赵 杨，黄义忠，魏成国

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

随着我国社会经济的高速发展，经济发展与生态保护之间的矛盾日益严重。自十九大以来，中国共产党不忘初心，牢记使命。贯彻新发展理念，加快生态文明体制改革。自此，党中央对生态环境保护愈加重视，提倡资源高利用、低消耗、低污染的健康发展模式[1-2]。在这样的背景下，生态环境健康研究对于协调地域空间可持续发展、资源可持续利用具有重大意义，此研究或将成为国土空间规划中的最为重要的一环，受到政府以及学术界的广泛重视。自十九大起，生态环境治理问题成为学术研究的新热点。

生态环境健康程度是指在满足人类社会经济合理化发展的同时保证生态环境自身的资源丰富度、生态可持续度。在国外研究中，COSTANZA[3]从生态经济学的视角，研究经济和海洋之间的协调发展问题；TREVISAN[4]从农业发展过程入手，着重探讨农业生产活动对生态环境的直接或间接影响；PICKETT[5]首次在生态环境问题中引入了城市区域理念，通过讨论经济、社会与生态3个方面的关系问题，构建城市生态环境评价的指标体系，为后来的生态环境评价研究奠定基础。我国关于生态环境健康的研究虽起步较晚，但进展较为迅速，评价涉及湿地、森林、流域、旅游区等不同类型[6-9]，采用评价方法包括模糊分析法、PSR模型(pressure-state-response，压力-状态-响应)、DPSIR模型(driving force-pressure-state-impact-response，驱动力-压力-状态-影响-响应)、DPSEEA模型(driving force-pressure-state-exposure-effect-action，驱动力-压力-状态-接触-影响-行动)、因子分析法等[10-11]。总体而言，国内相关研究方法庞杂，研究对象更偏重于单一生态系统，相比于较大区域综合性生态环境健康评价来说，文献数量比重较大。

本研究隶属国家自然科学基金地区基金项目“滇中城市群国土空间格局多尺度演化模拟及优化配置”(KKGD201721098)中的“国土空间格局分异特征及多尺度空间自相关关系”研究分支。该部分研究内容主要以构建多尺度国土空间和资源环境地理空间数据库为主，运用GIS空间分析方法，从区域层级尺度，剖析国土空间格局的多尺度空间分异特征及变化规律。以云南省文山壮族苗族自治州(简称文山州)全域为研究对象，从自然资源、生态环境、社会经济等多方面入手，探讨基于土地利用类型状况下的生态环境健康评价模式，以期符合文山州生态环境特点的健康水平，有助于提高生态环境健康水平，从国土空间规划的角度，缓解文山州生态环境治理过程中空间发展不平衡的问题。

1 生态环境健康评价方法

1.1 评价思路

优劣解距离法[12-13](technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)是一种针对复合单元的常用决策分析方法。其核心内容在于准确地给出有限个决策事件的最优解和最劣解距离，从而确定有限个方案和理想解的接近程度，进一步排序获得最终解。该方法的优势是在TOPSIS模型的基础上考虑使用熵值与层次分析相结合的方法确定权重，兼顾数据的客观性与研究区地域特征的主观性。

以文山州各乡(镇)行政区块作为评价单元，从空间地域发展的角度出发，测算文山州生态环境健康水平[14]。根据文山州生态环境的现状特征，着重考虑资源丰富度、生态环境可持续度、社会经济发展程度3个方面，从众多参考指标中筛选出12个对结果影响较大的因子，将文山州105个乡镇生态环境健康水平划分为低、较低、中等、较高、高共5个评价等级。

1.2 技术路线

本研究的技术路线如图1所示。

1.3 评价指标体系构建

本研究从环境条件、生态条件、社会经济条件3个方面选取12个指标对文山州整体生态环境健康现状进行评价[15]。参考国内指标体系，并结合已有研究成果以及文山州地域实际情况，依据科学性、全面性、差异性、可行性等原则选取评价指标，从目标层、准则层、指标层3个层次构建生态环境健康评价体系，具体指标体系构建结果如表1 所示。其中，“+”代表极大型指标，即数值越大，评分越高；“-”则相反。

图1 技术路线Fig.1 Technical route

表1 文山州生态环境健康评价指标体系Tab.1 Eco-environmental health evaluation indexes system of Wenshan Prefecture

1.4 评价指标综合权重确定

1.4.1权重确定方法

在确定权重的过程中采用熵值与层次分析相结合的方法。熵值法体现数据的客观性，而层次分析法更能清晰地展示出文山州地区资源环境方面的主观发展优势。主要算法步骤如下：

第1步，数据标准化。构建原始指标数据矩阵。有n个乡镇，m个评价指标，形成原始数据矩阵

X=(xij)m×n，0≤j≤m，0≤i≤n

(1)

其中，xij为第i个乡镇第j个指标的值。

正趋向指标计算公式

(2)

负趋向指标计算公式

(3)

第2步，熵值法计算客观指标权重。

(4)

计算评价指标的信息熵值ej=

(5)

计算评价指标差异系数dj=1-ej

(6)

(7)

第3步，修正客观指标权重。根据差异系数d，把12个指标划分5等级。在文山州地区，考虑当地的地质脆弱性、地势较高且不平坦等原因，相对提高坡度占比、地灾点、植被覆盖率3项指标的等级，其他指标相应降低等级。指标重要性分级调整结果如表2 所示。

表2 指标重要性分级Tab.2 Importance classification of indicators

第4步，使用层次分析法计算主观指标权重。建立决策阵列，运用“1到9标度”表示指标之间的相对重要性，将“1～9标度”赋给重要性等级。量化情况如表3 所示。

表3 重要性分级量化Tab.3 Quantification of importance classification

根据上表给指标赋值，得到优劣判断矩阵

D=(dij)n×n，0≤i≤n，0≤j≤n

(8)

计算层次分析法指标权重

(9)

然后进行一致性检验：DWD=λmaxWD

(10)

其中：D为决策矩阵，λmax为该矩阵最大特征根，WD为最大特征根对应的特征向量。

再对单因素权重值进行一致性检验，得到

(11)

(12)

其中,IR为随机一致性指标，通过查表可得。当RC<0.1时通过检验，反之则需要修正。此处计算得到RC<0.1，通过检验。

(13)

1.4.2综合权重确定结果

根据熵值法和层次分析法加权平均后得到结果如表4所示。

表4 文山州生态环境健康评价指标权重Tab.4 Weight of eco-environmental health assessment indexes in Wenshan Prefecture

1.5 评价方法

本研究采用TOPSIS模型进行评价分析：首先，构建TOPSIS矩阵，为增加矩阵客观性，根据综合权重w创建规范化评价分析矩阵

Y=|γ|m×n=|w×zij|m×n

(14)

其次，确定正负理想解。正理想解Y+是生态环境健康分析中各指标的最优解，负理想解Y-则相反。

Y+=max(γij)

(15)

Y-=min(γij)

(16)

(17)

(18)

最后，计算综合评价指数。Ci为第i个乡(镇)综合评价指数，取值范围为[0，1]。当Ci→0时，生态环境健康水平低；当Ci→1时，生态环境健康水平高。

(19)

2 文山州生态环境健康评价

2.1 文山州概况

文山壮族苗族自治州地处云南省东南部，位于东经103°35′～106°11′、北纬22°24′～24°48′之间，行政区面积达3.14万平方公里。文山州管辖区含1市7县共105个乡镇(文山市、砚山县、西畴县、麻栗坡县、马关县、丘北县、广南县、富宁县)。根据全国第三次国土调查成果，全州土地总面积为314.1万公顷。其中总耕地面积达63.9万公顷，园地面积为9.8万公顷，林地面积为200.7万公顷，草地面积为9.9万公顷，建设用地面积为4.9万公顷。

2.2 数据来源

1)土地利用现状数据来源于全国第三次国土调查；

2)归一化植被指数(NDVI)是从“美国国家航空航天局”网站下载的2019年文山州MOD13Q1数据，空间分辨率为250 m，时间跨度为16 d，选择旱季3个月的NDVI最大值反映文山州区域植被覆盖情况；

3)社会经济、水资源统计数据来自《云南省县域2019统计年鉴》。

2.3 研究区生态环境现状

综合多渠道获得的数据，利用ArcGIS10.2软件的Spatial Analysis功能进行数据处理，得到文山州生态环境健康现状分析结果(图2)。文山州耕地多集中于西部盆地地区，东部地区分布较为稀疏；后备耕地潜力区多集中于中部地区，向东西两侧延伸；基本农田分布状况与耕地相似，集中于西部；道路网络主体沿南北贯穿文山州，其中西部较为密集，而东部相对稀疏；建设用地主要分布于坡度为0°～8°及周边区域；道路网络以文山市为中心，连接各乡(镇)并逐渐稀疏；坡度呈辐射状分布，以砚山县平原镇区域为中心，向四周辐射，中心地区地势平坦，四周地区坡度相对较陡；地质灾害点多集中于南部地区，其他地区零星分布，影响相对较小；在生态用地方面，引入邓红兵[16]在《区域生态用地的概念及分类》中关于生态用地的概念，认为生态用地包括园、林、草、水、滩涂等5种地类，且多集中于中部地区，西部生态用地较少；归一化植被指数(NDVI)处理结果显示，文山州地区NDVI值东高西低，呈阶梯状分布；水域河流多集中于东部和南部地区，中部水资源相对短缺；人口密度和GDP的分布情况大致与建设用地相同。

图2 生态环境现状Fig.2 Status of ecological environment

3 结果与分析

3.1 评价结果

根据生态环境健康水平综合评价指数计算公式，得到文山州各乡(镇)生态环境健康综合评价得分，如表5 所示。

表5 文山州生态环境健康评价单元得分表Tab.5 Score table of eco-environmental health assessment units in Wenshan Prefecture

将文山州105个乡(镇)的综合评价指数以0.01为步长绘制频数直方图(图3)，作为划分文山州地区低、较低、中等、较高、高水平生态环境健康等级的依据。

图3 文山州各乡(镇)综合指数频数Fig.3 Frequency of composite index of each township (town) in Wenshan Prefecture

根据文山州各乡(镇)生态环境健康综合评价指数，用ArcGIS软件通过自然裂点算法对乡镇进行生态环境健康水平等级划分，划分结果如表6所示。

表6 文山州生态环境健康水平等级划分Tab.6 Classification of ecological environment health level in Wenshan Prefecture

依据表6中的划分结果，对文山州105个乡(镇)进行分级，结果如图4所示。

图4 文山州生态环境健康评价指数分等Fig.4 Grade of eco-environmental health evaluation indexes in Wenshan Prefecture

根据图4生态环境健康水平分等图显示，文山州全域105个乡镇中，有10个乡镇处于低水平生态环境健康区，多集中于中东部地区；13个乡镇处于较低水平，多集中于东部及东北部地区；30个乡镇处于中等水平，多集中于北部及西南部地区；41个乡镇处于较高水平，多集中于南部地区；11个乡镇处于高水平，多集中于中部地区。本研究着重分析生态环境健康水平较低和低两个等级，剖析该地区健康水平低的原因，进而有针对性地提出生态环境水平提升策略。

3.2 文山州生态环境健康分区

基于文山州生态环境健康评价结果，综合其地形地貌特征和生态环境健康水平分布特点，将全州划分为4个生态环境健康综合分区(图5)。针对各生态环境健康分区现状，总结分区生态环境特点。着重分析部分地区生态环境水平低的原因，提出相应的健康水平提升策略，力求通过提出有针对性的措施，缓解文山州生态环境治理过程中空间发展不平衡的问题。

图5 文山州生态环境健康分区图Fig.5 Ecological environment health zoning map of Wenshan Prefecture

1)北部温凉山区

该区域位于文山州的北部，主要属珠江流域西江水系，南盘江、清水江汇流区。地处滇东南岩溶山区丘陵地带，地势西南高东北低，呈阶梯状倾斜。分布有山区、半山区、中坝区。区内气候温凉。

该区域生态环境健康水平中等偏高，但经济发展不足。原因在于该区域北部山高谷深，交通闭塞，科技文化水平低，抗御自然灾害能力弱。耕地中坡地数量比重大，且近年来植被减少，水土流失严重。采矿企业多，废弃地多，区域人均耕地逐年减少，人地矛盾突出，非农业建设与农业生产用地矛盾日趋突出。

2)东及东北部低热河谷区

该区域地势西南高、东北低，地形连绵起伏，错综复杂，海拔差异大。内部立体气候明显，雨量充沛，温暖多湿，干湿季分明，水热同季。

该地区生态环境健康水平相对偏低。原因在于区域内山高谷深，西向东倾。在湿热气候影响下，土壤深厚肥沃，宜耕性好。但由于多是山区、半山区，耕地分散，除低山河谷区有部分连片农田外，其余大多分布在山坡上，耕作条件差，农作物产量低，且因土壤疏松，容易引起水土流失。

3)中部干暖丘原盆地区

本区大部分为中海拔地区，属南亚热带和北亚热带气候类型。加之地处分水岭，地表水渗透大，水土流失严重，森林覆盖率较低，生态状况较差。

此区域生态环境健康水平高。原因在于内部地势较为平坦，交通便利，坝子多且集中。农村经济发展水平居全州之首，而且矿产资源丰富，品种多且分布广。限制该区域发展的问题是干旱缺水，多数地区人、畜饮水困难。

4)西南部湿热山地河谷区

该区域地处文山州的西南部，红河流域的盘龙河流由西北向东南纵贯全境，属山地地形。地处滇东南岩溶山区,一半以上土地为岩溶地貌，山高谷深，地形复杂。气候类型属亚热带季风气候，干湿季明显，雨量充沛，但分配不匀，干旱缺水问题严重。

该区域生态环境健康水平呈现不均衡态势，主体处于中等水平。原因在于区域内人多地少，非农业建设与农业生产用地矛盾日趋突出。耕地中旱地比重大，陡坡耕地多，水利化程度低，部分地区存在水土流失、石漠化问题，是四大功能区中地质环境较为不稳定、贫困问题较严重的地区。

4 结论与展望

4.1 结果讨论

结合图4的评价结果和图5的分区情况进行讨论，并得出结论：文山州生态环境治理空间发展不平衡问题的诱因主要有3个方面，资源开发后无人治理、地形地貌导致的限制农业发展和城市经济发展、缺乏适合文山州地区的安全格局规划意识。下面将从这3方面作为切入点，讨论文山州生态环境水平提升策略。

1)合理开发矿产资源，注重矿区生态修复

在文山州地区有相当丰富的自然资源，包括土地资源、矿产资源、水能资源等等，这些资源一直都是文山州发展的基础。尤其是矿产资源，文山州地区矿藏储备极为丰富，但却存在部分矿区无人治理的情况。为改变这一状况，应明确矿山环境保护与治理恢复的责任主体。做到边开采、边恢复、边复垦。

2)促进耕地类型转型，注重耕地提质保量

云南省是农业大省，耕地资源充沛，耕地面积占比大，是我国主要的农产品产业基地之一。文山州耕地面积占比更是超过云南省平均水平，耕地资源同样丰富。但只有资源是远远不够的。云南省现处于从农业大省向农业强省迈进的过渡阶段，整治农用地迫在眉睫。要清楚耕地发展的方向，先要了解限制农业发展的因素，主要分为三点：

第一点是地形问题。文山州地区多山地，少平地，这就导致25°以上的坡耕地不在少数。如今应该注重耕作田块规划与土地平整，15°～25°坡地改梯地，25°以上耕地依据国家政策实行退耕还林、还草。尽量减少坡耕地面积，地形完全不适合耕种的区域要及时整治，开展生态修复，既能保证耕地质量，又能促进生态发展。

第二点是水源灌溉问题。文山州地区水资源丰富，又有许多大中型灌区，但水田与水浇地的面积仅占耕地面积的17%。所以要积极促进旱地向水田、水浇地转型，同时完善灌溉与排水工程，包括水源和取水枢纽—输水配水系统—田间调节系统—排水泄水系统—排水枢纽和容泄区以及排灌系统的建筑物，形成完整的排灌体系。提升灌溉效率，以求在促进农业发展的基础上更加注重生态环境治理。

第三点是耕种技术落后。文山州绝大多数地区仍然是全程人力耕种，缺少科技手段，耕种过程费时又费力。可考虑采用小型农机代替人口作业。农业机械化不仅可以提升耕作效率，更容易形成农产品产业集聚效应，形成产业链，优化农业结构布局，减少农业生产成本以及农产品运输成本，从经济效益的角度促进农业合理发展。

3)构建生态安全格局

安全格局是一种维持生态系统完整性、有效控制和改善环境问题的区域性空间格局。构建文山州生态空间安全格局的措施：

第一，优先设置国土生态屏障网络用地，设定核心生态网络体系，形成最基本的生态屏障；保持山水整体形态，维持水系自然形态，设置生态廊道。

第二，按照最佳生态效益安排城乡绿色空间。在生态网络、基本农田和建设用地之外，多发展绿色空间。以园地、林地、草地、水域等地类为基准面，优化绿色布局，发挥生态功能优势，完善城乡生态空间的建设。构建城郊生态区与城市绿地相结合的绿色生态系统。

第三，保留文化景观廊道，促进人文历史景观的保护，尽量维持原有乡土、民俗，习俗。保持文化多样性，增设绿色文化长廊，预留出乡土植物生长和培育的用地空间。

第四，充分发挥农用地多重功能，扩展生态空间。在耕地提质保量的前提下，尽可能地发挥耕地的生态景观效应，使生态与生产紧密结合起来，将这些具有生态功能的耕地与城市绿地相结合，促进城市与乡村生态景观一体化发展。

4.2 未来展望

参考国内学者关于生态环境健康的研究，以文山州为研究对象，选择熵权TOPSIS综合评价模型对文山州生态环境健康水平进行评价。结果显示文山州生态环境健康属中等偏高水平。再根据评价得分对文山州进行生态环境健康分区，并针对评价成果和分区情况讨论文山市区域生态健康水平提升的策略。力求通过提出改进措施，在一定程度上缓解文山州生态环境治理过程中空间发展不平衡的问题。然而，从生态环境健康评价的内涵与评价模型上来看，仍有需要改进和完善的地方。

1)从评价内涵上来看，生态环境健康评价本身应综合地理学、生物学、生态学、气候学、社会经济学等各个领域的优秀理论来指导评价过程。但因受限于资料的可获取性，本研究仅能够以乡(镇)为评价单元，未能达到村级。并且评价指标中缺少空气质量、石漠化等详细数据，一定程度上影响评价成果的准确性。

2)从评价模型上看，本研究运用TOPSIS模型，虽体系完整，应用广泛，但仍旧缺乏针对性，评价成果在各地区之间横向比较的差异并不明显。后续研究将寻求生态环境健康评价的新算法，进一步提高评价成果的科学性和实用性。

以上待改进的地方会在后续研究中进一步完善。尽管如此，本研究对完善文山州生态环境评价体系仍有一定的参考价值，同时结合评价成果讨论了保障文山州生态环境的策略，为后续的生态治理提供指导性意见。