基于熵权的川北城市生态系统健康综合评价

胡碧玉,胡昌升,郭郡郡

(1.四川职业技术学院,四川 遂宁 629000;2.四川省遂宁市人民政府,四川 遂宁 629000;3.西华师范大学区域经济研究所,四川南充637009)

20世纪80年代末,在可持续发展思想的推动下,相关学者提出了生态系统健康的概念,生态系统健康指结合人类健康,在生态学框架下对生态系统状态特征的一种系统诊断方式,但目前关于这一概念的确切定义,国内外学者并未达成共识[1-3]。伴随着人们对生态环境的日益关注,对生态系统健康的研究也越来越深入,众多学者分别从不同的学科视角和研究个案出发,对生态系统健康的概念、生态系统健康的影响因子及评价指标的选择和方法等方面进行了研究[4-6]。早期学者主要关注自然生态系统的健康,大部分研究主要集中在湖泊/流域生态系统健康评价[7],森林生态系统健康长期监测[8],农业生态系统健康评价[9]等方面。但近年来,对城市生态系统健康的研究逐渐成为理论界关注的热点,例如Jerry等人[10]采用驱动力-压力-状态-暴露-影响-响应(DPSEEA)探讨了城市生态系统健康的概念及建立评价指标体系的理论、方法的建立问题。郭秀锐等[11]从活力、组织结构、恢复力、生态系统功能的维持、人群健康状况等方面构建了城市生态系统健康评价指标体系,并采用模糊数学方法建立了评价模型。曾勇等[12]用压力-状态-响应机制建立了评价指标体系,并用模糊优选模型对上海市城市生态系统健康进行了时间序列评价。官东杰等[13]从城市生态系统结构功能、可持续利用能力和动态变化等方面出发,提出评价城市生态系统健康的初级指标体系,并用模糊综合评价法对重庆的城市生态系统健康进行了评价。

综合而言,已有的城市生态系统健康研究主要是对单个城市的评价,城市之间的比较研究相对较少,在对生态系统健康评价指标的选择方面,国内外学者也未达成一致意见[10]。针对目前的研究现状,在总结以往学者研究成果的基础上,本文尝试构建城市生态系统健康评价的指标体系,并对川北地级城市南充、达州、遂宁、广安、巴中、广元进行比较研究。

1 评价指标体系的建立

1.1 评价指标的选择

理论界并没有公认的城市生态系统健康评价应的指标体系。Rapport认为[1],生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性,这一概念是针对一般的生态系统而言,而城市生态系统是受人类活动干扰最强烈的地区,它已经演化为一种高度人工化的自然-社会-经济复合生态系统。国家环保局也将环境保护,经济发展,社会进步3个方面作为我国生态城市的评价标准。因此,在参考了相关文献的基础上[14-15],本文从经济、社会、环境3个方面构建城市生态系统健康评价的指标体系(表1)。

表1 川北城市生态系统健康评价指标体系

1.2 评价标准

目前学术界尚无统一认可的城市生态系统健康评价标准,在参照以往学者研究的基础上[16-18],依据国家对健康城市的要求和国家环保局健康城市建设的标准,我们将城市生态系统健康评价标注分为5个等级,即病态,不健康,临界状态,健康,很健康(见表2)。并以国内的园林城市、环保模范城市的建议值作为很健康的标准值,以全国最低值为病态的限定值,在前者基础上向下浮动20%作为健康和临界状态的划分标准值,在后者基础上向上浮动20%作为不健康和临界状态的划分标准值,前后两次确定的临界状态标准值相互调整得到最终值。

表2 川北城市生态系统健康评价指标分级标准

2 评价方法

2.1 指标权重的确定

指标权重确定的方法很多,概括起来主要有主观赋权法,客观赋权法以及组合赋权法3类。本文应用客观赋权法中的熵值法赋予指标权重,熵值法就是根据各指标传输给决策者的信息量的大小来确定指标权数的方法。某项评价指标的差异越大,熵值越小,该指标包含和传输的信息越多,相应权重越大。其步骤为[19]：

(1)将各项指标数值进行归一化处理(1)

式中：aij——第i个参评对象第j个评价指标的标准化值;xij——第i个参评对象第j个评价指标的原始值;n——参评对象的个数;m——评价指标的个数。

(2)计算评价指标的熵值H j

式中：k——调节系数,且k=1/ln n;aij——第i个参评对象第j个评价指标的标准化值。

(3)将熵值转换为反映差异大小的权数wj。

根据以上步骤,将川东北6个城市的各指标现状值(表1)代入,求得川东北城市生态系统健康评价指标权重(表3)。

表3 川东北城市生态系统健康评价指标权重

2.2 城市生态系统健康的综合评价

生态系统健康水平是一个相对的概念,可以作为一个模糊问题处理,采用模糊数学的方法判断城市复合生态系统的健康水平,其步骤为[20-21]：

(1)确定被评价对象的因子论域X={x1,x2,x3,…,xn}和评语论域V={v1,v2,v3,…,vm}。

同时，我们也要认识到，考试本身与教育教学并不矛盾。只要我们的教育教学是真教育真教学，能引起学生共鸣、打动学生内心，学习的过程也就是帮助学生在收获良好素质的同时也获得实实在在分数的过程。

(2)在被评价对象的因子论域X与评语等级V之间进行单因子评价,建立模糊关系矩阵R,即：

式中：rij——因子论域X中第 i个因素 xi对应于评语论域V中第j个等级vj的相对隶属度。相对隶属度的计算是模糊数学方法的关键,相对隶属度的计算分正向指标和负向指标,等级健康的标准值取范围的平均值。

对正向指标,其计算公式为：当xi≥si5时,ri5=1,

对负向指标,其计算公式为：当 xi≥si1时,ri1=1,

式中：rij——第i个指标对第 j级标准的相对隶属度xi——第i个指标的现状值;sij——第 i个指标的第 j级健康标准值。

(3)确定模糊矩阵综合评价模型为：B=Wi◦R=(B1,B2,B3,B4,B5),Wi=(w1,w2,w 3,…,wi),式中B——城市生态系统健康判断结果;Wi——用熵权法确定的各评价指标对城市生态系统健康的权重。

3 评价结果与讨论

3.1 评价结果

将川北城市各指标的现状值代入综合评价模型,并分别赋予评语很健康,健康,临界状态,不健康,病态分数为10,8,6,4,2,可得川北城市生态系统健康评价结果：

图1 川北城市生态系统健康评价结果

(2)川北城市生态系统各评价要素的健康优劣排序结果如图2所示：经济要素的健康最优为广安(3.219),按最大隶属度原则均处于病态,且对病态隶属度最小的为广安(0.064 7);社会要素的健康最优为广安(5.799),按最大隶属度原则均处于病态,且对病态隶属度最小的为广安(0.284);环境要素的健康最优为南充(6.034),按最大隶属度原则除南充属于很健康外,其余5个城市均属于病态,但南充对病态和不健康的隶属度之和要高于对健康和很健康的隶属度之和。

图2 川北城市各要素生态系统健康评价结果

(3)按最大隶属度原则,川北城市生态系统健康状况均处于病态,除南充的环境要素属于很健康外,川北城市的经济、社会、环境各要素也均处于病态。经济发展的主要问题在于,资源利用的效率低以及可持续发展的能力差。社会进步主要受城市的服务能力的影响。环境结构层次低以及环境恢复能力差则成为环境要素病态的主要原因。值得一提的是,在创建全国优秀旅游城市的过程中,南充加强了对环境保护的重视,并加大了环保基础设施的投入,取得了不错的效果,其环境要素是川北6市中唯一处于很健康状态的要素。

(4)对各评语集赋予分数后表明,相对而言,南充是川北6市中生态系统健康状况最好的城市,城市生态系统健康综合排名在川北6市中居第一,经济、社会和环境3个要素的生态系统健康则分别位于川北6市中的第二,第三和第一。但是与其他5市相比,南充的优势并不明显,例如经济要素的生态系统健康劣于广安,社会要素的生态系统健康则劣于广安和达州。因此,以城市生态系统健康为视角,川北并没有明显的区域中心城市。

3.2 讨 论

由于城市生态系统健康及其评价是一门正在兴起的学科,其理论和方法还不成熟,很多问题还有待进一步研究和解决。

(1)评价指标体系的确定带有一定的主观性。从不同角度出发,采用不同方法,就有许多不同的指标值得重视和考虑。且由于数据的获得性等原因的限制,还有许多因子并未考虑,这为城市生态系统健康指标体系的研究留下了空间。

(2)由于城市生态系统是一个经济-社会-环境复合生态系统,城市系统中各要素不是孤立地存在,每个要素在系统中都处于一定的位置上,起着特定的作用。要素之间相互关联、互相依存、互相影响,构成了一个不可分割的有机整体。但我们在评价过程中并未综合考虑他们之间的相互作用,这也是今后的研究值得特别关注的问题。

4 结语

在总结目前提出的一般生态系统健康的概念和分析城市生态系统特征基础上,本文归纳了城市生态系统健康的内涵及城市生态系统健康评价的理论,并从经济、社会、环境3个方面建立了城市生态系统健康评价的指标体系,采用熵值法赋予指标权重,应用模糊数学方法构建评价模型,对川东北6市的城市生态系统状况进行了评价和比较。本研究采用熵值法确定各评价指标的权重,避免了其他赋权方法的主观性,使评价指标权重的确定更趋科学、合理。同时采用模糊数学方法评价城市生态系统健康级别隶属度状态,从而避免了城市生态系统健康评价标准难以确定的问题。

(1)川东北6市的城市生态系统健康受社会要素的影响较大,经济要素的影响要小于社会要素,而环境要素的影响最小。

(2)按最大隶属度原则,川东北6市的城市生态系统健康均处于病态,且病态隶属度最小的为广安;经济要素和社会要素的生态系统健康,川东北6市均处于病态,且对病态隶属度最小的均为广安,环境要素除南充处于很健康外,其余5市均处于病态。

(3)在对各评语集赋予数值后,川东北6个城市生态系统健康综合状况的排序为：南充,达州,广安,遂宁,广元,巴中。

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