無居民海島生態(tài)承載力評(píng)價(jià)方法構(gòu)建*

涂振順，楊順良

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361013）

無居民海島生態(tài)承載力評(píng)價(jià)方法構(gòu)建*

涂振順1，2，楊順良1，2

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361013）

本研究從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，構(gòu)建無居民海島生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和承載力評(píng)價(jià)計(jì)算模型。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系從環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力3個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)建，并考慮不同區(qū)域海島的社會(huì)差異構(gòu)建指標(biāo)數(shù)據(jù)的調(diào)整模型，為無居民海島功能定位和發(fā)展目標(biāo)確定提供具可操作性的技術(shù)方法。

生態(tài)承載力評(píng)價(jià)；無居民海島規(guī)劃；可持續(xù)發(fā)展

承載力（carrying capacity）的理念最早可追溯至18世紀(jì)末的人類統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域。1921年，Park和Burgess在人類生態(tài)學(xué)領(lǐng)域首次使用了承載力的概念，并將其定義為在某一特定條件下，某種個(gè)體存在數(shù)量的最高極限。隨著環(huán)境污染、土地退化等問題的發(fā)生，承載力的概念逐漸在人類生態(tài)學(xué)中發(fā)展，其研究經(jīng)歷了從單因素資源環(huán)境承載力至多因素綜合的生態(tài)承載力（ecosystem carrying capacity，ECC）的過程［1］。傳統(tǒng)的承載力概念指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)承載對(duì)象的容納，并以承載體的最大容量或平衡容量給予定義。隨著可持續(xù)理論的提出與發(fā)展，公平性、持續(xù)性與共同性原則要求承載不積極實(shí)現(xiàn)承載體存在與發(fā)展的需求，更將承載作用于承載客體統(tǒng)一于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，將系統(tǒng)的可持續(xù)性、穩(wěn)定性作為承載的重要內(nèi)涵。

20世紀(jì)80年代，聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）將資源承載力定義為：一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的資源承載力是指在可以預(yù)見的期間內(nèi)，利用本地能源及其自然資源和治理、技術(shù)等條件，在保證符合其社會(huì)文化準(zhǔn)則的物質(zhì)生活水平條件下，該國(guó)家或地區(qū)能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量。1974年Bishop將環(huán)境承載力定義為：在維持一個(gè)可接受的生活水平前提下，一個(gè)區(qū)域所能永久承載的人類活動(dòng)的強(qiáng)烈程度；國(guó)內(nèi)學(xué)者唐劍武和葉文虎［2］則定義為：某一時(shí)期，某種環(huán)境狀態(tài)下，某一區(qū)域環(huán)境對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)支持能力的閾值。生態(tài)承載力研究是在資源和環(huán)境承載力研究中發(fā)展起來的，它指不同尺度區(qū)域在一定時(shí)期內(nèi)，在確保資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的條件下，資源環(huán)境能夠承載的人口數(shù)量及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)總量的能力。生態(tài)承載力以可持續(xù)發(fā)展為承載標(biāo)準(zhǔn)，使承載力的構(gòu)成極大的豐富，從單一的承載體和承載對(duì)象組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)發(fā)展島“自然－經(jīng)濟(jì)－社會(huì)”符合系統(tǒng)，承載對(duì)象不單是人口增長(zhǎng)，而包括人口、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、社會(huì)組織、科技發(fā)展等多方面的有機(jī)結(jié)合的社會(huì)發(fā)展過程；承載體需求也相應(yīng)的擴(kuò)大。在具體的研究中，針對(duì)各自的研究目的和區(qū)域特征，對(duì)上述概念的具體界定和定義各有不同。本研究針對(duì)海島開發(fā)利用與保護(hù)進(jìn)行承載力研究，由于海島的主導(dǎo)功能定位各有不同，且海島（無居民島）的開發(fā)多以單個(gè)資源為主而進(jìn)行，不同海島資源開發(fā)利用類型有所差異，其承載力研究就不同類型的資源而開展。

海島是我國(guó)重要的海洋空間資源，也是海洋第二經(jīng)濟(jì)的重要依托，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)等具有重大的意義。然而海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和受損難恢復(fù)性，要求開發(fā)海島必須慎重。從生態(tài)承載力角度出發(fā)，合理編制海島規(guī)劃成為海島開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。本研究方法為海島規(guī)劃提供重要依據(jù)，為海島開發(fā)功能定位和發(fā)展目標(biāo)提供技術(shù)方法。

1 無居民海島生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 構(gòu)建原則

（1）科學(xué)性，指標(biāo)體系構(gòu)建應(yīng)在充分認(rèn)識(shí)和研究“自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)基礎(chǔ)之上，科學(xué)、客觀、簡(jiǎn)明地反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)及各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系。

（2）完整性，指標(biāo)體系作為一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)整體，包含了自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等各方面的內(nèi)容，只有完整的、全面的體現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)的方方面面，才能從不同角度反映評(píng)價(jià)系統(tǒng)的特征和狀況，且反應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。

（3）代表性，指標(biāo)體系應(yīng)體現(xiàn)研究區(qū)域特征和狀況，即指標(biāo)選擇要因地制宜，選取具有代表性和區(qū)域特色的指標(biāo)，確保各項(xiàng)指標(biāo)意義上相互獨(dú)立，減少各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，并考慮獲得指標(biāo)數(shù)據(jù)的可行性。

1.2 指標(biāo)體系建立

在資料收集分析和海島現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，將海島的島陸、島基、島灘和環(huán)島海域作為一個(gè)整體來考慮，根據(jù)目前研究文獻(xiàn)、報(bào)告，并結(jié)合海島特征，以客觀性、可操作性、獨(dú)立性和可持續(xù)發(fā)展為原則，構(gòu)建海島資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

將資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的基本構(gòu)成分為：環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力三類指標(biāo)。環(huán)境納污能力指標(biāo)主要反映海島環(huán)境的承載能力；資源供給能力指標(biāo)主要反映海島資源能夠承載人類開發(fā)利用的強(qiáng)度；人類支持能力指標(biāo)主要反映海島資源環(huán)境承載力的人類因素。指標(biāo)體系見表1。

表1 海島資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)值預(yù)處理和理想值確定

（1）指標(biāo)值預(yù)處理。承載力涉及因素多樣復(fù)雜，評(píng)價(jià)選取的指標(biāo)單位和數(shù)量級(jí)等存在明顯的差異，無法進(jìn)行直接比較。因此，在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)計(jì)算時(shí)要先消除原始值的量綱影響。本研究對(duì)指標(biāo)的原始值預(yù)處理方法如下［1］。

式中：Si表示標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；di表示指標(biāo)現(xiàn)狀原始值；di′表示指標(biāo)理想狀態(tài)值。

（2）指標(biāo)理想值確定。指標(biāo)理想狀態(tài)值的確定方法有：①根據(jù)海島發(fā)展規(guī)劃，采用與發(fā)展階段目標(biāo)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定作為理想值；②參考在國(guó)內(nèi)外類似發(fā)展程度下，相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為理想值；③參考區(qū)域階段性經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)，結(jié)合插值計(jì)算方法等推算該時(shí)段理想狀態(tài)值，如，第三產(chǎn)業(yè)增加值比例等；④通過文獻(xiàn)查詢、向?qū)＜液驼芾砣藛T咨詢等方法確定理想值。

2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法

各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是科學(xué)表達(dá)評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵。不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的貢獻(xiàn)大小不一，這種評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象影響程度的大小，稱為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，它反應(yīng)了各評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值的差異程度和可靠程度。目前確定權(quán)重的方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類。

（1）主觀賦權(quán)法。利用層次分析法（AHP）進(jìn)行系統(tǒng)分析，首先要將所包含的因素分組，每一組作為一個(gè)層次，按照最高層、若干有關(guān)的中間層和最底層的形式排列起來。其中，最高層表示解決問題的目的，即應(yīng)用AHP所要達(dá)到的目標(biāo)；中間層表示采用某種措施和政策來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所實(shí)現(xiàn)的中間環(huán)節(jié)，一般可分為決策層、約束層、準(zhǔn)則層等；最底層表示解決問題的措施和政策（即方案）。

（2）客觀權(quán)重賦值法。相對(duì)于主觀賦值法，客觀賦值法主要是依靠指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過模型分析計(jì)算各指標(biāo)的重要性。熵值法雖然不能減少評(píng)價(jià)指標(biāo)維數(shù)，但計(jì)算過程相對(duì)簡(jiǎn)單，與另外兩種方法相比，標(biāo)準(zhǔn)化法處理后的熵值法評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理［3］。熵值法普遍應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，近年來也逐漸開始用于水資源［4］、水安全［5］、水環(huán)境［6］、港口資源［7］綜合評(píng)價(jià)等相關(guān)領(lǐng)域，得到了相對(duì)較為合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。目前常用郭顯光的標(biāo)準(zhǔn)變化法改進(jìn)后的熵值法進(jìn)行指標(biāo)體系的客觀賦權(quán)，具體計(jì)算步驟可參見文獻(xiàn)［3］。

（3）綜合權(quán)重確定。綜合權(quán)重的確定應(yīng)用高波的研究方法［4］進(jìn)行計(jì)算：

式中：Wω是專家打分法確定的主觀權(quán)重；Wα是熵值法確定的客觀權(quán)重；t是修正系數(shù)。t值由熵值法確定的指標(biāo)權(quán)重值的差異程度，計(jì)算公式如下

式中：REN為熵值法確定的指標(biāo)值的差異程度系數(shù)，計(jì)算公式如下

式中：n表示指標(biāo)個(gè)數(shù)；p1，p2，…，pn為熵值法確定的權(quán)重從小到大的排列。

3 生態(tài)承載力評(píng)價(jià)計(jì)算模型

計(jì)算模型采用狀態(tài)空間法，利用歐氏幾何空間定量描述系統(tǒng)狀態(tài)。通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的三維狀態(tài)空間軸組成，應(yīng)用狀態(tài)空間法可定量描述區(qū)域承載力與承載狀態(tài)。本研究將環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力三者作為三維空間，而每維又由若干個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。如圖1所示，點(diǎn)A、B、C、D可表示一定時(shí)間尺度內(nèi)區(qū)域的不同承載狀況，不同的資源、環(huán)境和人類活動(dòng)組合所體現(xiàn)的承載力也不同。不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，狀態(tài)空間中存在承載力曲面Xmax－O－Ymax，使得曲面上任意一點(diǎn)的人類活動(dòng)同當(dāng)時(shí)的資源、環(huán)境的配置狀況達(dá)到完全的均衡；曲面外的點(diǎn)，若在曲面之上則表明人類活動(dòng)超出資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展配置，若在曲面以下表示人類活動(dòng)在資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展最大限度之內(nèi)。

3.1 承載力計(jì)算方法（理想值計(jì)算）

判斷狀態(tài)空間內(nèi)一點(diǎn)同曲面Xmax－O－Ymax的位置關(guān)系，可以通過比較原點(diǎn)O到該狀態(tài)點(diǎn)和該狀態(tài)點(diǎn)在Xmax－O－Ymax曲面上的投影距離；原點(diǎn)到該狀態(tài)點(diǎn)的距離代表了此狀態(tài)下的承載力。表達(dá)式如下［8］：

圖1 承載力狀況空間模型

式中：xir是各指標(biāo)處于理想狀態(tài)時(shí)在狀態(tài)空間的坐標(biāo)值（i為指標(biāo)序號(hào)=1，2，…，n）；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)；M表示區(qū)域承載力的有向矢量模；ICC（Island Carrying Capacity）為海島承載力值的大小。由于復(fù)雜的系統(tǒng)中各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)承載力所起的作用不盡相同。因此，在考慮指標(biāo)權(quán)重時(shí)，承載力計(jì)算公式如下［8］：

式中：Wi為指標(biāo)xir空間坐標(biāo)值的權(quán)重。

3.2 理想值調(diào)整

海島所屬的類型不同、行政區(qū)不同，在統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和參考標(biāo)準(zhǔn)等方面存在差異，為了進(jìn)一步分析不同地區(qū)、不同類型的海島綜合承載力的大小，評(píng)估引入?yún)^(qū)域發(fā)展階段系數(shù)DSI（Developing Stage Index）和理性值調(diào)整系數(shù)k來校正不同地區(qū)、不同類型的海島綜合承載力。

式中：DSI指研究海島所屬區(qū)域發(fā)展階段系數(shù)，En指研究海島所屬區(qū)域的恩格爾系數(shù)。

理想值存在不同地區(qū)不同海島類型的差異，因此評(píng)估計(jì)算是考慮區(qū)域和類型的差異采用調(diào)整系數(shù)k，一般定位1．0～1．2［9］。

所以理想值調(diào)整計(jì)算公式為：

3.3 承載狀況計(jì)算方法

由于人類活動(dòng)存在主觀性和不完全規(guī)律性，現(xiàn)實(shí)的承載狀況往往與理想的承載狀況不完全一致，其差異一般可將承載狀態(tài)分為超載、滿載和可載3種情況。承載狀況計(jì)算公式如下［8］：

式中：ICS（Island Carrying State）表示海島現(xiàn)實(shí)的承載力狀況；θ表示現(xiàn)實(shí)承載力狀況矢量模與理想狀態(tài)下承載力矢量模之間的夾角，其計(jì)算公式如［8］：

式中：a、b分別代表狀態(tài)空間中的兩個(gè)向量（現(xiàn)實(shí)承載狀況和理想承載力）；xia和xib分別代表a、b兩個(gè)向量定點(diǎn)坐標(biāo)值。

3.4 承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)以上模型計(jì)算，當(dāng)θ大于0、小于0和等于0的3種情況下，對(duì)比ICC和ICS：

且，可根據(jù)θ的大小來衡量海島承載現(xiàn)狀，并分析海島承載力的大小。

4 結(jié)論

承載力是衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志，通過區(qū)域資源環(huán)境承載力的研究，可定量分析區(qū)域發(fā)展中存在的主要問題，為該區(qū)域?qū)嵤┛沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供具有可操作性的調(diào)控對(duì)策。我國(guó)海島資源豐富，在國(guó)家海洋開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施以來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和自然資源的短缺，海島的重要性日益顯現(xiàn)，開發(fā)利用活動(dòng)也逐步增多。因此，科學(xué)合理地評(píng)價(jià)無居民海島的生態(tài)承載力，將為海島開發(fā)利用規(guī)劃提供重要的依據(jù)，為無居民海島可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。本研究構(gòu)建的方法是無居民海島生態(tài)承載力定量評(píng)價(jià)方法，可為海島開發(fā)規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù)，為海島開發(fā)定位和目標(biāo)的確定提供技術(shù)方法。

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