區域承載力與海洋產業集聚的動態效應
——以天津市為例

滕欣，徐偉，2，董月娥，胡恒

(1.國家海洋技術中心 天津 300112；2.中國海洋大學 環境科學與工程學院 青島 266100)

?

區域承載力與海洋產業集聚的動態效應
——以天津市為例

滕欣1，徐偉1，2，董月娥1，胡恒1

(1.國家海洋技術中心 天津 300112；2.中國海洋大學 環境科學與工程學院 青島 266100)

文章首先界定了區域承載力的內涵，分析了區域承載力與海洋產業集聚的關系，構建復合系統區域承載力計量模型測算區域承載力，并選用區位熵測度各海洋產業的集聚水平，進而運用灰色綜合分析和Pearson關聯模型相結合的方法研究了2000-2012年天津區域承載力與海洋產業集聚水平的動態效應。通過研究證實：初級階段的海洋產業集聚對區域承載力具有抑制效應，二者呈負相關關系；中級階段和高級階段的海洋產業集聚對于區域承載力具有刺激效應，二者呈正相關關系。

沿海區域；復合系統區域承載力；海洋產業集聚；灰色綜合分析；動態效應

近年來，隨著生態文明建設和沿海區域發展戰略的落實，海洋產業發展與生態環境保護越來越受到社會各界的關注，區域承載力與海洋產業集聚的動態關聯關系成為研究的熱點問題。傳統觀點認為產業的空間集聚有利于節約資源和保護環境，從而對區域承載力產生積極的影響。但事實并非如此，海洋產業對區域承載力的影響因產業性質和產業集聚水平而異。因此，在海洋產業空間集聚的趨勢下，厘清區域承載力與不同特性的海洋產業集聚之間的關系，成為海洋產業轉型升級需要著力研究和解決的重要課題。

國內外眾多學者對區域承載力和產業集聚進行了研究。國外學者主要側重于區域承載力的應用研究[1-3]，國內學者則偏向于對區域資源環境承載力的測度評價[4-5]和具體資源承載力的預警和仿真研究[6-9]。資源環境承載力測度方法主要有：狀態空間法、綜合評價指標體系法[10]、生態足跡法[11]、相對資源承載力模型[12]和能值分析法[13]。資源環境承載力預警和仿真方法主要有：系統動力學[14]和BP神經網絡[15]等。國內外關于區域承載力與產業集聚關系的研究較少，國外研究主要集中在產業發展對環境的影響[16-19]。國內的研究偏重于資源環境在產業集聚形成過程中發揮的作用[20]。總體來看，目前學術界在區域承載力和產業集聚方面的研究取得了大量的成果，但有關二者相互關系的理論模型和定量分析方法的研究鮮見，需要進一步探討。

基于此，文章首先從系統的角度界定了區域承載力的內涵，并運用復合系統區域承載力計量模型測度區域承載力的支撐力指數、壓力指數和調控力指數，然后應用區位熵測度各海洋產業集聚度，最后采用灰色綜合關聯分析和Pearson相關系數相結合的方法對區域承載力與海洋產業集聚進行動態響應分析。以期進一步豐富區域承載力與產業發展的研究。

1 區域承載力與產業集聚的動態效應

1.1 區域承載力概念界定

對區域承載力概念的界定，國內外學者和研究機構尚未達成一致意見。目前區域承載力的定義主要側重在能力和閾值兩個方面[21]，而區域承載力具有系統效應，文章擬從系統效應的角度將區域承載力定義為：由沿海區域支撐力系統、壓力系統和調控力系統相互作用、相互影響而形成的區域發展的總體水平，它受沿海區域資源、環境、社會發展水平、人口素質、人口密度、產業結構、投資水平、科技水平以及居民生活質量等多種因素的制約和影響，是資源環境約束下區域發展能力總體水平的集中體現，如圖1所示。

圖1 區域承載力影響因素關聯圖

1.2 區域承載力與產業集聚水平的關聯效應分析

區域承載力與產業集聚水平具有相互影響的動態關系，二者相互間具有促進或抑制作用。將海洋產業集聚的水平按照集聚結構、生產要素、技術水平等要素分為初級、中級和高級3個階段。在產業集聚的初級階段產業間聯系松散、產業鏈短，企業間關聯度低，一般難以形成生態化組織的路徑[22]。到產業集聚的中級階段，隨著產業集聚的不斷高級化，產業對區域承載力的負面效應都會因為物質循環、生態效率提高而緩解。進入產業集聚發展的高級階段，形成循環產業鏈和復雜的網狀資源利用和生產模式，生態效率實現最大化，對區域承載力的抑制作用達到最小。根據海洋產業集聚發展水平與區域承載力之間的關系，可以將區域承載力對應地劃分為低承載力、較高承載力和高承載力3個階段，如圖2所示。

圖2 區域承載力與海洋產業集聚的關聯效應

1.3 研究方法與模型構建

1.3.1 研究方法

運用復合系統區域承載力計量模型測度區域承載力。采用區位熵(LQ)度量海洋產業集聚程度。選用灰色綜合關聯度分析區域承載力和海洋產業集聚的動態響應關系。區域承載力和海洋產業集聚是兩個信息不完備的不確定性系統。關聯度數值本身并不是本文研究的關鍵，而是以此得出各海洋產業與區域承載力關聯度大小的排序，從而找出未來海洋產業發展方式轉變和產業結構調整的方向與重點。通過Pearson相關系數判斷區域承載力和海洋產業集聚的關聯方向。

1.3.2 測度模型構建

(1) 復合系統區域承載力計量模型。基于承載力的定義和內涵，區域承載力受資源環境、人口經濟發展和政府、社會的干涉和系統的自主調節3方面的影響，所以復合系統區域承載力指數F是支撐力指數S、壓力指數P、調控力指數A的函數，即：

F=fS,P,A

(1)

將區域承載力與壓力之間的關系設定為指數的倒數關系，即區域承載力隨壓力的增大而呈指數減小，并且隨著其增加對區域承載力的影響逐漸強化；將區域承載力與調控力之間的關系設置為對數關系，即區域承載力隨調控力的增加而呈對數增加，并且隨著其增長對區域承載力的影響力逐漸減弱，復合系統區域承載力計量模型如下：

F=Se(-P)+ln(A+1)

(2)

式中：F為沿海區域復合系統區域承載力指數；S為沿海區域支撐力指數；P為沿海區域壓力指數；A為沿海區域調控力指數。

(2) 海洋產業區位熵的測量。區位熵是產業的效率與效益分析的定量工具，是一種較為普遍的集群識別方法，是用來衡量某一產業的某一方面，在特定區域的相對集中程度，公式如下：

LQ=(Ei/E)/(Ni/N)

(3)

式中：Ei為研究區域中第i種經濟活動水平，采用沿海區域各海洋產業產值；E為研究區域總經濟活動水平，采用區域海洋產業總產值；Ni為上個層次整個區域經濟活動水平，采用全國各海洋產業產值；N為上一層總體經濟活動水平，采用全國海洋產業總產值。若LQ>1，則說明研究區域該產業集群形成，其值的增大反映區域產業集聚程度的升高。

(3) 區域承載力與海洋產業集聚綜合關聯模型。灰色關聯度的基本思想是根據序列曲線幾何形狀來判斷不同序列之間的聯系是否緊密。基于鄧聚龍教授提出的灰色系統理論，參考現有研究灰色關聯度的實證模型，本文設定區域承載力為系統特征母序列，記為X0，各海洋產業區位熵代表產業集聚度作為相關因素序列，記為Xi。灰色綜合關聯度既體現了序列X0與Xi的相似程度，又反映出X0與Xi相對于始點的變化速率的接近程度，是較為全面地表征序列之間是否聯系緊密的一個數量指標。

ρoi=αεoi+(1-α)r0i

(4)

式中：ε0i為灰色絕對關聯度；r0i為灰色相對關聯度；α為待辨參數，可取α=0.5，表示對絕對量和變化速率同等關注。

(4) Pearson相關系數。Pearson相關系數r適用于評價兩個連續變量是否線性相關，r介于-1和+1之間。|r|越接近1，說明線性關系越強。當r>0時，兩個連續變量是正向的關系；當r<0時，兩個連續變量是負向關系；r=0時，兩個連續變量線性無關r。

(5)

式中：x為區域承載力；y為海洋產業集聚程度；r為Pearson相關系數。

1.3.3 指標體系的構建

區域承載力是一個綜合性、系統性的指標體系，涉及資源、環境、經濟和人類活動等各個方面。在指標的選取上，首先采用頻度統計法、專家咨詢法和理論分析法，建立普適性的承載力評價指標體系，然后運用集對分析中的對立度，對指標體系進行定量篩選，對立度反映了實際值與理想值的對立程度，其值的大小可以反映各因素對區域承載力制約程度的高低，最后將評價指標體系分為壓力指標、支撐力指標和調控力指標3大類。其中，壓力指標用于反映社會經濟發展對海洋生態環境的壓力，主要包括：經濟總量、經濟增長、經濟結構環境污染以及人口等方面的評價指標；支撐力指標主要反映資源對經濟發展的承載能力，主要是指海洋資源總量；調控力指標是指政府和社會的干涉和系統的自主調整及適應，包括環境治理、經濟發展程度以及技術支持方面的評價指標。共構建了一級指標3個，二級指標8個，三級指標20個，整個指標體系如表1所示。

1.3.4 數據標準化與權重確定

表1 區域承載力指標及權重

1.3.5 數據來源及預處理

研究采用的數據主要來源于2001-2013年《中國海洋統計年鑒》《天津市統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》等。人均數據基于當年人口數據計算，為保證數據連續性和全面性，對于個別缺失數據采用回歸替換法進行數據插補。數據預處理包括：由于統計數據統計時間限值和部分中斷現象，主要選擇海洋產業增加值代替海洋生產總值，增強數據的連續性與完備程度。

2 計算結果與分析

2.1 區域承載力分析

天津是我國重要的沿海城市，對沿海的開發和海洋資源的需求具有代表性。根據上文構建的區域承載力模型，計算2000-2012年天津市生態壓力指數(PI)、支撐力指數(SI)、調控力指數(AI)和區域承載力指數(CI)，計算結果如表2所示。通過計算可知，從2000-2012年天津市復合系統區域承載力指數(CI)不是一直上升的，經歷了先升后降再上升的變化。壓力指數(PI)從2000年的0.210 0上升到2012年的0.3755。支撐力指數(SI)呈緩慢下降趨勢，調控指數(AI)上升趨勢明顯，成為現階段天津區域承載力持續上升的主要推動力。

表2 2000-2012年天津市復合系統區域承載力指數

2.2 海洋產業集聚水平分析

分別計算2012年天津市海洋漁業、海洋鹽業、海洋油氣業、海洋船舶工業、海水利用業、海洋化工業和濱海旅游業的區位熵，計算結果如表3所示。

表3 天津市區域承載力與海洋產業集聚水平的關聯效應

對區位熵的計算結果進行靜態的分析可以看出，2012年形成產業集聚的海洋產業有：海洋鹽業、海洋油氣業、海洋化工業和濱海旅游業。這4個海洋產業在地理上顯示出高度集中的特征，但是不同海洋產業的集聚程度也顯現出較大的差異，區位熵較大的是海洋油氣業達到了8.152 1，其次為海洋鹽業達到了2.551 2，濱海旅游業和海洋化工業分別為2.225 7和1.987 5。

2.3 二者的動態效應分析

通過上文構建的綜合關聯模型，計算天津市區域承載力與海洋產業集聚水平的關聯度和關聯方向，結果如表3所示。

海洋化工業集聚度與區域承載力的灰色綜合關聯度為0.749 9，但關聯方向為負，這說明天津市海洋化工業處于產業集聚的初級階段，2012年天津市海洋化工業的區位商為1.987 5，集聚度不高也驗證了海洋化工業處于初級集聚階段。海洋化工業處于初級集聚階段與區域承載力呈負向關聯關系，說明在現階段產業條件下，海洋化工業集聚規模越大對區域承載力的抑制性越強。目前條件下，產業集聚帶來經濟規模擴大，經濟收益增加的同時，其對環境的污染，資源的消耗也在成倍的增加，對環境污染大于對環境的保護，對資源的消耗也大于對資源的循環利用。

濱海旅游業與區域承載力的灰色綜合關聯度為0.753 4，關聯方向為正。考慮到2012年天津市濱海旅游業的區位商為2.225 7，這說明天津市濱海旅游業處于產業集聚的中級階段，濱海旅游業與區域承載力的關系是正向的。濱海旅游業集聚水平提高可以調節海洋第一產業和第二產業對資源環境的不良影響，海洋第三產業集聚發展也是天津市建設生態城市和實現可持續發展的有效途徑，因此大力發展海洋三產，進一步提高集聚水平是實現天津市經濟社會可持續發展的重要舉措。

海洋鹽業、海洋油氣業與區域承載力的灰色綜合關聯度分別為0.770 2和0.848 2，關聯方向為正，考慮區位商的大小，判定海洋鹽業處于產業集聚的中級階段，而海洋油氣業處于產業集聚的高級階段。海洋鹽業、海洋油氣業與區域承載力呈正向相關關系，兩產業發展與天津區域承載力相互刺激，相互促進，說明兩產業處于內生增長階段。通過科技進步推動產業集聚發展，有益于提高沿海區域的區域承載力。

3 結語

本文構建區域承載力與海洋產業集聚水平動態效應測度模型，運用復合系統區域承載力指數和區位熵，結合灰色綜合關聯度模型和Pearson相關系數，對天津市的區域承載力和產業集聚水平進行了測度和分析。計算結果表明，天津市海洋化工業處于初級集聚階段，與沿海區域生態承載力呈負向關聯關系，在現階段產業條件下，海洋化工業集聚規模越大對區域承載力的抑制性越強。濱海旅游業處于產業集聚的中級階段，濱海旅游業與區域承載力的關系是正向的。濱海旅游業集聚水平提高可以調節海洋第一、二產業對資源環境的不良影響。

海洋鹽業處于產業集聚的中級階段，而海洋油氣業處于產業集聚的高級階段。海洋鹽業、海洋油氣業與區域承載力均呈正向相關關系，兩產業發展與天津區域承載力相互刺激，相互促進，產業處于內生增長階段。通過科技進步推動產業的集聚發展，有益于提高沿海區域的區域承載力。計算結果與天津市海洋產業的實際發展水平相吻合。

[1] JUNGHO N，WONKEUN C，DAESEOK K.Carrying capacity of an uninhabited island off the southwestern coast of Korea [J].Ecological Modeling，2010，221(17)：2102-2107.

[2] HAN Hongyan，LI Keoiang，WANG Xiulin，et al.Environmental capacity of nitrogen and phosphorus pollutions in Jiaozhou Bay，China：Modeling and assessing [J].Marine Pollution Bulletin，2011，63(12)：262-266.

[3] RIBEIRO M F，FERREIRA J C，SILVA C P.The sustainable carrying capacity as a tool for environmental beach management [J].Journal of Coastal Research，2011(64):1411-1414.

[4] 毛漢英，余丹林.環渤海地區區域承載力研究[J].地理學報，2001，56(3)：363-371.

[5] 鄧宗成，孫英蘭，周皓，等.沿海地區海洋生態環境承載力定量化研究：以青島市為例[J].海洋環境科學，2009，28(4)：438-441，459.

[6] 董成森，陳端呂，董明輝，等.武陵源風景區區域承載力預警[J].生態學報，2007，27(11)：4766-4776.

[7] QUICOY A R，BRIONES N D.Beach carrying capacity assessment of coastal ecotourism in Calatagan，Batangas，Philippines [J].Journal of Environmental Science and Management，2009，12(2):11-27.

[8] 劉樹鋒，陳俊合.基于神經網絡理論的水資源承載力研究[J].資源科學，2007，29(1)：99-105.

[9] 盧超，王蕾娜，張東山，等.水資源承載力約束下小城鎮經濟發展的系統動力學仿真[J].資源科學，2011，33(8)：1498-1504.

[10] 郭娜，王伯鐸，崔晨，等.榆林市生態環境承載力評價分析[J].中國人口·資源與環境，2011，21(3)：104-107.

[11] 劉子剛，鄭瑜.基于生態足跡法的區域水區域承載力研究：以浙江省湖州市為例[J].資源科學，2011，33(6)：1083-1088.

[12] 傅鼎，宋世杰.基于相對資源承載力的青島市主體功能區區劃[J].中國人口·資源與環境，2011，21(4)：148-152.

[13] DANG Xiaohu，LIU Guobin.Emergy measures of carrying capacity and sustainability of a target region for an ecological restoration program：A case study in Loess Hilly Region，China [J].Journal of Environmental Management，2012，102(5)：55-64.

[14] 王儉，李雪亮，李法云，等.基于系統動力學的遼寧省水環境承載力模擬與預測[J].應用生態學報，2009，20(9)：2233-2240.

[15] 郭晶，何廣順，趙昕.因子分析-BP神經網絡整合方法的沿海地區環境承載力預測[J].海洋環境科學，2011(5)：707-710.

[16] SEPPALA J，KOSKELA S，MELANEN M.The Finnish metals industry and the environment [J].Resources Conservation and Recycling，2002，35(1):61-76.

[17] CHU Bo，ZHANG Hua，JIN Fengjun.Identification and comparison of aircraft industry clusters in China and united States [J].Chinese Geographical Science，2010，20(5):471-480.

[18] ANBUMOZHI V，GUNJIMA T，ANANTH A.An assessment of inter-firm networks in a wood biomass industrial cluster：lessons for integrated policymaking [J].Clean Technologies and Environmental Policy，2010，12(4)：365-372.

[19] 馮薇.產業集聚與生態工業園的建設[J].中國人口·資源與環境，2006，16(3)：51-55.

[20] HUANG Lei，WAN Wenbo，LI Fengying.A two-scale system to identify environmental risk of chemical industry clusters [J].Journal of Hazardous Materials，2011，186(1)：247-255.

[21] 藺雪芹，方創琳.城市群地區產業集聚的生態環境效應研究進展[J].地理科學進展，2008，27(3)：110-118.

[22] 劉思峰，黨耀國，方志耕等.灰色系統理論及其應用[M].5版.北京:科學出版社，2010：73-85.

On the Dynamic Effect between Regional Carrying Capacity and Marine Industrial Agglomeration Level：A Case Study of Tianjin

TENG Xin1，XU Wei1，2，DONG Yue｀e1，HU Heng1

(1.National Ocean Technology Center，Tianjin 300112，China; 2.College of Environment Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China)

The connotation of regional ecological carrying capacity was defined and the relation between regional carrying capacity and marine industrial agglomeration was analyzed in this paper.A regional carrying capacity measurement model of compound system was then constructed for the quantitative analysis of regional ecological carrying capacity.The agglomeration level of each marine industry was measured by adopting the location quotient.Furthermore，the dynamic effect of regional carrying capacity and marine industrial agglomeration during 2000 to 2012 of Tianjin was studied by utilizing gray comprehensive analysis and Pearson related coefficient.The results showed that the primary stage of the marine industries agglomeration with regional carrying capacity is negative correlation，but with the intermediate stage and advanced stage are positive correlations.

Coastal area，Ecological carrying capacity of compound systems，Marine industrial agglomeration，Gray comprehensive analysis，dynamic effect

海洋公益性行業科研專項經費項目子任務“基于生態系統的區劃實施效果評價技術與輔助決策系統開發(201505001-5)”；國家海洋局海域管理技術重點實驗室開放基金項目“海域集約利用評價及潛力預測技術研究(201506)”；中國海洋發展研究會重點項目“我國新一輪海洋功能區劃生態環境目標實施效果評估(CAMAZD201504)”.

滕欣，助理研究員，博士，研究方向為海洋技術經濟與海洋資源管理，電子信箱：tengxinnew@163.com

F207

A

1005-9857(2016)01-0027-06