深圳海域資源環(huán)境承載力評價(jià)研究

黨二莎 ，褚艷玲 ，田翠翠 ，賴梅東 ，趙振業(yè) ，陳 蕓 ，楊青云

（1. 深港產(chǎn)學(xué)研基地，廣東 深圳 518057；2. 深圳市源清環(huán)境技術(shù)服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518057；3. 廣州南科海洋工程中心，廣東 廣州 510220）

深圳海域主要包括珠江口、深圳灣、大亞灣及大鵬灣四部分海域，總面積為1 145 km2。海域資源極其豐富，尤其海岸線資源和旅游資源。海岸線曲折綿延，總長約260.5 km，擁有大、小梅沙，紅樹林濱海濕地等著名的濱海旅游勝地。此外，深圳海域地理位置特殊，是連接中國香港和內(nèi)地的紐帶和橋梁，在深港經(jīng)濟(jì)合作體系中發(fā)揮的作用越來越重大。然而，隨著陸地資源短缺、人口數(shù)量快速增長以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題的不斷出現(xiàn)，人類開始把注意力轉(zhuǎn)向?qū)Ｑ筚Y源的開發(fā)利用上。海洋資源過度地開發(fā)與利用，導(dǎo)致海水水體污染、生物資源銳減及典型生態(tài)系統(tǒng)破壞等問題明顯，海洋生態(tài)環(huán)境承受的壓力日益加大，部分海域環(huán)境狀況已處于超載狀態(tài)[1-3]。

承載力研究作為衡量海洋可持續(xù)發(fā)展的主要手段之一，其對于海洋資源環(huán)境保護(hù)與海洋經(jīng)濟(jì)兩者的和諧發(fā)展至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外關(guān)于承載力的研究較多，研究思路主要分為兩種，一種是參考原國家海洋局制定的《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)指標(biāo)體系和技術(shù)方法指南》（試行），將海洋資源環(huán)境承載力分為海岸線資源環(huán)境承載力、生物與生態(tài)資源承載力、漁業(yè)資源承載力和海島資源承載力4 類分別進(jìn)行分析與評價(jià)[4]；另一種是采用PSR模型、狀態(tài)空間模型、模糊評價(jià)法等方法構(gòu)建指標(biāo)體系對區(qū)域海洋環(huán)境承載力進(jìn)行評估[5-7]，這類方法綜合性強(qiáng)，適用范圍廣，評價(jià)結(jié)果更精準(zhǔn)，是目前海洋環(huán)境承載力評估的常用方法。本文在借鑒前人研究方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)深圳海域的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用研究，一方面可與國內(nèi)外其他海域的承載力狀況進(jìn)行對比分析，另一方面可為相關(guān)部門制定管理措施提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取了深圳市2013—2017 年5 年數(shù)據(jù)，包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于2013—2017 年深圳市發(fā)布的統(tǒng)計(jì)年鑒，環(huán)保、水文等相關(guān)部門發(fā)布的統(tǒng)計(jì)公報(bào)[8-10]，涵蓋人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境等領(lǐng)域。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主要以深圳市的2008年、2015 年、2016 年、2017 年等 4 個(gè)時(shí)期的 Landsat遙感影像為基礎(chǔ)，所獲取的影像云覆蓋面積較少。通過對各期影像進(jìn)行幾何校正，以經(jīng)過幾何精矯正的2015 年Landsat8 影像為基準(zhǔn)對所使用的其他影像進(jìn)行配準(zhǔn)，經(jīng)對比分析，配準(zhǔn)后的衛(wèi)星遙感影像空間定位誤差均小于一個(gè)像元，無期影像均采用WGS-84 坐標(biāo)系。

1.2 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋資源配置和海洋生態(tài)環(huán)境納污之間平衡與協(xié)調(diào)關(guān)系，海洋資源環(huán)境承載力的內(nèi)涵包括兩個(gè)層面：一是海洋的自我維持與自我調(diào)節(jié)能力，表現(xiàn)為海洋資源的可持續(xù)供給能力與海洋生態(tài)環(huán)境支撐能力，此為海洋資源環(huán)境承載力的承壓部分，對應(yīng)的指標(biāo)為承壓指標(biāo)；二是人類社會(huì)及海洋產(chǎn)業(yè)規(guī)模或沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展能力，此為海洋資源環(huán)境承載力的壓力部分，對應(yīng)的指標(biāo)為壓力指標(biāo)。而狄乾斌[11]在其論文《海域承載力的理論、方法與實(shí)證研究—以遼寧海域?yàn)槔分袠?gòu)建了海域承載力指標(biāo)體系，從人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、海洋自然資源儲(chǔ)備及海洋環(huán)境容量3 方面，分別設(shè)計(jì)壓力類、承壓類和區(qū)域交流類3 類評價(jià)指標(biāo)。壓力類指標(biāo)反映海洋面臨人類開發(fā)承受的壓力狀況；承壓類指標(biāo)表示海洋現(xiàn)實(shí)狀況以及人類開發(fā)的潛在承載力；區(qū)域交流類指標(biāo)反映在人流、物流、信息等不同因素作用下海洋承載力的變化狀況。本研究以此為基礎(chǔ)，經(jīng)實(shí)地調(diào)研及多重共線性分析、主成分分析等方法，基于指標(biāo)獨(dú)立性、代表性、可操作性等原則，并結(jié)合專家咨詢的方式，最終選取了7 類、22 項(xiàng)指標(biāo)對深圳市海洋資源環(huán)境承載力進(jìn)行較為全面的分析評價(jià)（表1）。

表1 深圳海域資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)賦權(quán)

指標(biāo)在評價(jià)體系中的重要程度和貢獻(xiàn)大小，直接影響到評價(jià)的結(jié)果。本文采用熵值法對深圳市海洋環(huán)境承載力指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。熵是對系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量。通過熵值法得到各個(gè)指標(biāo)的信息熵，信息熵越小，信息的無序度越低，其信息的效用值越大，指標(biāo)的權(quán)重越大。

將各指標(biāo)同度量化，構(gòu)建其數(shù)據(jù)矩陣為A，如下：

其中，xij為最值差值法劃歸為[0，1]后的標(biāo)記數(shù)據(jù)，各個(gè)原始值同最值的間距與最值差的比值即為標(biāo)記數(shù)據(jù)，各指標(biāo)的比重Pij計(jì)算如公式（1）所示：

熵值ej計(jì)算公式為為常數(shù)。

如果xij對于給定的j 全部相等，則有以下：

此時(shí)ej取極大值klnm，設(shè)則 0 則 ej＜1。

對于給定的j，xij的差異性越小，則ej越大；當(dāng)xij全部相等時(shí)，ej=ejmax=1，此時(shí)對于方案的比較，指標(biāo)xj毫無作用；當(dāng)各方案的指標(biāo)值相差越大時(shí)，ej越小，該項(xiàng)指標(biāo)對于方案比較的作用越大。定義差異性系數(shù)gi，計(jì)算如公式（3）所示：

定義指數(shù)權(quán)重?cái)?shù)，計(jì)算如公式（4）所示：

依照上文中的公式，計(jì)算得到深圳海域環(huán)境承載力評價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值，見表2。

1.4 海洋生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)模型

1.4.1 狀態(tài)空間法原理 狀態(tài)空間法是基于空間幾何原理來對承載力進(jìn)行系統(tǒng)分析和說明。某一區(qū)域的承載力一般受該區(qū)域的資源、環(huán)境與人類活動(dòng)的影響[12]。資源與環(huán)境對區(qū)域資源承載力的影響是直接和顯性的，而人類活動(dòng)的影響則是復(fù)雜的，一方面人類活動(dòng)會(huì)對區(qū)域資源環(huán)境帶來負(fù)面的影響，諸如污染、過度開發(fā)等，另一方面隨著科技的進(jìn)步，人類可能開發(fā)出新能源或通過約束自身行為，減少對資源環(huán)境的污染破壞。用狀態(tài)空間法建立的資源環(huán)境承載力模型突出了人類活動(dòng)的影響，通過選取相應(yīng)的壓力類指標(biāo)、承壓類指標(biāo)和區(qū)域交流類指標(biāo)來綜合評價(jià)區(qū)域的資源環(huán)境承載力[13]。具體方法如下：

表2 各項(xiàng)指標(biāo)的熵值、差異性系數(shù)和客觀權(quán)重

構(gòu)建一個(gè)n 維狀態(tài)空間，海洋生態(tài)環(huán)境的承載力以狀態(tài)空間中的矢量模來表示，即空間中狀態(tài)點(diǎn)與系統(tǒng)原點(diǎn)構(gòu)成的矢量。海洋生態(tài)環(huán)境承載力（CCMEE）是對各狀態(tài)維加權(quán)綜合而成的統(tǒng)一指數(shù)，其計(jì)算如公式（5）所示：

在對數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，理想狀態(tài)指標(biāo)處理后得到的指標(biāo)數(shù)值為 1，1，1，……，1（n 個(gè)），則理想狀態(tài)下海洋資源環(huán)境承載力計(jì)算如公式（6）所示：

資源、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)作為一個(gè)復(fù)雜的體系，臨界值是一個(gè)相對的概念，具有模糊性和波動(dòng)性，因此為更好的分析承載力值年際變化的趨勢，以及在不同承載狀況下指標(biāo)變動(dòng)情況及相關(guān)性分析，本文參照王開運(yùn)[14]在復(fù)合模型系統(tǒng)中將承載標(biāo)準(zhǔn)的容差設(shè)定為0.3，即在即當(dāng)CCMEE≥1.2，海洋生態(tài)環(huán)境處于超載狀態(tài)；當(dāng)0.9≤CCMEE＜1.2，海洋生態(tài)環(huán)境處于滿載狀態(tài)；當(dāng)CCMEE＜0.9，海洋生態(tài)環(huán)境處于可載狀態(tài)。

1.4.2 理想值確定 指標(biāo)理想狀態(tài)值的確定要考慮兩方面的因素：一是必須以區(qū)域海洋資源、生態(tài)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，既要保證區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活質(zhì)量提高，又要保護(hù)好海洋生態(tài)與環(huán)境的質(zhì)量；二是要從政策的角度考慮，如區(qū)域內(nèi)未來一定時(shí)期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。理想值確定的方法主要有問卷調(diào)查法、標(biāo)準(zhǔn)法、最值法、平均值法等。本文主要采用平均值法確定深圳市近岸海域環(huán)境承載力各項(xiàng)指標(biāo)的理想狀態(tài)。

1.4.3 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 由于指標(biāo)體系中各指標(biāo)的類型復(fù)雜，且不同指標(biāo)的量綱不同，為使評價(jià)指標(biāo)具有可比性和可度量性，需對各評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，進(jìn)行無量綱化。在所選取的指標(biāo)中，對海洋資源環(huán)境承載力的影響是正向的，且屬性值越來越好的指標(biāo)稱為正向指標(biāo)；而對海洋資源環(huán)境承載力的貢獻(xiàn)是負(fù)向的指標(biāo)，且屬性值越小越好的稱為負(fù)向指標(biāo)。具體的正、負(fù)向指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法如公式（7）和公式（8）所示：

式中：Rij為各年份指標(biāo)預(yù)處理后的值；xij為各年份指標(biāo)原始數(shù)據(jù)；x'ij為各指標(biāo)的理想值。各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值見表3。

2 承載力評價(jià)結(jié)果

根據(jù)表4 得到的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，將標(biāo)準(zhǔn)化后的無量化值帶入承載力計(jì)算公式（1）中，得到2013—2017 年深圳市海洋資源環(huán)境承載力量化值（表4）。

3 分析與討論

除2013 年外，其他年份的海洋環(huán)境承載力處于可載狀態(tài)。深圳市是廣東省的經(jīng)濟(jì)中心，人口密度大，擁有眾多的海洋科研機(jī)構(gòu)和海洋人才，海洋資源豐富，海洋漁業(yè)、濱海旅游業(yè)也很發(fā)達(dá)，具有良好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和生態(tài)保護(hù)意識(shí)。2013 年，隨著國家生態(tài)文明建設(shè)政策的提出，深圳市開始推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)，政府加大環(huán)保支持力度，調(diào)整海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)資源、人口、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。該舉措對緩解海洋生態(tài)環(huán)境壓力作用較大。

表3 深圳海域資源環(huán)境承載力評價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

表4 深圳海域環(huán)境承載力量化值

圖1 深圳海域環(huán)境承載力變化趨勢

3.1 壓力類指標(biāo)

從表5 和圖1 可以看出，2013—2017 年壓力類指標(biāo)承載力的得分值在0.721～0.934 之間，整體呈下降趨勢，說明壓力承載力好轉(zhuǎn)。其中經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)值較高，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展是導(dǎo)致深圳市海洋資源環(huán)境承載力超載與否的主要原因。近五年，深圳市經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值從13 000 億上升到22 000 億元，增長率超過50%。人口增長的幅度是深圳市海洋資源環(huán)境承載力能否改善的重要決定因素，數(shù)據(jù)顯示，2013—2014 年人口壓力呈現(xiàn)下降趨勢，人口自然增長率從17.77%下降到 17.48%；2014—2017 年呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，從17.48%上升至23.92%，上升率較快，其與海域環(huán)境承載力的變化趨勢相同，說明人口壓力也是引起海域生態(tài)環(huán)境承載力變化的主要原因。環(huán)境污染類指標(biāo)呈現(xiàn)波浪式下降，說明深圳市近海海域環(huán)境的污染得到有效的控制，尤其是深圳西部海域，相關(guān)部門投入大量經(jīng)費(fèi)在海域水質(zhì)管理上，雖然水質(zhì)仍處于超標(biāo)狀態(tài)，但超標(biāo)倍數(shù)正逐漸降低[15]。

表5 深圳海域壓力類指標(biāo)承載力量化值

3.2 承壓類指標(biāo)

從表6 可以看出，2013—2017 年壓力類指標(biāo)的承載力的得分值在0.79～1.00 之間，整體呈下降趨勢。隨著人口增長，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對海洋的開發(fā)力度不斷增大，海洋資源環(huán)境形勢較為嚴(yán)峻。表6 顯示，資源供給能力下降十分明顯，尤其2013 年至2014年驟降，后趨于平穩(wěn)。近年來，深圳市海域面積變化不大，但人口數(shù)量逐漸增大，引起人均海域面積逐漸降低，數(shù)據(jù)顯示，2013—2017 年深圳市人均海域面積由107.7 m2/人下降至91.4 m2/人，海域資源供給能力下降。此外，深圳西部海域大量的自然岸線轉(zhuǎn)變?yōu)槠街钡娜斯ぐ毒€，人工岸線逐年增加，自然岸線不斷縮減，自然岸線保有率下降，岸線資源供給能力下降[16]。社會(huì)發(fā)展支持力呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，近幾年，深圳市引進(jìn)海外及國外等高層次海洋專業(yè)人員，投入大量人才為海洋領(lǐng)域做貢獻(xiàn)，科技教育經(jīng)費(fèi)投入增加了5 倍，科學(xué)技術(shù)水平得到顯著提升。環(huán)境納污能力整體平穩(wěn)，五年間變化不明顯，基本處于可載范圍內(nèi)。科技人員比重、海洋產(chǎn)業(yè)總值等對海洋資源環(huán)境承載力有正向功能的指標(biāo)，則有顯著提升。

表6 承壓類指標(biāo)承載力量化值

3.3 區(qū)域交流類指標(biāo)

區(qū)域交流類指標(biāo)包括水運(yùn)客運(yùn)量和海洋貨物吞吐量。2013—2017 年區(qū)域交流類指標(biāo)呈現(xiàn)波動(dòng)式上升趨勢，說明區(qū)域交流能力越來越好（圖2）。深圳市的海洋貨物吞吐量逐年增加，2017 年全年港口貨物吞吐量24 136 萬噸，比上年增長12.7%；集裝箱吞吐量2 520.87 萬標(biāo)箱，增長5.1%。其中，出口集裝箱吞吐量1 277.89 萬標(biāo)箱，增長3.1%。全市年末擁有港口泊位數(shù)155 個(gè)，其中萬噸級泊位74 個(gè)。此外，水運(yùn)客運(yùn)量（萬人）也呈現(xiàn)快速增長的趨勢，這些代表區(qū)域交流類指標(biāo)的升高表示區(qū)域的承載能力好轉(zhuǎn)。

圖2 區(qū)域交流類指標(biāo)量變化趨勢

4 結(jié)論

本文基于綜合指標(biāo)體系法構(gòu)建了深圳海域資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，采用狀態(tài)空間評價(jià)模型計(jì)算得到深圳海域資源環(huán)境承載力量化值。研究結(jié)論如下：（1）2013—2017 年造成深圳市近岸海域環(huán)境承載力較大的因素主要為經(jīng)濟(jì)增長、資源供給能力及環(huán)境污染，指標(biāo)主要有6 項(xiàng)，分別是GDP 總量、海洋漁業(yè)產(chǎn)值、海洋產(chǎn)業(yè)增加值、人均海域面積、赤潮發(fā)生次數(shù)和赤潮發(fā)生程度。其中赤潮發(fā)生頻次過高和赤潮發(fā)生累積面積過大可能導(dǎo)致超載現(xiàn)象突出；（2）采用狀態(tài)空間法對2013—2017 年深圳近岸海域的承載力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示2013 年深圳市海域環(huán)境承載力處于滿載狀態(tài)，其他年份承載力處于可載狀態(tài)，整體表現(xiàn)為下降趨勢，承載力狀況趨于好轉(zhuǎn)。