長山群島海水養(yǎng)殖與海域生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關系分析

曹威威 孫才志

摘要：海水養(yǎng)殖活動與海域生態(tài)環(huán)境存在交互影響關系。文章基于超效率DEA模型和內(nèi)梅羅指數(shù)評價結(jié)果，利用耦合協(xié)調(diào)關系模型分析了長山群島2006—2018年海水養(yǎng)殖業(yè)和海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的關系演變過程。結(jié)果表明：（1）長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)效率呈倒“U”形變化趨勢，其發(fā)展水平仍處于粗放式發(fā)展階段，在技術應用和規(guī)模效率方面亟待提升;（2）受近岸養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展的影響，海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在2006—2013年逐漸變差，2014年以后有所好轉(zhuǎn);（3）海水養(yǎng)殖與海域生態(tài)環(huán)境的耦合度經(jīng)歷了從拮抗關系向高度耦合轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)度在2006—2011年呈上升趨勢，但絕對值較低，2012年以后呈現(xiàn)波動變化，表明人海關系處于博弈狀態(tài)，矛盾仍較為突出。

關鍵詞：海水養(yǎng)殖;海域生態(tài)環(huán)境;耦合協(xié)調(diào)關系;長山群島

中圖分類號：F124.5;P76;P74??? 文獻標志碼：A??? 文章編號：1005-9857（2022）05-0088-07

Analysis on Coupling and Coordination Relationship Between Mariculture and Marine Ecological Environment in Changshan Islands

CAO Weiwei1，2，SUN Caizhi3

（1. School of Land and Tourism，Luoyang Normal University，Luoyang 471934，China;2. College of Applied Science and Technology，Hainan University，Danzhou 571737，China;3. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：There is an interactive relationship between mariculture and marine ecological environ-ment. Based on the results of super-efficiency DEA model and Nemero index，this paper analyzed the evolution of the relationship between mariculture and marine ecological environment，in Chan-gshan Islands from 2006 to 2018 by the coupled coordination relationship model. The results indi-cated that：（1）The efficiency of mariculture in Changshan Islands showed an inverted U-shaped change trend，and its development level was still in the stage of extensive development，and needed to be improved in terms of technology application and scale efficiency. （2）With the rapid development of the nearshore aquaculture industry，the marine ecological environmental qualities gradually deteriorated from 2006 to 2013，but improved to a certain extent after 2014.（3）The coupling degree denoted that the relationship between mariculture and marine ecological environ-ment. had undergone a transition from antagonistic to highly coupled relat.ionship.The coordination degree showed an upward trend from 2006 to 2011，but fluctuated after 2012 with low absolute value，which indicated that the relationship between human and sea was in a conflict game.

Keywords：Mariculture，Marine ecological environment，Coupling and coordination relationship，Changshan Islands

0??? 引言

人海關系地域系統(tǒng)是海洋地理學研究的主要對象，從國內(nèi)外人海關系研究的發(fā)展歷程來看，20世紀90年代以來，人類活動與海洋資源環(huán)境的交互影響研究日漸受到關注[1]，國內(nèi)外學者從不同空間尺度和經(jīng)濟領域研究了海洋生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關系[2-4]。但在海洋漁業(yè)中，海水養(yǎng)殖與海洋捕撈的生產(chǎn)過程有著本質(zhì)區(qū)別。海洋捕撈是人類直接從海洋資源環(huán)境中獲取水產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)活動，海水養(yǎng)殖則是人類利用海洋空間資源、環(huán)境資源和其中的生物資源培育水產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。隨著海水養(yǎng)殖技術的不斷提升，集約化、工廠化的網(wǎng)箱養(yǎng)殖、浮筏養(yǎng)殖方式得以大規(guī)模推廣應用，在提高漁業(yè)產(chǎn)量的同時，對海洋生物群落和海水養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境產(chǎn)生了較大影響[5]。而海域生態(tài)環(huán)境為海水養(yǎng)殖活動提供了物質(zhì)基礎，二者的交互響應直接影響到海洋生態(tài)系統(tǒng)健康和人類漁業(yè)經(jīng)濟活動效益。因此，從人地關系耦合協(xié)調(diào)角度研究海水養(yǎng)殖活動與海洋生態(tài)環(huán)境的互饋關系具有重要意義。

本研究以長山群島海域為研究對象，分別評價海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展效率和周邊海域海水環(huán)境質(zhì)量，進而利用耦合協(xié)調(diào)模型，分析海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)關系，解析海水養(yǎng)殖活動與海域生態(tài)環(huán)境之間的交互作用過程，為開展海域生態(tài)環(huán)境治理提供參考。

1??? 材料與方法

1.1??? 研究區(qū)概況

長山群島地處我國黃海北部海域，位于海洋島漁場的中心位置，是我國海洋漁業(yè)重要發(fā)展區(qū)域[6]。自20世紀70年代末期開始大規(guī)模發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)，以農(nóng)牧化為主的海水增養(yǎng)殖業(yè)有了快速發(fā)展，海水養(yǎng)殖業(yè)占海洋漁業(yè)比重逐年提高。2018年，長山群島全年水產(chǎn)總量為56.21萬t，其中養(yǎng)殖產(chǎn)量達到40.52萬t，占總產(chǎn)量的72.09%[7]。長期的高密度海水養(yǎng)殖活動，導致海洋生物多樣性壓力加大[8]、近海和海岸帶生態(tài)環(huán)境破壞，海域水質(zhì)污染、富營養(yǎng)化和海水養(yǎng)殖病害頻發(fā)等問題凸顯[9]，海洋漁業(yè)資源環(huán)境系統(tǒng)生態(tài)壓力持續(xù)增大，影響了海水養(yǎng)殖業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[10]。

1.2??? 長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展水平評價

1.2.1??? 評價方法

海水養(yǎng)殖活動是由人類利用海域空間資源，投入勞動力、漁業(yè)生產(chǎn)工具等生產(chǎn)資料，獲取水產(chǎn)品的過程。因此，生產(chǎn)效率是評價養(yǎng)殖活動發(fā)展水平的關鍵。在漁業(yè)效率評價中，數(shù)據(jù)包絡分析（DEA）是常用分析方法[11-13]。本研究利用超效率DEA模型，評價海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展效率，模型設置如下：

式中：θ為評價對象（又稱決策單元，Decision Making Unit，DMU）的超效率值，表示海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展效率;ε為阿基米德無窮小量;λ為決策效益指數(shù)，表示了DMU的有效程度，值越大，則有效程度越高，反之，有效程度越低;m、s、n分別為投入變量維度、產(chǎn)出變量維度與區(qū)域數(shù)量，本研究中m=3，s=1，n=5;s和s為松弛變量;x和y分別為投入變量和產(chǎn)出變量。當θ<1時，DMU沒有達到最優(yōu)效率;當θ>1時，DMU達到最優(yōu)效率。

1.2.2??? 評價指標

根據(jù)海水養(yǎng)殖業(yè)的投入產(chǎn)出分析，綜合考慮海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)活動中的自然資源、勞動力和物質(zhì)等要素投入，借鑒已有的海洋漁業(yè)經(jīng)濟效率評價指標選取方法[13]，選取勞動力、物質(zhì)資本、自然資本作為投人指標，以海水養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量作為產(chǎn)出指標，測算2006—2018年長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展效率。其中：選取海水養(yǎng)殖業(yè)從業(yè)人員數(shù)量作為勞動投入指標;選取養(yǎng)殖業(yè)機動漁船量作為海洋漁業(yè)物質(zhì)資本投入指標;選取機動漁船總功率作為海水養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)力投入指標;選取海水養(yǎng)殖面積作為自然資本投入指標;選取海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為產(chǎn)出指標。

1.3??? 長山群島海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價

1.3.1??? 評價方法

內(nèi)梅羅指數(shù)由美國學者內(nèi)梅羅（Nemerow N.L）于1974年提出，是由單因素指數(shù)評價方法發(fā)展來的綜合指數(shù)評價法，主要應用于水質(zhì)環(huán)境評價[14]。內(nèi)梅羅指數(shù)因數(shù)學計算過程簡潔、評價使用方便而得到廣泛應用。其公式如下：

式中：P為內(nèi)梅羅指數(shù)P、P分別為單因子污染指數(shù)P的最大值與平均值。P的計算公式如下：

式中：C為第i項指標的實測質(zhì)量濃度;S為第i項指標的評價標準。長山群島海域廣闊，生態(tài)環(huán)境良好，擁有黃渤海區(qū)域最好的水質(zhì)條件，屬于國家一類海區(qū)，是國家海洋公園重點建設海域[15]。因此，本研究中S采用《海水水質(zhì)標準》（GB3097—1997）中一類評價標準對水質(zhì)狀況進行評價。內(nèi)梅羅指數(shù)模型中僅強調(diào)單因子污染指數(shù)最大值指標的作用，而忽略了危害性較大的指標在環(huán)境中的影響。針對該問題，有學者引入污染因子權重對其進行改進[14，16]。改進內(nèi)梅羅指數(shù)計算過程如下：

首先，計算各污染因子權重。①按照海水水質(zhì)標準，確定評價標準級別j;②將評價因子S按照j類標準濃度由大到小順序排列，將其最大值S與S相比，以R為第i種污染因子的相關性比值，第i種污染因子權重計算公式如下：

其次，根據(jù)污染因子權重，修正最大的因子污染指數(shù)，修正公式如下：

式中：P′、P′分別為修正后單因子污染指數(shù)最大值和污染指數(shù)平均值;P、P分別為單因子污染指數(shù)P的最大值、權重最大的因子污染指數(shù)。

最后，計算修正內(nèi)梅羅指數(shù)，其公式如下：

式中：P′為修正內(nèi)梅羅指數(shù)。根據(jù)已有研究成果[17]，將海水污染程度與內(nèi)梅羅指數(shù)對應關系劃分

為5個等級（表1）。

1.3.2??? 評價因子

根據(jù)《近岸海洋生態(tài)健康評價指南》（HY/T087—2005），選取pH值、化學需氧量（COD）、活性磷酸鹽（DIP）、無機氮（DIN）以及石油類含量作為海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價因子。通過公式（4）和公式（5）計算得到各污染因子權重，結(jié)果見表2。

1.4??? 海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關系評價

根據(jù)系統(tǒng)論思想，采用系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型，評價海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)關系。其中，耦合度評價公式如下：

式中：C為海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境的耦合度，表示海水養(yǎng)殖系統(tǒng)與海域生態(tài)環(huán)境間相互作用影響的程度，0≤C≤1，值越大表明海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境之間相互作用關系越強烈;E為海水養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展效率;P為海域水環(huán)境質(zhì)量，采用內(nèi)梅羅指數(shù)（三類水體污染指數(shù)的平均值）表征。借鑒相關研究[18]，將海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境的耦合度分為4個階段等級（表3）。

海水養(yǎng)殖業(yè)的綜合效率指數(shù)和海域生態(tài)環(huán)境的污染指數(shù)為各自系統(tǒng)得分，二者不具備可比性。為保證經(jīng)濟系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合度評價具有實際意義，采用數(shù)據(jù)標準化方法將系統(tǒng)各自得分做歸一化處理。綜合效率指數(shù)為正向指標，污染指數(shù)為負向指標，歸一化公式分別如下：

式中：x為第i年j項指標數(shù)值;x′為x的歸一化值;max（x）、min（x）分別為研究期內(nèi)j指標的最大值和最小值，為避免受到0和1的邊界值干擾，將指標最大值增大10%，將最小值縮小10%。

耦合度僅表示海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境間的相互作用強度，但當兩個系統(tǒng)的發(fā)展水平都很低時，耦合度依然較高，此時會出現(xiàn)系統(tǒng)“假協(xié)調(diào)”的現(xiàn)象。為避免此種情況，引入?yún)f(xié)調(diào)度模型，以客觀地評價養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平。公式為：

式中：D為協(xié)調(diào)度，0≤D≤1，D值越大則表示海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平越高，D值越小則表示二者失調(diào)越嚴重;T為海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的綜合水平;α、β分別為待定系數(shù)，且α+β=1，取α=β=0.5。根據(jù)多數(shù)研究的經(jīng)驗值[18-20]，將協(xié)調(diào)度等級劃分為5個等級（表4）。

1.5??? 數(shù)據(jù)來源

長山群島共有6鎮(zhèn)1鄉(xiāng)，其中大連市長?？h轄大長山島、小長山島、獐子島、廣鹿島和海洋島等5鎮(zhèn)，莊河市轄王家鎮(zhèn)和石城鄉(xiāng)?？紤]數(shù)據(jù)可得性和統(tǒng)計口徑的一致性，本研究的范圍為長?？h行政轄區(qū)。海水養(yǎng)殖業(yè)投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)、海域水環(huán)境質(zhì)量評價因子數(shù)據(jù)由2006-2018年《長?？h統(tǒng)計年鑒》整理獲取。

2??? 結(jié)果與分析

2.1??? 長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展水平評價

本研究基于超效率DEA模型測算長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟發(fā)展效率結(jié)果表明：2006—2018年長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)效率呈現(xiàn)倒“U”形變化趨勢（圖1）。其中，2006—2014年海水養(yǎng)殖業(yè)效率快速上升，2015—2018年，表現(xiàn)為波動下降。20世紀90年代，長山群島開始高度重視海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尤其是進入21世紀，大規(guī)模資金和技術要素被投入用以發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)，使海水養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖技術得到提升。雖然2006—2014年海水養(yǎng)殖面積和漁船功率大幅增加，養(yǎng)殖規(guī)模擴大，但隨著養(yǎng)殖技術的投入，勞動力投入量大幅減少，生產(chǎn)效率提高。表明這一時期海水養(yǎng)殖的發(fā)展主要依賴生產(chǎn)技術和養(yǎng)殖空間資源的投入。2014年以后，隨著海水養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)擴張，養(yǎng)殖密度增大，餌料減少、水質(zhì)下降、病害增加，給養(yǎng)殖環(huán)境帶來較大壓力，養(yǎng)殖業(yè)面臨的風險增加，產(chǎn)量下滑，養(yǎng)殖效率下降。從整體來看，長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)效率處于較低水平，2006—2018年效率平均值為0.51。

2.2??? 長山群島海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價

內(nèi)梅羅指數(shù)評價表明，2006—2018年長山群島海域各因子污染指數(shù)較低，但受海域人類活動影響，部分指標變化趨勢較為明顯（圖2）。

其中，pH值和化學需氧量處于波動變化狀態(tài)，變化幅度不大，多年來基本處于平衡狀態(tài);石油類、懸浮物、活性磷酸鹽、無機氮存在明顯變化趨勢。除三類區(qū)，一類區(qū)和二類區(qū)石油類污染物指數(shù)在2006—2012年有一定幅度上升，2013年以后一類區(qū)、二類區(qū)和三類區(qū)均出現(xiàn)明顯下降。懸浮物、活性磷酸鹽、無機氮在2011—2013年出現(xiàn)明顯上升趨勢?！笆濉逼陂g，近岸養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，養(yǎng)殖戶投放餌料、藥物等造成海水懸浮物、無機鹽和無機氮等物質(zhì)含量增加。2013年以后，長?？h開展了海水養(yǎng)殖業(yè)的集中清理和整頓，海域水質(zhì)環(huán)境開始好轉(zhuǎn)，懸浮物、活性磷酸鹽和無機氮等污染指數(shù)下降?？傮w來看，長山群島海域水質(zhì)整體較清潔，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量未發(fā)生根本變化（表5）。一類海域除2013—2015年外，其余年份均為清潔;二類海域在2012—2014年，水質(zhì)出現(xiàn)輕度污染;三類海域內(nèi)梅羅污染指數(shù)平均數(shù)在2006—2013年波動變化特征明顯，其中，2011—2013年出現(xiàn)了明顯的上升趨勢，2014年以后三類海域內(nèi)梅羅污染指數(shù)均呈下降趨勢，說明近年來海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)。

2.3??? 海水養(yǎng)殖業(yè)與海域生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關系評價

耦合協(xié)調(diào)關系評價結(jié)果表明，長山群島海水養(yǎng)殖業(yè)與海洋生態(tài)環(huán)境的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度呈兩階段變化趨勢（圖3）。2006—2011年，耦合度和協(xié)調(diào)度均快速上升。其中，耦合度經(jīng)歷了從拮抗階段到磨合階段再到高度耦合階段的變化過程，表明海水養(yǎng)殖業(yè)與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的關系日趨緊密，二者相互影響程度日益增加;協(xié)調(diào)度雖然呈現(xiàn)增長趨勢，多數(shù)年份處于中度和基本協(xié)調(diào)階段，協(xié)調(diào)發(fā)展水平不高。從海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展效率和海域水環(huán)境質(zhì)量兩個指標變化可以看出，這一時期，隨著發(fā)展效率的增長，海域環(huán)境質(zhì)量有下降趨勢。2011年以后，耦合度和協(xié)調(diào)度維持在較高水平，海水養(yǎng)殖業(yè)與生態(tài)環(huán)境處于高度耦合階段，表明二者密切相關，協(xié)調(diào)度均處于中級協(xié)調(diào)以上。本階段，海域污染指數(shù)降低，海水養(yǎng)殖業(yè)效率較高，兩系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。

3??? 結(jié)論

（1）長山群島海水養(yǎng)殖活動與海域生態(tài)環(huán)境矛盾主要集中在2006—2011年。片面地、過度地追求經(jīng)濟效益，忽視經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，最終也給人類自身帶來損失。

（2）政府主管部門通過加強海域范圍海水養(yǎng)殖活動管理，對海域養(yǎng)殖環(huán)境集中整治，壓縮、清退不合理養(yǎng)殖區(qū)域，推廣生態(tài)養(yǎng)殖技術，使海域水質(zhì)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。但是，耦合協(xié)調(diào)關系在2011年以后出現(xiàn)的波動變化也應引起重視。

（3）長期的高密度海水養(yǎng)殖活動影響海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，進而給養(yǎng)殖活動帶來嚴重的經(jīng)濟損失，迫使各利益相關主體采取一定措施，開展海水養(yǎng)殖的環(huán)境整治，待海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所改善，養(yǎng)殖活動又會進一步加強。協(xié)調(diào)度的波動變化反映了人類與生態(tài)環(huán)境的博弈關系，即：人類活動加強→生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降→經(jīng)濟損失→反思和治理→生態(tài)環(huán)境質(zhì)量轉(zhuǎn)好→人類活動加強。

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