我國海洋經濟活動的生態環境效應評價

茍露峰++楊思維++高強

[摘 要]基于我國海洋經濟活動及其對生態環境影響的分析，構建由壓力、狀態、響應3個子系統29個指標組成的海洋經濟活動的生態環境效應評價指標體系，以山東省為例進行定量評價，構建生態環境綜合效應指數及其分級評判標準，并采用BP神經網絡進行模擬預測。結果表明，2000—2012年，山東省海洋經濟活動的生態環境效應呈現由一般到較大的變化，且預測結果呈惡化趨勢；粗放式的海洋資源開發利用方式對資源、環境的脅迫作用明顯，加之狀態子系統對響應子系統存在滯后型，各種響應措施并未對狀態產生積極作用，海域環境狀態仍呈退化趨勢。

[關鍵詞]海洋生態環境；評價指標；預測；山東省

[中圖分類號]X55 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-8372（2017）01-0057-05

海洋生態系統健康是海洋經濟發展的前提。然而，近年來海洋經濟的迅速發展卻使得海洋生態環境狀況衰退明顯，如何權衡好海洋經濟發展與海洋生態環境的平衡關系已經成為人們關注的焦點問題。20世紀90年代后期，國內外學者廣泛開展了對兩者關系的研究，為海洋經濟發展與生態環境保護提供了充分的理論支撐。國外的相關研究主要涉及海洋生態環境現狀[1-2]、海洋生態環境評價[3]，并形成了相對完整的概念體系和研究方法[4]。與國外研究有所區別的是，國內的研究重點包括海洋生態環境承載力研究[5-6]、海洋生態系統服務功能及價值評估[7]、海洋生態環境質量評價[8]、海洋生態監控區區劃研究以及重要資源的安全問題探討等內容。就海洋生態環境的綜合效應而言，中國的相關研究起步較晚，研究內容涉及海洋生態環境評價的理論和指標、評價信息系統研究、評價模型管理系統研究、海洋相關產業的安全評價，在海洋經濟活動的生態環境效應評估及預測等方面，相關研究仍較為匱乏，因此，有必要加強這方面的研究。

近年來，生態環境效應評價研究已經成為生態學和環境科學的熱點之一，但是由于海洋范圍廣、人類認識的局限性，海洋經濟活動的生態環境效應評估及預測尚處于探索階段，成熟的方法不多，大多采用線性或者指數模型等回歸統計方法進行評價和預測。海洋經濟活動的生態環境效應影響因素之間的關系往往是非線性的，傳統的數學模型很難對其進行充分表述。本文采用壓力—狀態—響應（P-S-R）模型和層次分析法建立海洋經濟活動的生態環境效應評價指標體系，同時基于BP人工神經網絡對山東省2013—2020年海洋經濟活動的生態環境效應進行模擬預測，系統分析影響生態環境效應的主要因素，以期對我國海洋經濟開發活動的調控與管理提供決策參考，實現海洋經濟的可持續發展。

一、研究區概況

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，東經114°47.5′—122°42.3′，北緯34°22.9′—38°24.01′之間。境域包括半島和內陸兩部分，總面積15.71萬平方公里，約占全國總面積的1.64%。山東半島三面環海，海岸線長3024公里，占全國大陸海岸線的1/6，居全國第二位。全省近海海域17萬平方公里，占渤海和黃海總面積的37%，海洋物種資源豐富，生物種類繁多，為全省海洋經濟的發展和生態建設提供了重要的物質基礎。然而，海洋經濟的迅速發展給海洋生態環境帶來了前所未有的挑戰，同時，海洋生態環境也嚴重制約著海洋經濟的后續發展。

二、研究指標體系與方法

（一）指標體系

鑒于海洋經濟活動與海洋生態環境之間有著錯綜復雜的關系，構建科學合理的評價指標體系是順利開展山東省海洋經濟活動的生態環境效應評價及預測的前提。海洋經濟活動的生態環境效應評價及預測是為了實現海洋開發活動的生態化，保護海洋生態環境，改善海域的環境質量。因此，在借鑒以往研究成果[9-10]的基礎上，遵循科學性、時序性、階段性、可操作性及相對獨立性等原則，利用“壓力—狀態—響應”（P-S-R）模型，結合山東省海域的實際情況，初步擬定一般評價指標體系。隨后，借助SPSS21.0統計分析軟件對指標進行相關分析和主成分分析，最終得到相對獨立的評價指標體系。列舉的29個指標基本能夠反映山東省沿海經濟開發活動狀況。在權重的計算上，為避免主觀因素的影響，本文選取客觀性較強的熵權法和變異系數法的綜合權重（見表1）。

（二）數據來源及預處理

根據預期的研究目的和設計的指標體系，研究數據主要來源于2001—2013年《山東統計年鑒》《中國統計年鑒》《中國海洋統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《海洋環境質量公報》《海域使用管理公報》國家海洋局網站、國家統計局網站、山東統計信息網，部分較難獲得的數據由筆者根據資料整理而得。

由于選取的指標具有不同的量綱和數量級，而BP神經網絡sigmoid函數的取值及最終輸出范圍是[0，1]，因此首先需要對選取的指標進行標準化處理。根據指標因子對海洋生態環境的影響，將選取的指標劃分為正向指標、逆向指標和適中指標：正向指標值越大，表明海洋生態環境狀況越好，如環保投入占GDP比重、海洋自然保護區面積比重等指標；逆向指標值越大，表明海洋生態環境狀況越差，如單位海域疏浚物傾倒量、年均赤潮發生次數等指標；適中指標是越接近某一個規定的值越好的指標，如人均固定資產投資的指標值越接近國家宏觀調控規定的參考值越好。將部分指標設定為適中指標，摒棄了現有研究單純的正、負指標分類的傳統觀點，能夠更加合理地評價海洋經濟發展情況。

對于正向指標，公式為：

對于逆向指標，公式為：

對于適中指標，公式為：

式中，為指標的標準化數值；為指標的原始數值；、為評價區內指標的最大、最小值；為被評價的年份。以年份數據作為樣本，總樣本數為13，指標數為29，即=1，2，...，29；=1，2，...，13。歸一化處理后的數據如表2所示。

（三）研究方法

1.指標評價

定量評估海洋經濟活動的生態環境效應，先對29個指標進行單因素評價，得到各準則層系統狀態后，采用綜合指數法對總目標層進行評價，由此構建海洋經濟活動的生態環境效應指數（）：

式（4）中，為第個指標的標準化數值；為第個指標對應的綜合權重；為指標的數量。

2.評價預測

BP人工神經網絡是一種極其復雜的非線性系統動力學模型，其高度的仿真功能能有效修正誤差，避免傳統主觀評價對結果的影響。另外，BP人工神經網絡的非線性運算能更好地進行數理回歸，便于厘清各變量之間的關系，用于海洋生態環境的模擬預測比傳統方法有較高的優越性。BP神經網絡通常由輸入層、隱層、輸出層3層構成，假設神經網絡有個輸入層、個輸出層和個隱層，則神經網絡的輸入表示為：

神經網絡的輸出層表示為：

BP神經網絡激發函數一般采用對數sigmoid函數：，輸出層誤差計算模型為：

式（6）中：代表相互兩層神經元之間的權重，式（7）中，為期望輸出值。

對于海洋經濟活動的生態環境效應等級標準，目前尚未形成統一認可的結論。本文在確定等級標準時，主要基于以下幾點[11-12]：（1）絕對確定法，指借鑒采用已有的國際標準或國家標準的指標值；（2）相對確定法，指在綜述國內外研究現狀的基礎上，根據區域發展水平、區域環境背景和全國平均值等綜合確定；（3）替代法，指對那些較為重要但缺乏相關數據的指標，暫用近似或類似指標值替代；（4）專家咨詢法，對部分沒有參考標準的指標，通過咨詢相關領域的專家學者進行綜合判定。具體操作上，本文將海洋經濟開發活動的生態環境效應分為4個等級，即影響程度較小、影響一般、影響較大和影響極大，其描述及對應分值如表 3。

三、實證結果與分析

（一）山東省海洋經濟開發的生態環境效應評價及預測

2013—2020年山東省海洋經濟活動的生態環境效應預測模擬結果見圖1。

從圖1中可以看出，山東省自2000年以來，隨著海洋經濟開發的不斷深入，海洋生態環境狀況逐年惡化，生態環境效應綜合指數由2000年的0.3640上升到2012年的0.5146，沿海經濟活動對海洋生態環境的影響趨勢呈現從一般轉為較大，表明山東省海洋經濟活動對海洋生態環境的影響逐年加劇，這也與2000—2012年間山東省海洋經濟活動強度呈現明顯的正相關特征。

（二）山東省海洋經濟活動的生態環境效應評估子系統

山東省海洋經濟活動的生態環境效應的壓力子系統、狀態子系統和響應子系統的評價結果如圖2所示。

自2000年以來，海洋生態環境的壓力子系統的評價結果呈現遞減趨勢，表明人們對海洋資源的開發利用給海洋生態環境效應帶來的脅迫作用日益強烈，其中沿海人口密度的膨脹、海洋產業發展、沿海經濟開發活動等方面對海洋生態環境的影響較為顯著。加之生境失衡、海平面上升、海洋生態系統健康狀況下降及嚴重污染海域面積的擴大等脅迫因素給海洋生態環境帶來了極大壓力。

狀態子系統可以反映山東省海域生態環境質量狀況。2000—2012年，狀態子系統的評價值呈現遞減趨勢，表明海洋經濟開發活動與海洋生態環境質量呈現負相關關系，海洋經濟活動的不斷深入造成海洋生態環境質量的退化。對海洋生態環境狀態影響較大的因素主要有年均赤潮發生次數、生物多樣性及海水浴場健康指數。

響應子系統表明人類已經意識到海洋經濟活動給海洋生態環境造成的壓力，因而開始采取一系列措施進行彌補，改善近海海域生態環境狀況。2000～2012年山東省海洋經濟活動的響應子系統呈現穩步好轉的態勢，對海洋生態環境響應子系統影響較大的因素主要有海洋自然保護區面積、環保投入比重、海洋科技投入情況及出臺的海洋政策文件等。

四、結論與建議

通過分析山東省海洋經濟活動對海洋生態環境產生的效應，構建了海洋經濟活動生態環境效應評價指標，利用綜合評價指數法進行評價，同時運用BP神經網絡對山東省海洋生態環境效應的發展態勢進行預測。研究結果表明：1.2000—2012年，山東省海洋經濟活動給海洋生態環境帶來的影響由一般轉為較大且呈現逐步加大的趨勢，海洋生態環境綜合評價結果呈現惡化的態勢，但上升速度較為緩慢。且BP神經網絡的預測結果不容樂觀，海洋經濟活動對海洋生態環境的影響越來越強烈。2.隨著海洋生態問題的逐漸凸顯，各種響應措施也在不斷完善，響應子系統綜合情況逐漸好轉，但海洋經濟活動帶來的壓力子系統、狀態子系統發展態勢嚴峻，加之狀態對于響應措施的反映存在一定的滯后性，海域質量仍呈逐年退化趨勢。

為促進山東省海洋生態環境向好的趨勢發展，建議如下：

1.立足于山東省的資源、環境條件和區域功能逐步構建外來人口的調控機制，合理引導人口流向。

2.注重產業結構和區域經濟結構的優化調整，推動海洋產業發展由勞動主導型經濟向智力主導型經濟、工業生產型經濟向服務生產型經濟的海洋產業轉型升級，促進涉海就業。

3.積極推進海洋資源環境領域的科技創新，加強海洋生態建設、新能源開發、綠色生產等方面的科技攻關，鼓勵海洋技術創新。

4.加快海洋生態城市建設步伐，統籌改善海域生態環境，走資源節約與環境友好的可持續發展道路。

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[責任編輯 張桂霞]