熵變視角的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)*
——以長(zhǎng)沙市為例

周子英，張 群，張維梅

(湖南工程學(xué)院 管理學(xué)院，湖南 湘潭 411104)

熵變視角的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)*
——以長(zhǎng)沙市為例

周子英，張 群，張維梅

(湖南工程學(xué)院 管理學(xué)院，湖南 湘潭 411104)

通過(guò)分析城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和特征，構(gòu)建了城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)模型；結(jié)合指標(biāo)信息熵，從熵變視角，對(duì)長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，研究結(jié)果顯示：長(zhǎng)沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的無(wú)序度緩慢增大，多樣性和復(fù)雜性不斷提高，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的需求壓力逐年上升；長(zhǎng)沙市城市自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持能力總體逐漸增大，生態(tài)環(huán)境的改善使長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和活力得到增強(qiáng)，城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力波動(dòng)上升。

信息熵；耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展；城市生態(tài)系統(tǒng)；長(zhǎng)沙市

自20世紀(jì)80年代提出可持續(xù)發(fā)展理念以來(lái)，在世界各地引起了強(qiáng)烈的反響，得到了各國(guó)政府、學(xué)者的一致認(rèn)同。[1-2]可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)是要實(shí)現(xiàn)人與自然、人與人之間的協(xié)調(diào)與和諧，在資源可以永續(xù)利用、環(huán)境得到有效保護(hù)的前提下實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的持續(xù)發(fā)展。[3]城市作為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、科技發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，人口高度集聚，屬于典型的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，作為一個(gè)生態(tài)脆弱性系統(tǒng)，其生態(tài)過(guò)程是耗竭性的，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要人為地輸入物質(zhì)與能量，同時(shí)，城市中產(chǎn)生的大量廢物，不能完全在本系統(tǒng)內(nèi)分解，需借助其他生態(tài)系統(tǒng)如農(nóng)田、海洋、森林、草地、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的幫助才能消除。[4]城市作為一類典型的“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是人類消耗自然資源和能源最多的地域空間與生態(tài)環(huán)境污染的重要來(lái)源，正承受著巨大的壓力。[5]因此，從城市生態(tài)學(xué)的角度對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值與重要意義。

基于此，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，[6]有機(jī)地結(jié)合信息熵理論與熵變分析，依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)熵模型，將城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的熵流分為支持型輸入熵、壓力型輸出熵、消費(fèi)代謝型熵和還原代謝型熵，以長(zhǎng)沙市為例，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，為城市生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展提供參考。

一 城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)

(一)指標(biāo)體系的構(gòu)建

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力，根據(jù)指標(biāo)選擇的系統(tǒng)性、科學(xué)性和數(shù)據(jù)可獲得性原則，依據(jù)城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和特征，對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的熵流和熵產(chǎn)生進(jìn)行分析，進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系的構(gòu)建。[7-9]借鑒相關(guān)的研究成果，本文選取了具有代表性的指標(biāo)27個(gè)(見(jiàn)表一)。

表一 城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

從表一可知，城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括以下4類：(1)支持型輸入熵指標(biāo)，反映了自然和人類創(chuàng)造的生產(chǎn)力，用來(lái)體現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)的承載能力。(2)壓力型輸出熵指標(biāo)，反映了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)城市的負(fù)面影響，各指標(biāo)充分體現(xiàn)了城市生態(tài)系統(tǒng)的主體消費(fèi)者的消費(fèi)能力。(3)消費(fèi)代謝型熵指標(biāo)，反映城市生態(tài)系統(tǒng)熵增加的內(nèi)容，體現(xiàn)了人類生產(chǎn)和生活的廢棄物和污染物，不經(jīng)過(guò)處理直接排放到自然生態(tài)系統(tǒng)，給城市生態(tài)環(huán)境造成一定的壓力。(4)還原代謝型熵指標(biāo)，反映了人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的治理能力，城市生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)大型的人工系統(tǒng)，產(chǎn)生的大量廢棄物難以依靠自身進(jìn)行凈化，需要人類對(duì)城市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理。

(二)城市生態(tài)系統(tǒng)熵類型及表征

根據(jù)所構(gòu)建的城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，得到熵流、熵產(chǎn)生和總熵變的計(jì)算公式(見(jiàn)表二)。

表二 生態(tài)系統(tǒng)熵流、熵產(chǎn)生和總熵變的符號(hào)與計(jì)算公式

城市作為以人為中心和主體的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)，為了系統(tǒng)處于一種低熵有序的狀態(tài)，需要持續(xù)地從外界輸入負(fù)熵或向外界排出正熵，其結(jié)構(gòu)隨著外部的擾動(dòng)和內(nèi)部的漲落變化而發(fā)生相應(yīng)的改變，具有耗散結(jié)構(gòu)的一切特征，其演化過(guò)程可以借用耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)熵變來(lái)進(jìn)行表征，在時(shí)間上亦表現(xiàn)出一定的演替階段和特點(diǎn)。

依據(jù)城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和特征，城市生態(tài)系統(tǒng)的熵變可以分為兩部分：[10](1)熵流，即城市生態(tài)系統(tǒng)與外界進(jìn)行的物質(zhì)和能量交換時(shí)產(chǎn)生的熵變，用來(lái)衡量城市生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，反映城市自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的承載力；(2)熵產(chǎn)生，反映了城市生態(tài)系統(tǒng)的還原再生能力，用來(lái)衡量城市生態(tài)系統(tǒng)的活力。總熵變作來(lái)表征城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向，反映城市生態(tài)系統(tǒng)的有序度和可持續(xù)發(fā)展能力。

(三)城市社會(huì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)與熵變

城市生態(tài)系統(tǒng)是由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)構(gòu)成的多因素、多層次、多功能的動(dòng)態(tài)人工生態(tài)系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)性、代謝性、開(kāi)放性和自適應(yīng)性等復(fù)雜系統(tǒng)的一般特征。[11]城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展演化具有自組織系統(tǒng)的演化特征，作為一個(gè)典型的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，遵循熵變過(guò)程。[12]

熵的概念是1854年由德國(guó)物理學(xué)家Clausius提出，1948年，Shannon將統(tǒng)計(jì)熵推廣引入到信息論，并命名為“信息熵”。[13]依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)總熵變可表述為：

dS=diS+deS

(1)

其中，diS為熵增加，表示城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部演化的不可逆過(guò)程，其值恒大于零；deS為熵交換或熵流，其值可正可負(fù)，表示城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)、能量或信息交換所引起的系統(tǒng)熵值變化情況；dS為總熵變，決定了一個(gè)開(kāi)放的城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的演化方向。根據(jù)熱力學(xué)第二定律和熵增原理，在孤立的系統(tǒng)中dS≥0。對(duì)于一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)，城市生態(tài)系統(tǒng)要保持一種熵值較低的有序狀態(tài)，必須不斷地排出正熵或者由外界向系統(tǒng)持續(xù)地輸入負(fù)熵。

(四)基于信息熵的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)模型

根據(jù)Shannon信息熵理論，[14-15]對(duì)于一個(gè)不確定性耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，可以用一個(gè)離散型隨機(jī)變量X表示其狀態(tài)特征。設(shè)x的取值為X={x1,x2,…,xn}(n≥2)，每一取值對(duì)應(yīng)的概率為P={p1,p2,…,pn}(0≤pi≤1,i=1,2,..,n)，且滿足∑pi=1，則該系統(tǒng)的信息熵為：[16]

S=-∑piln(pi)

(2)

式中：S表示耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的信息熵；Pi表示系統(tǒng)狀態(tài)隨機(jī)變量X的概率。

依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論與信息熵理論，對(duì)本文所構(gòu)建的27個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算與分析，利用熵模型計(jì)算出城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的年份信息熵和指標(biāo)信息熵。在年份信息熵的基礎(chǔ)上，依據(jù)表二中的公式計(jì)算城市生態(tài)系統(tǒng)的熵流和熵產(chǎn)生，分析城市生態(tài)系統(tǒng)的有序度，判斷系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度；利用指標(biāo)信息熵得到各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合各指標(biāo)的歸一化數(shù)值，計(jì)算出城市生態(tài)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(五)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)熵流和熵產(chǎn)生

依據(jù)表一構(gòu)建的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，按照年份數(shù)值計(jì)算城市生態(tài)系統(tǒng)的熵流和熵產(chǎn)生：

(3)

式中：△S為所構(gòu)建的4種類型熵，m為研究年份個(gè)數(shù)總和，n為指標(biāo)總個(gè)數(shù)，qij為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，qj為第j年指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值的和，i為各參評(píng)指標(biāo)。

Ei為第i項(xiàng)指標(biāo)的信息熵：

(4)

根據(jù)熵權(quán)法，第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)為：

(5)

(六)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r相對(duì)優(yōu)異性評(píng)價(jià)

通過(guò)信息熵的衍生，綜合量化系統(tǒng)中的多維信息，計(jì)算出城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r相對(duì)優(yōu)異性評(píng)價(jià)得分值：

G=∑QiXi

(6)

式中：G為某年的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的總得分，值越大表明該年份城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力越強(qiáng)；Qi為指標(biāo)i的權(quán)重，表示該指標(biāo)在評(píng)價(jià)時(shí)的重要性程度；Xi為第j年城市生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的歸一化值。

二 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)處理

(一)研究區(qū)域

長(zhǎng)沙市是湖南省省會(huì)城市，位于湖南省東部偏北，湘江下游和長(zhǎng)瀏盆地西緣，是長(zhǎng)株潭城市群核心城市，湖南省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通和金融中心，2011年長(zhǎng)沙市實(shí)現(xiàn)GDP 5619.33億元，比2010年增長(zhǎng)14.5%。其中，第一產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值243.38億元，增長(zhǎng)4.0%；第二產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值3151.68億元，增長(zhǎng)18.3%；第三產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值2224.27億元，增長(zhǎng)10.7%。按常住人口計(jì)算，人均GDP達(dá)到79530元，比2010年增長(zhǎng)10.9%。長(zhǎng)沙市經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)給城市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。

(二)數(shù)據(jù)來(lái)源

按照所構(gòu)建的城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，收集了2001-2011年相關(guān)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)來(lái)源于2002-2012年的《長(zhǎng)沙市統(tǒng)計(jì)年鑒》，2002-2012年的《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》和2002-2012年的《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

(三)數(shù)據(jù)處理方法

在研究中主要涉及到兩個(gè)問(wèn)題：(1)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展演化的熵變分析；(2)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的評(píng)價(jià)。從表一可知，支持型輸入熵指標(biāo)和還原代謝型熵指標(biāo)屬負(fù)熵指標(biāo)，為正向指標(biāo)，即指標(biāo)的增大將使城市生態(tài)系統(tǒng)朝有序的方向演化；壓力輸出型熵指標(biāo)和消費(fèi)代謝型熵指標(biāo)屬正熵指標(biāo)，為負(fù)向指標(biāo)，即指標(biāo)的增大將使城市生態(tài)系統(tǒng)朝無(wú)序的方向演化。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，為了避免在數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后出現(xiàn)“0”的現(xiàn)象，本文參照文獻(xiàn)[5]的處理方法，具體操作如下：

(1) 正向指標(biāo)歸一化方法：

(7)

(2) 負(fù)向指標(biāo)歸一化方法：

(8)

三 結(jié)果與分析

(一)長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)熵變分析

按照耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)熵模型，得到長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)熵值與熵變結(jié)果(見(jiàn)表三)。

表三 長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)熵值與熵變

1.長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)支持型輸入熵在2001-2011年間有增有減(見(jiàn)表三)，總體呈增加的趨勢(shì)；壓力型輸出熵除了2011年比2010年增加了0.07外，總體不斷緩慢減少。有效地說(shuō)明了隨著“兩型社會(huì)”建設(shè)的快速推進(jìn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長(zhǎng)沙市城市化進(jìn)程的加快、 長(zhǎng)沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性不斷提高，無(wú)序度緩慢增大。

2.消費(fèi)代謝型熵呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)，但總體呈下降的態(tài)勢(shì)(見(jiàn)表三)，2007年消費(fèi)代謝型熵出現(xiàn)了明顯的下降；還原代謝型熵在2001-2009年間逐年緩慢上升，在2009-2011年間急劇下降，但總體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。說(shuō)明了自2007年長(zhǎng)沙市被批準(zhǔn)成為“兩型社會(huì)”建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)以來(lái)，長(zhǎng)沙市環(huán)境污染問(wèn)題得到重視，城市生態(tài)環(huán)境逐漸得到好轉(zhuǎn)。

3. 熵產(chǎn)生在研究期間呈窄幅振蕩趨勢(shì)，熵流和總熵變呈明顯的下降趨勢(shì)(見(jiàn)表三)，說(shuō)明了長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部不斷朝著健康有序的方向發(fā)展。

(二)長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力分析

1.支持型輸入熵得分在研究期間總體呈上升趨勢(shì)(見(jiàn)圖1a)，說(shuō)明長(zhǎng)沙市自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化，系統(tǒng)功能逐漸強(qiáng)大，對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持能力總體不斷上升。壓力型輸出熵得分在研究期間緩慢下降，說(shuō)明隨著長(zhǎng)沙市人口的增多，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、對(duì)整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力越來(lái)越大。

2.消費(fèi)代謝型熵指標(biāo)得分小幅波動(dòng)下降，還原代謝型熵指標(biāo)得分緩慢上升(見(jiàn)圖1b)。說(shuō)明在研究期間，隨著長(zhǎng)沙市城市規(guī)模的擴(kuò)大，消費(fèi)代謝壓力逐漸增大，但是隨著長(zhǎng)沙市對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視力度不斷加強(qiáng)，城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)工作在近年來(lái)取得了積極的效果，城市的代謝功能穩(wěn)步增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境得到改善。

3.長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展總得分呈波動(dòng)變化 (見(jiàn)圖1c)。得分最低的是2005年，為0.515，得分最高的分別為2001年與2011年，分別為0.688和0.675。表明了在2005年之前，長(zhǎng)沙市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主要是一種粗放式的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，影響了城市可持續(xù)發(fā)展能力。但自2007年以來(lái)，長(zhǎng)沙市可持續(xù)發(fā)展能力得分不斷增加，表明隨著“兩型社會(huì)”建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力整體不斷增強(qiáng)。

a.熵流；b 熵產(chǎn)生；c 可持續(xù)能力圖1 長(zhǎng)沙市生態(tài)系統(tǒng)熵流、熵產(chǎn)生與可持續(xù)發(fā)展能力變化趨勢(shì)

(三)長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展措施

1.基于支持型輸入熵。在支持型輸入熵指標(biāo)中(見(jiàn)表四)，長(zhǎng)沙市肉類總產(chǎn)量、完成全部工業(yè)總產(chǎn)值大幅度增長(zhǎng)，而糧食總產(chǎn)量、水果總產(chǎn)量、蔬菜總產(chǎn)量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量呈波動(dòng)變化趨勢(shì)。同時(shí)，糧食總產(chǎn)量、粙料總產(chǎn)量和完成全部工業(yè)總產(chǎn)值等指標(biāo)的熵權(quán)最大，分別為0.067、0.048和0.052，說(shuō)明這3個(gè)指標(biāo)的大幅度增長(zhǎng)對(duì)長(zhǎng)沙市支持型輸入系統(tǒng)向支持力增強(qiáng)方向發(fā)展的影響最大。蔬菜總產(chǎn)量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量和肉類總產(chǎn)量3個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)較小，分別為0.032、0.026和0.027，說(shuō)明蔬菜總產(chǎn)量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量、肉類總產(chǎn)量的減少不利于長(zhǎng)沙市支持型輸入系統(tǒng)朝有序方向發(fā)展。為了使長(zhǎng)沙市支持型輸入系統(tǒng)支持力得到進(jìn)一步增強(qiáng)，長(zhǎng)沙市需要加大對(duì)基本農(nóng)田的保護(hù)，加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)殖水面、菜地的管控，加大對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的扶持力度，以進(jìn)一步增強(qiáng)長(zhǎng)沙市自然生態(tài)子系統(tǒng)對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持能力。

2.基于壓力型輸出熵。壓力型輸出熵指標(biāo)(見(jiàn)表四)中，農(nóng)村居民消費(fèi)水平、平均每百戶家用汽車(chē)擁有量、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)取水總量3個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)最大，分別為0.041、0.061和0.051，說(shuō)明這3個(gè)指標(biāo)在研究期間大幅度增加在較大程度上使長(zhǎng)沙市壓力型輸出系統(tǒng)朝壓力增強(qiáng)的方向發(fā)展。由于農(nóng)村居民的基數(shù)相對(duì)較大，消費(fèi)水平的增加，加大了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的壓力，因此，為了有效地舒緩城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力，有必要倡導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行理性消費(fèi)和綠色消費(fèi)，同時(shí)，長(zhǎng)沙市應(yīng)當(dāng)高度重視工業(yè)企業(yè)能耗管理和城市汽車(chē)保有量問(wèn)題，以減小城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力熵。由于長(zhǎng)沙市屬于中部城市，盡管境內(nèi)有湘江、瀏陽(yáng)河、撈刀河等較大型的河流，但是受到季節(jié)性降水的影響，存在枯水期與豐水期，取水成本較大，因此，長(zhǎng)沙市應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)和利用，開(kāi)源與節(jié)流并重，同時(shí)還要注重控制城市汽車(chē)保有量，大力發(fā)展公共交通，提倡居民采取節(jié)能、高效、環(huán)保的出行方式，避免對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大的壓力，從而使城市生態(tài)系統(tǒng)能可持續(xù)發(fā)展。

表四 長(zhǎng)沙城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵和熵權(quán)

3.基于消費(fèi)代謝型熵。在消費(fèi)代謝型熵指標(biāo)中(見(jiàn)表四)，總懸浮顆粒年日平均值、工業(yè)粉塵排放量、工業(yè)廢氣排放量3個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)最大，分別為0.035、0.043和0.036，說(shuō)明這3個(gè)指標(biāo)對(duì)長(zhǎng)沙市的消費(fèi)代謝功能影響較大。在2001-2011期間，工業(yè)粉塵排放量波動(dòng)下降，而總懸浮顆粒、工業(yè)廢氣排放量波動(dòng)上升，說(shuō)明在消費(fèi)代謝過(guò)程中，總懸浮顆粒、工業(yè)廢水的排放對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力較大，為了長(zhǎng)沙市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，必須重點(diǎn)治理工業(yè)排放總懸浮顆粒和工業(yè)廢氣；同時(shí)，亦要加大對(duì)工業(yè)煙塵排放和氮氧化物治理力度，以有效地緩解城市消費(fèi)代謝壓力。

4.基于還原代謝型熵。在研究期間，工業(yè)粉塵去除量、工業(yè)固體廢物綜合利用、生活垃圾無(wú)害化處理量、自然保護(hù)區(qū)面積這4個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)在還原代謝型熵指標(biāo)中最大(見(jiàn)表四)。說(shuō)明工業(yè)粉塵去除量、工業(yè)固體廢物綜合利用、生活垃圾無(wú)害化處理量和自然保護(hù)區(qū)面積的增加，對(duì)增強(qiáng)長(zhǎng)沙城市生態(tài)系統(tǒng)還原代謝功能起到了較大的作用。城市園林綠化覆蓋面積、城市園林綠地面積和工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量的熵權(quán)在長(zhǎng)沙市還原代謝型熵產(chǎn)生指標(biāo)體系中均較小，分別為0.032、0.032和0.027，說(shuō)明城市園林綠化覆蓋面積、城市園林綠地面積和工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量的增加，可以提升長(zhǎng)沙市的還原代謝功能。

四 結(jié) 語(yǔ)

本文在總結(jié)前人運(yùn)用信息熵的研究成果的基礎(chǔ)之上，從熵變視角對(duì)長(zhǎng)沙市城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究主要得出以下結(jié)論：

1.隨著長(zhǎng)沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性與多樣性不斷提高，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的需求不斷增大；城市生態(tài)環(huán)境得到改善，系統(tǒng)內(nèi)部向有序、健康的方向不斷發(fā)展。

2.在研究期間，長(zhǎng)沙市城市自然生態(tài)系統(tǒng)支持能力總體波動(dòng)上升；城市生態(tài)代謝功能逐漸上升，城市生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和活力得到增強(qiáng)，但是隨著人口的增多，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的壓力不斷加大，城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力經(jīng)歷了先下降后上升的變化過(guò)程，隨著“兩型社會(huì)”建設(shè)的不斷深入開(kāi)展，長(zhǎng)沙市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力將會(huì)進(jìn)一步提升。

3.對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)間序列以及各指標(biāo)的熵權(quán)值進(jìn)行分析，為了進(jìn)一步提高城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力，長(zhǎng)沙市需要采取諸如加大基本農(nóng)田保護(hù)力度、降低工業(yè)產(chǎn)值的能耗比，加大生態(tài)養(yǎng)殖的力度；高度重視工業(yè)企業(yè)能源消耗、城市汽車(chē)保有量問(wèn)題；著重加大對(duì)工業(yè)“三廢”的治理力度和日常環(huán)境問(wèn)題的重視；進(jìn)一步提高工業(yè)固體廢物綜合利用率、增加生態(tài)綠地面積、加大生活垃圾無(wú)害化處理力度，促進(jìn)廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè)發(fā)展，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)等的提高城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展措施。

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Evaluation of the Sustainable Development Ability of the Urban Ecosystem from the Perspective of Change——Taking Changsha City as an Example

ZHOU Ziying，ZHANG Qun，ZHANG Weimei

(College of Management, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China)

The evaluation index system of sustainable development ability of the urban ecosystem is formed based on the structures, functions and features of the urban ecosystem. With the index information entropy, this paper deals with the sustainable development ability of the urban ecosystem of Changsha city from the perspective of change, Findings show that the urban ecosystem develops disorderly, the diversity and complexity continue to increase, the ecological environment pressure increases every year. Besides, the sustainable development ability of the urban ecosystem is on an upward trend, the coordination and the vitality are enhanced, and the sustainable development ability of the urban ecosystem is improved.

information entropy; dissipative structure; sustainable development; urban ecosystem; Changsha City

2015-12-29

湖南省教育廳項(xiàng)目“一體化背景下長(zhǎng)株潭城市群都市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)研究”(15C0346)；湖南省社科院省情咨詢課題“湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及可持續(xù)發(fā)展對(duì)策研究”(2013BZZ101)。

周子英(1974-)，女，湖南辰溪人，博士，講師，研究方向：土地資源管理與旅游管理。

F291∶X171.4

A

1671-1181(2016)04-0008-08