基于权熵法的浙江省海域海岸带生态承载力评价

王建庆，毋瑾超，何丛颖*，吴佳莉

(1.宁波海洋研究院，浙江 宁波 315211； 2.自然资源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

沿海地区优越的自然环境、特殊的地理位置、显著的区位优势，使其成为人类经济活动最活跃和最集中的区域[1]，也是当前我国经济社会发展程度最高、生态环境压力最大的地区，沿海地区不同的发展类型决定了海域海岸带资源环境开发利用的规模、强度及空间格局。近年来，随着海洋经济的快速发展，不同海域海岸带开发项目的建设对海岸带生态系统、自然资源及经济社会可持续发展带来严重影响[2]。

开展海域海岸带生态承载力评价是可持续开发利用海岸带自然资源、保护海洋生态环境、确保经济社会健康可持续发展的前提[3]。通过对海域海岸带生态承载力进行评价，能够反映出目前海域海岸带利用所存在的问题，客观地了解目前区域用海现状和利用潜力，对保护海洋生态环境、促进地区经济的可持续发展具有重要意义。然而目前关于海域海岸带生态承载力的研究仍处于探索阶段，还尚未形成公认的理论方法体系、系统的指标体系和综合评价模型[4]。付元宾等[5]依据围填海活动对海岸带造成的生态压力，提出了基于海岸带承载力的围填海潜力评价法；王正军等[6]研究了海岸港口的围海造田等开发利用活动对岸段演变特征的影响；朱静等[7]研究了济南海域水动力、水污染物运输特征和水环境容量；王艳等[8]基于特定海域三维水质模型，采用自净过程积分方法计算了氮和磷等营养盐的环境容量。这些都为海域海岸带承载能力的研究奠定了基础。

浙江省是海洋资源大省，海岸线资源丰富。随着海洋经济的快速发展，近年来海洋生态环境污染和破坏、赤潮灾害的频发、海岸带开发过程中海洋生态资源和结构的破坏等制约着浙江省海域海岸带生态环境的健康和可持续发展。本文以浙江省为例，利用权熵法确定评价指标权重，利用功效系数法对浙江海域海岸带生态承载力状况进行了评价，并提出了改善海域海岸带承载力的可行性建议，以期为科学用海、保护海域海岸带生态环境提供政策依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

浙江省地处中国长江三角洲南翼，东南沿海中部，陆域地理坐标介于27°12′N～31°31′N 和118°06′E～123°09′E，东临东海，南接福建，西与江西、安徽相连，北与上海、江苏接壤。下设9个地级市，其中7个为沿海城市，分别为嘉兴、杭州、绍兴、舟山、宁波、台州和温州。浙江省海洋资源丰富，全省海岸线总长约6 700 km，全省海域总面积约4.45×104km2。

1.2 数据来源

数据来源主要包括2006—2015年浙江省及各沿海县市区统计年鉴、中国海洋统计年鉴，2006—2015年中国海洋环境质量公报、浙江省海洋环境公报、浙江省和各沿海县市区国民经济和社会发展统计公报、浙江省海洋灾害公报、海洋生态环境调查数据和海域确权数据。

1.3 研究方法与实证

根据研究区基本现状，在考虑数据可获取性的基础上，构建了海域海岸带生态承载力评价指标体系。以2005—2016年数据作为样本，利用信息熵的方法确定了评价指标权重。利用功效系数法作为评价方法，并运用SPSS 9.0等软件对浙江省海域海岸带生态承载力的基本状况进行分析。

1.3.1 评价指标体系的构建

海域海岸带生态承载力是一个由自然、社会、经济构成的复杂系统，不能用单个或少数几个指标进行简单评价，评价体系的建立一方面应切实结合生态承载力的内涵，另一方面能够切实反映研究区现状。因此在遵循科学性、全面性、可操作性及前瞻性的基础上，参考相关研究[9]，从人类活动、社会经济发展、生态弹力3个要素层出发，选取18项评价指标，构建了浙江省海域海岸带生态承载力评价指标体系(表1)。

表1 浙江省海域海岸带生态承载力评价指标体系

1.3.2 标准化处理

“多元互动”式合作学习致力于让每位学生都不落后，让每位学生都能够参与课堂互动，让每位学生都能够在解决个体差异的矛盾的基础上实现学习上的小进步，进而提高高中语文课堂的教育教学质量。当然，要提高高中语文课堂的教育教学质量并非一个“多元互动”式合作学习教学法就能实现的，还需要语文教师的组织能力、专业水平等。

海域海岸带生态承载力评价属于多因素综合评价，不同评价指标来源多样化，同时不同评价指标的单位、量纲和正负取向均不同，因此评价指标不能直接用于计算比较，为使不同评价指标具有可比性，首先对数据进行标准化处理[10]。本文数据标准化处理的方式为总和法，计算公式：

式中：Pij表示第i个参评对象的第j个评价指标标准化值；Xij表示第i个参评对象的第j个评价指标的原始数据值；i表示参评对象个数；j表示评价指标个数。

1.3.3 评价指标权重的确定

评价指标体系中评价指标权重的确定涉及整个生态承载力评价结果是否合理，因此，如何科学合理地确定评价指标的权重是生态承载力评价的重要环节。目前，关于评价指标权重的确定方法有专家打分法、层次分析法(AHP)、权熵法、功效系数法、模糊评价法、灰色关联分析法等，不同的评价方法各有利弊，本文采用权熵法确定指标权重。

在信息论中，信息熵可以理解为系统随机无约束程度的一种变量[11]。一个系统的无序程度越高，信息熵越大，有序程度越高，信息熵越小。当信息熵大时，说明系统发展规律性不强，对系统重要性相对较弱。而信息熵小时，说明系统有一定的发展规律性，对系统的重要性较强。因此，可以通过信息熵的大小计算各评价指标的权重，为海域海岸带生态承载力评价提供依据。信息熵法确定评价指标权重依据的是原始数据，采用数学方法计算所得，能够有效避免人为主观因素带来的影响，具有较高的可信度[12]。信息熵计算公式：

式中：k为调节系数，k=1/lnm；Yij为第i个参评对象的第j个评价指标的标准化值；i为参评对象个数；j为评价指标个数。

hj=1-(xj)，(j=1,2，…，n)。

则第j项评价指标的权重ej：

经计算，浙江省海域海岸带生态承载力评价指标权重结果见表2。

表2 浙江省海域海岸带生态承载力评价指标权重

在浙江省海域海岸带生态承载力的影响因子中，各指标权重赋值各不同。在人类活动要素层中，沿海县市滨海旅游收入和围填海累计面积占主导影响因子，权重分别为0.056 3和0.055 4；在社会经济发展要素层中，水生生物增殖放流数量和海洋科研机构活动人员数占主导影响因子，权重分别为0.061 0和0.054 7；在生态弹力要素层中，年风暴潮灾害直接经济损失、年赤潮发生频次、底栖生物物种数3个评价指标占主导影响因子，权重分别为0.063 2、0.055 2和0.055 2。

1.3.4 评价模型的确定

采用功效系数法对浙江省海域海岸带生态承载力状况进行评价，功效系数法是将各评价指标进行函数转换后，得出各评价指标的功效，再将不同评价指标的功效按一定的函数关系进行加权，最后得出每个参评对象的总功效，以此确定海域海岸带生态承载力状况。具体计算方式：

式中：U(Xi)为第i项评价指标功效；Yi为第i项评价指标标准化值；ai为系统稳定临界点指标上限；bi为系统稳定临界点指标下限。本文中系统临界点上、下限值分别采用评价指标的最大化和最小化值。

得出每个评价对象功效之后，利用之前计算出的评价指标权重，进行先行加权，最终得出参评对象的总功效D，即每个年份海域海岸带生态承载力状况。

2 结果与分析

通过上述公式的计算，可以得出每个评价指标和每个评价对象的功效，继而得到2006—2015年浙江省海域海岸带生态承载力的变化情况，以及相应的海域海岸带人类活动功效、社会经济发展功效和生态弹力功效变化趋势。具体评价结果如下。

2.1 人类活动功效指数

通过计算可以得出，在浙江省海域海岸带生态承载力中人类活动的影响功效呈现逐渐下降趋势，意味着人类活动对海域海岸带生态承载力的负向影响在逐年提高。2006—2015年，人类活动功效指数平均值为0.305 1，最高的为2006年(0.320 5)，最低的为2015年(0.289 5，图1)。

图1 人类活动功效指数变化趋势

2.2 社会经济发展功效指数

从社会经济发展功效指数来看，随着社会经济的发展，相关指标对海域海岸带生态承载力提高的正向性影响正在逐渐增强。2006—2015年，2015年社会经济发展功效指数最高，为0.256 3，2006年社会经济发展功效指数最低，为0.191 7(图2)。表明当经济发展到一定程度后，人类社会开始注重对生态环境的保护，对海域海岸带生态承载力的提高起到了一定的促进作用。

图2 社会经济发展功效指数变化趋势

2.3 生态弹力功效指数

从生态弹力功效指数变化情况来看，浙江省海域海岸带生态弹力功效指数基本维持在0.24～0.28，呈现在平稳中有所下降的趋势(图3)。意味着随着时间推移，浙江省海域海岸带生态弹力有所降低。在2008年，生态弹力功效出现一个峰值，功效指数高达0.323 5。2008年一二类海水比重、浮游植物物种数、浮游动物物种数、底栖生物物种数4项指标均为近10 a来最高，海域生态环境质量相对较好。

图3 生态弹力功效指数变化趋势

2.4 生态承载力功效指数

从浙江省海域海岸带生态承载力功效指数变化情况(图4)来看，浙江省海域海岸带生态承载力状况相对稳定。2006—2015年，生态承载力指数平均值为0.796 6，2008、2010、2014、2015年生态承载力指数高于平均值，其余年份均低于平均值。2012年生态承载力指数最低，为0.776 7；2008年生态承载力指数最高，为0.843 4。海域海岸带生态承载力在近10年呈现波动式发展，其中社会经济发展功效指数对海域海岸带生态承载力影响较大。

图4 生态承载力功效指数变化趋势

3 小结

2006—2015年，浙江省海域海岸带生态承载力呈现波动式发展，人类活动功效指数不断降低，社会经济发展功效指数不断升高，海域海岸带生态弹力随着时间的推移有所降低。从评价过程与结果来看，权熵法能够合理地对海域海岸带生态承载力评价指标进行权重确定，功效系数法能够作为评价模型对大尺度海域海岸带生态承载力进行评价。