基于熵权TOPSIS模型的西北地区资源环境承载力时空差异研究

庄嘉钰，李诗玥

（1.西北大学陕西省地表系统与环境承载力重点实验室；2.西北大学城市与环境学院，西安 710127）

2016年9月，国家发展和改革委员会要求各省开展以县级行政区为单元的资源环境承载能力试评价工作，因此，对西北地区资源环境承载力进行有效分析，是全面深化改革的一项重要任务。近年来，西北地区经济迅速增长，对生态环境造成一定损害，资源环境的承载力与不断加速发展的社会经济之间的矛盾急需耦合协调。因此，通过对西北地区资源环境承载力进行综合评价，找出地区发展的限值，从而制定差异化、可实施的地区经济与生态协调发展的措施，是区域国土空间保护与开发的基础，对于西北地区生态文明建设具有重要意义。

在资源环境承载力的理论研究方面，从其概念来看，就是确保国土资源能为后人所留存的前提下，通过合理的开发利用和良性循环进行的社会经济可持续发展的能力。在资源环境承载力的研究对象和研究方法上，不同领域的学者利用TOPSIS 法、投影寻踪模型、层次分析法、系统动力学（SD）模型、突变级数法、模糊综合评判法、主成分分析法和耦合协调法等[1-3]对资源环境承载力进行了深入研究。牛方曲等[4]总结当前资源环境承载力评价方法的不足之处，主张以综合评价的方法对区域社会经济同人口、资源、生态环境的关系进行综合审视。张茂省等[5]基于短板理论、风险理论和边际理论，构建了科学实用的资源环境承载力评价的理论框架与技术方法，其可在国土空间规划方面应用。

综上所述，本文参考现有的研究成果，根据西北地区的实际情况，基于DPSIR 框架模型尝试建立“经济—环境—资源—空间—社会”评价模型，构建了西北地区5 个省级行政区（陕西省、宁夏回族自治区、甘肃省、青海省和新疆维吾尔自治区）的资源环境承载力评价指标体系，利用改进的TOPSIS 法确定资源环境的评价指标权重以及评价对象与理想解的贴近度，对西北地区资源环境承载力进行时空差异分析，从而对西北地区资源环境承载力进行综合评价，探讨区域环境与经济耦合发展的路径，以促进“丝绸之路经济带”建设和“两山”建设。

1 研究区概况

在生态环境方面，西北地区地理位置特殊，具有面积广大、生态脆弱、人口稀少、资源丰富、开发难度较大等特点，各地资源禀赋差异导致西北各区域具有不同的环境状况和发展特点。同时，西北地区属于黄河、长江的河源区域，其生态环境变化将直接反映在黄河、长江下游的其他区域。因此，对西北地区全域的资源环境承载力进行评估，以及时指导西北地区今后的经济开发和环境保护已刻不容缓。在社会经济方面，相较于东部及中部地区，西北地区生态环境恶劣，交通不便，加之地区经济结构不合理、科技含量低，导致西北地区经济长期落后。2020年，西北地区人口约为9 000 万，约占全国的7.3%，但地区生产总值（GDP）仅为5.4 万亿元，后期仍有很大的发展空间。此外，由于资源型省区逐步开始优化产业结构，西北地区在保持GDP 逐年增长态势的同时，也要确保地区经济的高质量绿色发展，优良的生态环境、繁荣的民生经济将成为西北地区开发的资源优势。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文数据大都来源于2010-2019年的《中国统计年鉴》《陕西统计年鉴》《甘肃统计年鉴》《青海统计年鉴》《宁夏统计年鉴》《新疆统计年鉴》《中国环境统计年鉴》，其他数据采用国家统计局网站公开发布的数据。

2.2 研究方法

2.2.1 熵权法

熵权法是根据初始数据来确定权重，在一定程度上能够消除主观因素的干扰，从而使评价结果更加科学合理。设有m个评价年份和n个评价指标，指标值为Xij。

对于正属性指标，计算公式为：

对于负属性指标，计算公式为：

之后，得到标准化评价矩阵：

Pij为第j项指标在第i个地区的权重，ej为第j项指标的熵，wj为第j项指标的权重。三者用公式分别表示为：

式中：k为波尔茨曼常量，k=1/lnm。

2.2.2 TOPSIS 模型

通过目标空间中定义测度，以此测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度，进而评估资源环境承载力的绩效水平。其间需要构建规范化评价矩阵，即

第j个指标到正理想解的距离为：

第j个指标到负理想解的距离为：

设Fj为资源环境承载力贴近度，其计算公式如下：

3 结果分析

3.1 评价指标构建

为探究资源环境与社会经济的因果联系及反馈机制，选择具有代表性的16 个指标，分为五大类，分别是经济发展指标、环境压力指标、资源状态指标、空间影响指标和社会响应指标，如表1 所示。根据指标的不同特性，将指标划分为正指标和负指标，正指标数值越高越好，负指标数值越低越好。

表1 资源环境承载力评价指标

3.2 基于TOPSIS 模型的西北地区资源环境承载力评价

3.2.1 时空特征分析

通过对原始数据进行标准化处理，运用熵权TOPSIS 法测算出2010-2019年西北五省区的资源环境承载力贴近度的数值，结果如表2 所示。

表2 西北地区五省区资源环境承载力贴近度

从表2 可以看出，西北地区资源环境承载力的年平均值介于0.4 ～0.7，资源环境承载力处于中等水平，仍在可承载范围内。总体来看，2010-2019年，西北地区资源环境承载力呈波动上升的态势。2010-2012年，资源环境承载力水平下降，2013年资源环境承载力水平快速上升，2014年稍有回落，2015年以后资源环境承载力缓慢增长。从空间差异角度看，五省区资源环境承载力变动较大，差异较为明显。陕西资源环境承载力总体平稳；甘肃资源环境承载力变动较大，呈现先降后升的状态；青海资源环境承载力波动不大，在0.55 的均值水平左右浮动；宁夏资源环境承载力的变动较大，总体呈现波动上升的态势，表明宁夏资源环境近年来得到较大改善；新疆资源环境承载力在2010-2012年下降，此后上升到较高水平，且趋于稳定，表明新疆资源环境有所改善。分析比对发现，2013年是西北地区资源环境承载力的分水岭，在此之前资源环境承载力逐年降低，在此之后资源环境承载力逐年提高，出现这一现象的原因可能在于，国家更加注重资源环境的保护，采取更加有效的举措改善资源生态环境，更加注重环境友好型经济发展。

3.2.2 影响因素分析

为继续探讨西北地区资源环境承载力的优势与劣势，提升地区资源环境承载力水平，本文利用熵权TOPSIS 法继续进行计算，得到经济、资源、环境、空间和社会五个子系统的承载力水平，并在此基础上计算每个省区的子系统承载力得分情况，结果如表3、表4所示。

表3 各年份指标系统评价得分

表4 各省区指标系统评价得分

在经济发展方面，2010-2019年的经济子系统得分介于0.49 ～0.65，处于中等水平，经济发展总体较好。整体呈现先降后升的状态，2010-2012年，降低至最低值0.049 31，随后快速升高，在2019年达到最大值0.658 46。从各省区差异来看，得分最高的是青海，陕西得分最低。

在环境压力方面，环境子系统的得分波动较大，基本呈现先降后升的状态，从2010年的0.611 49 下跌至2014年的0.151 36，随后快速增长。从地区差异来看，得分最高为青海，最低为陕西。环境系统涵盖了工业“三废”的排放情况以及突发环境事件，据此，可推断出陕西工业废弃物排放量大且突发环境事件较多。

在资源状态方面，资源子系统得分整体呈上升态势，得分从0.358 71 上升至0.865 15，表明西北地区的资源承载力水平不断提高，资源开发利用得到有效改善。从地区差异来看，宁夏得分最高，陕西、甘肃、新疆的得分相差不大，整体处于中等水平。

在空间影响方面，空间子系统的评分整体较高，呈现快速上升趋势。2010-2019年，空间子系统的评分从0.204 93 快速跃升到0.948 64，表明空间环境改善明显，资源环境空间配置持续优化。

在社会响应方面，社会子系统评分呈逐年上升的趋势，从2010年的0.062 26 上升至2019年的0.920 59， 表明社会响应强烈，各级政府积极采取措施，加大对资源环境保护的投入。陕西、甘肃、宁夏评分相对较高，青海、新疆评分较低，说明省份间对资源环境的投入差异较大，陕西、甘肃、宁夏较其他省区投入较多，且效果较为明显。

4 结论

基于DPSIR 模型，本研究从“经济—环境—资源—空间—社会”五个方面构建西北地区资源环境承载力的评价指标体系，利用熵权TOPSIS 法确定2010-2019年西北地区资源环境承载力的综合得分，在此基础上计算历年及各省区的子系统得分。研究表明，西北地区的资源环境承载力处于中等水平，且不断提升，具有较大的提升空间，仍在可承载范围内；各个省区的资源环境承载力虽有小幅度的波动，但差异不大；资源、空间和社会子系统的承载力评分整体较高，且处于上升趋势，经济与环境子系统的评分较低，呈现先降后升的趋势。由于数据可获得性的限制，指标的选取还不完善，评价指标体系仍有待优化。

基于上述结论，西北地区应该统筹考虑生态环境保护和资源条件，因地制宜。具体而言，要加强生态开发制度约束，实现环境保护、生态质量和资源开发的有机统一，设定资源开发利用红线，严格执行国家和省级生态保护红线规划，持续开展环境违法问题清理整治，坚决禁止各类无序开发行为。各地区根据本地的生态环境实际情况，统筹临近地区的情况，审慎制定本地区资源开发的负面清单。要发挥空间规划的先导作用，提前规划环境保护基础设施，促进生态环境保护与经济社会发展的深度融合，实现资源环境保护与经济发展的协调。在资源环境约束内，优化并调整产业结构，扩大产业规模，执行环境友好型产业准入标准，以高端绿色发展为方向，发挥区位、资源和环境等优势，推动经济持续高质量发展。