夏文杰 王怡素 薄利軍 閆新慶 陳蒙

摘要：針對土地退化、環(huán)境污染、生態(tài)失衡這些問題，有效地開展土地生態(tài)狀況調(diào)查評估，可以對保障國土資源，合理進(jìn)行國土規(guī)劃提供重要的信息支撐。本文以河南省濮陽市作為研究區(qū)域，以第二次全國土地資源調(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)熵值法和專家打分法對數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，得出濮陽市生態(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，開展土地狀況調(diào)查與評估，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]。

目前對生態(tài)狀況的調(diào)查與評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)源來相對較少，主要圍繞地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而忽略了人口、社會經(jīng)濟(jì)狀況等數(shù)據(jù)對生態(tài)的影響；第二，進(jìn)行生態(tài)狀況評估時，對指標(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

濮陽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125公里，南北寬100公里，土地具有地勢平坦、土層深厚、開墾率較高等特點(diǎn)。

本文采用遙感監(jiān)測與地面調(diào)查相結(jié)合，地面觀測與補(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、綜合評估、數(shù)據(jù)庫組織為主要環(huán)節(jié)，其主要技術(shù)路線如下(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。從理論上來說，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，后期評估的質(zhì)量也就會越高；但是同時，調(diào)查單元越小，也就意味著數(shù)據(jù)獲取的難度越大，對軟硬件處理能力要求也會變高，處理的時間也會指數(shù)增長。本文在分析現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)處理能力的基礎(chǔ)上，選取村級行政區(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相對最優(yōu)的結(jié)果。

在確定了調(diào)查單元之后，需要對每個準(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)熵值法和專家打分法進(jìn)行生態(tài)評估

在生態(tài)評估的過程中，權(quán)重確定具有舉足輕重的地位，也直接關(guān)系著評估結(jié)果的合理性。在確定權(quán)重時，層次分析法、灰度關(guān)聯(lián)度法存在著主觀性，不完備性的問題。而熵值法，是通過計算一個指標(biāo)的熵值來判斷該指標(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,熵值法是一種相對比較客觀的方法,很多學(xué)者也對熵值法進(jìn)行了改進(jìn),解決了運(yùn)算過程中的極值問題。而在實(shí)際的評估過程中，客觀的離散性并不能代表指標(biāo)的重要性，如濕地是一個局部特征，差異性可能極大，但一般而言它對環(huán)境影響不會比林地或者耕地大，因此在確定權(quán)重的過程中也需要聽取專家意見，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)，否則取值過大的話會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)行計算，但是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，這樣會破壞掉指標(biāo)的離散型。所以本文不建議使用該方式。

4.2 計算各個指標(biāo)項(xiàng)的權(quán)重

(1)首先需要計算出第i個指標(biāo)項(xiàng)中第j個指標(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 來求得指標(biāo)項(xiàng)i的信息熵值;

(3)接下來通過公式 來計算差異性系數(shù)di，該系數(shù)越大，對評價的影響也越強(qiáng);

(4)最后通過公式 來求得該指標(biāo)項(xiàng)在其指標(biāo)體系中的權(quán)重。見表2

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

4.3 計算生態(tài)綜合評估值

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。可以通過綜合評估公式，也就是權(quán)重與分值乘積疊加的方式來計算每個指標(biāo)層得分的分布狀況和生態(tài)綜合評估得分的分布狀況。并且根據(jù)區(qū)域的實(shí)際需要和評估分值高低，利用自然間斷點(diǎn)分級法把評估結(jié)果進(jìn)行分級，原則上把結(jié)果分為優(yōu)、良好、中等、較差、差五個級別（圖2）。

5結(jié)論與展望

本文主要是通過對一些數(shù)據(jù)的整理和歸納，再結(jié)合改進(jìn)熵值法和專家打分法，對濮陽市的生態(tài)基本狀況進(jìn)行評估。在該過程中，強(qiáng)調(diào)改進(jìn)熵值法的客觀性的同時，對離散程度反映指標(biāo)重要性提出了疑問，認(rèn)為進(jìn)行評估還需要結(jié)合專家打分。此外，在數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化時，對負(fù)向指標(biāo)的處理問題進(jìn)行了討論，認(rèn)為負(fù)向指標(biāo)取反進(jìn)行計算會影響到離散程度的表達(dá)，對整體評估造成不良影響。最后得到的評估結(jié)果可以反映出以下特征：(1)濮陽市整體生態(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)狀況相對較差。

進(jìn)行生態(tài)評估是一個非常系統(tǒng)的工程，在指標(biāo)如何選取上，要因地制宜，同時也要科學(xué)合理，甚至對數(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，本文并未對更多的方法進(jìn)行比較，也沒有根據(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。

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