基于熵值-突變級數(shù)法上海市生態(tài)安全評價與對策研究

聞熠, 肖濤, 談晟薈, 王志強(qiáng), 石強(qiáng)勝,*

基于熵值-突變級數(shù)法上海市生態(tài)安全評價與對策研究

聞熠1,2, 肖濤1,2, 談晟薈3, 王志強(qiáng)1,2, 石強(qiáng)勝1,2,*

1. 九江學(xué)院, 江西省長江流域產(chǎn)業(yè)生態(tài)模擬與環(huán)境健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 九江 332005 2. 九江學(xué)院, 江西長江經(jīng)濟(jì)帶研究院, 九江 332005 3. 上海師范大學(xué), 環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院, 上海 200234

城市生態(tài)安全的定量評估對于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的指導(dǎo)意義。文章基于PSR模型和相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù), 構(gòu)建了生態(tài)安全評價指標(biāo)體系和評價模型, 結(jié)合熵權(quán)法對各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán), 利用突變級數(shù)法對2005—2015年上海市生態(tài)安全狀況做出定量評價, 并對其狀態(tài)進(jìn)行分級, 研究結(jié)果表明: 2005—2015年間, 上海市生態(tài)安全狀態(tài)可分為兩個階段, 2005—2009為生態(tài)安全上升期, 生態(tài)安全指數(shù)從0.8633上升到2009年的0.9497, 安全等級由V級上升到III級; 2009—2015年期間則為下降時期, 生態(tài)安全指數(shù)從0.9497下降至2015年的0.8981, 安全等級則從III級下降到V級, 期間雖有所上升, 但生態(tài)安全級別仍處于V級。整體而言, 由于受到來自人類活動的巨大壓力, 城市生態(tài)安全水平較低, 可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；谘芯拷Y(jié)果, 為提高上海市生態(tài)安全水平, 促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展, 政府需要采取一些措施, 具體可從以下角度來考慮, 進(jìn)一步加強(qiáng)對城市環(huán)境的監(jiān)督和治理, 以實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)增長的同時也兼顧環(huán)境的質(zhì)量提升, 控制人口增長, 改善能源結(jié)構(gòu), 提高清潔能源的使用比例, 同時改進(jìn)技術(shù), 提高能源利用效率, 降低能耗, 減少排放; 加大對教育, 科技和社會福利性事業(yè)的投入力度, 促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展, 提高城市生態(tài)安全水平。研究旨在為上海市生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展提出理論支持和參考。

生態(tài)安全; PRS模型; 熵權(quán)法; 突變級數(shù)法; 上海市

0 前言

城市生態(tài)安全是指城市賴以生存和發(fā)展的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于一種不受污染和不受危害的良好狀態(tài)。此時, 城市保持著一種完善的結(jié)構(gòu)和健全的生態(tài)功能, 并具有一定的自我調(diào)節(jié)和凈化能力[1-4]。城市作為一個人口大量聚集。商業(yè)高度繁榮, 工業(yè)生產(chǎn)和生活密切相關(guān)的地域, 構(gòu)成一個獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng), 并且是不斷演化的、動態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)[5-6]。城市生態(tài)安全是一個國家或區(qū)域生態(tài)安全的基礎(chǔ)和核心[7-8],因此如何定量的評估城市生態(tài)安全狀態(tài), 加強(qiáng)市生態(tài)環(huán)境建設(shè)及其自身全方位的基礎(chǔ)能力建設(shè), 維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境安全, 對于城市、區(qū)域和國家的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。上海作為中國的經(jīng)濟(jì)中心, 近年來, 城市發(fā)展迅速, 在城市迎來大發(fā)展的同時, 也派生出諸多城市問題, 如人口大量集聚導(dǎo)致用地緊張, 汽車尾氣排放導(dǎo)致大氣污染、白色垃圾堆放導(dǎo)致土壤污染等[9-11], 這些狀況使得人地矛盾日益加深, 城市生態(tài)安全面臨著巨大挑戰(zhàn)。

對于城市生態(tài)安全的研究, 國內(nèi)外取得了一定的研究成果。從研究方法來看, 主要有PSR及其擴(kuò)展模型DPSIR[12]、生態(tài)足跡模型[13-14]、景觀生態(tài)模型[15-16]和數(shù)字地面模型[17]等。代表性的評價方法主要有層次分析法[18]、綜合指數(shù)法[19]、灰色關(guān)聯(lián)法[20]、主成分投影法[21]、突變級數(shù)法[22]、模糊綜合法[23]、物元評判法[24]等方法, 由于區(qū)域之間存在差異性、復(fù)雜性、多樣性, 因而生態(tài)安全評價指標(biāo)體系尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn); 從研究內(nèi)容來看, 主要是研究某個城市或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的生態(tài)安全狀況及其變化趨勢, 分析系統(tǒng)層和目標(biāo)層生態(tài)安全的時空變化趨勢[25]。由于影響城市生態(tài)安全的因素非常復(fù)雜, 且各因素之間的關(guān)系往往是非線性的, 難以通過特定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行準(zhǔn)確描述, 因此需要從非平穩(wěn)態(tài)的視角來評價和分析城市生態(tài)安全狀況, 這將有助于在城市管理過程中, 制定針對性的防范措施。近年來, 一種新的評估方法—突變級數(shù)法開始被應(yīng)用于城市生態(tài)安全評價中。如魏婷等針對港灣快速城市化地區(qū)存在的潛在突變特性, 基于PSR框架和突變級數(shù)法, 對廈門的城市生態(tài)安全進(jìn)行了探索[26]; 李亞男等基于突變級數(shù)法和PSR模型構(gòu)建相關(guān)評價指標(biāo)體系, 對千島湖流域2008—2011年間的生態(tài)安全評估[22]; 但是在大部分研究中, 指標(biāo)權(quán)重的判定往往都存在著一定的隨意性, 從而影響到綜合評價的正確性和科學(xué)性。為消除人為主觀因素, 本文采用熵權(quán)法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán), 并采用突變級數(shù)法對評價指標(biāo)進(jìn)行逐層向上歸一計算, 以期客觀、定量的對上海市2005—2015年生態(tài)安全狀況做出評價, 并基于研究結(jié)果為區(qū)域的發(fā)展提出建議, 促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

上海位于中國華東地區(qū), 地理位置介于120° 52′—122°12′E, 30°40′—31°53′N之間, 地處長江入?？? 地勢較低, 平均海拔高度4米, 總面積約為6340 km2, 夏季多雨, 日照充分, 四季分明, 冬季均溫在零度以上, 屬于典型海洋性亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)。上海市下轄16個市轄區(qū)。根據(jù)上海統(tǒng)計年鑒顯示, 截至2022年末, 上海市常住人口總數(shù)為2488.2萬人, 實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)38700.6億元。上海作為國際知名大都市, 是我國的國際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)、科技創(chuàng)新中心, 在國家現(xiàn)代化建設(shè)大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。但是由于在城市化高度發(fā)展和人口劇增, 使得人類活動對自然資本的需求也在增大, 與國外發(fā)達(dá)國家城市相比, 能耗水平仍然較高, 污染物排放也較嚴(yán)重, 生態(tài)系統(tǒng)正承受的巨大的壓力[27-28], 城市生態(tài)安全受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[29]。因此, 對其生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行定量評價, 并基于研究結(jié)果提出相關(guān)的對策和發(fā)展建議, 以促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

2 評價指標(biāo)體系與研究方法

了解城市生態(tài)安全的狀況對維護(hù)城市的持續(xù)發(fā)展十分必要, 它是正確決策的基礎(chǔ), 而客觀的評價結(jié)果前提是要有科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系[30]。城市生態(tài)安全評價體系的建立需要遵循以下原則: (1)科學(xué)性。設(shè)置的指標(biāo)體系要能夠客觀地反映城市生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)及其復(fù)雜性, 必須建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上, 真實(shí)地反映城市生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。(2)綜合性。城市生態(tài)系統(tǒng)是一個融自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為一體的復(fù)合系統(tǒng)。要求設(shè)置的指標(biāo)體系既能反映城市生態(tài)安全局部的、當(dāng)前的和單項(xiàng)的特征,又能反映全面的、長遠(yuǎn)的和綜合的特征。(3)簡潔性。指標(biāo)體系要求完備、簡潔, 盡量選取有代表性的指標(biāo)和主要指標(biāo)。指標(biāo)要概念明確,簡明易行,計算方法簡便, 各指標(biāo)之間涵義不重復(fù)。(4)層次性。指標(biāo)體系應(yīng)適應(yīng)評價需要和功能的不同層次, 并在此基礎(chǔ)上將指標(biāo)分類, 力求清晰, 應(yīng)用方便; (5)適用性。即指標(biāo)體系的設(shè)計應(yīng)既能滿足綜合評價的需要, 又能保證資料數(shù)據(jù)取得容易[31]。

2.1 評價指標(biāo)體系建立

生態(tài)安全評價體系是由眾多基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建的, 國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織提出的PSR模型中, 最終評價體系由三個系統(tǒng)構(gòu)成, 即壓力系統(tǒng)(p), 其主要包含人類對環(huán)境造成影響的相關(guān)指標(biāo); 狀態(tài)系統(tǒng)(S), 主要是指能反映自然資源、環(huán)境狀況和生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的相關(guān)指標(biāo); 響應(yīng)系統(tǒng)(R), 包含體現(xiàn)人類面臨環(huán)境問題時所采取行動和對策的相關(guān)指標(biāo)[12]?；赑SR的概念分析和相關(guān)研究成果[32-33], 遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性和可操作性的原則, 本文將系統(tǒng)壓力(p)分為4級子指標(biāo), 即人口壓力、資源壓力、環(huán)境壓力、社會壓力; 系統(tǒng)狀態(tài)(S)分為3級子指標(biāo), 即經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、資源狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài); 系統(tǒng)響應(yīng)(R)分為3級子指標(biāo), 即經(jīng)濟(jì)響應(yīng)、環(huán)境響應(yīng)和社會響應(yīng)?？傮w評價目標(biāo)層下建立準(zhǔn)則層、因素層和指標(biāo)層, 以此來構(gòu)建上海市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系, 具體如(表1)所示。

2.2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)資料來源于《上海市統(tǒng)計年鑒》(2006— 2016)、《上海市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》(2005—2015)和上海市環(huán)境保護(hù)局。大部分指標(biāo)從相關(guān)年鑒和部門可直接獲取, 少部分指標(biāo), 如萬元GDP廢水排放量(噸)、萬元GDP工業(yè)廢氣排放量(標(biāo)立方米)、萬元GDP固體廢棄物排放量(噸)、地方財政支出占GDP比重(%), 通過對相關(guān)數(shù)值的計算獲得。

2.3 基于熵權(quán)法的權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類, 主觀賦權(quán)法具有一定的隨意性, 而客觀賦權(quán)法主要以實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 在一定程度解決了主觀賦權(quán)法的缺陷[34]。熵權(quán)法是客觀賦權(quán)法的一種, 其基本思想是人們在決策中獲得信息的多少和質(zhì)量是精度和可靠性大小的決定因素之一[19, 35-36]。本文采用熵值法計算各指標(biāo)的權(quán)重, 步驟如下:

(1)計算第個指標(biāo)下第年的指標(biāo)數(shù)值的比重:

(2)計算第個指標(biāo)的熵值:

(3)計算第個指標(biāo)的權(quán)重:

通過上述方法, 從而計算出上海市城市生態(tài)安全各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重, 如表1所示。由權(quán)重計算可知, 壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)與響應(yīng)指標(biāo)所占權(quán)重分別為: 0.29, 0.4119, 0.3261, 說明經(jīng)濟(jì), 資源和環(huán)境是影響上海市生態(tài)安全的主要因素。

表1 上海市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

2.4 基于突變級數(shù)法的上海市生態(tài)安全評價方法

突變級數(shù)法由法國數(shù)學(xué)家Rene Thom所創(chuàng)立, 目標(biāo)進(jìn)行多層次矛盾分解, 將突變理論與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生突變模糊隸屬函數(shù), 利用歸一化公式進(jìn)行綜合量化運(yùn)算, 求出總的隸屬函數(shù)[37]。與其他方法相比, 突變級數(shù)法權(quán)衡了各評判指標(biāo)的相對重要性, 定性與定量相結(jié)合, 避免了主觀性較大的“權(quán)重”概念, 且方法簡易準(zhǔn)確[38], 尤其適用于多目標(biāo)綜合評價[39]。因此, 本文將突變級數(shù)法引入到上海市生態(tài)安全的評價中, 同時本文選取熵值法來計算各層次評價指標(biāo)權(quán)重的大小, 并根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行排序, 從而克服指標(biāo)排序中存在的主觀性問題, 保證了各項(xiàng)指標(biāo)所排順序與對應(yīng)重要程度一致, 更加科學(xué)、合理[40]。

在運(yùn)用該模型時, 需要明確以下幾點(diǎn): 第一, 突變模型的研究對象是勢函數(shù), 根據(jù)突變理論, 當(dāng)一個系統(tǒng)狀態(tài)下包含一個指標(biāo)時, 可視為折疊突變, 以此類推, 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)包含二、三、四個下層指標(biāo)時, 模型分別為尖點(diǎn)突變、燕尾突變和蝴蝶突變; 第二, 下層指標(biāo)在向上歸一時, 需要明確各個指標(biāo)的重要性, 根據(jù)重要性的大小, 依次用_DDd進(jìn)行計算。本文采取熵權(quán)法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行確權(quán), 根據(jù)權(quán)重的大小對指標(biāo)進(jìn)行重要性排序; 第三, 在下層指標(biāo)向上歸一時, 遵循兩個原則, 即互補(bǔ)性和非互補(bǔ)性原則。如果系統(tǒng)中多個控制變量之間存在相互關(guān)聯(lián)的性質(zhì), 則取突變級數(shù)法計算后的均值作為該指標(biāo)層向上歸一的依據(jù); 如果系統(tǒng)中多個控制變量之間相互獨(dú)立, 向上歸一時取極小值, 即大中取小[42]。對本文而言, 指標(biāo)層、因素層遵循互補(bǔ)性原則, 取計算后的均值作為向上歸一的標(biāo)準(zhǔn), 準(zhǔn)則層遵循非互補(bǔ)性原則, 取計算后的極小值作為向上歸一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)突變理論和互補(bǔ)性原則, 構(gòu)建上海市生態(tài)安全評價的突變模型, 如圖1所示。

表2 常見初等突變模型分歧集方程

圖1 上海市生態(tài)安全評價突變模型

Figure 1 Catastrophe model of ecological security assessment in Shanghai

2.5 生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)劃分

根據(jù)前人的研究結(jié)果, 常規(guī)生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)往往分為5級, 即I、II、III、IV、V, 相對應(yīng)的生態(tài)安全綜合指數(shù)分別為1、0.8、0.6、0.4、0.2[36, 43-44]。由于經(jīng)突變級數(shù)法計算后得到的評價數(shù)值相對較高, 需要將常規(guī)評價標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)值轉(zhuǎn)化為突變級數(shù)法下的數(shù)值, 作為新的評價標(biāo)準(zhǔn)。具體換算過程為: 在指標(biāo)體系構(gòu)建、重要性排序完成的前提下, 設(shè)指標(biāo)層的數(shù)值為相對應(yīng)的常規(guī)評價值, 以第V級標(biāo)準(zhǔn)為例, 相對應(yīng)的常規(guī)值為0.2, 則指標(biāo)層數(shù)據(jù)按0.2計算, 根據(jù)重要性大小逐層向上歸一, 最終得到目標(biāo)層下第V級標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)安全評價值。經(jīng)計算, 上海市生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)等級劃分如表3所示。

3 結(jié)果與分析

基于前文的研究方法, 得到上海市2005-2015年生態(tài)安全的綜合評價結(jié)果以及相關(guān)分類指標(biāo)的測度結(jié)果。如表4和圖2所示。

3.1 生態(tài)安全結(jié)果分析

由表4、圖3可知, 上海市2005年生態(tài)安全指數(shù)從0.8633上升到2009年的0.9497, 對應(yīng)的生態(tài)安全級別從V級上升為III級; 2009—2011年的生態(tài)安全指數(shù)變化不大, 維持在III級(0.9497)邊界線上下; 2011—2013年, 生態(tài)安全指數(shù)有所下降, 生態(tài)安全級別從IV級(0.9471)轉(zhuǎn)為V級(0.8981); 2013—2015年, 生態(tài)安全指數(shù)雖有所上升, 但生態(tài)安全級別仍處于V級?？偟膩砜? 上海市2005—2015年生態(tài)安全發(fā)展趨勢分為兩個時間段, 即2005—2009為上升時期, 2009—2015年為下降時期, 生態(tài)安全水平整體較低。上海市最終生態(tài)安全指數(shù)由壓力層、狀態(tài)層及響應(yīng)層生態(tài)安全指數(shù)共同決定, 在突變級數(shù)法計算下獲得目標(biāo)層生態(tài)安全指數(shù), 因此需對分類指標(biāo)層的變化趨勢及原因展開進(jìn)一步分析。

3.2 分類指標(biāo)結(jié)果分析

3.2.1 系統(tǒng)壓力層變化分析

系統(tǒng)壓力層的波動起伏較大, 2005年系統(tǒng)壓力指數(shù)為0.659, 安全級別為V級, 后波動上升到2011年的極值點(diǎn)0.9355, 對應(yīng)的安全級別為III級。從指標(biāo)層分析來看, 2005—2011年, 上海市人均日居民生活用水量呈下降趨勢, 從2005年的128升每人下降到2011年的113升每人; 人均擁有用道路面積呈上升趨勢, 從2005年的15.4平方米每人上升到2011年的18.44平方米每人; 人均擁有公共綠地面積從2005年的11.01平方米每人上升到2005年的13.1平方米每人。同時, 三廢(工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣、固體廢棄物)的萬元生產(chǎn)能耗在逐年下降, 在一定程度上緩解了系統(tǒng)壓力, 使得這一時間段上海市生態(tài)系統(tǒng)壓力朝著良性的狀態(tài)發(fā)展。從2011年開始, 系統(tǒng)壓力的安全級別在波動下降, 從III級下降到V級。期間, 上海市的人口密度逐年增加, 從2011年的3 702人每平方公里增加到2015年的3 809人每平方公里; 11年里, 人口自然增長率只有兩個年份出現(xiàn)了正值, 分別是2012年的0.26‰和2014年的0.32‰, 在一定程度上使得生態(tài)系統(tǒng)壓力增加; 60歲及其以上人口占總?cè)丝诒戎? 從前一個時間段(2005—2011年)的年均增幅0.1%增速到0.65%, 增幅6倍多, 可以看出老齡化人口在急劇增加?？偨Y(jié)而言, 由于人口增加和集聚、老齡化加速、地方財政支出增加, 這些因素導(dǎo)致了系統(tǒng)壓力增大, 使得這一時間段的系統(tǒng)壓力評分過低。

表3 上海市生態(tài)安全評價等級標(biāo)準(zhǔn)

表4 上海市2005—2015年生態(tài)安全測度結(jié)果

圖2 2005—2015年上海市系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)響應(yīng)及生態(tài)安全變化

Figure 2 Systematic pressure, system state, system response and ecological security changes in Shanghai from 2005 to 2015

3.2.2 系統(tǒng)狀態(tài)層變化分析

系統(tǒng)狀態(tài)的波動較大, 評價結(jié)果主要分為三種狀態(tài); 即V級、IV級和III級?？煞譃閮蓚€時間段, 即2005—2011年為緩慢上升階段; 2011—2015年為緩慢下降階段。就緩慢上升階段而言, 人均地區(qū)生產(chǎn)總值呈上升趨勢, 從2005年的51474元每人增長到2011年的82560元每人, 年均增長4440元。城市居民恩格爾系數(shù)是反映人民生活水平的一個良好指標(biāo), 其值越小, 人民生活水平越好。在這個時間段里, 城市居民恩格爾系數(shù)總體呈波動下降趨勢, 從2005年的35.9%下降到2011年的35.5%; 能源消費(fèi)彈性系數(shù)也呈下降趨勢; 綠化覆蓋率、自然保護(hù)區(qū)面積和空氣環(huán)境質(zhì)量都呈上升趨勢。上述一些指標(biāo)因子的變化, 使得這一時間段的系統(tǒng)狀態(tài)朝著良好方向發(fā)展。2011年以后, 系統(tǒng)狀態(tài)評分變低, 從指標(biāo)層分析來看, 糧食產(chǎn)量從2011年的121.95萬噸下降到2015年的112.08萬噸; 酸雨率自2011年以后, 始終維持在一個較高的水平, 5年間的均值為71.22%; 空氣質(zhì)量優(yōu)良率自2011的92.3%和2012的93.7%后急劇下降, 后三年的空氣質(zhì)量優(yōu)良率維持在80%水平以下。由此可見環(huán)境質(zhì)量的下降是導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)評分下降的主要因素。

3.2.3 系統(tǒng)響應(yīng)層變化分析

系統(tǒng)響應(yīng)的變化趨勢可分為三個時間段, 即2005—2009年為上升階段(V級—III級)、2009—2013年為下降階段(III級—V級)、2013—2015年為上升階段(V級—III級)。教育占比、三產(chǎn)占比和科研占比始終是增長狀態(tài), 年增長率分別為0.01%、1.57%、0.13%, 使得系統(tǒng)響應(yīng)評分增加。環(huán)保占比、每萬人醫(yī)生數(shù)的變化趨勢與系統(tǒng)響應(yīng)的變化趨勢一致。2009—2013年環(huán)保占比的比重持續(xù)下降, 從3.06%下降到2.81%; 每萬人醫(yī)生數(shù)從27人下降到22人, 這是導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)評分在這一時間段下降的主要因素。對廢水、固體廢棄物和生活垃圾無害化的處理率總體呈波動上升趨勢, 其中生活垃圾無害化處理率2014和2015年達(dá)到了100%, 在一定程度上使得系統(tǒng)響應(yīng)評分增加。

4 討論與結(jié)論

本文以上海市為研究區(qū), 根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況, 基于PSR模型建立指標(biāo)系統(tǒng), 利用熵權(quán)法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán), 并采用突變級數(shù)法對評價指標(biāo)進(jìn)行逐層向上歸一計算, 對上海市2005—2015年間的生態(tài)安全狀態(tài)做出評價。該研究方法在一定程度上消除了傳統(tǒng)研究中主觀性較大的局限性, 使研究結(jié)果更加符合研究區(qū)實(shí)際情況, 并基于研究結(jié)果為區(qū)域的發(fā)展提出相關(guān)建議, 以期促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。但是也存在的一定的局限性, 主要表現(xiàn)為: (1)考慮到相關(guān)數(shù)據(jù)獲取的難度與精度, 基于PSR模型構(gòu)建指標(biāo)體系時, 舍棄了一些不連續(xù)的指標(biāo), 以至蝴蝶模型體現(xiàn)不充分。在今后的研究中, 可以運(yùn)用合理的插值法將缺失的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行插值、補(bǔ)全, 使得指標(biāo)層數(shù)據(jù)更加充分、涵蓋類型更加廣泛[45-46]; (2)通過突變級數(shù)法計算后得到的評價數(shù)值相對較高, 與其他的研究得到的閾值相比, 該模型將生態(tài)安全閾值大幅提高, 這很容易造成城市生態(tài)不安全狀態(tài)被夸大, 從而引起一定的誤導(dǎo)[47-49]。本文將突變級數(shù)法在城市生態(tài)安全評價中的應(yīng)用做了一個初步嘗試, 在接下來的相關(guān)研究中, 會針對這一現(xiàn)象找出相關(guān)的改進(jìn)方法, 以求更科學(xué), 更客觀地反映城市生態(tài)安全狀況。

酸雨率一直居高不下, 空氣質(zhì)量優(yōu)良率在2013年實(shí)行新的評價標(biāo)準(zhǔn)以后, 達(dá)標(biāo)率大幅下降, 建成區(qū)綠化覆蓋率和自然保護(hù)區(qū)覆蓋率雖有所上升, 但相關(guān)指標(biāo)仍然偏低。為提高環(huán)境質(zhì)量, 需減少二氧化硫及工業(yè)煙粉塵的排放量, 堅(jiān)決實(shí)行達(dá)標(biāo)排放, 實(shí)行合理的獎懲機(jī)制, 同時大力發(fā)展科技, 降低每萬元GDP的工業(yè)三廢產(chǎn)量。同時, 加大環(huán)境保護(hù)投資, 建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施, 興建公園, 增加城市綠地面積。

在資源使用方面, 提倡環(huán)保節(jié)約。一是加強(qiáng)宣傳, 提高公民的環(huán)保意識, 降低人均用水量、用電量等自然資源消耗速度; 二是加大高新節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)和投入使用量, 在技術(shù)層面上降低能源消耗量。近些年上海市建成區(qū)擴(kuò)張迅速, 占用了大量的未建設(shè)用地資源, 在城市快速擴(kuò)張的同時, 要合理的規(guī)劃城市空間結(jié)構(gòu), 高效、合理的使用土地資源。

在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面, 要進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu), 提高綠色能源、清潔能源的使用比例, 減小對傳統(tǒng)化石能源的依賴。例如在交通方面, 提倡綠色出行, 鼓勵和支持清潔能源交通工具的使用, 增加的充電樁, 優(yōu)化公交路線, 大力發(fā)展公共交通工具; 在工業(yè)生產(chǎn)方面, 進(jìn)一步加大天然氣替代力度。同時大力發(fā)展太陽能、風(fēng)電等新能源。

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Study on ecological security evaluation and countermeasure of Shanghai based on entropy and catastrophe progression method

Wen Yi1,2, Xiao Tao1,2, Tan Shenghui3, Wang Zhiqiang1,2, Shi Qiangsheng1,2,*

1. Jiangxi Provincial Key Laboratory for Industrial Ecological Simulation and Environmental Health in Yangtze River Basin, Jiujiang University, Jiujiang, 332005,China 2.Jiangxi Yangtze River Economic Zone Research Institute, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China 3. School of Environmental and Geographical Science, Shanghai Normal University, Shanghai 2000234, China

Quantitative assessment of urban ecological security is of great significance to regional sustainable development. Based on the PSR model and related statistical data, an ecological security evaluation model was constructed. The entropy method was used to empower the indicators, and the catastrophe progression method was used to treat Shanghai from 2005 to 2015. The city's ecological security status was evaluated. The results showed that the development trend of ecological security in Shanghai could be divided into two periods: 2005-2009 was the rising period; the ecological security level was raised from the V level to the third level; the period from 2009 to 2015 was the decline period, and the ecological security level was from III. The level dropped to level V. Overall, the level of urban ecological security was low. Based on the research results, in order to improve the level of ecological security and promote the sustainable development of Shanghai, the government needs to take some measures by controlling population growth, improving energy structure and increasing the proportion of clean energy use. At the same time, we should improve technology and improve energy efficiency, and increase investment in education, science and technology and social welfare undertakings. This paper aims to provide theoretical support and reference for the ecological security and sustainable development of Shanghai.

ecological security; PRS model; entropy weight method; catastrophe progression method; Shanghai

聞熠, 肖濤, 談晟薈, 等. 基于熵值-突變級數(shù)法上海市生態(tài)安全評價與對策研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(3): 124–132.

Wen Yi, Xiao Tao, Tan Shenghui, et al. Study on ecological security evaluation and countermeasure of Shanghai based on entropy and catastrophe progression method[J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 124–132.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.014

F205

A

1008-8873(2022)03-124-09

2019-03-17;

2019-05-17

國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(32000371); 江西省長江流域產(chǎn)業(yè)生態(tài)模擬與環(huán)境健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2021年開放基金項(xiàng)目(JJ2021007); 九江學(xué)院博士科研啟動基金項(xiàng)目(8696109)

聞熠(1988—), 男, 副教授, 主要從事可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境管理等方面的研究, E-mail: jju1669@163.com

石強(qiáng)勝, 男, 博士, 副教授, 主要從事生命科學(xué)研究, E-mail: qiangshengjob@163.com