基于层次分析法的重庆市城乡结合部生态系统健康评价

谷 雨,刘 昕,邓红兵 (中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京 100085)

我国已进入快速城市化期,城市环境污染边缘化问题日益显现,影响城乡协调发展[1-2].党的十七大报告强调要统筹城乡发展,实施城乡一体化的环境保护战略,把城市及周边地区的生态建设放到更加突出的位置.

城乡结合部伴随城市化进程迅速推进而出现,是城市化较为剧烈的地域.城乡结合部在交通区位上,处于区域干道与城市道路交接处,具双向辐射的交通条件[3];在地域功能上,有城市服务功能渗透[4];在土地利用规划上,是城市建设备用区[5-6];在人口特征上,其人口密度介于中心城区和周边农村之间[7],实际居住者大多从事非农职业[8];从生态系统角度考虑,它是城市与乡村两大生态系统交接的生态交错带,具一定生态脆弱性和系统复杂性[9-10].

Russwurm[11]基于城乡连续体概念,采用非农业人口与农业人口的比例对城乡结合部进行了定量化界定,指出:该比例小于等于 0.2的区域为农村、0.3～1.0之间为半农区、1.1～5.0之间为半城区、大于5.0为城市区域,这一划分标准在不同城市得到了应用[12].目前针对城乡结合部的研究多注重特征和问题的定性探讨,定量评价集中于土地利用方面[13-14],缺乏对生态系统整体状态的有效表征,系统的生态系统健康评价方法尚未完全确立.

生态系统健康是一门关于人类活动、社会组织和自然系统的综合性科学[15],理论基础与人类健康学相似[16].评价的普遍方法是对生态系统结构和功能的综合指标进行辨别[17],以反映生态系统的整体特征.一般认为生态系统健康有两个层次:生态系统自身状态健康,及生态系统能为人类提供相应服务[18-20].生态系统健康评价主要有两大类别[17]:指示物种评价(更适合自然生态系统)与结构功能指标评价.后一类别中的指标体系评价较适合复合生态系统(如城市与城乡结合部),相关研究中指标体系的构建和计算常使用层次分析法[21-22].

城乡结合部的生态系统健康状况不仅关系到当地居民的生活安全、城市的整体形象,更是关系到整个城市人居环境和可持续发展的重大议题.应用层次分析法构建合适的指标体系,能对城乡结合部的生态系统健康做出现状评价.同时通过与相应城区的对比,有利于发现城乡结合部存在的突出问题,明确环境管理目标,从而为生态环境综合整治提供针对性依据.

1 评价方法

1.1 评价指标体系的构建

城乡结合部作为城市生态系统的一部分,社会-经济-自然复合特征显著,应用复合指标体系进行评价较为适合.根据生态系统健康的内涵,Schaeffer等[23]认为可从活力、组织结构、恢复力三方面进行定量评估,许多针对城市的生态系统健康评价均使用了这一准则划分[24-25],本文循此沿用;同时考虑城市化对生态环境的突出影响,将环境质量增加到准则层中.

指标选取主要遵循以下原则:综合性:能较全面地反应城乡结合部的特征,统筹考虑社会结构、经济发展、自然生态等方面存在的突出问题;可操作性:考虑数据的可获取性,指标意义明确,便于操作与理解,有利于与相似地区的比较;简洁性:指标之间涵盖的信息尽可能互相独立.

表1 城乡结合部生态系统健康的评价指标体系Table 1 The index system for EHA of urban-rural ecotone

针对城乡结合部特征,按照指标选取原则,构建城乡结合部生态系统健康的复合评价指标体系如下(表1):以生产力(C1、C2)、物能利用率(C3、C4)、居民收入(C5、C6)、居民文化程度(C7)这 4方面的7个指标表征活力;以经济结构(C8～C10)、社会结构(C11、C12)、自然结构(C13、C14)、市政设施(C15～C18)这4方面的7个指标表征组织结构;以废弃物处理能力(C19、C20)、社保投入(C21)、主要污染物排放量(C22、C23)这 3方面的5个指标表征恢复力;以土地资源(C24)、水资源(C25)、声环境(C26、C27)、大气环境(C28)这4方面的5个指标表征环境质量.

1.2 指标权重的确定

采用层次分析法确定指标权重,依据 Sauty提出的1～9标度法[26]判断指标的相对重要性.

(1) 构建矩阵:采用专家打分法,构建成对比较矩阵A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C.

表2 指标(C1～C28)对目标层(A1)的权重Table2 Weights of indexes C1～C28

(2) 层次单排序及一致性检验:判断矩阵一致性指标C.I.与同阶平均随机一致性指标R.I.之比称为随机一致性比率 C.R.(C.R.=C.I./R.I.).若C.R.＜0.10,判断矩阵具有可接受的一致性;若C.R.＞0.10,判断矩阵的一致性不满足要求,需进行调整.

计算得各矩阵 C.R.分别为:A-B=0.0075;B1-C=0.0000; B2-C=0.0314; B3-C=0.0000;B4-C=0.0043;均＜0.10,通过一致性检验.同时计算得到准则层B对于目标层A的权重(bj)及指标层C对于准则层B的权重(wi)(表2).

(3) 层次总排序及指标权重计算:综合 bj与wi,计算得指标层C对目标层A的层次总排序,即指标权重Wi(表2).

2 案例研究

2.1 区域概况

重庆市是我国重要的中心城市之一,是长江上游的经济中心和商业重镇.2007年重庆市与成都市一起被国务院批准设立为全国统筹城乡综合配套改革试验区,其城乡发展现状在全国具有典型意义.

大渡口区建设用地面积现为5338.92hm2,占规划总用地面积的51.92%,是城市建设的重要备用区.辖区33.22%的建设用地(公共设施用地、工业用地、仓储用地、对外交通用地、市政公用设施用地)都体现了对核心城区的地域服务.大渡口区交通发达,东南翼有34km的长江水岸线和6个水运码头,成渝、渝黔、襄渝 3条铁路干线在其间交汇,具备双向辐射的交通优势.由人口组成和土地利用的定量特征,结合地域功能与交通区位的现状分析,本文选取大渡口区为重庆市城乡结合部样区(图1).

2.2 指标实际值的标准化

指标实际值由资料[27-29]统计而得.为消除指标量纲的影响,调整负向型指标(C3、C4、C11、C12、C22、C23、C26、C27) 的指向,更明确反映评价现状,根据标准[30-32]等确定参考值,对指标实际值进行标准化(表3).

为明确城乡结合部与城区的对比效应,以[0,0.55)为差、[0.55,0.65]为中、(0.65,1]为好,对指标实际值进行分级.同时将指标权重(Wi)与标准化指标值(Ii)进行综合加权,以[0,0.55)为病态水平、[0.55,0.65]为亚健康水平,(0.65,1]为健康水平,计算得现状评价结果.

图1 重庆市大渡口区地理位置示意Fig.1 The location of Dadukou in Chongqing City

2.3 评价结果与分析

2008年,大渡口区与重庆市复合生态系统整体都处于亚健康水平,大渡口区(0.5919)略逊于重庆市(0.5959),均面临一定胁迫.准则层构成中,大渡口区的活力(0.1791)高于重庆市(0.1473),而组织结构、恢复力、环境质量 (分别为0.1135、0.1695、0.1187) 均低于重庆市 (分别为0.1464、0.1707、0.1355).较高水平的活力,体现了城乡结合部的发展潜力尚待挖掘;而较低水平的组织结构、恢复力、环境质量,反应了城市化进程中城乡结合部的软肋,是综合整治须着重考虑的方面.

指标实际值分级分析表明,大渡口区与重庆市的差距主要体现在以下具体指标,按严重程度从高到低逐级排列为6类:

(1) 大渡口区为差,重庆市为好的指标:第三产业占GDP比例、科技教育经费占GDP比例、万人拥有营运机动载客汽车数量.这 3个指标指示经济结构和市政设施方面,城乡结合部产业过于依赖工业,对科技教育投入还需加强,居民出行条件尚需优化.

(2) 大渡口区为差,重庆市为中的指标:工业企业经济效益综合指数、 单位GDP的能耗和流动人口比例.这 3个指标指示生产力、经济结构和社会结构方面,城乡结合部的投入产出比不够优化,能耗不够集约,劳动力资源不够稳定.

(3) 大渡口为中,重庆市为好的指标:环保投资占GDP比重、道路交通噪声平均值.这2个指标指示经济结构和环境质量方面,城乡结合部对环保投入不够,道路噪声污染较严重.

(4) 大渡口区与重庆市同为差的指标:老龄化人口比例.这个指标指示社会人口结构方面,城乡结合部与城市老龄化趋势均较严重.

(5) 大渡口区与重庆市同为中的指标:城镇居民年人均可支配收入、森林覆盖率、社会保障和就业支出占财政支出比例.这 3个指标指示收入、自然结构和社保投入方面,城乡结合部与城市在居民收入上存在差距,自然结构存在破缺,对社保就业的扶持力度不够.

(6) 大渡口区与重庆市同为好的指标:人均道路面积、城市污水集中处理率.这 2个指标指示市政设施和废弃物处理能力方面,城乡结合部道路密度不够,水资源集约利用不够.

综上,以大渡口区为代表的重庆市城乡结合部存在的主要问题为:组织结构不完善、恢复力水平较低、环境质量状况堪忧.其中经济产业结构、市政设施、社会人口组成、道路噪声、空气质量是城乡结合部与城市地区差距最大的方面.这与大渡口区对工业产业,尤其是重工业的依赖有直接关系.低耗能产业/第三产业与集中化工业的比例不够协调、劳动力来源不固定、货运引起的噪声和烟尘污染,是产生这些问题的主要因素.

3 讨论

本文构建的城乡结合部生态系统健康评价指标体系,系统考虑了社会人居、经济发展和自然生态等因素,经实例应用,能基本反映城乡结合部的整体特征,具有一定的综合性、科学性与可操作性.指标体系同时也适用于城市,现状评价中将城乡结合部与城市进行对比,能明确城乡结合部在城市化进程中存在的突出问题,为进行针对性环境管理提供依据,对城乡结合部综合整治的实践具一定指导意义.

表3 2008年大渡口区与重庆市各评价指标实际值的标准化Table 3 The Standardization of actual value of Dadukou district and Chongqing city in 2008

生态系统服务是生态系统健康内涵的重要方面[33],本文尝试用部分指标间接指示复合生态系统为人类提供的服务,如市政设施和环境质量.

由于城乡结合部在时间维度和空间维度上均存在持续的动态性变化,在人口和土地利用特征外很难找到指示城乡过渡的定量表征.城市化快速推进的情势下,遥感图像的时滞性又限制了空间分析的应用范围.因此城乡结合部的地域界定是研究中的一个难点.本研究着重对城乡人口分布特征和土地利用进行定量分析,对交通区位、地域功能和形成机制进行定性探讨,如何更好地确定城乡结合部的范围是今后研究需深入的方面.此外,评价所需的社会经济数据多以行政区划为统计单位,城乡结合部模糊边界与各级行政边界均难重合;除选取部分区县为实例的折衷方法外,如何更全面精确地确定样区也是今后研究的重点.

4 结论

4.1 本文构建的城乡结合部生态系统健康评价指标体系,经实例应用具一定综合性、科学性与可操作性.指标体系同时也适用于城市,现状评价中将城乡结合部与城市对比,能够明确城乡结合部在城市化进程中存在的突出问题,对城乡结合部综合整治实践有一定指导意义.

4.2 现状评价显示:重庆市的城乡结合部与城市生态系统均处于亚健康水平,面临一定胁迫;复合系统整体上,城乡结合部略逊于城市.

4.3 以大渡口区为代表的重庆市城乡结合部存在问题主要为:组织结构不完善、恢复力水平较低和环境质量状况堪忧.其中经济产业结构、市政设施、社会人口组成、道路噪声、空气质量是重庆市城乡结合部与城市差距最大的方面,应在综合整治中着重考虑.

[1]智 静,高吉喜.城乡统筹环境保护问题分析与对策 [J]. 中国发展, 2008,(4):115-120.

[2]姜爱林,陈海秋,张志辉.当前中国城市环境治理存在的主要问题 [J]. 重庆三峡学院学报, 2008,(5):111-115.

[3]宋国恺.城乡结合部研究综述 [J]. 甘肃社会科学, 2004,(2):104-108.

[4]张雪松,吕正华,李逸群,等.城乡结合部发展刍议:以沈阳市浑南地区为例 [J]. 城市规划, 1999,(9):43-45.

[5]Hushak L J. The urban demand for urban-rural fringe land [J].Land Economics, 1975,(51):112-123.

[6]王 静,杨 山,何 挺,等.城乡结合部土地利用变化的信息提取技术与分析—以无锡市为例 [J]. 地理科学进展, 2004,3:1-9.

[7]Daniels T. When city and country collide: managing growth in the metropolitan fringe [M].Washington D. C.: Island Press, 1999

[8]Bar-Ga1Y.Social pluralism and urban fringe:the Israeli case [J].Perspective in Urban Geography, 1987,(9):41-53.

[9]陈 勇.城市生态支持系统 [J]. 城市发展研究, 1998(5):18-20.

[10]罗小龙,甄 峰.生态位态势理论在城乡结合部应用的初步研究:以南京市为例 [J]. 经济地理, 2000,(5):55-58.

[11]Russwurm L H. The development of an urban corridor system,Toronto to Stratford Area [M]. Waterloo: Department of Geography and Planning and Resources Institute, University of Waterloo, 1970:1941-1966.

[12]Krueger R R. Urbanization of the Niagara fruit belt [J]. The Canadian Geographer, 1978,(22):179-194.

[13]彭 杰.城乡结合部土地利用环境预警系统研究 [J]. 嘉兴学院学报, 2008,(2):60-65.

[14]卓慕宁,李定强,朱照宇.城乡结合部开发建设扰动土壤质量变化特征 [J]. 土壤, 2008,40(1):61-65.

[15]肖风劲,欧阳华.生态系统健康及其评价指标和方法 [J]. 自然资源学报, 2003,17(2):203-209.

[16]Ryder R A. Ecosystem health, a human perception: definition,detection, and the dichotomous key [J]. Journal of Great Lakes Research, 1990,16(4):619-624.

[17]孔红梅,赵景柱,姬兰柱,等.生态系统健康评价方法初探 [J]. 应用生态学报, 2002,13(4):486-490

[18]Rapport D J. What constitute ecosystem health ? [J]. Perspectives in Biology and Medicine, 1989,33:120-132.

[19]Rapport D J, Whitford W G. How ecosystems respond to stress:common properties of arid and aquatic system [J]. Bioscience,1989,49:193-203.

[20]Costanza R, Norton B G, Haskel B J. Ecosystem health: new goals for environmental management [M]. Washington D. C.:Island Press, 1992

[21]毕东苏,郭小品.长三角城市生态系统健康评价 [J]. 生态经济(学术版), 2007,2:327-330

[22]袁明鹏,严 河.城市生态系统健康评价的层次分析法应用研究[J]. 科学学与科学技术管理, 2003,(8):84-86

[23]Schaeffer D J, Henricks E E, Kerster H W. Ecosystem health:measuring ecosystem health [J]. Journal of Environmental Management, 1988,12:445-455

[24]郭秀锐,杨居荣,毛显强.城市生态系统健康评价初探 [J]. 中国环境科学, 2002,22(6):525-529.

[25]Rapport D J, Bohm G, Buckingham D, et al. Ecosystem health:concept, the ISEH, and the important tasks ahead [J].Ecosystem Health, 1999,(5):82-90.

[26]赵焕臣,许树柏.层次分析法 [M]. 北京:科学出版社, 1986.

[27]重庆市统计局.重庆统计年鉴(2008) [M]. 2009

[28]大渡口区统计局. 2008年大渡口区统计年鉴 [M]. 2009

[29]大渡口区统计局. 2008大渡口区社会经济发展监测报告 [Z].2009

[30]国家环境保护总局.生态县、生态市建设指标(修订稿) [Z]. 2005

[31]国家环境保护总局.十一五城市环境综合整治定量考核指标实施细则 [Z]. 2006

[32]北北组织.国际生态安全体系评估标准 [S]. 2006.

[33]彭 建,王仰麟,陈燕飞,等.城市生态系统服务功能价值评估初探—以深圳市为例 [J]. 北京大学学报(自然科学版), 2005,(4):594-604