深圳海域资源环境承载力评价研究

党二莎 ，褚艳玲 ，田翠翠 ，赖梅东 ，赵振业 ，陈 芸 ，杨青云

（1. 深港产学研基地，广东 深圳 518057；2. 深圳市源清环境技术服务有限公司，广东 深圳 518057；3. 广州南科海洋工程中心，广东 广州 510220）

深圳海域主要包括珠江口、深圳湾、大亚湾及大鹏湾四部分海域，总面积为1 145 km2。海域资源极其丰富，尤其海岸线资源和旅游资源。海岸线曲折绵延，总长约260.5 km，拥有大、小梅沙，红树林滨海湿地等著名的滨海旅游胜地。此外，深圳海域地理位置特殊，是连接中国香港和内地的纽带和桥梁，在深港经济合作体系中发挥的作用越来越重大。然而，随着陆地资源短缺、人口数量快速增长以及生态环境恶化等问题的不断出现，人类开始把注意力转向对海洋资源的开发利用上。海洋资源过度地开发与利用，导致海水水体污染、生物资源锐减及典型生态系统破坏等问题明显，海洋生态环境承受的压力日益加大，部分海域环境状况已处于超载状态[1-3]。

承载力研究作为衡量海洋可持续发展的主要手段之一，其对于海洋资源环境保护与海洋经济两者的和谐发展至关重要。目前，国内外关于承载力的研究较多，研究思路主要分为两种，一种是参考原国家海洋局制定的《资源环境承载能力监测预警技术指标体系和技术方法指南》（试行），将海洋资源环境承载力分为海岸线资源环境承载力、生物与生态资源承载力、渔业资源承载力和海岛资源承载力4 类分别进行分析与评价[4]；另一种是采用PSR模型、状态空间模型、模糊评价法等方法构建指标体系对区域海洋环境承载力进行评估[5-7]，这类方法综合性强，适用范围广，评价结果更精准，是目前海洋环境承载力评估的常用方法。本文在借鉴前人研究方法的基础上，根据深圳海域的实际情况进行实践应用研究，一方面可与国内外其他海域的承载力状况进行对比分析，另一方面可为相关部门制定管理措施提供数据支撑和科学依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文选取了深圳市2013—2017 年5 年数据，包括统计数据与遥感数据。统计数据来源于2013—2017 年深圳市发布的统计年鉴，环保、水文等相关部门发布的统计公报[8-10]，涵盖人口、社会经济、资源环境等领域。卫星遥感数据主要以深圳市的2008年、2015 年、2016 年、2017 年等 4 个时期的 Landsat遥感影像为基础，所获取的影像云覆盖面积较少。通过对各期影像进行几何校正，以经过几何精矫正的2015 年Landsat8 影像为基准对所使用的其他影像进行配准，经对比分析，配准后的卫星遥感影像空间定位误差均小于一个像元，无期影像均采用WGS-84 坐标系。

1.2 评价指标体系构建

根据社会经济发展、海洋资源配置和海洋生态环境纳污之间平衡与协调关系，海洋资源环境承载力的内涵包括两个层面：一是海洋的自我维持与自我调节能力，表现为海洋资源的可持续供给能力与海洋生态环境支撑能力，此为海洋资源环境承载力的承压部分，对应的指标为承压指标；二是人类社会及海洋产业规模或沿海社会经济系统的发展能力，此为海洋资源环境承载力的压力部分，对应的指标为压力指标。而狄乾斌[11]在其论文《海域承载力的理论、方法与实证研究—以辽宁海域为例》中构建了海域承载力指标体系，从人类经济活动、海洋自然资源储备及海洋环境容量3 方面，分别设计压力类、承压类和区域交流类3 类评价指标。压力类指标反映海洋面临人类开发承受的压力状况；承压类指标表示海洋现实状况以及人类开发的潜在承载力；区域交流类指标反映在人流、物流、信息等不同因素作用下海洋承载力的变化状况。本研究以此为基础，经实地调研及多重共线性分析、主成分分析等方法，基于指标独立性、代表性、可操作性等原则，并结合专家咨询的方式，最终选取了7 类、22 项指标对深圳市海洋资源环境承载力进行较为全面的分析评价（表1）。

表1 深圳海域资源环境承载力评价指标体系

1.3 指标赋权

指标在评价体系中的重要程度和贡献大小，直接影响到评价的结果。本文采用熵值法对深圳市海洋环境承载力指标权重进行计算。熵是对系统状态不确定性的一种度量。通过熵值法得到各个指标的信息熵，信息熵越小，信息的无序度越低，其信息的效用值越大，指标的权重越大。

将各指标同度量化，构建其数据矩阵为A，如下：

其中，xij为最值差值法划归为[0，1]后的标记数据，各个原始值同最值的间距与最值差的比值即为标记数据，各指标的比重Pij计算如公式（1）所示：

熵值ej计算公式为为常数。

如果xij对于给定的j 全部相等，则有以下：

此时ej取极大值klnm，设则 0 则 ej＜1。

对于给定的j，xij的差异性越小，则ej越大；当xij全部相等时，ej=ejmax=1，此时对于方案的比较，指标xj毫无作用；当各方案的指标值相差越大时，ej越小，该项指标对于方案比较的作用越大。定义差异性系数gi，计算如公式（3）所示：

定义指数权重数，计算如公式（4）所示：

依照上文中的公式，计算得到深圳海域环境承载力评价各项指标权重值，见表2。

1.4 海洋生态环境承载力评价模型

1.4.1 状态空间法原理 状态空间法是基于空间几何原理来对承载力进行系统分析和说明。某一区域的承载力一般受该区域的资源、环境与人类活动的影响[12]。资源与环境对区域资源承载力的影响是直接和显性的，而人类活动的影响则是复杂的，一方面人类活动会对区域资源环境带来负面的影响，诸如污染、过度开发等，另一方面随着科技的进步，人类可能开发出新能源或通过约束自身行为，减少对资源环境的污染破坏。用状态空间法建立的资源环境承载力模型突出了人类活动的影响，通过选取相应的压力类指标、承压类指标和区域交流类指标来综合评价区域的资源环境承载力[13]。具体方法如下：

表2 各项指标的熵值、差异性系数和客观权重

构建一个n 维状态空间，海洋生态环境的承载力以状态空间中的矢量模来表示，即空间中状态点与系统原点构成的矢量。海洋生态环境承载力（CCMEE）是对各状态维加权综合而成的统一指数，其计算如公式（5）所示：

在对数据预处理之后，理想状态指标处理后得到的指标数值为 1，1，1，……，1（n 个），则理想状态下海洋资源环境承载力计算如公式（6）所示：

资源、环境、社会经济作为一个复杂的体系，临界值是一个相对的概念，具有模糊性和波动性，因此为更好的分析承载力值年际变化的趋势，以及在不同承载状况下指标变动情况及相关性分析，本文参照王开运[14]在复合模型系统中将承载标准的容差设定为0.3，即在即当CCMEE≥1.2，海洋生态环境处于超载状态；当0.9≤CCMEE＜1.2，海洋生态环境处于满载状态；当CCMEE＜0.9，海洋生态环境处于可载状态。

1.4.2 理想值确定 指标理想状态值的确定要考虑两方面的因素：一是必须以区域海洋资源、生态和环境可持续发展的角度考虑，既要保证区域社会经济发展，人民生活质量提高，又要保护好海洋生态与环境的质量；二是要从政策的角度考虑，如区域内未来一定时期内的经济发展和环境保护的目标。理想值确定的方法主要有问卷调查法、标准法、最值法、平均值法等。本文主要采用平均值法确定深圳市近岸海域环境承载力各项指标的理想状态。

1.4.3 指标标准化 由于指标体系中各指标的类型复杂，且不同指标的量纲不同，为使评价指标具有可比性和可度量性，需对各评价指标的原始数据进行标准化处理，进行无量纲化。在所选取的指标中，对海洋资源环境承载力的影响是正向的，且属性值越来越好的指标称为正向指标；而对海洋资源环境承载力的贡献是负向的指标，且属性值越小越好的称为负向指标。具体的正、负向指标数据预处理方法如公式（7）和公式（8）所示：

式中：Rij为各年份指标预处理后的值；xij为各年份指标原始数据；x'ij为各指标的理想值。各项指标标准化值见表3。

2 承载力评价结果

根据表4 得到的各项指标权重，将标准化后的无量化值带入承载力计算公式（1）中，得到2013—2017 年深圳市海洋资源环境承载力量化值（表4）。

3 分析与讨论

除2013 年外，其他年份的海洋环境承载力处于可载状态。深圳市是广东省的经济中心，人口密度大，拥有众多的海洋科研机构和海洋人才，海洋资源丰富，海洋渔业、滨海旅游业也很发达，具有良好的经济基础和生态保护意识。2013 年，随着国家生态文明建设政策的提出，深圳市开始推动生态文明建设，政府加大环保支持力度，调整海洋产业结构，实现资源、人口、生态环境协调发展。该举措对缓解海洋生态环境压力作用较大。

表3 深圳海域资源环境承载力评价各项指标标准化值

表4 深圳海域环境承载力量化值

图1 深圳海域环境承载力变化趋势

3.1 压力类指标

从表5 和图1 可以看出，2013—2017 年压力类指标承载力的得分值在0.721～0.934 之间，整体呈下降趋势，说明压力承载力好转。其中经济压力指标值较高，说明经济发展是导致深圳市海洋资源环境承载力超载与否的主要原因。近五年，深圳市经济生产总值从13 000 亿上升到22 000 亿元，增长率超过50%。人口增长的幅度是深圳市海洋资源环境承载力能否改善的重要决定因素，数据显示，2013—2014 年人口压力呈现下降趋势，人口自然增长率从17.77%下降到 17.48%；2014—2017 年呈现逐渐上升趋势，从17.48%上升至23.92%，上升率较快，其与海域环境承载力的变化趋势相同，说明人口压力也是引起海域生态环境承载力变化的主要原因。环境污染类指标呈现波浪式下降，说明深圳市近海海域环境的污染得到有效的控制，尤其是深圳西部海域，相关部门投入大量经费在海域水质管理上，虽然水质仍处于超标状态，但超标倍数正逐渐降低[15]。

表5 深圳海域压力类指标承载力量化值

3.2 承压类指标

从表6 可以看出，2013—2017 年压力类指标的承载力的得分值在0.79～1.00 之间，整体呈下降趋势。随着人口增长，经济的发展，对海洋的开发力度不断增大，海洋资源环境形势较为严峻。表6 显示，资源供给能力下降十分明显，尤其2013 年至2014年骤降，后趋于平稳。近年来，深圳市海域面积变化不大，但人口数量逐渐增大，引起人均海域面积逐渐降低，数据显示，2013—2017 年深圳市人均海域面积由107.7 m2/人下降至91.4 m2/人，海域资源供给能力下降。此外，深圳西部海域大量的自然岸线转变为平直的人工岸线，人工岸线逐年增加，自然岸线不断缩减，自然岸线保有率下降，岸线资源供给能力下降[16]。社会发展支持力呈现稳步上升趋势，近几年，深圳市引进海外及国外等高层次海洋专业人员，投入大量人才为海洋领域做贡献，科技教育经费投入增加了5 倍，科学技术水平得到显著提升。环境纳污能力整体平稳，五年间变化不明显，基本处于可载范围内。科技人员比重、海洋产业总值等对海洋资源环境承载力有正向功能的指标，则有显著提升。

表6 承压类指标承载力量化值

3.3 区域交流类指标

区域交流类指标包括水运客运量和海洋货物吞吐量。2013—2017 年区域交流类指标呈现波动式上升趋势，说明区域交流能力越来越好（图2）。深圳市的海洋货物吞吐量逐年增加，2017 年全年港口货物吞吐量24 136 万吨，比上年增长12.7%；集装箱吞吐量2 520.87 万标箱，增长5.1%。其中，出口集装箱吞吐量1 277.89 万标箱，增长3.1%。全市年末拥有港口泊位数155 个，其中万吨级泊位74 个。此外，水运客运量（万人）也呈现快速增长的趋势，这些代表区域交流类指标的升高表示区域的承载能力好转。

图2 区域交流类指标量变化趋势

4 结论

本文基于综合指标体系法构建了深圳海域资源环境承载力评价指标体系，运用熵值法确定指标权重，采用状态空间评价模型计算得到深圳海域资源环境承载力量化值。研究结论如下：（1）2013—2017 年造成深圳市近岸海域环境承载力较大的因素主要为经济增长、资源供给能力及环境污染，指标主要有6 项，分别是GDP 总量、海洋渔业产值、海洋产业增加值、人均海域面积、赤潮发生次数和赤潮发生程度。其中赤潮发生频次过高和赤潮发生累积面积过大可能导致超载现象突出；（2）采用状态空间法对2013—2017 年深圳近岸海域的承载力进行计算，结果显示2013 年深圳市海域环境承载力处于满载状态，其他年份承载力处于可载状态，整体表现为下降趋势，承载力状况趋于好转。