基于熵权法的生态服务价值评估研究

刘畅 叶畅 孟繁阳

摘要：近年来，生态环境受到重视。随着经济的快速发展，人们不得不面对相应的环境后果，如空气质量差和极端天气。土地利用变化可能直接影响生物多样性，造成环境退化。不可否认，生态退化的代价已不容忽视。为了评估土地利用项目造成的环境退化的经济成本，文章开发了一个称为生态退化成本的定量模型。首先结合层次分析法和熵权法，从六个方面确定了12个指标的权重。然后利用现有的模型方法，推导出各指标的环境成本公式，从而得出环境退化的总成本，即12个指标的加权和。最终以北京市为例，验证了本文模型的有效性。

关键词：生态退化成本;层次分析法;熵权法;总成本

随着国家建设和经济的到来，人们总是倾向于去探究伴随着他们的生态问题。本文在创造一些经济理论的过程中，认为环境资源是无限的，这是一个很常见的现象，是必须面对后果。每当人类改变生态系统，建设项目所占用的每一寸土地都会导致环境退化，即使在某些国家，污染河流的积聚、空气质量差、有害废物场地、处理不当的废水、气候变化等都会导致生物多样性的减少。不可否认，它的成本不容忽视。为了保持一个健康和可持续的环境，必须处理好这些问题。因此，需要一个数学模型来提前预算这些成本是不可避免的。

一、指标体系构建

环境退化成本的分类有助于研究和挖掘土地利用项目中包含的真实经济成本。在详细分析相关信息和该主题的实际情况的基础上，本文确定了图1所示的12个指标。

本文将生态退化的成本分为六个方面：自然资源、土壤环境、水环境、空气质量、生态系统和景观。从六个方面选择生态退化成本的原因分析如下：自然资源的枯竭：衡量土地利用对生态系统的直接影响;土地面积受损：受损土地面积越大，生态系统受损越严重。土地管理投资受损：土地管理成本越高，生态环境破坏越严重;废水排放量：它反映了污染。它越大，水污染越严重，对生态系统的压力越大。污水处理投资：水污染严重，污水处理成本越来越多。水污染造成的人类健康损失：它反映了水资源本身的价值。居民的实际额外水购买成本反映了因水污染而维持健康的成本;污染空气排放负荷：越大，空气污染越严重，对生态系统的压力越大。空气污染控制成本越高，生态环境破坏越严重，空气污染造成的人类健康损失：人口归因风险（PAR）值衡量水污染造成的人类健康损失。植被覆盖率越大，对生态系统越有利。它指的是生态系统中的各种生物;特定区域内的所有生物。生物多样性有利于维持生态平衡。

二、模型建立与求解

本文将生态退化的成本分为六个方面：自然资源，土壤环境，水环境，空气质量，生态系统和景观。分析这些指标时，它们可以分为两种类型。符号‘+表示对于指标，越大越好。同样，符号‘ - 表示越小越好。

因此，对于那些越大越好，方程应该是rij=，

对于越小越好，方程应该是rij=。

（一）通过层次分析法计算权重

通過查阅相关资料，构建了分数矩阵

然后，利用matlab计算CR<0.1是通过matlab软件获得的，并且通过了一致性检查。

（二）通过熵权法计算权重

假设有k个指标x1，x2，…，xk，并且假设每个指标的标准化值是y1，y2，…，yk。

首先，计算第i个项目的第j个指标所占比例：

pij=∑

然后得到第j个指标的熵值：

Ej=-ln（n）-1pijlnpij

最后得到第j个指标的权重：

Wi=（i=1，2，…，k）

（三）固定权重

由于分数矩阵的存在，层次分析法具有一定的主观性。因此使用熵权方法计算权重。本文想降低层次分析法的主观性，而层次分析法又可以用EWM加以补充，因此定义方程为：

αj= j=1，2，…，n

通过计算得到特征向量，即12个指标的固定权重。

αj=[0.06 0.15 0.23 0.12 0.14 0.10 0.01 0.02 0.01 0.07 0.06 0.03]

（四）建立EDC公式

结合自然资源枯竭、受损土地面积、受损土地管理投资、污水处理投资、水污染造成的人类健康损失、污染空气处理投资、空气污染造成的人类健康损失、植被覆盖率、生物多样性和景观维护费，得出生态退化成本公式：

三、模型分析

本文从北京市统计局收集了2005年和2015年北京市土地利用数据。此外，本文还获得了中国科学院资源与环境科学数据中心的土地利用遥感图像地图。通过比较两年的数据，制作了以下地图（如图2所示）。

在农业用地中，森林、田地和草地面积均呈上升趋势，仅耕地面积减少，下降幅度高达33.98%。在建设用地中，最大的增长率是交通运输，增长率为132.55%，其次是乡镇和工矿用地，增长率为33.75%。但由于土地利用面积的差异，城镇村庄和工矿区的增长面积远大于交通运输。

总的来说，2005～2015年，北京的耕地面积急剧下降，这与城市建设用地面积的快速增长相对应。两者的变化基本符合北京的城市化进程。此外，北京森林和草地的增加与政府推动的退耕还林政策密切相关。

另外本文也收集了中国政府从2006～2015年公布的绿色GDP数据。接下来，本文使用本文的模型来计算环境的年度成本。然后计算年度绿色GDP。最后，本文基于本文的模型和国家发布的数据比较数据，并用Matlab分析结果。

从图3中清楚地看到分析结果。两种数据之间的差异并不严重，这意味着本文的模型是有效的。

四、研究建议

随着资源和环境问题的日益突出，生态环境日益恶化。当我们将生态系统服务纳入土地利用项目的成本效益分析时，就可以深刻理解生态系统的重要性。同时，可以确定和评估项目的实际经济成本。

根据本文研究建立的EDC模型，可以知道影响生态退化的最重要因素是土壤处理，废水排放量，废物治疗和空气污染造成的人体健康损失，其权重相加为0.59。规划者应该更加关注上述几个方面，在这些方面投入更多资金。

土地利用规划应充分考虑环境退化的成本，科学地评估土地环境问题，就能找到环境退化成本与生态系统效益之间的收支平衡点。同时政府或私营企业的规划者应加强对土地利用范围和土地利用与环境影响之间关系等基础数据的研究，建立信息数据库，促进生态系统服务和评估中的信息共享。

随着科学技术的进步，各种土地利用技术变得越来越复杂。为了实现绿色发展，管理者需要精通最新的环保技术。我们可以直观地看到，图4中GDP和绿色GDP之间存在正相关关系，随着时间的推移，GDP和EDC的变化趋势如图4所示。

圖4中GDP与EDC之间存在负相关关系。GDP是在给定时间内生产的所有最终产品和服务的总价值，它通常被视为一个国家（或地区）经济状况不可或缺的指标。在一些经济理论中，认为环境资源是无限的，这是一种非常普遍的现象。这种现象的结果是通过牺牲环境成本来实现经济的高速发展。国内生产总值的大幅增加和自然资源的崩溃可以直接反映这一点。但随着时间的推移，人们将越来越关注环境。实际上，GDP和EDC会随着时间而变化，生态退化的成本先增加后减少。

五、结论

随着经济的快速发展，人们不得不面对相应的环境后果，如空气质量差和极端天气。土地利用变化可能直接影响生物多样性，造成环境退化。不可否认，生态退化的代价已不容忽视。为了评估土地利用项目造成的环境退化的经济成本，本文开发了一个称为生态退化成本的定量模型。首先结合层次分析法和熵权法，从六个方面确定了12个指标的权重。然后利用现有的模型方法，推导出各指标的环境成本公式。最后得出环境退化的总成本，即12个指标的加权和。总之，在本文中建立了基于生态服务的EDC模型，以了解土地利用项目的真实经济成本，通过应用两种指标加权方法（AHP和EWM）使我们的模型更加科学。然后，具体分析了北京的土地利用情况，借助绿色GDP的概念，对北京的土地利用进行了成本效益分析。根据模型结果，可以为项目的规划者和管理者提出一些建设性的意见。同时发现随着时间的推移，环境退化的成本将逐渐下降。

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（作者单位：刘畅、叶畅，北京化工大学经济管理学院;孟繁阳，北京化工大学信息科学与技术学院）