長山群島海水養殖與海域生態環境耦合協調關系分析

曹威威 孫才志

摘要：海水養殖活動與海域生態環境存在交互影響關系。文章基于超效率DEA模型和內梅羅指數評價結果，利用耦合協調關系模型分析了長山群島2006—2018年海水養殖業和海域生態環境質量之間的關系演變過程。結果表明：（1）長山群島海水養殖業效率呈倒“U”形變化趨勢，其發展水平仍處于粗放式發展階段，在技術應用和規模效率方面亟待提升;（2）受近岸養殖業快速發展的影響，海域生態環境質量在2006—2013年逐漸變差，2014年以后有所好轉;（3）海水養殖與海域生態環境的耦合度經歷了從拮抗關系向高度耦合轉變，協調度在2006—2011年呈上升趨勢，但絕對值較低，2012年以后呈現波動變化，表明人海關系處于博弈狀態，矛盾仍較為突出。

關鍵詞：海水養殖;海域生態環境;耦合協調關系;長山群島

中圖分類號：F124.5;P76;P74??? 文獻標志碼：A??? 文章編號：1005-9857（2022）05-0088-07

Analysis on Coupling and Coordination Relationship Between Mariculture and Marine Ecological Environment in Changshan Islands

CAO Weiwei1，2，SUN Caizhi3

（1. School of Land and Tourism，Luoyang Normal University，Luoyang 471934，China;2. College of Applied Science and Technology，Hainan University，Danzhou 571737，China;3. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：There is an interactive relationship between mariculture and marine ecological environ-ment. Based on the results of super-efficiency DEA model and Nemero index，this paper analyzed the evolution of the relationship between mariculture and marine ecological environment，in Chan-gshan Islands from 2006 to 2018 by the coupled coordination relationship model. The results indi-cated that：（1）The efficiency of mariculture in Changshan Islands showed an inverted U-shaped change trend，and its development level was still in the stage of extensive development，and needed to be improved in terms of technology application and scale efficiency. （2）With the rapid development of the nearshore aquaculture industry，the marine ecological environmental qualities gradually deteriorated from 2006 to 2013，but improved to a certain extent after 2014.（3）The coupling degree denoted that the relationship between mariculture and marine ecological environ-ment. had undergone a transition from antagonistic to highly coupled relat.ionship.The coordination degree showed an upward trend from 2006 to 2011，but fluctuated after 2012 with low absolute value，which indicated that the relationship between human and sea was in a conflict game.

Keywords：Mariculture，Marine ecological environment，Coupling and coordination relationship，Changshan Islands

0??? 引言

人海關系地域系統是海洋地理學研究的主要對象，從國內外人海關系研究的發展歷程來看，20世紀90年代以來，人類活動與海洋資源環境的交互影響研究日漸受到關注[1]，國內外學者從不同空間尺度和經濟領域研究了海洋生態—經濟系統的耦合協調關系[2-4]。但在海洋漁業中，海水養殖與海洋捕撈的生產過程有著本質區別。海洋捕撈是人類直接從海洋資源環境中獲取水產品的產業活動，海水養殖則是人類利用海洋空間資源、環境資源和其中的生物資源培育水產品的生產過程。隨著海水養殖技術的不斷提升，集約化、工廠化的網箱養殖、浮筏養殖方式得以大規模推廣應用，在提高漁業產量的同時，對海洋生物群落和海水養殖區環境產生了較大影響[5]。而海域生態環境為海水養殖活動提供了物質基礎，二者的交互響應直接影響到海洋生態系統健康和人類漁業經濟活動效益。因此，從人地關系耦合協調角度研究海水養殖活動與海洋生態環境的互饋關系具有重要意義。

本研究以長山群島海域為研究對象，分別評價海水養殖產業發展效率和周邊海域海水環境質量，進而利用耦合協調模型，分析海水養殖業與海域生態環境的耦合協調關系，解析海水養殖活動與海域生態環境之間的交互作用過程，為開展海域生態環境治理提供參考。

1??? 材料與方法

1.1??? 研究區概況

長山群島地處我國黃海北部海域，位于海洋島漁場的中心位置，是我國海洋漁業重要發展區域[6]。自20世紀70年代末期開始大規模發展海水養殖業，以農牧化為主的海水增養殖業有了快速發展，海水養殖業占海洋漁業比重逐年提高。2018年，長山群島全年水產總量為56.21萬t，其中養殖產量達到40.52萬t，占總產量的72.09%[7]。長期的高密度海水養殖活動，導致海洋生物多樣性壓力加大[8]、近海和海岸帶生態環境破壞，海域水質污染、富營養化和海水養殖病害頻發等問題凸顯[9]，海洋漁業資源環境系統生態壓力持續增大，影響了海水養殖業的高質量發展[10]。

1.2??? 長山群島海水養殖業發展水平評價

1.2.1??? 評價方法

海水養殖活動是由人類利用海域空間資源，投入勞動力、漁業生產工具等生產資料，獲取水產品的過程。因此，生產效率是評價養殖活動發展水平的關鍵。在漁業效率評價中，數據包絡分析（DEA）是常用分析方法[11-13]。本研究利用超效率DEA模型，評價海水養殖業發展效率，模型設置如下：

式中：θ為評價對象（又稱決策單元，Decision Making Unit，DMU）的超效率值，表示海水養殖業發展效率;ε為阿基米德無窮小量;λ為決策效益指數，表示了DMU的有效程度，值越大，則有效程度越高，反之，有效程度越低;m、s、n分別為投入變量維度、產出變量維度與區域數量，本研究中m=3，s=1，n=5;s和s為松弛變量;x和y分別為投入變量和產出變量。當θ<1時，DMU沒有達到最優效率;當θ>1時，DMU達到最優效率。

1.2.2??? 評價指標

根據海水養殖業的投入產出分析，綜合考慮海洋養殖產業活動中的自然資源、勞動力和物質等要素投入，借鑒已有的海洋漁業經濟效率評價指標選取方法[13]，選取勞動力、物質資本、自然資本作為投人指標，以海水養殖業產量作為產出指標，測算2006—2018年長山群島海水養殖業發展效率。其中：選取海水養殖業從業人員數量作為勞動投入指標;選取養殖業機動漁船量作為海洋漁業物質資本投入指標;選取機動漁船總功率作為海水養殖業生產力投入指標;選取海水養殖面積作為自然資本投入指標;選取海水養殖總產量數據作為產出指標。

1.3??? 長山群島海域生態環境質量評價

1.3.1??? 評價方法

內梅羅指數由美國學者內梅羅（Nemerow N.L）于1974年提出，是由單因素指數評價方法發展來的綜合指數評價法，主要應用于水質環境評價[14]。內梅羅指數因數學計算過程簡潔、評價使用方便而得到廣泛應用。其公式如下：

式中：P為內梅羅指數P、P分別為單因子污染指數P的最大值與平均值。P的計算公式如下：

式中：C為第i項指標的實測質量濃度;S為第i項指標的評價標準。長山群島海域廣闊，生態環境良好，擁有黃渤海區域最好的水質條件，屬于國家一類海區，是國家海洋公園重點建設海域[15]。因此，本研究中S采用《海水水質標準》（GB3097—1997）中一類評價標準對水質狀況進行評價。內梅羅指數模型中僅強調單因子污染指數最大值指標的作用，而忽略了危害性較大的指標在環境中的影響。針對該問題，有學者引入污染因子權重對其進行改進[14，16]。改進內梅羅指數計算過程如下：

首先，計算各污染因子權重。①按照海水水質標準，確定評價標準級別j;②將評價因子S按照j類標準濃度由大到小順序排列，將其最大值S與S相比，以R為第i種污染因子的相關性比值，第i種污染因子權重計算公式如下：

其次，根據污染因子權重，修正最大的因子污染指數，修正公式如下：

式中：P′、P′分別為修正后單因子污染指數最大值和污染指數平均值;P、P分別為單因子污染指數P的最大值、權重最大的因子污染指數。

最后，計算修正內梅羅指數，其公式如下：

式中：P′為修正內梅羅指數。根據已有研究成果[17]，將海水污染程度與內梅羅指數對應關系劃分

為5個等級（表1）。

1.3.2??? 評價因子

根據《近岸海洋生態健康評價指南》（HY/T087—2005），選取pH值、化學需氧量（COD）、活性磷酸鹽（DIP）、無機氮（DIN）以及石油類含量作為海域生態環境質量評價因子。通過公式（4）和公式（5）計算得到各污染因子權重，結果見表2。

1.4??? 海水養殖業與海域生態環境耦合協調關系評價

根據系統論思想，采用系統耦合協調度模型，評價海水養殖業與海域生態環境的耦合協調關系。其中，耦合度評價公式如下：

式中：C為海水養殖業與海域生態環境的耦合度，表示海水養殖系統與海域生態環境間相互作用影響的程度，0≤C≤1，值越大表明海水養殖業與海域生態環境之間相互作用關系越強烈;E為海水養殖業經濟系統發展效率;P為海域水環境質量，采用內梅羅指數（三類水體污染指數的平均值）表征。借鑒相關研究[18]，將海水養殖業與海域生態環境的耦合度分為4個階段等級（表3）。

海水養殖業的綜合效率指數和海域生態環境的污染指數為各自系統得分，二者不具備可比性。為保證經濟系統和生態環境系統之間的耦合度評價具有實際意義，采用數據標準化方法將系統各自得分做歸一化處理。綜合效率指數為正向指標，污染指數為負向指標，歸一化公式分別如下：

式中：x為第i年j項指標數值;x′為x的歸一化值;max（x）、min（x）分別為研究期內j指標的最大值和最小值，為避免受到0和1的邊界值干擾，將指標最大值增大10%，將最小值縮小10%。

耦合度僅表示海水養殖業與海域生態環境間的相互作用強度，但當兩個系統的發展水平都很低時，耦合度依然較高，此時會出現系統“假協調”的現象。為避免此種情況，引入協調度模型，以客觀地評價養殖業與海域生態系統協調發展水平。公式為：

式中：D為協調度，0≤D≤1，D值越大則表示海水養殖業與海域生態環境協調發展水平越高，D值越小則表示二者失調越嚴重;T為海水養殖業與海域生態環境協調的綜合水平;α、β分別為待定系數，且α+β=1，取α=β=0.5。根據多數研究的經驗值[18-20]，將協調度等級劃分為5個等級（表4）。

1.5??? 數據來源

長山群島共有6鎮1鄉，其中大連市長海縣轄大長山島、小長山島、獐子島、廣鹿島和海洋島等5鎮，莊河市轄王家鎮和石城鄉。考慮數據可得性和統計口徑的一致性，本研究的范圍為長海縣行政轄區。海水養殖業投入產出指標數據、海域水環境質量評價因子數據由2006-2018年《長海縣統計年鑒》整理獲取。

2??? 結果與分析

2.1??? 長山群島海水養殖業發展水平評價

本研究基于超效率DEA模型測算長山群島海水養殖業經濟發展效率結果表明：2006—2018年長山群島海水養殖業效率呈現倒“U”形變化趨勢（圖1）。其中，2006—2014年海水養殖業效率快速上升，2015—2018年，表現為波動下降。20世紀90年代，長山群島開始高度重視海水養殖產業發展，尤其是進入21世紀，大規模資金和技術要素被投入用以發展海水養殖業，使海水養殖規模和養殖技術得到提升。雖然2006—2014年海水養殖面積和漁船功率大幅增加，養殖規模擴大，但隨著養殖技術的投入，勞動力投入量大幅減少，生產效率提高。表明這一時期海水養殖的發展主要依賴生產技術和養殖空間資源的投入。2014年以后，隨著海水養殖業持續擴張，養殖密度增大，餌料減少、水質下降、病害增加，給養殖環境帶來較大壓力，養殖業面臨的風險增加，產量下滑，養殖效率下降。從整體來看，長山群島海水養殖業效率處于較低水平，2006—2018年效率平均值為0.51。

2.2??? 長山群島海域生態環境質量評價

內梅羅指數評價表明，2006—2018年長山群島海域各因子污染指數較低，但受海域人類活動影響，部分指標變化趨勢較為明顯（圖2）。

其中，pH值和化學需氧量處于波動變化狀態，變化幅度不大，多年來基本處于平衡狀態;石油類、懸浮物、活性磷酸鹽、無機氮存在明顯變化趨勢。除三類區，一類區和二類區石油類污染物指數在2006—2012年有一定幅度上升，2013年以后一類區、二類區和三類區均出現明顯下降。懸浮物、活性磷酸鹽、無機氮在2011—2013年出現明顯上升趨勢。“十二五”期間，近岸養殖業快速發展，養殖戶投放餌料、藥物等造成海水懸浮物、無機鹽和無機氮等物質含量增加。2013年以后，長海縣開展了海水養殖業的集中清理和整頓，海域水質環境開始好轉，懸浮物、活性磷酸鹽和無機氮等污染指數下降。總體來看，長山群島海域水質整體較清潔，區域生態環境質量未發生根本變化（表5）。一類海域除2013—2015年外，其余年份均為清潔;二類海域在2012—2014年，水質出現輕度污染;三類海域內梅羅污染指數平均數在2006—2013年波動變化特征明顯，其中，2011—2013年出現了明顯的上升趨勢，2014年以后三類海域內梅羅污染指數均呈下降趨勢，說明近年來海域生態環境質量好轉。

2.3??? 海水養殖業與海域生態環境耦合協調關系評價

耦合協調關系評價結果表明，長山群島海水養殖業與海洋生態環境的耦合度和耦合協調度呈兩階段變化趨勢（圖3）。2006—2011年，耦合度和協調度均快速上升。其中，耦合度經歷了從拮抗階段到磨合階段再到高度耦合階段的變化過程，表明海水養殖業與生態環境質量之間的關系日趨緊密，二者相互影響程度日益增加;協調度雖然呈現增長趨勢，多數年份處于中度和基本協調階段，協調發展水平不高。從海水養殖業發展效率和海域水環境質量兩個指標變化可以看出，這一時期，隨著發展效率的增長，海域環境質量有下降趨勢。2011年以后，耦合度和協調度維持在較高水平，海水養殖業與生態環境處于高度耦合階段，表明二者密切相關，協調度均處于中級協調以上。本階段，海域污染指數降低，海水養殖業效率較高，兩系統表現出良好的協調發展水平。

3??? 結論

（1）長山群島海水養殖活動與海域生態環境矛盾主要集中在2006—2011年。片面地、過度地追求經濟效益，忽視經濟活動與生態環境的協調發展，最終也給人類自身帶來損失。

（2）政府主管部門通過加強海域范圍海水養殖活動管理，對海域養殖環境集中整治，壓縮、清退不合理養殖區域，推廣生態養殖技術，使海域水質環境有所好轉。但是，耦合協調關系在2011年以后出現的波動變化也應引起重視。

（3）長期的高密度海水養殖活動影響海域生態環境質量，進而給養殖活動帶來嚴重的經濟損失，迫使各利益相關主體采取一定措施，開展海水養殖的環境整治，待海域生態環境質量有所改善，養殖活動又會進一步加強。協調度的波動變化反映了人類與生態環境的博弈關系，即：人類活動加強→生態環境質量下降→經濟損失→反思和治理→生態環境質量轉好→人類活動加強。

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