指標關聯度與貢獻度視角下長沙市生態安全綜合評價

艾媛巧　朱紅梅　譚雪蘭

摘要：基于2007—2016年長沙市統計數據，從長沙市生態安全面臨的外部環境壓力、城市擴張與經濟發展狀態、社會與生態響應3個方面選取了20個指標構建了長沙市生態安全評價體系，并從指標關聯度與貢獻度角度對影響生態安全的主要因素進行了分析。結果表明，近10年來，長沙市生態安全值年際變化有波動，整體呈好轉趨勢;與生態安全關聯度高的主要有人均GDP、城市化水平、生活垃圾無害處理量、城市居民人均可支配收入等;各年影響生態安全的主要貢獻指標雖有差異，但主要集中在以人均城市園林綠地面積、工業粉塵去除量等為主指標中。由此提出了重視綠地建設與污染治理、提高資源利用效率、以人為本、增強居民生態安全保護參與感等對策建議。

關鍵詞：生態安全;城市用地擴張;灰色關聯度分析;貢獻度分析;長沙市

中圖分類號：X826? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）11-0056-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.11.013? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Comprehensive evaluation of urban ecological security in Changsha city from the perspective of index correlation degree and contribution degree

AI Yuan-qiao，ZHU Hong-mei，TAN Xue-lan

（College of Resources & Environment，Hunan Agricultural University，Changsha 410000，China）

Abstract： Based on the statistical data of Changsha city from 2007 to 2016， 20 indicators were selected to construct the evaluation system of ecological security in Changsha from three aspects， including the pressure of ecological security， the status of urban expansion and economic development， and the social and ecological response. The main factors affecting ecological security were analyzed from the angle of correlation degree and contribution degree. The results showed that， in the last ten years， the ecological safety value of Changsha city fluctuated year by year and showed a trend of improvement as a whole. There were some indexes with high correlation with ecological security， such as per capita GDP， urbanization level， harmless disposal capacity of domestic waste， etc. Although there were differences in the main contribution indexes affecting ecological security in each year， they were mainly concentrated the per capita urban green space area and industrial dust removal， etc. Therefore， some countermeasures and suggestions were put forward， such as attaching importance to green land construction and pollution control， improving resource utilization efficiency， people-oriented， and enhancing the participation of residents in the protection of ecological security.

Key words： ecological security; urban land expansion; grey relational analysis; contribution analysis; Changsha city

城市化符合當前中國社會經濟發展的需要，高速聚集的產業和人口能為發展中的城市帶來強大的活力，但也對城市用地面積和城市生態環境提出了更大的挑戰[1-3]。生態安全作為城市可持續發展的重要保證，日益受到國內外學者的高度關注，現有研究主要有以下幾個特點：對城市生態安全定義與生態安全評價模型的研究，目前已建立的主要有PSR、DSR、DPSIR等模型[4-6];針對城市生態安全評價對象，主要集中在大城市、城市群、流域及生態脆弱地區城市[7-11]，鮮有關注特征不突出的中小型城市以及生態安全狀態表現良好的地區;針對生態安全評價方法的研究，涉及眾多學科領域，主要有BP神經網絡法、主成分分析法、物元模型法、生態足跡法等在內的多種方法，“3S”技術也逐漸被引入生態安全評價研究中[12-18]。

鑒于當前城市用地擴張與生態安全的形勢及社會發展和生態環境保護的需要，本研究將關注點放在當前研究較少的二線城市，以長沙市為研究區域，從城市用地擴張和生態環境保護兩個方面綜合考慮，借助壓力-狀態-響應（P-S-R）模型，定量評價城市用地擴張對生態安全的影響，并通過灰色關聯度模型與貢獻度模型找出影響城市生態安全的主要因素，以期為城市擴張與城市生態安全實現持續協調發展提供科學支撐。

1? 研究區概況與研究方法

1.1? 研究區概況

長沙市位于湖南省東部偏北，湘江下游和長沙盆地西緣。長沙市東西長約230 km，南北寬約88 km，2016年長沙市區面積2 150.90 km2，建成區面積374.64 km2。長沙市是全國“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區，是長株潭一體化戰略中的橋頭堡。截至2016年，長沙市常住人口為764.52萬人，城鎮化率75.99%，地區生產總值9 356.91億元。2007—2016年，長沙市市區全年用電量增加2.8倍;工業廢氣排放量一度從293.35億標m3增加到1 021.98億標m3;固體廢棄物產生量從107.3萬t增加到141.3萬t，峰值曾達到183.6萬t。經濟快速發展，城市化大步向前邁進的同時，也對該地區生態環境造成了極大的壓力[13]。因此，對近年來長沙市的生態安全狀況進行評估具有必要性與典型性。

1.2? 研究方法

1.2.1? 指標體系構建? P-S-R模型著重考慮人類與環境之間的相互作用關系，是生態安全評價中常用的一種模型。遵循科學性、動態性、數據可獲得性等原則，結合長沙市實際情況，并參考已有相關研究成果[9，19，20]，從外部環境壓力、城市擴張與經濟發展狀態、社會與生態響應3個方面考慮，選取了20個指標構建長沙市生態安全評價指標體系（表1），其中x3、x4、x6、x8、x9、x10為逆向指標，其余為正向指標。

1.2.2? 指標標準化? 對各指標數據進行標準化處理以實現不同量綱指標之間及指標內部的可比性。計算方法：

正向指標：

Yij=（1）

逆向指標：

Yij=? （2）

式中，xij表示第i年第j項指標的變量值;

minj（xij）和maxj（xij）分別表示第j項指標數列的最小值和最大值;Yij表示第i年第j項指標的變量值的標準化值。

1.2.3? 生態安全值的計算? 權重主要表征各指標對于某一評價對象的重要程度。本研究采用熵值法進行指標權重賦值，作為一種客觀賦權法，熵值法弱化了主觀因素對賦權結果帶來的影響[19]。

主要計算過程：

在指標的標準化基礎上，計算第i年第j項指標值的比重Zij：

Zij=? ? （3）

計算第j項指標的信息熵ej：

ej= -kZijlnZij? （4）

式中，k=1/lnm，m為總評價年數;如果Zij為0，則用0.000 01代替計算。

計算第j項指標的權重wj：

wj=? （5）

式中，dj=1-ej，表示信息熵冗余度;n為總指標數。

在確定指標權重的基礎上，計算第i年的生態安全值Si：

Si=wjYij? （6）

1.2.4? 灰色關聯度分析? 采用灰色關聯度分析法衡量生態安全值與各指標之間的關聯程度，通過量化各指標對生態安全的影響程度，找出影響研究區域生態安全的主要因素。灰色關聯度分析法基本思路：①確定參考數列與比較數列;②對原始數據矩陣進行標準化處理;③計算灰色關聯系數;④計算灰色關聯度;⑤對灰色關聯度進行排序，關聯度越大，說明該指標影響程度也越大。

灰色關聯系數計算公式：

L[x0（k），xi（k）]=?（7）

式中，L[x0（k），xi（k）]為灰色關聯系數;Δmin和Δmax分別為各時刻x0和xi的最小絕對差值和最大絕對差值;ρ為分辨系數，取值范圍在[0，1]，一般情況下取值0.5。

灰色關聯度計算公式如下：

γ（x0，xi）=L[x0（k），xi（k）]? ?（8）

式中，γ（x0，xi）為參考數列與比較數列的關聯度;m為總評價年數。

一般認為，當0<γ（x0，xi）≤0.35時，關聯度低;0.35<γ（x0，xi）≤0.65時，關聯度中等;0.65<γ（x0，xi）≤0.85時，關聯度高;0.85<γ（x0，xi）≤1時，關聯度極高[9]。

1.2.5? 指標貢獻度計算? 通過計算歷年各指標的貢獻度（Gj），分析影響各年度生態安全值的主要貢獻指標，計算公式[20]：

Gj=×100%? （9）

2? 結果與分析

2.1? 生態安全值變化趨勢分析

以長沙市為研究區域，以2007—2016年為研究時段，各評價指標的原始數據來源于2008—2017年《長沙統計年鑒》以及2007—2016年《長沙市國民經濟和社會發展統計公報》。

生態安全等級一般可劃分為5個等級[19，21]，見表2。

根據公式（1）至公式（6）對指標數據進行處理，并依據生態安全等級劃分標準對結果進行劃分，結果見表3。由表3可知，長沙市2007—2016年生態安全狀況年際變化有小幅度波動，總體呈顯著上升趨勢。

10年間，長沙市生態安全狀態的變化大致可以分為3個階段：

第一階段，較不安全狀態階段（2007—2008年）。在此期間，生態安全值介于0.343～0.345，生態安全狀況有微小下滑。截至2008年底，長沙市成為“兩型社會”綜合配套改革試驗區僅一年，各項社會事業皆處于起步階段，對于社會經濟和生態環境如何實現均衡發展尚在摸索。2007—2008年，長沙市人均GDP增長約17 000元，市區面積由556.33 km2擴張至954.55 km2，工業廢氣排放量增加近1.8倍，工業粉塵排放量達到10年內最高值13.48萬t。與此同時，政府在生態安全建設方面也采取了一定措施，期間長沙市人均城市園林綠地面積由8.66 m2增加至11.68 m2，生活垃圾無害化處理量與工業粉塵去除量均有所提高。

第二階段，一般安全狀態階段（2009—2013年）。這一階段長達5年，占據本研究時段的半數時間，其生態安全值介于0.426～0.592，呈小波浪式上升趨勢，在2011年時達到最大值0.592，隨后兩年有所下滑，但整體較之上一階段生態安全狀況有明顯的改善，這有賴于長沙市政府在生態建設方面采取的一系列積極措施。長沙市積極謀劃和推進“兩型社會”建設和改革，在重點領域和關鍵環節的改革上不斷取得新進展。①全面鋪開全市生態創建工作，區域生態環境得到改善提升。一是完善大氣污染監控和防治機制建設，自2011年起長沙市工業粉塵排放量持續3年低于2萬t，最低時僅排放1.2萬t;二是著眼于流域環境治理，推進沿江風光帶及濕地公園建設;三是完善森林生態補償機制，不斷加強生態建設和綠心保護。人均城市園林綠地面積實現連續5年增長，截至2013年已達13.31 m2。②實施環境經濟政策，城區開征生活垃圾處理費，專款用于城市生活垃圾無害化資源化處理，其中2012年生活垃圾無害化處理量達169.4萬t，較2007年的85.6萬t增加近1倍。5年間，工業固體廢棄物綜合利用率保持在90%左右，最高值達99.73%。

第三階段，較安全狀態階段（2014—2016年）。3年間，長沙市生態安全狀態更進一步，生態安全值介于0.631～0.684，年際變化平穩。這一階段生態環境狀態保持穩步提升的趨勢是多方面因素作用的結果，包括創新綠色建筑推廣機制，推進全國節約集約用地綜合標準化試點，健全大氣污染防治機制和能源節約機制，建立黃標車淘汰機制，開展環境聯合執法試點等。推進三年造綠大行動，新增綠地600 hm2，拆墻透綠開放綠地208.47萬m2，長沙市2016年人均城市園林綠地面積達14.62 m2。工業粉塵排放量逐年下降，在2016年達到過去10年內最低值，僅0.69萬t，生活垃圾無害化處理量達10年內最高值，為215萬t。

綜合來看，雖然城市的擴張與發展不可避免地對生態資源環境產生了脅迫效應，但是由于政府采取措施積極改善，逐步探索出了城市擴張與生態建設和諧發展的道路。盡管在個別年份出現了生態安全值回落的情況，但幅度都不大，并未阻斷2007—2016年長沙市生態安全狀況整體好轉趨勢，長沙市資源環境狀態在研究期內呈現穩步提高的態勢。

2.2? 生態安全值與各指標之間的關聯度分析

運用灰色關聯分析模型，通過公式（7）和公式（8）計算出各指標與生態安全值之間的關聯度，并對結果由大到小排序以獲得影響長沙市生態安全的主要因素，結果如表4所示。研究期內研究區域生態安全值與各指標的關聯度為0.522～0.834，結合關聯度劃分標準可知，其關聯度處于中高級水平，可見兩者內部聯系緊密。

由表4可見，各指標與生態安全值的關聯度排在前十位的依次是人均GDP、城市化水平、生活垃圾無害處理量、城市居民人均可支配收入、市區面積、人均城市園林綠地面積、人均日生活用水量、工業粉塵排放量、固定資產投資占GDP比重、市區人口密度。其中長沙市生態安全值與人均GDP、城市化水平、生活垃圾無害處理量、城市居民人均可支配收入的關聯程度最高，關聯度均達到了0.8以上，表明當地經濟與社會的發展壓力與人們對更高生活水平的要求是脅迫本區域生態安全的主要驅動因素，加大環境污染治理力度、提高居民收入水平是保障當地生態環境質量的有效途徑。市區面積、人均城市園林綠地面積、人均日生活用水量、工業粉塵排放量、固定資產投資占GDP比重、市區人口密度對研究區域生態安全的影響次之，關聯度為0.695～0.792，表明加大城市園林綠地建設投入力度，控制市區人口密度有利于提高城市生態環境質量，而人們生產生活中資源消耗的提高與污染物的排放會加重生態安全危機，應倡導節能減排、節約資源的生產與消費觀念。

2.3? 各指標對生態安全值的貢獻度分析

結合指標貢獻度模型，通過公式（9）計算出各個指標的年度貢獻度，選擇每年對生態安全值貢獻度最大的兩個指標作為主要的貢獻指標，結果如表5所示。由表5可知，各年份對生態安全值貢獻度排在第一的指標是x15、x17、x20，即第三產業占GDP比重、人均城市園林綠地面積、工業粉塵去除量，其中人均城市園林綠地面積排第一的年份占到8次之多，這與實際情況也是非常吻合的，城市綠地面積的多少對生態安全舉足輕重。綜合來看，加強城市園林綠地建設和綠心保護是保障城市生態安全的重中之重，同時控制污染物的排放，加大對污染的治理力度，節約使用能源與資源，調整合理的產業結構，保持適度人口規模與增長率有利于提高研究區域的生態環境質量。

3? 小結與討論

第一，長沙市2007—2016年生態安全狀況總體呈顯著上升趨勢，年際間有小幅度波動，2016年已達到較安全狀態;第二，從各指標與生態安全值的關聯度角度來看，人均GDP、城市化水平、生活垃圾無害處理量、城市居民人均可支配收入與研究區域生態安全值的關聯程度最高，關聯度均達到了0.8以上;第三，從指標貢獻度角度分析，人均城市園林綠地面積對生態安全值的貢獻度最大，同時工業粉塵去除量、人均日生活用水量、人均糧食產量、人口自然增長率等指標的貢獻度也不容忽視。

雖然長沙市生態安全狀態趨好，但資源環境壓力并未完全解除，尤其是長沙市城市化水平日益增加，居民生活用水量較高，人均耕地面積與人均糧食產量不斷減少，都是影響資源環境壓力的重要因素。因此，應從以下5個方面提高長沙市生態環境質量：第一，加大園林綠地建設與污染治理投資力度;第二，珍惜資源，節約能源，提高水資源的利用效率;第三，合理利用土地，切實保護耕地;第四，保持適度人口規模與增長率，促進人口與環境良性發展;第五，以人為本，提高居民收入水平與生活幸福感，增強居民生態安全保護參與感。

與同類研究相比，本研究明確指出影響城市生態安全狀態的主要因素，并倡議今后保障長沙市城市生態安全還應從社會與生態響應入手。對長沙市更小行政單元生態安全狀況做出評價，并找出其具體影響因素，可為長沙市各級政府更有針對性地改善本地區生態安全狀況提供依據，是今后研究的重要方向。未來將進一步收集與豐富相關資料，完善生態安全評價指標體系，以符合對長沙市各區（市）縣的生態安全狀況研究的需要，并期待在后續工作中對長沙市生態安全的發展趨勢做出預測。

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