东营市海岸带区域综合承载力评估

摘要 随着人类对海岸带开发强度的不断提高，海岸带资源、环境问题日益突出，海岸带可持续发展成为人类共识，海岸带区域综合承载力研究作为该区域可持续发展的基础性研究，可以为海岸带区域合理开发与管理提供重要理论支撑。本文选取东营市海岸带为研究区域，以海岸带湿地遥感解译数据、浅海水质监测数据及社会经济统计数据为数据源，运用状态空间法计算了研究区2010-2014年海岸带区域的综合承载力；对东营市与潍坊市、滨州市的海岸带区域综合承载力进行了比较分析；预测了2016-2020年东营市海岸带区域综合承载力；依据研究结果探讨了海岸带可持续利用的未来途径。结果表明：在过去的2010-2014年和未来的2016-2020年东营市海岸带区域综合承载力均处于超载状态，但总趋势是向好的；同时，2010-2014年东营市海岸带在吸引外资、港口发展、海岸带生态系统服务价值、浅海海域水环境方面具有明显优势，但社会公共服务投入不平衡、不稳定。与2016-2020年东营市海岸带区域综合承载力预测结果相比较而言，2011年东营市海岸带区域综合承载力超载最明显，与该年环境压力大和社会投入不足有关。2014年东营市各县区海岸带区域综合承载力均处于超载状态，广饶县超载最明显；同时各县区自然、社会、经济发展水平差异较大，市辖区社会经济指标优于各县区。东营市海岸带区域综合承载力相比潍坊市、滨州市在资源、环境、生态方面具有明显优势，但在社会支撑方面投入不足，因此可以通过保持资源、生态优势，弥补社会投入不足等措施提高东营市海岸带可持续利用水平。

关键词 海岸带；综合承载力；状态空间法；可持续利用；东营市

中图分类号 K903

开展海岸带区域综合承载力研究是实现海岸带可持续发展的前提。本文以东营市海岸带湿地遥感解译数据、浅海水质监测数据及社会经济统计数据为数据源，运用状态空间法对东营市海岸带承载力进行评价与预测，以期丰富和深化海岸带承载力理论体系，为东营市海岸带合理开发提供科技支撑。

1 文献综述

国外对海岸带区域承载力的研究多限于单要素评价，集中于对渔业资源、旅游资源、滩涂资源等承载力及可持续利用等方面的研究，如 Enrique Navarro、Jurado等对海岸带旅游资源承载力的研究，Carver CEA等对加拿大Nova Scotia东部海岸贻贝承载能力的估算，Tejada M等对印度 Kerala Kumarakom海岸旅游地自然承载力的研究，Williams P 等对澳大利亚黄金海岸南部海滩社会承载力的研究等，上述研究均为海岸带区域单要素承载力的研究。

国内对于海岸带承载力的研究多侧重于综合评价，如刘康等据“压力-状态-响应”（P-S-R）概念模型，建立了海岸带承载力评估指标体系；熊永柱对海岸带环境承载力的概念、内涵、指标体系和评价模型进行了初步探讨；苏盼盼等建立了社会、经济和自然三个维度的海岸带生态系统综合承载力评估指标体系，并运用改进的AD-AS模型，计算了舟山海岸带综合承载力；苏蔚潇计算了2005-2009年的海岸带区域生态环境综合承载力；杨静等在分析海岸带环境承载力基本内涵和特征的基础上，将海岸带生态服务功能纳入指标体系，以北部湾经济区为例，对未来规划情景的海岸带环境承载状况进行了量化评价；魏超等以江苏省南通市海岸带为例，利用状态空间法计算了研究区2005年、2008年和2009年的综合承载力。上述研究为丰富和完善海岸带承载力的理论和实践奠定了重要基础。

2 研究区界定

关于海岸带的概念目前尚不统一，如2000年第147次香山科学会议提出海岸带范围是指由0m等深线向陆延伸10km，向海延至水下15m等深线范围，再如陈述彭提出海岸带是以海岸为基线向海陆两侧扩散而且辐射的，靠得最近的是一个最基本的单元，而逶迤扩大可到省、市、自治区甚至周边国家，其辐射程度、广度、深度是不一样的，是逐渐减弱、逐渐模糊的。本文考虑到数据获取的可行性，借鉴上述学者的观点，将海岸带定义为：由0m等深线向陆延伸至沿海地级市（县）行政边界，向海洋延至-15 m等深线范围。

根据承载力的研究内容由单一要素走向综合、系统的演化过程，延伸出本文综合承载力的定义，即一定历史时期，一定空间范围内，以实现区域复合生态系统可持续发展为目标，在确保自然—社会—经济复合系统各要素相互作用并良性循环发展的条件下，海岸带区域自然—社会—经济复合系统对人类社会经济活动支持能力的阈值。其中人口及人类社会经济活动是受载体，自然—社会—经济复合系统是承载体。

本文以东营市海岸带作为研究区域，其范围由0m等深线向陆延伸至东营市（县、区）行政边界，向海洋延至-15 m等深线范围。其中包括浅海面积4 800km2，陆域面积8 243km2，行政区上包括东营区、河口区、利津县、垦利县、广饶县，见图1。

3海岸带区域综合承载力评估

3.1研究方法

3.1.1 P-S-R模型

P-S-R模型从人与自然关系入手，分为压力、状态、响应3个组成部分，压力是指人类生产消费活动对资源环境的压力；状态是指在一定人类生产消费活动下资源环境的状态；响应是指人类在变化了的资源环境状态下所做出的响应。各组成部分既相互联系、相互依存又相互制约，具有较强的系统性。因此结合目前国内外有关海岸带综合承载力评价指标体系，以及状态空间法在承载力研究中的应用，选取开展海岸带区域承载力研究较常运用的评价指标，将其分为3个层次，包括评价模式层（P-S-R）、一级指标层（子系统层）和二级指标层（指标层），本文构建的海岸带区域综合承载力评估指标体系见表1所示。

对以下几项指标进行解释说明：

（1）富营养化指数

富营养化指数是指水体中因大量氮磷等营养物质富集导致藻类等浮游生物迅速繁殖，从而导致其他生物大量死亡，用来评价研究区海域富营养化程度。计算方法如下：

式中，E表示富营养化指数，SCOD表示水质中化学需氧量（COD）的浓度（mg/L）；SN表示水质中总氮含量（mg/L）；SP表示水质中总磷的含量（mg/L）。

（2）植被净初级生产力

植被净初级生产力是指植物在单位时间单位面积上由光合作用产生的有机物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分，是生态系统中其他生物生存的物质基础。计算方法如下：

式中，NPP表示植被的净第一性生产力；RDI表示辐射干燥度，其中RDI计算如下：

式中，PER表示可能蒸散率，PER计算如下：

式中，BT表示年平均生物温度，； r表示年降水量。

（3）海洋初级生产力

海洋初级生产力是指浮游植物、底栖植物及自养细菌等通过光合作用制造有机物的能力。计算方法如下：

式中，P表示每日的现场初级生产力；PS表示表层水（1 m以内）中浮游植物的潜在生产力。

式中，Ca表示表层水中叶绿素a的含量；Q表示同化系数；E表示真光层深度（m），采用透明度的3倍；表示白昼时间（h）。

（4）渔业资源

渔业资源是指指具有开发利用价值的鱼、虾、蟹、贝、藻和海兽类等经济动植物的总体，包括捕捞、海水养殖和淡水养殖量。

（5）海岸带生态系统服务价值

海岸带生态系统服务价值是指人类从海岸带生态系统获得的所有惠益，包括供给服务价值、调节服务价值、文化服务价值、支持服务价值。计算方法是将各子系统每个服务的单位公顷价值乘以各子系统面积，最后相加得到海岸带生态系统的供给、调节、文化和支持服务价值，并转化为人民币计算。

3.1.2 指标标准化与熵权法

因综合承载力评价指标体系中涉及环境、自然、社会、经济等指标，它们在数量、单位量纲上存在较大差异，需要对数据进行标准化处理，以消除原始数据的量纲影响，本文按指标的不同性质，分为正向指标和负向指标，分别采用如下方法：

正向指标：

负向指标：

式中，aij表示标准化后的数据；xij表示原始数据；max（xij）和min（xij）表示的最大之和最小值。

    本文选用较为客观的熵权法确定指标权重以消除主观影响，该方法的原理是信息是系统有序程度的度量，熵是系统无序程度的一个度量，如果评价指标的信息熵越小，那么它提供的信息量就越大，即在综合评估中的作用就越大，权重越大，反之，权重就越小。其计算过程如下：

（1） 计算第j项指标第i年(区)指标值的比重fij

式中，m为评价对象（年份）个数；n为评价指标个数。

（3）第j项指标的熵ej，

式中，如果fij=0，则lnfij无意义，因此，定义该值为0。

（4）在指标熵值确定后，就可以确定指标的权重wj，

3.1.3 状态空间法

    本文采用状态空间法计算东营市海岸带区域综合承载力。状态空间是欧氏几何空间用于定量描述系统状态的一种有效方法，能够从综合、宏观的角度定量化的描述区域系统的现实承载状况，其实现的原理即比较可持续状态下的综合承载力与实际综合承载力的大小，首先选取n项评价指标，根据研究区域资源环境及社会经济发展状况，同时结合区域可持续原则，确定至少(对效益型指标)或至多(对成本型指标)应取的值为研究区的时段理想值RCCj，将n个指标的现实值记为RCSj，首先构造向量RCSj*，其中

式中，（opr）代表某种运算符、运算方法或过程，其作用在于使RCSj*的值在取> 1、= 1、< 1中的某种情况时，向量RCSj*的每一个元素可以表示相对于该区域可持续（理想）时段承载力；RCSj*代表的是区域系统某一方面所处的状态（即RCSj* > 1、= 1、< 1分别代表区域系统在该指标所表示的状态上是超载、满载和可载）。

然后，计算n维状态空间中点RCSj*到坐标原点的加权距离M，

式中，M值的大小即定量地代表区域实际综合承载力。同时，经过式（12）转换后，代表可持续发展（理想）状态下的综合承载力状态向量RCCj*已成为单位向量，通过加权处理， 区域可持续发展状态下的综合承载力为：

通过比较M与RCC值大小，即可对区域实际综合承载状况作出判断（M>RCC表示超载，M=RCC表示满载，M<RCC表示可载）。

    由此可知，状态空间法最重要的是确定时段理想值，因此为更接近研究区实际情况，本文采用研究区阶段时间内各指标最大值（对效益型指标）、最小值（对成本型指标）作为时段理想值，其中对于指标GDP年增速本文选取平均值作为时段理想值。

    在与相邻区域比较时，由于资料获取的限制，本文富营养化指数、海洋初级生产力的计算采用10月份采样数据代表（这些数据标准化之后仍具有对比性），其他时段理想值的选取仍采用3市中2013年各指标最大值（对效益型指标）、最小值（对成本型指标）作为时段理想值，其中对于指标GDP年增速本文选取平均值（10.53%）作为时段理想值。

    在利用各指标预测值预测其综合承载力时，参考东营市十二五规划并结合东营市实际状况，各指标的时段理想值仍然选取研究区阶段时间内各指标最大值（对效益型指标）、最小值（对成本型指标）作为时段理想值，其中对于指标GDP年增速本文选取9.5%，港口吞吐量采用规划数值7 600万吨作为时段理想值，恩格尔系数选为30%，环保投资占GDP比例采用0.2%，生态系统服务价值根据《黄河三角洲高效生态经济区（东营市）土地利用总体规划（2011-2020年）》中2020年土地利用情况（耕地、林地、草地面积），湿地、河流和湖泊、近海面积采用2014年数据计算得到。

3.1.4 指标的预测与检验方法

3.1.4.1 预测参数的选取

本文预测时间跨度为2010-2020年，以2010年为基准年，常数参数的确定主要采用2010-2014年统计数据做算术平均来确定，如人口出生率取2010-2014年平均值9.556‰，人口死亡率取4.866‰，结合相关研究成果东营市人口迁入量是增加的，本文净迁入率取3‰，GDP增长率取2010-2015年平均值11.88%，按照东营市十一五、十二五规划、2016-2020年（十三五）都取9.5%，2010-2020年农村人均用水量为70L/d，71L/d……，80L/d，城镇人均用水量2010年为170L/d，2011-2015年为180L/d，2016-2019年为185L/d，2020年为190L/d（参考值来自东营市水利志），生活污水排污系数取0.9。

3.1.4.2 主要指标的计算方法及检验

灰色预测法预测的基础是基于累加生成数列的GM（1，1）模型，且至少小概率误差p>0.80，均方差比c<0.5时模型方能满足精度要求，否则需要进行修正。本文运用灰色预测法计算城镇化率、供给服务价值、调节服务价值、文化服务价值、支持服务价值、万元GDP能耗、百人病床数和公里通车里程，上述各预测值的c值和p值都通过均方差检验和小概率误差检验。其中港口吞吐量的预测参考东营市十一五发展规划2015和2020年的值，并结合每年增长量计算得来；环保投资占GDP比例结合我国及东营市实际，2015-2020年选取0.2%；恩格尔系数根据东营市十一五、十二五规划，2015-2020年仍然采用平均值30%；海洋初级生产力、植被净初级生产力、供水资源量采用2010-2014年平均值分别为230.22mgC/ m2·d、7.398tDM/hm2·a和93 787万m3。

一元线性回归预测法即当一个自变量与一个因变量组成的数据散点图呈现出直线趋势时，采用最小二乘法，找出一条到各点的距离最短的直线，并对其进行方差分析，计算误差平方和（剩余平方和）和回归平方和，回归平方和越大，剩余平方和越小，回归模型的效果越好。运用经验公式法和运用一元线性回归预测法预测的渔业资源和工业总产值的计算方程如表2所示。

本文采用上述参数及公式计算，得出常住人口、工业废水排放量、废水排放总量、GDP总量、人均GDP、渔业资源主要指标的预测值，其与实际值之间的误差，除了2011年工业废水排放量的误差较大外（也就是说其原因可能是由于2011年东营市存在着工业总产值与工业废水排放量不相符的情况，也就是工业废水排放量大，但是相应的工业产值却很低的现象），其余指标误差都在10%以下，也就是说参数选用基本合理，可以进行预测。

3.2 数据来源

本文关于东营市海岸带区域综合承载力的评估指标涉及到其社会、经济指标数据、海水水质及生态数据、海岸带湿地数据、海洋水深等多方面数据。为了保证数据统计标准的一致性，东营市海岸带区域的自然资源（土地资源、湿地、水资源、气候）数据、社会经济数据来源于《山东统计年鉴》（2011-2014）、《东营统计年鉴》（2011-2014）、《东营年鉴》（2011-2015）等，这些数据均为公开出版的统计资料，具有权威性和可信性；浅海生态和水环境数据来源于2013、2014年10月期间的监测数据；东营市各县区海岸带湿地数据由2014年10月24日的OLI遥感影像解译得到并通过检验；海洋水深ETOPO1数据来源于http://www.ngdc.noaa.gov。

4 结果与分析

4.1 东营市海岸带区域综合承载力评估结果与分析

东营市海岸带区域综合承载力评价指标权重（表3），通过比较各指标权重，可以看出东营市海岸带区域综合承载力呈现如下特点：

（1）吸引外资优势明显。东营市外资投入占GDP比例的权重最大（0.086 87），表明东营市作为资源型沿海城市，能够吸引更多的外资，拉动该区域经济增长。

（2）港口发展优势明显。港口吞吐量权重较大（0.059 13），表明东营港作为山东省地区性重要港口，对东营市发展临港产业、带动区域发展和海洋资源开发与利用具有重要作用。

（3）海岸带生态系统服务功能较大。海岸带生态系统各子系统（包括耕地、林地、牧草地、湿地、河流和湖泊、近海）的生态服务价值对综合承载力贡献较大，其供给服务价值>调节服务价值>支持服务价值>文化服务价值，也就是说海岸带各生态子系统所提供的水、食物、原材料供给以及气体调节、气候调节、干扰调节、水分调节、侵蚀控制、废物处理、授粉、生态控制等服务价值较大，而对于其带来的娱乐休闲、文化服务价值以及土壤形成、养分循环和栖息地庇护的服务价值相对较小。

（4）社会公共服务投入不均衡、不稳定。社会公共服务体系中的环保投入比例、科研投入比例权重较高分别为0.051 14、0.049 97，相比之下百人病床数、公路通车里程的权重不高，都在0.047以下。同时，2010-2014年东营市环保投入比例和科研投入比例表现出波动状态，因此，东营市海岸带卫生和交通条件仍需要改善，环保投入比例和科研投入比例不稳定，可以说在一定程度上东营市海岸带社会公共投入不均衡、不稳定。

东营市海岸带区域综合承载力RCC值为0.217，2010-2014年海岸带区域综合承载力实际值M如表4所示。因此，根据海岸带区域综合承载力的实际值M与RCC值的关系，可以看出2010—2014年东营市海岸带区域综合承载力都处于超载状态，但从变化趋势来看其综合承载力是逐渐向可持续发展状态下的承载力发展的。

4.2 东营市各县区海岸带区域综合承载力评估结果与分析

由东营市各县区海岸带区域综合承载力评估指标的权重（表5）可知，东营市各县区自然、社会、经济发展水平差异较大，市辖区社会经济指标优于各县。

以权重较大的指标为例，东营市各县区人均土地面积差异明显，其中河口区土地面积最大（38%），东营区面积最小（5%）；就植被净初级生产力和海洋初级生产力而言，东营市各县区植被类型多样，且受人类活动影响的程度不同，同时，在河口区和垦利县还有黄河三角洲国家级自然保护区，对于其近海区域，由于黄河从垦利县入海，加上处于保护区范围内，受人类活动影响较小，海洋环境较好，但是广饶县和东营区附近处于莱州湾沿岸，富营养化程度较高，因此，植被净初级生产力和海洋初级生产力也表现出明显的区域差异（图2）；就百人病床数而言，东营区百人病床数和常住人口最多，比利津县（最少）每百人病床数多59.1张，比河口区（最少）常住人口多55.36万人，区域差异明显，外资投入和科研投入比例也是市辖区大于各县区投入比例（图3）。

东营市各县区海岸带区域综合承载力RCC值为0.221，各县区海岸带区域综合承载力的实际值M如表6所示。由表6可知，东营市海岸带各县区综合承载力差异较大，总体而言，广饶县海岸带区域综合承载力超载最明显，垦利县次之，其次为东营区和利津县，河口区海岸带区域综合承载力超载量最小。因此，有必要提高广饶县、垦利县、利津县的社会经济投入，减少区域内部差异。

4.3 东营市海岸带与相邻区域的综合承载力比较结果与分析

通过计算得出东营市、潍坊市、滨州市海岸带区域综合承载力计算结果，如图4所示。由图4可以看出，2013年3市都处于超载状态，其中，东营市海岸带是最接近RCC值的，滨州市海岸带次之，而潍坊市海岸带处于严重超载状态，因此就区域综合承载力而言，东营市海岸带具有明显优势。

通过RCSj*值（表7）可以看出东营市主要优势体现在环境、资源、生态方面，其中代表环境压力的指标如工业废水排放量、万元GDP能耗、富营养化指数都是3市中最小的，而东营市人均海域面积、人均土地面积和人均水资源量是3市中最多的，因此东营市人口对当地资源、环境压力小；生态方面，2013年东营市海岸带生态系统供给服务价值、调节服务价值、文化服务价值和支持服务价值明显好于另外2市，这与东营市各生态系统面积有关，2013年东营市湿地面积、河湖面积和近海域面积都是3市中最多的，其中湿地面积比潍坊市多约35 000公顷，比滨州市多约375 000公顷，河流和湖泊面积比潍坊市多约100公顷，比滨州市多约9 400公顷，近海面积比潍坊市多约3 000km2，比滨州市多约2 800km2，因此保持东营市海岸带区域生态系统服务价值的优势需要保持东营市各类湿地面积，防止其不断减少。

同时，也可以看出，东营市在社会支持方面是相对欠缺的，例如东营市居民生活恩格尔系数、科研支出占GDP比例、环保投资占GDP比例 、外资投入占GDP比例、百人病床数和公路通车里程都是偏离时段理想值的，尤其是百人病床数、外资投入比例、公路通车里程、科研支出比例、环保支出比例的RCSj*值为4.182，3.080，2.904，2.243，1.854，是3市中RCSj*值最高的，因此，东营市需要加强社会支撑方面的投入。

4.4 东营市海岸带综合承载力预测结果与分析

东营市海岸带综合承载力预测结果如图5所示。由图5可知，东营市海岸带区域综合承载力是逐步趋于可持续状态下的综合承载力（RCC值）的。但是2011年东营市海岸带区域综合承载力超载最明显，与该年环境指标（工业废水排放量、万元GDP能耗）和社会投入指标（科研支出比例与外资投入占GDP比重）RCSj*最大有关，因此在未来东营市海岸带在执行十三五规划的同时还需注重环境治理与保护、增加社会投入以提高区域综合承载力。

5 结论

本文通过运用状态空间法对东营市海岸带区域综合承载力进行评估，主要结论有：

（1）2010-2014年东营市海岸带区域综合承载力均处于超载状态，而且逐渐趋于可持续发展状态下的综合承载力，2010年东营市处于高等超载水平，2014年东营市处于低等超载水平。其中东营市在吸引外资、港口发展、海岸带生态系统服务价值、浅海海域水环境方面具有明显优势，但社会公共服务投入不平衡、不稳定。

（2）2014年东营市各县区海岸带区域综合承载力均处于超载状态，与其可持续发展状态下的综合承载力差距较大，广饶县和垦利县处于高等超载水平，河口区处于低等超载水平，利津县和东营区处于中等超载水平。同时各县区自然、社会、经济发展水平差异较大，市辖区社会经济指标优于各县区。因此有必要提高广饶县、垦利县、利津县的社会经济投入，减少区域内部差异。

    （3）从2013年东营市与潍坊市、滨州市综合承载力评估比较结果来看，东营具有生态、环境、资源优势，但在社会支撑等方面明显不足。因此东营市可以在发展生态旅游业增加政府收入的同时，提高社会公共服务投入，增强社会支撑。

   （4）2010-2020年东营市海岸带区域综合承载力是逐步趋于可持续状态下的综合承载力（RCC值）的，但是2011年东营市海岸带区域综合承载力超载最明显，与该年环境指标和社会投入指标RCSj*值最大有关，因此在未来东营市海岸带在执行十三五规划的同时还需注重环境治理与保护、增加社会投入以提高区域综合承载力。