淮河生態(tài)經(jīng)濟帶自然生態(tài)環(huán)境分析評價

范金梅，徐子涵，姚德利

（安徽理工大學 經(jīng)濟與管理學院，安徽 淮南 232001）

改革開放以來，中國經(jīng)濟取得了巨大發(fā)展。習近平總書記在2020年的新年賀詞中提到，中國的GDP預計接近100萬億人民幣，人均GDP將邁入1萬美元的臺階。在經(jīng)濟高速穩(wěn)定發(fā)展的情況下，環(huán)境和資源的變化已經(jīng)成為不可忽視的關(guān)鍵點。2005年以來，我國開始進入環(huán)境污染事故高發(fā)期，社會對生態(tài)環(huán)境的關(guān)注度持續(xù)增高。黨的十九大報告提出，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，實行最嚴格的生態(tài)環(huán)境保護制度，形成綠色發(fā)展和綠色生活方式，為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全作出貢獻[1]。其中，淮河流域地勢平坦，礦產(chǎn)資源豐富，是我國重要的糧食基地，也是整個華東地區(qū)能源供給的重要輸出地。為了提高糧食產(chǎn)量，農(nóng)藥、化肥超標使用，最終都殘留在農(nóng)產(chǎn)品、土地或者進入水體中。依靠礦產(chǎn)資源發(fā)展起來的經(jīng)濟，帶來了巨大的后遺癥，空氣污染、土地沉降等問題在區(qū)域內(nèi)尤為突出。生態(tài)環(huán)境保護刻不容緩，生態(tài)環(huán)境是由生態(tài)關(guān)系組成的環(huán)境，既不完全是自然環(huán)境，也不完全是社會環(huán)境，它隨著社會和自然的發(fā)展規(guī)律變化[2]。本研究將從自然生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)對淮河生態(tài)經(jīng)濟帶的省份環(huán)境質(zhì)量進行分析評價，從而找出其不足，以期對生態(tài)環(huán)境的改善和社會經(jīng)濟的發(fā)展提供參考意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

環(huán)境問題是全世界共同的問題，各國學者對于環(huán)境問題的研究從未停止過。Lin等[3]運用WAPS來評價臺灣咸水水域的水質(zhì)并計算水環(huán)境的承載能力；Estoque等[4]為了探討流域生態(tài)環(huán)境變化的影響因素，利用遙感數(shù)據(jù)對1988年、2002年、2016三年的La Mesa流域進行土地利用分類，并在此基礎(chǔ)上定量化評價景觀格局的變化；李大鳴等[5]建立基于AHP的PSR模型，對渤海新區(qū)的海岸帶陸域生態(tài)環(huán)境進行評價；趙勛剛等[6]運用AHP構(gòu)建生態(tài)環(huán)境敏感性環(huán)境模型，分析烏海市的生態(tài)環(huán)境變化；李俊海等[7]運用AHP結(jié)合模糊數(shù)學方法，以西雙版納州為例評價其城市生態(tài)環(huán)境健康狀況；董曉超等[8]運用層次分析法和系統(tǒng)聚類的方法評價貴州喀斯特地貌的生態(tài)環(huán)境風險；楊卓[9]從土壤、生物、生態(tài)系統(tǒng)三個方面對秦皇島市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行分析，并提出相應(yīng)改進措施；宋美杰等[10]建立基于MRSEI的錫林郭勒草原生態(tài)環(huán)境評價模型，對錫林郭勒草原26年的生態(tài)環(huán)境進行總體評價；游細斌等[11]運用熵權(quán)法TOPSIS模型對中國南方丘陵地區(qū)的鄉(xiāng)村人居環(huán)境質(zhì)量進行評價；鄭晶等[12]首先基于DPSIR概念模型構(gòu)建福建省生態(tài)環(huán)境承載力指標模型，接著利用障礙度模型和TOPSIS分析法對福建生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟進行評價；王大鵬等[13]采用灰色系統(tǒng)分析法和改進型的TOPSIS法，分別從社會因素和自然因素出發(fā)，對廣西北部灣21個灘涂養(yǎng)殖集中區(qū)進行生態(tài)環(huán)境壓力評估。

由現(xiàn)有的研究資料分析，生態(tài)環(huán)境評價是近年來的研究熱點，國內(nèi)的研究熱點多集中在沿海地區(qū)，如環(huán)渤海、南海等地區(qū)，或者生物多樣性較為豐富的地區(qū)，如云南、湖北等地區(qū)，再或者是一些國家級的戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域，如皖江城市帶、鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)等。而研究方法大多為層次分析法、GIS法、系統(tǒng)聚類法、模糊綜合評價法、灰色分析法等，并且多為組合使用，這些方法通過不斷的研究、驗證，在對主體進行評價時有效性顯著。2018年10月國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于淮河生態(tài)經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃的批復》，為淮河流域的發(fā)展帶來了新的機遇，目前對于這一發(fā)展規(guī)劃區(qū)域的研究還相對較少。因此本研究在搜集整理學者們的研究中，總結(jié)歸納出初始的評價指標體系，再根據(jù)指標選取的原則進行初步篩選，然后利用SPSS21.0軟件對指標體系進行主成分與相關(guān)性相結(jié)合的分析，以達到既消除指標間的相關(guān)性又保留其重要性的目的，最終形成自然生態(tài)環(huán)境評價指標體系。運用熵值法結(jié)合TOPSIS法對淮河生態(tài)經(jīng)濟帶的5個省份的自然生態(tài)環(huán)境進行評價。

2 區(qū)域現(xiàn)狀

淮河流域水系密布，縱橫交錯，跨越5個省份40個地級市，人口密度全國最大。流域內(nèi)經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱、水資源不均、水污染嚴重等問題較為突出。2004年時任國家總理溫家寶明確提出中部崛起戰(zhàn)略。在實施中部地區(qū)崛起戰(zhàn)略的大背景下，國家已經(jīng)推進了中原經(jīng)濟區(qū)、武漢城市圈、皖江城市帶等重點區(qū)域發(fā)展，在這樣的背景下，淮河流域凸顯出相對落后的局面[14]?；春恿饔虻V產(chǎn)資源十分豐富，品種繁多，是華東地區(qū)重要的煤炭和能源消費地，在給淮河流域帶來機遇的同時也面臨著巨大的生態(tài)危機。當前，要實現(xiàn)淮河流域的發(fā)展，仍需解決一系列突出問題，工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)污染等造成的水資源質(zhì)量受到嚴重影響，環(huán)境承載能力有限，大大威脅了淮河流域的自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，本研究以淮河生態(tài)經(jīng)濟帶所包含的省份為例，對其自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價。

3 建立模型

3.1 評價指標篩選模型

評價指標模型采取主成分-相關(guān)性-主成分的模式，既可以消除指標間的相關(guān)關(guān)系，也保留了重要性水平高的指標。

3.1.1 KMO相關(guān)性檢驗和巴特利特Bartlett球體檢驗

KMO值越接近于1，表明各變量間的相關(guān)性越高，越適合做主成分分析；反之，則不適合。Bartlett球形檢驗用來判斷相關(guān)陣是否是單位陣，若是，則因子分析有效，反之則無效。在SPSS檢驗結(jié)果中，當Sig.<0.05（即p值<0.05）時，說明各變量間具有一定相關(guān)性，因子分析有效。

3.1.2 主成分分析

假設(shè)研究問題中有n個樣品，每個樣品觀測其中p個指標，把這p個指標看作p個隨機變量， X=（x1，x1，…，xp）'。 設(shè)隨機向量X的均值為μ，協(xié)方差矩陣為∑。主成分分析法的思路就是要把對p個指標的研究，轉(zhuǎn)化為對p個指標的線性組合的研究。于是，給出主成分的下述定義。

3.1.3 Spearman相關(guān)性分析

式中：ρ——相關(guān)系數(shù)，xi——獨立標量，yi——依賴變量。

3.1.4 主成分-相關(guān)性分析

以每個主成分的方差貢獻率為權(quán)重值與每一候選指標的載荷系數(shù)絕對值乘積之和計算該指標的重要性水平。以X1，X2，…，Xn中的Xp為例，

Xp的重要性水平 =|L1|×Cont1+|L2|×Cont2+|L3|×Cont3+…+|Ln|×Contn

其中： L1， L2， …， Ln為Xp的載荷系數(shù)， Cont1，Cont2，…，Contn為各個主成分的方差貢獻率。

當該值接近于0時，表明該指標重要性小，從候選指標中刪除，剩余指標進入下一步計算。

對剩下的候選指標采用Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法檢驗指標間的相關(guān)系數(shù)，若某一指標與其他指標皆不相關(guān)，則該指標直接進入最后的指標體系，剩余指標進入下一步計算。

對于存在相關(guān)關(guān)系的指標，再次使用主成分分析法，選擇重要性水平高的指標作為最終的指標體系，同時舍棄與之相關(guān)的指標。

3.2 評價指標模型構(gòu)建

首先采用熵值法計算相關(guān)指標權(quán)重值，然后利用TOPSIS法對主體進行分析評價。熵值法在定權(quán)時可以有效地避免主觀意識的影響。TOPSIS法是由C. L. Hwang和K. Yoon在1981年提出的按照各方案到理想化目標的接近度對有限目標進行相對優(yōu)劣排序的方法[15]。

TOPSIS法能夠集中反應(yīng)總體情況，對樣本資料無嚴格要求，具有普遍適用性[16]。傳統(tǒng)的TOPSIS法中采用歐式距離，但是當評價對象之間存在相關(guān)性的時候，歐式距離失效，采用馬氏距離法可以有效避免這種現(xiàn)象[17]。

3.2.2 熵值計算

設(shè)ej為指標j的熵值，計算公式如（5） 和（6） 所示。

式中：Lij——第j項指標在第i類指標中的比重， i=1，2，…，m。

3.2.3 熵權(quán)計算

設(shè)aj為指標j的熵權(quán)，則：

3.2.4 TOPSIS評價模型

構(gòu)建評價矩陣Z并進行歸一化后得到γ矩陣：

其次是構(gòu)建價值矩陣V：

式中：aj——權(quán)重矩陣。

確定正理想解S+與負理想解S-，即：

式中： J+={j=1，2，…，n}， 此時第 n個指標屬于正向型指標，即值越大越好；J-={j=1，2，…，n}此時第n個指標屬于負向型指標，即值越小越好。

分別計算第i個評價對象向量到正理想解S+和負理想解S-的距離Di+和Di-，即：

3.2.5 計算各評價對象的相對貼近度C

*最終根據(jù)Ci*值的大小對評價對象進行排序， 值越大說明該評價對象排名越高。

4 基于主成分和TOPSIS法的淮河生態(tài)經(jīng)濟帶自然生態(tài)環(huán)境評價實例分析

4.1 自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標篩選

4.1.1 初步評價指標體系構(gòu)建

當前，在自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面尚未形成不同地理區(qū)域位置適用的、統(tǒng)一的評價指標體系。因此，筆者通過總結(jié)歸納當前學者的研究成果，以及結(jié)合淮河生態(tài)經(jīng)濟帶的區(qū)域狀況，根據(jù)指標的真實性、有效性以及可獲取性原則形成了初步評價指標體系，得出表1。

表1 初步評價指標體系

4.1.2 指標數(shù)據(jù)來源

指標數(shù)據(jù)來源于安徽、山東、河南、湖北、江蘇5省的2018年統(tǒng)計年鑒、2018年國家統(tǒng)計年鑒以及對應(yīng)省份環(huán)境狀況公報等。

4.1.3 評價指標體系計算

在評價指標中，每一組二級指標的地位相同，以一級指標中的廢水污染為例，使用SPSS21.0對指標進行篩選。

4.1.3.1 KMO相關(guān)性檢驗和巴特利特Bartlett球體檢驗

因子分析前，首先進行KMO檢驗和巴特利球體檢驗，當KMO檢驗系數(shù)>0.5，巴特利特球體檢驗的Sig.值<0.05時，問卷才有結(jié)構(gòu)效度，才能進行因子分析。通過KMO相關(guān)性檢驗和巴特利特 Bartlett球體檢驗，KMO值為 0.695，Bartlett球體檢驗的P值為0.022，適合進行因子分析。

4.1.3.2 計算方差累計貢獻率

廢水污染指標中含有4個二級指標，根據(jù)SPSS21.0軟件對廢水污染指標進行主成分分析，提取4個主成分，每個主成分的方差貢獻率見表2。

表2 方差貢獻率

表2中，4個主成分的方差貢獻率分別為0.822， 0.124， 0.045， 0.009。 即 Cont1=0.822，Cont2=0.124， Cont3=0.045，Cont4=0.009。

4.1.3.3 計算載荷系數(shù)

通過計算，得出因子載荷系數(shù)如表3所示，其中的數(shù)值是主成分與原始變量的相關(guān)系數(shù)，每一數(shù)值絕對值的大小代表了主成分與原始變量的相關(guān)程度。

表3 因子載荷系數(shù)

4.1.3.4 重要性水平計算

對廢水指標的4個二級指標進行重要性水平計算，結(jié)果見表4。

表4 重要性水平

表4中顯示，4個指標的重要性水平都沒有趨于0，因而繼續(xù)進行指標間相關(guān)性分析。

4.1.3.5 相關(guān)性分析

由于指標間可能存在的非線性因素，選擇Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法進行相關(guān)系數(shù)計算較為恰當，以0.3作為有無相關(guān)性的判斷標準[18]。對4個二級指標進行相關(guān)性分析，對相關(guān)關(guān)系顯著時用1表示，不相關(guān)用0表示。制成相關(guān)關(guān)系矩陣表，見表5。

根據(jù)公式（5）、公式（6）、公式（7） 計算得出最終指標權(quán)重，見表7。

表5 相關(guān)系數(shù)

由表4可知，B2的重要性水平為0.394 713，在四者中水平最高，再結(jié)合表5中的相關(guān)系數(shù)矩陣發(fā)現(xiàn)B2與其他3個指標是不相關(guān)的，因此只有指標B2進入最終的指標體系。

以此類推得出最終評價指標體系，并對各二級指標重新排序，如表6。

表6 最終評價指標體系

4.2 評價指標權(quán)重計算

根據(jù)公式（2）、公式（3） 對評價指標進行標準化處理，得出標準化矩陣Z。

表7 最終指標權(quán)重

4.3 基于TOPSIS法的淮河生態(tài)經(jīng)濟帶自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價

計算得出價值矩陣V：

計算得出正負理想值如下：

S+=（0.007，0.008，0.010，0.011，0.008，0.008，0.055，0.181，0.019，0.015，0.049，0.021，0.031，0.043，0.057，0.021，0.028，0.057）

S-=（0.021，0.025，0.023，0.023，0.021，0.024，0.006，0.001，0.015，0.008，0.021，0.013，0.015，0.010，0.035，0.011，0.015，0.014）

計算得出各省份到各正負理想值的距離以及相對貼近度。

從表8中可知，在5個省份中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)者為江蘇省，依次為湖北省、安徽省、河南省、山東省。

表8 生態(tài)環(huán)境評價結(jié)果

4.4 評價結(jié)果分析

表8是對淮河生態(tài)經(jīng)濟帶所處的5個省份的總體評價結(jié)果，對每個省份進行進一步分析，找出其優(yōu)缺點，助力其改善自然生態(tài)環(huán)境，本研究經(jīng)過篩選后得出18項指標，結(jié)合表6，挑選其中熵值高于0.8的指標，分別為指標煙粉塵排放量X1（萬t）， 氮氧化物排放量X2（萬t）， 化肥使用量X5（萬t），一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量X6（萬t），城市綠化率X11（%），耕地面積比重X12（%），有效保護區(qū)占面積比X14（%），環(huán)境保護投資占固投比重X20（%）。

根據(jù)初始指標體系中的指標參數(shù)，對每個省份的對應(yīng)指標進行排序，負向指標見表9，正向指標見表10。

表9 負向指標排序

表10 正向指標排序

由表9、表10發(fā)現(xiàn)，山東省和河南省在化肥使用量X5這個指標上，都遠遠高于其他省份，山東省的化肥使用量是江蘇省的1.5倍，而河南省的化肥使用量甚至達到江蘇省的2.5倍。在5個省份中山東省和河南省的耕地面積比例最高，耕地是國家發(fā)展的根基，在保證耕地面積上這兩個省份做得很好，但是在保護耕地上這兩個省份必須深思。過度使用化肥會使土壤肥力下降，同時增加土地中的重金屬和有毒元素，生物多樣性減少，河南省和山東省要在保證耕地面積的同時保護耕地；安徽省在4個負向指標中都處于較低的水平，同時在正向指標中城市綠化率X11（%） 也是最高的，但是有效保護區(qū)占面積比X14（%） 是最低的，環(huán)境保護投資占固投比重X20（%） 也不高。由此可見，安徽省在環(huán)境污染排放上的控制做得很好，但是在生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面做得不夠，要加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資，對于生態(tài)環(huán)境較好的區(qū)域要抓緊設(shè)立保護區(qū)，保住綠水青山就是保住了金山銀山；江蘇和湖北是5個省份中生態(tài)環(huán)境最好的兩個省份，但是看其各個指標的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，會發(fā)現(xiàn)江蘇的正向指標和負向指標的數(shù)據(jù)較為均衡，一手抓污染排放，一手抓生態(tài)建設(shè)。湖北處于華中要地，境內(nèi)自然環(huán)境較好，同時也在生態(tài)環(huán)境建設(shè)投入方面做得很好，但是看其負向指標，在污染排放控制上做得較差，因此湖北省要重視區(qū)域內(nèi)的污染物排放，狠抓環(huán)境治理。

5 總結(jié)

生態(tài)環(huán)境是整體的系統(tǒng)，具有復雜性和多元性，會隨著自然變化和社會的發(fā)展而變化。本研究從自然環(huán)境、社會環(huán)境兩個大的角度出發(fā)，選取10個一級指標，36個二級指標作為初級評價指標體系，經(jīng)過主成分和相關(guān)性相結(jié)合的方式進行篩選，最終篩選出22個二級指標構(gòu)建出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系。然后運用熵值法和TOPSIS評價法相結(jié)合，對生態(tài)環(huán)境進行評價，最終得出淮河生態(tài)經(jīng)濟帶的5個省份中，江蘇排名最前，湖北次之，安徽、河南、山東由高到低依次排列。對結(jié)果進行分析，江蘇省、湖北省由于地理位置以及經(jīng)濟發(fā)展因素，生態(tài)環(huán)境較為優(yōu)異，而安徽、河南、山東的相對貼近度雖有高低，但是都較為接近。其中，作為綜合排名第一位的江蘇省在各方面都較為均衡，一手抓污染排放一手抓生態(tài)建設(shè)，為其他省份作出了積極的示范；湖北省在污染排放控制方面把控不嚴；安徽省的環(huán)境保護投資比重以及有效保護面積比相對較低；山東省和河南省在化肥施用強度上遠高于其他3省。各省份在進行自然生態(tài)環(huán)境治理工作中，做到有的放矢，針對主要方面采取強有力措施，同時也要延續(xù)之前的優(yōu)勢方面，兩手都要抓，兩手都要硬。

生態(tài)環(huán)境保護刻不容緩，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好的地區(qū)繼續(xù)加強管理，而生態(tài)環(huán)境較差的區(qū)域更應(yīng)重視對生態(tài)環(huán)境有影響的活動，徹底轉(zhuǎn)變以犧牲環(huán)境換取經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)象，加強生態(tài)環(huán)境治理力度，杜絕破壞環(huán)境的行為發(fā)生，最根本的就要喚醒所有公民的環(huán)保意識，給生態(tài)以修復，還生活以健康。