省域資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系構(gòu)建研究

戴云 詹長根

摘要：通過搜索CNKI、SCI和SSCI數(shù)據(jù)庫，對國內(nèi)外1991-2016年指標(biāo)評價資源環(huán)境承載力的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索并篩選，得到相關(guān)論文173篇（其中CNKI文獻(xiàn)152篇，SCI、SSCI文獻(xiàn)21篇。包括土地資源承載力評價文獻(xiàn)43篇，水資源承載力評價文獻(xiàn)45篇，能源資源承載力評價文獻(xiàn)20篇，環(huán)境承載力評價文獻(xiàn)65篇）。基于頻率統(tǒng)計法和相關(guān)性-粗糙集理論，對所得文獻(xiàn)中資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)進(jìn)行研究，構(gòu)建了省域資源環(huán)境承載力評價的土地資源、水資源、能源資源承載力和環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，以期為構(gòu)建人與自然和諧發(fā)展的現(xiàn)代化社會新格局提供定量評估與科學(xué)決策。

關(guān)鍵詞：資源環(huán)境承載力;評價指標(biāo)體系;頻率統(tǒng)計法;相關(guān)性-粗糙集模型

中圖分類號：F062.1? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）04-0032-07

Abstract： By searching CNKI and SCI and SSCI database， both at home and abroad from 1991 to 2016 index evaluation literature search and selection of the bearing capacity of resources and environment get 173 related thesis （including CNKI with 152 references， SCI and SSCI with 21 references; The evaluation of land resources carrying capacity with 43 references， the evaluation of water resources carrying capacity with 45 references， the evaluation of energy resources carrying capacity with 20 references， the evaluation of environmental carrying capacity with 65 references）. Based on the frequency statistics and correlation-rough set theory， resources and environment carrying capacity evaluation index in the literature are studied， we the evaluation index system of provincial resources environmental carrying capacity in land resources， water resources， energy resources and environmental carrying capacity areas are built. In order to build the harmonious development of man and nature new pattern of modern society provides quantitative assessment and scientific decision-making.

Key words： resources and environment carrying capacity; evaluation index system; frequency statistics; correlation-rough set model

資源環(huán)境承載力是衡量發(fā)展與各資源要素是否協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)，是進(jìn)行城鎮(zhèn)化空間布局、主體功能區(qū)劃的重要依據(jù)，也是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。因此，資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建也是當(dāng)前研究的熱點之一。在資源環(huán)境指標(biāo)體系研究單要素承載力方面，王書華等[1，2]、虞曉芬等[3]、Syers等[4]對土地資源承載力評價指標(biāo)體系進(jìn)行了研究;劉雅玲等[5]、崔巖等[6]、王友貞等[7]、Yang等[8]等進(jìn)行了水資源承載力評價指標(biāo)體系的研究;孫天晴等[9]、黃秋香[10]對能源資源承載力評價指標(biāo)體系進(jìn)行了研究;宋照亮[11]、鄭佳怡等[12]、皮慶等[13]進(jìn)行了環(huán)境資源承載力評價指標(biāo)體系的研究。隨著研究對象由單要素轉(zhuǎn)向復(fù)合系統(tǒng)，在綜合承載力評價指標(biāo)體系的研究方面也取得了一定的成果。南彩艷等[14]建立了水土資源承載力復(fù)合指標(biāo)體系;秦成等[15]、董文等[16]、黃敬軍等[17]、Wei等[18]對資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系進(jìn)行了研究。

但就目前研究而言還普遍存在以下幾個問題。第一，資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系的構(gòu)建幾乎都是建立在對資源環(huán)境承載力影響因數(shù)的定性分析基礎(chǔ)上主觀得出的，缺乏定量依據(jù)。第二，評價指標(biāo)體系的構(gòu)建在資源方面大多數(shù)是考慮土地資源和水資源而忽視了能源資源，不夠全面。第三，構(gòu)建的指標(biāo)體系一般都是盡可能地列出與資源環(huán)境相關(guān)的一系列指標(biāo)，涉及范圍廣，指標(biāo)過于籠統(tǒng)。第四，構(gòu)建的評價指標(biāo)體系涉及大范圍區(qū)域（如沿海地區(qū)及東部沿海地區(qū)[1，2]、武漢城市圈[13]、關(guān)中地區(qū)[14]等和小范圍區(qū)域（如城市[3]、城市規(guī)劃區(qū)[17]等）較多，對于省域的資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建較少。鑒于此，提出從相關(guān)學(xué)者對資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系構(gòu)建研究的基礎(chǔ)上采用頻率統(tǒng)計法和相關(guān)性-粗糙集理論對指標(biāo)進(jìn)行定量分析來確定資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系。構(gòu)建了以資源環(huán)境為主導(dǎo)體系的涵蓋社會、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境的土地資源、水資源、能源資源和環(huán)境承載力的省域資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系。

1? 土地資源承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1? 備選評價指標(biāo)

根據(jù)土地資源承載力評價研究成果，基于頻率統(tǒng)計法，從43篇有關(guān)土地資源承載力評價且涉及評價指標(biāo)體系的文獻(xiàn)中選出頻率高的35個土地資源承載力評價指標(biāo)（表1）。其中，社會系統(tǒng)包括人口指標(biāo)6個、收入及消費指標(biāo)5個;經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括經(jīng)濟(jì)總體水平指標(biāo)3個、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與發(fā)展指標(biāo)3個;資源系統(tǒng)包括土地資源指標(biāo)8個、水資源指標(biāo)3個;環(huán)境系統(tǒng)包括生態(tài)環(huán)境指標(biāo)2個、綠化水平指標(biāo)3個、污染處理指標(biāo)2個。

1.2? 指標(biāo)篩選

首先依據(jù)以下條件進(jìn)行指標(biāo)初步篩選。①選取相對量指標(biāo)，剔除絕對量指標(biāo)。相對量指標(biāo)更為科學(xué)地反映指標(biāo)的發(fā)展程度，彌補(bǔ)總量指標(biāo)的不足，如選取“人口密度”指標(biāo)剔除“總?cè)丝凇敝笜?biāo);選取“人均建設(shè)用地面積”指標(biāo)剔除“建設(shè)用地面積”指標(biāo)。②選取直接性指標(biāo)，剔除間接性指標(biāo)。③選取獨立性指標(biāo)，剔除相關(guān)性高的指標(biāo)。如選取“人均綠地面積”指標(biāo)剔除“人均公園綠地面積”指標(biāo)。

其次，根據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建研究方法中的相關(guān)性-粗糙集理論[19]（先通過相關(guān)分析剔除同一準(zhǔn)則層內(nèi)相關(guān)系數(shù)大的指標(biāo)，避免指標(biāo)反映信息重復(fù)，然后通過粗糙集剔除不影響評價對象分類的指標(biāo)，從而保證篩選出的指標(biāo)對評價結(jié)果有顯著影響）。運用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得出三大子系統(tǒng)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)表，從相關(guān)系數(shù)表中選取兩指標(biāo)大于0.9的相關(guān)系數(shù)，結(jié)合理論分析法，篩掉兩兩指標(biāo)間相對不重要的一個指標(biāo)。初始34個指標(biāo)，根據(jù)以上兩個環(huán)節(jié)初步篩選掉7個指標(biāo)。

最后，運用粗糙集理論中Horafa屬性約簡算法計算屬性加權(quán)頻度，（Horafa算法[20]利用屬性在可辨識矩陣中出現(xiàn)的頻率作為啟發(fā)，從而對信息系統(tǒng)進(jìn)行約簡。它的優(yōu)點在于完全擺脫了對原來信息系統(tǒng)的依賴，僅是利用可辨識矩陣中屬性出現(xiàn)的頻率來計算）。結(jié)合理論與實踐分析法，進(jìn)行指標(biāo)簡約（表2）。

剔除掉16個對評價結(jié)果無顯著影響的指標(biāo)，保留12個指標(biāo)。其中，社會系統(tǒng)指標(biāo)3個，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)2個，資源系統(tǒng)指標(biāo)4個，環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)3個。根據(jù)相關(guān)性-粗糙集模型優(yōu)化后得到評價指標(biāo)體系（表3）。

2? 水資源承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1? 備選評價指標(biāo)

從45篇有關(guān)水資源承載力評價且涉及評價指標(biāo)體系的文獻(xiàn)中，基于頻率統(tǒng)計法，同時根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[21]及數(shù)據(jù)可得性情況對指標(biāo)名稱和內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一，選出頻率高的64個水資源承載力評價指標(biāo)（表4）。其中，社會系統(tǒng)包括人口類指標(biāo)7個、社會用水類指標(biāo)4個、社會供水類指標(biāo)4個;經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括經(jīng)濟(jì)水平類指標(biāo)7個、農(nóng)業(yè)用水類指標(biāo)4個、工業(yè)用水類指標(biāo)6個、用水效益類指標(biāo)4個、農(nóng)業(yè)條件類指標(biāo)3個;水資源系統(tǒng)包括水資源開發(fā)利用指標(biāo)3個、水資源分布指標(biāo)5個、水資源量指標(biāo)4個、氣候類指標(biāo)3個;生態(tài)系統(tǒng)包括生態(tài)水平類指標(biāo)2個、污水處理與排放指標(biāo)2個、生態(tài)用水類指標(biāo)5個、自然災(zāi)害類指標(biāo)1個。

2.2? 指標(biāo)篩選

首先依據(jù)以下條件進(jìn)行指標(biāo)初步的篩選，①選取相對量指標(biāo)，剔除絕對量指標(biāo)。②選取直接性指標(biāo)，剔除間接性指標(biāo)。③選取獨立性指標(biāo)，剔除相關(guān)性高的指標(biāo)。

其次運用SPSS軟件對各子系統(tǒng)的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，得出四大子系統(tǒng)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)表，從相關(guān)系數(shù)表中選取兩指標(biāo)大于0.9的相關(guān)系數(shù)，結(jié)合理論分析法，篩掉兩兩指標(biāo)間相對不重要的一個指標(biāo)。初始64個指標(biāo)，根據(jù)以上兩個環(huán)節(jié)初步篩選掉34個指標(biāo)。

最后，運用粗糙集理論中Horafa屬性約簡算法計算屬性加權(quán)頻度，結(jié)合理論與實踐分析法，進(jìn)行指標(biāo)簡約（表5）。

剔除掉18個對評價結(jié)果無顯著影響的指標(biāo)，保留12個指標(biāo)。其中，社會系統(tǒng)指標(biāo)3個，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)3個，水資源系統(tǒng)指標(biāo)3個，生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)3個。根據(jù)相關(guān)性-粗糙集模型優(yōu)化后得到評價指標(biāo)體系（表6）。

3? 能源資源承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1? 備選評價指標(biāo)

從20篇有關(guān)能源資源承載力評價且涉及評價指標(biāo)體系的文獻(xiàn)中，對部分指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一合并處理，如“能源強(qiáng)度”指標(biāo)與“單位GDP能耗”指標(biāo)具有相同的意義，其量化方式也是一樣，因此將“能源強(qiáng)度”與“單位GDP能耗”兩個指標(biāo)合并，更名為直接客觀的“單位GDP能耗”指標(biāo);“勞動力”指標(biāo)大多是用能源行業(yè)從業(yè)人數(shù)進(jìn)行量化，因而將“勞動力”指標(biāo)與“能源行業(yè)從業(yè)人員數(shù)”指標(biāo)合并，更名為“能源行業(yè)從業(yè)人數(shù)”。

基于頻率統(tǒng)計法，通過對各個評價指標(biāo)出現(xiàn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計，選出頻率高的27個能源資源承載力評價指標(biāo)（表7），相關(guān)研究都是從能源稟賦、能源消費、能源生產(chǎn)、能源行業(yè)投資以及能源利用結(jié)構(gòu)5個方面進(jìn)行探討。其中，能源稟賦類指標(biāo)6個，能源消費類指標(biāo)7個，能源生產(chǎn)類指標(biāo)5個，能源行業(yè)投資類指標(biāo)5個，能源利用結(jié)構(gòu)類指標(biāo)4個。

3.2? 指標(biāo)篩選

首先，依據(jù)相關(guān)性-粗糙集理論，運用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得出5種指標(biāo)類別中各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)表，從相關(guān)系數(shù)表中選取兩指標(biāo)大于0.9的相關(guān)系數(shù)，結(jié)合理論分析法，篩掉兩兩指標(biāo)間相對不重要的一個指標(biāo)。初始27個指標(biāo)，排除4個相關(guān)系數(shù)大的指標(biāo)。

其次，運用粗糙集理論中Horafa屬性約簡算法計算屬性加權(quán)頻度，結(jié)合理論與實踐分析法，進(jìn)行指標(biāo)簡約（表8）。

剔除掉13個對評價結(jié)果無顯著影響的指標(biāo)，保留10個指標(biāo)。其中，能源稟賦指標(biāo)2個，能源消費指標(biāo)3個，能源生產(chǎn)指標(biāo)2個，能源行業(yè)投資指標(biāo)2個，能源利用結(jié)構(gòu)指標(biāo)2個。根據(jù)相關(guān)性-粗糙集模型優(yōu)化后得到評價指標(biāo)體系（表9）。

4? 環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

4.1? 備選評價指標(biāo)

根據(jù)環(huán)境管理工作及環(huán)境評價研究成果，從65篇有關(guān)環(huán)境承載力評價且涉及評價指標(biāo)體系的研究文獻(xiàn)中，選出56個常用的環(huán)境評價指標(biāo)（表10）。其中，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括人口指標(biāo)3個、經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)3個、社會環(huán)境保護(hù)投資指標(biāo)4個;資源系統(tǒng)包括土地資源指標(biāo)2個、水資源指標(biāo)4個、能源資源指標(biāo)2個、生物資源指標(biāo)8個;環(huán)境系統(tǒng)包括水環(huán)境指標(biāo)9個、大氣環(huán)境指標(biāo)8個、固體廢棄物指標(biāo)13個。

4.2? 指標(biāo)篩選

根據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建研究方法中的相關(guān)性-粗糙集理論，首先運用SPSS軟件進(jìn)行指標(biāo)之間的相關(guān)分析，得出三大子系統(tǒng)各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)表，從相關(guān)系數(shù)表中選取兩指標(biāo)大于0.9的相關(guān)系數(shù)，結(jié)合理論分析法，篩掉兩兩指標(biāo)間相對不重要的一個指標(biāo)。初始56個指標(biāo)，排除20個相關(guān)系數(shù)大的指標(biāo)。

其次，運用粗糙集理論中Horafa屬性約簡算法計算屬性加權(quán)頻度，結(jié)合理論與實踐分析法，進(jìn)行指標(biāo)簡約。由于指標(biāo)數(shù)據(jù)的動態(tài)性，結(jié)合理論與實踐分析法，調(diào)整部分特殊指標(biāo)的選擇。比如，根據(jù)“十二五”環(huán)境統(tǒng)計報表制度（批準(zhǔn)文號：國統(tǒng)制〔2011〕134號），2011年之后不再統(tǒng)計社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的指標(biāo)（10）“三廢”綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)值、水環(huán)境系統(tǒng)中指標(biāo)（5）“工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)量”，根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的時新性，因此不予考慮;在資源系統(tǒng)中，指標(biāo)（12）“綠化覆蓋面積”微大于指標(biāo)（10）“人均森林面積”，但由于數(shù)據(jù)選擇要選用可比性較好的，因此選擇保留可比性較好的相對量指標(biāo)（10）“人均森林面積”。最終約簡結(jié)果見表11。

剔除掉19個對評價結(jié)果無顯著影響的指標(biāo)，保留17個指標(biāo)。其中，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo)3個，資源系統(tǒng)指標(biāo)4個，環(huán)境系統(tǒng)中水環(huán)境指標(biāo)3個，大氣環(huán)境指標(biāo)3個，固體廢棄物指標(biāo)4個。根據(jù)相關(guān)性-粗糙集模型優(yōu)化后得到的評價指標(biāo)體系見表12。

5? 小結(jié)

省域資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系的構(gòu)建是基于頻率統(tǒng)計法和相關(guān)性-粗糙集理論對相關(guān)學(xué)者已有的研究成果進(jìn)行定量分析，構(gòu)建了土地資源、水資源、能源資源承載力、環(huán)境承載力4個方面涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會、資源、環(huán)境的省域資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系。得到的指標(biāo)體系客觀性與準(zhǔn)確性并存，很好地解決了當(dāng)前評價指標(biāo)體系構(gòu)建主觀性強(qiáng)、不夠全面等問題。同時該指標(biāo)體系涵蓋土地、水、能源、環(huán)境等方面的相關(guān)信息，能夠很好地體現(xiàn)資源環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的總體特性。

雖然資源承載力評價指標(biāo)是基于頻率統(tǒng)計法和相關(guān)性-粗糙集理論篩選獲得，具有一定的普遍性和規(guī)律性，但由于收集到文獻(xiàn)水平層次不一，單純的基于頻率統(tǒng)計法判斷指標(biāo)的重要性可能會存在一定的偏差，同時也可能存在地區(qū)針對性不強(qiáng)等問題。本研究僅從定性分析到定量分析來構(gòu)建指標(biāo)體系，在評價資源與環(huán)境承載力方面進(jìn)行了有益的嘗試，以上討論的問題也是今后進(jìn)一步完善和研究的方向。

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