基于權熵法的浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力評價

王建慶，毋瑾超，何叢穎*，吳佳莉

(1.寧波海洋研究院，浙江 寧波 315211； 2.自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

沿海地區(qū)優(yōu)越的自然環(huán)境、特殊的地理位置、顯著的區(qū)位優(yōu)勢，使其成為人類經(jīng)濟活動最活躍和最集中的區(qū)域[1]，也是當前我國經(jīng)濟社會發(fā)展程度最高、生態(tài)環(huán)境壓力最大的地區(qū)，沿海地區(qū)不同的發(fā)展類型決定了海域海岸帶資源環(huán)境開發(fā)利用的規(guī)模、強度及空間格局。近年來，隨著海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展，不同海域海岸帶開發(fā)項目的建設對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)、自然資源及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展帶來嚴重影響[2]。

開展海域海岸帶生態(tài)承載力評價是可持續(xù)開發(fā)利用海岸帶自然資源、保護海洋生態(tài)環(huán)境、確保經(jīng)濟社會健康可持續(xù)發(fā)展的前提[3]。通過對海域海岸帶生態(tài)承載力進行評價，能夠反映出目前海域海岸帶利用所存在的問題，客觀地了解目前區(qū)域用?，F(xiàn)狀和利用潛力，對保護海洋生態(tài)環(huán)境、促進地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。然而目前關于海域海岸帶生態(tài)承載力的研究仍處于探索階段，還尚未形成公認的理論方法體系、系統(tǒng)的指標體系和綜合評價模型[4]。付元賓等[5]依據(jù)圍填海活動對海岸帶造成的生態(tài)壓力，提出了基于海岸帶承載力的圍填海潛力評價法；王正軍等[6]研究了海岸港口的圍海造田等開發(fā)利用活動對岸段演變特征的影響；朱靜等[7]研究了濟南海域水動力、水污染物運輸特征和水環(huán)境容量；王艷等[8]基于特定海域三維水質(zhì)模型，采用自凈過程積分方法計算了氮和磷等營養(yǎng)鹽的環(huán)境容量。這些都為海域海岸帶承載能力的研究奠定了基礎。

浙江省是海洋資源大省，海岸線資源豐富。隨著海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展，近年來海洋生態(tài)環(huán)境污染和破壞、赤潮災害的頻發(fā)、海岸帶開發(fā)過程中海洋生態(tài)資源和結構的破壞等制約著浙江省海域海岸帶生態(tài)環(huán)境的健康和可持續(xù)發(fā)展。本文以浙江省為例，利用權熵法確定評價指標權重，利用功效系數(shù)法對浙江海域海岸帶生態(tài)承載力狀況進行了評價，并提出了改善海域海岸帶承載力的可行性建議，以期為科學用海、保護海域海岸帶生態(tài)環(huán)境提供政策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省地處中國長江三角洲南翼，東南沿海中部，陸域地理坐標介于27°12′N～31°31′N 和118°06′E～123°09′E，東臨東海，南接福建，西與江西、安徽相連，北與上海、江蘇接壤。下設9個地級市，其中7個為沿海城市，分別為嘉興、杭州、紹興、舟山、寧波、臺州和溫州。浙江省海洋資源豐富，全省海岸線總長約6 700 km，全省海域總面積約4.45×104km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源主要包括2006—2015年浙江省及各沿海縣市區(qū)統(tǒng)計年鑒、中國海洋統(tǒng)計年鑒，2006—2015年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報、浙江省海洋環(huán)境公報、浙江省和各沿?？h市區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、浙江省海洋災害公報、海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)和海域確權數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法與實證

根據(jù)研究區(qū)基本現(xiàn)狀，在考慮數(shù)據(jù)可獲取性的基礎上，構建了海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標體系。以2005—2016年數(shù)據(jù)作為樣本，利用信息熵的方法確定了評價指標權重。利用功效系數(shù)法作為評價方法，并運用SPSS 9.0等軟件對浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力的基本狀況進行分析。

1.3.1 評價指標體系的構建

海域海岸帶生態(tài)承載力是一個由自然、社會、經(jīng)濟構成的復雜系統(tǒng)，不能用單個或少數(shù)幾個指標進行簡單評價，評價體系的建立一方面應切實結合生態(tài)承載力的內(nèi)涵，另一方面能夠切實反映研究區(qū)現(xiàn)狀。因此在遵循科學性、全面性、可操作性及前瞻性的基礎上，參考相關研究[9]，從人類活動、社會經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)彈力3個要素層出發(fā)，選取18項評價指標，構建了浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標體系(表1)。

表1 浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標體系

1.3.2 標準化處理

“多元互動”式合作學習致力于讓每位學生都不落后，讓每位學生都能夠參與課堂互動，讓每位學生都能夠在解決個體差異的矛盾的基礎上實現(xiàn)學習上的小進步，進而提高高中語文課堂的教育教學質(zhì)量。當然，要提高高中語文課堂的教育教學質(zhì)量并非一個“多元互動”式合作學習教學法就能實現(xiàn)的，還需要語文教師的組織能力、專業(yè)水平等。

海域海岸帶生態(tài)承載力評價屬于多因素綜合評價，不同評價指標來源多樣化，同時不同評價指標的單位、量綱和正負取向均不同，因此評價指標不能直接用于計算比較，為使不同評價指標具有可比性，首先對數(shù)據(jù)進行標準化處理[10]。本文數(shù)據(jù)標準化處理的方式為總和法，計算公式：

式中：Pij表示第i個參評對象的第j個評價指標標準化值；Xij表示第i個參評對象的第j個評價指標的原始數(shù)據(jù)值；i表示參評對象個數(shù)；j表示評價指標個數(shù)。

1.3.3 評價指標權重的確定

評價指標體系中評價指標權重的確定涉及整個生態(tài)承載力評價結果是否合理，因此，如何科學合理地確定評價指標的權重是生態(tài)承載力評價的重要環(huán)節(jié)。目前，關于評價指標權重的確定方法有專家打分法、層次分析法(AHP)、權熵法、功效系數(shù)法、模糊評價法、灰色關聯(lián)分析法等，不同的評價方法各有利弊，本文采用權熵法確定指標權重。

在信息論中，信息熵可以理解為系統(tǒng)隨機無約束程度的一種變量[11]。一個系統(tǒng)的無序程度越高，信息熵越大，有序程度越高，信息熵越小。當信息熵大時，說明系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律性不強，對系統(tǒng)重要性相對較弱。而信息熵小時，說明系統(tǒng)有一定的發(fā)展規(guī)律性，對系統(tǒng)的重要性較強。因此，可以通過信息熵的大小計算各評價指標的權重，為海域海岸帶生態(tài)承載力評價提供依據(jù)。信息熵法確定評價指標權重依據(jù)的是原始數(shù)據(jù)，采用數(shù)學方法計算所得，能夠有效避免人為主觀因素帶來的影響，具有較高的可信度[12]。信息熵計算公式：

式中：k為調(diào)節(jié)系數(shù)，k=1/lnm；Yij為第i個參評對象的第j個評價指標的標準化值；i為參評對象個數(shù)；j為評價指標個數(shù)。

hj=1-(xj)，(j=1,2，…，n)。

則第j項評價指標的權重ej：

經(jīng)計算，浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標權重結果見表2。

表2 浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標權重

在浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力的影響因子中，各指標權重賦值各不同。在人類活動要素層中，沿?？h市濱海旅游收入和圍填海累計面積占主導影響因子，權重分別為0.056 3和0.055 4；在社會經(jīng)濟發(fā)展要素層中，水生生物增殖放流數(shù)量和海洋科研機構活動人員數(shù)占主導影響因子，權重分別為0.061 0和0.054 7；在生態(tài)彈力要素層中，年風暴潮災害直接經(jīng)濟損失、年赤潮發(fā)生頻次、底棲生物物種數(shù)3個評價指標占主導影響因子，權重分別為0.063 2、0.055 2和0.055 2。

1.3.4 評價模型的確定

采用功效系數(shù)法對浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力狀況進行評價，功效系數(shù)法是將各評價指標進行函數(shù)轉換后，得出各評價指標的功效，再將不同評價指標的功效按一定的函數(shù)關系進行加權，最后得出每個參評對象的總功效，以此確定海域海岸帶生態(tài)承載力狀況。具體計算方式：

式中：U(Xi)為第i項評價指標功效；Yi為第i項評價指標標準化值；ai為系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點指標上限；bi為系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點指標下限。本文中系統(tǒng)臨界點上、下限值分別采用評價指標的最大化和最小化值。

得出每個評價對象功效之后，利用之前計算出的評價指標權重，進行先行加權，最終得出參評對象的總功效D，即每個年份海域海岸帶生態(tài)承載力狀況。

2 結果與分析

通過上述公式的計算，可以得出每個評價指標和每個評價對象的功效，繼而得到2006—2015年浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力的變化情況，以及相應的海域海岸帶人類活動功效、社會經(jīng)濟發(fā)展功效和生態(tài)彈力功效變化趨勢。具體評價結果如下。

2.1 人類活動功效指數(shù)

通過計算可以得出，在浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力中人類活動的影響功效呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，意味著人類活動對海域海岸帶生態(tài)承載力的負向影響在逐年提高。2006—2015年，人類活動功效指數(shù)平均值為0.305 1，最高的為2006年(0.320 5)，最低的為2015年(0.289 5，圖1)。

圖1 人類活動功效指數(shù)變化趨勢

2.2 社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)

從社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)來看，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，相關指標對海域海岸帶生態(tài)承載力提高的正向性影響正在逐漸增強。2006—2015年，2015年社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)最高，為0.256 3，2006年社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)最低，為0.191 7(圖2)。表明當經(jīng)濟發(fā)展到一定程度后，人類社會開始注重對生態(tài)環(huán)境的保護，對海域海岸帶生態(tài)承載力的提高起到了一定的促進作用。

圖2 社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)變化趨勢

2.3 生態(tài)彈力功效指數(shù)

從生態(tài)彈力功效指數(shù)變化情況來看，浙江省海域海岸帶生態(tài)彈力功效指數(shù)基本維持在0.24～0.28，呈現(xiàn)在平穩(wěn)中有所下降的趨勢(圖3)。意味著隨著時間推移，浙江省海域海岸帶生態(tài)彈力有所降低。在2008年，生態(tài)彈力功效出現(xiàn)一個峰值，功效指數(shù)高達0.323 5。2008年一二類海水比重、浮游植物物種數(shù)、浮游動物物種數(shù)、底棲生物物種數(shù)4項指標均為近10 a來最高，海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對較好。

圖3 生態(tài)彈力功效指數(shù)變化趨勢

2.4 生態(tài)承載力功效指數(shù)

從浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力功效指數(shù)變化情況(圖4)來看，浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力狀況相對穩(wěn)定。2006—2015年，生態(tài)承載力指數(shù)平均值為0.796 6，2008、2010、2014、2015年生態(tài)承載力指數(shù)高于平均值，其余年份均低于平均值。2012年生態(tài)承載力指數(shù)最低，為0.776 7；2008年生態(tài)承載力指數(shù)最高，為0.843 4。海域海岸帶生態(tài)承載力在近10年呈現(xiàn)波動式發(fā)展，其中社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)對海域海岸帶生態(tài)承載力影響較大。

圖4 生態(tài)承載力功效指數(shù)變化趨勢

3 小結

2006—2015年，浙江省海域海岸帶生態(tài)承載力呈現(xiàn)波動式發(fā)展，人類活動功效指數(shù)不斷降低，社會經(jīng)濟發(fā)展功效指數(shù)不斷升高，海域海岸帶生態(tài)彈力隨著時間的推移有所降低。從評價過程與結果來看，權熵法能夠合理地對海域海岸帶生態(tài)承載力評價指標進行權重確定，功效系數(shù)法能夠作為評價模型對大尺度海域海岸帶生態(tài)承載力進行評價。