夏文杰 王怡素 薄利軍 閆新慶 陳蒙

摘要：針對(duì)土地退化、環(huán)境污染、生態(tài)失衡這些問(wèn)題，有效地開(kāi)展土地生態(tài)狀況調(diào)查評(píng)估，可以對(duì)保障國(guó)土資源，合理進(jìn)行國(guó)土規(guī)劃提供重要的信息支撐。本文以河南省濮陽(yáng)市作為研究區(qū)域，以第二次全國(guó)土地資源調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感影像、地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)等作為數(shù)據(jù)源，借助“3S”手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)合改進(jìn)熵值法和專(zhuān)家打分法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，得出濮陽(yáng)市生態(tài)的總體狀況。

關(guān)鍵詞：土地生態(tài)狀況；數(shù)據(jù)整合；評(píng)估；改進(jìn)熵值法1引言

河南省作為人口大省和農(nóng)業(yè)大省，人均自然資源相對(duì)匱乏，環(huán)境承載能力也有限，生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)任務(wù)十分艱巨。因此，開(kāi)展土地狀況調(diào)查與評(píng)估，可以為土地資源可持續(xù)利用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，是土地資源管理的一項(xiàng)緊迫任務(wù)[1]。

目前對(duì)生態(tài)狀況的調(diào)查與評(píng)估的研究主要有兩方面的特點(diǎn)：第一，進(jìn)行生態(tài)狀況調(diào)查所采用的數(shù)據(jù)源來(lái)相對(duì)較少，主要圍繞地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而忽略了人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況等數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)的影響；第二，進(jìn)行生態(tài)狀況評(píng)估時(shí)，對(duì)指標(biāo)的權(quán)重等方面進(jìn)行的定性分析多，定量分析較少，影響了生態(tài)狀況評(píng)估的可信度[2]。為此，本文采用多源數(shù)據(jù)作為調(diào)查基礎(chǔ)，對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行細(xì)分和提取，獲取更多的指標(biāo)層，根據(jù)不同指標(biāo)的相關(guān)性建立指標(biāo)體系，并且根據(jù)熵值法相對(duì)客觀的確定數(shù)據(jù)層的權(quán)重，最終獲取該區(qū)域的分值；根據(jù)以上結(jié)果可以進(jìn)而分析出影響該地區(qū)生態(tài)狀況的主要因素，為科學(xué)地進(jìn)行生態(tài)保護(hù)提供指導(dǎo)。

2研究區(qū)域和技術(shù)路線(xiàn)

濮陽(yáng)市位于河南省東北部，黃河下游，冀、魯、豫三省的交界處。地處北緯35°20′～36°12′，東經(jīng)114°52′～116°5′之間，東西長(zhǎng)125公里，南北寬100公里，土地具有地勢(shì)平坦、土層深厚、開(kāi)墾率較高等特點(diǎn)。

本文采用遙感監(jiān)測(cè)與地面調(diào)查相結(jié)合，地面觀測(cè)與補(bǔ)充調(diào)查相結(jié)合的方法，綜合集成已有調(diào)查與評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘，以指標(biāo)體系構(gòu)建、信息提取、綜合評(píng)估、數(shù)據(jù)庫(kù)組織為主要環(huán)節(jié)，其主要技術(shù)路線(xiàn)如下(圖1)：

3生態(tài)狀況調(diào)查的方法

在生態(tài)狀況調(diào)查的流程中，首先需要確定調(diào)查單元[3]的大小。從理論上來(lái)說(shuō)，調(diào)查單元越小，得到的數(shù)據(jù)也就相應(yīng)的更加準(zhǔn)確，后期評(píng)估的質(zhì)量也就會(huì)越高；但是同時(shí)，調(diào)查單元越小，也就意味著數(shù)據(jù)獲取的難度越大，對(duì)軟硬件處理能力要求也會(huì)變高，處理的時(shí)間也會(huì)指數(shù)增長(zhǎng)。本文在分析現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)處理能力的基礎(chǔ)上，選取村級(jí)行政區(qū)作為調(diào)查單元，在單元精度與處理難度的矛盾中選出一個(gè)相對(duì)最優(yōu)的結(jié)果。

在確定了調(diào)查單元之后，需要對(duì)每個(gè)準(zhǔn)則層所包含的數(shù)據(jù)歸總，列出生態(tài)狀況調(diào)查的指標(biāo)體系（表1），以便于找到適合該指標(biāo)的數(shù)據(jù)源和處理方法。指標(biāo)體系的生成涉及到很多的因素，如PSR（壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）模型[4]，本文根據(jù)科學(xué)性、實(shí)用性、可行性的原則[5]并結(jié)合指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了選取和層次區(qū)分。

4利用改進(jìn)熵值法和專(zhuān)家打分法進(jìn)行生態(tài)評(píng)估

在生態(tài)評(píng)估的過(guò)程中，權(quán)重確定具有舉足輕重的地位，也直接關(guān)系著評(píng)估結(jié)果的合理性。在確定權(quán)重時(shí)，層次分析法、灰度關(guān)聯(lián)度法存在著主觀性，不完備性的問(wèn)題。而熵值法，是通過(guò)計(jì)算一個(gè)指標(biāo)的熵值來(lái)判斷該指標(biāo)的隨機(jī)性和離散程度的方法，離散程度越大，意味著指標(biāo)的權(quán)重也就越大[5]。由此,熵值法是一種相對(duì)比較客觀的方法,很多學(xué)者也對(duì)熵值法進(jìn)行了改進(jìn),解決了運(yùn)算過(guò)程中的極值問(wèn)題。而在實(shí)際的評(píng)估過(guò)程中，客觀的離散性并不能代表指標(biāo)的重要性，如濕地是一個(gè)局部特征，差異性可能極大，但一般而言它對(duì)環(huán)境影響不會(huì)比林地或者耕地大，因此在確定權(quán)重的過(guò)程中也需要聽(tīng)取專(zhuān)家意見(jiàn)，做出綜合考量。

4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

在進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)計(jì)算之前，需要使不同量綱和單位的數(shù)據(jù)匯總到統(tǒng)一的范圍內(nèi)，利用相對(duì)數(shù)據(jù)代替其真實(shí)數(shù)據(jù)，并且不改變其數(shù)據(jù)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和意義。本文利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化，然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的值都進(jìn)行平移，使其都為正向指標(biāo)便于后面的對(duì)數(shù)運(yùn)算其具體方法如下：

標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化：

指標(biāo)平移：

式(1)中，x為屬性A中的一個(gè)數(shù)值，avg(A)分為std(A)指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。式(2)，是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)平移，其中K值大于min(x)，并且K要盡可能的接近min(x)，否則取值過(guò)大的話(huà)會(huì)造成變異消失的狀況。此外，一些觀點(diǎn)認(rèn)為負(fù)向指標(biāo)應(yīng)該在該步驟之前取反，然后進(jìn)行計(jì)算，但是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，這樣會(huì)破壞掉指標(biāo)的離散型。所以本文不建議使用該方式。

4.2 計(jì)算各個(gè)指標(biāo)項(xiàng)的權(quán)重

(1)首先需要計(jì)算出第i個(gè)指標(biāo)項(xiàng)中第j個(gè)指標(biāo)值的比重f(i,j)， 也就是用標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值除以它所在指標(biāo)項(xiàng)所有m個(gè)指標(biāo)值的總和，得出該指標(biāo)值在其所在項(xiàng)的比重;

(2)可以利用公式 來(lái)求得指標(biāo)項(xiàng)i的信息熵值;

(3)接下來(lái)通過(guò)公式 來(lái)計(jì)算差異性系數(shù)di，該系數(shù)越大，對(duì)評(píng)價(jià)的影響也越強(qiáng);

(4)最后通過(guò)公式 來(lái)求得該指標(biāo)項(xiàng)在其指標(biāo)體系中的權(quán)重。見(jiàn)表2

需要指出的是，在本文中進(jìn)行評(píng)估的體系分為準(zhǔn)則層、元數(shù)據(jù)層，所以首先求取的權(quán)重值是每個(gè)元數(shù)據(jù)層在指標(biāo)層內(nèi)的權(quán)重，再通過(guò)同樣的方式進(jìn)行一次迭代，求得指標(biāo)層在總的運(yùn)算中的權(quán)重，為最終計(jì)算綜合值做鋪墊。

4.3 計(jì)算生態(tài)綜合評(píng)估值

在獲取元數(shù)據(jù)層在指標(biāo)層的權(quán)重，指標(biāo)層在準(zhǔn)則層的權(quán)重后?？梢酝ㄟ^(guò)綜合評(píng)估公式，也就是權(quán)重與分值乘積疊加的方式來(lái)計(jì)算每個(gè)指標(biāo)層得分的分布狀況和生態(tài)綜合評(píng)估得分的分布狀況。并且根據(jù)區(qū)域的實(shí)際需要和評(píng)估分值高低，利用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法把評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分級(jí)，原則上把結(jié)果分為優(yōu)、良好、中等、較差、差五個(gè)級(jí)別（圖2）。

5結(jié)論與展望

本文主要是通過(guò)對(duì)一些數(shù)據(jù)的整理和歸納，再結(jié)合改進(jìn)熵值法和專(zhuān)家打分法，對(duì)濮陽(yáng)市的生態(tài)基本狀況進(jìn)行評(píng)估。在該過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)改進(jìn)熵值法的客觀性的同時(shí)，對(duì)離散程度反映指標(biāo)重要性提出了疑問(wèn)，認(rèn)為進(jìn)行評(píng)估還需要結(jié)合專(zhuān)家打分。此外，在數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，對(duì)負(fù)向指標(biāo)的處理問(wèn)題進(jìn)行了討論，認(rèn)為負(fù)向指標(biāo)取反進(jìn)行計(jì)算會(huì)影響到離散程度的表達(dá)，對(duì)整體評(píng)估造成不良影響。最后得到的評(píng)估結(jié)果可以反映出以下特征：(1)濮陽(yáng)市整體生態(tài)狀況較為良好，尤其是河流附近的生態(tài)狀況；(2)生態(tài)狀況較為不好的地方主要集中在主城區(qū)，縣城等；(3)清豐縣的生態(tài)狀況相對(duì)較差。

進(jìn)行生態(tài)評(píng)估是一個(gè)非常系統(tǒng)的工程，在指標(biāo)如何選取上，要因地制宜，同時(shí)也要科學(xué)合理，甚至對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性分析都很有必要；在方法上，改進(jìn)熵值法只是比較常用的方法之一，本文并未對(duì)更多的方法進(jìn)行比較，也沒(méi)有根據(jù)不同的區(qū)域?qū)δ撤N方法進(jìn)行分析其適應(yīng)性。因此，這方面的工作還需要更為具體和細(xì)化。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳美球,劉桃菊.土地健康與土地資源可持續(xù)利用[J].中國(guó)人口?資源與環(huán)境,2003,13(4):64-67.

[2]鄭華偉,劉友兆,張銳.基于PSR模型的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)及障礙因子診斷[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2012,21(9):61-70.

[3]賀翔.上海市土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[4]陳美球,許莉,劉桃菊,黃宏勝.基于PSR框架模型的贛江上游生態(tài)健康評(píng)價(jià)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(4):839-845.

[5]陶曉燕,章仁俊,徐輝,朱九龍.基于改進(jìn)熵值法的城市可持續(xù)發(fā)展能力的評(píng)價(jià)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006,20(5):38-41.

[6]李軍,游松財(cái),黃敬峰.中國(guó)1961-2000年平局氣溫空間插值方法與空間分布[J].生態(tài)環(huán)境,2006,15(1):109-114.