全 文 ：第 34卷 第 2期 生 态 科 学 34(2): 156−160
2015 年 3 月 Ecological Science Mar. 2015

收稿日期: 2014-04-03; 修订日期: 2015-03-18
基金项目: 国家自然科学基金(41471160); 山东省自然科学基金(ZR2013DL001); 济南大学科研基金(XKY1310)
作者简介: 赵强(1977—), 男, 山东泰安人, 博士, 副教授, 主要从事生态学研究, E-mail: stu_zhaoq@126.com
*通信作者: 李秀梅, 女, 博士, 讲师, 主要从事生态学研究, E-mail: stu_lixm@ujn.edu.cn

赵强, 李秀梅, 谢嘉欣. 济南市生态弹性力评价研究[J]. 生态科学, 2015, 34(2): 156−160.
ZHAO Qiang, LI Xiumei, XIE Jiaxin. Evaluation on city ecosystem resilience in Jinan City[J]. Ecological Science, 2015, 34(2): 156−160.

济南市生态弹性力评价研究
赵强 1,2, 李秀梅 1,3,*, 谢嘉欣 1
1. 济南大学资源与环境学院, 济南 250022
2. 山东省生态固碳与捕集利用工程技术研究中心, 济南 250022
3. 北京林业大学水土保持学院，北京 100083

【摘要】 城市生态弹性力是指城市生态系统的自我维持、自我调节及其抵抗外界各种压力和扰动能力的大小, 是城市
生态承载力研究的基础。以济南市为研究对象, 采用主成分分析法, 对济南市生态弹性力现状进行了综合评价。结果
表明: 2000—2011 年间, 济南市的生态弹性力虽有所波动, 但总体呈现上升趋势, 生态弹性力指数由 2000 年的–0.45
增至 2011 年的 0.26, 表明济南市的生态环境质量得到很大改善。论文最后根据生态弹性力的影响因素提出了提高生态
弹性力的相关治理对策。

关键词：生态弹性力; 主成分分析法; 济南市
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2015.02.023 中图分类号：X24 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)02-156-05
Evaluation on city ecosystem resilience in Jinan City
ZHAO Qiang1,2, LI Xiumei1,3,*, XIE Jiaxin1
1. School of Resources and Environment, University of Jinan, Jinan 250022, China
2. Shandong Provincial Engineering Technology Research Center for Ecological Carbon Sink and Capture Utilization, Jinan
250022, China
3. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
Abstract: City ecosystem resilience refers to the size of city ecosystem’s capacity of the self-maintenance, the self-adjustment, and
the ability of resistance to the external pressures and disturbance. It is the basis of the research about the city ecological carrying
capacity. This paper evaluates on Jinan City ecosystem resilience synthetically using the principal components analysis method.
The results show that the Jinan City ecosystem resilience is fluctuating, but it shows increasing trend generally. The city ecological
resilience index increased from –0.45 to 0.26 during 2000 to 2011, which indicates great improvement in the ecological environment
quality in Jinan City. At last, relevant countermeasures are put forward according to the influence factors of the ecosystem resilience.
Key words: ecological elastic force; principal component analysis; Jinan City
1 前言
城市是人类文明的标志和社会经济发展的载体,
是人口、经济、资源、生产力和科学技术高度集中
的地区, 是区域经济活动的核心。随着社会经济的
快速发展, 城市化和工业化不断推进, 与此同时,
资源短缺、环境恶化、生态失衡、人口膨胀等一系
列环境问题相伴而生。因此, 城市生态弹性力评价
显得尤为重要[1–4]。生态弹性力主要是指生态系统的
自我维持、自我调节及其抵抗外界各种压力和扰动
2 期 赵强, 等. 济南市生态弹性力评价研究 157

能力的大小[5−6]。可见, 在没有人类作用的时候, 系
统生态承载力的大小取决于生态弹性力的大小, 生
态弹性力反映了自然生态系统的承载力, 是区域生
态承载力研究的基础[7]。在此基础上, 才能进一步研
究“自然-经济-社会”组成的复合系统的生态承载力。
本文以济南市为研究对象, 构建了济南市生态弹性
力指标体系, 并利用 SPSS 软件确定权重, 采用主成
分分析法分析了济南市 2000—2011 年生态弹性力
的变化。研究结果将为城市生态弹性力研究提供案
例研究, 为促进济南市生态资源管理和济南市生态
资源可持续发展提出合理建议, 促进人民关注与重
视自然环境, 从而促进美丽泉城的全面建设。
2 研究区概况
济南市位于山东省中部, 是山东省省会, 为全
省政治、经济、文化中心和交通枢纽, 辖历下区、
市中区、槐荫区、天桥区、历城区、长清区、平阴
县、济阳县、商河县及章丘市, 地理坐标为东经
116°11′—117°44′, 北纬 36°01′—37°32′, 面积 8151 km2。
地势南高北低, 地形复杂多样, 由南向北, 依次为
低山丘陵、山前倾斜平原、黄河冲积平原, 城区地
形呈浅碟式。济南市属暖温带半湿润大陆性季风气
候, 多年平均降水量(1956—2000 年)为 643.3 mm,
自东南向西北递减, 各县区有一定的差异。全市历
年平均气温 14.2 ℃。
2000 年, 济南市的外来常住人口仅有 40 万人,
到 2002 年, 外来常住人口达到 60 万人, 到 2012 年,
外来常住人口达到 192 万人, 12 年间, 仅仅外来常住
人口增加了 152万人, 年均增长率达 8.3%, 济南市面
临人口急剧增长的压力。济南市的工业废气排放量从
20 世纪 90 年代到现在增加了 1 倍多, 工业固体废弃
物的产生量也增长了 65.5%。近年济南市经济的发展
主要依赖于制造业特别是重工业的高速增长, 同时
济南的工业结构也带来了严重的环境污染。济南作为
山东省的省会城市, 面临着人口、资源、经济的三重
压力, 因此, 济南市的生态弹性力评价显得尤为重要。
3 生态弹性力评价方法
目前, 有关生态弹性力的分析方法中, 最常用
的是模糊综合评价法和主成分分析法[8–12]。研究表
明, 模糊综合评价法的主观性较大, 而主成分分析
法可以克服主观性带来的误差[13]。为此, 本文采用
主成分分析法来评价济南市的生态弹性力。
3.1 生态弹性力评价指标体系的构建
在指标体系建立时, 按照目标分层法的理论框
架, 建立指标体系的多级递阶。其中, A 层为目标层,
即生态弹性力; B 层为准则层, 根据目标层的影响因
素建立, 主要包括气候、水文和地物覆盖3个方面; C
层为指标层, 从准则层的基础上来选取。
气候方面: 气候既是人类生活和生产的环境
要素之一, 又是供给人类生活和生产的重要资源。
气候通过气温和降水量直接影响水文, 从而影响
生态系统的弹性力。因此, 在气候方面主要选取日
照时数、年平均温度和年平均降雨量 3 个指标。
水文方面: 区域水文条件既为植被提供生长环
境, 也决定植被的生长状况, 同时水资源也是发展
国民经济不可缺少的重要自然资源。在水文方面选
取地表水资源量和地下水资源量两个指标。
地物覆盖方面: 一般来说, 构成生态系统的植
被类型越复杂, 呈多样化, 系统状况越好, 系统的
生态弹性度越大。在地物覆盖方面选取森林覆盖率
为指标。
济南市生态弹性力指标体系见表 1。
3.2 生态弹性力指数的表达及其权重的确定
生态弹性力指数的表达式为[6]:

1
n
i i
i
P S W
=
= ⋅∑ (1)
式中: P 为生态弹性力指数, iS 为生态系统特征要
素, 分别代表气候、水文、地物覆盖等值; iW 为各
要素 i 所对应的权重值。
本文主要利用 SPSS 软件, 采用主成分分析法
(PCA)来确定各指标的权重。

表 1 济南市生态弹性力指标体系
Tab. 1 The index system of ecosystem resilience in Jinan
city
A B C
日照时数( 1C )
年平均气温( 2C ) 气候( 1B )
降水量( 3C )
地表水资源量( 4C ) 水文( 2B ) 地下水资源量( 5C )
生态弹性力
地物覆盖( 3B ) 森林覆盖率( 6C )
158 生 态 科 学 34 卷

3.3 生态弹性力评价结果判定
对于生态弹性力评价, 评价结果主要反映了
生态系统的自我恢复、更新能力与自我抵抗能力,
指数越大 , 表示生态系统的承载稳定性越高 , 反
之亦然。
4 济南市生态弹性力评价
4.1 数据来源
2000—2011 年是济南市经济快速、平稳、健康
发展, 综合实力大大增强, 人民生活显著提高的时
期。在这几年中, 济南市城市功能不断提高, 高新技
术产业较快发展创新型城市建设步伐加快的几年。
同时 2009 年济南市成功举办了全运会, 园博园也建
设完成。为此, 本研究选取 2000—2011 年作为评价
时间段。数据来源于《济南市统计年鉴》、《山东统
计年鉴》[14–15]。
4.2 权重确定
利用 SPSS 软件, 采用主成分分析法得到生态
弹性力各相关系数矩阵、各因子对总体方差的贡献
率(表 2)。
在分析中, 一般要求累积贡献率达到一定的值
即可(一般要求≥85%), 也可根据具体情况来选择,
表 2 中 1F 、 2F 、 3F 的累积贡献率为 91.591%>85%。
因此可选择 1F 、 2F 、 3F 作为主成分即可概括绝大部
分信息。由此, 济南市生态弹性力评价的指标被简
化为 3 类: 第一主成分 1F 与年降水量、地表水资源、
地下水资源、森林覆盖率, 具有较好的正相关性, 命
名为生态环境质量类指标; 第二主成分 2F 与日照时
数有很好的正相关性, 命名为光照指标; 第三主成
分 3F 与年平均气温成正相关, 命名为气候指标。这
样原来的 6 个指标就简化为 3 个指标: 生态环境质量
类、光照和气候。各主成分的方差贡献率表示该成

表 2 各因子对主成分方差贡献率
Tab. 2 Each factor contribution of principal components
成分 方差贡献率/% 累计方差贡献率/%
1F 45.542 45.542
2F 24.697 70.239
3F 21.352 91.591
4F 6.047 97.639
5F 2.178 99.817
6F 0.183 100.000
分对评价目标的重要性程度, 在做综合评价时, 将
其归一化后作为相应主成分的权数。归一化公式为
1
/
n
i i i
i
f λ λ∗
=
= ∑ , 其中, if ∗ 为归一化后第 i 个主成分
的权重, iλ 为第 i 个主成分的方差贡献率, n为所取
的主成分数量。将特征向量归一化, 得到各评价指
标的权重
1
/
n
i i i
i
w w w∗
=
= ∑ 。本文中 F1、F2、F3 的方差
贡献率及特征向量归一化结果见表 3。
4.3 生态弹性力综合得分
假设用G 来表示主成分的综合得分, 则各主成
分的表达式分别为:
1 3 4 5 60.44 0.388 0.271 0.381G C C C C
∗ ∗ ∗ ∗= − × + × + × + ×
(2)
2 11G C
∗= × (3)
3 21G C
∗= × (4)
式中 iC ∗ 为 iC 标准化后的数值, 各主成分年度值的
计算结果见表 4。

表 3 各指标权重及其主成分权重
Tab. 3 The weight of each index and the principal
component
主成分 权重 指标 权重
C3 –0.44
C4 0.388
C5 0.271
F1 0.50
C6 0.381
F2 0.27 C1 1.000
F3 0.23 C2 1.000

表 4 各主成分年度值
Tab. 4 The annual value of the principal component
F1 F2 F3
2000 –1.03 0.15 0.11
2001 –0.90 0.65 0.30
2002 –0.77 1.07 1.41
2003 –0.83 1.07 –1.00
2004 –0.67 –0.19 0.48
2005 –0.32 1.00 –0.07
2006 –0.19 –0.76 1.59
2007 0.06 –2.44 1.04
2008 1.14 0.03 –0.63
2009 1.09 0.28 –1.00
2010 1.17 –0.07 –1.56
2011 1.24 –0.79 –0.63
2 期 赵强, 等. 济南市生态弹性力评价研究 159

主成分综合分析模型为:
*
1
n
i i
i
G f G
=
= ⋅∑ ( i =1, 2, 3) (6)
根据公式(6)即计算出济南市 2000—2011 年的
生态弹性力指数(表 5)。
5 结果分析
由表 5 可知, 济南市 2000—2011 年的生态弹性
力指数虽然有起伏, 但总体呈逐渐上升趋势, 表明
济南市生态环境得到改善, 生态系统的稳定性越来
越好, 同时生态系统的承载力越来越高。由表 4、
表 5 可见: 第一主成分和生态弹性力指数年度变化
的总体趋势相同(图 1), 大体都呈逐年上升的趋势,
其中第一主成分的方差贡献率为 45.542%, 说明第
一主成分对生态弹性力的强弱起着决定性作用, 另
外第一主成分的综合得分呈逐年上升的趋势, 说明
了济南市的年降水量、地表水资源量、地下水资源
量和森林覆盖率逐年上升; 第二三主成分波动都较
大, 两者之间存在相互交换滞后的趋势, 另外生态
弹性力指数与第三主成分呈显著的负相关。
图 2 为第一主成分各指标年度变化曲线。由图
2 可以清楚地看出, 降水量、地表水资源量、地下水
资源量和森林覆盖率变化趋势相同。从整体上看,
四条曲线出现两个区间, 即 2002—2006、2006—
2011, 很明显这是自然调节的作用, 但 2010—2011
年间, 地表水资源量与降水量指标值有所差别, 这
是因为降水量减少, 而地表水资源量增加导致的,
这和济南市人们坚持水资源保护, 节约用水的结
果。由此可得地表水资源量、地下水资源量和森林
覆盖率是可以通过人类活动得以提高的。

表 5 生态弹性力评价结果
Tab. 5 Evaluation results of ecosystem resilience
年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
生态弹性力值指数 –0.45 –0.21 0.23 –0.36 –0.27 0.09 –0.62 –0.39 0.43 0.39 0.21 0.26


图 1 第一主成分综合得分与生态弹性力指数年度曲线
Fig. 1 The curve on the first principal component score
and ecosystem resilience capability index

图 2 第一主成分各指标年度变化曲线
Fig. 2 The variation curve of each index in first principal
component
6 结论及对策措施
2000—2011 年济南市的生态弹性力虽有所波动,
但总体呈现上升趋势, 生态弹性力指数由 2000 年的
–0.45 增至 2011 年的 0.26, 表明济南市的生态环境
质量得到很大改善, 这为济南市的可持续发展提供
了物质基础和保障。而为保持全市较高的生态弹性
力, 还应采取如下对策措施:
(1) 因地制宜, 合理配置资源, 坚持以科学发展
观统领经济社会发展全局, 坚决贯彻落实中央宏观
调控政策, 调整经济结构, 转变增长方式, 弥补经
济发展中的“短板”, 着力解决影响发展的突出问题,
努力推动经济社会的又好又快发展。
(2) 确保完成国家下达的节能减排约束性目标
的前提下, 使得生态系统各因子间有较强的调节和
互补能力。努力实现经济效益和环境保护的统一。
(3) 努力提高生态环境质量, 使生态系统各因
子保持在较好的状态。
(4) 充分发挥济南区位交通优势、科技创新优
势、产业优势、开发区优势、投资环境优势等优势,
积极扩大对外开放, 大力推进经济结构调整, 拓展
160 生 态 科 学 34 卷

城市发展空间, 提高生态环境质量, 从而提高生态
系统承载力。
通过对生态弹性力的认识, 采取更有效的措施,
改善人民居住环境, 展现生态济南, 绿色济南的新
形象。
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