渤海內(nèi)主要海灣資源和生態(tài)環(huán)境承載力比較研究

譚映宇 張 平 劉容子 周 磊

(1.浙江省環(huán)境保護科學(xué)設(shè)計研究院，浙江 杭州310007;2.國家海洋局海洋發(fā)展戰(zhàn)略研究所，北京100860)

上世紀60年代末70年代初，美國麻省理工學(xué)院的丹尼斯·梅多斯等學(xué)者組成“羅馬俱樂部”，利用系統(tǒng)動力學(xué)模型對世界范圍的資源、環(huán)境與人的關(guān)系進行評價，并預(yù)測到21世紀中葉全球經(jīng)濟增長將達到極限，為后期資源、環(huán)境承載力的研究奠定了學(xué)術(shù)基礎(chǔ)[1]。著名經(jīng)濟學(xué)家Arrow 與其他學(xué)者一起在《Science》上發(fā)表了《經(jīng)濟增長、承載力與環(huán)境》一文，在學(xué)術(shù)界和政界均產(chǎn)生了極大反響，引起了人們對環(huán)境承載力相關(guān)問題的高度關(guān)注[2]。

我國專家學(xué)者于20世紀90年代初開始對資源、環(huán)境和生態(tài)承載力進行研究。1999年王中根、夏軍運用資源與需求的差量法對西北典型干旱區(qū)河流流域的生態(tài)承載力進行了評價和預(yù)測[3]。2001年毛漢英、余丹林運用三維狀態(tài)空間法表示社會、經(jīng)濟、自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進行了綜合評價[4]。2009年付會探討了海洋生態(tài)承載力的內(nèi)涵和特征，指出海洋生態(tài)承載力由壓力和承壓兩部分構(gòu)成[5]。

綜上所述，在海洋承載力研究成果的基礎(chǔ)上[6－7]定義海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力，是在一定的時空范圍內(nèi)，海洋資源和生態(tài)環(huán)境在良性循環(huán)的條件下，能夠承載人類社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的能力，是承載體“海洋資源和生態(tài)環(huán)境”與承載對象“社會經(jīng)濟發(fā)展”之間耦合關(guān)系的反映。本文在定義海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了較為系統(tǒng)的指標體系，充分收集研究相關(guān)數(shù)據(jù)，采用毛漢英等人提出的狀態(tài)空間法對渤海內(nèi)主要海灣的資源和生態(tài)環(huán)境承載力進行研究分析。

1 海洋資源與生態(tài)環(huán)境承載力評價方法

1.1 狀態(tài)空間評價模型

近年來，越來越多的研究將狀態(tài)空間法應(yīng)用于定量描述和測度區(qū)域承載力和承載狀況。其本質(zhì)是一種時域分析方法，通過狀態(tài)空間的原點同系統(tǒng)狀態(tài)點構(gòu)成的矢量模來表示區(qū)域承載力的大小，不僅可以表征系統(tǒng)外部特征，更揭示了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)和性能[8]。

本文借鑒狀態(tài)空間法研究海灣資源和生態(tài)環(huán)境承載力的主要思路如下:

首先，選取若干能較好反映目標區(qū)域的海洋資源、生態(tài)和環(huán)境系統(tǒng)的指標，建立海洋承載力評價指標體系，結(jié)合實際情況確定各指標在某一特定時段的理想值，根據(jù)各指標的相對重要程度排序，計算各指標的權(quán)重。

其次，計算狀態(tài)空間中的點到坐標原點的矢量模，即海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力(Carrying Capacity of Marine Resources，Ecology and Environment，簡稱CMREE)的數(shù)學(xué)表達式[9]為:

公式中xir為各指標處在理想狀態(tài)下的空間坐標值(i=1，2，...，n);Wi為各指標的權(quán)重;|M|為海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力的矢量模;n為選取指標數(shù)量。

最后，通過比較不同狀態(tài)下的矢量模值的大小來判斷海洋資源和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的承載狀況。當(dāng)CMREE ＞1，=1，＜1時，海洋資源和生態(tài)承載力分別處于可承載、臨界和超載狀態(tài)。

1.2 指標體系及數(shù)據(jù)來源

1.2.1 指標體系的確定

要準確度量渤海內(nèi)主要海灣資源和生態(tài)環(huán)境的承載狀況，必須構(gòu)建能有效反應(yīng)渤海內(nèi)海洋資源、生態(tài)和環(huán)境承載系統(tǒng)的指標體系。經(jīng)實地調(diào)研及多重共線性分析，并組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者召開專題會議，確定影響海灣承載力的四類指標，分別為:社會經(jīng)濟發(fā)展壓力、海洋資源供給能力、海洋環(huán)境支撐能力和生物多樣性維持能力。同時考慮到指標代表的信息以及指標間的相互關(guān)聯(lián)性，最終選取了30項指標作為目標區(qū)域海洋承載力的評價指標體系[10](見表1)。

1.2.2 數(shù)據(jù)選取

渤海三面環(huán)陸，在遼寧、河北、山東、天津三省一市之間，渤海內(nèi)三大海灣(遼東灣、渤海灣和萊州灣)區(qū)域跨行政區(qū)分布，部分數(shù)據(jù)無法直接獲得，需要歸納、計算和整理，文中不一一列舉。指標數(shù)據(jù)主要來源2005－2008年中國海洋統(tǒng)計年鑒、中國城市統(tǒng)計年鑒、天津統(tǒng)計年鑒、河北統(tǒng)計年鑒、山東統(tǒng)計年鑒、遼寧統(tǒng)計年鑒、中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報、地方海洋環(huán)境質(zhì)量公報、中國近岸海域環(huán)境質(zhì)量公報、中國環(huán)境統(tǒng)計年報、地方年鑒和地方志等資料，以及2009年環(huán)渤海實地調(diào)研獲得。

1.3 理想值與指標權(quán)重的確定

1.3.1 理想值的確定

根據(jù)渤海灣區(qū)域的實際情況，結(jié)合該區(qū)域各地市相關(guān)規(guī)劃，理想值的選取主要有以下幾種方式:一是采用與發(fā)展階段目標相應(yīng)的國家標準和行業(yè)規(guī)定作為理想值，如:水質(zhì)綜合指數(shù)、生物多樣性綜合指數(shù)、無機氮和COD 海洋環(huán)境容量等指標;二是參照國際和國內(nèi)相似發(fā)展程度下的對應(yīng)指標數(shù)據(jù)，以階段內(nèi)的最大值或最小值作為理想值。如:人口密度、GDP比重、第二產(chǎn)業(yè)比重、海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、廢水排放總量、原油和天然氣儲量、海洋捕撈和養(yǎng)殖量、環(huán)保投資指數(shù)以及污水處理率等指標;三是結(jié)合SPSS 差值計算階段內(nèi)指標實際值，如:海水養(yǎng)殖面積、碼頭長度、泊位個數(shù)、鹽田面積等指標;四是部分指標在評價區(qū)間是固定值，采用其實際值作為理想值，如岸線長度、海域和濕地面積、自然保護區(qū)面積等指標。最終確定各海灣理想值見表2。

1.3.2 指標權(quán)重的確定

本文采用層次分析法[11]計算各指標權(quán)重，經(jīng)課題組研究人員及相關(guān)領(lǐng)域知名專家的問卷調(diào)查，對渤海內(nèi)海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力評價指標進行兩兩比較打分，分別構(gòu)造判斷矩陣，各判斷矩陣的平均隨機一致性均小于0.1，說明各判斷矩陣均具有滿意一致性，權(quán)重的分配是合理的，類別層和要素層權(quán)重見表3。

1.4 海灣資源和生態(tài)環(huán)境承載力計算

為了消除不同指標量綱和數(shù)量級差對于評價的負面影響，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。通過海灣承載力評價指標的實際值與理想值的比值對各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理。對承載力的貢獻是正向的，稱為正效應(yīng);對資源、生態(tài)和環(huán)境消耗的是負向的，稱為負效應(yīng)。

表1 渤海內(nèi)主要海灣海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系Tab.1 Assessment criterion of CMREE on the three bays of Bohai Sea

表2 三灣理想值的確定Tab.2 The ideal values of the three bays of Bohai Sea

其數(shù)學(xué)公式如下:

表3 三灣海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力類別層和要素層權(quán)重Tab.3 Weights of CMREE different categories and elements

其中，rij為各指標標準化處理后的數(shù)值，xij為各指標原始數(shù)據(jù)，x'ij為各指標的理想值。

按照狀態(tài)空間法的海灣承載力(CMREE)公式進行計算，可得渤海內(nèi)三灣資源和生態(tài)環(huán)境承載力的值。通過對目標層和四個類別層承載狀況的分析，以期對渤海內(nèi)三灣資源和生態(tài)環(huán)境承載能力有一個全面的掌握。

2 渤海內(nèi)三灣海洋資源與生態(tài)環(huán)境承載力評價及比較分析

2.1 目標層承載力比較分析

通過狀態(tài)空間評價模型及承載力計算公式得到三灣區(qū)域海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力值(見圖1)。截至2008年底，萊州灣海洋資源和環(huán)境承載壓力最大，渤海灣和遼東灣承載力值略好于萊州灣，但是總體上三灣均處于超載狀態(tài)。盡管三灣海洋生態(tài)承載狀況存在一定的波動，但三灣承載狀況整體呈緩慢下降趨勢。

圖1 渤海灣區(qū)域海洋資源和生態(tài)環(huán)境目標層承載狀況Fig.1 Goals of CMREE in the three bays

2.2 類別層和要素層承載力比較分析

在三灣海洋資源和生態(tài)環(huán)境評價體系目標層承載狀況分析的基礎(chǔ)上，對其復(fù)合系統(tǒng)的類別層，也就是社會經(jīng)濟發(fā)展壓力、海洋資源供給能力、海洋環(huán)境支撐能力與生物多樣性維持能力分別進行評價分析，從而找出引起三灣海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載狀況變化的主要原因，更好地為三灣區(qū)域海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供幫助。

2.2.1 社會經(jīng)濟發(fā)展壓力承載狀況

2005－2008年三個海灣社會經(jīng)濟發(fā)展壓力值在1.2－1.4之間波動，總體呈逐漸增大的趨勢。其中遼東灣和萊州灣壓力值呈快速下降趨勢，從1.39下降到1.29左右;渤海灣壓力值雖有波動，但趨勢沒變，壓力最小值為1.29(見圖2－A)。從要素層承載狀況分析，三灣人口和環(huán)境壓力較大，社會經(jīng)濟下行壓力明顯，主要由于2005－2008年三灣區(qū)域經(jīng)濟快速增長，其中，渤海灣區(qū)域GDP 占環(huán)渤海區(qū)域比重接近20%，遼東灣區(qū)域海洋產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值年均增速30%以上。經(jīng)濟發(fā)展的同時不可避免的帶來COD、氨氮等污染物增加，海水富營養(yǎng)化程度加重，海洋環(huán)境惡化等問題。同時，隨著環(huán)渤海區(qū)域內(nèi)遼寧“五點一線”振興規(guī)劃、黃河三角洲高效生態(tài)區(qū)、藍色半島經(jīng)濟區(qū)上升為國家戰(zhàn)略，三個海灣社會經(jīng)濟發(fā)展壓力增大的趨勢短期內(nèi)難以改變。

2.2.2 海洋資源供給能力比較分析

2005－2008年三個灣海洋資源供給能力值在1.5－1.9之間，三灣資源供給能力呈緩慢上升趨勢(見圖2－B)。其中，渤海灣供給能力最強，供給能力從1.56 提高到1.85。遼東灣和萊州灣供給能力次之，在1.69－1.77之間。盡管三灣資源供給能力有提高的趨勢，但資源存儲量有限，長期看三灣海洋資源供給能力仍然存在較大壓力。從要素層承載狀況分析，三灣旅游資源供給能力較弱，漁業(yè)資源和空間海域資源次之，油氣資源相對較好。環(huán)渤海區(qū)域濱海旅游資源豐富，但旅游配套基礎(chǔ)設(shè)施落后，因此2005－2008年三灣旅游供給能力相對較弱，隨著旅游配套設(shè)施的不斷完善，預(yù)期旅游供給能力有提高的空間。盡管漁業(yè)捕撈量和養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年增加，但近岸漁業(yè)資源幾近枯竭，如不采取有力的漁業(yè)資源保護措施，海洋漁業(yè)資源供給有下降的趨勢。2005年以來三灣油氣資源供給能力明顯提高，一方面由于渤海是我國重要的石油天然氣生產(chǎn)基地，油氣資源儲藏豐富，具有很強的油氣供給能力;另一方面區(qū)域經(jīng)濟快速增長帶動了經(jīng)濟社會對石油、天然氣資源需求的增加，導(dǎo)致油氣資源供給能力的快速提高。但是由于油氣資源儲量是有限的，因此這種供給能力提高是難以持續(xù)的。

圖2 社會經(jīng)濟發(fā)展壓力、海洋資源供給能力、海洋環(huán)境支撐能力、生物多樣性維持能力類別層承載狀況Fig.2 Carrying status of the socioeconomic pressures，marine resources supply capability，marine environment supporting capability and biodiversity maintenance capability

2.2.3 海洋環(huán)境支撐能力比較分析

2005－2008年三個灣海洋環(huán)境支撐能力值在1.1－1.3之間，三灣環(huán)境支撐能力整體呈緩慢下降趨勢。其中，渤海灣支撐能力在1.17－1.23 間波動，遼東灣從1.3下降到1.2左右，萊州灣從1.25下降到1.2左右。可以看出，盡管渤海灣和萊州灣環(huán)境支撐能力有波動，但總體下降的趨勢是一致的，在海洋環(huán)境容量是有限的前提下，三灣海洋環(huán)境支撐能力仍然存在較大壓力。從要素層承載狀況分析，2005－2008年渤海灣增加了環(huán)保投入比重，但水質(zhì)狀況仍較差，海洋環(huán)境容量趨于飽和。遼東灣和萊州灣環(huán)保投入比重呈下降趨勢，但入海污染物總量有限，因此水質(zhì)狀況相對較好。三灣需進一步加大對環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的投入，從源頭上控制住污染物入?？偭?，改善提升三灣的水環(huán)境質(zhì)量。

2.2.4 生物多樣性維持能力比較分析

2005－2008年三個灣生物多樣性維持能力在0.9－0.95之間，三灣生物維持能力整體呈緩慢下降趨勢，其值偏低(見圖2－D)。其中，渤海灣下降趨勢較明顯，維持能力從0.95下降到0.9，萊州灣次之，維持能力從0.95下降到0.92，遼東灣在0.93－0.95 間波動。隨著沿海區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展，不可避免帶來近岸海域水質(zhì)惡化的趨勢，三灣生物多樣性維持能力面臨的壓力可能長期存在下去。從要素層承載狀況分析，2005－2008年渤海灣和萊州灣生物多樣性綜合指數(shù)呈下降并趨穩(wěn)態(tài)勢，遼東灣生物多樣性綜合指數(shù)呈小幅波動上升趨勢。生物多樣性對海洋生態(tài)系統(tǒng)完整性至關(guān)重要，直接關(guān)系到生物多樣性維持能力的強弱，因此應(yīng)通過禁止不合理的海洋開發(fā)活動，嚴格控制污染物入?？偭?，避免環(huán)渤海區(qū)域近岸海洋生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化。

3 結(jié)論與政策建議

2005－2008年渤海內(nèi)三個海灣的海洋資源和生態(tài)環(huán)境承載力普遍偏低，且整體呈下降趨勢，其中，萊州灣綜合承載狀況最差。目前渤海內(nèi)三個海灣均處于超承載狀態(tài)，而生態(tài)環(huán)境的支持和維持能力尚顯不足，在未來的經(jīng)濟社會發(fā)展壓力增大的狀況下將會逐漸遇到較大的環(huán)境制約。結(jié)合類別層和要素層承載狀況比較分析:渤海灣環(huán)境壓力相對較大，遼東灣和萊州灣次之;遼東灣捕撈和養(yǎng)殖能力相對其他兩個海灣較強;渤海灣和萊州灣的油氣資源供給能力較強，但本文油氣資源儲量指標數(shù)據(jù)由油氣產(chǎn)量數(shù)據(jù)替代，因此這種供給能力的暫時提高是不可持續(xù)的;渤海灣水質(zhì)狀況在三灣中最差，生物多樣性綜合指數(shù)相對較高，但三灣生物多樣性指數(shù)整體呈緩慢下降趨勢。針對以上分析結(jié)果，應(yīng)在以下幾方面改進:

第一，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。加快由粗放的海洋資源加工型向集約發(fā)展工業(yè)化方向轉(zhuǎn)型，實行規(guī)?；⒓s化生產(chǎn)。借助環(huán)渤海區(qū)域強大的海洋科技資源，大力發(fā)展新興海洋科技產(chǎn)業(yè)。

第二，嚴格控制人口增長。人的活動是環(huán)境壓力的最終來源，減輕資源、環(huán)境壓力和提高生態(tài)環(huán)境承載能力必須嚴格控制人口增長。環(huán)渤海地區(qū)人均資源量相對不足，更加凸顯控制該區(qū)域人口增長的必要性和迫切性。其中，渤海灣地區(qū)環(huán)境壓力最大，控制人口增長刻不容緩。

第三，加大海洋環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)力度。將渤海污染防治和沿海陸域城鎮(zhèn)環(huán)境綜合整治有機結(jié)合起來，實施渤海區(qū)域整體預(yù)防和治理，逐步恢復(fù)污染海域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和環(huán)境納污功能[12]，提高渤海生態(tài)環(huán)境整體承載水平。

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