深圳海域資源環境承載力評價研究

黨二莎 ，褚艷玲 ，田翠翠 ，賴梅東 ，趙振業 ，陳 蕓 ，楊青云

（1. 深港產學研基地，廣東 深圳 518057；2. 深圳市源清環境技術服務有限公司，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地的紐帶和橋梁，在深港經濟合作體系中發揮的作用越來越重大。然而，隨著陸地資源短缺、人口數量快速增長以及生態環境惡化等問題的不斷出現，人類開始把注意力轉向對海洋資源的開發利用上。海洋資源過度地開發與利用，導致海水水體污染、生物資源銳減及典型生態系統破壞等問題明顯，海洋生態環境承受的壓力日益加大，部分海域環境狀況已處于超載狀態[1-3]。

承載力研究作為衡量海洋可持續發展的主要手段之一，其對于海洋資源環境保護與海洋經濟兩者的和諧發展至關重要。目前，國內外關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《資源環境承載能力監測預警技術指標體系和技術方法指南》（試行），將海洋資源環境承載力分為海岸線資源環境承載力、生物與生態資源承載力、漁業資源承載力和海島資源承載力4 類分別進行分析與評價[4]；另一種是采用PSR模型、狀態空間模型、模糊評價法等方法構建指標體系對區域海洋環境承載力進行評估[5-7]，這類方法綜合性強，適用范圍廣，評價結果更精準，是目前海洋環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上，根據深圳海域的實際情況進行實踐應用研究，一方面可與國內外其他海域的承載力狀況進行對比分析，另一方面可為相關部門制定管理措施提供數據支撐和科學依據。

1 研究方法

1.1 數據來源

本文選取了深圳市2013—2017 年5 年數據，包括統計數據與遙感數據。統計數據來源于2013—2017 年深圳市發布的統計年鑒，環保、水文等相關部門發布的統計公報[8-10]，涵蓋人口、社會經濟、資源環境等領域。衛星遙感數據主要以深圳市的2008年、2015 年、2016 年、2017 年等 4 個時期的 Landsat遙感影像為基礎，所獲取的影像云覆蓋面積較少。通過對各期影像進行幾何校正，以經過幾何精矯正的2015 年Landsat8 影像為基準對所使用的其他影像進行配準，經對比分析，配準后的衛星遙感影像空間定位誤差均小于一個像元，無期影像均采用WGS-84 坐標系。

1.2 評價指標體系構建

根據社會經濟發展、海洋資源配置和海洋生態環境納污之間平衡與協調關系，海洋資源環境承載力的內涵包括兩個層面：一是海洋的自我維持與自我調節能力，表現為海洋資源的可持續供給能力與海洋生態環境支撐能力，此為海洋資源環境承載力的承壓部分，對應的指標為承壓指標；二是人類社會及海洋產業規模或沿海社會經濟系統的發展能力，此為海洋資源環境承載力的壓力部分，對應的指標為壓力指標。而狄乾斌[11]在其論文《海域承載力的理論、方法與實證研究—以遼寧海域為例》中構建了海域承載力指標體系，從人類經濟活動、海洋自然資源儲備及海洋環境容量3 方面，分別設計壓力類、承壓類和區域交流類3 類評價指標。壓力類指標反映海洋面臨人類開發承受的壓力狀況；承壓類指標表示海洋現實狀況以及人類開發的潛在承載力；區域交流類指標反映在人流、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，經實地調研及多重共線性分析、主成分分析等方法，基于指標獨立性、代表性、可操作性等原則，并結合專家咨詢的方式，最終選取了7 類、22 項指標對深圳市海洋資源環境承載力進行較為全面的分析評價（表1）。

表1 深圳海域資源環境承載力評價指標體系

1.3 指標賦權

指標在評價體系中的重要程度和貢獻大小，直接影響到評價的結果。本文采用熵值法對深圳市海洋環境承載力指標權重進行計算。熵是對系統狀態不確定性的一種度量。通過熵值法得到各個指標的信息熵，信息熵越小，信息的無序度越低，其信息的效用值越大，指標的權重越大。

將各指標同度量化，構建其數據矩陣為A，如下：

其中，xij為最值差值法劃歸為[0，1]后的標記數據，各個原始值同最值的間距與最值差的比值即為標記數據，各指標的比重Pij計算如公式（1）所示：

熵值ej計算公式為為常數。

如果xij對于給定的j 全部相等，則有以下：

此時ej取極大值klnm，設則 0 則 ej＜1。

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

定義指數權重數，計算如公式（4）所示：

依照上文中的公式，計算得到深圳海域環境承載力評價各項指標權重值，見表2。

1.4 海洋生態環境承載力評價模型

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

表2 各項指標的熵值、差異性系數和客觀權重

構建一個n 維狀態空間，海洋生態環境的承載力以狀態空間中的矢量模來表示，即空間中狀態點與系統原點構成的矢量。海洋生態環境承載力（CCMEE）是對各狀態維加權綜合而成的統一指數，其計算如公式（5）所示：

在對數據預處理之后，理想狀態指標處理后得到的指標數值為 1，1，1，……，1（n 個），則理想狀態下海洋資源環境承載力計算如公式（6）所示：

資源、環境、社會經濟作為一個復雜的體系，臨界值是一個相對的概念，具有模糊性和波動性，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變動情況及相關性分析，本文參照王開運[14]在復合模型系統中將承載標準的容差設定為0.3，即在即當CCMEE≥1.2，海洋生態環境處于超載狀態；當0.9≤CCMEE＜1.2，海洋生態環境處于滿載狀態；當CCMEE＜0.9，海洋生態環境處于可載狀態。

1.4.2 理想值確定 指標理想狀態值的確定要考慮兩方面的因素：一是必須以區域海洋資源、生態和環境可持續發展的角度考慮，既要保證區域社會經濟發展，人民生活質量提高，又要保護好海洋生態與環境的質量；二是要從政策的角度考慮，如區域內未來一定時期內的經濟發展和環境保護的目標。理想值確定的方法主要有問卷調查法、標準法、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境承載力各項指標的理想狀態。

1.4.3 指標標準化 由于指標體系中各指標的類型復雜，且不同指標的量綱不同，為使評價指標具有可比性和可度量性，需對各評價指標的原始數據進行標準化處理，進行無量綱化。在所選取的指標中，對海洋資源環境承載力的影響是正向的，且屬性值越來越好的指標稱為正向指標；而對海洋資源環境承載力的貢獻是負向的指標，且屬性值越小越好的稱為負向指標。具體的正、負向指標數據預處理方法如公式（7）和公式（8）所示：

式中：Rij為各年份指標預處理后的值；xij為各年份指標原始數據；x'ij為各指標的理想值。各項指標標準化值見表3。

2 承載力評價結果

根據表4 得到的各項指標權重，將標準化后的無量化值帶入承載力計算公式（1）中，得到2013—2017 年深圳市海洋資源環境承載力量化值（表4）。

3 分析與討論

除2013 年外，其他年份的海洋環境承載力處于可載狀態。深圳市是廣東省的經濟中心，人口密度大，擁有眾多的海洋科研機構和海洋人才，海洋資源豐富，海洋漁業、濱海旅游業也很發達，具有良好的經濟基礎和生態保護意識。2013 年，隨著國家生態文明建設政策的提出，深圳市開始推動生態文明建設，政府加大環保支持力度，調整海洋產業結構，實現資源、人口、生態環境協調發展。該舉措對緩解海洋生態環境壓力作用較大。

表3 深圳海域資源環境承載力評價各項指標標準化值

表4 深圳海域環境承載力量化值

圖1 深圳海域環境承載力變化趨勢

3.1 壓力類指標

從表5 和圖1 可以看出，2013—2017 年壓力類指標承載力的得分值在0.721～0.934 之間，整體呈下降趨勢，說明壓力承載力好轉。其中經濟壓力指標值較高，說明經濟發展是導致深圳市海洋資源環境承載力超載與否的主要原因。近五年，深圳市經濟生產總值從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境承載力能否改善的重要決定因素，數據顯示，2013—2014 年人口壓力呈現下降趨勢，人口自然增長率從17.77%下降到 17.48%；2014—2017 年呈現逐漸上升趨勢，從17.48%上升至23.92%，上升率較快，其與海域環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環境承載力變化的主要原因。環境污染類指標呈現波浪式下降，說明深圳市近海海域環境的污染得到有效的控制，尤其是深圳西部海域，相關部門投入大量經費在海域水質管理上，雖然水質仍處于超標狀態，但超標倍數正逐漸降低[15]。

表5 深圳海域壓力類指標承載力量化值

3.2 承壓類指標

從表6 可以看出，2013—2017 年壓力類指標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，經濟的發展，對海洋的開發力度不斷增大，海洋資源環境形勢較為嚴峻。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。近年來，深圳市海域面積變化不大，但人口數量逐漸增大，引起人均海域面積逐漸降低，數據顯示，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變為平直的人工岸線，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]。社會發展支持力呈現穩步上升趨勢，近幾年，深圳市引進海外及國外等高層次海洋專業人員，投入大量人才為海洋領域做貢獻，科技教育經費投入增加了5 倍，科學技術水平得到顯著提升。環境納污能力整體平穩，五年間變化不明顯，基本處于可載范圍內。科技人員比重、海洋產業總值等對海洋資源環境承載力有正向功能的指標，則有顯著提升。

表6 承壓類指標承載力量化值

3.3 區域交流類指標

區域交流類指標包括水運客運量和海洋貨物吞吐量。2013—2017 年區域交流類指標呈現波動式上升趨勢，說明區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 萬標箱，增長5.1%。其中，出口集裝箱吞吐量1 277.89 萬標箱，增長3.1%。全市年末擁有港口泊位數155 個，其中萬噸級泊位74 個。此外，水運客運量（萬人）也呈現快速增長的趨勢，這些代表區域交流類指標的升高表示區域的承載能力好轉。

圖2 區域交流類指標量變化趨勢

4 結論

本文基于綜合指標體系法構建了深圳海域資源環境承載力評價指標體系，運用熵值法確定指標權重，采用狀態空間評價模型計算得到深圳海域資源環境承載力量化值。研究結論如下：（1）2013—2017 年造成深圳市近岸海域環境承載力較大的因素主要為經濟增長、資源供給能力及環境污染，指標主要有6 項，分別是GDP 總量、海洋漁業產值、海洋產業增加值、人均海域面積、赤潮發生次數和赤潮發生程度。其中赤潮發生頻次過高和赤潮發生累積面積過大可能導致超載現象突出；（2）采用狀態空間法對2013—2017 年深圳近岸海域的承載力進行計算，結果顯示2013 年深圳市海域環境承載力處于滿載狀態，其他年份承載力處于可載狀態，整體表現為下降趨勢，承載力狀況趨于好轉。