東營市海岸帶區域綜合承載力評估

摘要 隨著人類對海岸帶開發強度的不斷提高，海岸帶資源、環境問題日益突出，海岸帶可持續發展成為人類共識，海岸帶區域綜合承載力研究作為該區域可持續發展的基礎性研究，可以為海岸帶區域合理開發與管理提供重要理論支撐。本文選取東營市海岸帶為研究區域，以海岸帶濕地遙感解譯數據、淺海水質監測數據及社會經濟統計數據為數據源，運用狀態空間法計算了研究區2010-2014年海岸帶區域的綜合承載力﹔對東營市與濰坊市、濱州市的海岸帶區域綜合承載力進行了比較分析﹔預測了2016-2020年東營市海岸帶區域綜合承載力﹔依據研究結果探討了海岸帶可持續利用的未來途徑。結果表明：在過去的2010-2014年和未來的2016-2020年東營市海岸帶區域綜合承載力均處於超載狀態，但總趨勢是向好的﹔同時，2010-2014年東營市海岸帶在吸引外資、港口發展、海岸帶生態系統服務價值、淺海海域水環境方面具有明顯優勢，但社會公共服務投入不平衡、不穩定。與2016-2020年東營市海岸帶區域綜合承載力預測結果相比較而言，2011年東營市海岸帶區域綜合承載力超載最明顯，與該年環境壓力大和社會投入不足有關。2014年東營市各縣區海岸帶區域綜合承載力均處於超載狀態，廣饒縣超載最明顯﹔同時各縣區自然、社會、經濟發展水平差異較大，市轄區社會經濟指標優於各縣區。東營市海岸帶區域綜合承載力相比濰坊市、濱州市在資源、環境、生態方面具有明顯優勢，但在社會支撐方面投入不足，因此可以通過保持資源、生態優勢，彌補社會投入不足等措施提高東營市海岸帶可持續利用水平。

關鍵詞 海岸帶﹔綜合承載力﹔狀態空間法﹔可持續利用﹔東營市

中圖分類號 K903

開展海岸帶區域綜合承載力研究是實現海岸帶可持續發展的前提。本文以東營市海岸帶濕地遙感解譯數據、淺海水質監測數據及社會經濟統計數據為數據源，運用狀態空間法對東營市海岸帶承載力進行評價與預測，以期豐富和深化海岸帶承載力理論體系，為東營市海岸帶合理開發提供科技支撐。

1 文獻綜述

國外對海岸帶區域承載力的研究多限於單要素評價，集中於對漁業資源、旅游資源、灘涂資源等承載力及可持續利用等方面的研究，如 Enrique Navarro、Jurado等對海岸帶旅游資源承載力的研究，Carver CEA等對加拿大Nova Scotia東部海岸貽貝承載能力的估算，Tejada M等對印度 Kerala Kumarakom海岸旅游地自然承載力的研究，Williams P 等對澳大利亞黃金海岸南部海灘社會承載力的研究等，上述研究均為海岸帶區域單要素承載力的研究。

國內對於海岸帶承載力的研究多側重於綜合評價，如劉康等據“壓力-狀態-響應”（P-S-R）概念模型，建立了海岸帶承載力評估指標體系﹔熊永柱對海岸帶環境承載力的概念、內涵、指標體系和評價模型進行了初步探討﹔蘇盼盼等建立了社會、經濟和自然三個維度的海岸帶生態系統綜合承載力評估指標體系，並運用改進的AD-AS模型，計算了舟山海岸帶綜合承載力﹔蘇蔚瀟計算了2005-2009年的海岸帶區域生態環境綜合承載力﹔楊靜等在分析海岸帶環境承載力基本內涵和特征的基礎上，將海岸帶生態服務功能納入指標體系，以北部灣經濟區為例，對未來規劃情景的海岸帶環境承載狀況進行了量化評價﹔魏超等以江蘇省南通市海岸帶為例，利用狀態空間法計算了研究區2005年、2008年和2009年的綜合承載力。上述研究為豐富和完善海岸帶承載力的理論和實踐奠定了重要基礎。

2 研究區界定

關於海岸帶的概念目前尚不統一，如2000年第147次香山科學會議提出海岸帶范圍是指由0m等深線向陸延伸10km，向海延至水下15m等深線范圍，再如陳述彭提出海岸帶是以海岸為基線向海陸兩側擴散而且輻射的，靠得最近的是一個最基本的單元，而逶迤擴大可到省、市、自治區甚至周邊國家，其輻射程度、廣度、深度是不一樣的，是逐漸減弱、逐漸模糊的。本文考慮到數據獲取的可行性，借鑒上述學者的觀點，將海岸帶定義為：由0m等深線向陸延伸至沿海地級市（縣）行政邊界，向海洋延至-15 m等深線范圍。

根據承載力的研究內容由單一要素走向綜合、系統的演化過程，延伸出本文綜合承載力的定義，即一定歷史時期，一定空間范圍內，以實現區域復合生態系統可持續發展為目標，在確保自然—社會—經濟復合系統各要素相互作用並良性循環發展的條件下，海岸帶區域自然—社會—經濟復合系統對人類社會經濟活動支持能力的閾值。其中人口及人類社會經濟活動是受載體，自然—社會—經濟復合系統是承載體。

本文以東營市海岸帶作為研究區域，其范圍由0m等深線向陸延伸至東營市（縣、區）行政邊界，向海洋延至-15 m等深線范圍。其中包括淺海面積4 800km2，陸域面積8 243km2，行政區上包括東營區、河口區、利津縣、墾利縣、廣饒縣，見圖1。

3海岸帶區域綜合承載力評估

3.1研究方法

3.1.1 P-S-R模型

P-S-R模型從人與自然關系入手，分為壓力、狀態、響應3個組成部分，壓力是指人類生產消費活動對資源環境的壓力﹔狀態是指在一定人類生產消費活動下資源環境的狀態﹔響應是指人類在變化了的資源環境狀態下所做出的響應。各組成部分既相互聯系、相互依存又相互制約，具有較強的系統性。因此結合目前國內外有關海岸帶綜合承載力評價指標體系，以及狀態空間法在承載力研究中的應用，選取開展海岸帶區域承載力研究較常運用的評價指標，將其分為3個層次，包括評價模式層（P-S-R）、一級指標層（子系統層）和二級指標層（指標層），本文構建的海岸帶區域綜合承載力評估指標體系見表1所示。

對以下幾項指標進行解釋說明：

（1）富營養化指數

富營養化指數是指水體中因大量氮磷等營養物質富集導致藻類等浮游生物迅速繁殖，從而導致其他生物大量死亡，用來評價研究區海域富營養化程度。計算方法如下：

式中，E表示富營養化指數，SCOD表示水質中化學需氧量（COD）的濃度（mg/L）﹔SN表示水質中總氮含量（mg/L）﹔SP表示水質中總磷的含量（mg/L）。

（2）植被淨初級生產力

植被淨初級生產力是指植物在單位時間單位面積上由光合作用產生的有機物質總量中扣除自養呼吸后的剩余部分，是生態系統中其他生物生存的物質基礎。計算方法如下：

式中，NPP表示植被的淨第一性生產力﹔RDI表示輻射干燥度，其中RDI計算如下：

式中，PER表示可能蒸散率，PER計算如下：

式中，BT表示年平均生物溫度，﹔ r表示年降水量。

（3）海洋初級生產力

海洋初級生產力是指浮游植物、底棲植物及自養細菌等通過光合作用制造有機物的能力。計算方法如下：

式中，P表示每日的現場初級生產力﹔PS表示表層水（1 m以內）中浮游植物的潛在生產力。

式中，Ca表示表層水中葉綠素a的含量﹔Q表示同化系數﹔E表示真光層深度（m），採用透明度的3倍﹔表示白晝時間（h）。

（4）漁業資源

漁業資源是指指具有開發利用價值的魚、蝦、蟹、貝、藻和海獸類等經濟動植物的總體，包括捕撈、海水養殖和淡水養殖量。

（5）海岸帶生態系統服務價值

海岸帶生態系統服務價值是指人類從海岸帶生態系統獲得的所有惠益，包括供給服務價值、調節服務價值、文化服務價值、支持服務價值。計算方法是將各子系統每個服務的單位公頃價值乘以各子系統面積，最后相加得到海岸帶生態系統的供給、調節、文化和支持服務價值，並轉化為人民幣計算。

3.1.2 指標標准化與熵權法

因綜合承載力評價指標體系中涉及環境、自然、社會、經濟等指標，它們在數量、單位量綱上存在較大差異，需要對數據進行標准化處理，以消除原始數據的量綱影響，本文按指標的不同性質，分為正向指標和負向指標，分別採用如下方法：

正向指標：

負向指標：

式中，aij表示標准化后的數據﹔xij表示原始數據﹔max（xij）和min（xij）表示的最大之和最小值。

    本文選用較為客觀的熵權法確定指標權重以消除主觀影響，該方法的原理是信息是系統有序程度的度量，熵是系統無序程度的一個度量，如果評價指標的信息熵越小，那麼它提供的信息量就越大，即在綜合評估中的作用就越大，權重越大，反之，權重就越小。其計算過程如下：

（1） 計算第j項指標第i年(區)指標值的比重fij

式中，m為評價對象（年份）個數﹔n為評價指標個數。

（3）第j項指標的熵ej，

式中，如果fij=0，則lnfij無意義，因此，定義該值為0。

（4）在指標熵值確定后，就可以確定指標的權重wj，

3.1.3 狀態空間法

    本文採用狀態空間法計算東營市海岸帶區域綜合承載力。狀態空間是歐氏幾何空間用於定量描述系統狀態的一種有效方法，能夠從綜合、宏觀的角度定量化的描述區域系統的現實承載狀況，其實現的原理即比較可持續狀態下的綜合承載力與實際綜合承載力的大小，首先選取n項評價指標，根據研究區域資源環境及社會經濟發展狀況，同時結合區域可持續原則，確定至少(對效益型指標)或至多(對成本型指標)應取的值為研究區的時段理想值RCCj，將n個指標的現實值記為RCSj，首先構造向量RCSj*，其中

式中，（opr）代表某種運算符、運算方法或過程，其作用在於使RCSj*的值在取> 1、= 1、< 1中的某種情況時，向量RCSj*的每一個元素可以表示相對於該區域可持續（理想）時段承載力﹔RCSj*代表的是區域系統某一方面所處的狀態（即RCSj* > 1、= 1、< 1分別代表區域系統在該指標所表示的狀態上是超載、滿載和可載）。

然后，計算n維狀態空間中點RCSj*到坐標原點的加權距離M，

式中，M值的大小即定量地代表區域實際綜合承載力。同時，經過式（12）轉換后，代表可持續發展（理想）狀態下的綜合承載力狀態向量RCCj*已成為單位向量，通過加權處理， 區域可持續發展狀態下的綜合承載力為：

通過比較M與RCC值大小，即可對區域實際綜合承載狀況作出判斷（M>RCC表示超載，M=RCC表示滿載，M<RCC表示可載）。

    由此可知，狀態空間法最重要的是確定時段理想值，因此為更接近研究區實際情況，本文採用研究區階段時間內各指標最大值（對效益型指標）、最小值（對成本型指標）作為時段理想值，其中對於指標GDP年增速本文選取平均值作為時段理想值。

    在與相鄰區域比較時，由於資料獲取的限制，本文富營養化指數、海洋初級生產力的計算採用10月份採樣數據代表（這些數據標准化之后仍具有對比性），其他時段理想值的選取仍採用3市中2013年各指標最大值（對效益型指標）、最小值（對成本型指標）作為時段理想值，其中對於指標GDP年增速本文選取平均值（10.53%）作為時段理想值。

    在利用各指標預測值預測其綜合承載力時，參考東營市十二五規劃並結合東營市實際狀況，各指標的時段理想值仍然選取研究區階段時間內各指標最大值（對效益型指標）、最小值（對成本型指標）作為時段理想值，其中對於指標GDP年增速本文選取9.5%，港口吞吐量採用規劃數值7 600萬噸作為時段理想值，恩格爾系數選為30%，環保投資佔GDP比例採用0.2%，生態系統服務價值根據《黃河三角洲高效生態經濟區（東營市）土地利用總體規劃（2011-2020年）》中2020年土地利用情況（耕地、林地、草地面積），濕地、河流和湖泊、近海面積採用2014年數據計算得到。

3.1.4 指標的預測與檢驗方法

3.1.4.1 預測參數的選取

本文預測時間跨度為2010-2020年，以2010年為基准年，常數參數的確定主要採用2010-2014年統計數據做算術平均來確定，如人口出生率取2010-2014年平均值9.556‰，人口死亡率取4.866‰，結合相關研究成果東營市人口遷入量是增加的，本文淨遷入率取3‰，GDP增長率取2010-2015年平均值11.88%，按照東營市十一五、十二五規劃、2016-2020年（十三五）都取9.5%，2010-2020年農村人均用水量為70L/d，71L/d……，80L/d，城鎮人均用水量2010年為170L/d，2011-2015年為180L/d，2016-2019年為185L/d，2020年為190L/d（參考值來自東營市水利志），生活污水排污系數取0.9。

3.1.4.2 主要指標的計算方法及檢驗

灰色預測法預測的基礎是基於累加生成數列的GM（1，1）模型，且至少小概率誤差p>0.80，均方差比c<0.5時模型方能滿足精度要求，否則需要進行修正。本文運用灰色預測法計算城鎮化率、供給服務價值、調節服務價值、文化服務價值、支持服務價值、萬元GDP能耗、百人病床數和公裡通車裡程，上述各預測值的c值和p值都通過均方差檢驗和小概率誤差檢驗。其中港口吞吐量的預測參考東營市十一五發展規劃2015和2020年的值，並結合每年增長量計算得來﹔環保投資佔GDP比例結合我國及東營市實際，2015-2020年選取0.2%﹔恩格爾系數根據東營市十一五、十二五規劃，2015-2020年仍然採用平均值30%﹔海洋初級生產力、植被淨初級生產力、供水資源量採用2010-2014年平均值分別為230.22mgC/ m2·d、7.398tDM/hm2·a和93 787萬m3。

一元線性回歸預測法即當一個自變量與一個因變量組成的數據散點圖呈現出直線趨勢時，採用最小二乘法，找出一條到各點的距離最短的直線，並對其進行方差分析，計算誤差平方和（剩余平方和）和回歸平方和，回歸平方和越大，剩余平方和越小，回歸模型的效果越好。運用經驗公式法和運用一元線性回歸預測法預測的漁業資源和工業總產值的計算方程如表2所示。

本文採用上述參數及公式計算，得出常住人口、工業廢水排放量、廢水排放總量、GDP總量、人均GDP、漁業資源主要指標的預測值，其與實際值之間的誤差，除了2011年工業廢水排放量的誤差較大外（也就是說其原因可能是由於2011年東營市存在著工業總產值與工業廢水排放量不相符的情況，也就是工業廢水排放量大，但是相應的工業產值卻很低的現象），其余指標誤差都在10%以下，也就是說參數選用基本合理，可以進行預測。

3.2 數據來源

本文關於東營市海岸帶區域綜合承載力的評估指標涉及到其社會、經濟指標數據、海水水質及生態數據、海岸帶濕地數據、海洋水深等多方面數據。為了保証數據統計標准的一致性，東營市海岸帶區域的自然資源（土地資源、濕地、水資源、氣候）數據、社會經濟數據來源於《山東統計年鑒》（2011-2014）、《東營統計年鑒》（2011-2014）、《東營年鑒》（2011-2015）等，這些數據均為公開出版的統計資料，具有權威性和可信性﹔淺海生態和水環境數據來源於2013、2014年10月期間的監測數據﹔東營市各縣區海岸帶濕地數據由2014年10月24日的OLI遙感影像解譯得到並通過檢驗﹔海洋水深ETOPO1數據來源於http://www.ngdc.noaa.gov。

4 結果與分析

4.1 東營市海岸帶區域綜合承載力評估結果與分析

東營市海岸帶區域綜合承載力評價指標權重（表3），通過比較各指標權重，可以看出東營市海岸帶區域綜合承載力呈現如下特點：

（1）吸引外資優勢明顯。東營市外資投入佔GDP比例的權重最大（0.086 87），表明東營市作為資源型沿海城市，能夠吸引更多的外資，拉動該區域經濟增長。

（2）港口發展優勢明顯。港口吞吐量權重較大（0.059 13），表明東營港作為山東省地區性重要港口，對東營市發展臨港產業、帶動區域發展和海洋資源開發與利用具有重要作用。

（3）海岸帶生態系統服務功能較大。海岸帶生態系統各子系統（包括耕地、林地、牧草地、濕地、河流和湖泊、近海）的生態服務價值對綜合承載力貢獻較大，其供給服務價值>調節服務價值>支持服務價值>文化服務價值，也就是說海岸帶各生態子系統所提供的水、食物、原材料供給以及氣體調節、氣候調節、干擾調節、水分調節、侵蝕控制、廢物處理、授粉、生態控制等服務價值較大，而對於其帶來的娛樂休閑、文化服務價值以及土壤形成、養分循環和棲息地庇護的服務價值相對較小。

（4）社會公共服務投入不均衡、不穩定。社會公共服務體系中的環保投入比例、科研投入比例權重較高分別為0.051 14、0.049 97，相比之下百人病床數、公路通車裡程的權重不高，都在0.047以下。同時，2010-2014年東營市環保投入比例和科研投入比例表現出波動狀態，因此，東營市海岸帶衛生和交通條件仍需要改善，環保投入比例和科研投入比例不穩定，可以說在一定程度上東營市海岸帶社會公共投入不均衡、不穩定。

東營市海岸帶區域綜合承載力RCC值為0.217，2010-2014年海岸帶區域綜合承載力實際值M如表4所示。因此，根據海岸帶區域綜合承載力的實際值M與RCC值的關系，可以看出2010—2014年東營市海岸帶區域綜合承載力都處於超載狀態，但從變化趨勢來看其綜合承載力是逐漸向可持續發展狀態下的承載力發展的。

4.2 東營市各縣區海岸帶區域綜合承載力評估結果與分析

由東營市各縣區海岸帶區域綜合承載力評估指標的權重（表5）可知，東營市各縣區自然、社會、經濟發展水平差異較大，市轄區社會經濟指標優於各縣。

以權重較大的指標為例，東營市各縣區人均土地面積差異明顯，其中河口區土地面積最大（38%），東營區面積最小（5%）﹔就植被淨初級生產力和海洋初級生產力而言，東營市各縣區植被類型多樣，且受人類活動影響的程度不同，同時，在河口區和墾利縣還有黃河三角洲國家級自然保護區，對於其近海區域，由於黃河從墾利縣入海，加上處於保護區范圍內，受人類活動影響較小，海洋環境較好，但是廣饒縣和東營區附近處於萊州灣沿岸，富營養化程度較高，因此，植被淨初級生產力和海洋初級生產力也表現出明顯的區域差異（圖2）﹔就百人病床數而言，東營區百人病床數和常住人口最多，比利津縣（最少）每百人病床數多59.1張，比河口區（最少）常住人口多55.36萬人，區域差異明顯，外資投入和科研投入比例也是市轄區大於各縣區投入比例（圖3）。

東營市各縣區海岸帶區域綜合承載力RCC值為0.221，各縣區海岸帶區域綜合承載力的實際值M如表6所示。由表6可知，東營市海岸帶各縣區綜合承載力差異較大，總體而言，廣饒縣海岸帶區域綜合承載力超載最明顯，墾利縣次之，其次為東營區和利津縣，河口區海岸帶區域綜合承載力超載量最小。因此，有必要提高廣饒縣、墾利縣、利津縣的社會經濟投入，減少區域內部差異。

4.3 東營市海岸帶與相鄰區域的綜合承載力比較結果與分析

通過計算得出東營市、濰坊市、濱州市海岸帶區域綜合承載力計算結果，如圖4所示。由圖4可以看出，2013年3市都處於超載狀態，其中，東營市海岸帶是最接近RCC值的，濱州市海岸帶次之，而濰坊市海岸帶處於嚴重超載狀態，因此就區域綜合承載力而言，東營市海岸帶具有明顯優勢。

通過RCSj*值（表7）可以看出東營市主要優勢體現在環境、資源、生態方面，其中代表環境壓力的指標如工業廢水排放量、萬元GDP能耗、富營養化指數都是3市中最小的，而東營市人均海域面積、人均土地面積和人均水資源量是3市中最多的，因此東營市人口對當地資源、環境壓力小﹔生態方面，2013年東營市海岸帶生態系統供給服務價值、調節服務價值、文化服務價值和支持服務價值明顯好於另外2市，這與東營市各生態系統面積有關，2013年東營市濕地面積、河湖面積和近海域面積都是3市中最多的，其中濕地面積比濰坊市多約35 000公頃，比濱州市多約375 000公頃，河流和湖泊面積比濰坊市多約100公頃，比濱州市多約9 400公頃，近海面積比濰坊市多約3 000km2，比濱州市多約2 800km2，因此保持東營市海岸帶區域生態系統服務價值的優勢需要保持東營市各類濕地面積，防止其不斷減少。

同時，也可以看出，東營市在社會支持方面是相對欠缺的，例如東營市居民生活恩格爾系數、科研支出佔GDP比例、環保投資佔GDP比例 、外資投入佔GDP比例、百人病床數和公路通車裡程都是偏離時段理想值的，尤其是百人病床數、外資投入比例、公路通車裡程、科研支出比例、環保支出比例的RCSj*值為4.182，3.080，2.904，2.243，1.854，是3市中RCSj*值最高的，因此，東營市需要加強社會支撐方面的投入。

4.4 東營市海岸帶綜合承載力預測結果與分析

東營市海岸帶綜合承載力預測結果如圖5所示。由圖5可知，東營市海岸帶區域綜合承載力是逐步趨於可持續狀態下的綜合承載力（RCC值）的。但是2011年東營市海岸帶區域綜合承載力超載最明顯，與該年環境指標（工業廢水排放量、萬元GDP能耗）和社會投入指標（科研支出比例與外資投入佔GDP比重）RCSj*最大有關，因此在未來東營市海岸帶在執行十三五規劃的同時還需注重環境治理與保護、增加社會投入以提高區域綜合承載力。

5 結論

本文通過運用狀態空間法對東營市海岸帶區域綜合承載力進行評估，主要結論有：

（1）2010-2014年東營市海岸帶區域綜合承載力均處於超載狀態，而且逐漸趨於可持續發展狀態下的綜合承載力，2010年東營市處於高等超載水平，2014年東營市處於低等超載水平。其中東營市在吸引外資、港口發展、海岸帶生態系統服務價值、淺海海域水環境方面具有明顯優勢，但社會公共服務投入不平衡、不穩定。

（2）2014年東營市各縣區海岸帶區域綜合承載力均處於超載狀態，與其可持續發展狀態下的綜合承載力差距較大，廣饒縣和墾利縣處於高等超載水平，河口區處於低等超載水平，利津縣和東營區處於中等超載水平。同時各縣區自然、社會、經濟發展水平差異較大，市轄區社會經濟指標優於各縣區。因此有必要提高廣饒縣、墾利縣、利津縣的社會經濟投入，減少區域內部差異。

    （3）從2013年東營市與濰坊市、濱州市綜合承載力評估比較結果來看，東營具有生態、環境、資源優勢，但在社會支撐等方面明顯不足。因此東營市可以在發展生態旅游業增加政府收入的同時，提高社會公共服務投入，增強社會支撐。

   （4）2010-2020年東營市海岸帶區域綜合承載力是逐步趨於可持續狀態下的綜合承載力（RCC值）的，但是2011年東營市海岸帶區域綜合承載力超載最明顯，與該年環境指標和社會投入指標RCSj*值最大有關，因此在未來東營市海岸帶在執行十三五規劃的同時還需注重環境治理與保護、增加社會投入以提高區域綜合承載力。