海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法體系的探討與分析

吳侃侃,姜尚,高宇,吳海燕,2,黃海萍,陳克亮,2,4

(1.自然資源部第三海洋研究所 廈門(mén) 361005;2.自然資源部海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門(mén) 361005;3.福建省海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門(mén) 361005;4.廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廈門(mén) 361100)

0 引言

海岸帶是海洋生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)人文生態(tài)系統(tǒng)相互作用、相互影響的脆弱敏感區(qū)域,具有重要的生態(tài)功能和資源價(jià)值[1]。隨著海岸帶社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類(lèi)不合理的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)致使海岸帶區(qū)域承受著巨大壓力,生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題日益凸顯[2]。因此,海岸帶區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)最受關(guān)注的焦點(diǎn)之一[3]。Navarro等[4]認(rèn)為,當(dāng)海岸帶區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)處于正常的承載能力時(shí),其社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可以被認(rèn)為是具有可持續(xù)性的。由于海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)是評(píng)估海岸帶區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力、狀態(tài)或成效的一種切實(shí)可行的手段[5],因此,尋求其科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法顯得至關(guān)重要。

“承載力”的概念始于18世紀(jì)初,最初被定義為某區(qū)域內(nèi)所能支持的最大個(gè)體數(shù)量[6]。自從1870年被引入生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域之后,承載力的概念已經(jīng)從單一類(lèi)型承載力層面(如,人口承載力、資源承載力、生態(tài)承載力、環(huán)境承載力等)拓展到了綜合承載力層面(如,資源-環(huán)境承載力,社會(huì)-生態(tài)承載力,生態(tài)環(huán)境承載力等)[7]。海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)可以看成承載力評(píng)價(jià)在海洋和海岸帶區(qū)域的一種具體實(shí)踐,是衡量海洋和海岸帶區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的重要手段之一[8-9]。與其他綜合承載力評(píng)價(jià)不同,它側(cè)重于從生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力和環(huán)境自?xún)裟芰Φ慕嵌瘸霭l(fā),通過(guò)評(píng)估生態(tài)環(huán)境因子與人類(lèi)活動(dòng)因子的協(xié)同效應(yīng),為協(xié)調(diào)人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)和海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系提供科學(xué)的依據(jù)[8,10-11]。過(guò)去的20余年間,國(guó)內(nèi)外關(guān)于承載力評(píng)價(jià)的研究取得了長(zhǎng)足發(fā)展,但主要集中在資源、生態(tài)、社會(huì)、人口等陸地領(lǐng)域[12-17]。相比而言,海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的研究目前仍處于不斷探索與完善的階段,相關(guān)或相似的研究主要集中在相關(guān)概念和技術(shù)路線(xiàn)的闡述,以及單一承載力要素評(píng)價(jià)等方面[4,18-25](如,漁業(yè)養(yǎng)殖承載力、濱海旅游承載力、海洋生態(tài)承載力、海洋資源承載力等),整體上缺乏對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)活動(dòng)的綜合考慮與分析,對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的理論依據(jù)研究仍不夠深入,不能滿(mǎn)足海岸帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與管理的需求[26];同時(shí),由于海岸帶具有較強(qiáng)的區(qū)域特征性和生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性[27],一些傳統(tǒng)、常用的(或應(yīng)用于陸域的)承載力評(píng)價(jià)方法(如,層次分析法、承載指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等)對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)過(guò)程的適用性和合理性,還有待進(jìn)一步探索[28-30]。因此,進(jìn)一步開(kāi)展海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法體系構(gòu)建的相關(guān)研究顯得十分必要。

鑒此,本研究從海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建、評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化和賦權(quán),以及承載力綜合評(píng)估和分析3個(gè)主要步驟出發(fā),比較分析了當(dāng)前承載力評(píng)價(jià)過(guò)程中常用的方法;同時(shí),結(jié)合海岸帶區(qū)域的特點(diǎn),遴選出一套適用于海岸帶區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法,分析探討其可行性與局限性,并提出了改進(jìn)建議,以期能為海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)提供一個(gè)可行的思路,也為未來(lái)其他相關(guān)研究提供參考和啟示。

1 相關(guān)評(píng)價(jià)方法的比較

海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的一般流程分為5 個(gè)步驟[8,28](圖1):①數(shù)據(jù)資料收集和整理;②評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建;③評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化和賦權(quán);④承載力綜合評(píng)估和分析;⑤海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和管理。根據(jù)上述流程,本節(jié)將對(duì)上述第②、③、④3個(gè)主要步驟中常用的方法進(jìn)行介紹,并開(kāi)展比較分析。

圖1 海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)技術(shù)流程Fig.1 The technical procedure of integrated assessment of marine eco-environmental carrying capacity

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的方法

在承載力評(píng)價(jià)研究發(fā)展的早期,專(zhuān)家評(píng)判法、生態(tài)足跡法、承載指數(shù)法等一些傳統(tǒng)的方法,常用于支持承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建中,但這些方法仍然存在著一些不足[28]。如,應(yīng)用專(zhuān)家評(píng)判法開(kāi)展評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇過(guò)程中,存在著選擇性較為主觀的問(wèn)題;當(dāng)專(zhuān)家組成不合理時(shí),還存在著選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)涵重復(fù)性較高的問(wèn)題[27];而應(yīng)用生態(tài)足跡法與承載指數(shù)法選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的過(guò)程中,則存在著可選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)較少且類(lèi)型較為單一,不能很好地反映人類(lèi)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)的問(wèn)題[7,14]。

“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(PSR)模型,是由世界經(jīng)合組織(OECD)于1994年提出的。它以因果關(guān)系為基礎(chǔ),是目前最經(jīng)典的可持續(xù)性承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)選取概念框架模型[30]。其中,“壓力”是指人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不良影響,是“狀態(tài)”發(fā)生的原因;“狀態(tài)”是指在人類(lèi)活動(dòng)影響下的生態(tài)環(huán)境狀況,是“響應(yīng)”的原因;“響應(yīng)”是指人類(lèi)為促進(jìn)改善生態(tài)環(huán)境狀況和實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展采取的對(duì)策和措施[31]。值得一提的是,在PSR 框架的基礎(chǔ)上,歐洲環(huán)境署通過(guò)增加“驅(qū)動(dòng)力”和“影響”兩個(gè)要素,構(gòu)建了驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-反應(yīng)(DPSIR)模型,這一模型進(jìn)一步豐富了PSR 模型的內(nèi)容[32]。盡管如此,PSR 模型和DPSIR 模型在核心內(nèi)涵(即壓力、狀態(tài)和響應(yīng))上是一致的;此外,應(yīng)用DPSIR 模型無(wú)法很好地找出各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的因果關(guān)系,從而導(dǎo)致很難明確各項(xiàng)指標(biāo)的屬性和類(lèi)型[33]。

基于上述兩個(gè)模型,李延峰[28]通過(guò)分析海洋生態(tài)環(huán)境承載力影響因素(包含生態(tài)、環(huán)境、人類(lèi)活動(dòng)3個(gè)方面)之間的相互作用(圖2),構(gòu)建了近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型,用于支持海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建。該模型將海洋生態(tài)環(huán)境承載力分為“環(huán)境承載力”“生態(tài)彈性力”和“人類(lèi)活動(dòng)力”3個(gè)核心部分。其中,“環(huán)境承載力”是指一定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下,海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污染物的容納能力,主要反映海洋環(huán)境狀態(tài),對(duì)應(yīng)PSR 模型或DPSIR模型中的“狀態(tài)”部分;“生態(tài)彈性力”指海洋生態(tài)系統(tǒng)自我維持與自我調(diào)節(jié)的能力,主要反映海洋生物多樣性狀態(tài),體現(xiàn)海洋生態(tài)系統(tǒng)承載力的支持條件,也是對(duì)應(yīng)PSR 模型或DPSIR 模型中的“狀態(tài)”部分;“人類(lèi)活動(dòng)力”一方面體現(xiàn)了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境承載力造成的影響;另一方面人類(lèi)可以作為產(chǎn)生“響應(yīng)”的主體,通過(guò)調(diào)整自身的行為,來(lái)影響海洋生態(tài)環(huán)境承載力的承載狀況。前者對(duì)應(yīng)PSR 模型或DPSIR 模型的“驅(qū)動(dòng)力”“壓力”部分,后者對(duì)應(yīng)PSR 模型或DPSIR 模型的“響應(yīng)”部分。

圖2 海洋生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)之間的相互作用注:模型中人類(lèi)活動(dòng)、壓力、狀態(tài)和反應(yīng)所包含的內(nèi)容為代表性例子。Fig.2 Interactions between marine eco-environmental conditions and human activities

PSR 模型或DPSIR 模型雖然為承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建提供了概念支撐,但仍不能很好地反映人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境之間相互影響的對(duì)應(yīng)關(guān)系[28]。作為DPSIR 的演化模型,近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型不但分別從人類(lèi)、環(huán)境和生態(tài)3個(gè)維度來(lái)綜合考慮海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)成因素,而且能更清晰地闡明了上述3個(gè)維度與“壓力”“狀態(tài)”“響應(yīng)”之間的內(nèi)在聯(lián)系和對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.2 指標(biāo)體系評(píng)價(jià)的方法

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)按性質(zhì)可以分為“效益型”指標(biāo)(即正向指標(biāo))和“成本型”指標(biāo)(即負(fù)向指標(biāo))兩種[8]。其中,屬性值越大越好的為“效益型”指標(biāo),如“生物多樣性指數(shù)”“環(huán)境容量利用率”“污水綜合利用率”等;反之,屬性值越小越好的則為“成本型”指標(biāo),如“水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)”“海水入侵面積比例”“河流污染物排海總量”等指標(biāo)等。

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)線(xiàn)性和非線(xiàn)性的特征區(qū)別,以及指標(biāo)性質(zhì)(正向和負(fù)向)的差別,不同類(lèi)型的評(píng)價(jià)指標(biāo)有不同的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式[34]。目前,最常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理的方法主要是極差變換法,比例變換法,偏差法(標(biāo)準(zhǔn)樣本變換法),以及正則化法[8,29,35]。其中,極差變換法和比例變換法適用于線(xiàn)性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理;偏差法(標(biāo)準(zhǔn)樣本變換法)和正則化法適用于非線(xiàn)性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理常用方法比較如下。

(1)極差變換法

極差變換法可按下式(1)或式(2)計(jì)算:

式中:y ij為指標(biāo)實(shí)測(cè)值;y jmax和y jmin分別為該評(píng)價(jià)指標(biāo)序列的最大值與最小值。其中,式(1)適用于正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理,式(2)適用于負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

極差變換法的特點(diǎn)在于:對(duì)于正向、負(fù)向指標(biāo)都能適用。但處理后的指標(biāo)無(wú)法反映原始指標(biāo)間的關(guān)系;當(dāng)Z ij=0時(shí),該方法則不適用。

(2)比例變換法

比例變換法中的正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理和負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理可分別按式(3)和式(4)計(jì)算:

式中:y ij為指標(biāo)實(shí)測(cè)值;y jmax為該評(píng)價(jià)指標(biāo)序列的最大值。

比例變換法的特點(diǎn)在于:經(jīng)過(guò)比例變換,將評(píng)價(jià)指標(biāo)都轉(zhuǎn)換成正向指標(biāo)。該方法考慮到各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異性,但無(wú)法客觀反映負(fù)向指標(biāo)間的關(guān)系。

(3)偏差法

偏差法可按下式計(jì)算:

式中:μij為指標(biāo)y ij的平均值;δij為指標(biāo)y ij的標(biāo)準(zhǔn)差。

偏差法的特點(diǎn)在于:不區(qū)分正負(fù)向的評(píng)價(jià)指標(biāo),但當(dāng)Z ij＜0時(shí),該方法則不適用。

(4)正則化法

正則化法可按下式計(jì)算:

式中:y ij為指標(biāo)的實(shí)際值。

正則化法的特點(diǎn)在于:反映了原始評(píng)價(jià)指標(biāo)間的關(guān)系,不僅體現(xiàn)各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異性,而且不用區(qū)分正負(fù)向指標(biāo),只要y ij＞0則均適用。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重是指某一評(píng)價(jià)指標(biāo)在一個(gè)多層次體系中對(duì)上級(jí)指標(biāo)的貢獻(xiàn),實(shí)質(zhì)是反映不同評(píng)價(jià)因子之間作用強(qiáng)弱的差異[8,29]。在承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中,權(quán)重應(yīng)該表現(xiàn)出不同承載力影響因素之間的作用關(guān)系及其對(duì)上級(jí)指標(biāo)的貢獻(xiàn)大小[25]。因此,在評(píng)價(jià)過(guò)程中,指標(biāo)權(quán)重的確定決定了評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。目前,指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要可分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類(lèi)[29]。其中,主觀賦權(quán)法常用的方法主要包括專(zhuān)家評(píng)判法、層次分析法以及等權(quán)法[8,27-29];客觀賦權(quán)法常用的方法主要包括主成分分析法和熵值法[29-30]。海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)常用方法的比較如下。

(1)層次分析法。主要優(yōu)點(diǎn)為:定量和定性相結(jié)合,可以系統(tǒng)性地解決多目標(biāo)的復(fù)雜問(wèn)題,簡(jiǎn)潔實(shí)用,所需定量數(shù)據(jù)較少。主要缺點(diǎn)為:主觀性強(qiáng),對(duì)專(zhuān)家組成的要求較高,否則結(jié)果不易令人信服;準(zhǔn)則和指標(biāo)層較多的情況下,權(quán)重較難計(jì)算。

(2)主成分分析法。主要優(yōu)點(diǎn)為:消除了評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的影響,減少指標(biāo)選擇工作量;確定權(quán)重客觀,在計(jì)算機(jī)上便于實(shí)現(xiàn)。主要缺點(diǎn)為:主成分的累積貢獻(xiàn)率需要達(dá)到較高水平;當(dāng)主成分的因子符號(hào)有正有負(fù)時(shí),綜合評(píng)價(jià)函數(shù)意義就不明確;主成分本身含義解釋就比較模糊。

(3)熵值法。主要優(yōu)點(diǎn)為:根據(jù)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值的變異程度來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重,避免了人為因素帶來(lái)的偏差,方便操作,結(jié)果較為客觀。主要缺點(diǎn)為:指標(biāo)樣本數(shù)的變化可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的變化。

(4)等權(quán)重分析法。主要優(yōu)點(diǎn)為:按指標(biāo)數(shù)量來(lái)平均分配權(quán)重,計(jì)算簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)為:評(píng)價(jià)結(jié)果主觀,無(wú)法體現(xiàn)各指標(biāo)重要性所存在的差異。

1.3 海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估與分析的方法

海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估與分析是根據(jù)承載力相關(guān)指標(biāo)的數(shù)值與權(quán)重分布,通過(guò)結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)分析方法,最終以綜合承載力指數(shù)的形式予以體現(xiàn),主要反映當(dāng)前某一海域在一定時(shí)期內(nèi)的生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)(如,可載、滿(mǎn)載或超載)。然而,有關(guān)海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的相關(guān)研究報(bào)道并不多見(jiàn),尤其是定量的評(píng)估與分析方法仍鮮有研究,常用的方法主要是參考和沿用陸域承載力的評(píng)價(jià)方法,包括專(zhuān)家評(píng)判-層次分析法、生態(tài)足跡法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、承載指數(shù)法、系統(tǒng)模型法、狀態(tài)空間法以及物元拓展法[7,14,16,23,28,36-37]。上述這些海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估與分析方法的比較如下。

(1)專(zhuān)家評(píng)判-層次分析法。優(yōu)點(diǎn):在缺乏足夠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和原始資料的情況下,對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出半定量的估計(jì)?？梢韵到y(tǒng)性地解決多目標(biāo)的復(fù)雜問(wèn)題,簡(jiǎn)潔實(shí)用,在缺乏足夠數(shù)據(jù)和資料的情況下,也可適用。缺點(diǎn):專(zhuān)家的組成合理性影響評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性;權(quán)重的確定較為主觀,結(jié)果不一定準(zhǔn)確。

(2)生態(tài)足跡法。優(yōu)點(diǎn):通過(guò)生態(tài)赤字或盈余來(lái)反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)造成的影響,從而來(lái)評(píng)價(jià)生態(tài)承載力狀況。缺點(diǎn):涉及的評(píng)價(jià)因子少,主要集中在生態(tài)層面,因子間關(guān)系過(guò)于簡(jiǎn)單,忽略了人類(lèi)-生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)。

(3)模糊綜合評(píng)價(jià)法。優(yōu)點(diǎn):利用模糊隸屬度理論把定性指標(biāo)進(jìn)行合理的定量化,弱化主觀因素的影響,一定程度消除不確定性。缺點(diǎn):數(shù)據(jù)需求較大,計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜;隸屬度函數(shù)的確定依照經(jīng)驗(yàn)判斷,主觀性較大;權(quán)重的分配帶有一定的主觀性。

(4)承載指數(shù)法。優(yōu)點(diǎn):引進(jìn)“壓力指數(shù)”和“承壓指數(shù)”等評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和權(quán)重分配把評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量化,計(jì)算簡(jiǎn)單、易行。缺點(diǎn):缺乏指標(biāo)體系構(gòu)建的理論框架,易造成指標(biāo)較為單一,無(wú)法充分體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境承載力的內(nèi)涵;對(duì)數(shù)據(jù)的需求量較大,且指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的確定需要有大量數(shù)據(jù)支撐或依據(jù)。

(5)狀態(tài)空間法。優(yōu)點(diǎn):模型構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,以三維空間的模式(一般是環(huán)境、生態(tài)和人類(lèi)活動(dòng)),綜合、定量地描述測(cè)定區(qū)域承載力與承載狀況,其不僅描述了系統(tǒng)的外部特征,而且揭示了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和性能。缺點(diǎn):計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單,結(jié)果直觀,但指標(biāo)理想值的確定較為復(fù)雜。

(6)系統(tǒng)模型法。優(yōu)點(diǎn):基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理,將因子參數(shù)、指標(biāo)體系、運(yùn)算法則、權(quán)重相互結(jié)合,抽象模擬區(qū)域巨系統(tǒng)的狀態(tài),形成一套整合的模型系統(tǒng),利用模型系統(tǒng)的運(yùn)行和輸出,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)承載力與承載狀況的反映。缺點(diǎn):計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜,數(shù)據(jù)要求量很高,相關(guān)方法和模型耦合方面還需要繼續(xù)完善。

(7)物元拓展法。優(yōu)點(diǎn):模型構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,評(píng)估的結(jié)果更為具體,用與復(fù)合系統(tǒng)中各層次、各階段產(chǎn)生的不相容的矛盾問(wèn)題,可適用于大范圍區(qū)域內(nèi)承載力評(píng)價(jià)。缺點(diǎn):數(shù)據(jù)需求較大,計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜,且指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的確定和評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)需要有大量數(shù)據(jù)支撐或依據(jù)。

2 海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法體系

2.1 海岸帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)特點(diǎn)

海岸帶區(qū)域集中了全球近1/3的人口,擁有全球最豐富的自然資源和生態(tài)系統(tǒng),是地球上物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息交換最頻繁、最集中的區(qū)域,也是人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)最頻繁的區(qū)域,這就使得海岸帶區(qū)域的海陸交互作用頻繁而強(qiáng)烈,海陸之間的動(dòng)力作用相當(dāng)復(fù)雜[2,38]。正是由于海岸帶區(qū)域的復(fù)雜性,從而導(dǎo)致了在開(kāi)展海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中,存在著區(qū)域特征多樣化,數(shù)據(jù)資料難以獲取,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一,評(píng)價(jià)過(guò)程復(fù)雜且存在著較大不確定性的特點(diǎn)[27]。

2.2 綜合評(píng)價(jià)方法遴選

結(jié)合海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的特點(diǎn)及其各常用承載力評(píng)價(jià)方法的比較,本節(jié)對(duì)這些評(píng)價(jià)方法進(jìn)行遴選,以期選擇出一套適用于海岸帶區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法,具體分析如下。

(1)雖然PSR 模型或DPSIR 模型為支持海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建提供了概念框架,但相關(guān)實(shí)踐證明,鑒于海岸帶區(qū)域的復(fù)雜性(生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和人類(lèi)活動(dòng)的復(fù)雜性),這兩個(gè)模型在尋找海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)之間因果關(guān)系方面存在著一定的困難,從而影響了所構(gòu)建指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性[32,39]。與PSR 模型或DPSIR 模型相比,近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型不但更好地闡明了海岸帶區(qū)域“環(huán)境承載力”“生態(tài)彈性力”和“人類(lèi)活動(dòng)力”與PSR 模型或DPSIR模型中“壓力”“狀態(tài)”“響應(yīng)”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,而且能更清晰地反映海岸帶區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境之間的相互作用,從而為海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建提供了更為完整、明確的思路。此外,近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型通過(guò)區(qū)分PSR 模型中“壓力”(如,圍墾、養(yǎng)殖、污水排放等對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響的人類(lèi)活動(dòng))和“響應(yīng)”(如,人類(lèi)針對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題所采取的管理措施)的含意,能較為深刻地詮釋了人類(lèi)活動(dòng)在影響海洋生態(tài)環(huán)境承載力中所扮演的“雙重”角色,從而更好地為海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建提供較為科學(xué)合理的理論框架,所選取的指標(biāo)更具針對(duì)性。

(2)根據(jù)海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理常用方法的比較可知,與其他的評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法(如,常用的極差變換法等)相比[16,37],正則化方法更加適用于具有非線(xiàn)性特征的正、負(fù)向指標(biāo)相互混合的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程。它不僅不必要區(qū)分正向和負(fù)向的指標(biāo),而且能夠避免當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)呈現(xiàn)出非線(xiàn)性特征時(shí),歸一化值低于零的情況[40]。此外,該方法可以反映出指標(biāo)之間的差異和所有初始指標(biāo)之間的關(guān)系,從而可以用于支持所有多目標(biāo)決策數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程[41]。

(3)根據(jù)海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)常用方法的比較可知,熵權(quán)法作為一種具有代表性的加權(quán)方法,是根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異程度來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重,從而可以有效避免分析者偏好的影響。該方法不但計(jì)算過(guò)程較為方便,而且也可以獲得比其他相關(guān)方法(如,層次分析法、專(zhuān)家判斷)更客觀的權(quán)重分配結(jié)果[14,28-30,36]。此外,主成分分析法是另一種基于多變量分析指標(biāo)加權(quán)的,相對(duì)客觀的方法。但是,由于主成分的定義比較模糊,只有當(dāng)反映主成分的各種變量的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到較高水平時(shí),才能得到的指標(biāo)加權(quán)的有效和合理的結(jié)果[29,36-37]。這意味著在復(fù)雜的主成分選擇過(guò)程中,識(shí)別出的變量越少,就越難以揭示海洋生態(tài)環(huán)境承載力的實(shí)際情況,尤其是在海岸帶區(qū)域。

(4)通過(guò)上述海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估與分析常用方法比較可知,專(zhuān)家評(píng)判-層次分析法、生態(tài)足跡法、承載指數(shù)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、模糊綜合評(píng)價(jià)模型等綜合評(píng)價(jià)方法存在著相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮不全面及可選取的指標(biāo)較少或指標(biāo)類(lèi)型單一(如,生態(tài)足跡法和承載指數(shù)法),評(píng)價(jià)結(jié)果不完整或較為主觀(如,專(zhuān)家評(píng)判-層次分析法),難以獲取復(fù)雜計(jì)算過(guò)程所需的大量初始數(shù)據(jù),各評(píng)價(jià)指標(biāo)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)難以確定等問(wèn)題(如,承載指數(shù)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法和模糊綜合評(píng)價(jià)模型)[7,14,16-17,28-29]。這對(duì)于在區(qū)域特征和人類(lèi)活動(dòng)形式多樣化,數(shù)據(jù)資料難以獲取的海岸帶區(qū)域而言,應(yīng)用上述這些方法開(kāi)展海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)時(shí),將很有可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏合理性[28-29]。然而,狀態(tài)空間法對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境承載力與人類(lèi)活動(dòng)之間的相互影響考慮較為綜合全面,不僅在一定程度上克服或避免了使用上述分析方法開(kāi)展海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)時(shí)所存在的不足,而且可以在數(shù)據(jù)資料相對(duì)缺乏的情況下,使海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程與結(jié)果顯得更為簡(jiǎn)潔和直觀[28-29]。此外,盡管物元拓展法進(jìn)一步完善和細(xì)化了評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),但各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)邊界值的確定依據(jù),仍要取決于當(dāng)?shù)匮睾５貐^(qū)的發(fā)展規(guī)劃,沿海生態(tài)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)參考數(shù)據(jù)的判斷,以及專(zhuān)家和地方政府的建議。因此,這對(duì)于區(qū)域性和生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性較強(qiáng)的海岸帶區(qū)域而言,使用物元拓展方法創(chuàng)建海洋生態(tài)環(huán)境承載力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所涉及的不確定性仍未得到有效解決[37]。

2.3 一組適用的綜合評(píng)價(jià)方法體系

2.3.1 方法體系

根據(jù)上述各評(píng)價(jià)方法的分析和遴選,本節(jié)提出了一組適用于海岸帶區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力定量化的綜合評(píng)價(jià)方法。

(1)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建階段,基于近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型,并通過(guò)結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況以及主管部門(mén)、專(zhuān)家及社會(huì)公眾咨詢(xún)的結(jié)果,來(lái)構(gòu)建研究區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)在評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化和賦權(quán)階段,通過(guò)應(yīng)用正則化法,對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;同時(shí),應(yīng)用熵權(quán)法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。

(3)在海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估階段,應(yīng)用狀態(tài)空間模型,對(duì)研究區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力開(kāi)展綜合分析,并評(píng)估其承載力狀態(tài)。

2.3.2 綜合評(píng)價(jià)各階段方法

基于近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型,海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(示例)由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層構(gòu)成。其中,準(zhǔn)則層則包括環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力與人類(lèi)活動(dòng)力[28];指標(biāo)層則是根據(jù)各準(zhǔn)則層定義(第1.1 節(jié))所對(duì)應(yīng)的相關(guān)指標(biāo),并結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行確定[28-29]。海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的具體構(gòu)成內(nèi)容(示例)見(jiàn)表1。

表1 海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成內(nèi)容(示例)Table 1 The constitutions of integrated assessment indicator system of marine eco-environmental carrying capacity in coastal areas(example)

通過(guò)采用正則化法對(duì)呈現(xiàn)非線(xiàn)性特征的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;通過(guò)熵權(quán)法,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。鑒于熵權(quán)法在環(huán)境管理與決策研究中應(yīng)用較廣,此處不再贅述,具體計(jì)算公式詳見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[14,30,36]。

基于上述評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建,以及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化與賦權(quán)的結(jié)果,通過(guò)采用狀態(tài)空間模型對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境承載力開(kāi)展綜合的評(píng)估與分析。在狀態(tài)空間模型中,將環(huán)境承載力(X軸)、生態(tài)彈性力(Y軸)和人類(lèi)活動(dòng)力(Z軸)看成一個(gè)三維立體曲面空間;從原點(diǎn)到曲面上任意點(diǎn)的向量模代表海洋生態(tài)環(huán)境承載力指數(shù)(|M|);位于曲面內(nèi)的點(diǎn)表現(xiàn)為可載狀態(tài),位于曲面上的點(diǎn)表現(xiàn)為滿(mǎn)載狀態(tài),位于曲面外的點(diǎn)表現(xiàn)為超載狀態(tài)。|M|的計(jì)算見(jiàn)式(7)[28]。其中,|M|代表原點(diǎn)到狀態(tài)空間系統(tǒng)任意一點(diǎn)的矢量模,即海洋生態(tài)環(huán)境承載力指數(shù);v ir為海洋系統(tǒng)中各評(píng)價(jià)指標(biāo)(環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力和人類(lèi)活動(dòng)力)的狀態(tài)空間坐標(biāo)值(i=1,2,3,…n);w i為指標(biāo)權(quán)重;n為指標(biāo)數(shù)量。

盡管如此,由于海岸帶區(qū)域存在較大的地域性特征,狀態(tài)空間模型在確定|M|理想值(|M|s)方面有時(shí)也存在著一定的難度。為進(jìn)一步克服該難點(diǎn),部分學(xué)者提出了進(jìn)一步簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型(圖3)[29,42]。即假設(shè)從原點(diǎn)到OBD 曲面上任意點(diǎn)的向量模值為1(歸一化后各評(píng)估指標(biāo)的理想值為1,1,1,…,n,即海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的理想值|M|s為1)。當(dāng)系統(tǒng)的向量模分別位于OBD曲面內(nèi)、曲面上或曲面外時(shí),海洋生態(tài)環(huán)境承載力對(duì)應(yīng)的狀態(tài)則分別為可載(即|M|＜1)、滿(mǎn)載(即|M|=1)或超載(即|M|＞1)。

圖3 簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型Fig.3 The simplified state space model

3 方法體系的可行性、局限性及改進(jìn)建議

3.1 案例應(yīng)用及可行性

該海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法體系在《三亞市重點(diǎn)海域污染物排?？偭靠刂浦贫仍圏c(diǎn)項(xiàng)目》(包含三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)專(zhuān)題研究)得以應(yīng)用,并對(duì)三亞灣海域2015—2020年的海洋生態(tài)環(huán)境承載力情況進(jìn)行了綜合評(píng)估與分析[43]。

3.1.1 研究區(qū)域概況

三亞灣位于海南省三亞市南部,西起馬嶺-天涯海角基巖岬角,東至三亞港,再向南至鹿回頭半島南端。三亞灣岸線(xiàn)呈東西走向,海岸線(xiàn)總長(zhǎng)約27 km,基本屬沙質(zhì)海岸[43]。三亞灣海域總面積約為6.9 km2(即本次研究范圍,介于“18°18'02″N,109°20'21″E”“18°11'18″N,109°20'21″E”“18°11'18″N”,109°28'55″E 三點(diǎn)連線(xiàn)與北側(cè)海岸線(xiàn)所包含的范圍內(nèi)),灣內(nèi)有三亞港、東瑁洲、西瑁洲兩島以及鳳凰島(人工島,距離三亞市西岸2 km),主要入海河流包括燒旗溝、沖會(huì)河和三亞河[43]。

3.1.2 案例應(yīng)用結(jié)果

(1)基于近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型,并結(jié)合當(dāng)前三亞灣海域所面臨的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題(包括陸源污染排放嚴(yán)重,海水水質(zhì)惡化,部分珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)輕微退化,以及不斷增加的赤潮風(fēng)險(xiǎn))[43],開(kāi)展三亞灣海域海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取以及指標(biāo)體系的構(gòu)建。根據(jù)海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成(表1)以及第1.1節(jié)對(duì)環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力以及人類(lèi)活動(dòng)力的具體定義,本次三亞灣海域海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中具體評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取依據(jù)如下:①環(huán)境承載力方面,富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)是反映水污染程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[44]。環(huán)境容量利用率是指某一地區(qū)污染物排放量與環(huán)境容量的比值,反映了研究區(qū)域環(huán)境接受污染物的能力[45]。②生態(tài)彈性力方面,珊瑚礁棲息地的覆蓋率是珊瑚礁面積占總面積的百分比,其中珊瑚礁面積越大,表明海洋生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)越好[46]。赤潮評(píng)估指數(shù)是直接反映生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化的重要參數(shù)[47]。③人類(lèi)活動(dòng)力方面,入海污染物(主要來(lái)自陸地生產(chǎn)、人類(lèi)生活和海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖)排放量不斷增加是三亞灣最大的環(huán)境問(wèn)題之一[44]。因此,河流污染物和海水養(yǎng)殖業(yè)污染物的排?？偭恐苯臃从沉巳齺啚趁媾R的生態(tài)環(huán)境壓力。污染控制投資占GDP的比例,城市污水處理率則代表了人類(lèi)社會(huì)在面臨生態(tài)環(huán)境問(wèn)題時(shí)應(yīng)對(duì)和控制污染以及改善生態(tài)環(huán)境條件的能力[28]。綜上所述,三亞灣海域海洋生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分別由反映環(huán)境承載力的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與環(huán)境容量利用率(均為負(fù)向指標(biāo)),反映生態(tài)彈性力的珊瑚礁生境覆蓋率與赤潮評(píng)價(jià)指數(shù)(均為正向指標(biāo)),反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響的海水養(yǎng)殖面積與河流污染物排海總量(均為負(fù)向指標(biāo)),以及反映人類(lèi)針對(duì)生態(tài)環(huán)境不利影響所采取措施的污染控制設(shè)施投入占三亞市國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的比例和城市污水處理率(均為正向指標(biāo))8 項(xiàng)具有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成。

(2)通過(guò)采用正則化法,對(duì)上述三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的非線(xiàn)性原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。同時(shí),采用熵權(quán)法,對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)以及其所屬的準(zhǔn)則層賦權(quán)。賦權(quán)結(jié)果表明:①在具體評(píng)價(jià)指標(biāo)方面,富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)、環(huán)境容量利用率以及河流污染物排?？偭克嫉臋?quán)重均較大(分別為0.331、0.206和0.237),這意味著上述3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)的影響較大。②在準(zhǔn)則層方面,環(huán)境承載力權(quán)重(0.537)和人類(lèi)活動(dòng)力權(quán)重(0.427)要遠(yuǎn)高于生態(tài)彈性力權(quán)重(0.036)。這意味著三亞灣海洋環(huán)境的狀態(tài)(環(huán)境承載力)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境造成的影響(含不利和有利影響),對(duì)于三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)的整體變化發(fā)揮著主導(dǎo)作用。

(3)通過(guò)采用簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型,對(duì)三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)進(jìn)行了綜合的評(píng)估與分析(圖4),結(jié)果表明:①2015—2020年,三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力雖然整體上每年均處于“可載”的狀態(tài)(每年承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均小于1),但承載力在波動(dòng)中卻呈現(xiàn)減小的趨勢(shì);②環(huán)境承載力和人類(lèi)活動(dòng)力狀態(tài)每年的變化趨勢(shì)與整體承載力的變化趨勢(shì)基本相同,同樣呈現(xiàn)波動(dòng)中減弱的趨勢(shì)。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和相關(guān)數(shù)據(jù)資料分析發(fā)現(xiàn),不斷增加的入海污染物總量(特別是三亞河)和仍未提高的污染物處理水平是造成此現(xiàn)象的主要原因;③盡管如此,三亞灣海域生態(tài)彈性力狀態(tài)則較為平穩(wěn),歷年變化不大,這說(shuō)明三亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定和完善,具有較好的自我恢復(fù)功能,這也在一定程度上減緩了三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境承載力整體惡化的趨勢(shì);④根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,當(dāng)前三亞灣海洋生態(tài)環(huán)境狀態(tài)亟須進(jìn)一步改善,從而保證未來(lái)三亞灣海岸帶區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的能力。

圖4 2015—2020年三亞灣海域環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力、人類(lèi)活動(dòng)力及海洋生態(tài)環(huán)境承載力指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.4 Changing trends in the annual index values of environmental carrying capacity, ecological resilience,human activities,and marine eco-environmental carrying capacity in Sanya Bay from 2015 to 2020

(4)此外,基于上述評(píng)估分析的結(jié)果,案例應(yīng)用還提出了加強(qiáng)三亞灣入海河流污染物排放控制與管理,增加三亞灣生態(tài)環(huán)境保護(hù)投資、提高污染物處理水平,以及建立應(yīng)對(duì)海岸帶風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急機(jī)制并加強(qiáng)基于風(fēng)險(xiǎn)的海岸帶區(qū)域規(guī)劃與管理制度等具有針對(duì)性的管理措施。

通過(guò)三亞灣案例應(yīng)用,并結(jié)合上述海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法的比較和遴選(第2.2節(jié))的結(jié)果表明,本研究所提出的由近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念框架模型、正則化法、熵權(quán)法以及簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型所構(gòu)成的方法體系,為進(jìn)一步改進(jìn)海岸帶區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)提供了一個(gè)全新的思路和一個(gè)可行的途徑,并為確保三亞灣海岸帶區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展和海洋生態(tài)環(huán)境承載力相關(guān)研究提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

3.2 局限性及改進(jìn)的建議

盡管如此,筆者也在案例應(yīng)用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該方法體系仍存在著一些局限性。

(1)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建方面,雖然近岸海域生態(tài)環(huán)境承載力概念模型提供了綜合考慮海洋生態(tài)環(huán)境承載力潛在影響因素的有效途徑和框架,但目前仍然缺乏如何應(yīng)用相關(guān)方法與統(tǒng)計(jì)分析軟件,如敏感性分析、統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案(SPSS)分析軟件對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行選擇和確定的系統(tǒng)研究[29,46,48]。應(yīng)用此概念模型開(kāi)展評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,大多仍是基于研究區(qū)域的實(shí)際情況下人為經(jīng)驗(yàn)的判斷。因此,未來(lái)有必要探索一些準(zhǔn)確、統(tǒng)一的分析方法,并結(jié)合社會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和相關(guān)軟件(如,上述的SPSS分析軟件等),在構(gòu)建海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的同時(shí),進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇與確定過(guò)程的相關(guān)研究,以避免與其他承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(如,資源環(huán)境承載力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)承載力等)中的部分指標(biāo)出現(xiàn)重合,確保未來(lái)的海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系更加科學(xué)、具體、合理,選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)更具有代表性和針對(duì)性(更側(cè)重于反映生態(tài)環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)的相互作用)。

(2)對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估和分析而言,簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型可以有效避免或解決評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值確定的困難。盡管如此,目前對(duì)該模型中海洋生態(tài)環(huán)境承載力指數(shù)理想值(即“1”)的置信區(qū)間還沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)的研究,也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[28-29,42]。這將會(huì)導(dǎo)致對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)的描述顯得不夠具體(目前只劃分為可載、滿(mǎn)載和超載),從而無(wú)法像使用物元拓展法一樣準(zhǔn)確地對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行精確的等級(jí)劃分(例如,極好、好、一般、差、非常差)[16,37]。這一點(diǎn)對(duì)于在一個(gè)研究范圍更大的海岸帶區(qū)域(如,跨行政區(qū)域的多個(gè)海灣)或地理?xiàng)l件更復(fù)雜的海岸帶區(qū)域(如,具有多個(gè)亞單元的半封閉海灣)而言,使用簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果將變得不夠具體和精確。因此,未來(lái)需要考慮將簡(jiǎn)化的狀態(tài)空間模型與其他承載力分析方法相結(jié)合,探索出一套海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)估與分析的耦合模型(如,簡(jiǎn)化狀態(tài)空間法-物元拓展法耦合模型),從而使得海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果更加科學(xué)和精確。

4 結(jié)語(yǔ)

海洋生態(tài)環(huán)境承載力已經(jīng)成為協(xié)調(diào)海岸帶區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間關(guān)系,衡量海岸帶區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的一種必不可少的技術(shù)工具。然而,當(dāng)前對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境承載力相關(guān)的定量化方法缺乏系統(tǒng)的研究。本研究在綜合比較各承載力綜合評(píng)價(jià)常用方法基礎(chǔ)上,探討并分析了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn);同時(shí),結(jié)合海岸帶區(qū)域的特點(diǎn),構(gòu)建了一組適用于海岸帶區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)方法,以期為未來(lái)其他更多海岸帶區(qū)域的相關(guān)研究提供參考與啟示。盡管如此,這組評(píng)價(jià)方法仍存在一些局限性,主要是缺乏權(quán)威和統(tǒng)一的指標(biāo)體系構(gòu)建方法,以及具體的評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)方面。因此,未來(lái)應(yīng)針對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境承載力指標(biāo)體系構(gòu)建和評(píng)價(jià)結(jié)果分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的方法,開(kāi)展更加深入的研究與應(yīng)用,從而不斷地完善海洋生態(tài)環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)的方法體系,為海岸帶區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供更為科學(xué)、合理的技術(shù)支撐。