基于熵權的海島地區城市生態系統健康動態評價研究
——以舟山群島新區為例

吳婧慈，劉超，邵晨，趙晟

（1.浙江海洋大學 舟山 316022；2.國家海洋設施養殖工程技術研究中心 舟山 316022）

生態環保

基于熵權的海島地區城市生態系統健康動態評價研究
——以舟山群島新區為例

吳婧慈1，2，劉超1，邵晨1，2，趙晟1，2

（1.浙江海洋大學 舟山 316022；2.國家海洋設施養殖工程技術研究中心 舟山 316022）

文章將舟山群島新區作為研究對象，以結構、功能、協調這3個基準點為視角，構建舟山群島新區城市生態系統健康的評價指標體系；運用熵權法進行客觀賦權，探討海島地區城市生態系統健康的主要影響因素；分析系統各主要因素間彼此的聯系和相互關系，評價舟山城市生態系統健康動態，以便進一步提高舟山群島新區城市生態系統健康水平，優化經濟結構，為加強海島地區生態與環境管理，促進海島地區經濟發展提供決策依據。研究結果表明：近年來，舟山群島新區城市生態系統健康程度以穩中有升的趨勢在不斷提高；結構指數有小幅波動，功能指數波動顯著，改善明顯，其中，城市環境是造成結構指數波動的主要原因。城市文明率較低和可持續性持續走低是城市協調度的主要限制因素。由此，優化資源配置、改善經濟結構、持續減排、提升城市環境是確保舟山群島新區城市生態系統健康水平的關鍵。

舟山群島新區；城市生態系統；熵權法；生態評價

1 引言

伴隨著人們對生態環境的日益關注，對生態系統健康的研究也越發深入，眾多學者分別從不同的學科視角和研究個案出發，對生態系統健康的概念、生態系統健康的影響因子及評價指標的選擇和方法等方面進行了研究［1－2］。早期學者主要關注自然生態系統的健康，大部分研究主要集中在湖泊／流域生態系統健康評價［3］、森林生態系統健康長期監測［4］、農業生態系統健康評價［5］等方面。但近些年來，研究熱點轉移到對城市生態系統健康的研究，城市生態系統健康評價是按照生態系統的觀點，運用生態學和環境科學的相關理論和方法，對城市生態系統結構、功能和協調性等進行綜合評價，以確定該系統的發展水平、發展潛力和制約因素，是城市生態規劃、生態建設和生態管理的依據［6］。正確評價城市生態系統，了解城市生態系統健康狀況，對于引導城市發展方向以及實現各方發展的可持續均具有重要意義。

國內外有關城市生態系統健康的研究已有很多。國際上，在“人類健康的生態系統研究方法”（Ecosystem Approaches to Human Health）的研究報告中，就曾詳盡地分析探討了城市生態系統健康的內涵、標準、評價指標、城市生態系統的管理目標、管理方式和采取的政策措施等［7］。Jerry等［8］通過采用驅動力－壓力－狀態－暴露－影響－響應模型，探討了城市生態系統健康的概念及建立評價指標體系的理論、方法的建立問題。Guidotli［9］對城市生態系統健康的研究進展及研究趨勢進行了綜述分析。國內，郭秀銳等［10］應用生態系統健康的理論與方法，探討城市生態系統健康評價的方法，采用模糊數學方法建立了評價模型，并以廣州市為例，參比北京、上海，對其作生態系統健康狀況的比較評價。曾勇等［11］采用壓力－狀態－響應模型構建出城市生態系統健康評價指標體系框架，建立模糊優選評價模型，并以上海為例做出評價。官冬杰等［12］通過定性和定量分析構建了五大類32項的評價指標體系，提出評價城市生態系統健康的初級指標體系，以重慶為對象作實例研究，將北京、天津、上海作為參比城市進行了對比分析評價。馬爽爽等［13］利用自相似理論與分形理論計算系統分維數，建立了基于土地利用空間格局的區域生態系統健康評價指標體系，借助于GIS和數學分形理論對湖州市城市生態系統健康進行定量評估。魏婷等［14］采用突變級數法，對廈門城市生態系統健康進行了定量評估，通過時間序列的比較對系統健康的發展趨勢進行了分析。于蘇建［15］采用投影尋蹤模型，對福州市、廈門市和泉州市2007年的城市生態系統健康狀況進行評價。郭銳利等［16］建立熵權綜合評價模型，對2005—2009年期間重慶市城市生態系統健康進行了評價，建立GM（1，1）灰色預測模型，對2010—2015年期間重慶市生態系統健康進行了動態預測分析。景彩娥等［17］采用主觀賦權法和CRITIC法確定權重，運用模糊綜合法分析了2000—2009年太原市城市生態系統健康水平，同時應用灰色預測模型對2010—2050年太原城市生態系統健康水平進行預測。

綜上而言，已有的城市生態系統健康研究主要是對內陸區域的城市評價，針對海島地區的城市生態健康研究較少，海島地區由于其特殊的地理區位，在生態、經濟、社會等方面都存在著其獨特特征。從地理環境角度上看，海島地理位置特殊，相對孤立地處于海洋之中，島嶼和大陸分開，島與島之間和島與陸地之間聯系較為困難，長期分離而形成了不同的生態條件。其次，由于海島的地理隔離和生態隔離，其土地資源及森林資源相當有限，資源稀缺，生態系統脆弱，淡水資源短缺，環境承載力有限，經濟發展存在較強局限性和依賴性［18］。由于其自然環境、生態環境的特殊性，海島地區的城市發展狀況必然不同于內陸縣域經濟或沿海區域經濟，更不同于現代化都市，它在生態環境、經濟和社會發展等方面都具有獨特性。針對目前的研究現狀，在總結以往學者研究成果的基礎上，本研究嘗試構建海島地區城市生態系統健康評價的指標體系，以舟山群島新區為實例研究對象對其做城市生態健康動態評價。

舟山是我國首個以群島建制的地級市，近年來發展迅猛，基礎設施建設、人口及用地規模等都有著不同程度的提升與擴大。在新區建設的過程中不免存在著資源浪費、環境污染、大范圍廢棄物排放等諸多問題，對于自然正常的生態系統和功能結構造成了巨大的沖擊與破壞。生態環境問題不容忽視，所以，科學地評價舟山群島新區城市生態系統健康狀況十分必要，基于此，本研究選取近5年的數據，運用“熵權法”對數據進行處理分析，評價舟山群島新區城市生態系統健康狀況。

2 評價指標體系

參考宋永昌教授（我國城市生態學專家）等［19］生態城市的指標體系與評價方法一文，以綜合性、代表性、可比性、可操作性為原則確定本研究的評價指標體系，設置了舟山群島新區生態系統健康的評價標準［20］。本研究指標體系主要劃分為結構、功能、協調3個主要素，共涉及十大因素，30項指標（表1），其中權重的確定由本研究2.2.2的方法計算得出。指標體系中，結構是表現生態系統結構的復雜性，涉及人口結構、基礎設施、城市環境、城市綠化4個方面；功能是反映相關環境污染符合程度，以物質還原、資源配置、生產效率3個方面來得以體現；協調是衡量在發展過程中系統及其內部各個要素間彼此的和諧程度，它能體現系統無序至有序的變化趨勢，以社會保障、城市文明、可持續性3項指標來得以體現。30項指標中，除環境噪聲、萬元產值能耗、失業率、刑事案件發生率的指標性質為“－”外，其余均為“＋”。

表1 舟山群島新區生態系統健康評價指標體系及其權重

3 舟山群島新區生態系統健康評價

3.1 數據來源及說明

本研究的數據主要來源于《浙江省統計年鑒》（2011—2015年）、《舟山市統計年鑒》（2011—2015年）、《舟山市環境質量報告》、《舟山市國民經濟和社會發展統計公報》（2010—2015年）以及浙江省環境監測中心、浙江省統計局、舟山市環保局、舟山市統計局等各大官方網站所公布的官方數據。其中，評價指標中的人均GDP、人均生活用水、人均生活用電、人口密度、中高等學歷人數、人均住房面積、城鎮化率、人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、自然保留地面積率、廢水處理率、工業廢氣排放量、固體廢氣無害化處理等數據均來源于《舟山市統計年鑒》；城鎮居民人均住房面積、人均期望壽命、人均道路面積等數值源于《浙江省統計年鑒》；空氣優良率、環境噪聲、污染控制綜合得分等數據均源于《舟山市環境質量報告》；萬人病床數、萬人藏書量、中高等學歷人數、人均保險費、失業率（市區）、百人電話數等源于《舟山市國民經濟和社會發展統計公報》；社會服務投資與當年市區財政支出的比值即為社會服務投資占財政支出的比重（市區）；科教投入與當年地區生產總值的比重即為科教投入占財政支出的比重。

3.2 評價方法

3.2.1 歸一化

首先需對數據統一進行標準化處理，以消除各評價指標單位、數據性質等量度上存在的差異。設U1為經濟發展子系統參量，U2為居民生活子系統序參量，為經濟發展子系統及居民生活子系統內部的基礎觀測指標。定義為眾多觀測指標組成的兩個子系統的外在發展功效，其中λij為各指標的權重，有為第i個子系統的第j個指標經過歸一化后的標準化數值，歸一化的具體過程為：

對于正向指標u″ij，令

對于逆向指標uij，令

3.2.2 權重的確定

對于變量的賦權，可以使用“主成分分析法”，也可以使用“熵權法”，本研究主要利用“熵權法”這一相對更加客觀的賦權方法。以各項指標的變異程度為基準，用信息熵計算出各項指標的熵權，再通過熵權對各項指標的權重進行修正，最終得出較為客觀的指標權重。具體過程如下。

（1）對指標數據進行歸一化處理，得到歸一化后的數據u″ij。

（2）計算第j個指標下的第i個子系統占該指標的比重（pij）。

（3）計算第j個指標的熵值（eij）：

其中，調節系數K＝1／1n（n）＞0。

（4）計算第j個指標的差異系數。對第j個指標，其值的差異越大，對方案評價的作用就越大，熵值就越小。

定義差異系數為

（5）求權重。

依據以上方法與步驟，并根據2010—2014年的基礎數字。對舟山群島新區進行了逐級指標的計算.其結果見表2。

（6）綜合得分

表2 舟山群島新區生態系統二級綜合指標變化值

4 結果分析與評價

4.1 結構

指數標準化后數值越大，其結構功能越好，生態健康的程度越高，從表2可以看出，2010—2014年人口結構雖有小幅波動但總體趨勢呈現為穩中求升。人口結構能反映出一定時間與區域內的人口總體內部各不同性質規定性的數量及其比例關系，同時也能反映出一定時間及區域內的社會情況和經濟狀況，由表2可以看出，基礎設施也呈現逐年增長的趨勢，這正好應對了舟山趨好的社會經濟狀況。但城市環境在2010—2014年期間有所波動，是影響結構指數的關鍵因素。2010—2014年，基礎設施、人口結構、城市環境與城市綠化四大指標的得分排序由高到低排列大致為：城市綠化、人口結構、基礎設施、城市環境。城市環境指標最低，舟山群島新區常住人口的人口密度較大，另外每萬人口中的中高等學歷人數、人均道路面積、城市綠化率、人均住房面積及其人均占有綠地面積等指標偏低等級。在城市環境方面，從5年的舟山市環境公報中的數據來看，空氣質量一直保持著良好水平，但酸雨頻率并沒有大幅度減少，市民的主要引用水源地（水庫）水質保持良好，但河道和翻水入庫的引用水源地水質卻有所欠缺，且有下降趨勢，城區河道水質污染較為嚴重，海洋環境形勢不容樂觀，赤潮發生頻率偏高，但從總體上看，舟山群島新區生態系統的各項指標發展情況均趨于標準值。相信舟山群島新區的生態城市建設會隨著城市用地結構調整和基礎設施的改善而得到樂觀的發展。

4.2 功能

由表2可以看出在2010—2014年，物質還原指數波動顯著，改善明顯；2012年物質還原處于谷值主要由于當年工業廢氣排放量的迅猛增加，以及固體廢氣物無害化處理相較往年有所降低而導致。隨著舟山群島新區的工業廢氣排放量遞減，且廢氣廢水的無害化處理率有所上升，可以看出在2012年之后物質還原程度有了明顯改善。從表2中還可以看出，資源配置在2012—2013年間有下降趨勢，而物質還原在這一年間呈現與資源配置對應趨勢的增長，總體來說，物質還原與資源配置的能力基本相當，生產效率一直保持著勻速增長的趨勢。從功能角度出發，2010—2014年的5年間，3項指標的得分排序由高到低依次為：生產效率、物質還原、資源配置。數據顯示舟山群島新區污染物的回收利用能力處于較低水平，有部分企業仍舊處于高污染、高能耗狀態。并且舟山群島新區中各領域的高科技運用并不發達，且現代化高科技生態工業園區也較少。由此可見，要提高舟山群島新區城市生態系統的功能指數，應當著力于優化資源配置，提高固廢資無害化處理率，實現污染物的次序減排。

4.3 協調

由表2可以看出：2010—2014年社會保障穩步增長；城市文明有所波動，2010—2011年處于下降趨勢，2011—2013年相對穩定，而后逐漸改善；可持續性一直處于下降趨勢，且下降幅度大，從數據中得出，造成可持續性下降的原因主要在于社會服務投入與科教投入的降低，且城鄉收入比也有下降趨勢?；趨f調指數，5年來其3項指標的得分排序由高到低依次為：社會保障、可持續性、城市文明?？沙掷m性的走低與城市文明率偏低是制約城市協調度的主要限制因子。3項指標之間呈現有規律的差異。從城市生態系統的協調度來看，要提升城市協調度需要著力于控制可持續性指數的穩定和加強城市文明的建設，以此，加強對社會服務與科教文化產業的投入，提高工資福利水平和農民的收入水平以減小城鄉差異等，也在一定程度上有助于提升協調指數。與此同時，著力改善投資環境，吸引資金人力等要素的流入，做好人才的引進使用和后勤保障工作。

4.4 綜合指數

經過標準化處理后，綜合指數的情況如圖1所示，2010—2014年，舟山群島新區城市生態系統健康狀況是穩中有升，生態系統健康程度在不斷提高。其中2011—2014年健康指數有明顯增長，主要源自2011年舟山群島新區正式寫入全國“十二五”規劃，在轉型升級、生態保護等多方面設立了明確目標。并且，在浙江省委制定的“十二五”規劃也將舟山群島新區作為浙江省海洋經濟發展的核心區塊，各方都在加大投入，所以使得5年間舟山群島新區的社會和經濟情況都處于穩中有升的趨勢，生態系統健康也趨于上升狀態。

圖1 舟山群島新區生態系統評價綜合指數

5 結論對策及展望

綜上所述，舟山群島新區城市生態系統健康程度不斷提高，結構指數有小幅波動，城市環境是導致結構指數波動的主要原因，其中控制污染物的持續減排是改善城市環境的關鍵因素。正是由于實施了一系列的污染治理措施，使得2011—2014年主要污染物快速減排，環境質量明顯改善，進而促進了舟山群島新區城市生態系統健康程度的快速改善。所以，要持續提高舟山群島新區城市生態系統健康水平，需進一步優化經濟結構，確保主要污染物的持續減排是關鍵。功能指數波動顯著，改善明顯。城市文明較低和可持續性持續下降是限制協調指數的關鍵因素，所以，需加強對社會服務和對科教文化產業的投入，提高工資福利水平，提高農民的收入水平，減小城鄉差異以提升生態系統協調指數。隨著城市的發展，其基礎設施建設會不斷完善，系統的結構水平必然會在一定程度上有所提高，從生態系統的協調度上可以看出，系統功能的調整與改善是慢于結構的，但相信只要城市生態系統結構得到了優化，并隨著城市的經營管理水平的提高，舟山群島新區城市生態系統的功能和協調能力一定會大幅度改善。

城市生態系統健康評價是當下可持續發展研究中的一大熱點，但目前處于發展階段，其評價指標體系尚不完善。盡管設計評價體系時考慮了指標間互不重疊，但指標數量多少適宜仍有待進一步研究。通常，評價指標數量越多，給予的信息量越大，越能真實地反映實際狀況；然而，由于經濟現象自相關性的存在，評價指標過多會引起指標間的自相關性問題，如果選擇有重復性的指標則會影響評價結果的科學性。目前，可以采取主成分分析法、因子分析法等方法，努力消除指標間的相關關系，但要避免指標間的完全不重疊也是相當困難的，所以相關問題也有待于進一步的分析探討。

［1］ NORDIN M，AZRINA L A.Training and research for meas－uring and monitoring ecosystem health of a large scale e－cosystem［J］.Ecosyst Health，1998，4（3）：188－190.

［2］ RAPPORT D J.Gaining respectability：development ofquantitative methods in ecosystem health［J］.Ecosystem Health，1999（5）：1－2.

［3］ 趙臻彥，徐福留，詹巍.湖泊生態系統健康定量評價方法［J］.生態學報，2005，25（6）：1466－1574.

［4］ NOBLE L R，DIRZO R.Forests as human－dominated ecosystems［J］.Science，1997，277：522－525.

［5］ 謝花林，李波，劉黎明.基于壓力－狀態－響應模型的農業生態系統健康評價方法［J］.農業現代化研究，2005，26（5）：366－369.

［6］ 周建順，劉志剛.諾貝爾獎得主：21世紀對世界影響最大的兩件事［EB／OL］.（2003－09－26）［2016－12－12］.http：／／www.ce.cn／sygdxw／t20030926＿133599.shtml.

［7］ 羅綺.重慶都市圏生態健康評價研究［D］.重慶：西南大學，2008.

［8］ JERRY M S，MARIANO B，ANNALEE Y，et al.Developingecosystern health Indicators in centro habana：a community based approach［J］.Ecosystem Health，2001，7（1）：15－26.

［9］ GUIDOTLI T L.Perspective on the health of urban ecosystems［J］.Ecosystem Health，1995，1（3）：141－149.

［10］ 郭秀銳，楊居榮，毛顯強.城市生態系統健康評價初探閉［J］.中國環境科學，2002，22（6）：525－529.

［11］ 曾勇，沈根祥，黃沈發，等.上海城市生態系統健康評價［J］.長江流域資源與環境，2005（21）：208－213.

［12］ 官冬杰，蘇維詞.城市生態系統健康評價方法及其應用研究［J］.環境科學學報，2006，26（10）：1716－1722.

［13］ 馬爽爽，陳奕，許有鵬.基于分形理論的湖州市城市生態系統健康評價［J］.生態學雜志，2012，31（7）：1817－1822.

［14］ 魏婷，朱曉東，李楊帆.基于突變級數法的廈門城市生態系統健康評價［J］.生態學報，2008，28（12）：6312－6320.

［15］ 于蘇建.基于投影尋蹤的海西主體城市生態系統健康評價［J］.江西農業大學學報（社會科學版），2010，9（3）：101－105.

［16］ 郭銳利，鄭欽玉，劉娟，等.基于墑值法和GM（l，1）模型的重慶城市生態系統健康評價［J］.中國環境科學，2012，32（6）：1148－1162.

［17］ 景彩娥，張福平.太原市城市生態系統健康評價及其趨勢預測［J］.水土保持通報，2013，33（3）：280－286.

［18］ 王廣成，李忠才，孫玉峰.海島地區生態經濟模型及其實證研究［M］.北京：經濟科學出版社，2009.

［19］ 宋永昌，威仁海，由文輝，等.生態城市的指標體系與評價方法［J］.城市環境與城市生態，1999（10）：16－19.

［20］ 高彩玲，田采霞，麻冰涓.基于熵權法的焦作市城市生態系統健康動態評價［J］.水土保持通報，2015，35（3）：70－73.

Urban Ecosystem Health Evaluation of the Dynamic Island Area Based on the Entropy Weight Method：A Case Study of Zhoushan Islands

WU Jingci1，2，LIU Chao1，SHAO Chen1，2，ZHAO Sheng1，2
（1.Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316000，China；2.National Engineering Research Center for Marine Aquaculture，Zhoushan 316022，China）

In this paper，the Zhoushan islands new district was considered as the research object，an urban ecosystem health evaluation index system was built on the three basic viewpoints such as structure，function and coordination，by objectively using the entropy weight method，to explore the main impacting factors of the urban ecosystem health in island area.The mutual contact and relationship between main factors of the system were analyzed to evaluate the dynamic of ecosystem health in Zhoushan city，in order to further improve the level of Zhoushan islands new district urban ecosystem health，optimize the economic structure，and strengthen the management of ecol－ogy and environment in island region and promote the economic development for decision－making basis.The results showed that in recent years，the level of ecosystem health in Zhoushan islands new district urban was increasingly improving.The structure index slightly fluctuated and the function index fluctuated and improved significantly，among which，the urban environment is the main cause of structure index fluctuation.The low urban civilization rate and falling sustainability were the main limiting factors of urban coordination degree.As a result，optimization of the allocation of resources，improvement of the economic structure，continuously reducing emission，and improving the urban environment are the key ways to ensure the ecosystem health level of Zhoushan islands new district urban.

Zhoushan islands，Urban ecological system，The entropy weight method，Ecological evaluation

P74

：A

：1005－9857（2017）07－0053－07

2017－01－10；

：2017－06－01

浙江省自然科學基金項目（LY15D060006）；科技部國際科技合作項目（2015DFR30450）.

吳婧慈，碩士研究生，研究方向為海島開發與保護

趙晟，教授，博士，研究方向為海洋生態，生態經濟，環境管理與規劃及可持續發展等