中國近岸海域環(huán)境質(zhì)量演變及驅(qū)動(dòng)因素研究

(遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,遼寧 大連 116029)

1 引言

我國擁有1.8萬km的海岸線和約300萬km2的海洋國土面積。改革開放40年來,我國沿海地區(qū)已經(jīng)形成了以重點(diǎn)海域?yàn)橐劳械难睾＝?jīng)濟(jì)帶，但是目前我國海洋管理并不完善,海洋資源的不合理開發(fā)導(dǎo)致海洋環(huán)境破壞與資源浪費(fèi),海洋環(huán)境問題越來越成為建設(shè)海洋強(qiáng)國的瓶頸和發(fā)展短板。2018年十九大報(bào)告將建設(shè)海洋強(qiáng)國從生態(tài)文明建設(shè)向現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系轉(zhuǎn)變,對(duì)我國海洋環(huán)境開發(fā)與保護(hù)的重視已提升到空前的戰(zhàn)略高度。因此,研究海洋生態(tài)環(huán)境演變及其影響因素對(duì)促進(jìn)我國海洋可持續(xù)發(fā)展、加快建設(shè)海洋強(qiáng)國具有重要的戰(zhàn)略意義。

目前國內(nèi)外關(guān)于水環(huán)境的研究主要集中在以下三個(gè)方面:①水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。國內(nèi)外對(duì)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究大致分為化學(xué)方法和生物方法兩大類：化學(xué)方法主要包括單維度單項(xiàng)指標(biāo)和多種指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法,如ArcGIS技術(shù)、模糊評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法、熵值法等方法[1-5]；生物學(xué)方法[6]則主要通過生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化來確定生物指標(biāo)，反映環(huán)境質(zhì)量。②水環(huán)境影響因素。國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和城市發(fā)展對(duì)海洋環(huán)境的影響。例如，國外學(xué)者Alberti等[7]通過研究發(fā)現(xiàn),隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,區(qū)域水文污染指標(biāo)呈現(xiàn)出退化的趨勢;Mihailov G[8]采用回歸方法,研究了黑海海灣中金屬污染對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響。國內(nèi)學(xué)者董偉等運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)我國長江上游水源涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)安全影響因素進(jìn)行了關(guān)聯(lián)度綜合分析[9]。③水環(huán)境優(yōu)化調(diào)控。國內(nèi)葉龍浩、周豐等學(xué)者基于水環(huán)境承載力核算模型,通過SD模型對(duì)約束指標(biāo)的敏感度進(jìn)行了分析,找到了關(guān)鍵的影響因子,提出優(yōu)化調(diào)控方法并應(yīng)用于沁河流域系統(tǒng)[10];全華等學(xué)者基于水環(huán)境因子的動(dòng)態(tài)閾值調(diào)控模型,提出了最優(yōu)調(diào)控方案,使風(fēng)景區(qū)河段的水環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定與協(xié)調(diào)的狀態(tài)[11]。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于水環(huán)境的相關(guān)研究已頗有成就,但還是難以全面反映環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況,因此本文進(jìn)行了補(bǔ)充:①采用可變模糊識(shí)別模型,通過變化模型及其參數(shù),將模糊綜合評(píng)價(jià)模型、理想點(diǎn)模型、Sigmoid型函數(shù)、模糊優(yōu)選模型4種數(shù)學(xué)模型組合起來,對(duì)我國沿海11省市的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,以提高環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的科學(xué)性、可靠性和等級(jí)評(píng)價(jià)的可信度。②采用地理探測器模型的最大優(yōu)勢在于沒有過多的假設(shè)條件,可有效克服傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析方法處理類別變量時(shí)對(duì)假設(shè)條件和數(shù)據(jù)要求多的局限性[12],既可以檢驗(yàn)單變量的空間分異性,也可以通過檢驗(yàn)兩個(gè)變量空間分布的一致性來探測兩變量之間可能的因果關(guān)系。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 可變模糊識(shí)別法

可變模糊識(shí)別理論及其方法體系是由我國大連理工大學(xué)陳守煜教授創(chuàng)立的[13],其核心是對(duì)相對(duì)隸屬函數(shù)、相對(duì)差異函數(shù)和模糊可變集合的概念進(jìn)行定義,主要是描述實(shí)物兩邊與質(zhì)變時(shí)的數(shù)學(xué)語言和量化工具,其模型為:VA(u)=1/[1+(dg/db)a]。

2.2 地理探測器模型

地理探測器模型方法是由王勁鋒[14]等建立的,應(yīng)用于地方性風(fēng)險(xiǎn)性疾病和其他與地理相關(guān)的影響因素方面的研究[15],包括風(fēng)險(xiǎn)探測、生態(tài)探測、因子探測和交互探測4部分。本文主要用因子探測器進(jìn)行探測,通過P值變化來分析變量的影響程度。因子探測器是探測某因子X在多大程度上解釋了目標(biāo)屬性Y的空間分異,用因子解釋力PD,H進(jìn)行判斷;PD,H的值域?yàn)閇0,1],P值越大,說明對(duì)目標(biāo)屬性Y的解釋力就越大,Y的空間分異性就越明顯。

PD,H的計(jì)算公式為:

(1)

(2)

式中,h=1,…,L為變量Y或因子X1分層;Nh和N分別為層和全區(qū)單元數(shù);SSW和SST分別為層內(nèi)方差之和與全區(qū)總方差;D為影響因子;H為目標(biāo)海洋環(huán)境質(zhì)量的空間變化值;PD,H為D對(duì)H的解釋力。

2.3 數(shù)據(jù)來源

文中所有數(shù)據(jù)均來源于2007—2017的《中國海洋統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國國土資源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》,以及各省市的環(huán)境質(zhì)量公報(bào)。

3 指標(biāo)選取和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

在參考相關(guān)研究成果并結(jié)合我國海洋環(huán)境狀況與數(shù)據(jù)獲取難度,本文從污染排放、污染治理、污染面積和環(huán)保投資5個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)[16],遵循指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性、可操作性、層次性、目標(biāo)導(dǎo)向性等原則,將海洋環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、要素層、指標(biāo)層3個(gè)層次,共選取8項(xiàng)指標(biāo)(表1)對(duì)我國沿海11個(gè)沿海省市海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 我國海洋環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文根據(jù)全國海洋環(huán)境指標(biāo)狀況,同時(shí)參照國內(nèi)其他沿海經(jīng)濟(jì)帶的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合實(shí)際情況確定了我國沿海11個(gè)省市的海洋環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),見表2。

表2 海洋環(huán)境質(zhì)量特征值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 影響因素指標(biāo)選取

本文立足于地理學(xué)中的機(jī)理—響應(yīng)研究范式,基于海洋環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制原理來尋求影響海洋環(huán)境質(zhì)量的相關(guān)影響因子,并通過地理探測器空間技術(shù)模型來識(shí)別最重要的影響因子。從圖1可見,陸地系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)和綜合治理系統(tǒng)共同作用于海洋環(huán)境系統(tǒng),而陸地系統(tǒng)和海洋系統(tǒng)又通過大氣循環(huán)和水循環(huán)而形成相互作用。

圖1 海洋環(huán)境污染相關(guān)關(guān)系機(jī)理

考慮到數(shù)據(jù)獲取的難易程度和數(shù)據(jù)全面性、影響程度是否顯著等原因,本文分別選取了科技水平(x1)----科研經(jīng)費(fèi)、科研機(jī)構(gòu)、科研人員總和;環(huán)境規(guī)制(x2)----環(huán)境保護(hù)投資額(萬元);經(jīng)濟(jì)效率(x3)----海岸線經(jīng)濟(jì)密度(億元/km);經(jīng)濟(jì)規(guī)模(x4)----海洋經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增加率(%);工業(yè)污染(x5)----第二產(chǎn)業(yè)比重(%);廢水污染(x6)----工業(yè)廢水量+生活污水量(萬t);農(nóng)業(yè)污染(x7)----農(nóng)用化肥量/農(nóng)作物播種面積(萬t/103hm2);單位面積海產(chǎn)養(yǎng)殖量(x8)----海產(chǎn)養(yǎng)殖量/海產(chǎn)養(yǎng)殖面積(萬t/hm2);城市化率(x9)----城鎮(zhèn)人口/總?cè)丝?%)共9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究。

4 結(jié)果及分析

本文運(yùn)用陳守煜教授提出的可變模糊評(píng)價(jià)模型,計(jì)算了海洋環(huán)境質(zhì)量的相對(duì)隸屬度,得到評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 2006—2016年沿海11省市海洋環(huán)境質(zhì)量特征值

4.1 海洋環(huán)境質(zhì)量時(shí)間變化

由表3可知,2006—2016年我國海洋環(huán)境質(zhì)量水平呈現(xiàn)先上升后下降再上升的三階段發(fā)展趨勢。第一個(gè)階段為2006—2011年的上升階段,環(huán)境質(zhì)量水平從2006年的2.20上升到2011年的1.66,年均上升率為4.90%;2006—2010年是我國海洋“十一五”規(guī)劃階段,規(guī)劃期間海洋由粗放式生產(chǎn)方式逐漸找到各省的發(fā)展優(yōu)勢和劣勢,加上對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,重視科技發(fā)展和實(shí)施海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策,海洋環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善,到2011年海洋環(huán)境質(zhì)量特征值為1.66,達(dá)到近年來的高水平階段;2011—2015年為我國“十二五”規(guī)劃期,由于本次規(guī)劃在上次的基礎(chǔ)上加大了對(duì)海洋的開發(fā)力度,追求海洋生產(chǎn)方式的多元化,海洋經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展,但與海洋環(huán)境質(zhì)量保護(hù)不同步,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷加劇，導(dǎo)致海洋環(huán)境惡化,造成2012年的海洋環(huán)境較上一年下降了0.3%;2012年后我國調(diào)整了發(fā)展戰(zhàn)略,強(qiáng)調(diào)綜合重點(diǎn)整治海洋環(huán)境,尤其是加強(qiáng)對(duì)直接排入海中的污染源進(jìn)行監(jiān)管與調(diào)整,改善海洋生態(tài)環(huán)境,提高海洋環(huán)境質(zhì)量,該期間海洋環(huán)境保護(hù)投資占GDP的比重有所提高,海洋環(huán)境建設(shè)取得了明顯成效,直接排入海中的廢水量由13.17×108t減少到10.38×108t,工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率由95.09%上升到96.87%。

4.2 海洋環(huán)境質(zhì)量空間分布

從圖2可知,我國沿海地區(qū)海洋環(huán)境質(zhì)量的地區(qū)差異明顯,整體上分3個(gè)水平。其中,天津市、上海市作為最早的沿海開放城市,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高,科技水平和利用率也高,入海污染物受到有效控制,固體廢棄物和廢水處理率都達(dá)90%以上,環(huán)境保護(hù)投資占全省GDP的比重大。相對(duì)而言,海南省作為我國的旅游大省,第三產(chǎn)業(yè)比重高,生態(tài)環(huán)境保護(hù)投資力度大,海南省用3—5年?duì)I造了沿海基干林帶面積1.02萬hm2,重建了“海島綠色長城”,在我國沿海省市海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作方面居于全國的最高水平。

圖2 沿海11個(gè)省(市)海洋環(huán)境質(zhì)量

河北省、山東省、福建省、廣東省海洋環(huán)境質(zhì)量屬于中等水平,河北省在京津冀一體化過程中,科研投入和利用率不斷提高。山東省憑借自身強(qiáng)大科研實(shí)力,以及國家提出打造“山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)”的國家策略,海洋環(huán)境質(zhì)量有明顯改善。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,河北省第二產(chǎn)業(yè)占比超過50%,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)海洋造成一定的污染。福建省、廣東省氨氮排放總量較大,且2006—2016年氨氮排放總量增長速度平均為80%。近年來,這些地方以近岸海域污染防治為重點(diǎn),嚴(yán)格控制陸源污染,強(qiáng)化了工業(yè)廢水直接排海的點(diǎn)源控制,工業(yè)廢水廢棄物達(dá)標(biāo)率達(dá)到82%,確保了近岸海域達(dá)到環(huán)境功能區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)。

遼寧省、江蘇省、浙江省、廣西壯族自治區(qū)等地海洋環(huán)境質(zhì)量水平較低,江蘇省、浙江省人均污染嚴(yán)重,氨氮排放總量大,海洋環(huán)境污染最嚴(yán)重;遼寧省、廣西壯族自治區(qū)的環(huán)保投資較低,多年平均值僅有1%左右,海洋污染未得到有效治理,海洋環(huán)境承載力低,海洋環(huán)境質(zhì)量也未得到有效改善,導(dǎo)致發(fā)展水平最低。

4.3 海洋環(huán)境質(zhì)量的影響因素分析

本文將選取的9個(gè)影響因子和2006—2016年海洋環(huán)境質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理探測器模型，見表4。因子探測結(jié)果中影響力q值(q值越大,說明該因子對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響力越大;q值越小,說明該因子對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響力越小)表示各影響因素對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量影響程度的大小。

表4 不同年份各影響因素作用強(qiáng)度的變化趨勢

從表4可見,不同時(shí)期影響海洋環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)因素作用不同,造成海洋環(huán)境質(zhì)量空間差異的主要因素發(fā)生了明顯變化。從影響力度q值大小來看,經(jīng)濟(jì)效率(x3)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模(x4)的平均影響值小于0.5,影響不顯著,其他因子的平均影響值均大于0.5,說明這幾個(gè)影響因子對(duì)不同時(shí)期的海洋環(huán)境呈不同的影響力。經(jīng)濟(jì)規(guī)模與經(jīng)濟(jì)效率對(duì)海洋環(huán)境的影響是間接通過海洋經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值增加率的變化而影響海洋科技水平、污染治理投資、污染物達(dá)標(biāo)排放處理能力等,所以對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響不明顯。

總體來看,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)濟(jì)效率、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、農(nóng)業(yè)污染和單位面積海產(chǎn)養(yǎng)殖量的影響強(qiáng)度在減弱且變化明顯,科技水平、環(huán)境規(guī)制、工業(yè)污染、廢水污染的影響強(qiáng)度略有變化但不顯著?？萍妓綄?duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響存在一定的時(shí)間滯后性,且科技成果具有周期性的特點(diǎn),尤其在“十二五”過后平均人均海洋科研經(jīng)費(fèi)占總產(chǎn)值的比重上升為4.5%,對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)緩慢但持續(xù)帶動(dòng)增長的效應(yīng),總體上科技水平的影響力仍很大,強(qiáng)化海洋科技創(chuàng)新推動(dòng)核心產(chǎn)業(yè)科技化、普遍化是提高海洋環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵;環(huán)境規(guī)制一直起到約束和限制海洋污染物的重要作用,環(huán)境保護(hù)投資額以平均每年10%的速度增長,對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量有明顯的影響;2006—2010年“十一五”期間,相關(guān)產(chǎn)業(yè)被嚴(yán)格限制污染物排放量和污水排放達(dá)標(biāo)率,2010年廢水直接入海量為1.03801×105t,比2006年平均減少了5.3%,取得了明顯成效。隨后我國新一輪“十二五”規(guī)劃加快了海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,造成海洋環(huán)境污染管理松懈,廢水污染物增加,顯著影響到海洋環(huán)境質(zhì)量發(fā)展。海產(chǎn)養(yǎng)殖作為海洋系統(tǒng)的一部分,對(duì)海洋環(huán)境一直存在一定的影響。其中,工業(yè)污染(q值為0.8897)2016年上升為最主要的影響因素,城市化率的影響作用較穩(wěn)定。全年大于0.5的平均影響值按從大到小依次是:X5、X2、X7、X6、X9、X1,原因可能是2006—2016年受我國“十一五、十二五”規(guī)劃的影響,政府加強(qiáng)了對(duì)海洋的綜合管理,對(duì)相關(guān)領(lǐng)域做出不同程度的調(diào)整。2008年各影響因素由于受到全球金融危機(jī)的影響,導(dǎo)致2009年各因子的影響力值呈下降趨勢。其中,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在2006初期的矛盾突出,占比為1∶3∶2,傳統(tǒng)的資源消耗性產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位,且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式粗放,對(duì)海洋環(huán)境造成很大污染,所以工農(nóng)業(yè)對(duì)海洋環(huán)境的污染嚴(yán)重。歷經(jīng)2006—2015年我國“十一五、十二五”規(guī)劃的影響,海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈積極的變化,由資源消耗為主向海洋服務(wù)為主轉(zhuǎn)變,農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高和科技應(yīng)用的成效顯著,單位農(nóng)用化肥量平均減少了0.3%/hm2,污染狀況明顯減輕。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎厣仙?城市化污染排放物受同時(shí)期經(jīng)濟(jì)和科技的影響,對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量的影響較穩(wěn)定且影響明顯。

5 結(jié)論

本文運(yùn)用可變模糊模型對(duì)我國沿海11個(gè)省市的海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著時(shí)間的推移我國海洋環(huán)境質(zhì)量水平總體向良性轉(zhuǎn)變,海南、天津、上海對(duì)外開放早，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),入海污染物得到了有效控制,海洋環(huán)境質(zhì)量水平有一定提高;河北、山東、福建、廣東屬于海洋環(huán)境質(zhì)量中等水平的地區(qū),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技投入等海洋管理問題都有待加強(qiáng);江蘇、浙江人均污染物排放量多,遼寧、廣西的環(huán)保投資較低,污染物未得到有效控制,內(nèi)部差異顯著,海洋環(huán)境質(zhì)量水平低。另外，因子探測結(jié)果顯示:影響因子中經(jīng)濟(jì)效率、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和海水養(yǎng)殖量對(duì)海洋環(huán)境影響不顯著,工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染和環(huán)境規(guī)制對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量影響最明顯。

6 對(duì)策建議

通過以上分析,本文對(duì)我國沿海11個(gè)省市的海洋環(huán)境質(zhì)量提出以下對(duì)策建議:天津、上海作為海洋環(huán)境質(zhì)量高水平城市,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)合理,但第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的海洋科研教育等比重需要加強(qiáng),海洋環(huán)保形勢仍較嚴(yán)峻,海洋基礎(chǔ)管理有待加強(qiáng);海南應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)國際旅游島建設(shè),打造低碳海南,將生態(tài)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢;河北、遼寧的海洋環(huán)境質(zhì)量水平較低,應(yīng)加強(qiáng)與臨近海洋強(qiáng)省----天津和山東的交流合作,降低第二產(chǎn)業(yè)的比重,擴(kuò)大海洋高端制造業(yè)和海洋第三產(chǎn)業(yè)的比重,通過提高海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中高層次科技產(chǎn)品的比重和工農(nóng)業(yè)污染物數(shù)量的減少來提高海洋環(huán)境質(zhì)量[17];江蘇、浙江雖然為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省,但海洋環(huán)境質(zhì)量水平一般,應(yīng)充分利用位于長三角的區(qū)位優(yōu)勢,加快區(qū)域海洋科技信息平臺(tái)建設(shè),提升海洋科技的輻射能力、擴(kuò)散效應(yīng)和功能效應(yīng),促進(jìn)海洋環(huán)境的改善,推進(jìn)實(shí)施科技興海戰(zhàn)略,同時(shí)注意對(duì)人均污物排放量的控制,提高污水排放達(dá)標(biāo)率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。福建、廣東、廣西占據(jù)珠三角的區(qū)位優(yōu)勢,資源豐富,但資源利用率低,產(chǎn)業(yè)層次需要進(jìn)一步提升,提高海洋資源的開發(fā)深度,海洋科技轉(zhuǎn)化成果和產(chǎn)業(yè)化有待加強(qiáng),推廣海洋健康

合理的養(yǎng)殖,避免海水富營養(yǎng)化,加強(qiáng)海洋環(huán)保投資和排污量的控制。