基于熵权法的平顶山市生态退化测度评价

鲁 迪，梁亚红

(平顶山学院资源与环境科学学院，河南 平顶山 467000)

人口、资源、环境和经济的可持续发展已经成为国际社会和各国政府关注的重点。资源短缺和生态环境恶化是当今世界面临的重大问题，成为社会经济发展的严重障碍。因此，生态环境的退化已引起各国学者的广泛关注，退化生态系统的恢复和重建也成为当前生态学研究的热点之一[1-4]。因此，探讨区域生态系统退化评价机制，有利于为区域制定社会-经济-环境协调发展的国民经济发展规划提供科学依据，对区域可持续发展具有重要的战略意义。

生态退化诊断和测度是进行生态恢复与重建的基础和前提，如何对退化生态系统的退化程度进行定量的诊断和评估就成为恢复生态学与生态重建实践所面临的一个迫切且十分关键的问题[5-7]。但是由于影响区域生态系统退化的社会-经济-环境各要素间相互作用机制的复杂性，在理论体系与技术支撑系统方面均有许多不确定性问题有待进一步研究[8-10]。本文运用复合生态系统理论和基于熵权的综合指数法对平顶山市生态退化进行测度评价，为促进平顶山市社会-经济-环境协调发展提供一定的科学依据，对全国和河南省的煤炭资源型城市的可持续发展具有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

平顶山市地处河南省中南部，豫西山地与淮河平原的过渡地带，1957年建市，是一座典型的矿业城市，因煤而立，因煤而兴，多年来，平顶山市原煤产量一直在河南省保持第一位。经过50多年的发展，目前平顶山市已成为以能源原材料为主体，煤炭、电力、冶金、化工、纺织、建材等综合发展的工业城市，研究区在依托煤炭资源强力开发带动区域经济的快速发展的同时，人类经济活动对区域环境干扰程度与日俱增，生态安全问题凸显，面临着水土流失、大气污染、植被破坏、水环境污染、采煤塌陷、土壤退化等一系列的生态环境问题[11-12]。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

本研究的数据主要来源于平顶山市统计年鉴(2001～2012年)、平顶山市环境质量公报(2000～2011年)和平顶山市环保局(2000～2011年)监测数据，数据来源准确可靠，符合本研究的应用要求。

2.2 理论依据

复合生态系统理论是由我国著名生态学家马世骏教授于1981年提出的，他简明扼要地指出：当今人类赖以生存的社会、经济、自然是一个复合大系统的整体。社会是经济的上层建筑；经济是社会的基础，又是社会联系自然的中介；自然则是整个社会，经济的基础，是整个复合生态系统的基础。以人的活动为主体的系统，如农村、城市及区域，实质上是一个由人的活动的社会属性以及自然过程的相互关系构成的社会—经济—自然复合生态系统。

平顶山市是因为煤炭资源的开发而兴建的，是一个复合的生态系统，在研究其生态退化状况，不仅要考虑自然生态系统，还要考虑社会生态系统和经济生态系统，只有社会-经济-自然三大系统协调发展才能促进区域生态系统的稳定。

2.3 生态退化测度评价方法

2.2.1 指标体系的构建

人类对煤炭资源的开采和利用是煤炭资源型城市发展的主要驱动力。平顶山市的生态环境问题集中表现在人类对煤炭资源的开发利用活动使区域生态系统受到干扰，从而造成其生态结构和功能的破坏以及自然、半自然景观的破碎化。本文依据复合生态系统理论，结合平顶山市的生态环境状况，参考相关文献[13-15]，从社会-经济-环境三个方面构建PSR(压力-状态-响应)生态退化测度评估指标体系，共27个指标，其中压力指标7个，状态指标10个，响应指标10个(表1)。

表1 平顶山市生态退化测度评价指标体系

2.2.2 指标权重的确定

为尽量减少各指标权重计算的人为干扰带来的误差，使其更符合实际，本研究采用熵权法确定各评价指标的权重[16]。

2.2.2.1 指标的无量纲化处理

现城市有m年的统计数据，每一年中反映城市生态退化测度评价指标有n个，分别为xi(i=1，…，n)，设为矩阵，见式(1)。

(1)

对于正项型的指标，处理方法见式(2)。

(2)

对于负项型指标，处理方法见式(3)。

(3)

2.2.2.2 计算第i个指标的熵值ei

对标准化后的统计数据可计算各指标的信息熵。第i个指标的信息熵ei可定义为式(4)。

(4)

2.2.2.3 计算第i个指标的权重wi

(5)

2.2.3 构建评价模型

本文采用综合指数法，平顶山市生态退化测度评价模型如式(6)所示。

(6)

式中，S为综合评价指数，wi为第i个指标的权重值，rij为其无量纲化值，n为评价指标个数[17]。

根据计算所得的综合指数值，参考相关文献设置平顶山市生态退化测度评价综合评判表(表2)，该表将综合指数值取值范围(0～1)采用非等间距法分为5个档次，计算的结果越接近1，城市生态系统越稳定，结果越接近0，城市生态系统越不稳定，生态系统服务功能退化越严重，并依次将对应的5个等级的系统特征进行描述。

3 结果与分析

3.1 计算结果

根据所构建的评价指标体系，以2001～2012年平顶山市统计年鉴、环境质量公报以及平顶山市环境保护局的监测数据为基本数据来获取所需27个指标的统计数据，根据式(2)～(5)进行数据标准化，并确定评价因子指标权重(表1)，然后按照式(6)可得到平顶山市生态退化综合评价值，与表2的生态退化等级标准进行对比分析，得出评价结果(表3)。

3.2 结果分析

1)从压力指数看，总体呈下降趋势。这主要因为在平顶山市工业化、城镇化快速发展过程中，城镇人口数量、人均占有的资源量、工业“三废”不断增多，使区域生态系统的压力越来越大(根据评价模型指数越低生态压力越大，生态系统越不稳定)。

表2 生态退化评价标准

表3 平顶山市生态退化综合指数及各分指数评价值

2)从状态指数来看，总体上呈现上升趋势。主要原因是平顶山市有着丰富的矿产资源、森林资源、水资源等自然资源，丰富的资源为平顶山市区域生态系统稳定提供了有力支持。生态城市建设使人居环境得到改观。人均公共绿地面积和建成区绿化覆盖率、工业废水排放达标率、工业粉尘回收率、固体废弃物综合利用率等指标一直呈增长态势，这说明平顶山市在这十年间，注重经济、社会、环境、生态的协调发展，从而维持了良好的发展状态。

3)从响应指数来看，大致上呈现上升趋势，但是前期较缓慢，在2006年以后上升速率加快。这充分反映了平顶山市所进行的资源优化、环境保护、产业调整、经济转型对经济社会发展起到了很好的作用。第三产业比重的增加、全年环境质量优良天数的增多、恩格尔系数的减小等都印证了这一点。但是由于平顶山市生态压力越来越大，平顶山市在进一步提高区域生态系统稳定性上遇到了瓶颈，比如CPI居高不下、由于城镇人口增多导致每千人拥有卫生机构床位减少等，因此必须寻找更加有效的提升区域生态系统稳定性的维护措施。

4)从综合指数来看，总体上从2000年以来呈现上升趋势并趋于稳定状态。大致上可以分为三个阶段：2000～2005年上升缓慢，2006～2008年上升速度加快，到2009年后上升的速度又降了下来。

平顶山市是典型的依托煤炭资源的开发利用而发展起来的城市，2000～2005年之间，平顶山市主要依靠煤炭发展的煤炭工业、煤化工工业、煤电力工业等排放的废气、废水、废渣相对较多，对环境的污染相当严重，因此生态安全综合指数维持在预警状态。在2006年以后，由于国家政策的调整，生态省、生态市的建设使得平顶山市抓住了生态发展的机遇，大力发展循环生态经济，开始进行国家园林城市、国家森林城市和国家卫生城市的创建工作，努力做到环境、社会、经济协调发展，使得区域生态系统的综合指数达到了较稳定状态。

但是从表2和图1平顶山市生态退化综合指数来看，2006年以后一直呈上升趋势，2009～2011上升的趋势开始变缓，这说明平顶山市在生态城市建设的前两三年效果明显，生态退化综合指数有较大提高，但是平顶山随着城市人口不断增多，城市化水平的不断提高，城市规模的不断扩大，同时还存在着产业结构不合理，第二产业比重较大；资源浪费严重，管理滞后；空气污染严重，工业“三废”排放量仍然很大；社会福利保障体系不完善，城市宜居性较差等，制约着平顶山市的社会经济和环境的协调发展，在2009年城市生态退化上升指数开始变缓，因此在以后的发展过程中仍然需要在产业结构调整、生态保护、环境治理、人居环境方面做出更大的努力。

图1 平顶山市2000～2011年区域生态系统退化综合指数及PSR分项指数

4 结论

1)本文运用复合生态系统理论，根据研究区的生态环境特点，构建了平顶山市生态退化测度评价指标体系，具有一定的地域性特色；利用熵权法确定权重，应用综合指数法对研究区生态退化进行综合评价，研究结果比较符合该市的实际情况，能够客观、科学地反映研究区生态系统的动态演变，具有一定的参考价值。

2)研究表明：2000～2011年，研究区生态退化状况经历了预警-较稳定的动态变化；进入21世纪，随着平顶山市社会经济的发展，人们的生态环境保护和生态安全意识不断提高，生态环境建设初见成效，但是工业化、城镇化的快速发展，也使其生态压力越来越大，区域生态退化的综合指数上升缓慢。

3)由于研究区生态退化测度评价涉及的因素繁多，评价体系和方法都需在实践中不断完善。在以后的研究工作中，应深入探究研究区社会-经济-环境各因素的影响机理，以提出可行的促进区域生态系统良性循环、提升其生态服务功能的对策和建议。

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