摘要：文章基于熵权物元模型，分析2005—2019年长江中游经济区4个省份生态环境质量的时间演变、区域差距以及限制因素，结果显示：该经济区4个省份生态环境质量逐步得到提升并达到“优”等级，区域质量差异得到有效缓解，环境质量限制性因素数量下降，环境质量状态不稳定、区域顽固性环境因素等问题亟须解决。
关键词：生态环境；熵权物元模型；PSR模型；长江中游经济区
0引言
生态环境问题对人类生存发展构成严重威胁，生态环境质量研究引起了国际社会的广泛关注，现已构成一个庞大复杂的研究体系，国内外学者研究的出发点主要是基于环境经济学、生态学、可持续发展等前沿理论，围绕可持续性发展能力、城市生态环境安全与建设、生态足迹、环境承载力等开展研究。现有的生态环境质量评价方法主要有PSR模型、灰色关联模型、3S技术和物元模型等，学者们认为物元模型能反映评价对象的稳定状态，能较为全面客观地反映研究区域状况。在参考相关文献的基础上，本文从生态环境治理和区域战略合作的双视角，选取具有代表性的区域——长江中游经济区，分析和掌握该区域的生态环境特征，充分认识生态环境的劣势和优势，采用PSR模型构建区域生态环境质量评价指标体系，运用熵权物元模型对长江中游经济区的生态环境质量进行评价研究，以期获得更可靠和更准确的结论，为该经济区生态环境提供科学的保护措施[1]，合理开发和利用资源，提高生态经济效益，实现区域经济社会、资源环境的全面可持续发展。
1研究设计
1.1指标选取。生态环境涉及资源、环境、经济、社会等领域，因此设计指标体系必须遵循一定的原则。PSR模型是由经济合作与发展组织和联合国环境规划署共同发展起来的用于研究环境问题的框架体系，借助“压力-状态-响应”的思维逻辑反映人类与环境之间的相互作用关系，得到了国内外众多学者的推崇与广泛应用[2]。考虑到评价区域的水土资源、环境气候、人类活动和经济发展的特点和现有的资源环境约束问题，遵循各指标数据的可获得性、典型代表性、可比可量化性以及物元模型的可操作性和科学合理性等原则，根据生态环境质量的概念，充分考虑区域生态环境质量评价因子间相互作用、相互影响的复杂关系，并与国内相关研究成果做比较，本文基于PSR模型，重点选取16个指标构建长江中游经济区生态环境质量评价指标体系（见表1）。PSR模型中，生态环境压力体现在人口分布状况、能源消耗水平、污染物排放量与经济发展协调程度三个方面，生态环境状态从区域水土资源状态、自然环境绿化水平、城市市政绿化建设三个方面得到反映，人类应对生态环境变化所采取的响应措施由区域经济结构、污染治理成效、资金投入力度三个方面刻画[3]。
1.2熵权物元模型构建。1.2.1描述物元。生态环境质量评价研究是属于社会-经济-环境复杂系统间的非线性规划问题，评价内容广泛、复杂且不易量化，而物元模型可以解决复杂系统的矛盾问题，符合生态环境质量动态变化的特征[4]。由物元分析的概念可知，物元包含的三要素（事物N、特征C以及特征量值V）构成物元矩阵R，即：R=(N?C?V)=éëêêêùûúúúNc1v1c2?v2?cnvn=éëêêêêùûúúúúR1R2?Rn（1）其中，事物N为生态环境质量评价对象，即长江中游经济区四省份，特征c为生态环境质量评价指标，V指生态环境质量评价对象N关于评价指标c对应的量值。1.2.2确定经典域与节域物元模型中为待测物元质量设有j种评价等级，构成经典域物元矩阵R0ij，其中N0j是事物N的j种评价等级，Ci是事物N的i个评价指标，经典域v0ij=a0ij?b0ij，代表评价指标i对应的j评价等级的量值范围，节域为Vpi(a)pi?bpi，则物元矩阵可以表示为：R0ij=(N)0j?Ci?V0ij=éëêêêêùûúúúú(a011?b011)(a021?b021)?(a0j1?b0j1)(a012?b012)(a)022?b022?(a0j2?b0j2)?(a01i?b01i)?(a02i?b02i)??(a0ji?b0ji)（2）本文参照相关学者的研究，设立五个评价等级，用N01、N02、N03、N04、N05分别代表优、良、中、差、劣[5]（见表2）。生态环境质量评价指标各等级量值范围参考《生态环境状况评价技术规范》、省域生态环境规范标准类政府文件、我国平均水平、现状值、最理想值和最极端值及国内外权威性文献。1.2.3计算距与关联函数关联函数kj(vi)用于确定事物评价指标i关于评价等级x的隶属程度，关联函数最大值对应的评价等级j是事物第i个指标所属的评价等级，关联函数式中的待测物元的距ρ(vi?vpi)代表vi与vpi之间的距离，经典物元的距ρ(vi?vji)是vi与voij之间的距离，|vji|是指各评价等级的长度。kj(vi)=ìíîïïïïρ(vi?vji)ρ(vi?vpi)-ρ(vi?vji),viÏvoij-ρ(vi?vji)|vji|,viÎvoij（3）综合关联度kj(N0)用于确定事物对评价等级的归属程度，即确定事物所属评价等级j的程度，kj(N)0=åj-1mwikj。其中，wi为各评价指标的权重，为计算方便，对指标数据进行无量纲化处理后再采用熵权法计算指标权重：x′zj=ìíîïïïïxzj-min(xj)max(xj)-min(xj),正向指标max(xj)-xzjmax(xj)-min(xj),正向指标（4）评价指标的权重计算公式为：wj=1+1lnm×åz=1mPzj×lnPzjåj=1n(1+1lnm×åz=1mPzj×lnPzj)（5）其中，xzj为第z个评价对象第j个指标初始值，m是评价对象个数，n是指标个数，当Pzj=0时，令Pzj·lnPzj=0。Pzj=x′zjåz=1mx′zj（5）1.2.4确定评价等级和变量特征值最大综合关联度值对应的评价等级即为该事物的评价等级，即kj=maxkj(N)o，认为事物属于等级j。kˉj(N)0=kj(N0)-minkj(N0)maxkj(N0)-minkj(N0)（7）而变量特征值j*可以判断事物更偏向于何种评价等级，以本文的生态环境质量评价为例，事物j0=3，而j*=2.4，则代表该事物生态环境质量等级属于“中”，但严格等级为2.4，即属于{中®良}状态，生态环境质量有变好的趋势。j*=åj=1mj·kˉj(N0)åj=1mkˉj(N0)（8）1.3数据来源长江中游经济区战略地位重要，处于长江流域中心位置，隶属于长江经济带，在国家“两纵两横”开发线中占据重要位置，其生态环境治理以及社会经济发展都关系到全国成效。但长江中游经济区面临着基础设施建设滞后、资源整合不充分、产业竞争力不强、环境保护压力较大等问表2生态环境质量评价等级经典域与节域指标符号C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16经典域优（100，300）（0，0.4）（100，250）（1，15）（1，10）（1，15）（100，1000）（1.6，2.5）（4000，8000）（40，75）（40，50）（50，70）（95，100）（90，100）（90，100）（2.5，3）良（300，500）（0.4，0.8）（250，350）（15，30）（10，20）（15，30）（1000，3000）（1.2，1.6）（2000，4000）（30，40）（35，40）（40，50）（85，95）（80，90）（80，90）（2，2.5）中（500，700）（0.8，1.2）（350，500）（30，45）（20，40）（30，45）（3000，5000）（0.8，1.2）（1000，2000）（20，30）（28，35）（30，40）（85，75）（70，80）（70，80）（1，2）差（700，1000）（1.2，1.6）（500，750）（45，60）（40，60）（45，60）（5000，7000）（0.4，0.8）（500，1000）（10，20）（20，28）（20，30）（60，75）（60，70）（60，70）（0.5，1）劣（1000，1500）（1.6，2）（750，1000）（60，200）（60，200）（60，200）（7000，20000）（0，0.4）（100，500）（0，10）（10，20）（0，20）（10，60）（10，60）（10，60）（0，0.5）节域（100，1500）（0，2）（100，1000）（1，200）（1，200）（1，200）（100，20000）（0，2.5）（100，8000）（0，75）（10，50）（0，70）（10，100）（10，100）（10，100）（0，3）题。因此，全面认识长江中游经济区生态环境质量，寻找阻碍生态环境质量优化的障碍因素，探究生态环境质量优化的措施，是有效改善区域生态环境质量、实现区域生态环境与经济社会协同发展、推动协同发展战略的关键。各指标数据主要来源于历年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国能源统计年鉴》《中国国土资源年鉴》，以及安徽、湖北、湖南、江西的相关统计年鉴、环境状况公报以及权威媒体的环境类报道等。由于我国环境类数据相对滞后，2018—2019年“三废”排放与处理利用情况方面的数据部分缺失，考虑到样本时间长度，本文基于湖北、湖南、江西、安徽2005—2017年的年度环比数据，采用ARMA预测模型预测四个省份2018年、2019年的化学需氧量排放量、烟（粉）尘排放量、二氧化硫排放量、工业固体废物排放量[6]。
2结果与分析
2.1长江中游经济区生态环境质量的总体描述。根据物元模型公式可以计算得到长江中游经济区2005—2019年的生态环境质量评价等级，如表3所示。通过分析发现，长江中游经济区生态环境质量总体稳中向好，到2018年后四个省份的生态环境质量都已达到“优”等级。虽然生态环境质量等级都经历了一定的波动，但总体呈现发展向好的趋势。湖南2005—2019年的生态环境质量评价等级为稳定趋优发展，期间经历了细微波动。2005—2007年生态环境质量等级为“劣”，2007—2011年生态环境质量等级转化为“中”，2012年生态环境质量等级跨级转化为“优”，随后2013—2014年生态环境质量等级下降为“良”，2015年生态环境质量等级转化为“优”，并直至2019年一直保持在“优”等级。因此总体来看，湖南2005—2019年生态环境质量等级较为稳定地向“优”等级发展。湖北2005—2019年的生态环境质量评价等级为缓慢趋优发展，2005—2010年生态环境质量等级一直保持在“中”，2013年生态环境质量等级又转化为“良”，随后直至2018年生态环境质量等级才转化为“优”，因此总体来看，湖北2005—2019年生态环境质量等级较为稳定地逐渐向“优”等级发展。江西2005—2019年的生态环境质量评价等级经历了较大幅度的变化，2005—2006年生态环境质量等级为“劣”，2007年生态环境质量等级转化为“中”，2008—2009年生态环境质量等级转化为“良”，2010年之后生态环境质量等级一直保持为“优”。因此总体来看，江西2005—2019年生态环境质量等级较为快速地向“优”等级发展。安徽2005—2019年的生态环境质量评价等级逐渐趋于优化，2005年和2006年生态环境质量等级为“劣”，2007年生态环境质量等级转化为“中”，直至2011—2012年生态环境质量等级达到“良”，2013年生态环境质量等级转变为“优”，随后的2014—2019年等级一直保持在“优”。因此总体来看，安徽2005—2019年生态环境质量等级逐渐向“优”等级发展。
2.2长江中游经济区生态环境质量的区域差距。根据物元模型公式可计算得到长江中游经济区四个省份2005—2019年生态环境质量变量特征值，将各省份生态环境质量进行汇总对比，如图1所示。通过分析发现，长江中游经济区生态环境质量的空间分布呈显著的非均衡性。在样本考察期内，2005—2007年湖北生态环境质量等级变量特征值最小，生态环境质量在四个省份中最佳，之后江西一直占据四个省份生态环境质量最佳的位置，而湖南和安徽的生态环境质量水平始终保持在中等位置。值得注意的是，湖北虽在样本考察前期生态环境质量等级变量特征值最小，但之后下降缓慢，2011年后生态环境质量等级要劣于其余三个省份，需要引起有关部门注意，而江西生态环境质量等级变量特征值在2005—2010年快速下降，其中2008—2010年生态环境质量等级变量特征值远小于其他三个省份，生态环境改善成效较为显著。从其演变过程来看，经济区各省份的生态环境质量均呈上升态势，2012年后长江中游经济区各省份生态环境质量变量特征值接近，意味着随着经济区协同发展战略的逐步落地，四个省份生态环境质量差距呈持续缩小的态势，区域差距有所缓解。
2.3长江中游经济区生态环境质量限制因素分解。根据物元模型公式可计算得到长江中游经济区四个省份2005—2019年各个评价指标的关联函数，为探究各省份各阶段生态环境质量的限制因素，本文认定关联函数被判断为“差”和“劣”的指标为生态环境质量主要限制性因素。因此，可以得到长江中游经济区生态环境质量主要限制因素的结果如表4所示。由表4可知，2005年对安徽生态环境影响最大的指标有C2、C4、C5、C6、C7、C11、C13、C15、C16，即单位GDP能耗、单位GDP化学需氧量排放量、单位GDP烟（粉）尘排放量、单位GDP二氧化硫排放量、单位GDP工业固体废物排放量、建成区绿化覆盖率、第三产业产值占GDP比重、生活垃圾无害化处理率、环境污染治理投资占GDP比重，而2019年对安徽生态环境影响最大的指标是人均水资源拥有量，江西2019年对生态环境影响最大的指标则是单位GDP工业固体废物排放量、工业固体废物综合利用率，以此类推可以得到长江中游经济区各省份各个年份的生态环境质量主要限制性指标。通过生态环境质量限制因素的分解，可以发现，随着年份的增长，长江中游经济区各省份2005—2019年生态环境质量的限制因素数量逐渐下降，对生态环境质量的影响也在不断下降，但仍存在较多问题需要去优化。同时，长江中游经济区各省份不同年份的生态环境质量限制因素既有着明显的区别，也有着相同之处，如湖北的C4指标（单位GDP化学需氧量排放量）对生态环境质量的影响比其他三个省份更突出，而C16指标（环境污染治理投资占GDP比重）长期为湖南生态环境质量限制因素，而有些限制因素在各省份的各个年份中普遍存在，如C7指标（单位GDP工业固体废物排放量）为安徽、江西两个省份多年的限制因素，其在工业生产过程中对材料使用不科学、存在浪费现象、环保意识较弱，这对各省份的环境治理工作和区域环境治理战略合作有重要参考价值。
3结论
基于2005—2019年长江中游经济区的空间序列数据，本文利用熵权物元模型对长江中游经济区安徽、江西、湖南、湖北四个省份的生态环境质量的时间变化趋势、区域差距以及影响因素进行了实证研究。得出以下结论：（1）2005—2019年长江中游经济区四个省份的生态环境质量都以不同速度得到改善，并达到“优”等级，但长江中游经济区四个省份仍需加强生态文明建设的战略定力，全方面解决区域性生态环境问题，营造优良生活环境，促进经济社会可持续发展。（2）从生态环境质量区域差距分析可以看出，长江中游经济区四个省份生态环境质量基本均呈上升态势，四个省份生态环境区域差距有所缓解，但各省份的生态环境优化成效仍有差距。（3）从生态环境质量限制因素分解可以看出，随着时间的推移，长江中下游经济区四个省份的限制因素数量逐渐下降，同时四个省份限制因素既有相同点又有差异，因此各省份在开展协调合作战略的基础上，需要制定差异化措施精准治理，联手打好生态环境问题战，实现区域可持续发展。
作者:熊尚彦 李拓夫 单位:湖南信息学院