茍露峰++楊思維++高強(qiáng)

[摘 要]基于我國海洋經(jīng)濟(jì)活動及其對生態(tài)環(huán)境影響的分析，構(gòu)建由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個子系統(tǒng)29個指標(biāo)組成的海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系，以山東省為例進(jìn)行定量評價(jià)，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境綜合效應(yīng)指數(shù)及其分級評判標(biāo)準(zhǔn)，并采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬預(yù)測。結(jié)果表明，2000—2012年，山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)呈現(xiàn)由一般到較大的變化，且預(yù)測結(jié)果呈惡化趨勢；粗放式的海洋資源開發(fā)利用方式對資源、環(huán)境的脅迫作用明顯，加之狀態(tài)子系統(tǒng)對響應(yīng)子系統(tǒng)存在滯后型，各種響應(yīng)措施并未對狀態(tài)產(chǎn)生積極作用，海域環(huán)境狀態(tài)仍呈退化趨勢。

[關(guān)鍵詞]海洋生態(tài)環(huán)境；評價(jià)指標(biāo)；預(yù)測；山東省

[中圖分類號]X55 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1671-8372（2017）01-0057-05

海洋生態(tài)系統(tǒng)健康是海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提。然而，近年來海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展卻使得海洋生態(tài)環(huán)境狀況衰退明顯，如何權(quán)衡好海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展與海洋生態(tài)環(huán)境的平衡關(guān)系已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。20世紀(jì)90年代后期，國內(nèi)外學(xué)者廣泛開展了對兩者關(guān)系的研究，為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了充分的理論支撐。國外的相關(guān)研究主要涉及海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀[1-2]、海洋生態(tài)環(huán)境評價(jià)[3]，并形成了相對完整的概念體系和研究方法[4]。與國外研究有所區(qū)別的是，國內(nèi)的研究重點(diǎn)包括海洋生態(tài)環(huán)境承載力研究[5-6]、海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值評估[7]、海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)[8]、海洋生態(tài)監(jiān)控區(qū)區(qū)劃研究以及重要資源的安全問題探討等內(nèi)容。就海洋生態(tài)環(huán)境的綜合效應(yīng)而言，中國的相關(guān)研究起步較晚，研究內(nèi)容涉及海洋生態(tài)環(huán)境評價(jià)的理論和指標(biāo)、評價(jià)信息系統(tǒng)研究、評價(jià)模型管理系統(tǒng)研究、海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)的安全評價(jià)，在海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估及預(yù)測等方面，相關(guān)研究仍較為匱乏，因此，有必要加強(qiáng)這方面的研究。

近年來，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)研究已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的熱點(diǎn)之一，但是由于海洋范圍廣、人類認(rèn)識的局限性，海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估及預(yù)測尚處于探索階段，成熟的方法不多，大多采用線性或者指數(shù)模型等回歸統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評價(jià)和預(yù)測。海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)影響因素之間的關(guān)系往往是非線性的，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很難對其進(jìn)行充分表述。本文采用壓力—狀態(tài)—響應(yīng)（P-S-R）模型和層次分析法建立海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對山東省2013—2020年海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行模擬預(yù)測，系統(tǒng)分析影響生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的主要因素，以期對我國海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動的調(diào)控與管理提供決策參考，實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

一、研究區(qū)概況

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，東經(jīng)114°47.5′—122°42.3′，北緯34°22.9′—38°24.01′之間。境域包括半島和內(nèi)陸兩部分，總面積15.71萬平方公里，約占全國總面積的1.64%。山東半島三面環(huán)海，海岸線長3024公里，占全國大陸海岸線的1/6，居全國第二位。全省近海海域17萬平方公里，占渤海和黃海總面積的37%，海洋物種資源豐富，生物種類繁多，為全省海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)建設(shè)提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，同時(shí)，海洋生態(tài)環(huán)境也嚴(yán)重制約著海洋經(jīng)濟(jì)的后續(xù)發(fā)展。

二、研究指標(biāo)體系與方法

（一）指標(biāo)體系

鑒于海洋經(jīng)濟(jì)活動與海洋生態(tài)環(huán)境之間有著錯綜復(fù)雜的關(guān)系，構(gòu)建科學(xué)合理的評價(jià)指標(biāo)體系是順利開展山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)及預(yù)測的前提。海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)及預(yù)測是為了實(shí)現(xiàn)海洋開發(fā)活動的生態(tài)化，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，改善海域的環(huán)境質(zhì)量。因此，在借鑒以往研究成果[9-10]的基礎(chǔ)上，遵循科學(xué)性、時(shí)序性、階段性、可操作性及相對獨(dú)立性等原則，利用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”（P-S-R）模型，結(jié)合山東省海域的實(shí)際情況，初步擬定一般評價(jià)指標(biāo)體系。隨后，借助SPSS21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析，最終得到相對獨(dú)立的評價(jià)指標(biāo)體系。列舉的29個指標(biāo)基本能夠反映山東省沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動狀況。在權(quán)重的計(jì)算上，為避免主觀因素的影響，本文選取客觀性較強(qiáng)的熵權(quán)法和變異系數(shù)法的綜合權(quán)重（見表1）。

（二）數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

根據(jù)預(yù)期的研究目的和設(shè)計(jì)的指標(biāo)體系，研究數(shù)據(jù)主要來源于2001—2013年《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國海洋統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》《海域使用管理公報(bào)》國家海洋局網(wǎng)站、國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站、山東統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)，部分較難獲得的數(shù)據(jù)由筆者根據(jù)資料整理而得。

由于選取的指標(biāo)具有不同的量綱和數(shù)量級，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)sigmoid函數(shù)的取值及最終輸出范圍是[0，1]，因此首先需要對選取的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)因子對海洋生態(tài)環(huán)境的影響，將選取的指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)、逆向指標(biāo)和適中指標(biāo)：正向指標(biāo)值越大，表明海洋生態(tài)環(huán)境狀況越好，如環(huán)保投入占GDP比重、海洋自然保護(hù)區(qū)面積比重等指標(biāo)；逆向指標(biāo)值越大，表明海洋生態(tài)環(huán)境狀況越差，如單位海域疏浚物傾倒量、年均赤潮發(fā)生次數(shù)等指標(biāo)；適中指標(biāo)是越接近某一個規(guī)定的值越好的指標(biāo)，如人均固定資產(chǎn)投資的指標(biāo)值越接近國家宏觀調(diào)控規(guī)定的參考值越好。將部分指標(biāo)設(shè)定為適中指標(biāo)，摒棄了現(xiàn)有研究單純的正、負(fù)指標(biāo)分類的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，能夠更加合理地評價(jià)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況。

對于正向指標(biāo)，公式為：

對于逆向指標(biāo)，公式為：

對于適中指標(biāo)，公式為：

式中，為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值；為指標(biāo)的原始數(shù)值；、為評價(jià)區(qū)內(nèi)指標(biāo)的最大、最小值；為被評價(jià)的年份。以年份數(shù)據(jù)作為樣本，總樣本數(shù)為13，指標(biāo)數(shù)為29，即=1，2，...，29；=1，2，...，13。歸一化處理后的數(shù)據(jù)如表2所示。

（三）研究方法

1.指標(biāo)評價(jià)

定量評估海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，先對29個指標(biāo)進(jìn)行單因素評價(jià)，得到各準(zhǔn)則層系統(tǒng)狀態(tài)后，采用綜合指數(shù)法對總目標(biāo)層進(jìn)行評價(jià)，由此構(gòu)建海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)指數(shù)（）：

式（4）中，為第個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值；為第個指標(biāo)對應(yīng)的綜合權(quán)重；為指標(biāo)的數(shù)量。

2.評價(jià)預(yù)測

BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種極其復(fù)雜的非線性系統(tǒng)動力學(xué)模型，其高度的仿真功能能有效修正誤差，避免傳統(tǒng)主觀評價(jià)對結(jié)果的影響。另外，BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性運(yùn)算能更好地進(jìn)行數(shù)理回歸，便于厘清各變量之間的關(guān)系，用于海洋生態(tài)環(huán)境的模擬預(yù)測比傳統(tǒng)方法有較高的優(yōu)越性。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常由輸入層、隱層、輸出層3層構(gòu)成，假設(shè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有個輸入層、個輸出層和個隱層，則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入表示為：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層表示為：

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)激發(fā)函數(shù)一般采用對數(shù)sigmoid函數(shù)：，輸出層誤差計(jì)算模型為：

式（6）中：代表相互兩層神經(jīng)元之間的權(quán)重，式（7）中，為期望輸出值。

對于海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等級標(biāo)準(zhǔn)，目前尚未形成統(tǒng)一認(rèn)可的結(jié)論。本文在確定等級標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要基于以下幾點(diǎn)[11-12]：（1）絕對確定法，指借鑒采用已有的國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)值；（2）相對確定法，指在綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域發(fā)展水平、區(qū)域環(huán)境背景和全國平均值等綜合確定；（3）替代法，指對那些較為重要但缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的指標(biāo)，暫用近似或類似指標(biāo)值替代；（4）專家咨詢法，對部分沒有參考標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，通過咨詢相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行綜合判定。具體操作上，本文將海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分為4個等級，即影響程度較小、影響一般、影響較大和影響極大，其描述及對應(yīng)分值如表 3。

三、實(shí)證結(jié)果與分析

（一）山東省海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)及預(yù)測

2013—2020年山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)預(yù)測模擬結(jié)果見圖1。

從圖1中可以看出，山東省自2000年以來，隨著海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)的不斷深入，海洋生態(tài)環(huán)境狀況逐年惡化，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)綜合指數(shù)由2000年的0.3640上升到2012年的0.5146，沿海經(jīng)濟(jì)活動對海洋生態(tài)環(huán)境的影響趨勢呈現(xiàn)從一般轉(zhuǎn)為較大，表明山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動對海洋生態(tài)環(huán)境的影響逐年加劇，這也與2000—2012年間山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)特征。

（二）山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估子系統(tǒng)

山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)的評價(jià)結(jié)果如圖2所示。

自2000年以來，海洋生態(tài)環(huán)境的壓力子系統(tǒng)的評價(jià)結(jié)果呈現(xiàn)遞減趨勢，表明人們對海洋資源的開發(fā)利用給海洋生態(tài)環(huán)境效應(yīng)帶來的脅迫作用日益強(qiáng)烈，其中沿海人口密度的膨脹、海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展、沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動等方面對海洋生態(tài)環(huán)境的影響較為顯著。加之生境失衡、海平面上升、海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況下降及嚴(yán)重污染海域面積的擴(kuò)大等脅迫因素給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了極大壓力。

狀態(tài)子系統(tǒng)可以反映山東省海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。2000—2012年，狀態(tài)子系統(tǒng)的評價(jià)值呈現(xiàn)遞減趨勢，表明海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動與海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，海洋經(jīng)濟(jì)活動的不斷深入造成海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的退化。對海洋生態(tài)環(huán)境狀態(tài)影響較大的因素主要有年均赤潮發(fā)生次數(shù)、生物多樣性及海水浴場健康指數(shù)。

響應(yīng)子系統(tǒng)表明人類已經(jīng)意識到海洋經(jīng)濟(jì)活動給海洋生態(tài)環(huán)境造成的壓力，因而開始采取一系列措施進(jìn)行彌補(bǔ)，改善近海海域生態(tài)環(huán)境狀況。2000～2012年山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動的響應(yīng)子系統(tǒng)呈現(xiàn)穩(wěn)步好轉(zhuǎn)的態(tài)勢，對海洋生態(tài)環(huán)境響應(yīng)子系統(tǒng)影響較大的因素主要有海洋自然保護(hù)區(qū)面積、環(huán)保投入比重、海洋科技投入情況及出臺的海洋政策文件等。

四、結(jié)論與建議

通過分析山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動對海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)，構(gòu)建了海洋經(jīng)濟(jì)活動生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)，利用綜合評價(jià)指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對山東省海洋生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測。研究結(jié)果表明：1.2000—2012年，山東省海洋經(jīng)濟(jì)活動給海洋生態(tài)環(huán)境帶來的影響由一般轉(zhuǎn)為較大且呈現(xiàn)逐步加大的趨勢，海洋生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)結(jié)果呈現(xiàn)惡化的態(tài)勢，但上升速度較為緩慢。且BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測結(jié)果不容樂觀，海洋經(jīng)濟(jì)活動對海洋生態(tài)環(huán)境的影響越來越強(qiáng)烈。2.隨著海洋生態(tài)問題的逐漸凸顯，各種響應(yīng)措施也在不斷完善，響應(yīng)子系統(tǒng)綜合情況逐漸好轉(zhuǎn)，但海洋經(jīng)濟(jì)活動帶來的壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢嚴(yán)峻，加之狀態(tài)對于響應(yīng)措施的反映存在一定的滯后性，海域質(zhì)量仍呈逐年退化趨勢。

為促進(jìn)山東省海洋生態(tài)環(huán)境向好的趨勢發(fā)展，建議如下：

1.立足于山東省的資源、環(huán)境條件和區(qū)域功能逐步構(gòu)建外來人口的調(diào)控機(jī)制，合理引導(dǎo)人口流向。

2.注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，推動海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展由勞動主導(dǎo)型經(jīng)濟(jì)向智力主導(dǎo)型經(jīng)濟(jì)、工業(yè)生產(chǎn)型經(jīng)濟(jì)向服務(wù)生產(chǎn)型經(jīng)濟(jì)的海洋產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)涉海就業(yè)。

3.積極推進(jìn)海洋資源環(huán)境領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，加強(qiáng)海洋生態(tài)建設(shè)、新能源開發(fā)、綠色生產(chǎn)等方面的科技攻關(guān)，鼓勵海洋技術(shù)創(chuàng)新。

4.加快海洋生態(tài)城市建設(shè)步伐，統(tǒng)籌改善海域生態(tài)環(huán)境，走資源節(jié)約與環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展道路。

[參考文獻(xiàn)]

Kildow J T， Mcllgorm A. The importance of estimating the contribution of the oceans to national economies[J].Marine Policy， 2010（34）：367-374.

?ngel Borja， Mike Elliott.Marine monitoring during an economic crisis： The cure is worse than the disease[J].Marine Pollution Bulletin，2013（68）：1-3.

?ngel Borja， Suzanne B. Bricker， Daniel M. Dauer， et al.Overview of integrative tools and methods in assessing ecological integrity in estuarine and coastal systems worldwide[J].Marine Pollution Bulletin，2008（56）：1519-1537.

Stojanovica T A， Farmerb C J Q.The development of world oceans & coasts and concepts of sustainability[J].Marine Policy，2013（42）：157-165.

苗麗娟，王玉廣，張永華，等.海洋生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系研究[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2006（3）：75-77.

狄乾斌，張潔，吳佳璐.基于生態(tài)系統(tǒng)健康的遼寧省海洋生態(tài)承載力評價(jià)[J].自然資源學(xué)報(bào)，2014（2）：256-264.

陳尚，張朝暉，馬艷，等.我國海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評估研究計(jì)劃[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2006（11）：1127-1133.

楊建強(qiáng)，朱永貴，宋文鵬，等.基于生境質(zhì)量和生態(tài)響應(yīng)的萊州灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014（1）：105-114.

陳金良.我國海洋經(jīng)濟(jì)的環(huán)境評價(jià)指標(biāo)體系研究[J].中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（1）：18-23.

羅先香，朱永貴，張龍軍，等.集約用海對海洋生態(tài)環(huán)境影響的評價(jià)方法[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2014（1）：182-189.

毛漢英，余丹林.環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域承載力研究[J].地理學(xué)報(bào)，2001，56（3）：343-351.

Rees W E. Ecological footprints and appropriated carrying capacity：What urban economics leaves out[J]. Environment Urban，1992（4）：121-130.

[責(zé)任編輯 張桂霞]