環渤海地區海洋經濟發展水平與海域承載力耦合分析

鄭金花 ， 狄乾斌 ，b

（遼寧師范大學，a.城市與環境學院；b.海洋經濟與可持續發展研究中心，遼寧 大連 116029）

耦合是指兩個或兩個以上系統相互作用關系，區域經濟與生態環境兩個系統之間存在一定耦合關系。“環境庫茲涅茨曲線”（Environmental Kuznets Curve，EKC）理論體現環境質量與經濟發展過程中此消彼長、相互促進[1]?；诖死碚摚S多學者對經濟—生態環境承載力系統的耦合關系進行了研究：陳曉紅研究城市化與生態環境耦合脆弱性和協調性作用機制，得出城市化與生態環境耦合的協調性與脆弱性是在自然條件與孕災環境、人口素質與城市文明、產業升級與技術進步、制度創新與管理科學、系統自身恢復力等多種機制下共同作用發展的結論[2]。陳端呂、彭保發等對環洞庭湖區生態經濟系統耦合特征進行分析，結果表明環洞庭湖區生態經濟系統耦合水平由拮抗期過渡到磨合期，耦合作用不理想[3]?，斠翢崮饭披悺ひ烂鲗鞝柪帐谐鞘谢M程與生態環境的藕合進行分析，研究表明兩者之間耦合度呈一定線性上升趨勢[4]。王志紅對浙江省海洋產業集聚和環境資源系統耦合進行分析，結果顯示浙江海洋產業集聚與環境資源系統的耦合程度趨向于轉好，但是資源環境系統處于中度滯后狀態，將會制約海洋產業集聚的進一步發展[5]。杜湘紅分析水資源環境和社會經濟系統耦合度，并將耦合態勢分為倒U型、U型和單項遞增型三個類型[6]。張群分析了福建省海洋產業集聚和環境資源耦合狀況，結果表明耦合協調度水平總體趨勢向較高水平發展[7]。馬麗等對中國經濟與環境污染進行空間耦合分析，發現中國經濟環境系統整體上處于低耦合、低協調狀態，東部沿海地區的都市經濟區和中部重要人口產業集聚區耦合度和協調度相對較高，遠西部和東中部偏遠地區的耦合度和協調度相對較低[8]。總體上，這些研究主要以地區城市化質量和生態環境承載力耦合關系，或者某一單項海洋產業與生態環境之間關系的研究為主，對海洋經濟發展水平與海域承載力耦合關系研究甚少，僅有姜燁對廣東省海洋經濟發展水平與環境協調耦合進行分析研究[9]，缺乏對環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合關系研究。

我國是海洋資源大國，隨著海洋經濟日益發展，人口、環境、資源方面的壓力不斷增大，環境污染加劇，產業集約化程度低，地域空間差異顯著，海洋經濟發展與海洋生態環境承載力協調問題日益凸顯。環渤海地區作為我國經濟發展的第三增長極，其發展對我國北方地區經濟以及沿海地區海洋經濟有重大戰略意義。2017年4月1日，中央決定在河北雄安新區設立國家級新區，調整優化京津冀地區空間結構，培育創新驅動發展新引擎，促進環渤海地區經濟發展。同時，京津冀協調發展是當前三大國家戰略之一，因此環渤海地區海洋經濟發展水平與海域承載力綜合評價以及兩者之間耦合度分析對促進環渤海經濟區發展、帶動北方腹地發展具有重大意義。本文以環渤海地區三省一市為研究單元，選取2000—2014年相關數據，采用耦合度等模型對環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力系統進行時空序列耦合分析，提出符合地域特點的發展對策，以期能夠為環渤海地區海洋經濟可持續發展提供依據，促進京津冀地區協調發展，實現海洋經濟—環境全面協調優化。

1 研究區概況、研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

環渤海地區是我國重要的海洋經濟增長極，海岸線長6 924.2千米,是我國海岸線總長度的38.47%，2015年海洋經濟總產值為23 437億元，占全國海洋生產總值的36.2%。由于環渤海地區海洋資源開發不合理，發展模式比較傳統，粗放型和資源高消耗型產業比重大，造成環境污染嚴重，導致生態脆弱，經濟環境協調問題突出。

1.2 研究方法

1.2.1 耦合度模型

耦合是物理學范疇概念，借鑒物理學中容量耦合系數模型[10]，可將耦合度模型應用在海洋經濟系統與海洋生態環境系統中。耦合度模型[11]的計算公式如下：

為便于分析計算海洋經濟發展水平和海域承載力之間的耦合度，根據熊建新等[12]對洞庭湖生態承載力耦合協調度分析的成果，結合本文研究實際，分別建立海洋經濟發展水平評價函數 z（x）和海域承載力評價函數 h（y）：

式中：ai、bi分別表示海洋經濟發展水平和海域承載力指標權重，xi、yi分別表示海洋經濟發展水平和海域承載力指標標準化值，z（x）指數值越高，h（y）說明該區域海洋經濟發展水平越高；指數值越高，說明該區域海域承載力越強。二者之間耦合度模型，根據離散系數的原理可簡化為[13]：

式中：c為耦合度，k為調節系數。k的取值根據研究要素需要確定，本文取k=2。

借鑒劉耀彬[14]、陳端呂[2]對洞庭湖區生態經濟系統耦合特征的研究成果，本文對耦合度的類型及發展狀態和趨勢劃分如表1所示。

1.2.2 耦合協調度模型

耦合度能反映海洋經濟發展水平和海域承載力之間相互協調關系，但是不能反映兩者之間綜合效益和整體發展狀況。因此，需構造耦合協調度模型，以進一步體現海洋經濟發展水平和海域承載力綜合效益。根據周成等[15]對長江流域經濟—旅游—生態耦合協調研究，在海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度的研究中，構建如下模型：

式中：R為耦合協調度，C為耦合度，P為海洋經濟發展水平和海域承載力綜合效益評價指數，P=αz（x）+βh（y），α、β分別為海洋經濟發展水平和海域承載力權重，假設兩者重要性相同，α=β=0.5。

表1 海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度分類及狀態Tab.1 The classification and status of marine economic development level and the carrying capacity of marine space coupling

根據張群等[16]對海洋產業集聚和環境資源系統耦合協調度研究成果，以及李寶慶等[17]對長三角區戰略性產業與區域經濟耦合研究成果，對海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度劃分為以下類型（表2）。

表2 海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度等級與類型Tab.2 The coupling coordination degree level and types of marine economic development level and the carrying capacity of marine space

1.2.3 核密度估計

在概率論中，核密度用來估計未知的密度函數，是非參數檢驗方法之一[18]。對于一組數據x1，x2，x3，…，xn，核密度估計表達式為：

式中：核函數k是一個加權函數，包括高斯核、三角核、四次核等，依據分組數據的密集程度進行分組[19]。

本研究中，應用軟件進行估計，采用高斯函數：

核密度估計沒有確定的表達式，在研究中通常采取圖形對比的方式來考察其分布變化[20]。本文分別以海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度與耦合協調度為樣本點進行擬合作圖，基于所得圖形，從位置、形態、峰度等方面進行觀察，從而分析得出2000—2014年，環渤海地區海洋經濟發展水平與海域承載力耦合度以及耦合協調度的演變態勢。

1.3 指標體系

海洋經濟發展水平和海域承載力系統評價指標的建立遵循以下原則：①科學性，可獲得性，可操作性；②綜合代表性和特征顯著性；③動態性和穩定性相結合?；谏鲜鲈瓌t，參考已有研究成果[21]，結合環渤海地區實際發展狀況以及當前海洋系統發展特點，分別對海洋經濟發展水平和海域承載力建立指標體系，應用層次分析法和熵值法確定主客觀權重，乘法合成歸一化法[22]得出各個指標體系綜合權重（見表 3）。

表3 海洋經濟發展水平和海域承載力指標體系及權重值Tab.3 The index systems and weights of marine economic development level and the carrying capacity of marine space

1.4 數據來源與處理

以環渤海地區三省一市為研究對象，選取2000—2014年的相關數據，數據來源于2001—2015年的《中國海洋統計年鑒》《遼寧統計年鑒》《河北統計年鑒》《山東統計年鑒》以及各個省市國民經濟和社會發展統計公報[23]。為消除量綱，采用極值標準化法，對原始數據標準化，對于缺失數據，利用均值法處理。

2 環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合分析

2.1 海洋經濟發展水平與海域承載力指數綜合評價

選取環渤海地區三省一市2000—2014年海洋經濟發展水平和海域承載力共計24個單項指標數據，運用指標評價函數計算出環渤海各區2000—2014年海洋經濟發展水平指數x和海域承載力指數y（如圖1，2所示）。

圖1 環渤海地區海洋經濟發展水平指數Fig.1 The index of marine economy development level in Round-the-Bohai Region

圖2 環渤海地區海域承載力指數Fig.2 The index of the carrying capacity of marine space in Round-the-Bohai Region

結果顯示：

（1）環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力走勢一致，整體微增，局部突變，海域承載力變化較平緩。

環渤海地區海洋經濟發展水平逐年增長，2000—2005年增長趨勢緩慢，天津發展水平較高，其它三省區域間差異較小。2006年之后，海洋經濟發展水平增長較快，區域間差異顯著，2006年變差系數最小為0.165，之后，呈階梯等級分布，天津＞山東＞遼寧＞河北，之后不斷增大，保持平穩。15年來增長率分別為遼寧（16.68%）、河北（97.27%）、天津（200.32%）、山東（431.04%）?！笆濉逼陂g，國家開始提倡大力發展海洋經濟，開發海洋資源，提高海洋經濟發展水平，天津依托于港口城市率先發展，其它地區由于基礎薄弱而發展緩慢?！笆晃濉睍r期，國家開始實施節能減排政策，注重綠色發展，不同地區分別制定符合當地特色的經濟發展方案，山東發展注重海洋科技提升，海洋經濟水平得到迅速提升，遼寧與河北由于重工業基礎雄厚，海洋產業結構以第一、二產業為主，海洋經濟發展水平相對落后。

環渤海地區海域承載力整體水平較低，變化趨勢緩慢，空間格局分異顯著，天津（0.281）和山東（0.280）海域承載力大于遼寧（0.156）和河北（0.151）。由變差系數變化圖可知（圖3），相對差異保持平穩，分布在0.5左右。天津和山東領先于其它地區，反應了天津和山東海洋產業結構較合理，集約化程度較高的海洋經濟發展模式；遼寧和河北發展模式粗放，需要進一步調整，引導產業向集約化模式發展。

圖3 環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力指數變差系數Fig.3 The coefficient of variation of sea economic development level and bearing capacity index around in the Round-the-Bohai Region

（2）環渤海地區的海洋經濟發展水平指數普遍高于海域承載力強度指數。

限于篇幅選取“十一五”“十二五”“十三五”首年2001年、2006年、2011年和最新研究數據年份2014年為截面數據進行研究，應用環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力截面數據制作雷達圖（圖4），結果顯示：2001年，河北和遼寧海洋經濟發展水平指數高于海域承載力強度指數，天津、山東海洋經濟發展水平指數低于海域承載力強度指數；2006年，除山東兩者持平外，其它地區海洋經濟發展水平指數均高于海域承載力強度指數；2011年以及2014年，環渤海地區海洋經濟發展水平指數全部高于海域承載力強度指數，而且兩者差距逐漸增大。說明海洋經濟發展水平相對于海域承載力的雷達圖向外擴充速度較快，2001年環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力指數平均值分別為0.147和0.153，2014年環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力指數平均值分別為0.445和0.234，海洋經濟發展水平的提升幅度大于海域承載力的增強幅度。

2.2 海洋經濟發展水平與海域承載力時間序列耦合協調分析

根據耦合度模型和耦合協調度模型計算出環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度與耦合協調度指數，應用核密度估計法，分別繪制環渤海地區2000—2014年海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度與耦合協調度指數核密度估計分布圖（圖5，6），以2001、2006年、2011年、2014年為截面數據進行核密度估計分析。

2.2.1 海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度

（1）從位置來看，2000—2014年，環渤海地區海洋經濟發展水平與海域承載力耦合度指數峰度位置變化不大，在0.878～0.967之間微小波動，說明2000年以來，兩者耦合度水平屬于中—高水平耦合類型。

圖4 環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力綜合評價指數值（2001年、2006年、2011年、2014年）Fig.4 The comprehensive evaluation index of economic development level and the carrying capacity of marine space in Round-the-Bohai Region(2001,2006,2011,2014)

圖5 耦合度的核密度分布Fig.5 Kernel density estimation distribution of coupling degree

圖6 耦合協調度的核密度分布Fig.6 Kernel density estimation distribution of coupling coordination degree

（2）從形狀來看，主峰附屬個別小峰，說明環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度較集中，屬于高耦合水平，個別地區集中在低耦合水平狀態，尤其以2001年較為顯著。

（3） 從峰度來看，2001年峰度較大，分布集中，2006年峰度最小，趨于平穩，之后趨于中等峰度，說明2000年以來，環渤海地區耦合度水平差距由大減小，耦合度水平整體趨于均衡，各地區經過生態治理，綠色發展，在耦合水平方面取得顯著成效。

2.2.2 海洋經濟發展水平與海域承載力耦合協調度

（1）從位置上看，選取4年截面數據，核密度函數曲線呈整體逐年向右移動的態勢，說明兩者之間的耦合協調度逐年趨于良好耦合效益水平。

（2）從形狀上看，海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度整體呈單峰分布，主要集中在中等協調水平，2006年出現三峰分布，出現輕微三極分化，說明兩者之間的耦合度出現三極分化形勢，耦合協調度水平分類較為顯著，這種現象隨后減緩。

（3）從峰度上看，兩者之間的耦合協調度整體呈現寬峰狀態，坡度較為和緩，密度較低，說明環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度層次分明，即從良好協調水平、中等協調水平、初等協調水平均有分布。耦合協調度主要集中在0.604～0.749之間，總體處于初中等協調水平。

2.3 海洋經濟發展水平與海域承載力空間序列耦合協調分析

選取2014年環渤海地區海洋經濟發展水平與海域承載力耦合度和耦合協調度截面數據進行空間分析，得到海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度與耦合協調度指數及其類型（表 4）。

（1） 根據表4中的數據，除河北（0.776）處于海洋經濟和環境磨合期外，遼寧（0.910）、天津（0.907）、山東（0.938）海洋經濟發展水平和海域承載力總體處于高水平耦合階段，接近良性共振耦合水平，表明海洋經濟發展水平逐步提高，追求海洋經濟數量的同時，更注重海洋經濟質量。海洋生態修復投入大量資金、技術，海域承載力逐步增強，最終實現“經濟—生態—社會”系統高度耦合。河北耦合度值較低，海洋經濟發展基礎薄弱，以高消耗、高污染產業占比大，經濟發展破壞海域環境，同時生態環境破壞制約海洋經濟的發展，使得兩者處于磨合階段。

表4 2014年環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調及分類Tab.4 Marine economic development level and the carrying capacity of marine space coupling coordination and classification in Round-the-Bohai Region in 2014

（2）海洋經濟發展水平和海域承載力耦合協調度范圍在0.620～0.797之間，河北（0.620）處于初等協調水平，遼寧（0.732）、山東（0.794）、天津（0.797）處于中等耦合協調水平，環渤海地區四省市均屬于海洋經濟發展水平占主導地位的耦合發展類型。河北海洋經濟發展水平低，基礎設施不完善、海洋經濟規模小，產業結構單一，環保監測系統不完善，有待進一步解決。遼寧處于東北老工業基地，重工業基礎良好，發展歷史悠久，設施較完善，高新技術產業有待提高。天津、山東擁有大型優良港口，交通便利，擁有海洋專業高等院校和科研機構，掌握先進技術和智能化環境治理設備，海洋經濟與環境處于協調發展水平。

圖7 環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力及耦合度與耦合協調度空間格局圖Fig.7 The spatial pattern figure of marine economic development level and the bearing capacity of waters and the coupling and coupling coordination degree in Round-the-Bohai Region

3 結論與建議

3.1 結論

海洋經濟發展以海域環境為載體，在經濟發展過程中，兩者之間耦合度及耦合協調度，均有不同程度的時空差異。通過分析，本研究得出以下結論：

（1）環渤海地區海洋經濟發展水平不斷提高，區域差異趨于穩定狀態，海洋經濟發展水平呈現“天津＞山東＞遼寧＞河北”的階梯狀分布，海域承載力處于低水平狀態，變化較小，天津、山東領先于遼寧和河北，該地區海洋經濟發展水平的提升幅度高于海域承載力的增強幅度。

（2）時間序列上，環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度較高，處于高水平耦合，耦合度分布集中程度隨年份增長呈“U”型結構，耦合協調度處于初中等水平，且協調水平不斷提高。

（3） 2014年環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力耦合度與耦合協調度空間差異顯著，河北處于磨合期初等耦合協調水平，遼寧、天津、山東處于高耦合水平中等協調水平。環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力及其耦合協調水平均有待于提高。

3.2 建議

海洋經濟的發展要充分兼顧海洋資源和生態環境承受能力，在海域承載力范圍內，實現海洋經濟效益最大化，從而實現海洋經濟發展水平和海域承載力高水平耦合、均衡協調發展。

針對高速鐵路鋼軌波磨的自身特點，指出了現有波磨理論的局限性，結合國內高速鐵路現場調查結果，提出波磨主要源自車輪和鋼軌在軌道不平順處產生的高頻接觸振動和黏滑振動的共同作用，預防和減緩波磨應從消除軌道不平順和抑制振動方面入手。此外，鋼軌的材質也會影響波磨的形成和發展。以上分析為治理高速鐵路鋼軌波磨提供了理論依據。

（1） 注重海洋經濟發展質量，提高海域承載能力，實現海洋經濟與環境優化同步發展。根據環渤海地區海洋經濟發展水平和海域承載力現狀，實現兩者同步發展，需要引進先進生產技術、經營理念，增加高科技、高附加值、低污染的海洋產業比重，積極發展循環經濟和低碳經濟，注重環境友好型和集約型經濟的發展。

（2）加強海洋科技創新體系建設，充分發揮海洋科技創新在海洋經濟—環境系統中的作用，以科技促進海洋經濟水平發展。“十三五”期間，青島基于海洋國家實驗室、國家深海基地等已有的高端資源，建立青島國家海洋科學中心，促進各類海洋科研資源高效匹配、協同創新、充分發揮聚集效應，提升創新基礎能力，帶動我國環渤海地區海洋科技創新，以實現海洋產業優化升級和海洋經濟高效發展。

（3）提高海洋經濟綜合效益，縮小環渤海地區海洋經濟與海域承載力的差異。針對不同省市區海洋經濟發展水平與海域承載力發展態勢及其耦合規律，制定符合區域特色發展戰略，以提高環渤海地區“經濟—環境—社會”系統綜合效益。山東和天津擁有雄厚的海洋經濟實力，海洋產業結構優化水平較高，科技水平領先，海洋油氣資源豐富，新興產業比重高，可以引領帶動環渤海地區經濟水平發展；遼寧海洋資源稟賦、基礎設施、國際競爭力較均衡，需要積極調整海洋產業結構，引導粗放型產業向集約型發展，注重海洋生態環境保護；河北海洋經濟發展水平低，海洋經濟規模小，是重點關注對象，需要加強海洋基礎設施建設，完善海洋經濟體制。不同區域，需結合自身特點，發展海洋經濟，提高海域承載力，增強綜合實力，實現海洋經濟發展水平和海域承載力高度耦合良好協調水平發展，促使環渤海地區海洋系統整體效益提升。

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