孔 梅, 黃海軍 , 高興國, 馬立杰, 劉艷霞

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島266071; 2. 中國科學院 研究生院, 北京100049; 3. 山東省土地勘測規(guī)劃院, 山東 濟南 250014; 4. 山東電力工程咨詢院有限公司, 山東 濟南 250013)

長島縣海島開發(fā)活動的環(huán)境效應評價

孔 梅1,2,3, 黃海軍1, 高興國4, 馬立杰1, 劉艷霞1

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島266071; 2. 中國科學院 研究生院, 北京100049; 3. 山東省土地勘測規(guī)劃院, 山東 濟南 250014; 4. 山東電力工程咨詢院有限公司, 山東 濟南 250013)

根據(jù)“壓力-狀態(tài)-響應”(P-S-R)指標體系模型, 探討了長島縣海島開發(fā)活動的環(huán)境效應評價指標體系, 應用熵值法計算了海島各個指標的權重, 并應用計算得到的綜合指數(shù)對海島開發(fā)活動的環(huán)境效應進行了綜合評價, 為海島資源環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展決策提供基礎依據(jù)。

海島; 開發(fā)活動; 環(huán)境效應; 指標體系

隨著經濟發(fā)展和科技進步, 海島的開發(fā)活動越來越多。在海島經濟飛速發(fā)展的同時, 由于開發(fā)過程中不尊重海島自然特征屬性、忽視生態(tài)平衡、海島開發(fā)活動無法可依、開發(fā)利用活動缺少規(guī)劃的指導等原因, 海島的資源開發(fā)和生態(tài)保護中出現(xiàn)了很多問題, 主要體現(xiàn)在海島資源退化、生態(tài)環(huán)境破壞、部分海島生態(tài)功能喪失、島陸及周邊水域環(huán)境惡化、傳統(tǒng)捕撈業(yè)空間喪失、珍稀生物資源減少等方面。針對于此, 國際教科文組織于1992年出版了《島嶼》期刊, 專門探討海島資源保護與可持續(xù)發(fā)展的問題;Gourbesville 等[1]針對熱帶海島提出了可持續(xù)用水的評價方法; 2000年, 中國學者楊文鶴[2]主編了《中國海島》一書, 系統(tǒng)、完整介紹了中國海島的自然環(huán)境概況、環(huán)境質量狀況、社會經濟狀況、開發(fā)利用現(xiàn)狀、海島的保護和管理等。與此同時, 國內許多學者和專家從不同專業(yè)視角對中國海島環(huán)境展開了相關研究和探索, 肖佳媚等[3]利用 P-S-R(壓力-狀態(tài)-響應)指標體系模型對海島生態(tài)系統(tǒng)進行評價, 陳彬[4]、肖風勁[5]對海島生態(tài)系統(tǒng)進行了綜合評價, 高俊國[6]、韓增 林[7]、任海[8]對海島的管理進行了分析研究。但這些研究都沒能充分體現(xiàn)海島環(huán)境與開發(fā)的關系。本研究以山東省長島縣為例, 針對海島開發(fā)過程中的諸多問題, 建立了海島開發(fā)活動的環(huán)境效應評價方法和指標體系, 客觀評價了開發(fā)活動的環(huán)境效應, 為海島資源環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展決策提供了基礎依據(jù)。

1 研究區(qū)環(huán)境及開發(fā)概況

長島(120°35′～120°56′E, 37°53′～38°23′N)又稱廟島群島, 位于山東半島與遼東半島之間, 黃海、渤海交匯處, 由大小32個島鏈式分布的海島組成。長島縣屬山東省煙臺市所轄, 自北至南主要海島有北隍城島、南隍城島、小欽島、大欽島、砣磯島、高山島、小高山島、車由島、猴磯島、大竹山島、小竹山島、北長山島、南長山島、廟島、大黑山島、小黑山島、南坨子島, 主要特征見表1。陸地總面積為53.806 km2。海域面積8 700 km2, 海岸線長169.71 km, 是山東省唯一的海島縣。長島縣最大的島嶼是南長山島, 面積13.2 km2。

長島位于半濕潤的華北地區(qū)東北部, 屬暖溫帶大陸性季風氣候, 具有冬暖夏涼的特點, 年平均氣溫11.9 ℃, 年平均降水量為560 mm。潮汐為正規(guī)半日潮, 潮高 143 cm, 潮差 119 cm, 海流主要受黃渤海交換流的影響。該區(qū)島嶼全為基巖島, 巖性多為變質巖或巖漿巖, 海岸陡峭, 潮間帶狹窄, 多為礫石灘,水深較大。地質構造形跡主要表現(xiàn)為斷裂構造或單斜構造; 地層屬于魯東地層分區(qū), 位于膠北隆起、膠萊坳陷等構造單元邊緣地帶。島陸地貌多為低山丘陵, 基巖坡和沖溝; 海岸地貌以海蝕地貌為主。

長島森林覆蓋率為53.2%, 植物資源豐富, 覆蓋度一般在95%以上, 植物種類以菊科、豆科、十字花科等居多, 樹木以黑松、刺槐林為主。獨特的地理位置和優(yōu)越的自然條件, 使之成為候鳥遷徙的必經之地, 每年途經的候鳥有200余種, 百萬只之多, 享有候鳥“驛站”的美譽。長島海域遼闊, 水質肥沃, 是中國海珍品主要產地之一, 自然生長的貝、藻類160多種, 其中, 扇貝、鮑魚、海參、海膽、赤貝、蝦夷貝等海珍品享譽海內外。長島被譽為“海上仙山”, 資源豐富、環(huán)境優(yōu)美, 截至 2005年, 長島已經擁有中國海帶之鄉(xiāng)、中國鮑魚之鄉(xiāng)、中國扇貝之鄉(xiāng)、國家級風景名勝區(qū)、國家級自然保護區(qū)、國家森林公園、國家地質公園、國家首批農業(yè)旅游示范點、中國最佳避暑勝地和中國十大最美海島10張國字號金名片。

表1 長島縣主要海島特征統(tǒng)計表Tab. 1 Statistics on the features of Changdao islands

長島淡水資源嚴重匱乏, 人均水資源占有量僅為全國人均占有量的 1/3, 嚴重制約了海島經濟和社會的發(fā)展。中國最大的海水淡化飲用水工程——山東省長島縣南長山島日產 1 000 t淡化水工程于 2000年正式動工, 大大緩解飲用水緊張的局面。長島蘊藏著巨大的風能資源, 其特殊的地理位置有利于風速的增強, 是我國風能最豐富的地區(qū)之一。

2 評價模型

目前, 不同學者以“自然-經濟-社會”復合系統(tǒng)為研究對象, 提出了若干環(huán)境評價的指標體系及其定量評價模型, 比較有代表性的有“壓力-狀態(tài)-響應”(P-S-R)模型、“驅動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(D-P-S-I-R)”模型以及人工神經網絡(ANN)等。但是針對海島開發(fā)活動環(huán)境效應的卻沒有。

DPSIR模型, 層次分明, 關系明晰, 考慮了人與自然之間的關系, 可以深入表征待研究系統(tǒng)之間的反饋和負反饋機制, 但計算需要一定數(shù)據(jù)支持, 模擬相對不便; ANN雖能夠清晰且深入地表征研究系統(tǒng)的作用機制, 更深入體現(xiàn)可持續(xù)理論的內涵, 然而此模型尚處在探索階段, 模擬復雜, 需要大量計算的支持, 在模擬時仍存在許多不確定因素。

P-S-R模型最初由加拿大統(tǒng)計學家 Rapport和Friend于 1979年提出, 后由經濟合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于 20世紀八九十年代用于研究環(huán)境問題(OECD, 2004)。此模型是基于人類活動會對環(huán)境產生壓力, 同時會改變自然資源的數(shù)量和狀態(tài)這樣一種因果關系建立的, 它揭示出了人類活動和環(huán)境之間的線性關系, 使用了“壓力-狀態(tài)-響應”這一邏輯思維方式, 目的是回答發(fā)生了什么、為什么發(fā)生和人類如何做 3個問題。在實際應用中發(fā)現(xiàn),P-S-R模型應用于環(huán)境類指標, 可以很好地反映出指標間的因果關系。為了深入探討海島環(huán)境、經濟、社會之間的復雜關系, 摸清其中的作用過程以及彼此之間的因果關系, 本研究選取P-S-R模型(圖1)。

圖1 海島開發(fā)的P-S-R模型Fig. 1 “Pressure-state-response” model in island development

3 指標體系的構建

3.1 指標體系的構建原則

建立海島開發(fā)活動的環(huán)境效應指標體系, 是以分析海島開發(fā)活動與生態(tài)環(huán)境變化之間的關系和提出海島開發(fā)建議為目標, 因此在構建指標體系時,遵循“SMART”原則, 即針對性(Specific)、可衡量(Measurable)、可獲得性(Achievable)、現(xiàn)實性(Realistic)、有時間限制的(Time-bound)。

3.2 指標的選取

壓力指標主要是針對目前長島縣面臨的生態(tài)環(huán)境問題, 包括自然災害和開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境問題。該區(qū)的自然災害(如海冰、海水入侵等)不明顯, 因此文中不予討論。開發(fā)造成的環(huán)境問題, 主要為漁業(yè)資源下降、海水增養(yǎng)殖過度、工業(yè)和生活污水排放、海岸工程建設、赤潮等。

狀態(tài)指標主要是指海島的環(huán)境質量和自然資源狀況, 包括經濟狀態(tài)、資源狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)。根據(jù)收集的資料和評價目的, 選擇了人均海洋產業(yè)產值、海域面積、潮間帶生物狀況、沉積物污染狀況、植被覆蓋率等指標。

響應指標主要考慮能夠反映維護、改善海島環(huán)境狀態(tài)的社會、經濟和科技保障及管理能力。在選擇響應指標時可以從決策支持、制度建設、資金投入和科技支撐入手, 主要考慮工農業(yè)污染防治、自然保護、環(huán)境管理及公共意識等方面。

在指標選取時將正相關系數(shù)大于或等于 0.9的指標(具有顯著的相關性)進行合并。通過篩選比較,并結合海島社會經濟和環(huán)境特征, 本文選定以下18個指標構建評價指標體系(表2)。

表2 構建的指標體系及計算所得的權重Tab. 2 The assessment index system and the weight

4 評價方法

4.1 評價指標的標準化處理

根據(jù)實際調查資料和海島狀況, 本文分3個時段 1992 ～1997 年、1997 ～2002 年、2002～2007 年(即j=1, 2, 3)研究長島縣的開發(fā)環(huán)境效應。評價指標體系包括i=1, 2, …, 18個指標, 則原始指標數(shù)據(jù)矩陣為：

指標標準化后：

式中,X0為該項指標的1992年的值。

標準化后的數(shù)據(jù)矩陣為：

4.2 指標權重的確定

在海島環(huán)境效應評價中, 指標權重的確定是一個很重要的方面, 其方法概括起來主要有主成分分析法、層次分析法、灰色關聯(lián)度法、均方差法以及熵值法等, 雖然這些方法在一定程度上能滿足評價的要求, 但是均存在一些問題, 如： 層次分析法由于級別差異比較大, 往往不能滿足相對完善的指標權重的合理賦值, 而且在評價過程中經常要根據(jù)評價者主觀上對各指標的重視程度來決定權重, 因此評價結果經常趨于不穩(wěn)定; 灰色關聯(lián)度分析法由于考慮的問題不夠全面, 所以它的完善度不高。而熵值法由于基于信息有序度的混亂程度, 相對客觀地確定各影響因子的權重, 并在某種程度上可以解決以上各種方法出現(xiàn)的諸多問題?；谝陨峡紤], 本文選用熵值法。但是熵值法在極值或者負值的情況下也會有一定的缺陷。因此, 本文在已有研究的基礎上, 對熵值法進行了一定的改進。

4.2.1 熵值法的基本原理

假設在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價中有n個指標,m個年份, 這樣就形成了一個原始數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n。對于某項指標xj, 指標值xij之間的差距越大, 則該指標在區(qū)域綜合評價中所起的作用也就越大; 反之就越小。若某項指標的指標值全部相等, 則該指標在區(qū)域綜合評價中不起作用。在信息論中, 有這樣一種函數(shù)關系：H(x)=-∑f(xj)ln(xj), 式中左邊的H(x)稱為信息熵, 是系統(tǒng)無序程度的度量; 右邊-∑f(xj)ln(xj)稱為信息, 是系統(tǒng)有序程度的度量, 二者絕對值相等。某項指標xj的指標值差異越大, 則信息熵H(xj)就越小, 該指標的權重就越大; 反之就越小。

4.2.2 改進的熵值法及計算步驟

根據(jù)熵值法的計算過程, 可以發(fā)現(xiàn)在熵值法的計算過程中運用了對數(shù)和熵的概念。根據(jù)相應的約束規(guī)則, 負值和極值不能直接參與運算, 應對其進行一定的變換, 即應該對熵值法進行一些必要的改進。其計算步驟為： (1)x′ij=(xij-xj)/sj, 式中x′ij為標準化后的指標值,xj為第j指標的平均值,sj為第j指標的標準差。(2)為了消除負值, 對標準化后的指標值進行坐標平移, 即：x′ij=x′ij+p, 式中p為坐標平移的幅度。(3)計算第j指標下第i年的指標值的比重。(4)計算第j指標的熵值ej：ej=。(5)計算第j指標的差異性系數(shù)gj, 即gj=1-ej。gj值越大, 指標xj就越重要。(6)確定第j指標的權重

4.2.3 權重值的確定

運用上述改進的熵值法, 計算了各個指標的權重(表 2)。18個指標的權重之和為 1, 在開發(fā)時間段內指標變化越大, 權重越大。

4.3 綜合評價值的確定

式中Yij為標準化后的指標值,ai為各指標的權重,api為各壓力指標對壓力指數(shù)的權重,asi為各狀態(tài)指標對狀態(tài)指數(shù)的權重,aRi為各響應指標對響應指數(shù)的權重。根據(jù)公式(1)～(4), 以第一個開發(fā)時段1992～1997年為基準值, 計算結果為表3。

在表 3中, 從P值來看, 與 1997年之前相比,1997年以后人口、社會、經濟開發(fā)對環(huán)境的壓力越來越大; 從S值來看, 隨著開發(fā)強度、海洋產業(yè)的發(fā)展, 資源環(huán)境持續(xù)惡化; 但令人欣慰的是,R值也隨之增大, 說明社會、政府對開發(fā)造成的環(huán)境破壞的響應也在增強。I值大, 代表人類活動對海島環(huán)境的綜合影響趨向積極(響應強, 壓力弱)。從表 3中看到 I值呈倍數(shù)級增長, 說明人類對海島的開發(fā)不再像以前一樣盲目, 隨著開發(fā)活動的增強, 對海島的保護也在增強。

表3 計算得到的各個評價指數(shù)Tab. 3 The calculated assessment index

5 結論

本研究從長島縣的實際情況出發(fā), 綜合考慮自然、經濟、環(huán)境等因子構建了適用于長島縣海島開發(fā)的環(huán)境效應評價指標體系。采用定性與定量相結合的方法, 對長島縣海島開發(fā)的環(huán)境效應進行了綜合評價。評價結果表明： 隨著社會經濟的發(fā)展, 人類對海島資源的需求迅速增長, 而海島資源有限、環(huán)境脆弱, 這就要求人們以謹慎的態(tài)度開發(fā)、利用海島環(huán)境資源, 堅持保護型開發(fā)原則, 在更高層次上應對海島環(huán)境風險, 不僅做到事前防范海島環(huán)境風險的出現(xiàn)、事后積極補救減損, 而且要求海島開發(fā)活動更好協(xié)調開發(fā)與保護二者的關系。使海島開發(fā)活動不僅實現(xiàn)投資者的經濟利益, 而且以保護海島環(huán)境資源為第一位目的, 實現(xiàn)海島保護與開發(fā)的互利雙贏。

隨著海洋經濟的發(fā)展, 對海島利用的深度和廣度也會進一步加大。不同海島地區(qū), 其環(huán)境的影響因子及其權重各不相同。在研究具體海島開發(fā)的環(huán)境效應時, 應因地制宜, 綜合考慮各地環(huán)境系統(tǒng)的特點, 制定適合實際的評價指標體系和評價模型。同時,研究中應充分利用最新的調查數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料, 以便更加科學合理地評價海島的生態(tài)環(huán)境狀況, 為海島經濟發(fā)展、合理開發(fā)海島資源提供有力的技術支持。

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[4] 陳彬, 俞煒煒. 海島生態(tài)綜合評價方法探討[J]. 臺灣海峽, 2006, 25(4)： 566-571.

[5] 肖風勁, 歐陽華. 生態(tài)系統(tǒng)健康及其評價指標和方法[J]. 自然資源學報, 2002, 17(2)： 203-209.

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[8] 任海, 李萍, 彭少麟, 等. 海島與海岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復與生態(tài)系統(tǒng)管理[M]. 北京： 科學出版社, 2004.

Assessment of the environmental impacts of Changdao Island development

KONG Mei1,2,3, HUANG Hai-jun1, GAO Xing-guo4, MA Li-jie1, LIU Yan-xia1
(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049,China; 3. Shandong Provincial Land Surveying and Planning Institute, Jinan 250014, China; 4.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Corr,LTD., Jinan 250013, China)

Mar., 12, 2009

island; development activity; environmental effect; index system

In this paper, the environmental effect assessment index system of the island development was discussed based on the “pressure-state-response” index system model, and the comprehensive assessment of environmental effect of the island development activities was made by using the composite index method, which would provide fundamental basis for the environmental resource management and sustainable development decision-making of the islands.

P748

A

1000-3096(2010)10-0096-05

2009-03-12;

2010-08-03

山東省908專項(SD-908-01-03-01)

孔梅(1985-), 女, 山東曲阜人, 碩士, 研究方向： 海洋地質,電話： 0532-82898531, E-mail： km2003@163.com

(本文編輯： 劉珊珊)