基于熵值法的區(qū)域綜合承載力評價與障礙診斷

吳卿 楊晶 秦碩璞

摘要：以吉林省為例，將區(qū)域綜合承載力系統(tǒng)劃分為經(jīng)濟、水土、社會、生態(tài)4個子系統(tǒng)。通過相關(guān)性分析和主成分分析對指標(biāo)進行篩選，結(jié)合熵值法客觀賦權(quán)，構(gòu)建區(qū)域綜合承載力評價體系。利用耦合協(xié)調(diào)度模型對4個子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)程度進行了科學(xué)評價，并診斷出制約區(qū)域綜合承載力的主要障礙因子。結(jié)果表明，區(qū)域綜合承載力和子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)程度總體呈上升趨勢，且部分的耦合協(xié)調(diào)度變化和整體承載力變化呈現(xiàn)出一致性;水土承載力一直是制約區(qū)域綜合承載力的重要因素，前期社會性限制因素逐漸轉(zhuǎn)變成生態(tài)因素;洪水等自然災(zāi)害的發(fā)生，對各子系統(tǒng)均有不同程度的沖擊，并對區(qū)域綜合承載力造成巨大影響。對區(qū)域綜合承載力進行科學(xué)評價并進行障礙診斷，為政策制定和吉林省高效發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域綜合承載力;主成分分析;熵值法;耦合協(xié)調(diào)度;障礙診斷

中圖分類號：X24 ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）10-0169-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.039 ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： Taking Jilin province as an example，the regional comprehensive carrying capacity system is divided into four subsystems， such as economy， water and soil， society and ecology. Through correlation analysis and principal component analysis， the indexes were screened and the entropy method was used to objectively assign weights to construct the evaluation system of regional comprehensive carrying capacity. The degree of coupling coordination among the four subsystems was scientifically evaluated by using the coupling coordination degree model， and the main obstacle factors restricting the regional comprehensive carrying capacity were diagnosed. The results showed that the regional comprehensive carrying capacity and the degree of coordination between subsystems are overall upward trend， and part of the coupling coordination degree and the overall carrying capacity changes show the consistency. Water and soil carrying capacity has always been an important factor restricting the comprehensive carrying capacity， the early social constraints gradually transformed into ecological factors.The occurrence of natural disasters such as flood， has different degress of impacts on each subsystem and has a huge impact on the regional comprehensive carrying capacity. This study makes a scientific evaluation of the regional comprehensive carrying capacity and makes an obstacle diagnosis， providing a scientific basis for policy formulation and efficient development of Jilin province.

Key words： regional comprehensive carrying capacity; principal component analysis; entropy method; coupling coordination degree; obstacle diagnosis

吉林省地處東北的中部，是國家重點建設(shè)的生態(tài)示范省，也是重要的商品糧生產(chǎn)基地之一。隨著城市化進程的加快，生態(tài)穩(wěn)定、水土保持和經(jīng)濟、社會發(fā)展間的矛盾日益突出，對區(qū)域的綜合承載力造成障礙。因此，科學(xué)評價區(qū)域的綜合承載力，明確其限制因素并提出對策，對協(xié)調(diào)經(jīng)濟和環(huán)境間的平衡，推動吉林省高效發(fā)展具有重要意義。

對承載力的研究起源于馬爾薩斯的《人口論》， 其首次對人口承載力進行了定義，將承載力從工程地質(zhì)領(lǐng)域的物理概念引入人文社會領(lǐng)域。之后的承載主體不斷擴充，包括土地[1]、水資源[2]、資源環(huán)境[3]等。城市承載力成為新興的研究熱點，其理論和方法都在不斷完善[4]，DPSIR、AHP、主成分分析法理論模型及灰色預(yù)測、生態(tài)足跡、系統(tǒng)動力學(xué)、均方差決策法等研究較多，應(yīng)用方向也不斷延伸，如城市群發(fā)展[5]、障礙診斷[6]、風(fēng)險預(yù)測[7]等。

概括而言，研究思路圍繞如何科學(xué)構(gòu)建評價體系并如何將評價結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)實，但存在如下問題，①多采用正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)，但適度指標(biāo)和區(qū)間指標(biāo)較少考慮。比如有研究將人口自然增長率認(rèn)為是正向指標(biāo)，但考慮人口增加對生態(tài)和水土的負(fù)擔(dān)加重，其作為適度指標(biāo)更為合適，而關(guān)于其理想值的確定是一個值得探討的問題。同時，關(guān)于通貨膨脹率理想?yún)^(qū)間的確定也值得思考，并且沒有經(jīng)過指標(biāo)篩選，可能存在指標(biāo)間相關(guān)性較強的問題。②指標(biāo)體系構(gòu)建維度較為單一，區(qū)域綜合承載力是多個系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，子系統(tǒng)選取上不夠全面。③對區(qū)域綜合承載力進行評價時，通常把區(qū)域作為整體系統(tǒng)加以評價，但對各子系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)程度以及部分對整體的作用卻很少探討。④障礙診斷方面也大多局限于趨勢分析，對其產(chǎn)生原因沒有結(jié)合區(qū)域背景進行深入探討。

為解決上述問題，選取了適度指標(biāo)和區(qū)間指標(biāo)，通過相關(guān)性分析剔除掉相關(guān)性較強的指標(biāo)，并采用主成分分析使得指標(biāo)具有較好的解釋能力。城鎮(zhèn)化水平、土地開發(fā)強度、水土流失治理、廢氣排放等都會對區(qū)域的綜合承載力產(chǎn)生影響，這些影響可歸于4個子系統(tǒng)，分別是經(jīng)濟子系統(tǒng)、水土子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)。本研究對上述問題進行了改進，構(gòu)建了科學(xué)的評價體系，進行子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度分析并探討了對區(qū)域綜合承載力的影響，結(jié)合區(qū)域發(fā)展模式和不可抗力因素進行障礙診斷。

1 ?土地綜合承載力評價體系構(gòu)建

1.1 ?準(zhǔn)則層與指標(biāo)層的建立

遲國泰等[8]在研究省級科學(xué)發(fā)展評價時采用了聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展委員會和中國社會科學(xué)院等權(quán)威機構(gòu)的典型指標(biāo)，建立指標(biāo)體系。參考其選取指標(biāo)，考慮到區(qū)域綜合承載力的特點，遵循科學(xué)性、可靠性、綜合性、系統(tǒng)性原則將區(qū)域綜合承載力系統(tǒng)劃分為經(jīng)濟、水土、社會、生態(tài)4個子系統(tǒng)，確立目標(biāo)層、2個準(zhǔn)則層、1個指標(biāo)層，構(gòu)建了4級評價體系，初步海選了40個指標(biāo)。

1.2 ?指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

依據(jù)指標(biāo)對區(qū)域綜合承載力的作用方向，將指標(biāo)劃分成正向指標(biāo)、逆向指標(biāo)、適度指標(biāo)和區(qū)間指標(biāo)。根據(jù)極差標(biāo)準(zhǔn)化，分別將各類指標(biāo)實現(xiàn)了正向化，同時去除了量綱影響，使所有指標(biāo)的數(shù)據(jù)均在0～1。為了后續(xù)熵值法不會出現(xiàn)ln0的情況，將標(biāo)準(zhǔn)化為0的數(shù)據(jù)向右平移0.000 1，公式如下所示：

4 ?小結(jié)與討論

1）區(qū)域綜合承載力總體呈上升趨勢且趨勢仍將持續(xù)，各子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)程度不斷提高，各子系統(tǒng)間的發(fā)展日趨平衡。同時，部分間的耦合協(xié)調(diào)程度和整體承載力變化表現(xiàn)出一致性，各子系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)程度越高，區(qū)域綜合承載力越好。

2）經(jīng)濟子系統(tǒng)和生態(tài)子系統(tǒng)的變化趨勢相同， ?且經(jīng)濟發(fā)展存在滯后性，生態(tài)影響經(jīng)濟發(fā)展，良好的生態(tài)是經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，加強生態(tài)文明建設(shè)有重要意義。

3）社會子系統(tǒng)與區(qū)域綜合承載力的變化趨勢最為接近，而社會子系統(tǒng)的主導(dǎo)因素是城鎮(zhèn)化率，說明城鎮(zhèn)化率的提高是區(qū)域綜合承載力提高的關(guān)鍵因素。

4）各子系統(tǒng)及區(qū)域綜合承載力在2010年較低，2013年大幅降低，2017年略有降低，原因是這3年發(fā)生了大規(guī)模的洪水，淹沒大量農(nóng)田，造成糧食減產(chǎn)，沖毀很多基礎(chǔ)設(shè)施和部分住房，社會、生態(tài)、經(jīng)濟均受到很大沖擊。造成巨大沖擊的原因有：一部分樓房建在地勢很低的地方;上游魚塘非法大量開發(fā)，泄洪時，大量魚塘被沖毀，導(dǎo)致洪水進一步泛濫;水壩等抗洪設(shè)施不夠完善。建議科學(xué)調(diào)整土地利用布局;對土地進行嚴(yán)格的用途把控，對土地非法開發(fā)及時發(fā)現(xiàn)處理;對河流進行防控管理，層層把關(guān)，每條河流都要有人管控負(fù)責(zé)，并增強防洪設(shè)施。

5）主要障礙因素：水土承載力一直以來都是制約區(qū)域綜合承載力的重要因素，具體表現(xiàn)為土地開發(fā)強度的不合理，人均水資源量少和水土流失治理不到位，反映了資源方面，尤其是水資源存在短缺問題。

6）障礙因素轉(zhuǎn)變：總體而言，障礙因素由社會因素向生態(tài)因素轉(zhuǎn)移。前期的人均綠化面積、城鎮(zhèn)化水平和人均居住面積等限制因素隨著社會的發(fā)展已經(jīng)漸漸地消失。當(dāng)前，生態(tài)因素的限制作用日益突出。根據(jù)PSR理論，生態(tài)用水量的降低，生態(tài)子系統(tǒng)的狀態(tài)不如從前;隨著廢氣排放量增加，生態(tài)子系統(tǒng)承受的壓力增大;生態(tài)治理的強度不夠，表現(xiàn)為工業(yè)污染治理不及時，投入到環(huán)境污染治理的資金占比降低，3個方面共同使生態(tài)阻礙度增大。

7）障礙原因：吉林省作為農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)耗水量大、經(jīng)濟效益差、水資源利用效率低，部分地區(qū)的粗放型農(nóng)業(yè)造成水資源浪費。人口增加帶來的過度開荒、不合理生產(chǎn)建設(shè)活動，都會導(dǎo)致土地開發(fā)強度、利用結(jié)構(gòu)的不合理，加之周期性的洪水來勢迅猛，強度極大，造成了嚴(yán)重的水土流失，同時治理難度較大，使得水土承載力一直成為障礙性因素。產(chǎn)生轉(zhuǎn)變的原因主要是城市化進程的加快，自2010年以來，中國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展已經(jīng)基本滿足了人們居住的需求，發(fā)展面臨的問題從城市化等基礎(chǔ)問題變成了如何恢復(fù)城市化進程造成的自然污染和如何解決水資源稀缺等問題。

8）相關(guān)建議：吉林省要快速發(fā)展，需要合理開發(fā)土地資源，解決水土流失的問題，擴大森林、湖泊、濕地面積，加快水利建設(shè)，增強城鄉(xiāng)防洪抗旱排澇能力，加強水土保持的宏觀性戰(zhàn)略研究，經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護相協(xié)調(diào)，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu);限制排放廢水、廢氣，加大政府監(jiān)管力度，治理被污染的環(huán)境;同時要號召人們節(jié)約用水，保護水資源，提高農(nóng)業(yè)水資源利用率，對水資源進行調(diào)控，科學(xué)實施小流域綜合治理，緩解面臨的人均水資源量少的問題，在經(jīng)濟發(fā)展的同時加強生態(tài)文明建設(shè)。各子系統(tǒng)間是相互作用、相輔相成的，良好的生態(tài)環(huán)境、水土的良好保持，對其他子系統(tǒng)有積極的促進作用，子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度提高，對整體綜合發(fā)展有著1+1>2的影響。

參考文獻：

[1] ?張 ?紅，張 ?毅，張 ?洋，等.基于修正層次分析法模型的海島城市土地綜合承載力水平評價：以舟山市為例[J].中國軟科學(xué)， 2017（1） ：150-160.

[2] ?安 ?強，魏傳江，賀華翔，等.基于模糊綜合評價法的河南省中原城市群水資源承載力評價研究[J].節(jié)水灌溉，2019（12）：65-71.

[3] ?王 ?亮，劉 ?慧.基于PS-DR-DP理論模型的區(qū)域資源環(huán)境承載力綜合評價[J].地理學(xué)報，2019，74（2）：340-352.

[4] ?石憶邵，尹昌應(yīng)，王賀封，等.城市綜合承載力的研究進展及展望[J].地理研究，2013，32（1）：133-145.

[5] ?王振坡，朱 ?丹，王麗艷.區(qū)域協(xié)同下京津冀城市群城市綜合承載力評價[J].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)學(xué)報，2018，20（6）：73-81.

[6] ?傅聰穎，賴昭豪，郭 ?熙.基于熵權(quán)TOPSIS模型的區(qū)域資源環(huán)境承載力評價及障礙因素診斷[J].生態(tài)經(jīng)濟，2020，36（1）：198-204.

[7] ?陳 ?曦. 天山北坡城市群綜合承載力評估與預(yù)測研究[D].新疆：石河子大學(xué)，2019.

[8] ?遲國泰，齊 ?菲，李 ?剛.改進群組G1組合賦權(quán)的省級科學(xué)發(fā)展評價模型及應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2013，33（6）：1448-1457.

[9] ?遲國泰，曹婷婷，張 ?昆.基于相關(guān)-主成分分析的人的全面發(fā)展評價指標(biāo)體系構(gòu)建[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2012，32（1）：111-119.

[10] 龐 ?敏，周啟剛，馬澤忠，等.三峽庫區(qū)蓄水前后土地利用與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)度[J].水土保持研究，2020，27（1）：66-72，80.