宿州市生态环境质量评价及障碍因子诊断

陈 飞，乔国通，张旦旦，王 娜

(1.安徽理工大学经济与管理学院 安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学教务处 安徽 淮南 232001；3.安徽理工大学创新学院 安徽 淮南 232001)

从改革开放伊始到2019年，我国城镇化率从17.92%提高到60.6%，其增长速度与规模，堪称世界城镇化奇迹[1]。然而，随着经济与社会的快速发展，城镇化与工业化水平不断提高，区域生态资源紧缺、生态环境污染等生态安全问题也随之而来[2]。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》强调要推动绿色、高质量发展，要求持续加强生态环境保护，将生态环境保护贯穿到高质量发展的各个方面，推动城镇化绿色、高质量发展。而客观认识与评价城市的生态质量，对正确制定经济与环境发展战略及城市的持续、稳定发展都至关重要[3]。

生态环境质量评价是基于区域生态环境特点，选取具有代表性、可操作性的指标与数学方法，对区域生态质量的优劣进行分析判别[4]。我国对生态环境质量评价的研究自20世纪80年代开始系统地进行，起步较晚，近几年发展较快[5]。目前，国内外学者的研究重点和热点在于基于生态环境质量评价的指标选取与方法构建，如Rapport[6]提出了“压力(Pressure)-状态(State)-响应(Response)”即PSR模型，建立生态城市评价框架；后由经济合作与开发组织(OECD)与联合国环境规划署(UNEP)共同发展PSR模型，用于环境问题研究[7]；欧洲环境署在此基础上，添加了“驱动力”指标(Driving force)和“影响”指标(Impact)，构建DPSIR模型[8]。

而国内研究者叶亚平等[9]认为可以从生态环境质量背景、人类影响程度和人类适宜度需求3部分构建指标体系，并选取13个具体指标和12个辅助或替代指标，对省域生态质量进行综合评价。李万钰等[10]运用主成分分析法集成分量指标，利用遥感生态指数(RSEI)对赣江新区生态质量进行评价。岳思妤等[11]通过构建PSR模型，运用熵值法与综合指数法评价甘肃省泾河流域农村的生态环境质量水平，并采用灰色GM(1，1)模型进行预测。熊尚彦等[12]基于熵权物元模型，对长江中游经济区4省份进行生态质量评价。高玉琴等[13]运用正态云-模糊可变评价耦合模型对秦淮河流域的水环境进行评价，并将其评价结果与单因子指数评价法、模糊综合法等进行对比。这些从省域到农村范围内的研究都取得一定成果，但是这些研究评价的范围主要是以省域、大城市、地方经济核心区段以及流域为主，针对中小城市的生态环境质量评价存在一定的空缺。而在生态环境质量评价中运用熵权-物元模型能获得更准确、更可靠的结论[12]，同时引入障碍度模型能进一步量化诊断制约区域生态质量提升的关键因子，为区域生态治理提供合理依据。

宿州市作为皖北地区的重要城市，是淮海经济协作区的核心城市之一，自2004年起，宿州市经济发展保持高速增长，其发展历程也是中国众多中小城市发展状况的缩影[14]。尤其是2019年宿州市加入长三角经济圈，对接苏沪浙，融入世界级城市群，宿州市迎来了重大历史发展机遇[15]。但是随着宿州市经济连续高速增长，城市化建设加快，其城市化所带来的环境问题也随之而来[16]。为此，本文选取宿州市为研究对象，参考相关文献[12,17,18]，选用其2014—2020年的相关指标数据，构建PSR指标评价体系，结合熵权-物元模型对宿州市进行生态质量评价，以期为宿州市推进生态化城市提供建议，依据物元模型指标关联函数探究阶段障碍因素，运用障碍因子诊断模型，综合分析影响宿州市生态环境质量的障碍因子，以便更准确、有针对性地采取措施提高宿州市的生态环境质量，为正处于发展机遇期的宿州市推进高质量城市化进程提供参考与借鉴。

1 研究区概况

宿州市位于淮河生态经济走廊，地处鲁苏豫皖四省交界处，年平均降水量在774～896.3 mm之间，其地理分布东南多，西北少。年降水总量虽较充沛，但各季降水分布极不均匀，易出现春旱夏涝的情况。近年来宿州市经济社会发展迅速，截止到2020年底，宿州市常住人口约为532.65万，城镇人口的比重达43.76%，国民生产总值为2044.99亿元，其产业结构比为15.2：35.2：49.6。建成区绿化面积覆盖率达39.67%，年造林面积3311公顷，环保建设投资达1547万元。

2 研究设计

2.1 指标选取

考虑到生态环境与经济、资源等都有交涉，因此选用PSR模型，借助该模型的逻辑体系来反映人与环境的相互作用关系。综合考虑生态环境的复杂性以及遵循各指标数据的可获性、代表性，参考熊尚彦的PSR模型指标体系[12]，构建宿州市生态环境质量评价指标体系(见表1)。

表1 宿州市生态环境质量评价指标体系

2.2 熵权物元模型构建

2.2.1 熵权法

由于指标数据都有特定的量纲，直接计算与比较无法进行，因此需要在评价前对数据进行无量纲化预处理。同时为了避免主观误差，本文采用客观的赋权方法——熵权法进行权重确定[19]。具体步骤如下。

1)数据无量纲化

(1)

式中，假定评价对象有m个，评价指标有n个，则gij表示第i个对象的第j项指标。

2)计算第i个指标下第j个样本指标值所占比重Pij

(2)

且当Pij=0时，令Pij×lnPij=0。

3)确定熵值ei

(3)

4)计算第i个指标的熵值权重

(4)

2.2.2 物元模型

物元模型可以将不相容问题转化为相容，是基于多指标的评价方法。计算指标与所设立指标等级区间的距离得出关联度，对指标关联度进行赋权相加得出综合关联度，即可判定其生态水平[20]。具体计算步骤与方法如下。

1)构造物元矩阵R，其基本元包含3要素：事物N,特征γ以及特征量值V。将矩阵R表示为式(5)。

(5)

其中，事物N为评价对象即宿州市，特征γ为宿州市生态质量评价指标，生态质量评价对象N关于评价指标γ对应量值即为V。

2)经典域与节域的确定，参考熊尚彦[12]、魏巍[21]等学者的研究，确定生态环境质量指标各等级的量值范围、经典域和节域，并设立优、良、中、差、劣共5个评价等级，并以Nh1、Nh2、Nh3、Nh4、Nh5表示等级。5种评价等级构成经典物元矩阵Rhij，事物N的j种评价等级及i个评价指标分别为Nhj与γi。代表指标i对应的j评价等级的量值范围即为经典域，表示形式为vhij=〈ahij,bhij〉，而节域表示为vqi(aqi,bqi)，物元矩阵为

Rhij=(Nhj,γi,Vhij)

(6)

3)计算关联函数kj(vi)，即第i个指标关于第j评价等级之间相关程度所构成的函数，见式(7)。

(7)

式中，|vij|为各评价等级的长度，ρ(vi,vij)为经典物元的距，即vi与vhij之间的距离；ρ(vi,vqi)为待测物元的距，即vi与vqi之间的距离。其计算公式为

|vij|=|aij-bij|,(i=1,2,…,m,j=1,2,…,n)

(8)

(9)

(10)

4)变量特征值l*与评价等级的确定。本文参考熊尚彦[12]的变量特征值l*以及kj=maxkj(Nh)即最大综合关联度来判断事物的评价等级。kj能判断事物所属的评价等级，而变量特征值具备评价等级的动态偏向。以本文为例，通过最大关联度确定了原评价等级l0，但其变量特征值l*=2.953，表明当年宿州市生态环境质量具备由{中→良}变好的趋向。具体计算公式为

(11)

(12)

2.3 障碍度因子诊断

障碍度模型起初用于土地资源可持续利用[22]，用以判别单项因素对可持续利用综合水平的影响程度，后来还被应用到水资源生态安全评价[23]、农业科技园区创新能力评价[24]以及生态文明建设绩效评价[25]等研究中。计算见式(13)。

(13)

式中，Oi为指标对生态环境质量的障碍程度，指标偏度di=1-xij为指标与最优值之间的差值。权重ωi见式(4)。

2.4 数据来源

各指标数据主要来源于2014—2020年《安徽省统计年鉴》《宿州市统计年鉴》以及宿州市政务公开信息、统计公报和相关报道等。本文采用均值法对宿州市年鉴中缺失的2019年工业固体排放量数据以及2020年耕地面积数据进行计算得出。

3 结果与分析

3.1 宿州市生态环境质量总体描述

基于公式(1)至(4)计算得到宿州市各指标及子系统的权重(见表2)，从各子系统看，压力系统中单位GDP工业固体废物排放量所占权重最大，为{0.1197}；在状态系统中，人均耕地面积所占比例最大，为{0.0828}；而生活垃圾无害化处理率为{0.1204}，是响应系统权重最大的指标。

表2 宿州市生态环境质量评价指标权重

结合物元模型公式(5)至(12)对宿州市2014—2020年的相关数据进行计算，得到生态环境质量评价等级(见表3)。通过分析发现，按照进行生态环境质量评价时，在2015年时宿州市生态环境质量仅处于“中”等，2016年转为“良”，自2017年后，宿州市生态环境质量达到“优”等且之后一直保持在“优”，依据特征值变化可见宿州市生态环境质量一直呈现向好发展的趋势，在2017年前变化趋势较为明显，之后以较为平稳的趋势向“优”发展。而2015年是宿州市“十三五”规划起点，针对绿色发展、实现生态环境新改善的规划总体取得不错的成果。

表3 宿州市2014—2020生态环境质量特征值与等级

表4 宿州市生态环境质量的主要障碍因子排序

但在2017年后，宿州市生态环境质量评价虽达到并持续保持“优”等，其变量特征值l*却是从2.015变化至1.791。在2020年，l0为1时，l*为1.791，表明当年宿州市生态环境质量有{优→良}的趋势，表明在2017年及之后，宿州市生态环境达到优等，但仍需持续环境治理与改善，以防环境质量下降。因此需要综合考虑生态环境质量的限制因素，针对其限制性因素提出与尝试新政策，保证宿州市在这个重大历史发展进程中，生态环境能够赶上经济发展，甚至为宿州市的发展提供有利的帮助。

3.2 宿州市生态环境质量限制因素分解

根据障碍因子诊断模型可计算出2014—2020宿州市各个评价指标的障碍程度，参考相关文献描述框架[26]对影响该年生态环境质量的障碍因子前4位进行排序(见表4)。

由表4可知，在2014年，位于压力系统、体现污染物排放量与经济发展协调程度的指标G7、G5、G4和响应系统中工业固体废物综合利用率(G14)是该年宿州市生态环境质量主要障碍因子，这意味着2014年宿州市的经济发展仍然较为粗放，宿州市要取得一定程度的发展，需要付出较大的环境代价。

2015、2016年与2014年情况相似，污染物排放量与经济发展之间的协调程度不够高且污染治理成效(G14G15)不好。并且人均耕地面积(G8)自2016年起连续4年成为宿州市生态环境质量主要障碍因子。

在2019年，4个主要障碍因子中有3个都位于状态系统(G8、G9、G11)，这表明阻碍宿州市生态环境质量的因素由经济发展与生态环境之间的协调程度转化为区域水土资源和城市市政绿化建设水平的不足。

到2020年，主要障碍因子集中于单位GDP工业固体废物排放量(G7)、建成区绿化覆盖率(G11)以及人均水资源拥有量(G9)，三者障碍度合计为94.0771%，表明制约宿州市生态环境质量发展的因素趋于集中。后续宿州市要把生态环境质量与经济发展相适应，需要有针对性地减少工业固体废物排放量，还要在城市化、城镇化进程中，注意建成区的生态绿化，同时注意应对气候变化导致的降水减少，妥善安排区域水资源时空分配。

与此同时依据物元模型中各指标的关联函数来探究各阶段的限制因素[12]，当指标关联函数判断为“劣”与“差”，则可用以判定宿州市在某阶段的限制因素(见表5)。但和依据障碍度模型得出的障碍因子又不同，式(13)中定量分配各指标对各年段整体的重要程度，其计算结果主要是单个指标占对整体的影响障碍程度占比。式(7)物元模型指标关联函数计算中，不需要计算指标所占权重，由此判断得到的限制性指标，更多的是表示单个指标目前所处状态。属于“劣”与“差”等的指标意味着其在被处理时投入力度、处理程度可能不充足，导致该指标没有得到良好的改善，后续进行生态环境治理时就要适当着重考虑。

表5 宿州市生态环境质量限制性指标

由表5可得知，宿州市的人均水资源拥有量(G9)与环境污染治理投资占GDP比重(G16)从2014年起长期限制着宿州市生态环境，二者都不是高度阻碍宿州市生态环境的因子，后续宿州市生态环境质量的提升除了关注主要障碍因素外，还需关注长期限制但限制程度不高的因素，尽力做到生态环境全面改善。

4 结论

本文基于2014—2020年宿州市的指标数据，运用熵权—物元模型以及障碍因子诊断模型对宿州市的生态环境质量及障碍因素进行评价、研究。并得出结论：(1)2014—2020年宿州市的生态环境质量持续改善，并在2017年起就保持“优”等。但宿州市后续环境改善速度减缓，因此后续宿州市在持续改善环境的同时，需要加大力度提高生态环境质量，参考科学的研究与建议，制定更为适应新发展阶段的环境政策法规，营造良好的生活环境，促进宿州市经济健康、绿色可持续发展。(2)依据宿州市生态环境质量障碍因子诊断可得，宿州市的生态环境限制因素不断变化。但宿州市可以通过新技术、新手段，动态监测宿州市障碍因子变化，以便及时响应，提高生态治理效率。(3)基于物元模型下的指标关联函数得到的宿州市生态环境质量限制性指标，得知宿州市还存在部分指标长期限制着生态改善。因此在后续环境治理中，应当适当着眼于长期限制因素，补足生态短板。

宿州市要把握好长三角经济圈带来的优势，推进经济高质量发展的同时，推进生态文明建设，推动经济与环境共同进步，建设生态环境优、经济发展好、人民满意度高的美丽新宿州。本文提出的研究方法和思路亦探讨与研究中小城市应对经济发展与生态环境协同发展的新模式、帮助促进中小城市加快绿色转型，为实现经济高质量发展提供借鉴。