長江經(jīng)濟(jì)帶城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價

王旭熙

(1.西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川南充 637009；2.西華師范大學(xué)嘉陵江流域研究所，四川南充 637009)

0 引言

近些年，隨著中國城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，城市生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了空氣質(zhì)量惡化，水資源短缺，土地污染，交通擁擠等一系列不健康癥狀，甚至威脅到人類健康，學(xué)者們越來越關(guān)注城市生態(tài)系統(tǒng)健康問題[1-2].城市作為一個復(fù)雜的社會-經(jīng)濟(jì)-自然生態(tài)系統(tǒng)，三者之間相互聯(lián)系并相互制約[3].因此，對于城市生態(tài)系統(tǒng)健康問題的研究不僅要關(guān)注其自然生態(tài)系統(tǒng)的健康，保證其自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性，而且也應(yīng)關(guān)注與其密切聯(lián)系的生活在其內(nèi)部的人類的社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題[4].目前學(xué)者們對于城市生態(tài)系統(tǒng)健康問題的研究主要集中在城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價方面，其主要是根據(jù)相關(guān)理論與區(qū)域?qū)嶋H情況，建立適宜的指標(biāo)體系，并構(gòu)建相應(yīng)的模型對城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行綜合評價[5].其中，指標(biāo)體系的構(gòu)建是其評價的重點(diǎn)[6].如Costanza[7]從生態(tài)力、組織結(jié)構(gòu)與恢復(fù)力3個方面構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系；師謙友等[8]選取活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)服務(wù)功能和人群健康狀況構(gòu)建城市健康評價指標(biāo)體系.本研究在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究實(shí)際情況，從系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)服務(wù)功能和人群健康狀況構(gòu)建等5個維度構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系對長江經(jīng)濟(jì)帶各城市生態(tài)環(huán)境健康進(jìn)行評價.此外，在城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的方法上，主要采用指標(biāo)綜述法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別法、綜合指數(shù)評價法與物元可拓模型法等，常見的評價模型有層次分析模型、壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型、物元模型等[9-11].

長江經(jīng)濟(jì)帶是繼新型城鎮(zhèn)化后國家的一種新戰(zhàn)略，其對于推動中西部區(qū)域的發(fā)展起到重要作用.長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略實(shí)施以上海帶動全流域的全面發(fā)展、以武漢、重慶分別帶動中游與上游地區(qū)的平衡發(fā)展，而且長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支撐帶基礎(chǔ)條件已經(jīng)具備，它們也是中國新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略主戰(zhàn)場[12].但是，隨著沿江城市經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，人口也逐漸密集，將造成這些城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾日益突出[13].因此，對這些城市開展城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價具有重要意義.本研究選取長江經(jīng)濟(jì)帶沿江城市上海、蘇州、無錫與常州等40個城市為研究對象，從系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)服務(wù)功能和人群健康狀況構(gòu)建等5個維度構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評價的方法對其2006—2018年的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行綜合分析，以期為長江經(jīng)濟(jì)帶沿江城市建設(shè)管理以及城市的可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù).

1 研究區(qū)域

圖1 長江經(jīng)濟(jì)帶40個城市分布圖Fig.1 Distribution map of 40 cities in the Yangtze River economic belt

長江經(jīng)濟(jì)帶地位于我國亞熱帶濕潤地區(qū)，區(qū)域內(nèi)資源豐富，氣候溫和，雨量較充沛[14].東起上海、西至云南，涉及上海、重慶與江蘇等9個省2個直轄市，總面積為148.23萬km2，占全國土地面積的15.44%；人口約6億，占全國總?cè)丝诘?0%[15].本文參考2011年《長江保護(hù)與發(fā)展報告》中關(guān)于長江沿江地區(qū)發(fā)展態(tài)勢評估所確定的城市，并根據(jù)研究需要進(jìn)行調(diào)整，選取長江經(jīng)濟(jì)帶的40個城市為研究對象(圖1).

2 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價

2.1 評價指標(biāo)與分級標(biāo)準(zhǔn)

本研究參照現(xiàn)有各種城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)[16-18]，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，從活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、系統(tǒng)服務(wù)功能與人群健康狀況等5個維度，選取人均GDP、GDP增長率、實(shí)際利用外資等17項(xiàng)指標(biāo)(表1)來反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況.其中，城市人口密度、恩格爾系數(shù)與人口自然增長率為負(fù)向指標(biāo)，其它均屬于正向指標(biāo)[19].本研究基于生態(tài)醫(yī)學(xué)的理論，將城市生態(tài)健康狀況評價標(biāo)準(zhǔn)劃分為病態(tài)、不健康、亞健康、健康與很健康等5個等級[10,20].

本研究中很健康的標(biāo)準(zhǔn)值參考相關(guān)城市生態(tài)系統(tǒng)健康研究[10,21-22]，病態(tài)的限定值參考《中國城市年鑒》中城市同類指標(biāo)的全國最低值來確定，在很健康的限定值基礎(chǔ)上向下浮動20%作為健康和亞健康的標(biāo)準(zhǔn)值，在病態(tài)的限定值基礎(chǔ)上向上浮動20%作為不健康和亞健康的標(biāo)準(zhǔn)值，然后對前后兩次確定的亞健康標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，得到亞健康標(biāo)準(zhǔn)的最終值[10](表1).本文中40個城市的數(shù)據(jù)主要來源于各年中國城市統(tǒng)計年鑒、中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒、中國國土資源統(tǒng)計年鑒與中國環(huán)境年鑒.其它數(shù)據(jù)以相應(yīng)年份各省(市、區(qū))統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)加以補(bǔ)充.

表1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系Tab.1 Index system of urban ecosystem health evaluation

2.2 模糊物元與復(fù)合模糊物元

在物元分析中所描述的對象T及其特征C和量值x組成物元R=(T,C,x)[23].如果其中量值x具有模糊性，便稱其為模糊物元，事物T有n個特征C1，C2，…，Cn及其相應(yīng)的量值x1，x2，…，xn則稱R為n維模糊物元[19].m個對象的n維物元在一起便構(gòu)成m個對象的n維復(fù)合模糊物元Rmn.相應(yīng)的物元矩陣表示為：

2.3 隸屬函數(shù)的建立

uij代表第k指標(biāo)層的第i個指標(biāo)對j等級的隸屬度值[8,10]，Rij代表實(shí)際值，k=1，2；i=1，2，…，m；m表示uij所在指標(biāo)層包含的指標(biāo)個數(shù)，Bj表示j等級的標(biāo)準(zhǔn)值，j=1，2，…，5.

對于正向指標(biāo)，隸屬函數(shù)的公式如下：

當(dāng)Rij

而對其它健康程度的隸屬度均為0

當(dāng)Rij>B5，ui5=1，ui1=ui2=ui3=ui4=0

對于負(fù)向指標(biāo)，隸屬函數(shù)的公式如下：

當(dāng)Rij>B1，ui1=1，ui2=ui3=ui4=ui5=0

而對其它健康程度的隸屬度均為0

當(dāng)Rij

2.4 權(quán)重的確定

與層次分析法等其他主觀賦權(quán)法的結(jié)果相比，熵值法得出的指標(biāo)權(quán)重值更加客觀[24]，因此，本文采用熵值法來確定各測量指標(biāo)的權(quán)重值.

2.5 模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算

3 結(jié)果與分析

從圖2得出，2006與2012年，長江下游的大部分城市的生態(tài)系統(tǒng)健康處于很健康狀況，長江中游各城市的生態(tài)系統(tǒng)健康一部分處于病態(tài)狀態(tài)，一部分處于很健康狀態(tài)，長江上游的大部分城市的生態(tài)系統(tǒng)健康都處于病態(tài)狀態(tài)，2018年，長江上、中、下游大部分城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于很健康狀況.這表明2006—2018年長江經(jīng)濟(jì)帶城市生態(tài)健康狀況整體向健康方向發(fā)展.

圖2 長江經(jīng)濟(jì)帶各城市生態(tài)系統(tǒng)健康分布Fig.2 Healthy distribution of urban ecosystems in the Yangtze River economic belt

3.1 2006年長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況分析

圖3 2006年長江經(jīng)濟(jì)帶各城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果Fig.3 The results of urban ecosystem health evaluation of the Yangtze River economic belt in 2006

從圖3得出，2006年上海、南京、無錫、蘇州、南通、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、舟山、合肥、蕪湖、武漢、黃石、宜昌、黃岡與成都市城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于很健康狀況，且各市之間存在明顯差異，南京>杭州>成都>揚(yáng)州>宜昌>蘇州>鎮(zhèn)江>上海>武漢>南通>舟山>紹興>蕪湖>嘉興>無錫>合肥>湖州>黃岡>寧波>黃石；常州、銅陵市城生態(tài)系統(tǒng)健康處于健康狀況；巢湖、池州、恩施、萬州、水富、瀘州、咸寧、安慶、宜賓、攀枝花、鄂州、涪陵、泰州、九江、荊州、岳陽、重慶與馬鞍山市城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于病態(tài)水平，且對于病態(tài)水平的隸屬度依次減小.

3.2 2012年長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況分析

圖4 2012年長江經(jīng)濟(jì)帶各城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果Fig.4 The results of urban ecosystem health evaluation of the Yangtze River economic belt in 2012

從圖4看出，2012年蘇州、上海、南京、無錫、杭州、成都、合肥、蕪湖、武漢、常州、南通、舟山、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、泰州、岳陽與鄂州市城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于很健康水平，且對于很健康水平的隸屬度依次減小；寧波、嘉興、湖州、紹興、馬鞍山、銅陵、九江、黃石、宜昌、重慶與涪陵市城市生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀況；瀘州、恩施市城市生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀況；咸寧、宜賓、萬州、黃岡、攀枝花、池州、荊州、水富、安慶與巢湖市城市生態(tài)系統(tǒng)處于病態(tài)水平，且對于病態(tài)水平的隸屬度依次增加.

3.3 2018年長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況分析

從圖5得出，2018年杭州、成都、南京、無錫、蘇州、合肥、武漢、上海、鎮(zhèn)江、蕪湖、舟山、巢湖、常州、揚(yáng)州、紹興、泰州、南通、寧波、重慶、池州、黃岡、安慶、攀枝花、嘉興、水富、涪陵、九江、咸寧、宜昌、馬鞍山、岳陽、萬州、荊州與黃石市城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于很健康水平，且對于很健康水平的隸屬度依次減??；恩施市城市生態(tài)系統(tǒng)健康處于亞健康水平；宜賓、瀘州與鄂州市城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平處于病態(tài)水平.

圖5 2018年長江經(jīng)濟(jì)帶各城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果Fig.5 The results of urban ecosystem health evaluation of the Yangtze River economic belt in 2018

4 結(jié)論與討論

本研究從系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)服務(wù)功能和人群健康狀況構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，對其2006—2018年生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行綜合分析，研究表明2006—2018年長江經(jīng)濟(jì)帶城市生態(tài)健康狀況整體向健康方向發(fā)展.長江經(jīng)濟(jì)帶橫跨我國東中西三大區(qū)域，擁有獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等優(yōu)勢，具有巨大發(fā)展?jié)摿25].但是，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，各省市主要重視區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而對于沿岸的生態(tài)環(huán)境保護(hù)重視度不夠.近年來，國家強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時，必須堅持生態(tài)優(yōu)先發(fā)展與綠色發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，各省市為提升城市綜合競爭力，從優(yōu)化城市布局、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)施水、土與大氣等環(huán)境綜合整治等方面著手，全面開展工作，在生態(tài)城市構(gòu)建方面取得了一定成績[26].但長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況還存在巨大差異，還有一些城市生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康或病態(tài)水平如恩施、宜賓、瀘州與鄂州等城市.這表明這些區(qū)域的資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的形勢較嚴(yán)峻，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，努力提高資源利用效率，注重生態(tài)建設(shè).另外，有些生態(tài)系統(tǒng)呈健康狀況的城市，其健康水平在2006—2018年間有所下降，如上海是長江經(jīng)濟(jì)帶下上游依托的中心，生態(tài)壓力較大，生態(tài)環(huán)境存在潛在危險，應(yīng)采取合理措施降低生態(tài)環(huán)境壓力，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展.

本文運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市城市生態(tài)系統(tǒng)的整體健康狀況進(jìn)行了綜合評價，為長江經(jīng)濟(jì)帶沿江各城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供了一定的理論依據(jù).但在指標(biāo)的選取及健康標(biāo)準(zhǔn)的劃分存在一定的主觀性，可能會使評價結(jié)果有一定的偏差，需進(jìn)一步研究[27].目前關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康及其評價的研究，其理論和方法還不完善，健康標(biāo)準(zhǔn)難以量化，未來應(yīng)深入探討人類活動和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的相互關(guān)聯(lián).