黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價

徐輝 丁祖棟 武玲玲

摘 要：黃河下游地區(qū)是中國重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心區(qū)之一，城市擴(kuò)張給生態(tài)系統(tǒng)健康帶來了較大的壓力。為了給黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供參考，按結(jié)構(gòu)、功能、過程、發(fā)展等4個要素建立城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，以模糊物元模型為基礎(chǔ)，結(jié)合海明貼近度理論，從空間維度和時間維度對2010—2018年黃河下游沿黃15個城市的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)進(jìn)行測算，分析了黃河下游沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。結(jié)果表明：從時間維度看，2010—2018年黃河下游沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平呈現(xiàn)波動狀，除菏澤、濟(jì)寧、聊城、濱州四市生態(tài)系統(tǒng)健康水平有所下降外，其他城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平有所上升，鄭州市、聊城市分別為生態(tài)系統(tǒng)健康水平提升、下降的典型市;從空間維度來看，2010年、2018年城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平最高與最低分別均為東營市與焦作市，山東省沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平普遍比河南省沿黃城市的高，但15個城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的差距在縮小。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)健康;模糊物元模型;海明貼近度;城市;黃河下游

中圖分類號：X24;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.003

引用格式：徐輝，丁祖棟，武玲玲.黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].人民黃河，2022，44（2）：12-15，20.

Abstract： The lower Yellow River region is one of the most important grain producing areas and core production areas in China. The expansion of urban land has brought great pressure to the health of urban ecosystem. In order to provide reference for the ecological protection and high-quality development of the Yellow River Basin， an urban ecosystem health evaluation index system was established according to the four elements of structure， function， process and development. Based on the fuzzy matter-element model and hamming proximity theory， The ecosystem health index of 15 cities along the lower Yellow River from 2010 to 2018 was calculated from spatial and temporal dimensions， and the ecosystem health status of the cities along the lower Yellow River was analyzed. The results show that from the perspective of time， the ecosystem health level of cities along the lower Yellow River fluctuated from 2010 to 2018， and the ecosystem health index of other cities is increased except Heze， Jining， Liaocheng and Binzhou. Zhengzhou and Liaocheng are typical cities with the improvement and decline of ecosystem health level respectively. From the perspective of spatial dimension， the highest and lowest urban ecosystem health levels in 2010 and 2018 are Dongying and Jiaozuo respectively. The ecosystem health level of all cities in Shandong Province is generally higher than that of Henan， but the gap of ecosystem health level of 15 cities is narrowing continuously.

Key words： health of urban ecosystems;fuzzy matter-element model;Hamming approach degree;city;Lower Yellow River

城市作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要單元，對黃河流域高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用[1-2]。在城市發(fā)展過程中，城市生態(tài)系統(tǒng)安全與健康承受著資源耗竭、生態(tài)破壞、環(huán)境污染等方面的壓力[3-4]。關(guān)于黃河流域城市生態(tài)系統(tǒng)健康的研究，有對單個城市進(jìn)行研究的，如王智宇等[5]從生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩個方面對西安市3個發(fā)展核心區(qū)進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)健康評價、劉培德等[6]運(yùn)用混合指標(biāo)TODIM方法研究了2007—2013年東營市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，也有對多個城市進(jìn)行研究的，如劉玒玒等[7]利用模糊綜合評價法研究了關(guān)中五市的城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，但是已有研究要么只對一個城市的多年狀況進(jìn)行研究，要么對多個城市的某一年狀況進(jìn)行分析，而對多個城市連續(xù)多年的研究較少。鑒于黃河下游地區(qū)是我國重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心區(qū)之一[8]，黃河下游沿黃城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化比黃河中上游城市更加迅速，城市的擴(kuò)張給生態(tài)系統(tǒng)健康帶來了很大的壓力，因此筆者以黃河下游沿黃15個地級市為研究對象，基于城市生態(tài)系統(tǒng)健康理論，建立城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，探討了黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平及其時空演化狀況，以期為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究方法

1.1 研究對象的確定

考慮到壩址位于洛陽市的小浪底水庫雖然屬于黃河中游，但其在黃河下游防洪、水沙調(diào)度等方面有著十分重要的作用[9-10]，且河南省人民政府發(fā)布的《2020年河南省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展工作要點(diǎn)》將洛陽市作為“雙引擎”之一，因此本研究將洛陽市也列為研究對象。結(jié)合黃河水利委員會在黃河網(wǎng)發(fā)布的黃河水系（水資源）圖，確定研究對象為黃河下游河南省與山東省的15個地級市，分別為洛陽、焦作、鄭州、新鄉(xiāng)、開封、濮陽、菏澤、濟(jì)寧、聊城、泰安、德州、濟(jì)南、淄博、濱州、東營。

1.2 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

城市生態(tài)系統(tǒng)健康主要包含三方面內(nèi)容：一是滿足社會發(fā)展合理需求的能力，以維持城市的結(jié)構(gòu)（組織結(jié)構(gòu)）和功能（活力）;二是生態(tài)系統(tǒng)具有維持與恢復(fù)的能力（恢復(fù)力）;三是保障城市居民健康（人群健康）及生活質(zhì)量（服務(wù)功能）[11]。關(guān)于城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的實證研究成果非常豐富，但城市生態(tài)系統(tǒng)健康的標(biāo)準(zhǔn)尚無統(tǒng)一認(rèn)識，因此開展城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的難點(diǎn)之一在于“健康”標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)體系的確定[12]。

構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的方法有三分法、四分法、五分法：三分法將評價指標(biāo)分為社會、自然、經(jīng)濟(jì)等3類[13-14]，五分法將評價指標(biāo)分為活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能、人群健康等5類[6，15]，基于三分法與五分法提出的四分法把評價指標(biāo)分為結(jié)構(gòu)、功能、過程、發(fā)展等4類[16]。四分法較好地考慮了城市生態(tài)系統(tǒng)健康的外部性能與內(nèi)部性能（結(jié)構(gòu)和功能反映外部性能，過程代表內(nèi)部特征，發(fā)展表示潛力）。本研究用生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)表示黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平（其數(shù)值越大表示健康水平越高），采用四分法將結(jié)構(gòu)、功能、過程、發(fā)展作為黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系的第一層指標(biāo)（要素），根據(jù)已有文獻(xiàn)[6，12，15，17-18]和指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性，構(gòu)建了由20個具體指標(biāo)（第三層指標(biāo)）構(gòu)成的指標(biāo)體系（見表1）。在指標(biāo)體系中，把第三層指標(biāo)的屬性分為正、負(fù)兩類，正表示指標(biāo)值越大越好、負(fù)表示指標(biāo)值越小越好，其中全社會用電量通常為正向經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，根據(jù)2019年《中國統(tǒng)計年鑒》，我國目前的主流發(fā)電方式為火力發(fā)電，河南與山東兩省對火力發(fā)電依賴性較強(qiáng)，用電量大意味著高能耗和污染，因此本研究將全社會用電量的屬性設(shè)置為負(fù);此外，為消除人口因素的影響，三級指標(biāo)中人均值較多。

本研究采用的樣本年份為2010—2018年，指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于山東、河南兩省《統(tǒng)計年鑒》和各省、市《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展公報》。對部分缺失指標(biāo)數(shù)據(jù)采用移動平均法進(jìn)行插補(bǔ)。

1.3 指標(biāo)權(quán)重計算

指標(biāo)賦權(quán)方法有主觀賦權(quán)法如Delphi法、AHP法和客觀賦權(quán)法如主成分分析法、熵權(quán)法、變異系數(shù)法等，主觀賦權(quán)法因依賴人的主觀性而易導(dǎo)致權(quán)重有所偏差，客觀賦權(quán)法中的主成分分析法對主成分有較高要求、變異系數(shù)法適用于評價對象較為模糊的情況、熵權(quán)法可以在一定程度上消除人為因素對權(quán)重的影響。本研究采取熵權(quán)法計算指標(biāo)權(quán)重（具體步驟參見楊德平等所著《經(jīng)濟(jì)預(yù)測與決策技術(shù)及MATLAB實現(xiàn)》[19]）。

1.4 評價方法

鑒于城市生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和其影響因素的不確定性，將城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價作為一個模糊問題來處理，以模糊物元模型為基礎(chǔ)，結(jié)合海明貼近度理論，對黃河下游沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平進(jìn)行評價。

1.4.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)處理

為了消除各指標(biāo)單位不同的影響和便于比較，將所有指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理，計算公式為

1.4.2 構(gòu)建復(fù)合物元和理想物元

運(yùn)用模糊物元法構(gòu)建由n個樣本組成的m維復(fù)合物元Rmn：

1.4.3 計算生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)

把各樣本（被評價物元）與理想樣本（理想物元）的貼近度ρHj作為生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，進(jìn)行城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平評價，其值越大、越接近1則城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平越高。生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)計算公式為

2 結(jié)果與討論

2.1 按時間維度的計算結(jié)果

按時間維度計算的黃河下游15個沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)見表2。整體來說，2010—2018年各市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平均呈現(xiàn)波動狀，2018年與2010年相比，除菏澤、濟(jì)寧、聊城、濱州四市生態(tài)系統(tǒng)健康水平有所下降外，其他城市的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)有所上升，其中鄭州的生態(tài)系統(tǒng)健康水平提升幅度最大、聊城的生態(tài)系統(tǒng)健康水平下降明顯。

2.2 按空間維度的計算結(jié)果

按空間維度計算的黃河下游15個沿黃城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)見表3。

從空間維度看，2010年各市生態(tài)系統(tǒng)健康水平由高到低的排序為東營（0.743）、泰安（0.699）、濟(jì)南（0.654）、濟(jì)寧（0.636）、菏澤（0.626）、德州（0.624）、淄博（0.611）、聊城（0.597）、濱州（0.572）、濮陽（0.563）、鄭州（0.542）、新鄉(xiāng)（0.531）、開封（0.530）、洛陽（0.495）、焦作（0.482），其中東營市的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平遠(yuǎn)高于其他14個城市;各市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)平均值為0.594，洛陽、焦作、新鄉(xiāng)、鄭州、開封、濮陽、濱州未達(dá)到平均值。2018年，東營市仍是城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平最高的城市，生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)為0.840，其他城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平由高到低依次為濟(jì)南（0.738）、鄭州（0.697）、泰安（0.670）、淄博（0.651）、濟(jì)寧（0.646）、菏澤（0.646）、德州（0.643）、新鄉(xiāng)（0.611）、濮陽（0.605）、濱州（0.604）、洛陽（0.577）、聊城（0.571）、開封（0.571）、焦作（0.557）;各市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)平均值為0.642，洛陽、焦作、新鄉(xiāng)、開封、濱州、濮陽、聊城未達(dá)到平均值，山東省沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平總體上高于河南省的，但各市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的差距在縮小，鄭州的提升幅度最大（2010年在平均水平以下，2018年在平均水平以上、排名第3），而聊城明顯下降（2010年屬平均水平，2018年在平均水平以下、排名第13）。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)健康要素分析

由圖1（圖中等值線標(biāo)值為各要素健康指數(shù)）可知：在結(jié)構(gòu)要素方面，除濱州結(jié)構(gòu)要素健康指數(shù)減小外，其他各市結(jié)構(gòu)要素健康指數(shù)均明顯增大;在功能要素方面，除菏澤功能要素健康指數(shù)減小外，其他各市功能要素健康指數(shù)均有所增大;在過程要素方面，各市差異較大，鄭州等10個城市過程要素健康指數(shù)增大，濱州等5個城市過程要素健康指數(shù)減小;在發(fā)展要素方面，各市發(fā)展要素健康指數(shù)均有所減小。

由上述按時間維度的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)計算結(jié)果可知，鄭州市、聊城市分別為生態(tài)系統(tǒng)健康水平提升、下降的典型市，在此對這兩市生態(tài)系統(tǒng)健康各要素做一剖析（見圖2）：①鄭州市。鄭州市生態(tài)系統(tǒng)健康水平9 a間提升了45.41%，在15個城市中上升幅度最大，結(jié)構(gòu)、功能、過程要素健康指數(shù)均明顯增大，發(fā)展要素雖然有一定減小但對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響不大，這可能與鄭州市2010年以來加快新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、加大污染防治力度有關(guān)。②聊城市。聊城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平波動下降，2018年較2010年降低了12.09%，在15個城市中下降幅度最大，結(jié)構(gòu)與功能要素健康指數(shù)增大，而過程與發(fā)展要素健康指數(shù)減小，主要原因可能是工業(yè)化過程中對污染物排放管理力度不夠、外來人口隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而增加等，導(dǎo)致城市生態(tài)壓力增大。

3 結(jié) 論

按照結(jié)構(gòu)、功能、過程、發(fā)展等4個要素構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊物元法對2010—2018年黃河下游沿黃15個城市的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)進(jìn)行測算，從空間維度和時間維度分析了黃河下游15個沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，結(jié)論如下：從時間維度看，2010—2018年黃河下游沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平呈現(xiàn)波動狀，除菏澤、濟(jì)寧、聊城、濱州四市生態(tài)系統(tǒng)健康水平有所下降外，其他城市的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)有所上升，鄭州市、聊城市分別為生態(tài)系統(tǒng)健康水平提升、下降的典型市;從空間維度來看，2010年、2018年城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平最高與最低分別均為東營市與焦作市，山東省沿黃城市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平普遍比河南省沿黃城市的高，但15個城市的差距在縮小。

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