涂振順，楊順良

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點實驗室 廈門 361013）

無居民海島生態(tài)承載力評價方法構(gòu)建*

涂振順1，2，楊順良1，2

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點實驗室 廈門 361013）

本研究從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，構(gòu)建無居民海島生態(tài)承載力評價指標體系和承載力評價計算模型。評價指標體系從環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力3個方面進行構(gòu)建，并考慮不同區(qū)域海島的社會差異構(gòu)建指標數(shù)據(jù)的調(diào)整模型，為無居民海島功能定位和發(fā)展目標確定提供具可操作性的技術(shù)方法。

生態(tài)承載力評價；無居民海島規(guī)劃；可持續(xù)發(fā)展

承載力（carrying capacity）的理念最早可追溯至18世紀末的人類統(tǒng)計學領(lǐng)域。1921年，Park和Burgess在人類生態(tài)學領(lǐng)域首次使用了承載力的概念，并將其定義為在某一特定條件下，某種個體存在數(shù)量的最高極限。隨著環(huán)境污染、土地退化等問題的發(fā)生，承載力的概念逐漸在人類生態(tài)學中發(fā)展，其研究經(jīng)歷了從單因素資源環(huán)境承載力至多因素綜合的生態(tài)承載力（ecosystem carrying capacity，ECC）的過程［1］。傳統(tǒng)的承載力概念指生態(tài)系統(tǒng)對承載對象的容納，并以承載體的最大容量或平衡容量給予定義。隨著可持續(xù)理論的提出與發(fā)展，公平性、持續(xù)性與共同性原則要求承載不積極實現(xiàn)承載體存在與發(fā)展的需求，更將承載作用于承載客體統(tǒng)一于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，將系統(tǒng)的可持續(xù)性、穩(wěn)定性作為承載的重要內(nèi)涵。

20世紀80年代，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）將資源承載力定義為：一個國家或地區(qū)的資源承載力是指在可以預(yù)見的期間內(nèi)，利用本地能源及其自然資源和治理、技術(shù)等條件，在保證符合其社會文化準則的物質(zhì)生活水平條件下，該國家或地區(qū)能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量。1974年Bishop將環(huán)境承載力定義為：在維持一個可接受的生活水平前提下，一個區(qū)域所能永久承載的人類活動的強烈程度；國內(nèi)學者唐劍武和葉文虎［2］則定義為：某一時期，某種環(huán)境狀態(tài)下，某一區(qū)域環(huán)境對人類社會經(jīng)濟活動支持能力的閾值。生態(tài)承載力研究是在資源和環(huán)境承載力研究中發(fā)展起來的，它指不同尺度區(qū)域在一定時期內(nèi)，在確保資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的條件下，資源環(huán)境能夠承載的人口數(shù)量及相應(yīng)的經(jīng)濟社會總量的能力。生態(tài)承載力以可持續(xù)發(fā)展為承載標準，使承載力的構(gòu)成極大的豐富，從單一的承載體和承載對象組成的簡單系統(tǒng)發(fā)展島“自然－經(jīng)濟－社會”符合系統(tǒng)，承載對象不單是人口增長，而包括人口、經(jīng)濟活動、社會組織、科技發(fā)展等多方面的有機結(jié)合的社會發(fā)展過程；承載體需求也相應(yīng)的擴大。在具體的研究中，針對各自的研究目的和區(qū)域特征，對上述概念的具體界定和定義各有不同。本研究針對海島開發(fā)利用與保護進行承載力研究，由于海島的主導(dǎo)功能定位各有不同，且海島（無居民島）的開發(fā)多以單個資源為主而進行，不同海島資源開發(fā)利用類型有所差異，其承載力研究就不同類型的資源而開展。

海島是我國重要的海洋空間資源，也是海洋第二經(jīng)濟的重要依托，對我國社會經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)等具有重大的意義。然而海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和受損難恢復(fù)性，要求開發(fā)海島必須慎重。從生態(tài)承載力角度出發(fā)，合理編制海島規(guī)劃成為海島開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。本研究方法為海島規(guī)劃提供重要依據(jù)，為海島開發(fā)功能定位和發(fā)展目標提供技術(shù)方法。

1 無居民海島生態(tài)承載力評價指標體系構(gòu)建

1.1 構(gòu)建原則

（1）科學性，指標體系構(gòu)建應(yīng)在充分認識和研究“自然—經(jīng)濟—社會”復(fù)雜系統(tǒng)的科學基礎(chǔ)之上，科學、客觀、簡明地反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)及各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系。

（2）完整性，指標體系作為一個復(fù)雜的有機整體，包含了自然、經(jīng)濟和社會等各方面的內(nèi)容，只有完整的、全面的體現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)的方方面面，才能從不同角度反映評價系統(tǒng)的特征和狀況，且反應(yīng)系統(tǒng)的動態(tài)變化。

（3）代表性，指標體系應(yīng)體現(xiàn)研究區(qū)域特征和狀況，即指標選擇要因地制宜，選取具有代表性和區(qū)域特色的指標，確保各項指標意義上相互獨立，減少各指標之間的關(guān)聯(lián)性，并考慮獲得指標數(shù)據(jù)的可行性。

1.2 指標體系建立

在資料收集分析和海島現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，將海島的島陸、島基、島灘和環(huán)島海域作為一個整體來考慮，根據(jù)目前研究文獻、報告，并結(jié)合海島特征，以客觀性、可操作性、獨立性和可持續(xù)發(fā)展為原則，構(gòu)建海島資源環(huán)境承載力綜合評價指標體系。

將資源環(huán)境承載力綜合評價指標的基本構(gòu)成分為：環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力三類指標。環(huán)境納污能力指標主要反映海島環(huán)境的承載能力；資源供給能力指標主要反映海島資源能夠承載人類開發(fā)利用的強度；人類支持能力指標主要反映海島資源環(huán)境承載力的人類因素。指標體系見表1。

表1 海島資源環(huán)境承載力綜合評價指標體系

1.3 指標值預(yù)處理和理想值確定

（1）指標值預(yù)處理。承載力涉及因素多樣復(fù)雜，評價選取的指標單位和數(shù)量級等存在明顯的差異，無法進行直接比較。因此，在進行綜合評價計算時要先消除原始值的量綱影響。本研究對指標的原始值預(yù)處理方法如下［1］。

式中：Si表示標準化后的指標值；di表示指標現(xiàn)狀原始值；di′表示指標理想狀態(tài)值。

（2）指標理想值確定。指標理想狀態(tài)值的確定方法有：①根據(jù)海島發(fā)展規(guī)劃，采用與發(fā)展階段目標相應(yīng)的國家標準和行業(yè)規(guī)定作為理想值；②參考在國內(nèi)外類似發(fā)展程度下，相應(yīng)的數(shù)據(jù)作為理想值；③參考區(qū)域階段性經(jīng)濟發(fā)展的數(shù)據(jù)，結(jié)合插值計算方法等推算該時段理想狀態(tài)值，如，第三產(chǎn)業(yè)增加值比例等；④通過文獻查詢、向?qū)＜液驼芾砣藛T咨詢等方法確定理想值。

2 指標權(quán)重計算方法

各評價指標的權(quán)重是科學表達評價結(jié)果的關(guān)鍵。不同評價指標對目標層的貢獻大小不一，這種評價指標對被評價對象影響程度的大小，稱為評價指標的權(quán)重，它反應(yīng)了各評價指標屬性值的差異程度和可靠程度。目前確定權(quán)重的方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類。

（1）主觀賦權(quán)法。利用層次分析法（AHP）進行系統(tǒng)分析，首先要將所包含的因素分組，每一組作為一個層次，按照最高層、若干有關(guān)的中間層和最底層的形式排列起來。其中，最高層表示解決問題的目的，即應(yīng)用AHP所要達到的目標；中間層表示采用某種措施和政策來實現(xiàn)目標所實現(xiàn)的中間環(huán)節(jié)，一般可分為決策層、約束層、準則層等；最底層表示解決問題的措施和政策（即方案）。

（2）客觀權(quán)重賦值法。相對于主觀賦值法，客觀賦值法主要是依靠指標的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過模型分析計算各指標的重要性。熵值法雖然不能減少評價指標維數(shù)，但計算過程相對簡單，與另外兩種方法相比，標準化法處理后的熵值法評價結(jié)果更為合理［3］。熵值法普遍應(yīng)用于經(jīng)濟領(lǐng)域，近年來也逐漸開始用于水資源［4］、水安全［5］、水環(huán)境［6］、港口資源［7］綜合評價等相關(guān)領(lǐng)域，得到了相對較為合理的評價結(jié)果。目前常用郭顯光的標準變化法改進后的熵值法進行指標體系的客觀賦權(quán)，具體計算步驟可參見文獻［3］。

（3）綜合權(quán)重確定。綜合權(quán)重的確定應(yīng)用高波的研究方法［4］進行計算：

式中：Wω是專家打分法確定的主觀權(quán)重；Wα是熵值法確定的客觀權(quán)重；t是修正系數(shù)。t值由熵值法確定的指標權(quán)重值的差異程度，計算公式如下

式中：REN為熵值法確定的指標值的差異程度系數(shù)，計算公式如下

式中：n表示指標個數(shù)；p1，p2，…，pn為熵值法確定的權(quán)重從小到大的排列。

3 生態(tài)承載力評價計算模型

計算模型采用狀態(tài)空間法，利用歐氏幾何空間定量描述系統(tǒng)狀態(tài)。通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的三維狀態(tài)空間軸組成，應(yīng)用狀態(tài)空間法可定量描述區(qū)域承載力與承載狀態(tài)。本研究將環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力三者作為三維空間，而每維又由若干個指標構(gòu)成。如圖1所示，點A、B、C、D可表示一定時間尺度內(nèi)區(qū)域的不同承載狀況，不同的資源、環(huán)境和人類活動組合所體現(xiàn)的承載力也不同。不同的社會經(jīng)濟發(fā)展狀態(tài)下，狀態(tài)空間中存在承載力曲面Xmax－O－Ymax，使得曲面上任意一點的人類活動同當時的資源、環(huán)境的配置狀況達到完全的均衡；曲面外的點，若在曲面之上則表明人類活動超出資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展配置，若在曲面以下表示人類活動在資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展最大限度之內(nèi)。

3.1 承載力計算方法（理想值計算）

判斷狀態(tài)空間內(nèi)一點同曲面Xmax－O－Ymax的位置關(guān)系，可以通過比較原點O到該狀態(tài)點和該狀態(tài)點在Xmax－O－Ymax曲面上的投影距離；原點到該狀態(tài)點的距離代表了此狀態(tài)下的承載力。表達式如下［8］：

圖1 承載力狀況空間模型

式中：xir是各指標處于理想狀態(tài)時在狀態(tài)空間的坐標值（i為指標序號=1，2，…，n）；n為指標個數(shù)；M表示區(qū)域承載力的有向矢量模；ICC（Island Carrying Capacity）為海島承載力值的大小。由于復(fù)雜的系統(tǒng)中各項指標對承載力所起的作用不盡相同。因此，在考慮指標權(quán)重時，承載力計算公式如下［8］：

式中：Wi為指標xir空間坐標值的權(quán)重。

3.2 理想值調(diào)整

海島所屬的類型不同、行政區(qū)不同，在統(tǒng)計標準和參考標準等方面存在差異，為了進一步分析不同地區(qū)、不同類型的海島綜合承載力的大小，評估引入?yún)^(qū)域發(fā)展階段系數(shù)DSI（Developing Stage Index）和理性值調(diào)整系數(shù)k來校正不同地區(qū)、不同類型的海島綜合承載力。

式中：DSI指研究海島所屬區(qū)域發(fā)展階段系數(shù)，En指研究海島所屬區(qū)域的恩格爾系數(shù)。

理想值存在不同地區(qū)不同海島類型的差異，因此評估計算是考慮區(qū)域和類型的差異采用調(diào)整系數(shù)k，一般定位1．0～1．2［9］。

所以理想值調(diào)整計算公式為：

3.3 承載狀況計算方法

由于人類活動存在主觀性和不完全規(guī)律性，現(xiàn)實的承載狀況往往與理想的承載狀況不完全一致，其差異一般可將承載狀態(tài)分為超載、滿載和可載3種情況。承載狀況計算公式如下［8］：

式中：ICS（Island Carrying State）表示海島現(xiàn)實的承載力狀況；θ表示現(xiàn)實承載力狀況矢量模與理想狀態(tài)下承載力矢量模之間的夾角，其計算公式如［8］：

式中：a、b分別代表狀態(tài)空間中的兩個向量（現(xiàn)實承載狀況和理想承載力）；xia和xib分別代表a、b兩個向量定點坐標值。

3.4 承載力評價結(jié)果

根據(jù)以上模型計算，當θ大于0、小于0和等于0的3種情況下，對比ICC和ICS：

且，可根據(jù)θ的大小來衡量海島承載現(xiàn)狀，并分析海島承載力的大小。

4 結(jié)論

承載力是衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要標志，通過區(qū)域資源環(huán)境承載力的研究，可定量分析區(qū)域發(fā)展中存在的主要問題，為該區(qū)域?qū)嵤┛沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供具有可操作性的調(diào)控對策。我國海島資源豐富，在國家海洋開發(fā)戰(zhàn)略實施以來，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和自然資源的短缺，海島的重要性日益顯現(xiàn)，開發(fā)利用活動也逐步增多。因此，科學合理地評價無居民海島的生態(tài)承載力，將為海島開發(fā)利用規(guī)劃提供重要的依據(jù)，為無居民海島可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。本研究構(gòu)建的方法是無居民海島生態(tài)承載力定量評價方法，可為海島開發(fā)規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù)，為海島開發(fā)定位和目標的確定提供技術(shù)方法。

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公益性行業(yè)科研專項（2011R1006－7）．