基于熵權法的海洋生態(tài)環(huán)境承載力評價
——以廣西近岸海域為例

■ 蘇子龍/袁國華/郝 慶/周 偉/王 芳

（1.中國國土資源經(jīng)濟研究院，北京 101149；2.中國地質(zhì)大學（北京）人文經(jīng)管學院，北京 100083；3.國土資源部資源環(huán)境承載力評價重點實驗室，北京 101149；4.國家海洋局海洋發(fā)展戰(zhàn)略研究所，北京 100161）

0　引言

自古以來，近岸海域都是人類活動的中心，為人類的生存和發(fā)展提供了大量海洋資源[1]，在國家社會和經(jīng)濟生活中扮演著重要角色[2]。隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展對海洋資源需求的不斷加大，近岸海域開發(fā)力度也隨之增強，導致海洋開發(fā)活動與生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾日益凸顯[3]。黨的十九大報告在明確提出加快建設海洋強國的同時，更要求“堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”。因此，如何正確處理近岸海域開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護之間的關系，是當前亟需解決的問題。生態(tài)環(huán)境承載力評價可對近岸海域生態(tài)環(huán)境狀況作出準確判斷，為協(xié)調(diào)近岸海域開發(fā)與保護、促進近岸海域可持續(xù)開發(fā)以及保障海洋強國建設提供重要依據(jù)，在近年來受到學術界廣泛關注。例如苗麗娟等[4]利用“壓力-承壓”系統(tǒng)構建起一套包括人口、社會、經(jīng)濟、環(huán)境、生態(tài)、資源等指標在內(nèi)的評價體系，并提出運用特爾菲法或?qū)哟畏治龇ù_定指標權重，進而求得海洋生態(tài)環(huán)境承載力的評價方法；石洪華等[5]以廣西沿海5個海灣為例，從海洋生態(tài)系統(tǒng)功能角度出發(fā)，以環(huán)境納污功能、生態(tài)調(diào)節(jié)功能、社會服務功能建立指標體系，對海洋生態(tài)環(huán)境承載力進行描述和評價；趙蕾等[6]以河北省昌黎縣海域為評價對象，按照國家海洋局《海洋資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警指標體系和技術方法指南》中相關指標體系和評估標準，利用層次分析法對海洋環(huán)境承載力進行了綜合評價。上述研究多以小尺度海域為評價對象，且部分研究所設指標相互間關系并不明確，被簡單平面化處理，指標權重也多采用主觀賦權法，受人為因素干擾過多?；诖?，本文嘗試利用“壓力-狀態(tài)-響應”（Pressure-State- Response，PSR）概念模型建立指標體系，并采用客觀賦權法——熵值法作為指標賦權方法，以廣西近岸海域為評價對象，對其生態(tài)環(huán)境承載力進行評價，以期為廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境的管理與保護提供支撐。

1　研究方法

1.1　研究區(qū)概況

廣西近岸海域（107°43'25"～109°51'10"E，20°7'23"～21°46'16"N）位于北部灣海域北部，西起中越邊界的北侖河口，東臨雷州半島、海南島，北岸為廣西防城港、欽州和北海三市，是我國大西南地區(qū)的交匯地帶和最便捷的出海通道，同時也是環(huán)北部灣經(jīng)濟區(qū)的前沿地帶[7]。海域總面積約6986km2，海岸線總長約1629km，岸線迂回曲折，港灣水道眾多，天然屏障良好，素有“天然優(yōu)良港群”之稱。入海河流120余條，其中，北侖河、防城江、茅嶺江、欽江、南流江、大風江等為常年性河流。海岸帶地勢總體西北高、東南低，近岸淺海屬半封閉性大陸架海域，海底地形坡度平緩，等深線基本與海岸線平行。另外，廣西近岸海域擁有豐富的海洋生物資源，以及包括紅樹林、珊瑚礁和海草床等在內(nèi)的典型海洋自然生態(tài)系統(tǒng)，是我國海洋生物多樣性最豐富的海區(qū)之一。同時，廣西近岸海域擁有豐富的海洋自然景觀和海洋人文景觀，濱海旅游資源量排名全國第六。此外，廣西近岸海域海洋礦產(chǎn)資源和海洋能資源豐富，有力保障了廣西的經(jīng)濟發(fā)展。

1.2　近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力評價

1.2.1指標體系構建

本文基于壓力-狀態(tài)-響應概念模型建立近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力指標體系（如表1所示）。該模型由經(jīng)合組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）于1994年提出，以因果關系為基礎，“壓力”指人類活動對生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，是“狀態(tài)”發(fā)生的原因；“狀態(tài)”指在人類活動影響下的生態(tài)環(huán)境狀況，是“響應”的原因；“響應”指決策者或管理者為促進生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展所采取的對策和措施[8-9]。

結合廣西近岸海域?qū)嶋H情況及前人研究成果[4-5,10-14]，在生態(tài)環(huán)境承載力指標體系中，“壓力”主要由海水水質(zhì)污染、近岸海域生境破壞等方面構成。其中，海水水質(zhì)污染產(chǎn)生的主要原因在于陸源污染和不規(guī)范、高密度的海水養(yǎng)殖，前者是海洋污染物的主要來源[15]，后者則易造成海水富營養(yǎng)化[16]。另外，圍填?；顒邮歉淖兒Ｑ笏畡恿顩r，造成海洋生境破壞的重要原因[17-18]。因此，本文選取河流污染入海污染物總量、圍填海面積、海水養(yǎng)殖面積作為“壓力”指標，三者皆為負向指標。

“狀態(tài)”是指近岸海域生態(tài)環(huán)境在“壓力”作用下所呈現(xiàn)的狀況。海水水質(zhì)情況是最直接表現(xiàn)海洋環(huán)境狀態(tài)的指標，故本文選取清潔及較清潔海水面積占比作為“狀態(tài)”指標之一（清潔和較清潔海水分別對應一類和二類海水），相較于海洋功能區(qū)水質(zhì)達標率，該指標能夠更為準確地表征海水水質(zhì)的真實情況。另外，生境狀態(tài)是近岸海域生態(tài)系統(tǒng)是否健康的直接表現(xiàn)，而大型底棲動物活動能力較弱，活動空間較小，對所處的海洋生態(tài)環(huán)境較為敏感，常被用于海洋生態(tài)環(huán)境變化的指示種[19-20]，故本文選取大型底棲動物多樣性指數(shù)作為表征近岸海域生境狀態(tài)的指標。此外，赤潮、綠潮等海洋環(huán)境災害也是由海洋生態(tài)環(huán)境變化引發(fā)[21]，故選取海洋環(huán)境災害風險狀況（評價年度內(nèi)發(fā)生赤潮、綠潮以及水母災害次數(shù)）作為“狀態(tài)”評價指標。上述三項指標，除海洋環(huán)境災害風險狀況為負向指標外，前兩者均為正向指標。

“響應”部分主要是對近岸海域污染做出的反應。本文選取環(huán)境污染治理投資占GDP比重、入海排污口總達標排放率、海洋類型自然保護區(qū)面積作為該部分指標，以表征對近岸海域生態(tài)環(huán)境的改善所作出的努力，且三者均為正向指標。

1.2.2評價方法

本文利用熵權法對廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力指標體系進行賦權。熵權法具有能夠較為全面和客觀地反映指標數(shù)據(jù)所包含信息的特點，被廣泛應用于海洋相關研究[22-23]。具體步驟如下：

(1)運用min-max法對評價指標進行標準化處理，以消除各指標的量綱差異，其正、負向指標標準化方法如下：

式(1)和(2)中，xij為第i個指標第j年的初始值，為對應第j年指標標準化處理后數(shù)值，xj-max、xj-min分別為該指標（第i個指標）序列的最大值和最小值。式(1)為正向指標標準化計算方法，式(2)為負向指標標準化方法。

(2) 計算各指標信息熵：

式(3)中，ej為指標的信息熵；n為指標的樣本量，即統(tǒng)計的年數(shù)；Pij為第i個指標下第j年數(shù)據(jù)占該指標的比重，其計算方法為：

式(4)中各參數(shù)含義同式(1)、式(2)。

(3)計算各指標的差異系數(shù)：

式(5)中，gj為指標的差異系數(shù)，該值越大，指標越重要，即指標值xij的差異越大，對承載力評價的作用越大，其熵值越小。

(4)計算各指標權重：

式(6)中，Wj為指標的權重，m為指標數(shù)量。各指標權重如表1所示。

表1　廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力各指標性質(zhì)和權重

(3)近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力采用加權求和法計算，如式7所示：

式(7)中，EEC為近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力綜合指數(shù)。在前人研究的基礎上[4,12]，結合廣西實際情況，設定廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力分級評價方法，將評價結果分為超載、臨界超載及可載三個等級，并分別設定閾值，如表2所示。

表2　廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力評價方法

1.3　數(shù)據(jù)來源

近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力指標數(shù)據(jù)來源于《廣西壯族自治區(qū)2007—2016年海洋環(huán)境狀況公報》《廣西壯族自治區(qū)2007—2016年環(huán)境質(zhì)量狀況公報》《2007年1月—2016年12月廣西海洋環(huán)境管理月報》《2008—2017年廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》《2007—2017年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》以及北海、欽州、防城港三市的《2015年海洋環(huán)境狀況公報》《2015年環(huán)境質(zhì)量狀況公報》等。

2　結果分析

圖1　準則層各綜合值隨時序變化圖

壓力、狀態(tài)、響應綜合值如圖1所示。其中，隨著人類社會對近岸海域的開發(fā)逐漸加劇，近岸海域生態(tài)環(huán)境面臨的壓力也在逐漸增大，相應地，壓力綜合值呈現(xiàn)波動下降的趨勢（標準化過程消了指標的正負向）。具體來看是受到了圍填海面積和海水養(yǎng)殖面積的影響（二者權重分別達到了0.137和0.194），二者的增大逐漸加劇了近岸海域的生境破壞程度及富營養(yǎng)化狀況。

與壓力綜合值相似，狀態(tài)綜合值在研究時序內(nèi)也呈波動下降趨勢，但波動幅度要小于壓力綜合值。上述趨勢也表明在研究時序內(nèi)廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在壓力的作用下雖有惡化趨勢，但總體尚處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。具體來看，狀態(tài)受到海水水質(zhì)和生境情況的影響，二者對應指標（較清潔及以上海水面積占比和大型底棲動物多樣性指數(shù)）權重較高，同時這兩項指標也是受到壓力后的直接表現(xiàn)。而研究區(qū)域在研究時序內(nèi)海洋生態(tài)環(huán)境災害發(fā)生次數(shù)有限，對狀態(tài)綜合值影響較小。

在近岸海域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生惡化趨勢后，人類社會做出相應的響應。研究時序內(nèi)，響應綜合值呈現(xiàn)波動上升趨勢。具體體現(xiàn)在污染治理投資的增加、海洋類自然保護區(qū)面積的擴大以及入海排污口達標率的提高等方面。例如在2014年，欽州市茅尾海自治區(qū)級自然保護區(qū)功能區(qū)面積由2784hm2擴大至3464hm2。此外，雖然入海排污口總達標排放率逐步提高，但仍處于較低水平，研究時序內(nèi)在2014年達到了最高的47%。

如圖2所示，在壓力、狀態(tài)、響應系統(tǒng)的共同作用下，廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)在研究時序內(nèi)呈現(xiàn)波動狀態(tài)，并無明顯變化趨勢。其中，除2010年由于較清潔及以上海水占比和排污口達標率較低等因素導致出現(xiàn)超載狀態(tài)外，其余各年均為臨界超載或可載，特別是2008年的承載狀態(tài)達到研究時序內(nèi)最高。需要注意的是，在10年的研究時序中有6年的承載狀態(tài)為臨界超載，說明廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境尚有進一步提升的空間。

廣西有北海、欽州、防城港三個沿海地級市。本文選取2015年相關數(shù)據(jù)對三市近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力進行了評價，結果如圖3所示。三市在2015年均未出現(xiàn)超載情況，承載狀態(tài)為防城港＞北海＞欽州，防城港的近岸海域生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)達到可載，北海雖處于臨界超載狀態(tài)，但已接近可載，而欽州承載狀態(tài)已接近臨界超載的警戒線。產(chǎn)生上述情況的主要原因是相較于北海和防城港，欽州近岸海域在當年較清潔及以上海水面積占比和大型底棲動物多樣性指數(shù)相對較低，導致其狀態(tài)綜合值遠低于另外兩市。而北海由于在當年河流入海污染物總量較多、圍填海和海水養(yǎng)殖面積較大，導致其近岸海域受到較大的環(huán)境壓力，但狀態(tài)綜合值和響應綜合值較高。相對而言，防城港各綜合值較為均衡，故其承載狀態(tài)在三市中處于較高水平。

圖2　廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力隨時序變化圖

圖3　2015年廣西沿海各市近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力

3　結論及建議

通過對2007至2016年廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力的評價與分析，得出以下結論：

(1)廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境所面臨的壓力在研究時序內(nèi)呈現(xiàn)波動增大趨勢，狀態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)波動減小趨勢，為應對近岸海域生態(tài)環(huán)境的惡化趨勢，響應系統(tǒng)呈現(xiàn)波動上升趨勢。從總體來看，廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)在研究時序內(nèi)持續(xù)波動，并無明顯變化趨勢，但除2007、2008和2014年外，其余大部分年份均為臨界超載狀態(tài)，2010年甚至出現(xiàn)了超載情況。因此，廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境狀況仍有待提高。

(2)通過對2015年沿海三市近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力的評價和分析，當年三市均未出現(xiàn)超載，且防城港承載狀態(tài)最優(yōu)，為可載狀態(tài)，北海次之，為臨界超載狀態(tài)，相較之下欽州低于上述兩市，但仍為臨界超載狀態(tài)。

針對廣西近岸海域生態(tài)環(huán)境有待提高的情況，本文從完善近岸海域生態(tài)環(huán)境保護法律法規(guī)體系、嚴格遵守海洋用途管制、海陸共同防控污染三個方面提出了相應的對策建議：

一是完善海洋特別是近岸海域生態(tài)環(huán)境保護的法律法規(guī)體系。目前，我國已建立起一套以《環(huán)境保護法》為指導，以專門性法律《海洋環(huán)境保護法》為中心，配套《防治海岸工程建設項目污染損害海洋環(huán)境管理條例》《防治陸源污染物污染損害海洋環(huán)境管理條例》和《海洋傾廢管理條例》等相關法規(guī)，以及《漁業(yè)水質(zhì)標準》《海水水質(zhì)標準》等海洋生態(tài)環(huán)境防治標準的關于海洋生態(tài)環(huán)境保護的法律法規(guī)體系[24]。但上述法律法規(guī)大多具有廣泛性和指導性特點，而廣西近岸海域有其自身特征和需求，因此，需要在上述法律法規(guī)的指導下，以《廣西海洋環(huán)境保護條例》《廣西海域使用管理條例》等現(xiàn)有法律法規(guī)為基礎，逐步完善配套法規(guī)政策，形成有針對性的法律法規(guī)體系。

二是嚴格遵守海洋用途管制。為加強海洋管理、規(guī)范用海行為，廣西及沿海三市先后出臺了海洋功能區(qū)劃、海洋環(huán)境保護規(guī)劃，《廣西海洋生態(tài)紅線劃定方案》也于近期開始實施。各類海洋開發(fā)利用活動應嚴格遵守上述各類規(guī)劃或方案，落實管控目標和措施。特別是圍填海、海水養(yǎng)殖等對近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力有較大影響的用海行為，在規(guī)范的同時予以技術改進，以減少對生態(tài)環(huán)境的影響。另外，加大對海洋生境的維護，維護和提高海洋生物多樣性，嚴禁海洋開發(fā)活動占用海洋類自然保護區(qū)，在適時擴大保護區(qū)面積的同時，積極開展各級海洋類自然保護區(qū)申報工作。

三是陸海結合、防控污染。廣西近岸海域水質(zhì)污染主要由陸源污染引起，污染物通過江河入海和海上排污口等方式進入海洋。就研究海域來說，河流污染入海污染物總量雖相對穩(wěn)定，但整體較高；而入海排污口達標率雖在近年來有所提升，但總體水平仍然較低。因此，需加強污染源頭控制，一方面加大污染治理投資力度，防控江河污染，提高江河水質(zhì)；另一方面，對直排入海的污染源加強管控，改進污水處理技術，提高排污口水質(zhì)達標率。另外，可推廣防城港的“藍色港灣整治行動”經(jīng)驗，在地方政府主導和統(tǒng)籌下，多方籌措資金，圍繞“江海聯(lián)治、水陸統(tǒng)籌、城鄉(xiāng)一體、建管并重”的思路，將近岸海域綜合整治與市政工程建設相結合，使近岸海域生態(tài)環(huán)境在短時期內(nèi)得以改善。

[1]PRIMAVERA J H.Overcoming the impacts of aquaculture on the coastal zone[J].Ocean & Coastal Management,2006(49):531-545.

[2]鄧義祥,李子成,鄭丙輝.近岸海域環(huán)境功能區(qū)概念辨析及其存在的問題和對策[J].環(huán)境科學研究,2012,25(2):146-152.

[3]蘭冬東,朱榮娟,李冕,等.我國近岸海域污染防治對策研究[J].海洋開發(fā)與管理,2017(11):70-73.

[4]苗麗娟,王玉廣,張永華,等.海洋生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系研究[J].海洋環(huán)境科學,2006,35(3): 75-77.

[5]石洪華,王保棟,孫霞,等.廣西沿海重要海灣環(huán)境承載力評估[J].海洋環(huán)境科學,2012,31(1):62-66.

[6]趙蕾,曹議丹,高偉明.昌黎縣海洋環(huán)境承載力評估研究[J].海洋科學,2016,40(8): 84-90.

[7]陳蘭,蔣清華,石相陽,等.北部灣近岸海域環(huán)境質(zhì)量狀況、環(huán)境問題分析以及環(huán)境保護建議[J].海洋開發(fā)與管理,2016(6):28-32.

[8]WALZ R.Development of environmental indicator system: experiences from Germany[J].Environmental Management,2000,25(6):613-623.

[9]曲衍波,朱偉亞,鄖文聚,等.基于壓力-狀態(tài)-響應模型的土地整治空間格局及障礙診斷[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2017,33(3):241-249.

[10]狄乾斌,張潔,吳佳璐.基于生態(tài)系統(tǒng)健康的遼寧省海洋生態(tài)承載力評價[J].自然資源學報,2014,29(2):256-264.

[11]狄乾斌,韓雨汐,高群.基于改進的AD-AS模型的中國海洋生態(tài)綜合承載力評估[J].資源與產(chǎn)業(yè),2015,17(1):74-78.

[12]狄乾斌,王萌,孟雪.海洋產(chǎn)業(yè)結構與海域承載力的匹配關系探討[J].海洋開發(fā)與管理,2016(4): 14-18.

[13]周偉,袁國華,羅世興.廣西陸海統(tǒng)籌中資源環(huán)境承載力監(jiān)測預警思路[J].中國國土資源經(jīng)濟,2015(10):8-12.

[14]蘇子龍,袁國華.我國海域承載力研究綜述[J].資源與產(chǎn)業(yè),2016,18(6):15-20.

[15]張繼平,潘易晨,孔凡宏,等.政治晉升激勵視角下我國海洋路遠污染治理的研究[J].中國海洋大學學報(社會科學版),2017(4):20-26.

[16]楊宇峰,王慶,聶湘平,等.海水養(yǎng)殖發(fā)展與漁業(yè)環(huán)境管理研究進展[J].暨南大學學報(自然科學版),2012,33(5):531-541.

[17]張明慧,陳昌平,索安寧,等.圍填海的海洋環(huán)境影響國內(nèi)外研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學報,2012,21(8):1509-1513.

[18]葉翔,王愛軍,馬牧,等.高強度人類活動對泉州灣濱海濕地環(huán)境的影響及其對策[J].海洋科學,2016,40(1): 94-100.

[19]周然,覃雪波,彭士濤,等.渤海灣大型底棲動物調(diào)查與環(huán)境因子的相關性[J].生態(tài)學報,2014,34(1):50-58.

[20]BILKOVIC D M, ROGGERO M, HERSHNER C H, et al.Influence of land use on macrobenthic communities in nearshore estuarine habitats[J].Estuaries and Coasts,2006,29(6B):1185-1195.

[21]CHO C H.Mariculture and europhication in Jinhae Bay,Korea[J].Marine Pollution Bulletin,1991(23):275-279.

[22]狄乾斌,韓雨汐,曹可.基于PSR模型的中國海洋生態(tài)安全評價研究[J].海洋開發(fā)與管理,2014(7):87-92.

[23]劉大海,宮偉,邢文秀,等.基于AHP-熵權法的海島海岸帶脆弱性評價指標權重綜合確定方法[J].海洋環(huán)境科學,2015,34(3):462-467.

[24]劉伊娜.淺析我國海洋生態(tài)環(huán)境保護現(xiàn)狀及對策[C]//中國環(huán)境資源法學研究會. 2014年全國環(huán)境資源法學研討會論文集.廣州: 中國環(huán)境資源法學研究會,2014:627-629.