Scientia Geographica Sinica 2014 , 34 (5): 513-521 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2014.05.513

Orginal Article

环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析

孙才志, 于广华, 王泽宇, 刘锴, 刘桂春

辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心,辽宁大连 116029

Marine Carrying Capacity Assessment and Spatio-temporal Analysis in the Bohai Sea Ring Area, China

SUN Cai-zhi, YU Guang-hua, WANG Ze-yu, LIU Kai, LIU Gui-chun

KRI-Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development,Liaoning Normal University, Dalian, Liaoning 116029, China

中图分类号: P72

文献标识码: A

文章编号: 1000-0690（2014）05-0513-09

收稿日期: 2013-03-3

修回日期: 2013-12-17

网络出版日期: 2014-05-10

基金资助: 教育部人文社会科学重点研究基地项目（12JJD790032）、国家自然科学基金（41301129）资助

作者简介:

作者简介：孙才志（1970-）,男,山东烟台人,教授,博士生导师,主要从事水资源与海洋经济研究。E-mail：suncaizhi@lnnu.edu.cn

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摘要

采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准,通过D-S证据合成理论将主客观权重相结合确定综合权重,应用信息扩散技术确定小样本情况下样本指标值在指标评价域上的信息分配,进而确定隶属度,在此基础上利用模糊综合评判方法对环渤海17个沿海城市的海域承载力进行评价,并运用自然断裂法进行空间表达。研究结果表明,2000~2011年,环渤海地区海域承载力虽有波动,但总体上呈上升趋势,各地海域承载力不断提高,但级别特征值都在1.8~4.0之间,整体水平不高;区域空间分异明显,空间峰值效应显著。

关键词： 海域承载力 ; 韦伯-费希纳定律 ; D-S证据合成理论 ; 信息扩散技术 ; 模糊综合评价

Abstract

The ocean is an important strategic resource in coastal countries and regions. The coastal area has the largest population, the biggest population density, and is the most developed area in China as in other coastal countries. Bohai Sea Ring Area and the Changjiang River Delta, Zhujiang River Delta are the three economic growth poles in China coastal area. With the great growth of economy and society, the contradiction between supply and demand of land resources has become increasingly prominent, marine resources have been predatory exploited, marine environment has been seriously polluted. Carrying capacity is an important study on coordinating development of resources, environment, and economy. Marine carrying capacity is generally be defined as the capacity or limit of the harmonious development of population, environment, and socio-economic that the ocean can carry in a certain period without damaging the sustainable development of marine resource and environment, and ensuring a certain living standard. Marine carrying capacity assessment is of great significance for the sustainable exploitation of marine resources, the environment protection and the coordinated development of regional economy and society in coastal areas. In this context, evaluation on carrying capacity of Bohai Sea Ring Area is of great significance to the sustainable development of the Bohai Sea economic circle. Since marine resources system has mobility, renewability and other characteristics, marine carrying capacity has openness, dynamics and complexity, it is difficult to accurately quantify the population, environment and socio-economic development or limits that marine carrying capacity can support. But by constructing indicator system, we can measure the dynamic change trend and relative marine carrying capacity then guide the development of marine economic activities. The fuzzy comprehensive evaluation method is based on the fuzzy mathematics principle, to analyze and evaluate the situation of the membership level of things to be judged from multiple factors. Marine carrying capacity assessment is a comprehensive evaluation issue which related to multiple factors, and there are a lot of uncertain, fuzzy factors, so it can be evaluated by fuzzy comprehensive evaluation method. In view of the shortage of previous studies, this article applied Weber-Fischna law to determine classification standards of assessment indexes, and used D-S evidential theory to combine the subjective factor weights and objective weights, in order to make integrated weight more reliable and accurate. Information diffusion technique was used to determine the information distribution of small sample indexes value on the domain, and then determine the degree of membership. Finally used the fuzzy comprehensive evaluation method to assess marine carrying capacity in the Bohai Sea Ring Area, and used Natural Breaks to express the spatial distribution. The results show that although the marine carrying capacity from 2000 to 2011 of 17 coastal cities in the Bohai Sea Ring Area had fluctuations but it had an upward trend on the whole and continuously improve. But level characteristics values are all between 1.8 and 4, which means marine carrying capacity are not high. There is an obvious regional spatial difference and peak effect in marine carrying capacity.

Keywords： marine carrying capacity ; Weber-Fischna law ; D-S evidential theory ; information diffusion technique ; fuzzy comprehensive evaluation

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孙才志, 于广华, 王泽宇, 刘锴, 刘桂春. 环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析[J]. , 2014, 34(5): 513-521 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2014.05.513

SUN Cai-zhi, YU Guang-hua, WANG Ze-yu, LIU Kai, LIU Gui-chun. Marine Carrying Capacity Assessment and Spatio-temporal Analysis in the Bohai Sea Ring Area, China[J]. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(5): 513-521 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2014.05.513

与国际上其它沿海国家一样,沿海地区是中国人口密度最大、经济、科技、文化最发达的地区。环渤海地区与长江三角洲、珠江三角洲一起构成中国沿海经济增长的“三极”,在经济社会取得了长足发展的同时,也出现了陆地资源供需矛盾日益突出、海洋资源日渐枯竭、海洋环境恶化等问题。在这种背景下,对环渤海地区海域承载力进行评价,对于环渤海海经济圈的可持续发展具有重要的意义。

目前国外对海域承载力研究多限于单要素评价,集中于对海洋渔业、贝类、海岸带等资源的承载力及可持续发展研究^[1-5]。国内关于海域承载力的研究起步较晚,2004年狄乾斌^[6,7]首次提出了海域承载力的概念,并对其定义及内涵、研究内容、研究特点、定量化方法等进行了探讨。随后多位学者从海洋生态环境承载力、海岸带承载力、海岸带环境承载力、海域环境承载力等不同角度及研究方法进行了理论探讨与实证研究^[8-13]。

海域原意是指包括水上、水下在内的一定海洋区域,《海域使用管理法》规定海域指的是中国内水、领海的水面、水体、海床和底土,本文所指海域为环渤海地区行政管辖海域范围。海域承载力是一种特定的区域承载力概念,是指一定时期内,以海洋资源的可持续利用、海洋生态环境的不被破坏为原则,在符合现阶段社会文化准则的物质生活水平的条件下,通过海洋的自我调节、自我维持,海洋所能支持人口、环境和社会经济发展的能力或限度^[14]。由于海洋资源系统具有流动性、可再生性等特点,海域承载力具有开放性、动态变化性和复杂性等特点,难以准确定量计算其所能支持的人口、环境和社会经济发展的能力或限度,但可以通过构建指标体系,测度海域承载力的动态变化趋势及相对水平,指导海洋经济开发实践活动。模糊综合评判方法是运用模糊数学原理,从多个因素对被评判事物隶属等级情况进行分析和评价的方法^[15]。海域承载力评价是一个涉及到多因素的综合评价问题,且存在大量的不确定、模糊性因素,因此可以应用模糊综合评价法进行海域承载力评价。模糊综合评价应用过程中主要存在3个问题：一是评价标准的确定,目前多是参考相关统计数据和已有标准确定评价等级,有一定的主观随意性以及不准确性;二是如何合理地确定评价指标的权重,目前常用的AHP层次分析法主观性较强,难免影响评价结果的可靠性;三是隶属函数的选择。隶属函数的确定通常采用2类方法^[16],一类是模糊统计法,该方法需要大量的样本数据,但实际面临的经常是小样本数据。另一类是依靠经验和主观判断选取常用的隶属函数,受人为因素影响较大。本文采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准;利用D-S证据合成理论将主观性较强的AHP法和客观性较强的熵值法相结合确定综合权重;应用信息扩散技术确定小样本情况下样本指标值在指标评价域上的信息分配,进而确定隶属度;最后采用模糊综合评判方法对环渤海17个沿海城市的海域承载力进行评价,并分析其时空分异规律。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 韦伯-费希纳定律

德国生理学家韦伯和物理学家费希纳提出韦伯-费希纳定律（Weber-Fischna Law）用于揭示心理量与物理量之间数量关系的定律,可以确定各种感觉阈限和测量刺激的物理量和心理学的关系^[17]。W-F能够确切表达人体产生的反应量k与客观环境刺激量c之间的函数关系：

k=alogc （1）

式中,a为韦伯常数。

近年来,韦伯-费希纳定律逐渐被一些学者引用到环境影响评价研究中^[18,19],考虑到资源环境等对海域承载力的影响类似于环境污染因素对环境质量的影响,本文根据韦伯-费希纳的基本原理,将资源、环境等各项影响因素作为外界刺激强度,进行指标分级。

韦伯-费希纳定律应用到海域承载力评价中,设c为影响海域承载力的外部因素即评价指标;把人体产生的反应量k视为外部影响因素即评价指标对海域承载力的影响程度。a是由各指标的性质决定的,对于同一指标a为常数。

对公式（1）两边求差分可得：

$\begin{matrix} Δk = α \frac{Δc}{c} \end{matrix}$ （2）

公式（2）表明当影响海域承载力的外部因素c成等比变化时,对海域承载力的影响程度成等差变化。

因此在计算分级标准值时,虽然影响因素各相邻标准级别之间的值成等比变化,但这一影响因素对海域承载力造成的影响程度变化应是等差分级。将i指标的划分为5级,k=1对应于c_i₀的级别,k=6对应于c_id的级别。可知i指标任意两级k、l之间的客观重要性比率为：

$\begin{matrix} \frac{c_{ik}}{c_{il}} = α_{i}^{k - 1} \end{matrix}$ （k,l=1,···,6）（3）

取l=0,上式变为：

$\begin{matrix} c_{ik} = c_{i 0} α_{i}^{k} \end{matrix}$ （4）

公式中d_i定义为i指标相邻两级标准的影响程度比率：

$\begin{matrix} α_{i} = (c_{id} / c_{i 0})^{\frac{1}{6}} \end{matrix}$ （5）

本文运用韦伯-费希纳定律计算环渤海17个城市各评价指标的分级标准,通过研究期间同一指标所有地区数据的最大值与最小值计算相邻两级标准确定分级情况,具有整体性,改善了参考相关统计数据和已有标准确定评价等级的不足,提高了分级标准的科学性和合理性。

1.1.2 D-S证据合成理论

证据理论是由Dempster^[20,21]首先提出,并由Shafer^[22]进一步发展起来的一种处理不确定性的理论。设D为样本空间,函数M:2^D→[0,1],且满足M(Φ)=0,ΣM(A)=1其中A⊆D,则称M是2^D上的概率分配函数,M(A)称为A的基本概率数。

命题的信任函数Bel：2^D→[0,1],且Bel(A)=ΣM(B)其中B⊆A。Bel函数又称为下限函数,Bel(A)表示对命题A为真的信任程度。

似然函数Pl：2^D→[0,1],且 $\begin{matrix} Pl (A) = 1 - Bel (\neg A) \end{matrix}$ 其中A⊆D。似然函数的含义是由于Bel(A)表示对A为真的信任程度,所以 $\begin{matrix} Bel (\neg A) \end{matrix}$ 就表示对非A为真,即A为假的信任程度,由此可推出Pl(A)表示对A为非假的信任程度。似然函数又称为不可驳斥函数或上限函数。

设M₁,M₂,…,M_n是n个概率分配函数,则其正交和M=M₁⊕M₂⊕…⊕M_n为：

$\begin{matrix} M (Φ) = 0 M (A) = k^{- 1} \sum^{} \prod^{} M_{i} (A_{i}) \end{matrix}$ ,其中：

$\begin{matrix} K = 1 - \sum^{} \prod^{} M_{i} (A_{i}) = \sum^{} \prod^{} M_{i} (A_{i}) \end{matrix}$ (6)

D-S证据合成理论适用于互补、不确定信息的融合,它能够将大量繁杂的主观不确定信息,通过D-S证据合成理论信息融合原理有效地转化为确定性的决策结果。已有研究成果将主客观权重相结合时多采用线性加权法,运用D-S证据合成理论合成不确定的主观权重和确定的客观权重,能提高权重的准确性和科学性。本文采用D-S证据合成理论将主观性较强的AHP法和客观性较强的熵值法相结合确定综合权重。

1.1.3 信息扩散技术

信息扩散是为了弥补样本信息不足而对样本进行极值化的模糊数学处理方法^[23]。该方法可以将可将一个有观测值的样本变成一个模糊集,即将单值样本变成集值样本^[24]。信息扩散估计无需事先假设待估参数的分布,可将信息量不够的样本空间进行完备化,即使在信息量不足的情况下, 也能分析出尽可能精确的结果。结合海域承载力评价的特点,本文选用非线性的正态信息扩散函数^[25]构造隶属函数,其计算过程如下：

设某评价指标的论域U为U={u₁,u₂,…,u_m},其中u_i (i=1,2,…,m)为指标论域的控制点。对于评价指标的一个单值观测样本y_i可以将其所携带的信息扩散给指标论域U上的所有点,相应的扩散估计为：

$\begin{matrix} f_{j} (u_{i}) = \frac{1}{h \sqrt[]{2 π}} \exp [- \frac{{(y_{j} - u_{i})}^{2}}{2 h^{2}}] \end{matrix}$

(i=1,2,…,m; j=1,2,…,n) （7）

式中,h为扩散系数,可根据样本集合中最大值b、最小值a和样本个数n来确定。计算公式为：

$\begin{matrix} h = \{\begin{matrix} 0.8146 (b - a) n = 5 \\ 0.5690 (b - a) n = 6 \\ 0.4560 (b - a) n = 7 \\ 0.3860 (b - a) n = 8 \\ 0.3362 (b - a) n = 9 \\ 0.2986 (b - a) n = 10 \\ 2.6851 (b - a) n \geq 11 \end{matrix} \end{matrix}$ （8）

令 $\begin{matrix} C_{j} = \overset{m}{\sum_{i = 1}} f_{j} (u_{i}) \end{matrix}$ （9）

$\begin{matrix} p_{ij} = f_{j} (u_{i}) / C_{j} \end{matrix}$ （10）由于 $\begin{matrix} \overset{m}{\sum_{i = 1}} p_{ij} = 1 \end{matrix}$ （11）

故称p_ij为样本y_j在指标评价域上的归一化信息分布。

对于样本y_j,对于某一级别k内的控制点有u_p,u_p+₁,…,u_q（q>p）,则样本y_j关于k级别的隶属度为：

$\begin{matrix} r_{jk} = \overset{q}{\sum_{i = p}} u_{i} \end{matrix}$ （12）

模糊综合评判的结果表示为如下模糊变换:

$\begin{matrix} b_{j} = \overset{5}{\sum_{k = 1}} r_{jk} \cdot W_{k} \end{matrix}$ （13）

B={b₁,b₂,…,b_n},0≤b_j≤1,b_j为模糊综合评判的各级别隶属度。为了综合考虑各级别隶属度的影响,通常采用级别特征值确定评价等级,级别特征值的计算公式为：

$\begin{matrix} c = \overset{5}{\sum_{i = 1}} b_{i} \cdot k \end{matrix}$ （14）

如果|c-k|≤0.5,则最终评价的级别为k级。

1.2 数据来源

数据取自2000~2012年间的《中国区域经济统计年鉴》^[26]、《中国海洋统计年鉴》^[27]、《中国统计年鉴》^[28]、《中国城市统计年鉴》^[29]、《中国环境统计年鉴》^[30]、《河北经济年鉴》^[31]和各省市统计年鉴^[32-35]和统计公报,并且根据可比性和可获得性原则,对数据进行适当修正。

2 研究区概况

本文以环渤海地区17个城市为研究区域,研究2000~2011年环渤海地区海域承载力空间变化情况。环渤海地区主要指以辽东半岛、山东半岛、京津冀为主的环渤海经济带,与长江三角洲、珠江三角洲一起构成中国沿海经济增长的“三极”,它与华东、华南沿海地区共同构成中国经济发展的“黄金海岸”^[36]。在行政区上,它包括1个直辖市天津和16个地级行政区（辽宁省的丹东、大连、营口、盘锦、锦州和葫芦岛,河北省的秦皇岛、唐山和沧州,山东省的东营、滨州、潍坊、烟台、威海、青岛和日照）。环渤海地区海岸线长度6 924.2 km,占全国海岸线长度的38.47%,海域面积11万多平方公里。2011年环渤海地区的海洋经济总产值为16 442×10⁸元,占全国海洋生产总值的36.1%,比上年提高了1.1个百分点。但随着经济高速发展,环渤海地区海洋开发与利用规模扩大,环境污染破坏严重、资源过度开发等问题也日益严重,海洋经济与资源、环境承载力之间的矛盾日益突出,进行海域承载力研究具有重要的现实意义。

3 环渤海地区海域承载力综合评价

3.1 海域承载力评价指标体系

3.1.1 海域承载力评价指标体系的选取原则

海域承载力与一般区域承载力一样具有系统性、开放性、动态性和综合性等特点^[37],但海域承载力又具有复杂性、动态变化性、模糊性,以及影响因素的多方面性、多层次性等特点。基于以上特点,构建海域承载力评价指标体系除了遵循科学性、可比性、可操作性等一般原则外,还应遵循以下原则：① 综合性与显著性相结合。选取的指标应既能综合反映海域承载力的资源、环境、社会经济等方面,还应能够突出反映海域承载力的主要特征和状况。② 动态性与稳定性相结合。指标在时间上要具有连续性,不仅要能对现在的状况进行准确评价,而且还要能够较好地对过去的情况和未来发展趋势进行描述和量度。

3.1.2 海域承载力评价指标体系及权重

根据上述原则,参考前人的研究成果,结合环渤海地区实际情况以及当前经济社会发展特点,从资源、环境、生态、经济及科技5个子系统进行详细分析,构建了海域承载力评价指标体系（表1）。

表1 海域承载力评价指标体系及权重

Table 1 Indicator system for marine carrying capacity assessment

目标层	准则层	指标层	主观权重	客观权重	D-S综合权重
环渤海地区海域承载力评价	资源(0.2)	人均海岸线长度C₁(m)	0.0068	0.0383	0.0060
		人均海水产品产量C₂(kg)	0.0805	0.0464	0.0861
		规模以上港口生产用码头泊位数C₃(个)	0.0164	0.0673	0.0255
		港口货物吞吐量C₄(万t)	0.0579	0.0638	0.0852
		人均海域面积C₅ (m²/人)	0.0110	0.0370	0.0094
		海水养殖面积C₆(hm²)	0.0274	0.0435	0.0275
	环境(0.2)	万元GDP工业废水排放量C₇(t)	0.0767	0.0188	0.0333
		城镇生活污水处理率C₈(%)	0.0129	0.0054	0.0016
		工业固体废物产生量C₉(万t)	0.0203	0.0397	0.0186
		工业废水排放达标率C₁₀(%)	0.0488	0.0010	0.0011
		工业固体废物综合利用率C₁₁(%)	0.0323	0.0024	0.0018
		环保投资占GDP比重C₁₂(%)	0.0089	0.0328	0.0067
	生态(0.2)	人均滩涂面积C₁₃(km²)	0.0959	0.0415	0.0918
		海洋渔业生态效率C₁₄(%)	0.0217	0.0475	0.0238
		海洋石油加工业生态效率C₁₅(%)	0.0391	0.0999	0.0901
		旅游业生态效率C₁₆(%)	0.0433	0.0670	0.0669
	经济(0.2)	海洋经济占GDP比重C₁₇(%)	0.0835	0.0153	0.0295
		渔业总产值C₁₈(万元)	0.0320	0.0351	0.0259
		人均海洋经济总产值C₁₉(元/人)	0.0527	0.0343	0.0417
		海岸线经济密度C₂₀(万元/km)	0.0195	0.0724	0.0326
		城镇居民恩格尔系数C₂₁(%)	0.0123	0.0004	0.0001
	科技(0.2)	沿海城市科技支出C₂₂(万元)	0.0910	0.0962	0.2019
		教育经费C₂₃(亿元)	0.0525	0.0566	0.0685
		科技教育投入占GDP比重C₂₄(%)	0.0282	0.0084	0.0055
		海洋产业全员劳动生产率C₂₅(%)	0.0282	0.0292	0.0190

注：海洋渔业、海洋石油加工业、旅游业生态效率是通过该产业产值与环境污染评分之比得到的。

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3.2 评价指标分级标准

利用韦伯-费希纳拓广定律,结合环渤海地区实际情况,制定各评价指标的分级标准,见表2。

表2 评价指标分级标准

Table 2 Classification standards of assessment indexes

指标	类型	高	较高	一般	较低	低
C₁	正	0.22~0.4	0.12~0.22	0.07~0.12	0.04~0.07	0.01~0.04
C₂	正	384.12~1026	143.82~384.12	53.85~143.82	20.16~53.85	2.8~20.16
C₃	正	62~225	17~62	5~17	2~5	0~2
C₄	正	12381~45338	3381~12381	923~3381	252~923	18~252
C₅	正	2998~5393	1668~2999	927~1668	516~927	159~516
C₆	正	82417~151078	44961~82417	24527~44961	13880~24527	3980~13880
C₇	逆	0~3	3~8	8~14	14~20	20~32
C₈	正	75~100	56~75	42~56	32~42	18~32
C₉	逆	11~67	67~166	166~411	411~1017	1017~2516
C₁₀	正	95~100	80~95	50~80	40~50	26~40
C₁₁	正	95~100	75~95	55~75	40~55	27~40
C₁₂	正	1.7~5	1.2~1.7	0.7~1.2	0.2~0.7	0~0.2
C₁₃	正	370~600	240~370	110~240	60~110	10~60
C₁₄	正	2.12~5.53	0.81~2.12	0.31~0.81	0.12~0.31	0.01~0.12
C₁₅	正	0.91~2.85	0.29~0.91	0.09~0.29	0.03~0.09	0~0.03
C₁₆	正	2.05~8.15	0.57~2.15	0.15~0.57	0.04~0.15	0~0.04
C₁₇	正	24.86~59.55	10.38~24.86	4.35~10.38	1.81~4.35	0.3~1.81
C₁₈	正	1654158~3357495	814965~1654158	401514~814965	197816~401514	48016~197816
C₁₉	正	11160~28460	4375~11160	1716~4375	673~1716	103~673
C₂₀	正	80683~231115	28167~80683	9834~28167	3433~9834	418~3433
C₂₁	逆	30~35	35~40	40~45	45~50	50~60
C₂₂	正	80605~289405	22450~80605	6253~22450	1742~6253	135~1742
C₂₃	正	107.5~302.5	38.5~107.5	13.5~38.5	4.8~13.5	0.5~4.8
C₂₄	正	2.5~3	2~2.5	1.5~2	1~1.5	0~1
C₂₅	正	30~66	14~30	6.5~14	3~6.5	0.5~3

注：表中正指效益型指标,是指对海域承载力有正作用,数据越大越好;逆指成本型指标,是指对海域承载力有副作用,数据越小越好。

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3.3 评价结果

运用上述基于信息扩散技术的模糊综合评价模型计算得到环渤海地区海域承载力隶属函数判断矩阵,利用公式（14）,计算可求得环渤海海域承载力的级别特征值（表3）。

表3 环渤海地区海域承载力级别特征值

Table 3 Characteristic values of marine carrying capacity of the Bohai Sea Ring Area

	2000年	2001年	2002年	2003年	2004年	2005年	2006年	2007年	2008年	2009年	2010年	2011年
天津	2.796	2.499	2.366	2.164	2.006	2.073	2.030	1.983	1.874	1.843	1.809	1.851
唐山	3.313	3.169	3.182	3.006	2.801	2.801	2.750	2.663	2.613	2.541	2.484	2.449
秦皇岛	3.306	3.087	3.161	3.030	2.851	2.818	2.742	2.684	2.595	2.485	2.417	2.404
沧州	3.584	3.406	3.400	3.232	3.087	3.070	3.016	2.923	2.836	2.776	2.679	2.628
大连	3.156	2.804	2.977	2.905	2.750	2.697	2.628	2.147	2.127	2.027	1.978	1.968
丹东	3.315	3.107	3.147	3.035	2.880	2.848	2.767	2.668	2.567	2.490	2.426	2.308
锦州	3.487	3.263	3.312	3.181	3.037	3.005	2.923	2.827	2.694	2.579	2.555	2.454
营口	3.460	3.298	3.276	3.161	2.987	2.982	2.918	2.833	2.740	2.579	2.469	2.381
盘锦	3.264	3.103	3.057	2.920	2.767	2.729	2.661	2.544	2.445	2.293	2.283	2.187
葫芦岛	3.363	3.128	3.086	3.010	2.916	2.900	2.825	2.729	2.631	2.498	2.463	2.403
青岛	3.137	2.757	2.756	2.710	2.466	2.445	2.354	2.297	2.171	2.147	2.205	2.156
东营	3.085	2.930	2.891	2.797	2.575	2.570	2.514	2.427	2.371	2.293	2.229	2.158
烟台	2.986	2.820	2.773	2.687	2.489	2.430	2.328	2.323	2.187	2.146	2.074	2.032
潍坊	3.416	3.245	3.209	3.115	2.928	2.875	2.773	2.687	2.619	2.564	2.489	2.421
威海	3.140	3.046	2.977	2.854	2.675	2.576	2.478	2.428	2.375	2.314	2.222	2.178
日照	3.500	3.315	3.284	3.162	3.018	3.003	2.947	2.870	2.817	2.744	2.656	2.600
滨州	3.520	3.358	3.321	3.197	3.052	3.035	2.952	2.883	2.799	2.740	2.644	2.577

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4 环渤海地区海域承载力分析

4.1 海域承载力时间分异分析

从表3可以看出,环渤海17沿海城市2000~2011年海域承载力级别特征值整体呈减小趋势,说明海域承载力虽有波动,但总体上呈上升趋势,各地海域承载力不断提高。海洋意识的增强,海洋综合管理水平的提高,以及对资源环境保护力度的加强,促进了各子系统的有序健康发展。2001年开始的“渤海碧海行动计划”,《中华人民共和国海洋环境保护法》,全国及环渤海各地区“海洋功能区划”、“海洋经济发展规划”等一系列国家和地方政策法规的制定与实施,在一定程度上规范了环渤海地区的海洋资源开发和发展秩序,保护了海洋生态环境,促进了海洋经济健康协调发展,有效提升了海域承载力水平。但是大多数城市海域承载力级别特征值都在1.8~4.0之间,这说明环渤海地区在经济发展的过程中仍存在资源利用不够合理和生态环境保护力度不够等问题,海域承载力整体水平不高。

随着时间发展,区域间差异并未缩小。2000年级别特征值最大的沧州与最小的天津差值为0.788,2011年级别特征值最大的沧州与最小的天津之间的差值为0.777。另一方面,各地发展速度快慢不一,地区间条块分割严重,经济协调成本高,市场化程度低,资金、人才、技术等要素流动也不够畅通,总体差距依然较大。环渤海地区在今后的发展过程中,应把整个地区作为一个整体,加强地区间的协调发展,注重利用承载力水平较高地区辐射带动周边地区发展,更好地发挥其第三大经济增长极的作用。

4.2 海域承载力空间分异分析

为了更形象地说明环渤海17个城市海域承载力的空间分异情况,利用表3中各地区12 a海域承载力级别特征值的平均值,采用ArcGIS9.3中的自然断裂法对环渤海地区的海域承载力进行划分,得到环渤海地区海域承载力的空间布局特征（图1）。

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图1 环渤海地区海域承载力空间分布

Fig.1 Distributionof marine carrying capacity of the Bohai Sea Ring Area

4.2.1 空间分异明显

由图1可以看出环渤海地区海域承载力存在显著的空间差异特征：空间分布整体分散、部分连片集中,空间分异明显,其中天津、大连、青岛、烟台、东营、威海海域承载力较高,唐山、秦皇岛、丹东、盘锦、葫芦岛、潍坊海域承载力水平中等,沧州、锦州、营口、日照、滨州海域承载力较低。

天津、大连、青岛、烟台、东营、威海相较于其他城市海域承载力较高,海域承载力水平分别从3、4级逐渐提高到2级。天津、大连、青岛和烟台市海洋资源丰富,海洋经济发展水平较高,海洋管理体系建设较完善,海洋第二、三产业发展迅速,产业结构比较合理,海洋科技创新及生态环境保护投入较多。2011年海洋生产总值分别为3 536×10⁸元、1 649×10⁸元、1 844×10⁸元、1 480×10⁸元,分别占地区生产总值的31.6%、26.8%、27.9%、30.2%。天津港、大连港、青岛港跻身全球货物吞吐量10大港口,吞吐量分别达4.5×10⁸t、3.4×10⁸t、3.7×10⁸t,烟台港货物吞吐量也已超过2×10⁸t。东营浅海滩涂湿地面积达1 200 km²,现已控制含油面积64.9 km²,新探明盐矿储量达5 800×10⁸t,同时东营位于黄河三角洲地区,生物资源、旅游资源丰富。威海海岸线总长986 km,占山东省海岸线总长的1/3,开发海水养殖空间资源广阔,浅海和滩涂海况、基质、水质优良,具有丰富的生物资源,人均海水产品产量约900 kg。6市近年来不断加强海洋管理立法和规划工作,规范海洋开发秩序,加强海洋资源环境保护,污水排放达标率、废物综合利用率较高,工业废水排放达标率、生活污水处理率保持在95%及90%以上,减轻了海域承载力的压力部分。

河北省的唐山、秦皇岛,辽宁省的丹东、盘锦、葫芦岛,以及山东省的潍坊,海域承载力在环渤海17个沿海城市中处于中等水平。这些城市在海洋资源丰度、海洋经济发展程度、海洋生态环境保护以及科技投入等方面大多处于中等水平,说明这些城市海洋资源还有待进一步开发、海洋经济发展势头不足、生态环境保护力度不够,因此海域承载力提高有较大潜力,发展海洋经济,提高海洋科技实力,加强生态环境保护要协调发展。

沧州、锦州、营口、日照、滨州海洋经济水平较低,海洋资源环境保护不足,污染破坏严重,在环渤海地区中海域承载力水平较低。沧州渤海新区以黄骅港建设为重点,海洋化工、石油化工并重,建设海洋化工基地和国家级石化基地。在开发建设的同时化工厂、造纸厂等大量排放污水,海水水质受污严重不达标,破坏了生物的生境,严重影响海水养殖产业发展。锦州是辽西重要的工业城市,海洋经济总产值约250×10⁸元。锦州湾是中国严重污染的海湾之一,海水富营养化、重金属及油类污染、湿地生境丧失等问题严重,对海洋生态环境造成了严重的影响。营口2011年全市海洋经济总产值478.8×10⁸元,占GDP比重达39%。营口影响海域承载力的问题主要在于滥采海洋资源和破坏污染海洋生态环境的情况较多,海域使用管理不完善,矛盾纠纷较多。日照、滨州在山东沿海属相对不发达地区,地理区位相对不佳。滨州主要海洋产业是渔业、海洋化工业等,沿海滩涂、浅水海域发展水产养殖和制盐业潜力巨大,宜盐面积960 km²,是山东省重要的海盐生产基地。两地海洋第一产业比重较大,海洋经济结构需要进一步调整升级。

4.2.2 空间峰值效应显著

环渤海地区海域承载力单个城市的峰值效应显著,天津、大连、烟台和青岛形成环渤海中部、北部、南部三个峰值点,海域承载力明显高于周边地区,总体规律是海洋经济越发达地区海域承载力越高。4市都是区域性海洋经济最发达地区,天津位于中国华北、西北、和东北三大区域的结合部,是环渤海地区的中枢部位,2006年国务院常务会议将天津完整定位为“环渤海地区经济中心,国际港口城市,北方经济中心,生态城市”。大连位于渤海北部的辽东半岛,是东北地区最大的港口城市,东北地区重要的对外门户和航运枢纽,东北亚国际航运中心、国际物流中心。2011年全国两会,大连被国家定位为振兴东北老工业基地的龙头及国家级战略辽宁沿海经济带开发开放的核心城市。烟台和青岛位于渤海南部的山东半岛蓝色经济区,半岛城市群以青岛为对外开放的龙头城市,以青岛、济南为区域双中心城市,以烟台为区域副中心,烟台与青岛分别为区域东、南子区域的核心城市。这些地区区位优势明显,资源相对丰富,政府政策支持更多,而且更加重视海域使用管理、生态环境保护、科技投入等,对高技术人才也更加有吸引力。

5 结语

1）指标权重的确定是否合理,直接关系到整个评价体系的科学性。本文改变以往常用的主客观权重线性加权确定综合权重的方法,运用D-S证据合成理论合成客观权重,提高了权重的准确性和科学性。采用韦伯-费希纳定律确定评价标准,基于信息扩散技术的模糊综合评价对环渤海地区海域承载力进行时空综合评价,计算简便,评价结果直观,属于同一级别的监测点之间也具有可比性,取得了较好的评价效果。

2）研究结果表明,2000~2011年,环渤海地区海域承载力虽有波动,但总体上呈上升趋势,各地海域承载力不断提高,但级别特征值都在1.8~4.0之间,整体水平不高;地区之间空间分异明显,空间峰值效应显著。

3）经济发展必然会导致海洋资源开发、环境污染,关键问题是要找到合适的成本收益平衡点,正确处理好资源、环境、生态、经济及科技子系统之间的关系,促使各子系统协调共生、相互促进,才能实现海域承载力的可持续发展。环渤海地区在今后的发展中应结合当地实际情况,发展海洋高新技术产业,推进工业结构和技术变革,促进产业结构高级化;加强海洋生态文明建设,发展海洋生态经济;进行全面海洋区划,合理开发利用海洋资源,提高海洋经济质量。在发展海洋经济的同时加强海洋资源环境保护,使海洋环境污染与治理相适应,处理好资源环境保护力度和社会经济发展速度之间的关系,实现海洋系统协调有序发展,海域承载力水平的不断提高。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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Bivalve carrying capacity in coastal ecosystems

1997

... 目前国外对海域承载力研究多限于单要素评价,集中于对海洋渔业、贝类、海岸带等资源的承载力及可持续发展研究^[1-5].国内关于海域承载力的研究起步较晚,2004年狄乾斌^[6,7]首次提出了海域承载力的概念,并对其定义及内涵、研究内容、研究特点、定量化方法等进行了探讨.随后多位学者从海洋生态环境承载力、海岸带承载力、海岸带环境承载力、海域环境承载力等不同角度及研究方法进行了理论探讨与实证研究^[8-13]. ...

A spatially-explicit approach for estimating carrying capacity: An application for the Atlantic menhaden(Brevoortia tyrannus) in Chesapeake Bay

2001

Fisheries catches and the carrying capacity of marine ecosystems in southern Brazil

2001

Assessing carrying capacities of coastal areas in France

2008

A box model for ecosystem-level management of mussel culture carrying capacity in a coastal bay

2009

海域承载力研究的若干问题

2004

海域承载力的定量化探讨——以辽宁海域为例

2005

海洋生态环境承载力评价指标体系研究

2006

海域承载力本质及内在关系探析

2008

海岸带承载力影响因素与评估指标体系初探

2008

海岸带环境承载力概念模型初探

2008

海域环境承载力的评价指标体系及评价方法初探

2010

基于生物免疫学理论的海域生态承载力综合测度研究——以辽宁省为例

2013

2009

... 海域原意是指包括水上、水下在内的一定海洋区域,《海域使用管理法》规定海域指的是中国内水、领海的水面、水体、海床和底土,本文所指海域为环渤海地区行政管辖海域范围.海域承载力是一种特定的区域承载力概念,是指一定时期内,以海洋资源的可持续利用、海洋生态环境的不被破坏为原则,在符合现阶段社会文化准则的物质生活水平的条件下,通过海洋的自我调节、自我维持,海洋所能支持人口、环境和社会经济发展的能力或限度^[14].由于海洋资源系统具有流动性、可再生性等特点,海域承载力具有开放性、动态变化性和复杂性等特点,难以准确定量计算其所能支持的人口、环境和社会经济发展的能力或限度,但可以通过构建指标体系,测度海域承载力的动态变化趋势及相对水平,指导海洋经济开发实践活动.模糊综合评判方法是运用模糊数学原理,从多个因素对被评判事物隶属等级情况进行分析和评价的方法^[15].海域承载力评价是一个涉及到多因素的综合评价问题,且存在大量的不确定、模糊性因素,因此可以应用模糊综合评价法进行海域承载力评价.模糊综合评价应用过程中主要存在3个问题：一是评价标准的确定,目前多是参考相关统计数据和已有标准确定评价等级,有一定的主观随意性以及不准确性;二是如何合理地确定评价指标的权重,目前常用的AHP层次分析法主观性较强,难免影响评价结果的可靠性;三是隶属函数的选择.隶属函数的确定通常采用2类方法^[16],一类是模糊统计法,该方法需要大量的样本数据,但实际面临的经常是小样本数据.另一类是依靠经验和主观判断选取常用的隶属函数,受人为因素影响较大.本文采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准;利用D-S证据合成理论将主观性较强的AHP法和客观性较强的熵值法相结合确定综合权重;应用信息扩散技术确定小样本情况下样本指标值在指标评价域上的信息分配,进而确定隶属度;最后采用模糊综合评判方法对环渤海17个沿海城市的海域承载力进行评价,并分析其时空分异规律. ...

海滨型旅游地环境承载力评价研究——以江苏海滨湿地生态旅游地为例

2008

岩土参数模糊隶属函数的构造方法及应用

2007

基于韦伯-费希纳拓广定律的环境空气质量标准

2003

... 德国生理学家韦伯和物理学家费希纳提出韦伯-费希纳定律（Weber-Fischna Law）用于揭示心理量与物理量之间数量关系的定律,可以确定各种感觉阈限和测量刺激的物理量和心理学的关系^[17].W-F能够确切表达人体产生的反应量k与客观环境刺激量c之间的函数关系： ...

基于韦伯-费希纳定律的海河流域水库水环境预警评价

2010

... 近年来,韦伯-费希纳定律逐渐被一些学者引用到环境影响评价研究中^[18,19],考虑到资源环境等对海域承载力的影响类似于环境污染因素对环境质量的影响,本文根据韦伯-费希纳的基本原理,将资源、环境等各项影响因素作为外界刺激强度,进行指标分级. ...

基于韦伯-费希纳定律的湖泊富营养化评价

2011

Upper and lower probabilities induced by a multivalued mapping

1967

... 证据理论是由Dempster^[20,21]首先提出,并由Shafer^[22]进一步发展起来的一种处理不确定性的理论.设D为样本空间,函数M:2^D→[0,1],且满足M(Φ)=0,ΣM(A)=1其中A⊆D,则称M是2^D上的概率分配函数,M(A)称为A的基本概率数. ...

Generalization of Bayesian inference

1968

1976

基于信息扩散理论的气象灾害风险评估方法

2009

... 信息扩散是为了弥补样本信息不足而对样本进行极值化的模糊数学处理方法^[23].该方法可以将可将一个有观测值的样本变成一个模糊集,即将单值样本变成集值样本^[24].信息扩散估计无需事先假设待估参数的分布,可将信息量不够的样本空间进行完备化,即使在信息量不足的情况下, 也能分析出尽可能精确的结果.结合海域承载力评价的特点,本文选用非线性的正态信息扩散函数^[25]构造隶属函数,其计算过程如下： ...

基于信息扩散技术的辽宁省农业旱灾风险评价

2008

2005

2012

... 数据取自2000~2012年间的《中国区域经济统计年鉴》^[26]、《中国海洋统计年鉴》^[27]、《中国统计年鉴》^[28]、《中国城市统计年鉴》^[29]、《中国环境统计年鉴》^[30]、《河北经济年鉴》^[31]和各省市统计年鉴^[32-35]和统计公报,并且根据可比性和可获得性原则,对数据进行适当修正. ...

2000~2011

2000~2012

2000~2011

2000~2012

2001~2011

基于AHP-NRCA模型的环渤海地区海洋功能评价

2012

... 本文以环渤海地区17个城市为研究区域,研究2000~2011年环渤海地区海域承载力空间变化情况.环渤海地区主要指以辽东半岛、山东半岛、京津冀为主的环渤海经济带,与长江三角洲、珠江三角洲一起构成中国沿海经济增长的“三极”,它与华东、华南沿海地区共同构成中国经济发展的“黄金海岸”^[36].在行政区上,它包括1个直辖市天津和16个地级行政区（辽宁省的丹东、大连、营口、盘锦、锦州和葫芦岛,河北省的秦皇岛、唐山和沧州,山东省的东营、滨州、潍坊、烟台、威海、青岛和日照）.环渤海地区海岸线长度6 924.2 km,占全国海岸线长度的38.47%,海域面积11万多平方公里.2011年环渤海地区的海洋经济总产值为16 442×10⁸元,占全国海洋生产总值的36.1%,比上年提高了1.1个百分点.但随着经济高速发展,环渤海地区海洋开发与利用规模扩大,环境污染破坏严重、资源过度开发等问题也日益严重,海洋经济与资源、环境承载力之间的矛盾日益突出,进行海域承载力研究具有重要的现实意义. ...

环渤海地区区域承载力研究

2001

... 海域承载力与一般区域承载力一样具有系统性、开放性、动态性和综合性等特点^[37],但海域承载力又具有复杂性、动态变化性、模糊性,以及影响因素的多方面性、多层次性等特点.基于以上特点,构建海域承载力评价指标体系除了遵循科学性、可比性、可操作性等一般原则外,还应遵循以下原则：① 综合性与显著性相结合.选取的指标应既能综合反映海域承载力的资源、环境、社会经济等方面,还应能够突出反映海域承载力的主要特征和状况.② 动态性与稳定性相结合.指标在时间上要具有连续性,不仅要能对现在的状况进行准确评价,而且还要能够较好地对过去的情况和未来发展趋势进行描述和量度. ...

〈

〉

环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析

Marine Carrying Capacity Assessment and Spatio-temporal Analysis in the Bohai Sea Ring Area, China

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.2 数据来源

2 研究区概况

3 环渤海地区海域承载力综合评价

3.1 海域承载力评价指标体系

3.2 评价指标分级标准

3.3 评价结果

4 环渤海地区海域承载力分析

4.1 海域承载力时间分异分析

4.2 海域承载力空间分异分析

5 结 语

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

5 结语

参考文献

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