熵视角下的矿业城市生态可持续

作者:杨宁;付梅臣 刊名:中国矿业 上传者:刘翠平

【摘要】矿业城市是生态可持续研究的典型区域,本文以典型矿业城市河北省武安市为例,对武安市2005~2013年的生态足迹进行测算,结合信息熵的研究理论,构建矿业城市生态系统可持续发展评价模型,研究结果显示:1武安市面临的生态赤字问题严重,人均生态赤字由2005年的8.713hm2/人增加至2009年的10.322hm2/人,而后逐渐减小,2013年为8.847hm2/人;2熵视角下的生态系统的健康性与活力性呈良性发展;3经济发展对生态环境的压力逐渐减小,经济生态成本降低,整体朝向可持续方向变化。该研究分析矿业城市发展与对自然生态的需求,可以为我国矿业城市土地利用变化机理研究和生态可持续性评价提供一定依据。

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自20世纪50年代开始,矿业城市逐渐兴起,但矿业城市工业系统主导产业普遍以资源消耗高、污染排放大的资源加工业为主,工业化、城市化快速发展的同时,对生态、社会累积了诸多负面影响[1]。因此,矿业城市可持续发展已经成为世界各国共同的研究热点,研究热点由经济和产业的可持续逐渐转变到生态系统的可持续[2-5]。本次研究综合前人经验,用生态足迹的方法进行定量评价,展示研究时段内不同年份生态可持续性的强弱状态,并将信息熵和生态足迹结合,以生态足迹的研究要素作为熵的评价重要指标,从熵的视角来解读生态系统,分析研究区的生态健康性和有序性状态[6-10]。1研究区概况与数据来源本文的研究区域是典型性矿业城市武安市。武安市位于河北省南部武安经济发展迅速,以矿业资源为依托。2013年,武安市GDP达到595亿元,呈连年增长的态势,第二产业处于主导地位,三种产业占比为2.5%:62.7%:34.8%,第二产业主要以矿产资源开采和加工为主,在促进经济快速发展的同时,对生态环境造成了很大的影响。2生态足迹计算生态足迹将每个人消耗的资源折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积,通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值(生态赤字或生态盈余),准确地反映了不同区域对于全球生态环境现状的贡献。生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度,又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量。生态足迹将提供生态足迹承载的土地分为六类:耕地、林地、草地、水域、建设用地和化石能源用地,结合均衡因子和产量因子,计算各类型土地的生态承载力作为该区域的生态承载力。生态足迹计算时分别计算生态承载力与生态足迹,再计算生态盈余或生态赤字。汇总生产各种消费项目人均占用的各类生态生产性土地,即生态足迹组分,最后根据区域人口数量,计算区域总生态足迹EF(式(1))、区域总生态承载力EC(式(2))。EF=N×∑ni=1 Ai×ri(1)EC=N×∑ni=1 ai×ri×Yi(2)式中:EF为区域生态足迹;EC为区域总生态承载力;i表示土地类型;ri为某地类生态足迹的均衡因子;N为总人口;Yi为某种地类的产量因子;Ai为资源消费占用的土地面积;ai为实际土地面积。EF与EC的差值便是生态赤字(盈余)。3熵视角下的生态可持续矿业城市生态系统的发展演化主要以社会经济生态系统的发展演化为主导,传统熵视角下的城市生态系统研究反应的是城市社会经济与城市自然生态系统的相互作用,以及它与其他城市和区域的相互作用,以此从侧面来分析该城市生态系统的发展演化过程及其发展趋势,分析和评价城市生态系统的可持续能力[11-12]。本研究结合生态足迹变量,构建新的生态系统可持续发展能力评价模型(表1),其中支持型熵和还原型熵指标属负熵,这些指标的增大将使城市生态系统朝有序的方向演化,所以为正向指标;反之压力型和消费性指标定义为负向指标[13-15]。矿业城市系统熵计算是针对不同年份的信息熵,有m个年份和n个评价指标(式(3))。ΔS=-1lnm∑ni=1qijqjlnqijqj(3)式中:ΔS为熵值;qij为指标原始数据标准化值;qj为指标第j年指标标准化值的求和。以信息熵为基础对所建立的评价指标进行分析,对系统的有序度以及复杂性,评估系统的协调性、活力和健康水平、城市可持续发展状态进行评价(表2)。表1武安市城市生态可持续发展能力评价指标体系目标层次准则层要素层城市生态系统可持续发展评价支持型(A)压力型(B)还原型(C)消费型(D)耕地生态足迹供给(A1)草地生态足迹供给(A2)林地生态足迹供给(A3)水域生态足迹供给(A4)建筑用地

参考文献

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