馬行天,曹 涵

(西安石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，西安 710000)

1 前 言

世界上許多城市都制定了可持續(xù)的城市發(fā)展計劃，以實現(xiàn)城市化進程，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的理想狀態(tài)(Shen等)[1]，可是實際結(jié)果并不理想，近年來隨著城市化進程不斷加快，經(jīng)濟快速發(fā)展給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的負擔(dān)和損害，帶來了一系列環(huán)境壓力大、生態(tài)機制功能衰退、能源耗竭等問題。生態(tài)城市是可持續(xù)發(fā)展理念在城市建設(shè)過程中的具體表現(xiàn)，如何促進城市生態(tài)系統(tǒng)的良性運轉(zhuǎn)和健康可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前的主要任務(wù)(劉丹丹等)[2]。人們對生態(tài)環(huán)境的關(guān)注日益加強，對生態(tài)系統(tǒng)健康的研究也越來越深入，其中城市生態(tài)系統(tǒng)的評價成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點問題，城市生態(tài)系統(tǒng)(urban ecosystem)是一個由社會、經(jīng)濟、制度和環(huán)境變量之間復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生的動態(tài)生態(tài)空間(Albert)[3]。與自然生態(tài)系統(tǒng)相比，城市生態(tài)系統(tǒng)擁有物質(zhì)和能源消耗高、污染大、自然資源少的特點，使其一直處于更加脆弱和不穩(wěn)定的狀態(tài)(Jiang和Chen)[4]。眾多學(xué)者使用不同的方法結(jié)合國內(nèi)的一些城市進行了相關(guān)研究，Su等[5]引入集對分析(SPA)來評估北京、大連、上海，武漢、廈門和廣州等城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平；胡碧玉等[6]采用熵值法賦予指標(biāo)權(quán)重，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)建評價模型，對川北城市生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)進行了研究；于洪良[7]運用TOPSIS方法對山東省東營市的生態(tài)系統(tǒng)健康評價進行實證研究；李夢婕等[8]運用主成分分析方法篩選城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)，同時結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)評價模型，進而對南京市城市生態(tài)系統(tǒng)健康形勢進行動態(tài)評價；王智宇[9]基于能值分析和城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的理論和方法，從生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)兩方面，對西安市的3個發(fā)展核心區(qū)2014年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行生態(tài)健康評價。

上述方法大多都是以某個城市或多個城市一年數(shù)據(jù)或多年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行綜合評價或研究方法優(yōu)化比較分析，缺少對省域?qū)用嬲w城市生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)發(fā)展的研究。城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價是城市可持續(xù)發(fā)展以及城市生態(tài)文明建設(shè)的需要。在當(dāng)今各種“城市病”頻發(fā)的背景下，研究城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平，不僅有利于協(xié)調(diào)城市發(fā)展與城市生態(tài)系統(tǒng)健康之間的矛盾，而且對于指導(dǎo)城市建設(shè)規(guī)劃編制，監(jiān)控城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義(劉培德和滕飛)[10]。故本文在已有研究的基礎(chǔ)上，采用層次分析法對陜西省2013～2017年城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行分析，從時間序列角度進行動態(tài)評價，根據(jù)研究結(jié)果提出相應(yīng)改善城市生態(tài)健康水平的建議，以期為促進生態(tài)城市健康發(fā)展提供科學(xué)理論依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

陜西省位于中國西北部，地處東經(jīng)105°29′～111°15′和北緯31°42′～39°35′之間，地勢特征明顯，北山和秦嶺把陜西分為三大自然區(qū)域：北部是陜北高原，中部是關(guān)中平原，南部是秦巴山區(qū)。全省總面積20.58萬km2，設(shè)10個省轄市，有4個縣級市。近年來，陜西省城鎮(zhèn)化水平迅速提升，城市人口的增加使城市生態(tài)環(huán)境面臨一系列問題。通過分析2013～2017年陜西省城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為陜西省省域?qū)用娴纳鷳B(tài)環(huán)境規(guī)劃建設(shè)提供理論依據(jù)。

3 研究方法

3.1 建立評價指標(biāo)體系

城市生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)，需要通過一系列相關(guān)指標(biāo)進行定期監(jiān)測和評估?？沙掷m(xù)性評估被視為幫助實現(xiàn)可持續(xù)城市生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的重要工具，指標(biāo)是通過產(chǎn)生定量值來提供關(guān)于環(huán)境狀態(tài)的信息的參數(shù)，可以用來作為管理環(huán)境、社會和經(jīng)濟信息的動態(tài)衡量標(biāo)準(zhǔn)，以評估城市地區(qū)的可持續(xù)性(Moussiopoulos等；Dizdaroglu)[11-12]。城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究的核心問題在于建立合適的評價指標(biāo)體系，而目前關(guān)于城市生態(tài)健康指標(biāo)的選取在學(xué)術(shù)界還未達成共識。由于對城市生態(tài)系統(tǒng)健康概念理解上的差異以及研究視角的不同，學(xué)者們提出了不同的評價指標(biāo)體系。縱觀現(xiàn)有研究，主要存在三種構(gòu)建指標(biāo)體系的方式，其一是將城市生態(tài)系統(tǒng)分為環(huán)境、經(jīng)濟、社會三個子系統(tǒng)(張曉琴和石培基；耿涌和王珺；胡碧玉；陶曉燕)[6,13～15]，其二是從自然、社會和經(jīng)濟三個方面構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系(劉麗麗等；張俊華等；伍陽等)[16～18]；其三是采用活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、人類健康狀況等5大要素來構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標(biāo)體系(師謙友；李雙江；景彩娥和張福平；郭銳利等；單海燕和楊君良；高彩玲等)[19～24]?？紤]陜西省的實際情況和數(shù)據(jù)可獲得性，借鑒已有學(xué)者的研究，本文選擇學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可的活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和人類健康狀況作為評價的5個主要要素，對每個要素提出相應(yīng)的具體評價指標(biāo)，從而構(gòu)建出城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系。(見表1)

3.2 評價方法

縱觀近年來國內(nèi)外學(xué)者們對城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究，其評價方法主要有：基于熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,并應(yīng)用模糊綜合評價法對城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行綜合評價(劉偉等；吳長年和魏婷；劉惠；Han等；劉玒玒等；秦趣等)[25～30]；采用突變理論標(biāo)準(zhǔn)量化底層評價指標(biāo)，再根據(jù)相應(yīng)的歸一化公式推求突變級數(shù)值，從而確定城市生態(tài)健康狀態(tài)(徐雪松等；呂爽等)[31-32]；基于主成分分析法確定指標(biāo)的權(quán)重，運用模糊數(shù)學(xué)評價方法對城市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價分析(李夢婕等；官冬杰；Zeng等)[8,33-34]；使用能值分析方法評價城市生態(tài)系統(tǒng)健康(王智宇等；李恒等)[9,35]；除此之外，還有運用集對分析方法分析城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況(劉丹丹等，Su等)[2,36]，運用層次分析法對城市生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價(李艷麗等；袁明鵬和嚴(yán)河；王艷等)[37～39]?？梢钥闯鲇脕碓u價城市生態(tài)系統(tǒng)健康的方法多種多樣，但由于研究視角不同采用的方法也有所差異，本文是要探究陜西省近幾年來整個城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的動態(tài)變化，所以主要采用層次分析法進行相關(guān)研究。

表1 城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)Tab.1 Urban ecosystem evaluation index

層次分析法是一個將復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解，進而產(chǎn)生多個指標(biāo)，通過定性指標(biāo)模糊量化算出指標(biāo)的權(quán)數(shù)，為決策提供依據(jù)的系統(tǒng)方法，整個過程體現(xiàn)了人們分解-判斷-綜合的思維特征。這一方法的核心是將決策者的經(jīng)驗判斷給予量化，從而為決策者提供定量形式的決策依據(jù)，在目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下更為實用(Saaty)[40]。在運用AHP方法進行評價或決策時，大體可分為四個步驟：

(1)分析評價系統(tǒng)中各基本要素之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。

(2)對同一層次的各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進行兩兩比較，建立各階層的判斷矩陣A。

式中,aij—要素i與要素j相比的重要性標(biāo)度。

最大特征根λmax及一致性指標(biāo)C.I.的計算一般需在求得重要度向量W0后進行。

式中，(AW)i表示向量AW的第i個分量。

進行一致性檢驗，查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標(biāo)(Random Index，R.I.)，計算一致性比例(Consistency Ratio，C.R.)。

當(dāng)C.R.小于1時，判斷矩陣才具有滿意的一致性，否則就需要對判斷矩陣進行調(diào)整。

(4) 計算各層要素對系統(tǒng)目的(總目標(biāo))的合成(總)權(quán)重，并對各備選方案排序。

3.3 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于2013～2017年《中國城市統(tǒng)計年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù)(見表2)。

表2 陜西省生態(tài)系統(tǒng)健康評價數(shù)據(jù)Tab.2 Shaanxi Province Ecosystem Health Assessment Data

4 城市生態(tài)系統(tǒng)的綜合評價

4.1 建立評價系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)已經(jīng)確立的城市生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)構(gòu)建相對應(yīng)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康的遞階層次結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

圖 城市生態(tài)系統(tǒng)健康層次結(jié)構(gòu)圖Fig. Urban ecosystem health hierarchy chart

4.2 計算相對重要度

進行層次分析的關(guān)鍵在于構(gòu)建判斷矩陣，而在構(gòu)建判斷矩陣之前，首先必須明確兩兩比較標(biāo)度，美國運籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授T.L薩迪(T.L Saaty)選擇1～9之間的整數(shù)及其倒數(shù)作為標(biāo)度，具體含義如表3所示。

根據(jù)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標(biāo)體系，首先評價最高層要素，即分析在活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和人群健康狀況等5個評價要素中，哪一個評價要素比較重要，設(shè)各評價要素的判斷矩陣如表4所示。

表3 判斷矩陣標(biāo)度定義[41]Tab.3 Judgment matrix scale definition

表4 最高層判斷矩陣及相對重要度計算Tab.4 Top level judgment matrix and relative importance calculation

通過最高層次的分析，可得到各評價要素的權(quán)重系數(shù)，其計算方法可用方根法求出判斷矩陣的相應(yīng)的特征向量，再對其進行歸一化處理得到歸一化相對重要度向量并進行一致性檢驗。計算結(jié)果表明被選城市綜合評價中，其評價要素的重要性的排序為：B1>B2>B3>B5>B4。進一步評價各個細分指標(biāo)在不同的評價要素下的相對重要度，按 5個要素分別構(gòu)建判斷矩陣，并計算出每個評價要素下各評價指標(biāo)的相對重要度，處理過程如表5所示。

表5 五個要素各細分指標(biāo)的判斷矩陣及相對重要度計算Tab.5 Judgment matrix and relative importance calculation of each sub-index of five elements

續(xù)表1

B3C10C11C12WiW0iC101311.4420.443C111/311/20.5500.169C121211.2600.388λmax = 3.019;C.R.= 0.018 < 0.1B4C13C14C15WiW0iC13121/210.311C141/211/20.6300.196C152211.5870.493λmax = 3.054;C.R.= 0.052 < 0.1B5C16C17C18WiW0iC161221.5870.501C171/2110.7940.251C181/2110.7940.251λmax = 3.001;C.R.= 0.001 < 0.1

C.R.代表一致性比例，λmax代表最大特征根。

4.3 計算總重要度

通過總重要度的計算，確定各評價指標(biāo)對最高層總目標(biāo)的合成(總)權(quán)值，并據(jù)此對各評價指標(biāo)作出最終排序。影響城市生態(tài)系統(tǒng)健康的18項評價指標(biāo)對城市生態(tài)系統(tǒng)健康影響程度排序如表6所示。

表6 評價指標(biāo)對城市生態(tài)系統(tǒng)健康影響總排序Tab.6 Total ranking of impacts of evaluation indicators on urban ecosystem health

其中，Bi分別代表五個評價要素，Ci分別代表十八項具體指標(biāo)。

由總重要度的計算可知,具體指標(biāo)相對重要性順序為C1，C10，C16，C7，C2，C12，C15，C3，C5，C6，C17，C18，C13，C11，C4，C9，C14，C8。通過對具體指標(biāo)相對重要性的分析，可以看出在城市生態(tài)系統(tǒng)健康的影響因素中，經(jīng)濟水平對其影響最大，達到了15.3%；其次是廢水處理能力和健康服務(wù)，分別達到了8.4%和8.3%；社會結(jié)構(gòu)、垃圾處理能力、居民生活便利程度、能源消耗等4項影響指標(biāo)的所占比重不相上下，自然結(jié)構(gòu)、文化水平、城市設(shè)施水平對其影響不大，均低于5%；相對來講，對城市生態(tài)系統(tǒng)健康影響最小的是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。

4.4 計算各年份的綜合評價值

計算和比較陜西省2013～2017年的綜合評價值。由于這18項指標(biāo)的單位不同，且其中既有極大型指標(biāo)又有極小型指標(biāo)，所以在進行綜合評價之前，首先需要對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化和無量綱化處理，這里采用Excel對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。極值處理法：

其中，Mj=max{xij}，mj=min(xij)對于指標(biāo)為極小型的情況，上式變?yōu)椋?/p>

經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 綜合評價值的計算Tab.7 Calculation of comprehensive evaluation values

各個年份的綜合評價值是其18項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的權(quán)數(shù)和，從綜合評價值比較陜西省近年來城市生態(tài)系統(tǒng)健康程度來看，我們可以得到以下結(jié)論：①2013～2017年期間的綜合評價值呈顯著上升趨勢，其中2013年至2015年增長速度較快，2015年至2016年增長速度較為平緩，2016年至2017年又呈現(xiàn)快速增長，即總體而言每年的生態(tài)健康程度在不斷提高。②2017年的各評價指標(biāo)中，人均地區(qū)生產(chǎn)總值、每萬人擁有城市衛(wèi)生技術(shù)人員數(shù)、城鎮(zhèn)居民消費水平、供水綜合生產(chǎn)能力、電力消費量、城市綠地面積等指標(biāo)相對于其他年份來說具有明顯的優(yōu)勢，其中前兩項指標(biāo)分別代表了經(jīng)濟水平、健康服務(wù)，均是對城市生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生較大影響的因素。③影響城市2017的限制指標(biāo)相對于其他年份來說，主要是建成區(qū)綠化覆蓋率和生活垃圾清運量，兩項指標(biāo)分別包含于城市生態(tài)系統(tǒng)健康的自然結(jié)構(gòu)和垃圾處理能力之中，只要努力改善這兩項功能，對提高城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平有很大幫助。

5 結(jié) 論

本文借鑒已有研究成果，根據(jù)活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和人類健康狀況5個要素構(gòu)建陜西省城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，從時間上分析陜西省城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。研究結(jié)果表明，隨著時間推移，陜西省城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平總體呈現(xiàn)顯著上升，但其中自然結(jié)構(gòu)和垃圾處理能力等影響因素存在下降趨勢，成為目前制約該省城市生態(tài)健康的主要因素。針對研究結(jié)果，未來陜西省城市生態(tài)系統(tǒng)有較大的發(fā)展?jié)摿吞嵘臻g，生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展重點在于提高組織結(jié)構(gòu)與恢復(fù)力，要想保持良好的健康發(fā)展水平，應(yīng)進一步改善組織結(jié)構(gòu)并加強恢復(fù)力功能建設(shè)。

·清潔生產(chǎn)·

DOI：10.14034/j.cnki.schj.2019.03.025