基于熵權(quán)法的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究

劉暢 葉暢 孟繁陽(yáng)

摘要：近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境受到重視。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們不得不面對(duì)相應(yīng)的環(huán)境后果，如空氣質(zhì)量差和極端天氣。土地利用變化可能直接影響生物多樣性，造成環(huán)境退化。不可否認(rèn)，生態(tài)退化的代價(jià)已不容忽視。為了評(píng)估土地利用項(xiàng)目造成的環(huán)境退化的經(jīng)濟(jì)成本，文章開(kāi)發(fā)了一個(gè)稱(chēng)為生態(tài)退化成本的定量模型。首先結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法，從六個(gè)方面確定了12個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。然后利用現(xiàn)有的模型方法，推導(dǎo)出各指標(biāo)的環(huán)境成本公式，從而得出環(huán)境退化的總成本，即12個(gè)指標(biāo)的加權(quán)和。最終以北京市為例，驗(yàn)證了本文模型的有效性。

關(guān)鍵詞：生態(tài)退化成本;層次分析法;熵權(quán)法;總成本

隨著國(guó)家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的到來(lái)，人們總是傾向于去探究伴隨著他們的生態(tài)問(wèn)題。本文在創(chuàng)造一些經(jīng)濟(jì)理論的過(guò)程中，認(rèn)為環(huán)境資源是無(wú)限的，這是一個(gè)很常見(jiàn)的現(xiàn)象，是必須面對(duì)后果。每當(dāng)人類(lèi)改變生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)項(xiàng)目所占用的每一寸土地都會(huì)導(dǎo)致環(huán)境退化，即使在某些國(guó)家，污染河流的積聚、空氣質(zhì)量差、有害廢物場(chǎng)地、處理不當(dāng)?shù)膹U水、氣候變化等都會(huì)導(dǎo)致生物多樣性的減少。不可否認(rèn)，它的成本不容忽視。為了保持一個(gè)健康和可持續(xù)的環(huán)境，必須處理好這些問(wèn)題。因此，需要一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)提前預(yù)算這些成本是不可避免的。

一、指標(biāo)體系構(gòu)建

環(huán)境退化成本的分類(lèi)有助于研究和挖掘土地利用項(xiàng)目中包含的真實(shí)經(jīng)濟(jì)成本。在詳細(xì)分析相關(guān)信息和該主題的實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，本文確定了圖1所示的12個(gè)指標(biāo)。

本文將生態(tài)退化的成本分為六個(gè)方面：自然資源、土壤環(huán)境、水環(huán)境、空氣質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)和景觀。從六個(gè)方面選擇生態(tài)退化成本的原因分析如下：自然資源的枯竭：衡量土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的直接影響;土地面積受損：受損土地面積越大，生態(tài)系統(tǒng)受損越嚴(yán)重。土地管理投資受損：土地管理成本越高，生態(tài)環(huán)境破壞越嚴(yán)重;廢水排放量：它反映了污染。它越大，水污染越嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力越大。污水處理投資：水污染嚴(yán)重，污水處理成本越來(lái)越多。水污染造成的人類(lèi)健康損失：它反映了水資源本身的價(jià)值。居民的實(shí)際額外水購(gòu)買(mǎi)成本反映了因水污染而維持健康的成本;污染空氣排放負(fù)荷：越大，空氣污染越嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力越大?？諝馕廴究刂瞥杀驹礁撸鷳B(tài)環(huán)境破壞越嚴(yán)重，空氣污染造成的人類(lèi)健康損失：人口歸因風(fēng)險(xiǎn)（PAR）值衡量水污染造成的人類(lèi)健康損失。植被覆蓋率越大，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)越有利。它指的是生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物;特定區(qū)域內(nèi)的所有生物。生物多樣性有利于維持生態(tài)平衡。

二、模型建立與求解

本文將生態(tài)退化的成本分為六個(gè)方面：自然資源，土壤環(huán)境，水環(huán)境，空氣質(zhì)量，生態(tài)系統(tǒng)和景觀。分析這些指標(biāo)時(shí)，它們可以分為兩種類(lèi)型。符號(hào)‘+表示對(duì)于指標(biāo)，越大越好。同樣，符號(hào)‘ - 表示越小越好。

因此，對(duì)于那些越大越好，方程應(yīng)該是rij=，

對(duì)于越小越好，方程應(yīng)該是rij=。

（一）通過(guò)層次分析法計(jì)算權(quán)重

通過(guò)查閱相關(guān)資料，構(gòu)建了分?jǐn)?shù)矩陣

然后，利用matlab計(jì)算CR<0.1是通過(guò)matlab軟件獲得的，并且通過(guò)了一致性檢查。

（二）通過(guò)熵權(quán)法計(jì)算權(quán)重

假設(shè)有k個(gè)指標(biāo)x1，x2，…，xk，并且假設(shè)每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值是y1，y2，…，yk。

首先，計(jì)算第i個(gè)項(xiàng)目的第j個(gè)指標(biāo)所占比例：

pij=∑

然后得到第j個(gè)指標(biāo)的熵值：

Ej=-ln（n）-1pijlnpij

最后得到第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重：

Wi=（i=1，2，…，k）

（三）固定權(quán)重

由于分?jǐn)?shù)矩陣的存在，層次分析法具有一定的主觀性。因此使用熵權(quán)方法計(jì)算權(quán)重。本文想降低層次分析法的主觀性，而層次分析法又可以用EWM加以補(bǔ)充，因此定義方程為：

αj= j=1，2，…，n

通過(guò)計(jì)算得到特征向量，即12個(gè)指標(biāo)的固定權(quán)重。

αj=[0.06 0.15 0.23 0.12 0.14 0.10 0.01 0.02 0.01 0.07 0.06 0.03]

（四）建立EDC公式

結(jié)合自然資源枯竭、受損土地面積、受損土地管理投資、污水處理投資、水污染造成的人類(lèi)健康損失、污染空氣處理投資、空氣污染造成的人類(lèi)健康損失、植被覆蓋率、生物多樣性和景觀維護(hù)費(fèi)，得出生態(tài)退化成本公式：

三、模型分析

本文從北京市統(tǒng)計(jì)局收集了2005年和2015年北京市土地利用數(shù)據(jù)。此外，本文還獲得了中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心的土地利用遙感圖像地圖。通過(guò)比較兩年的數(shù)據(jù)，制作了以下地圖（如圖2所示）。

在農(nóng)業(yè)用地中，森林、田地和草地面積均呈上升趨勢(shì)，僅耕地面積減少，下降幅度高達(dá)33.98%。在建設(shè)用地中，最大的增長(zhǎng)率是交通運(yùn)輸，增長(zhǎng)率為132.55%，其次是鄉(xiāng)鎮(zhèn)和工礦用地，增長(zhǎng)率為33.75%。但由于土地利用面積的差異，城鎮(zhèn)村莊和工礦區(qū)的增長(zhǎng)面積遠(yuǎn)大于交通運(yùn)輸。

總的來(lái)說(shuō)，2005～2015年，北京的耕地面積急劇下降，這與城市建設(shè)用地面積的快速增長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。兩者的變化基本符合北京的城市化進(jìn)程。此外，北京森林和草地的增加與政府推動(dòng)的退耕還林政策密切相關(guān)。

另外本文也收集了中國(guó)政府從2006～2015年公布的綠色GDP數(shù)據(jù)。接下來(lái)，本文使用本文的模型來(lái)計(jì)算環(huán)境的年度成本。然后計(jì)算年度綠色GDP。最后，本文基于本文的模型和國(guó)家發(fā)布的數(shù)據(jù)比較數(shù)據(jù)，并用Matlab分析結(jié)果。

從圖3中清楚地看到分析結(jié)果。兩種數(shù)據(jù)之間的差異并不嚴(yán)重，這意味著本文的模型是有效的。

四、研究建議

隨著資源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，生態(tài)環(huán)境日益惡化。當(dāng)我們將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入土地利用項(xiàng)目的成本效益分析時(shí)，就可以深刻理解生態(tài)系統(tǒng)的重要性。同時(shí)，可以確定和評(píng)估項(xiàng)目的實(shí)際經(jīng)濟(jì)成本。

根據(jù)本文研究建立的EDC模型，可以知道影響生態(tài)退化的最重要因素是土壤處理，廢水排放量，廢物治療和空氣污染造成的人體健康損失，其權(quán)重相加為0.59。規(guī)劃者應(yīng)該更加關(guān)注上述幾個(gè)方面，在這些方面投入更多資金。

土地利用規(guī)劃應(yīng)充分考慮環(huán)境退化的成本，科學(xué)地評(píng)估土地環(huán)境問(wèn)題，就能找到環(huán)境退化成本與生態(tài)系統(tǒng)效益之間的收支平衡點(diǎn)。同時(shí)政府或私營(yíng)企業(yè)的規(guī)劃者應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土地利用范圍和土地利用與環(huán)境影響之間關(guān)系等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究，建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和評(píng)估中的信息共享。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種土地利用技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，管理者需要精通最新的環(huán)保技術(shù)。我們可以直觀地看到，圖4中GDP和綠色GDP之間存在正相關(guān)關(guān)系，隨著時(shí)間的推移，GDP和EDC的變化趨勢(shì)如圖4所示。

圖4中GDP與EDC之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。GDP是在給定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的所有最終產(chǎn)品和服務(wù)的總價(jià)值，它通常被視為一個(gè)國(guó)家（或地區(qū)）經(jīng)濟(jì)狀況不可或缺的指標(biāo)。在一些經(jīng)濟(jì)理論中，認(rèn)為環(huán)境資源是無(wú)限的，這是一種非常普遍的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的結(jié)果是通過(guò)犧牲環(huán)境成本來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的大幅增加和自然資源的崩潰可以直接反映這一點(diǎn)。但隨著時(shí)間的推移，人們將越來(lái)越關(guān)注環(huán)境。實(shí)際上，GDP和EDC會(huì)隨著時(shí)間而變化，生態(tài)退化的成本先增加后減少。

五、結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們不得不面對(duì)相應(yīng)的環(huán)境后果，如空氣質(zhì)量差和極端天氣。土地利用變化可能直接影響生物多樣性，造成環(huán)境退化。不可否認(rèn)，生態(tài)退化的代價(jià)已不容忽視。為了評(píng)估土地利用項(xiàng)目造成的環(huán)境退化的經(jīng)濟(jì)成本，本文開(kāi)發(fā)了一個(gè)稱(chēng)為生態(tài)退化成本的定量模型。首先結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法，從六個(gè)方面確定了12個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。然后利用現(xiàn)有的模型方法，推導(dǎo)出各指標(biāo)的環(huán)境成本公式。最后得出環(huán)境退化的總成本，即12個(gè)指標(biāo)的加權(quán)和。總之，在本文中建立了基于生態(tài)服務(wù)的EDC模型，以了解土地利用項(xiàng)目的真實(shí)經(jīng)濟(jì)成本，通過(guò)應(yīng)用兩種指標(biāo)加權(quán)方法（AHP和EWM）使我們的模型更加科學(xué)。然后，具體分析了北京的土地利用情況，借助綠色GDP的概念，對(duì)北京的土地利用進(jìn)行了成本效益分析。根據(jù)模型結(jié)果，可以為項(xiàng)目的規(guī)劃者和管理者提出一些建設(shè)性的意見(jiàn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，環(huán)境退化的成本將逐漸下降。

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（作者單位：劉暢、葉暢，北京化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院;孟繁陽(yáng)，北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）