng)性，提升生態(tài)指標(biāo)體系在實際生態(tài)建設(shè)評估、規(guī)劃和管理應(yīng)用中的效用。

生態(tài)指標(biāo); 指標(biāo)選取; 網(wǎng)絡(luò)分析; 定量方法; 生態(tài)建設(shè)

隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源消耗和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，生態(tài)建設(shè)受到普遍關(guān)注。2000年開始啟動生態(tài)省、市、縣建設(shè)，截至2012年，全國已有海南、福建、浙江、江蘇等15個省先后開展生態(tài)省建設(shè)[1]。生態(tài)建設(shè)實質(zhì)是以可持續(xù)發(fā)展理論為基礎(chǔ)，將一個行政區(qū)域作為一個社會經(jīng)濟自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[2]，運用生態(tài)系統(tǒng)原理、經(jīng)濟學(xué)原理和系統(tǒng)工程學(xué)方法，構(gòu)建起一個和諧、高效、可持續(xù)發(fā)展的良性生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的最佳統(tǒng)一[3]。生態(tài)建設(shè)評估是生態(tài)建設(shè)的重要技術(shù)保障，相關(guān)生態(tài)建設(shè)指標(biāo)體系研究已得到政府部門和國內(nèi)外學(xué)者的高度重視[3- 10]。2000年中國國家環(huán)保總局從生態(tài)經(jīng)濟、社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境和生態(tài)文化4個方面13個具體領(lǐng)域提出了55個生態(tài)省建設(shè)考核指標(biāo)；2007年頒布的《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)》從經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護、社會進步方面，提出生態(tài)省建設(shè)的5項基本條件和16個具體指標(biāo)。但由于各省發(fā)展?fàn)顩r差異，能夠反映不同地區(qū)生態(tài)建設(shè)特征的統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)很難成形[4,7]。

目前，在評估指標(biāo)體系的構(gòu)建過程中，仍有兩個核心問題亟需解決[11- 12]：(1)建立既體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)特征又符合生態(tài)省建設(shè)發(fā)展實際的指標(biāo)體系框架，(2)選取科學(xué)性與實用性兼?zhèn)涞牟僮髦笜?biāo)。目前，國際上常用于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展評估指標(biāo)體系構(gòu)建的指標(biāo)體系框架包括因果網(wǎng)絡(luò)框架(CN)和生態(tài)等級網(wǎng)絡(luò)框架(EHN)其中，常用的CN包括壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架(PSR)及其衍生出的驅(qū)動力-狀態(tài)-響應(yīng)框架(Drive-State-Response，DSR)和驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)框架(DPSIR)[13- 17]。EHN可根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和功能，界定總目標(biāo)指標(biāo)下的不同等級，從而有機整合相關(guān)的生態(tài)指標(biāo)。此外，主題導(dǎo)向的指標(biāo)框架(Theme-based Framework)可明確評估指標(biāo)的政策相關(guān)性，集中指標(biāo)評估管理的目標(biāo)，因此在國際上受到越來越廣泛的應(yīng)用[17]。操作指標(biāo)的選取將直接影響到生態(tài)建設(shè)監(jiān)測、評估和管理實施的效果[18]，目前指標(biāo)選取過程中仍存在，如沒有可靠的指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)[10]，或者僅對單個指標(biāo)的選取設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對生態(tài)完整性[18]和復(fù)雜性的考慮[11]等問題。同時，指標(biāo)的選取過程不夠透明，摻雜很多主觀臆斷。這些問題嚴(yán)重影響了生態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性和有效性。針對以上問題，Niemeijer和De Groot[19]提出通過CN對指標(biāo)進行選取，吝濤等[11- 12]提出通過構(gòu)建EHN框架與定量化選取模型進行指標(biāo)的科學(xué)選取。但目前為止，針對透明化或定量化的指標(biāo)選取研究仍很少見。

本文以福建省生態(tài)建設(shè)為案例，整合因果網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)等級網(wǎng)絡(luò)和主題導(dǎo)向指標(biāo)框架，將網(wǎng)絡(luò)分析與量化指標(biāo)選擇過程相結(jié)合，建立生態(tài)省建設(shè)評估網(wǎng)狀指標(biāo)體系；再通過矩陣化分析和定量選取模型，并利用遺傳算法選出科學(xué)性與實用性兼?zhèn)涞牟僮髦笜?biāo)集合。本研究可促進對生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系內(nèi)涵的深入理解，提高指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性和系統(tǒng)性，提升生態(tài)指標(biāo)體系在實際生態(tài)建設(shè)評估、規(guī)劃和管理應(yīng)用中的效用。

1 基于網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)選取過程與方法

1.1 基本思路

基于網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)選取過程主要包括生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分析和生態(tài)建設(shè)評估操作指標(biāo)選取兩大部分。生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)定量選取的具體技術(shù)路線，見圖1。

圖1 生態(tài)建設(shè)指標(biāo)選取技術(shù)路線Fig.1 Technical flows of indicator selection for ecological construction assessment

1.2 生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1.2.1 構(gòu)建等級網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)框架

針對現(xiàn)行主要生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)，結(jié)合生態(tài)建設(shè)相關(guān)的法律法規(guī)和實際需求和限制，首先通過文獻調(diào)研和專家咨詢形成生態(tài)建設(shè)評估興趣議題，通過利益相關(guān)者咨詢和公眾參與確定生態(tài)建設(shè)評估主要議題；然后再通過文獻調(diào)研和專家咨詢收集可應(yīng)用于生態(tài)建設(shè)評估的備選生態(tài)指標(biāo)，進一步分析備選指標(biāo)與主要議題之間的等級和交叉聯(lián)系，形成生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。本文將在第二部分，以福建省為例對該步驟方法做詳細(xì)闡述。

1.2.2 網(wǎng)狀指標(biāo)體系的指標(biāo)權(quán)重計算

若不考慮各指標(biāo)之間網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜聯(lián)系的影響，文中各級指標(biāo)的權(quán)重值相等。采用權(quán)重二次分配法對構(gòu)建的網(wǎng)狀生態(tài)指標(biāo)體系的指標(biāo)進行權(quán)重分配[11]，包括：(1)將網(wǎng)狀指標(biāo)體系中重疊或交叉的聯(lián)系分解，進行等權(quán)重分配；(2)將各層次指標(biāo)的權(quán)重歸一化處理，然后將重疊或交叉指標(biāo)的不同權(quán)重相加合并，使各指標(biāo)獲得唯一權(quán)重。

1.3 生態(tài)建設(shè)評估操作指標(biāo)定量化選取

1.3.1 設(shè)置指標(biāo)選取原則

采用Dale和Beyeler總結(jié)的選取生態(tài)指標(biāo)的8個標(biāo)準(zhǔn)[20]，包括可計算性 (M)、敏感性(V)、可預(yù)測性(P)、典型性(T)、可控性(C)、完整性(I)、反饋性(R)、穩(wěn)定性(S)。其中，完整性標(biāo)準(zhǔn)適用于整個指標(biāo)體系，其他標(biāo)準(zhǔn)適用于分別評價單個操作層指標(biāo)。為保證評估指標(biāo)體系的綜合性，一般要求滿足選取條件的單個指標(biāo)權(quán)重總和不小于0.85。

1.3.2 生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)及其選擇標(biāo)準(zhǔn)的矩陣化表征

首先，通過線性代數(shù)的矩陣來表生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)，并將各層次之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系量化表示，構(gòu)建操作層指標(biāo)與分目標(biāo)層指標(biāo)的關(guān)系矩陣R。

其中,行與分目標(biāo)層指標(biāo)對應(yīng)，k表示分目標(biāo)層指標(biāo)的個數(shù)；列與操作層指標(biāo)對應(yīng)，j表示操作層指標(biāo)個數(shù)。

然后，根據(jù)指標(biāo)體系操作指標(biāo)與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)匹配結(jié)果，建立生態(tài)指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)與備選指標(biāo)之間的評估矩陣D。

其中，行與各個選取標(biāo)準(zhǔn)i對應(yīng)，文中共選取8個標(biāo)準(zhǔn)i=1，2，…,8。列與操作層指標(biāo)對應(yīng)，矩陣中0表示指標(biāo)不滿足該項標(biāo)準(zhǔn)，1表示滿足該項標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.3 定量化選擇模型構(gòu)建及實現(xiàn)

根據(jù)以上矩陣分析結(jié)果，并綜合考慮以生態(tài)建設(shè)評估管理應(yīng)用的實際要求，在保證指標(biāo)生態(tài)完整性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向社會經(jīng)濟成本最少的，即實際選擇操作指標(biāo)數(shù)目最少的目標(biāo)模型(目標(biāo)方程)：

(1)

Rk·X4′>0

(2)

X4·W4′>0.85

(3)

x4j= 0 or 1

(4)

j=1, 2, …, 55

(5)

k=1, 2, …, 8

(6)

I1′·Dj=5

(7)

I2′·Dj≠3

(8)

式中，Z代表生態(tài)指標(biāo)要選擇的數(shù)目；X4代表方程解集，x4j代表備選生態(tài)指標(biāo)d4j是否被選，m4j表示指標(biāo)d4j實際操作的經(jīng)濟成本或社會成本；W4表示d4j指標(biāo)的權(quán)重；R表示操作層指標(biāo)與分目標(biāo)層指標(biāo)的關(guān)系矩陣。

目標(biāo)方程(1)表示指標(biāo)選取滿足選取的操作指標(biāo)數(shù)據(jù)最少；約束條件(2)表示以三級目標(biāo)指標(biāo)層(d3k)的指標(biāo)作為保障生態(tài)完整性的目標(biāo)層，每個指標(biāo)所衍生的d4j指標(biāo)中至少有一個對應(yīng)被選取；(3)表示參照主成分分析法的要求，被選指標(biāo)權(quán)重占原始權(quán)重比例不低于85%；(4)表示備選指標(biāo)只能被選擇(=1)或者被排除(=0)；(5)表示備選操作指標(biāo)有55個；(6)表示指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)有8個；(7)表示當(dāng)指標(biāo)滿足MVTCS時，備選指標(biāo)直接被選取(x4j=1)；(8)表示當(dāng)指標(biāo)不滿足TCS時，備選指標(biāo)直接被排除(x4j=0)。

該指標(biāo)選取模型是一個典型的二進制整數(shù)規(guī)劃模型(BIP)，可通過Matlab軟件進行遺傳算法(GA)編程對模型求解。

2 福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系案例分析

2.1 研究區(qū)概況

福建省位于中國東南沿海，全省土地總面積12.4萬km2，海域面積13.6萬km2，人口約3689.4萬人(截止到2010年統(tǒng)計數(shù)據(jù))；屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，夏季炎熱，并多臺風(fēng)，降水量年際變化極大，容易發(fā)生水旱災(zāi)害；主要土壤類型為紅壤和黃壤；境內(nèi)山地丘陵面積約占福建省土地總面積的90%，全省森林覆蓋率63.1%，居全國首位。

福建省是全國生態(tài)建設(shè)試點省份之一，2000年，時任省長習(xí)近平提出建設(shè)生態(tài)省的戰(zhàn)略構(gòu)想；2001年福建成立生態(tài)省建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組；2002年，正式提出建設(shè)生態(tài)省的戰(zhàn)略目標(biāo)；2004年出臺《福建生態(tài)省建設(shè)總體規(guī)劃綱要》；2006年，省政府下發(fā)《關(guān)于生態(tài)省建設(shè)總體規(guī)劃綱要的實施意見》，全面推進生態(tài)省建設(shè)；2010年，正式實施《福建生態(tài)功能區(qū)劃》；2011年，省政府下發(fā)《福建生態(tài)省建設(shè)“十二五”規(guī)劃》，明確到2015年，經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變?nèi)〉弥卮筮M展，生態(tài)省建設(shè)主要目標(biāo)基本實現(xiàn)，率先建成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。

2.2 福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)的等級結(jié)構(gòu)框架構(gòu)建

2.2.1 甄選主題導(dǎo)向的生態(tài)省建設(shè)評估等級指標(biāo)

全國生態(tài)建設(shè)相關(guān)文件設(shè)定了生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)。《全國生態(tài)示范區(qū)建設(shè)規(guī)劃綱要(1996—2050年)》以實現(xiàn)資源的永續(xù)利用和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展為戰(zhàn)略目標(biāo)，明確提出了生態(tài)示范區(qū)建設(shè)的6個類型；《全國生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃》明確福建省生態(tài)建設(shè)的最主要任務(wù)是解決丘陵紅壤區(qū)的水土流失、植被破壞、農(nóng)村經(jīng)濟與能源等問題；《全國生態(tài)環(huán)境保護綱要》突出對自然資源作為重要生態(tài)環(huán)境要素或生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能的保護，強調(diào)了對重點生態(tài)功能區(qū)保護的重要性；2003年發(fā)布的《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(試行)》是落實《全國生態(tài)環(huán)境保護綱要》的一項具體和重要措施；2007年《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)》明確規(guī)定了生態(tài)省建設(shè)的5項基本條件，以及包括經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護和社會進步共16項生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)，是進行生態(tài)省建設(shè)評估主要議題選取的主要參考。

表1 福建省生態(tài)建設(shè)評估等級指標(biāo)體系及權(quán)重值Table 1 Fujian eco-province assessment indicators and their weights

續(xù)表

2011年福建省出臺的《福建生態(tài)省建設(shè)“十二五”規(guī)劃》是福建省生態(tài)建設(shè)最重要的政策文件之一，它以《福建生態(tài)省建設(shè)總體規(guī)劃綱要》、《福建省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和《福建省人民代表大會常務(wù)委員會關(guān)于促進生態(tài)文明建設(shè)的決定》等為編制依據(jù)。規(guī)劃提出了福建省生態(tài)省建設(shè)的8個主要任務(wù)和規(guī)劃實施保障，主要涉及生態(tài)經(jīng)濟、人居環(huán)境、節(jié)能減排、資源利用與保護、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境治理、生態(tài)安全、生態(tài)文化、實施保障等9個方面。

結(jié)合全國生態(tài)建設(shè)相關(guān)文件的主要內(nèi)容以及《福建生態(tài)省建設(shè)總體規(guī)劃綱要》和《福建生態(tài)省建設(shè)“十二五”規(guī)劃》對福建省生態(tài)建設(shè)的具體要求，本文認(rèn)為：(1)生態(tài)省建設(shè)的最終目標(biāo)是區(qū)域生態(tài)建設(shè)，為指標(biāo)體系的總目標(biāo)層；(2)“保障措施”作為生態(tài)省建設(shè)各項指標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，與《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)》設(shè)定的“生態(tài)環(huán)境保護”、“經(jīng)濟發(fā)展”、“社會進步”一起構(gòu)成本研究指標(biāo)體系的一級次目標(biāo)層。(3)二級次目標(biāo)層是福建省提出的生態(tài)建設(shè)規(guī)劃具體目標(biāo)和任務(wù)，主要包括“資源利用與保護”、“生態(tài)安全”等共17個主題指標(biāo)。(4)指標(biāo)體系的操作層是對二級次目標(biāo)層議題的進一步擴充和明確。通過文獻調(diào)研和專家咨詢，最終確定了“林業(yè)資源”、“海洋資源”等共55個指標(biāo)(表1)。

2.2.2 福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系的網(wǎng)絡(luò)化分析等級結(jié)構(gòu)及網(wǎng)狀指標(biāo)體系的權(quán)重計算

在主題導(dǎo)向的生態(tài)省建設(shè)評估等級指標(biāo)框架下，根據(jù)專家意見，從因果聯(lián)系、生態(tài)過程和管理需求等方面具體分析并補充不同等級間指標(biāo)的聯(lián)系，形成“網(wǎng)狀”等級指標(biāo)體系(圖2)。

其中，圖中實線表示根據(jù)相關(guān)文件或文獻獲取的常見指標(biāo)從屬等級關(guān)系；虛線表示由于通過專家咨詢和網(wǎng)絡(luò)分析后根據(jù)因果聯(lián)系、生態(tài)過程和管理需求添加的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。如，由于d21與d31、d32、d33、d34之間用實線連接，表示根據(jù)《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)》、《福建生態(tài)省建設(shè)總體規(guī)劃綱要》等相關(guān)文件和文獻可獲取d21(生態(tài)環(huán)境保護)與d31(資源利用與保護)、d32(生態(tài)安全)、d33(生態(tài)功能保護)、d34(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量)具有從屬等級關(guān)系。而d21與d312之間用虛線連接，表示本研究認(rèn)為d21(生態(tài)環(huán)境保護)與d312(預(yù)防監(jiān)測體系)之間存在由于管理需求形成的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。

通過二次權(quán)重分配[11]，使生態(tài)建設(shè)評估等級網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系內(nèi)的各指標(biāo)獲得唯一權(quán)重。具體指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如表1所示。

圖2 福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系的等級結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)系Fig.2 Hierarchical structure and network linkages of Fujian ecological province evaluation indicator system

2.3 定量化選取模型及其計算結(jié)果

2.3.1 操作指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)匹配與分析矩陣構(gòu)建結(jié)果

福建生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系操作指標(biāo)與指標(biāo)選取標(biāo)準(zhǔn)匹配情況見表2。例如，“林業(yè)資源”指標(biāo)滿足可計算性、敏感性、可預(yù)測性、典型性、可控性、反饋性、穩(wěn)定性等7個標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)福建省生態(tài)建設(shè)評估網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)體系的等級結(jié)構(gòu)，構(gòu)建關(guān)系矩陣R。

其中，矩陣中0表示無聯(lián)系，1表示有聯(lián)系。如R1表示指標(biāo)d31與d41、d42、d43、d44、d45相聯(lián)系。

根據(jù)福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系操作層指標(biāo)與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)匹配結(jié)果，構(gòu)建評價矩陣D。

其中，矩陣中0表示指標(biāo)不滿足該項標(biāo)準(zhǔn)，1表示滿足該項標(biāo)準(zhǔn)，例如D1表示d41同時滿足7項標(biāo)準(zhǔn), 即可計算性(M)、敏感性(V)、可預(yù)測性(P)、典型性(T)、可控性(C)、反饋性(R)、穩(wěn)定性(S)。

表2 福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系操作層指標(biāo)與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)匹配結(jié)果Table 2 Assessment of concrete ecological indicators according to individual selection criteria

2.3.2 模型運行結(jié)果分析

將福建省生態(tài)建設(shè)評估網(wǎng)狀指標(biāo)體系的權(quán)重值(表1)，關(guān)系矩陣R和評價矩陣D，帶入指標(biāo)選取模型公式I中，通過Matlab軟件進行遺傳算法(GA)編程對模型求解：

當(dāng)min Z=44×m(m代表單位經(jīng)濟成本或社會成本)時:

X4=[1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,a,b,c,d,e,f,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1] 式中,a,b,c,d,e,f=0或1，且a+b+c+d+e+f=1。

根據(jù)模型選取結(jié)果，福建省生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)最少可取44個，比55個操作層指標(biāo)減少了11個。其中，可暫不考慮的指標(biāo)有聲環(huán)境質(zhì)量、新能源開發(fā)、社會輿論監(jiān)管、民間環(huán)保組織建設(shè)；可整合到其他指標(biāo)的是生態(tài)功能區(qū)劃、綠色產(chǎn)品管理及推廣；此外，環(huán)境監(jiān)管體系、災(zāi)害性天氣預(yù)警體系、洪澇干旱災(zāi)害防治體系、森林火災(zāi)防控體系、農(nóng)林水產(chǎn)疫病防治體系、地質(zhì)災(zāi)害防治體系可共同整合成一個指標(biāo)，即預(yù)防監(jiān)測體系構(gòu)建。

3 討論與結(jié)論

定量化指標(biāo)選取模型是選取科學(xué)合理的生態(tài)指標(biāo)的方法保障，而網(wǎng)狀指標(biāo)體系的構(gòu)建是構(gòu)建定量化指標(biāo)選取模型的理論基礎(chǔ)。本文通過將主題導(dǎo)向的生態(tài)等級網(wǎng)絡(luò)框架與定量指標(biāo)選取模型相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)分析和線性規(guī)劃方法構(gòu)建適合福建省生態(tài)建設(shè)評估實際應(yīng)用的指標(biāo)體系，具體可以歸納為以下4個步驟：(1)分析生態(tài)建設(shè)實施和發(fā)展過程中主要目標(biāo)和問題，總結(jié)現(xiàn)行主要生態(tài)建設(shè)與評估指標(biāo)，根據(jù)具體案例區(qū)生態(tài)建設(shè)狀況進行適當(dāng)調(diào)整，建立等級性的主題導(dǎo)向的指標(biāo)體系框架；(2)提煉出生態(tài)建設(shè)與評估各個主題下屬的備選指標(biāo)，分析各個備選指標(biāo)之間的相互聯(lián)系，形成基于主題導(dǎo)向的生態(tài)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；(3)根據(jù)生態(tài)指標(biāo)應(yīng)用的科學(xué)性和時效性標(biāo)準(zhǔn)，基于網(wǎng)絡(luò)分析原理，建立生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)矩陣和備選指標(biāo)矩陣；(4)通過線性規(guī)劃原理構(gòu)建面向多目標(biāo)需求的操作指標(biāo)選取模型，定量化的選取符合生態(tài)建設(shè)發(fā)展實踐的操作指標(biāo)體系。

由于各個省的生態(tài)、經(jīng)濟、社會基礎(chǔ)條件存在顯著差異，各省生態(tài)建設(shè)綱要在具體內(nèi)容上存在差異，關(guān)注的生態(tài)指標(biāo)評估目標(biāo)也不盡相同，因此福建省生態(tài)建設(shè)指標(biāo)評估案例具有獨特性，并不能直接推廣到其他省生態(tài)建設(shè)評估中。同時，在具體操作指標(biāo)選取中，由于不同專家的意見不同，也會對生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系的構(gòu)建造成影響。但是，基于網(wǎng)絡(luò)分析的評估指標(biāo)體系定量選取研究的基本思路和步驟適用于其他區(qū)域生態(tài)建設(shè)評估。此外，由于選取的過程實現(xiàn)定量化，這將有利于管理者和學(xué)者對選取過程和結(jié)果進行反復(fù)驗證和調(diào)整，然后進一步完善生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)體系，并選出更符合當(dāng)?shù)匕l(fā)展實況的操作指標(biāo)。

[1] 武衛(wèi)政. 全國已有15個省份開展生態(tài)省建設(shè). 人民日報,2012-8-27.[2013-4-28]. http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2012-08/27/nw.D110000renmrb_20120827_5-01.htm.

[2] 馬世駿, 王如松. 社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng). 生態(tài)學(xué)報, 1984, 4 (1): 1- 9.

[3] 關(guān)琰珠. 生態(tài)省建設(shè)的指標(biāo)體系研究——以福建省為例. 福建師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2002, 18(4): 100- 104.

[4] 卞有生, 何軍. 生態(tài)省生態(tài)市及生態(tài)縣標(biāo)準(zhǔn)研究. 中國工程科學(xué), 2003, 5(11): 18- 24.

[5] 中國環(huán)境保護總局. 全國生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃. 北京: 中國環(huán)境保護總局, 1998.

[6] 中國環(huán)境保護總局. 生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo) (修訂版). 北京: 中國環(huán)境保護總局, 2007.

[7] 張坤民, 溫宗國. 城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)的進展. 城市環(huán)境與城市生態(tài), 2001, 14 (6): 1- 4.

[8] Turnhout E, Hisschemoller M, Eijsackers H. Ecological indicators: between the two fires of science and policy. Ecological Indicators, 2007, 7(2): 215- 228.

[9] Olsen L M, Dale V H, Foster T. Landscape patterns as indicators of ecological change at Fort Benning, Georgia, USA. Landscape and Urban Planning, 2007, 9(1- 2): 137- 149.

[10] 傅伯杰, 劉世梁, 馬克明. 生態(tài)系統(tǒng)綜合評價的內(nèi)容與方法. 生態(tài)學(xué)報, 2001, 21 (11): 1885- 1892.

[11] 吝濤, 薛雄志, 盧昌義. “網(wǎng)狀”生態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建及其指標(biāo)權(quán)重分配方法. 生態(tài)學(xué)報, 2007, 27(1): 235- 241.

[12] Lin T, Lin J Y, Cui S H, Cameron S. Using a network framework to quantitatively select ecological indicators, Ecological indicator, 2009, 9: 1114- 1120.

[13] Bowen R E, Riley C. Socio-economic indicators and integrated coastal management. Ocean and Coastal Management, 2003, 46: 299- 312.

[14] Organization for Economic Cooperation and development (OECD). Report of Towards Sustainable development: Environmental Indicators. Paris: 1998.

[15] Lin T, Xue X Z, Lu C Y. Analysis of Coastal Wetland Changes using “DPSIR” model: a Case Study in Xiamen, China. Coastal Management, 2007, 35(2- 3): 289- 303.

[16] Bondad-Reantaso M G, Prein M. Measuring the Contribution of Small-Scale Aquaculture: An Assessment. Rome: FAO, 2009.

[17] Cairns J, McCormick P V, Niederlehner B R. A proposed framework for developing indicators of ecosystem health. Hydrobiologia, 1993, 236(1): 1- 44.

[18] Felix M, Regina H K, Hubert W. Indicating ecosystem integrity-theoretical concepts and environmental requirements. Ecological Modelling, 2000, 130(1- 3): 13- 23.

[19] Niemeijer D, De Groot R S. A conceptual framework for selecting environmental indicator sets. Ecological Indicators, 2008, 8(1): 14- 25.

[20] Dale V H, Beyeler S C. Challenges in the development and use of ecological indicators. Ecological Indicators, 2001, 1: 3- 10.

Quantitative selection research on the evaluation indicators system for the ecological construction based on network analysis：a case study of Fujian

HUANG Jie1,2，LIN Tao1,2,*，HU Dengjin3

1KeyLaboratoryofUrbanEnvironmentandHealth,InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,China2XiamenKeyLabofUrbanMetabolism，Xiamen361021,China3FujianInstituteofOceanography,Xiamen361013,China

Eco-province, eco-city and eco-county construction programs started in China in 2000, and since then, there have been more than 15 provinces including Fujian, Hainan, Zhejiang, Jiangsu etc. completed eco-province construction planning. Scientific and effective indicator system is an important tool to carry out the assessment, planning and management of regional ecological construction. However, some problems still exist in the construction of ecological indicator system, such as lack of systematic study on the essence of the indicator and subjective process of indicator selection, which severely impair the science and validity of the ecological indicator system. An objective and scientific process of selection supplies the way for fast ecological construction planning and its adjustment in the future. This paper combines the network analysis and quantitative selection of indicators to build an ecological indicator system based on the previous practice in Fujian Province. We (1)analyzed the main problems existed in the ecological construction, implementation and development process, summarized the previous assessment indicators in the current ecological construction, studied the targets of Fujian eco-province construction practice, and established theme-oriented eco-province construction assessment network indicator system which contained 4 hierarchies and 55 concrete indicators representing experts and stakeholders′ opinions; (2)identified the relationships among the indicators at the same or different hierarchies through the analysis of the cause-effect relationship, ecological processes and management requirements, and transformed them into an ecological hierarchy network (EHN) framework and assigned the weights of all the indicators based on the hierarchical structure and complex linkages of the EHN framework; (3)established indicator selection standard matrix which includedmeasurable,vulnerable,predictable,typical,controllable,integrative,responsive,andstablecriteria and built alternative indicator matrix of assessment system for ecological construction according to the scientific and efficient application standards of ecological indicator; (4)built a multi-objective selection model concerning socio-economic costs and ecological integrity and quantitatively select the ecological indicators system that is suitable for Fujian eco-province construction practice by genetic algorithm method. According to the selection results, at least 44 concrete indicators should be selected in the ecological construction assessment system of Fujian Province, 11 indicators were dropped out from the 55 alternative concrete indicators. The results showed that our research would be helpful for understanding the essence of the assessment indicator system of ecological province construction, improving the scientific and systematic level of indicator system construction, and enhancing the practicability of ecological indicator system for ecological construction assessment, planning and management. For the reason that it is hard to simulate the whole system by a purely mathematical model due to the limited understanding of complex ecosystem and social ecological system, it is suggested that the theme-oriented framework and network framework should be coupled with subjective and quantitative indicator selections for ecological construction practices of other provinces in China.

ecological indicator; indicator selection; network analysis; quantitative method; ecological construction

國家自然科學(xué)基金項目(41201598); 國家科技支撐計劃課題(2012BAC21B03); 福建省軟科學(xué)項目(2011R0093)

2013- 04- 07;

日期:2014- 04- 03

10.5846/stxb201304070621

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tlin@iue.ac.cn

黃潔，吝濤，胡燈進.基于網(wǎng)絡(luò)分析的生態(tài)建設(shè)評估指標(biāo)體系定量選取——以福建省為例.生態(tài)學(xué)報,2015,35(3):686- 695.

Huang J，Lin T，Hu D J.Quantitative selection research on the evaluation indicators system for the ecological construction based on network analysis：a case study of Fujian.Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):686- 695.