熵变视角的城市生态系统可持续发展能力评价——以长沙市为例

作者:周子英;张群;张维梅; 刊名:湖南工程学院学报(社会科学版) 上传者:粱伟

【摘要】通过分析城市生态系统的结构、功能和特征,构建了城市生态系统可持续发展能力评价指标体系和城市生态系统可持续发展能力评价模型;结合指标信息熵,从熵变视角,对长沙市城市生态系统可持续发展能力进行评价分析,研究结果显示:长沙市社会经济生态系统的无序度缓慢增大,多样性和复杂性不断提高,对自然生态系统的需求压力逐年上升;长沙市城市自然生态系统对社会经济系统的支持能力总体逐渐增大,生态环境的改善使长沙市城市生态系统的协调性和活力得到增强,城市生态系统可持续发展能力波动上升.

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自20世纪80年代提出可持续发展理念以来,在世界各地引起了强烈的反响,得到了各国政府、学者的一致认同。[1-2]可持续发展的本质是要实现人与自然、人与人之间的协调与和谐,在资源可以永续利用、环境得到有效保护的前提下实现社会、经济、生态的持续发展。[3]城市作为人类社会经济、政治、科技发展到一定阶段的产物,人口高度集聚,属于典型的耗散结构系统,作为一个生态脆弱性系统,其生态过程是耗竭性的,为了保证系统的正常运转,需要人为地输入物质与能量,同时,城市中产生的大量废物,不能完全在本系统内分解,需借助其他生态系统如农田、海洋、森林、草地、湿地等生态系统的帮助才能消除。[4]城市作为一类典型的“社会经济生态”复合生态系统,是人类消耗自然资源和能源最多的地域空间与生态环境污染的重要来源,正承受着巨大的压力。[5]因此,从城市生态学的角度对城市可持续发展进行评价具有现实价值与重要意义。基于此,在总结前人研究成果的基础上,[6]有机地结合信息熵理论与熵变分析,依据耗散结构系统熵模型,将城市生态系统内的熵流分为支持型输入熵、压力型输出熵、消费代谢型熵和还原代谢型熵,以长沙市为例,对城市生态系统可持续发展能力进行评价,为城市生态系统健康可持续发展提供参考。一城市生态系统可持续发展能力评价(一)指标体系的构建为准确评价城市生态系统可持续发展能力,根据指标选择的系统性、科学性和数据可获得性原则,依据城市生态系统的结构、功能和特征,对城市社会经济生态系统的熵流和熵产生进行分析,进行城市生态系统可持续发展能力评价的指标体系的构建。[7-9]借鉴相关的研究成果,本文选取了具有代表性的指标27个(见表一)。表一城市生态系统可持续发展能力评价指标目标层准则层次准则层指标层单位城市生态系统可持续发展能力评价熵流熵产生支持型输入熵指标(A)压力型输出熵指标(B)消费代谢型熵指标(C)还原代谢型熵指标(D)粮食总产量(A1)104t粙料产量(A2)104t水果总产量(A3)104t蔬菜总产量(A4)104t水产品总产量(A5)104t肉类总产量(A6)104t完成全部工业总产值(A7)108元人口密度(B1)人/km2城市居民消费水平(B2)元农村居民消费水平(B3)元城市居民家庭平均每百户家用汽车拥有量(B4)辆规模以上工业企业取水总量(B5)104m3规模以上工业企业综合能源消耗量(B6)104t标煤工业废水排放量(C1)104t工业废气排放量(C2)104标m3工业粉尘排放量(C3)104t工业固体废物产生量(C4)104t二氧化硫年日平均值(C5)mg/L二氧化氮年日平均值(C6)mg/L总悬浮颗料年日平均值(C7)mg/L城市园林绿化覆盖面积(D1)hm2城市园林绿地面积(D2)hm2自然保护区面积(D3)hm2工业废水排放达标量(D4)104t工业粉尘去除量(D5)104t工业固体废物综合利用(D6)104t生活垃圾无害处理量(D7)104t从表一可知,城市生态系统可持续发展能力评价指标主要包括以下4类:(1)支持型输入熵指标,反映了自然和人类创造的生产力,用来体现城市生态系统的承载能力。(2)压力型输出熵指标,反映了人类社会经济、生产活动对城市的负面影响,各指标充分体现了城市生态系统的主体消费者的消费能力。(3)消费代谢型熵指标,反映城市生态系统熵增加的内容,体现了人类生产和生活的废弃物和污染物,不经过处理直接排放到自然生态系统,给城市生态环境造成一定的压力。(4)还原代谢型熵指标,反映了人类对生态环境的治理能力,城市生态系统作为一个大型的人工系统,产生的大量废弃物难以依

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