基于熵權(quán)的川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)

胡碧玉,胡昌升,郭郡郡

(1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)區(qū)域經(jīng)濟(jì)研究所,四川南充637009)

20世紀(jì)80年代末,在可持續(xù)發(fā)展思想的推動(dòng)下,相關(guān)學(xué)者提出了生態(tài)系統(tǒng)健康的概念,生態(tài)系統(tǒng)健康指結(jié)合人類健康,在生態(tài)學(xué)框架下對(duì)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)特征的一種系統(tǒng)診斷方式,但目前關(guān)于這一概念的確切定義,國(guó)內(nèi)外學(xué)者并未達(dá)成共識(shí)[1-3]。伴隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益關(guān)注,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的研究也越來越深入,眾多學(xué)者分別從不同的學(xué)科視角和研究個(gè)案出發(fā),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的概念、生態(tài)系統(tǒng)健康的影響因子及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇和方法等方面進(jìn)行了研究[4-6]。早期學(xué)者主要關(guān)注自然生態(tài)系統(tǒng)的健康,大部分研究主要集中在湖泊/流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[7],森林生態(tài)系統(tǒng)健康長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)[8],農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[9]等方面。但近年來,對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的研究逐漸成為理論界關(guān)注的熱點(diǎn),例如Jerry等人[10]采用驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴露-影響-響應(yīng)(DPSEEA)探討了城市生態(tài)系統(tǒng)健康的概念及建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的理論、方法的建立問題。郭秀銳等[11]從活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)功能的維持、人群健康狀況等方面構(gòu)建了城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并采用模糊數(shù)學(xué)方法建立了評(píng)價(jià)模型。曾勇等[12]用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)機(jī)制建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并用模糊優(yōu)選模型對(duì)上海市城市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了時(shí)間序列評(píng)價(jià)。官東杰等[13]從城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能、可持續(xù)利用能力和動(dòng)態(tài)變化等方面出發(fā),提出評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的初級(jí)指標(biāo)體系,并用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)重慶的城市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

綜合而言,已有的城市生態(tài)系統(tǒng)健康研究主要是對(duì)單個(gè)城市的評(píng)價(jià),城市之間的比較研究相對(duì)較少,在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者也未達(dá)成一致意見[10]。針對(duì)目前的研究現(xiàn)狀,在總結(jié)以往學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上,本文嘗試構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,并對(duì)川北地級(jí)城市南充、達(dá)州、遂寧、廣安、巴中、廣元進(jìn)行比較研究。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

理論界并沒有公認(rèn)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)應(yīng)的指標(biāo)體系。Rapport認(rèn)為[1],生態(tài)系統(tǒng)健康是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性,這一概念是針對(duì)一般的生態(tài)系統(tǒng)而言,而城市生態(tài)系統(tǒng)是受人類活動(dòng)干擾最強(qiáng)烈的地區(qū),它已經(jīng)演化為一種高度人工化的自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。國(guó)家環(huán)保局也將環(huán)境保護(hù),經(jīng)濟(jì)發(fā)展,社會(huì)進(jìn)步3個(gè)方面作為我國(guó)生態(tài)城市的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此,在參考了相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[14-15],本文從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境3個(gè)方面構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系(表1)。

表1 川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前學(xué)術(shù)界尚無統(tǒng)一認(rèn)可的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),在參照以往學(xué)者研究的基礎(chǔ)上[16-18],依據(jù)國(guó)家對(duì)健康城市的要求和國(guó)家環(huán)保局健康城市建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn),我們將城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)標(biāo)注分為5個(gè)等級(jí),即病態(tài),不健康,臨界狀態(tài),健康,很健康(見表2)。并以國(guó)內(nèi)的園林城市、環(huán)保模范城市的建議值作為很健康的標(biāo)準(zhǔn)值,以全國(guó)最低值為病態(tài)的限定值,在前者基礎(chǔ)上向下浮動(dòng)20%作為健康和臨界狀態(tài)的劃分標(biāo)準(zhǔn)值,在后者基礎(chǔ)上向上浮動(dòng)20%作為不健康和臨界狀態(tài)的劃分標(biāo)準(zhǔn)值,前后兩次確定的臨界狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值相互調(diào)整得到最終值。

表2 川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重確定的方法很多,概括起來主要有主觀賦權(quán)法,客觀賦權(quán)法以及組合賦權(quán)法3類。本文應(yīng)用客觀賦權(quán)法中的熵值法賦予指標(biāo)權(quán)重,熵值法就是根據(jù)各指標(biāo)傳輸給決策者的信息量的大小來確定指標(biāo)權(quán)數(shù)的方法。某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異越大,熵值越小,該指標(biāo)包含和傳輸?shù)男畔⒃蕉?相應(yīng)權(quán)重越大。其步驟為[19]：

(1)將各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行歸一化處理(1)

式中：aij——第i個(gè)參評(píng)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;xij——第i個(gè)參評(píng)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始值;n——參評(píng)對(duì)象的個(gè)數(shù);m——評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

(2)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值H j

式中：k——調(diào)節(jié)系數(shù),且k=1/ln n;aij——第i個(gè)參評(píng)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

(3)將熵值轉(zhuǎn)換為反映差異大小的權(quán)數(shù)wj。

根據(jù)以上步驟,將川東北6個(gè)城市的各指標(biāo)現(xiàn)狀值(表1)代入,求得川東北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重(表3)。

表3 川東北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 城市生態(tài)系統(tǒng)健康的綜合評(píng)價(jià)

生態(tài)系統(tǒng)健康水平是一個(gè)相對(duì)的概念,可以作為一個(gè)模糊問題處理,采用模糊數(shù)學(xué)的方法判斷城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的健康水平,其步驟為[20-21]：

(1)確定被評(píng)價(jià)對(duì)象的因子論域X={x1,x2,x3,…,xn}和評(píng)語(yǔ)論域V={v1,v2,v3,…,vm}。

同時(shí)，我們也要認(rèn)識(shí)到，考試本身與教育教學(xué)并不矛盾。只要我們的教育教學(xué)是真教育真教學(xué)，能引起學(xué)生共鳴、打動(dòng)學(xué)生內(nèi)心，學(xué)習(xí)的過程也就是幫助學(xué)生在收獲良好素質(zhì)的同時(shí)也獲得實(shí)實(shí)在在分?jǐn)?shù)的過程。

(2)在被評(píng)價(jià)對(duì)象的因子論域X與評(píng)語(yǔ)等級(jí)V之間進(jìn)行單因子評(píng)價(jià),建立模糊關(guān)系矩陣R,即：

式中：rij——因子論域X中第 i個(gè)因素 xi對(duì)應(yīng)于評(píng)語(yǔ)論域V中第j個(gè)等級(jí)vj的相對(duì)隸屬度。相對(duì)隸屬度的計(jì)算是模糊數(shù)學(xué)方法的關(guān)鍵,相對(duì)隸屬度的計(jì)算分正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo),等級(jí)健康的標(biāo)準(zhǔn)值取范圍的平均值。

對(duì)正向指標(biāo),其計(jì)算公式為：當(dāng)xi≥si5時(shí),ri5=1,

對(duì)負(fù)向指標(biāo),其計(jì)算公式為：當(dāng) xi≥si1時(shí),ri1=1,

式中：rij——第i個(gè)指標(biāo)對(duì)第 j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)隸屬度xi——第i個(gè)指標(biāo)的現(xiàn)狀值;sij——第 i個(gè)指標(biāo)的第 j級(jí)健康標(biāo)準(zhǔn)值。

(3)確定模糊矩陣綜合評(píng)價(jià)模型為：B=Wi?R=(B1,B2,B3,B4,B5),Wi=(w1,w2,w 3,…,wi),式中B——城市生態(tài)系統(tǒng)健康判斷結(jié)果;Wi——用熵權(quán)法確定的各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的權(quán)重。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

將川北城市各指標(biāo)的現(xiàn)狀值代入綜合評(píng)價(jià)模型,并分別賦予評(píng)語(yǔ)很健康,健康,臨界狀態(tài),不健康,病態(tài)分?jǐn)?shù)為10,8,6,4,2,可得川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果：

圖1 川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

(2)川北城市生態(tài)系統(tǒng)各評(píng)價(jià)要素的健康優(yōu)劣排序結(jié)果如圖2所示：經(jīng)濟(jì)要素的健康最優(yōu)為廣安(3.219),按最大隸屬度原則均處于病態(tài),且對(duì)病態(tài)隸屬度最小的為廣安(0.064 7);社會(huì)要素的健康最優(yōu)為廣安(5.799),按最大隸屬度原則均處于病態(tài),且對(duì)病態(tài)隸屬度最小的為廣安(0.284);環(huán)境要素的健康最優(yōu)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(gè)城市均屬于病態(tài),但南充對(duì)病態(tài)和不健康的隸屬度之和要高于對(duì)健康和很健康的隸屬度之和。

圖2 川北城市各要素生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

(3)按最大隸屬度原則,川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況均處于病態(tài),除南充的環(huán)境要素屬于很健康外,川北城市的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境各要素也均處于病態(tài)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問題在于,資源利用的效率低以及可持續(xù)發(fā)展的能力差。社會(huì)進(jìn)步主要受城市的服務(wù)能力的影響。環(huán)境結(jié)構(gòu)層次低以及環(huán)境恢復(fù)能力差則成為環(huán)境要素病態(tài)的主要原因。值得一提的是,在創(chuàng)建全國(guó)優(yōu)秀旅游城市的過程中,南充加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,并加大了環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的投入,取得了不錯(cuò)的效果,其環(huán)境要素是川北6市中唯一處于很健康狀態(tài)的要素。

(4)對(duì)各評(píng)語(yǔ)集賦予分?jǐn)?shù)后表明,相對(duì)而言,南充是川北6市中生態(tài)系統(tǒng)健康狀況最好的城市,城市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合排名在川北6市中居第一,經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境3個(gè)要素的生態(tài)系統(tǒng)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(yōu)勢(shì)并不明顯,例如經(jīng)濟(jì)要素的生態(tài)系統(tǒng)健康劣于廣安,社會(huì)要素的生態(tài)系統(tǒng)健康則劣于廣安和達(dá)州。因此,以城市生態(tài)系統(tǒng)健康為視角,川北并沒有明顯的區(qū)域中心城市。

3.2 討 論

由于城市生態(tài)系統(tǒng)健康及其評(píng)價(jià)是一門正在興起的學(xué)科,其理論和方法還不成熟,很多問題還有待進(jìn)一步研究和解決。

(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定帶有一定的主觀性。從不同角度出發(fā),采用不同方法,就有許多不同的指標(biāo)值得重視和考慮。且由于數(shù)據(jù)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(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)體系的研究留下了空間。

(2)由于城市生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),城市系統(tǒng)中各要素不是孤立地存在,每個(gè)要素在系統(tǒng)中都處于一定的位置上,起著特定的作用。要素之間相互關(guān)聯(lián)、互相依存、互相影響,構(gòu)成了一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。但我們?cè)谠u(píng)價(jià)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(guān)注的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

在總結(jié)目前提出的一般生態(tài)系統(tǒng)健康的概念和分析城市生態(tài)系統(tǒng)特征基礎(chǔ)上,本文歸納了城市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵及城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的理論,并從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境3個(gè)方面建立了城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,采用熵值法賦予指標(biāo)權(quán)重,應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型,對(duì)川東北6市的城市生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。本研究采用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,避免了其他賦權(quán)方法的主觀性,使評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定更趨科學(xué)、合理。同時(shí)采用模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康級(jí)別隸屬度狀態(tài),從而避免了城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)難以確定的問題。

(1)川東北6市的城市生態(tài)系統(tǒng)健康受社會(huì)要素的影響較大,經(jīng)濟(jì)要素的影響要小于社會(huì)要素,而環(huán)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(tài)系統(tǒng)健康均處于病態(tài),且病態(tài)隸屬度最小的為廣安;經(jīng)濟(jì)要素和社會(huì)要素的生態(tài)系統(tǒng)健康,川東北6市均處于病態(tài),且對(duì)病態(tài)隸屬度最小的均為廣安,環(huán)境要素除南充處于很健康外,其余5市均處于病態(tài)。

(3)在對(duì)各評(píng)語(yǔ)集賦予數(shù)值后,川東北6個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合狀況的排序?yàn)椋耗铣?達(dá)州,廣安,遂寧,廣元,巴中。

[1] Rapport D J.What constitutes ecosystem health?[J].Perspect Biol Med.,1998,33(2)：120-132.

[2] McMichael A J,Bolin B,Costanza R,et al.Globalization and the sustainability of human health：an ecological perspective[J].Bioscience,1999,49：205-210.

[3] Schaefer D J,Henricks E E,Kerster H W.Ecosystem healthⅠ ：Measuring ecosystem health[J].Environ Manage,1988,12(3)：445-455.

[4] Nordin M,Azrina L A.Training and research for measuring and monitoring ecosystem health of a large scale ecosystem[J].Ecosyst Health,1998,4(3)：188-190.

[5] Callicott JB.The value of ecosystem health[J].Environmental Values,1995,4：345-346.

[6] Rapport D J.Gaining respectability：development of quantitative methods in ecosystem Health[J].Ecosystem Health,1999,5：1-2.

[7] 趙臻彥,徐福留,詹巍.湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康定量評(píng)價(jià)方法[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(6)：1466-1474.

[8] Noble L R,Dirzo R.Forests as human-dominated ecosys-tems[J].Science,1997,277：522-525.

[9] 謝花林,李波,劉黎明.基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2005,26(5)：366-369.

[10] Jerry M S,Mariano B,Annalee Y,et al.Developing ecosystern health Indicators in centro habana：A community based approach[J].Ecosystem Health,2001,7(1)：15-26.

[11] 郭秀銳,楊居榮,毛顯強(qiáng).城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)初探[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2002,22(6)：525-529.

[12] 曾勇,沈根祥,黃沈發(fā).上海城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2005,14(2)：208-212.

[13] 官東杰,蘇維詞.城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(10)：1716-1722.

[14] 官東杰,蘇維詞.城市生態(tài)系統(tǒng)健康及其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].水土保持研究,2006,13(5)：70-73.

[15] 彭建.王仰麟.吳健生,等.區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)：研究方法與進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(11)：4877-4885.

[16] 宋永昌.戚仁海.由文輝,等.生態(tài)城市的指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),1999,12(5)：16-19.

[17] 魯敏.李英杰.生態(tài)城市理論框架及特征標(biāo)準(zhǔn)[J].山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2005(1)：117-120.

[18] 胡廷蘭,楊志峰,何孟常,等.一種城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(2)：270-273.

[19] 楊宇.多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中賦權(quán)方法評(píng)析[J].統(tǒng)計(jì)與決策,2006(7)：17-19.

[20] 胡著邦.徐建民.全為民.模糊評(píng)價(jià)法在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),2002,21(6)：535-536.

[21] 高長(zhǎng)波.陳新庚.韋朝海,等.熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法在城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(10)：1923-1927.