山西省城鄉(xiāng)綠化的生態(tài)效益評(píng)價(jià)*

武 靜

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，太原 030000)

0 引言

近年來(lái)，全球污染問(wèn)題日益加劇。為改善生態(tài)環(huán)境，山西省大力開(kāi)展對(duì)重點(diǎn)污染源的整治，取締、關(guān)閉、治理、改造，多管齊下，取得了一定的成效[1]。2016年全年共投資30.07億元，完成330個(gè)環(huán)境治理項(xiàng)目，但環(huán)境問(wèn)題依然不容樂(lè)觀。2016年，山西省PM2.5的年平均濃度為60μg/m3，遠(yuǎn)超出大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境治理依然是需要全省關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

城鄉(xiāng)規(guī)劃是政府用來(lái)進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)控的一個(gè)重要手段和依據(jù)[2]。城鄉(xiāng)綠化是城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)的重要組成成分，對(duì)維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用[3]。城市綠化對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)具有重要生態(tài)效益，除能有效增加人文景觀外，重要的是可吸附有害氣體，凈化空氣，調(diào)節(jié)大氣環(huán)境成分比例，在環(huán)境治理方面發(fā)揮重要作用[4]。近年來(lái)，關(guān)于城鄉(xiāng)綠化帶來(lái)的生態(tài)效益研究越來(lái)越備受關(guān)注。羅丹[5]分析了5種園林植物滯塵量硫和氯等的吸收量，并針對(duì)生態(tài)效益進(jìn)行了排序，對(duì)這些植物的合理規(guī)劃布置提出了建議。古潤(rùn)澤等[6]以北京城近郊8個(gè)區(qū)為研究范圍，在對(duì)各種園林植物生態(tài)效益進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，最終獲得了生態(tài)效益指標(biāo)的定量計(jì)算方法。劉宇等[7]建立了包頭市園林綠化生態(tài)效益定量評(píng)價(jià)模式，對(duì)各種園林植物單位面積的葉片在單位時(shí)間內(nèi)固定二氧化碳、釋放氧氣、吸熱降溫、滯塵等4個(gè)方面的生態(tài)效益進(jìn)行了探討。桑利群[8]調(diào)查了西藏自治區(qū)林芝地區(qū)園林植物的種類，并評(píng)估了其中一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)園林植物的生態(tài)效應(yīng)?！?016年山西省環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的矛盾更加突出，全省污染問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。今后必須堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問(wèn)題導(dǎo)向，進(jìn)一步加強(qiáng)和改善環(huán)境保護(hù)工作。文章在前人的基礎(chǔ)上，利用熵值法，對(duì)2014—2016年山西省11個(gè)地級(jí)市城鄉(xiāng)綠化產(chǎn)生的生態(tài)效益進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期為山西省今后城鄉(xiāng)規(guī)劃提供理論參考，從而緩解山西省環(huán)境質(zhì)量惡化，促進(jìn)資源環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

山西省(34°34′N～40°44′N，110°14′～114°33′E)位于我國(guó)黃河中游東岸，為內(nèi)陸省份。總面積15.6萬(wàn)km2，占國(guó)土總面積的1.6%。東西寬約385km，南北間距較長(zhǎng)，約682km。地勢(shì)東北高西南低，平均海拔在1 500m以上。屬于暖溫帶、中溫帶大陸性氣候，年降水量在400～650mm之間。截止2016年年底，全省常住人口達(dá)3 681.64萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口為2 932.19萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?9.64%，城鎮(zhèn)化水平有了明顯提升。全年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值1.296 62萬(wàn)億元，比2015年增長(zhǎng)1.56%。年人均可支配收入為1.90萬(wàn)元，比2015年增長(zhǎng)6.15%。山西省共轄11個(gè)地級(jí)市，其中包括太原市、大同市、陽(yáng)泉市、長(zhǎng)治市、晉城市、朔州市、晉中市、運(yùn)城市、忻州市、臨汾市、呂梁市。其中太原市地區(qū)生產(chǎn)總值為2 955.6億元，占全省的22.79%，遠(yuǎn)高于其他市的地區(qū)生產(chǎn)總值。

城鄉(xiāng)綠化是城市現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)，具有不可替代的生態(tài)效益。2016年，山西省在加快城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)城市綠地面積為4.3萬(wàn)hm2，比2015年增長(zhǎng)2.38%。其中公園綠地面積為1.34萬(wàn)hm2，比2015年增長(zhǎng)3.88%。建成區(qū)綠化覆蓋率達(dá)40.5%?？諝庵屑?xì)顆粒物(PM2.5)的年平均濃度為60μg/m3，可吸入顆粒物(PM10)年平均濃度為109μg/m3，二氧化氮和二氧化硫濃度分別為37μg/m3和66μg/m3。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

城鄉(xiāng)綠化不僅具有觀賞性和藝術(shù)美感，更重要的是為居民提供一個(gè)舒適健康的人居環(huán)境。綠化植物具有凈化空氣，吸收大氣中的二氧化碳，維持大氣中碳氧平衡； 吸收二氧化氮和二氧化硫等有害氣體，減少對(duì)人體的危害； 吸收顆粒物質(zhì)，減低PM2.5的濃度等作用[9]。該研究指標(biāo)選取基于可持續(xù)發(fā)展、地域分異規(guī)律、生態(tài)經(jīng)濟(jì)等理論，堅(jiān)持科學(xué)性、全面性及可操作性等原則，并結(jié)合山西省環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，選取細(xì)顆粒物(PM2.5)年平均濃度，可吸入顆粒物(PM10)年平均濃度，二氧化硫年平均濃度，二氧化氮年平均濃度和空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)，作為生態(tài)效益的評(píng)定指標(biāo)。

2.1.2 熵值法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重和得分

熵值法是一種可克服人為主觀因素，客觀評(píng)價(jià)研究指標(biāo)權(quán)重的數(shù)學(xué)方法，被廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域[10]。該研究根據(jù)原始指標(biāo)所提供的信息，采用熵值法來(lái)確定各指標(biāo)的權(quán)重。

第一步，為消除指標(biāo)量綱對(duì)結(jié)果造成的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。同時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)0值，為進(jìn)行熵值的計(jì)算，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)零化處理，正向指標(biāo)計(jì)算公式：

(1)

負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式：

(2)

式(2)中，Xij表示第i個(gè)城市第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值，Xjmax表示第j個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)樣本中的最大值，Xjmin表示第j個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)樣本中的最小值。

第二步，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，計(jì)算公式為：

(3)

式(3)中，Wij表示第i個(gè)城市第j個(gè)指標(biāo)值的比重，m為評(píng)價(jià)樣本數(shù)。

第三步，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，公式為：

表1 2014—2016年研究指標(biāo)權(quán)重

圖1 2014—2016年山西省城鄉(xiāng)綠化的生態(tài)效益評(píng)價(jià)得分

Mj=(1-Sj)/∑(1-Sj)

(4)

第四步，計(jì)算生態(tài)效益綜合得分，公式為：

(5)

式(5)中，n代表指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

由公式(1)～(5)計(jì)算得出該研究各指標(biāo)所占權(quán)重如表1。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該文所采用的數(shù)據(jù)來(lái)自《2015—2017年山西統(tǒng)計(jì)年鑒》和山西省各個(gè)地級(jí)市2014—2016年國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

3 結(jié)果與分析

3.1 山西省城鄉(xiāng)綠化生態(tài)效益評(píng)價(jià)

由圖1可以看出，2015年山西省城鄉(xiāng)綠化的生態(tài)效益評(píng)價(jià)分值明顯高于2014年和2016年，比2016年高出10.58%，比2014年高出38.99%，說(shuō)明2015年全省城鄉(xiāng)規(guī)劃過(guò)程中，城鄉(xiāng)綠化帶來(lái)的生態(tài)效益最為明顯，其次是2016年。2015年，山西省在城鄉(xiāng)規(guī)劃當(dāng)中加大了對(duì)園林設(shè)計(jì)投入，其中實(shí)現(xiàn)城市綠地面積4.20萬(wàn)hm2，建成區(qū)綠化覆蓋率達(dá)到了40.1%。雖然2015年的綠地面積低于2016年，但2015年該省在城鄉(xiāng)綠化維護(hù)工作方面發(fā)揮較大作用。

3.2 各地級(jí)城鄉(xiāng)綠化的生態(tài)效益評(píng)價(jià)

分析2014—2016年山西省各地級(jí)市城鄉(xiāng)規(guī)劃過(guò)程中園林植物的生態(tài)效益，得出如表2所示的結(jié)果?？梢钥闯觯?014—2016年各個(gè)地級(jí)市變化趨勢(shì)不一，2014年的評(píng)分普遍較低。大同市作為中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評(píng)選出的國(guó)家園林城市，2014年—2016年園林植物的生態(tài)效益評(píng)分均顯著高于其他市，且2015年評(píng)分最高。大同市地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季鮮明，氣候條件優(yōu)越，是園林植物的宜居城市，并且大同市在工業(yè)化發(fā)展過(guò)程中，注重園林規(guī)劃和規(guī)劃后的管理，提高園林綠化管理的水平，完善自上而下的監(jiān)管機(jī)制，做到園林植物定期整理和補(bǔ)植，將園林規(guī)劃作為城鄉(xiāng)規(guī)劃過(guò)程中的重要工作，取得了較好成效。呂梁市2015年和2016年的生態(tài)效益評(píng)分僅次于大同市。大同市區(qū)2016年綠地面積達(dá)到4 684hm2，呂梁市區(qū)僅為867hm2。太原市作為山西省的省會(huì)城市，是山西省政治、經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展中心，2016年創(chuàng)造的地區(qū)生產(chǎn)總值為2 955.6億元，占全省總產(chǎn)值的23.5%。但該省對(duì)園林規(guī)劃的投入增幅不大，園林植物規(guī)劃帶來(lái)的生態(tài)效益明顯低于其他城市。運(yùn)城市、晉中市、晉城市和長(zhǎng)治市的水平相當(dāng)。

3.3 各地級(jí)城鄉(xiāng)規(guī)劃園林植物的生態(tài)效益指標(biāo)評(píng)定結(jié)果

3.3.1 細(xì)顆粒物年平均濃度

根據(jù)我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物，也稱細(xì)顆粒物，顆粒物越小對(duì)人體的危害越大。PM2.5還能影響成云和降雨過(guò)程，間接影響氣候變化。從表3可以看出，2014—2016年大同市該項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分明顯高于其他城市，且2016年評(píng)分最高，為0.223 5，說(shuō)明大同市城鄉(xiāng)綠化對(duì)控制PM2.5年平均濃度的作用優(yōu)于其他地區(qū)。呂梁市這3年的評(píng)分變化趨勢(shì)與大同市一致，2016年評(píng)分最高為0.151 7，比大同市降低了32.11%。運(yùn)城、長(zhǎng)治和太原市的評(píng)分較低，細(xì)顆粒物(PM2.5)的年平均濃度高于其他城市，2015年大同市的年平均濃度為40μg/m3，運(yùn)城市達(dá)到了67μg/m3。我國(guó)2016年1月1日開(kāi)始實(shí)施的GB3095-2012首次將細(xì)顆粒物(PM2.5)作為環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)指出PM2.5年平均濃度一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為15μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為35μg/m3。而我國(guó)山西省各地級(jí)市的PM2.5年平均濃度均高于35μg/m3，嚴(yán)重超標(biāo)，該省PM2.5的濃度較高，目前通過(guò)城市綠化并沒(méi)有得到有效控制。

表2 2014—2016年各地級(jí)市園林植物的生態(tài)效益評(píng)價(jià)得分

表3 2014—2016年各地級(jí)市PM2.5年平均濃度的評(píng)價(jià)得分

3.3.2 可吸入顆粒物年平均濃度

根據(jù)我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可吸入顆粒物(PM10)指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10μm的顆粒物，也稱可吸入顆粒物?？晌腩w粒物容易被人體吸收，如長(zhǎng)期累積會(huì)引起咳嗽、慢性支氣管炎，誘發(fā)慢性肺炎等。從表4可以看出，呂梁、大同、忻州、臨汾、朔州、晉中和運(yùn)城市2015年可吸入顆粒物的評(píng)分高于2014年和2016年的評(píng)分，說(shuō)明2015年園林植物對(duì)降低空氣中的可吸入顆粒物年平均濃度起到了一定的作用。陽(yáng)泉市2015年和2016年的評(píng)分相比2014年顯著降低。GB3095-2012指出我國(guó)PM10年平均濃度一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為40μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為70μg/m3。而山西省各地級(jí)市該項(xiàng)指標(biāo)除大同市和呂梁市分別在2016年和2015年接近(均為78μg/m3)達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外，其他市和年份均遠(yuǎn)高于70μg/m3。該省各地級(jí)市除大同市和呂梁市以外，PM10的濃度普遍偏高，通過(guò)城市綠化也沒(méi)有得到有效控制。

3.3.3 二氧化硫年平均濃度

二氧化硫是空氣中的主要污染物之一，環(huán)境中的二氧化硫主要來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和燃煤煙氣及汽車(chē)尾氣的排放。植物在可以忍受的范圍之內(nèi)，對(duì)二氧化硫的吸收具有累積性。2014—2016年山西省各地級(jí)市二氧化硫年平均濃度的評(píng)價(jià)得分變化幅度較大，其中大同和長(zhǎng)治市城鄉(xiāng)綠化對(duì)降低二氧化硫濃度效果較明顯，尤其是在2015年，大同市二氧化硫年平均濃度的評(píng)價(jià)得分最高，為0.193 9。GB3095-2012指出我國(guó)環(huán)境中二氧化硫年平均濃度一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為20μg/m3，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為60μg/m3。大同市2014—2016年的濃度分別為46μg/m3、44μg/m3和48μg/m3，達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)城市和忻州市2014年和2015年的二氧化硫年平均濃度以及長(zhǎng)治市和臨汾市2014年的濃度也達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其他市均超出標(biāo)準(zhǔn)。2014—2016年大同市城鄉(xiāng)綠化在控制二氧化硫濃度方面起到了較好的作用，今后控制二氧化硫濃度也是山西省治理環(huán)境的重要任務(wù)之一(表5)。

3.3.4 二氧化氮年平均濃度

空氣中的二氧化氮主要來(lái)源于燃料的燃燒和城市汽車(chē)尾氣。據(jù)估計(jì)，全世界由人為污染帶來(lái)的氮氧化物年均排出量大約為5 300萬(wàn)t。二氧化氮超標(biāo)嚴(yán)重破壞人類的生活環(huán)境，同時(shí)二氧化氮也是引起酸雨的主要原因，當(dāng)隨雨水進(jìn)入土壤中會(huì)直接污染水體，造成土壤質(zhì)量下降，嚴(yán)格控制環(huán)境中二氧化氮的濃度是環(huán)境保護(hù)過(guò)程中需要高度重視的問(wèn)題。從表6可以看出，2014—2016年，呂梁、大同、晉中、臨汾、朔州、晉城、長(zhǎng)治和陽(yáng)泉市等8個(gè)市的二氧化氮年平均濃度評(píng)價(jià)得分均稱上升趨勢(shì)，說(shuō)明這些市園林植物在凈化二氧化氮方面取得了明顯成效，但陽(yáng)泉市的評(píng)分顯著低于其他各市。GB3095-2012指出我國(guó)環(huán)境中二氧化氮年平均濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值為40μg/m3，陽(yáng)泉市2014—2016年以及太原市2016年的濃度均超出了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，其他年份和城市均在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，說(shuō)明該省絕大部分地區(qū)通過(guò)城鄉(xiāng)綠化控制了空氣中二氧化氮的濃度。

3.3.5 空氣指標(biāo)達(dá)標(biāo)天數(shù)

綜合評(píng)定山西省各市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)得分，得出表7所示的數(shù)據(jù)?？梢钥闯觯?014—2016年大同市的評(píng)分均最高，其次為呂梁。2016年大同市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)達(dá)到了320d，2014年和2015年分別為300d和292d。2014—2016年呂梁市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)分別為255d、270d和287d。陽(yáng)泉市2014年和2016年空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)僅為202d，達(dá)標(biāo)率僅為71.78%，空氣質(zhì)量較差。

表4 2014—2016年各地級(jí)市PM10年平均濃度的評(píng)價(jià)得分

表5 2014—2016年各地級(jí)市二氧化硫年平均濃度的評(píng)價(jià)得分

表6 2014—2016年各地級(jí)市二氧化氮年平均濃度的評(píng)價(jià)得分

表7 2014—2016年各地級(jí)市空氣質(zhì)量指標(biāo)達(dá)標(biāo)天數(shù)的評(píng)價(jià)得分

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，大氣中污染物的排放量和排放種類增多，對(duì)環(huán)境造成的污染日益加劇。該文通過(guò)熵值法計(jì)算城鄉(xiāng)綠化產(chǎn)生的生態(tài)效益對(duì)應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析2014—2016年，山西省各地級(jí)市生態(tài)效益指標(biāo)細(xì)顆粒物(PM2.5)年平均濃度，可吸入顆粒物(PM10)年平均濃度，二氧化硫年平均濃度，二氧化氮年平均濃度和空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)的評(píng)價(jià)分值和綜合得分，進(jìn)而評(píng)估生態(tài)效益的水平，得出以下結(jié)論。

(1)從山西省平均水平來(lái)看，2015年城鄉(xiāng)綠化帶來(lái)的生態(tài)效益相比2014年和2016年較為明顯。

(2)在山西省各地級(jí)市中，2014—2016年大同市城鄉(xiāng)綠化帶來(lái)的生態(tài)效益明顯高于其他市。

(3)通過(guò)對(duì)生態(tài)效益各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)定結(jié)果可以看出，大同和呂梁市的得分優(yōu)于其他城市，大部分城市僅有二氧化氮年平均濃度達(dá)到了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5、PM10、二氧化氮和二氧化硫的濃度超出了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求?？傮w看，雖然城鄉(xiāng)綠化控制了部分城市污染物的排放，但山西省各城市空氣環(huán)境質(zhì)量水平較差，目前急需改善。

4.2 建議

(1)各市在加快城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，要加大對(duì)城鄉(xiāng)綠化的投入。目前我國(guó)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)難度在加大，城鄉(xiāng)環(huán)境綠化在一定程度上起到了一定的緩沖作用，環(huán)保部門(mén)應(yīng)重視對(duì)綠化建設(shè)的扶持，綜合考慮城市的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，維持生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。尤其是太原市，作為山西省的省會(huì)，是山西省的標(biāo)志性城市，且目前城鄉(xiāng)綠化帶來(lái)的生態(tài)效益較低，更應(yīng)該注重綠化建設(shè)。

(2)因地制宜合理選擇對(duì)空氣凈化能力較高的綠化植物種類，該省大部分地區(qū)的PM2.5，PM10和二氧化硫年平均濃度嚴(yán)重超標(biāo)，選擇能明顯降低這些指標(biāo)濃度的植物，提高環(huán)境空氣質(zhì)量。

(3)加強(qiáng)對(duì)綠化植物的管理力度。植物在生命旺盛期對(duì)空氣的凈化作用越大，綠化植物在種植后，要加強(qiáng)修剪、澆灌，病蟲(chóng)害管理，解決好這些植物的成活與養(yǎng)護(hù)工作，發(fā)揮綠化植物生態(tài)效益的最大功效。