基于信息熵的兰州城市生态系统可持续发展能力演化分析

作者:王珞珈;董晓峰;刘星光;尹辉; 刊名:兰州大学学报(自然科学版) 上传者:刘刚中

【摘要】基于耗散结构理论和城市复合生态系统理论,构建了兰州市生态系统可持续发展能力的评价指标体系,运用量化模型对其优异性进行了评估.基于信息熵理论,运用年份信息熵对城市生态系统演变进行有序性和复杂性评估;对各项评价指标进行归一化处理后,通过指标信息熵确定各项指标的权重,综合计算得到城市生态系统可持续发展水平的最终得分.将各项指标的熵权与指标在研究期内的变化趋势相结合,综合分析兰州城市生态系统演化的机制和趋势,从而提出各类型熵的针对性措施.结果表W月,2004-2013年,兰州市社会经济生态系统对自然生态系统的需求呈增加的趋势;城市生态环境建设取得了显著成效,生态系统的有序性并没有呈现持续发展的态势.兰州市自然生态系统对社会经济系统的支持能力呈上升趋势,社会经济系统对自然生态系统的压力越来越大.兰州市生态建设的积极推进使城市的代谢功能不断加强,城市生态系统的可持续发展水平呈波动上升的态势.

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可持续发展不仅是经济发展问题,而且与生态环境和社会发展紧密相关.关于城市可持续发展程的里'化t日标层山不労,并在"Ir¥城巾头践.过程中起到了不可估_培的促进作用.'州市作为 对其可持 二头发展的研宄…有十分重要的现头思乂? 关于二州城市可持^发展的研允成果0、如主要集中在以下几方面:1)能值分析法和物质^分析理论的城市社会经济可持续发展研究131;3)生态i迹分析法、资源压力指数法、综合评价法在城市&展中的应用(4-6i.S态可持续发展是城市可持续发展 合系统,自然生态系统的nf持续性是城市社会经济 2研究方法 2^Ht纪4年代士末,S&hannorT首次将熵的概念]丨a人丨mPiM论W,用也来虫表小..系统的无序度,d并fc疋、、乂/斗为 .十-白1^”饥丨、八甘入 紐行演化分析的问题上具有不可比拟的优势,可用于所有统计过程的分析丨 Prigogine的耗散结构理论表明,城市生态系统的演变就是内部结构的不断解体和新的耗散结构不断生雌过程虽然細热力学第二定律職市生态系统的滴变过程进行量化分析的合雜有待论证,但是相关研究结果表明,城市地縣统和热力学系统在很多方面有着惊人的相似并在同物理系统中,热力学摘随着信息摘的变化而变化,两者的比值是一个常数因此用信 麵发展的触雜?B痛賊縣能从复合生息麵论_市生态雜纖变状态进行分析是态系统的角度,对兰州城市生态系统的可持续性进胃彳彳 行评价,存在一定的欠缺.本研究结合信息熵理论, 依据城市生态雜的结构和功能特点,构建了兰#1U城市生态系统B变塊M 城市生态系统可持续发展能力的综合评价方法,W弥补现有评价体系和研究方細不足. 1研究区概况 近年来,兰州市经济快速发展的同时也带来了-系列生态職隨,主要麵在:1)随城靴的快速发展,兰州細人均生赫字逐渐增大,会经济的发展已超出了区域生态織的承载能力;2)兰州社会经济雜对自然生态系统的压力越来越大,环境状况差仍是制约兰州生态系统良性发s的主要因素I6-71;3)兰州市物质循环利用率较为落后,资源和能源生产水平低下;4)兰州城市生态系统的服务功能呈现不断弱化的趋势,城市消费代谢的线性模式阻碍了城市的健康有序发展[81.以上问题体现了对兰州城市生态系统进行可持续发展能力评估的重要性. 賴生态系统的基本服务功能,可将城市生态系统划分为社会经济系统和自然生态系统?城市生态系统的熵变分为两个部分:一部分是社会经济系统与自然生态系统之间交换物质能量时所P生的熵变,称为熵流’表现为两个系统间 細,反映了自敝态綠獻麵动的支持性; 所产& 自^ 2.2城市生态系统可持续发展能力评价指标体系 城市是一个典型的社会-经济-自然复合生态系统,仅用少数几个指标无法全面反映其内涵.本研究根据指标选取的综合性、可操作性和代表性等原则,在借鉴PSR(pressure-state-response)概念模型指标体系1'兰州生态城市建设指标体 系[1'城市生态系统健康性评价等相关研究的成果的基础上[|5_'将选取的指标分为4种类型(表1).其中,支持型输入熵指标主要体现为城市生态系统提供物质和能量的支持者和生产者;压力输出型熵指标主要指人类为维持自身的生产和生活给自然生态系统带来的压力;消费代谢型指标代表人类活动排放的废弃物以及由此引起的自然环境问题;还原代谢型指标反映人类对环境污染的治理效率.由此构建兰州城市生态系统可持续发展能力的评价指标(表1),根据各种类型熵,得出城市生态系统的熵流、熵产生和总熵变(表2). 流競生态3力 系统生产力 SxS材(令) 篇心”) 教育娱沄文化服务(Al2) - 城市每百

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