无居民海岛资源环境承载力动态评估——以福建平潭大屿岛为例

顾勇，田鹏，林丽萍，黄金良*

(1.中交上海航道局有限公司，上海 200002；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200210；3.厦门大学 海洋与海岸带发展研究院，厦门 361101)

承载力(Carrying Capacity)的理念最早可追溯至18世纪末的人类统计学领域[1]。1921年，Park和Burgess在人类生态学领域首次使用了承载力的概念，并将其定义为在某一特定条件下，某种个体存在数量的最高极限[2]。随着环境污染、土地退化等问题的发生，承载力的概念逐渐在人类生态学中发展，其研究经历了从单因素资源环境承载力至多因素综合的资源环境承载力(ECC，Ecosystem Carrying Capacity)的过程[3]。资源环境承载力作为区域发展战略决策的基础，从单一资源评价走向各类主要自然资源、环境要素及综合要素的承载力评价，研究方法不断完善。国内关于无居民海岛环境承载力的计算方法并没有固定的体系，研究方向主要是旅游环境承载力与生态承载力，研究内容主要包括理论研究以及评价指标体系的构建[4]。李源源等以生态承载力评价体系为框架，运用层次分析法提出了一套无居民海岛环境承载力的评价指标，主要分为环境弹性力、资源承载力与生态系统压力3个层次，这是一个定量评价的指标体系，但缺少对评价方法以及具体评级的论述[5]。张志卫等运用能值分析法，从种群生态学与可持续发展的角度入手，通过能流分析，从可持续发展的角度分析了青岛市大岛的生态服务价值，人口承载力，以及在不同发展模式下环境承载力的区别，并得到了理论上最高的环境承载力[6]。涂振顺等引入区域发展阶段系数和理论值调整系数，针对无居民海岛环境现状与环境承载力的比较，给出当前海岛现状是否满足该岛屿的承载力，其指标涵盖环境、社会与经济等方面，涵盖较为全面[7]。涂振顺等还基于多目标算法初步构建无居民海岛资源与环境多目标规划模型[3]。而国外关于无居民海岛环境承载力的计算方法大多偏向生态层面的可持续发展，而对于社会与经济层面的环境承载力论述比较少。Nam等同样使用了能值分析方法，阐述了在不同发展情况下韩国当地一处无居民海岛的人口承载力[8]。Pamungkas等人基于可持续发展理论重点通过渔业发展水平来评估当地一处无居民海岛的环境承载力[9]。但是通过对比研究开发前后的资源环境承载力动态变化，来分析无居民海岛开发建设方案是否存在问题的研究相对较少。本研究通过对无居民海岛自然资源、生态环境等全面评价，分析无居民海岛的资源禀赋、环境本底和生态条件，构建资源环境承载力评估方法，进行平潭大屿开发前和开发后的资源环境承载力评估，研究结果可为无居民海岛保护及保障设施建设规模与总体布局提供参考。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

平潭大屿(以下简称“大屿”)隶属于平潭综合实验区(以下简称“平潭”)，位于海坛海峡中段东侧，黄门澳西侧，平潭海峡大桥南侧，是平潭最具有旅游开发价值的4个无居民海岛之一，也是福建省于2014年“世界海洋日暨全国海洋宣传日”正式推介的首批“福建省最具特色的20个魅力海岛”之一。根据《第一批开发利用无居民海岛图集》资料，大屿本岛无淡水源；现场实地调查也未发现任何池塘、湖泊、地表径流等淡水资源。大屿岛屿中心地理坐标为25°27′05″N，119°39′51″E，近陆距离2.35 km。大屿为基岩岛，海岛东部距离吉钓岛约1.8 km，东北距平潭娘宫码头约2.8 km，西北距福清小山东码头约2.9 km(图1)，均可通过轮渡到达。

图 1 平潭大屿位置示意Figure 1 Location map of Pingtan Dayu Island

1.2 数据来源

资源环境承载能力评价作为“双评价”的重要组成部分，是国土空间规划的前期基础，围绕着生态、环境、水资源以及土地资源等自然本底条件，结合研究区域具体情况以及数据可获得性，选取相应的指标，为海岛保护与保障设施建设规模提供指导意义。气象数据是大屿岛附近的4个气象站点：平潭、福清、莆田、长乐。高程数据来源于福建大屿生态示范规划设计方案。

表 1 研究区数据信息 Table 1 Data information table of study area

土壤数据来源于全国第二次土壤普查结果。遥感影像图来源于91卫图助手的第20级数据。2014年遥感影像日期为2014年1月25日，2019年遥感影像图日期为2019年11月17日，具体信息见表1。

2 研究方法

2.1 资源环境承载力评价指标体系构建

遵循科学性、系统性、实用性及数据可获得性原则，结合自然资源部2019年发布的资源环境承载能力、国土空间开发适宜性评价技术指南[10]和研究区实际情况，最终构建资源环境承载力评价指标体系(表2)。

表 2 资源环境承载力评价指标体系 Table 2 Evaluation index system of resources and environment carrying capacity

2.2 评价指标标准化及权重确定

(1)数据标准化处理

为了消除各个指标中不同数量级、量纲的影响，在分析数据前先进行标准化处理。

(1)

式(1)中：Z为样本的标准化值；X为样本的原始数值；Xmax和Xmin分别为样本的最大和最小值[15]。

(2)权重确定

层次分析法(AHP)是目前采用最广泛的方法之一，有较强的实用性与系统性，它能够有机结合定性分析与定量分析方法，简化多目标、无结构特性的复杂系统评价中的问题[16](表3)。

表 3 资源环境承载力评价指标两两比较矩阵与权重Table 2 Pairwise comparison matrix and weight of evaluation indexes of resource and environment carrying capacity

2.3 单因素评价方法

水土保持功能重要性评估采用修正通用水土流失方程(RUSLE)的水土保持服务模型开展评价[11]；海岸侵蚀现状评估方法是在获取不同时期岸线数据的基础上，在 ArcGIS 平台下，根据数字岸线分析系统功能模块( Digital Shoreline Analysis System，DSAS)[12]来计算监测岸段的侵蚀速率( 或淤积速率)；水土流失敏感性评估根据通用水土流失方程的基本原理，选取降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖等指标；植被净初级生产力(NPP)指绿色植物在单位面积单位时间内通过光合作用积累的有机物质总量，扣除自养呼吸后剩余部分，其中朱文泉提出的CASA模型运用较为广泛[13]；生物多样性维护功能是生态系统在维持基因、物种、生态系统多样性中发挥的作用，是生态系统提供的最主要功能之一。以生物多样性维护服务能力指数作为评估指标，计算公式来源于《生态保护红线划定指南》[14]。

3 结果与分析

3.1 土地资源承载力

根据评分指标权重，基于ArcGIS平台，应用栅格计算器，采用自然裂点法对评价结果进行划分，土地资源承载力评价结果划分为“低承载力”“较低承载力”“中等承载力”“较高承载力”“高承载力”5个等级，得到2014、2019年大屿岛的土地资源承载力空间分布图(图2)。

图 2 土地资源承载力空间分布(a:2014年,b:2019年)Figure 2 Spatial distribution of land resource carrying capacity(a: 2014,b：2019)

结合图2可知，2014年中等承载力面积所占比例最多高达65.93%，主要分布在该岛屿的东南地区以及中部地区，其次是较高承载力面积，占19.17%，主要是分布在东南地区的未利用地，2019年面积分布最广依旧是中等承载力，降低为51.37%。2014—2019年变化最明显的是较低承载力，从8.20%增加到40.46%，主要分布在东南地区，其次是较高承载力，从2014年的19.17%降低到2019年的4.43%。2014—2019年大屿岛整体上土地资源环境承载力呈降低趋势，主要是当地进行建设开发，导致建设用地增加。

3.2 生态承载力

根据评价指标权重情况，基于ArcGIS软件，应用栅格计算器，结合大屿岛的水土保持服务功能重要性、植被净初级生产力、海岸侵蚀、水土流失敏感性以及生物多样性等评估结果，得到该研究区域的生态承载力评价结果。采用自然裂点法对评价结果进行划分，将其划分为“低承载力”“较低承载力”“中等承载力”“较高承载力”及“高承载力”5个等级，得到2014、2019年大屿岛的生态承载力空间分布图(图3)。

结合图3，2014年生态承载力中，“较低承载力”所占比例最多，高达32.19%，主要分布在中部地区；其次是“中等承载力”，所占比例为28.41%；再次是“较高承载力”，占16.09%。经过5年，2019年所占比例最多为“较高承载力”，高达25.13%，比2014年多出9.04%，主要分布在东南地区其次是“低承载力”和“中等承载力”分别占23.99%和19.08%，其中变化最明显是“较低承载力”，从2014年的32.19%降低到2019年的14.06%，主要分布在中部地区。2014—2019年大屿岛生态承载力整体呈持续增加的情况，导致这一现象产生的原因是该地区的净初级生产力、水土保持服务呈递增趋势且差异较为明显，水土流失敏感性虽呈递增趋势但差异不大，生物多样性虽呈递增趋势但由于大屿岛生物资源并不多因此权重较低。虽然生态承载力整体呈持续增加趋势，但达到某一情况将会下降，因此需适度开发。

3.3 资源环境承载力

根据资源环境承载力评价指标权重情况，基于 ArcGIS 平台，通过对水土保持服务功能、海岸侵蚀以及水土流失敏感性等生态要素以及高程、坡度等土地资源要素的叠置分析，得到大屿岛资源环境承载力的评价结果。采用自然裂点法对评价结果进行划分，将其划分为“低承载力”“较低承载力”“中等承载力”“较高承载力”“高承载力”5个等级，得到2014、2019年大屿岛的资源环境承载力空间分布图(图4)。

图 3 生态资源承载力空间分布(a:2014年，b:2019年)Figure 3 Spatial distribution of ecological carrying capacity(a: 2014，b：2019)

图 4 资源环境承载力空间分布(a:2014年，b:2019年)Figure 4 Spatial distribution of resource and environmental carrying capacity(a: 2014，b：2019)

结合图4可知，2014年“较高承载力”面积分布最广，所占比例高达43.29%，其次是“中等承载力”“高承载力”所占比例接近，分别为23.91%、22.89%；2019年“较低承载力”所占面积比例最大，从2014年的7.56%增加到2019年的37.27%，承载力减少变化最大为“较高承载力”，从43.29%减少到12.23%，承载力增加变化最大是“较低承载力”，从2014年的7.56%增加到2019年的37.27%。2014—2019年，该岛屿整体资源环境承载力持续递减，导致这一现象产生的原因是由于开发建设发展，该地区的土地资源承载力持续降低且差异较为明显，生态承载力虽呈递增趋势但较土地资源承载力差异较小。

4 结论与讨论

4.1 讨论

资源环境承载力评价在国土空间规划中处于重要地位，本研究借鉴自然资源部“双评价”指南[10]，基于大屿岛的具体情况以及数据可获得性，围绕土地资源与生态等两方面构建资源环境承载力评价指标体系，进一步分析评估大屿岛2014年与2019年资源环境承载力的动态变化。目前的相关研究偏于静态评价[17-20]，本研究对无居民海岛开发前后的资源环境承载力进行动态评估，对无居民海岛保护及保障设施建设规模与总体布局具有指导作用。

本研究以岛屿为研究尺度，突破省、市、县域等宏观尺度[21-24]，评价尺度更为细致，有助于落实国土空间规划工作的实施。但是不同尺度的评价，采用不同的大小评价单元，会产生不同的结果，具有明显的尺度效应。因此，如何选择合适的研究尺度以及实现不同层次研究成果有效衔接与统一，在今后的研究中尚需进一步深入。而且资源环境是一个相对比较复杂的系统，研究资源生态环境要素之间的相互作用机制和分析其变化的驱动机理，识别区域承载力的短板和限制因素，与国土空间开发适宜性评价结果合理耦合，更好地服务于国土空间规划，这些是未来关注的重点。

4.2 结论

分别从土地资源承载力和生态承载力两单因素进行评价，并综合分析资源环境承载力的结果，总结其规模、结构以及地理分布规律，掌握研究区域的资源禀赋、环境本底和生态条件，进行平潭大屿开发前后的资源环境承载力评估，对研究无居民海岛保护及保障设施建设的规模与总体布局具有参考价值。具体结论及建议如下 ：

(1)研究结果表明2014年大屿岛整体的资源承载力分布面积最广的是“较高承载力”，2019年大屿岛整体的资源承载力分布面积最广的是“较低承载力”，上升趋势变化最大的是“较低承载力”，从开发前的7.56%增加到开发后的37.27%。下降趋势变化最大的是“较高承载力”，2014年所占比例为43.29%，减少到2019年所占比例12.23%，大屿岛开发前后整体资源环境承载力持续递减。由此可得，现有整体开发布局具有一定合理性，但现状仍有超过一半的开发区域属限制或不适宜开发区域，因此需将此部分开发区域内的开发活动向资源环境承载力更高的地方进行适当转移，减少岛上限制或不适宜开发区域内的建设面积，对于岛上新的建设活动规划也应避开此类区域，使开发空间得到进一步的优化。

(2)对比开发前后，适宜开发位置基本不变，但部分开发前的不适宜开发地区转为开发后的限制开发区，说明2019年以后开发潜力增大。今后应当加强与国内外知名海洋科研院校合作，加快推进海洋科研院校、海洋技术研究中心、海上实验室等海洋科研创新技术平台的建设，努力建设成为全省海洋高科技人才队伍培养的高地和海洋高技术开发和应用转化的前沿阵地。同时，还应科学划分实验区，保证科学研究实验区的用海需求，严格限制非实验区的用海需求，严格控制建设用地增量。禁止在实验区内从事与研究内容无关的开发活动，禁止损害海洋生态环境的开发利用活动，打造中国重要的海洋科研与海洋技术示范基地，努力建设集科研、示范、休闲、旅游、生态为一体的先进海洋科技岛。

(3)在完善监管体系方面，需构建无居民海岛管理制度体系，制订大屿岛有偿使用、大屿岛权属管理和监督检查等配套办法，推进海岛执法，提高巡查覆盖率，协调各部门之间的监管职责，做到科学高效的管理。同时，还应健全激励制度或政策，鼓励公众更多地参与到无居民海岛的保护过程中来，增强公众的海岛保护法律意识，形成保护海岛以及保护环境的良好社会风气。