于 淼

遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029

0 引言

近年來，人類在沿海地區(qū)活動頻繁，開展了航運、捕魚、娛樂等活動，海洋經(jīng)濟已成為許多國家經(jīng)濟的重要組成部分，也是人類可持續(xù)發(fā)展的重要貢獻者。盡管這些活動給人類帶來了好處，但是由此產(chǎn)生的長期累積壓力，包括噪聲、過度捕撈、棲息地破壞和污染等，也以協(xié)同或?qū)沟姆绞礁淖兞撕Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)［1-2］，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)基線發(fā)生變化。此外，人為壓力的快速增加影響了水生物種、群落和生態(tài)系統(tǒng)［3］?！疤歼_峰”和“2030 年可持續(xù)發(fā)展議程”等全球可持續(xù)發(fā)展目標對海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了新的要求，加快了海洋漁業(yè)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型和升級。有效利用海洋資源，在保持海洋漁業(yè)經(jīng)濟快速增長的同時減輕環(huán)境壓力，改善海洋漁業(yè)生態(tài)安全，是海洋漁業(yè)經(jīng)濟發(fā)展需要解決的重要問題。因此，構(gòu)建支持海洋漁業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的海洋漁業(yè)生態(tài)安全評估模型，為合理有序的海洋漁業(yè)開發(fā)提供理論依據(jù)，已成為服務(wù)我國海洋生態(tài)文明建設(shè)、保障國家糧食安全、實現(xiàn)海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的問題。鑒于此，筆者基于狀態(tài)—脅迫—免疫（State-Danger-Immunity，SDI）模型構(gòu)建我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，對影響我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因素進行識別并展開討論。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 評價指標體系構(gòu)建

筆者以SDI 模型［4］為基礎(chǔ)，構(gòu)建海洋漁業(yè)生態(tài)安全評價指標體系（見表1）。SDI 模型將海洋漁業(yè)生態(tài)安全演變分解成海洋漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)、海洋漁業(yè)生態(tài)環(huán)境脅迫與海洋漁業(yè)生態(tài)環(huán)境免疫3 個方面。其中，生態(tài)環(huán)境狀態(tài)是指生態(tài)系統(tǒng)當前的基本狀況、初級生產(chǎn)力及提供服務(wù)的能力，是海洋漁業(yè)生態(tài)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)。該研究采用確權(quán)海域面積/地區(qū)人口數(shù)量、海洋漁業(yè)從業(yè)人員、海洋漁業(yè)經(jīng)濟年增加產(chǎn)值/海洋漁業(yè)經(jīng)濟年產(chǎn)值、海水產(chǎn)品產(chǎn)量/水產(chǎn)品產(chǎn)量、濱海濕地面積/地區(qū)人口數(shù)量對海洋漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)進行量化評估。生態(tài)環(huán)境脅迫是指多重自然和社會因素擾動對海洋生態(tài)環(huán)境施加的壓力，反映生態(tài)環(huán)境的敏感性。該研究選取現(xiàn)代海洋漁業(yè)資源生態(tài)位寬度、海水污染壓力指數(shù)，漁業(yè)災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失，近岸海域三、四類水質(zhì)海域面積/總海域面積，年度填海造地面積/海域總面積來表征海洋漁業(yè)生態(tài)環(huán)境脅迫。生態(tài)環(huán)境免疫是指人類會采取一些措施來改善海洋生態(tài)環(huán)境，增強其抵御風險的能力，并在受到擾動后恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)和功能。采用水產(chǎn)技術(shù)推廣機構(gòu)密度、海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換速率、海洋自然保護區(qū)面積、海濱觀測臺數(shù)量、海洋環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來衡量海洋漁業(yè)生態(tài)安全免疫。

表1 我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全評價指標體系

1.2 研究方法

1.2.1 基于人工魚群算法優(yōu)化的投影尋蹤綜合評價模型

作為數(shù)理統(tǒng)計中的一種聚類分析方法，投影尋蹤模型可以同時用于探索性分析和確定性分析［5］。它用于將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，并研究投影的特征值，以反映低維空間中的高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征，從而降維。海洋漁業(yè)生態(tài)安全的測度與評價很難尋求可參照最優(yōu)解，或根據(jù)經(jīng)驗劃分明確閾值，而投影尋蹤模型相較于傳統(tǒng)方法更適于自動識別多指標集成的綜合評價結(jié)果?；诟呔S非線性系統(tǒng)的投影尋蹤技術(shù)，存在計算復(fù)雜度高、優(yōu)化精度過低及投影的最優(yōu)解缺乏等問題。因此，為了實現(xiàn)優(yōu)化效果好、結(jié)果精度高、算法收斂速度快的目標，引入人工魚群算法求解。人工魚群算法的靈感來源于自然界魚群的生態(tài)學(xué)行為，即捕食、群集和跟隨行為。作為一種有效的群體智能方法，人工魚群算法被廣泛應(yīng)用于解決現(xiàn)實世界的優(yōu)化問題［6］?？傊P者采用使用基于人工魚群算法（Artificial Fish Swarm Algorithm，AFSA）優(yōu)化的投影尋蹤模型測度我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平?；谌斯~群算法優(yōu)化的投影尋蹤綜合評價模型構(gòu)建過程參考文獻［7］。

1.2.2 基于SHAP的可解釋性隨機森林模型

隨機森林模型是Breiman在2001年提出的一種基于分類樹的機器學(xué)習算法［8］。該算法具有優(yōu)越的分類精度、高泛化性能、輸出的魯棒性、低噪聲（低偏差和低變化結(jié)果）等應(yīng)用優(yōu)勢［9］。其基本原理是通過Bootstrap 抽樣技術(shù)從原始樣本中提取多個子樣本，并通過決策樹CART（Classification and Regression Tree）算法對每個樣本進行建模，然后將這些決策樹組合起來生成隨機森林，通過投票獲得最終預(yù)測。然而，機器學(xué)習模型作為一種黑箱預(yù)測，缺乏為特定需求收集線索的可解釋性。因此，筆者引入SHAP（SHapley Additive exPlanations）概念來確定哪些因素有助于海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的提升及這些因素的重要性。SHAP 是一種用于解釋機器學(xué)習模型預(yù)測的方法。其基于博弈論中的Shapley值概念，使用合理的方式將貢獻值分配給每個特征，以解釋模型預(yù)測結(jié)果。基于SHAP 的可解釋性隨機森林模型構(gòu)建過程參考文獻［10-11］。

1.3 數(shù)據(jù)來源

該研究涉及的指標數(shù)據(jù)主要來源于《近岸海域環(huán)境質(zhì)量公報》《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》《中國海洋統(tǒng)計年鑒》《中國海洋年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《海域使用管理公報》《中國海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報（Autoregressive Integrated Moving Average）》及沿海各地區(qū)統(tǒng)計年鑒，采用線性插值法或ARIMA 預(yù)測模型來補全矯正個別缺失和錯誤數(shù)據(jù)。因缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，該研究不涉及我國香港、澳門、臺灣。

2 研究結(jié)果與分析

為了揭示影響海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因素，筆者引入基于SHAP的可解釋性隨機森林模型，對投影尋蹤模型測度的影響沿海各地區(qū)海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因子進行識別。由隨機森林模型推導(dǎo)出的SHAP值如圖1 所示。圖1 中每個協(xié)變量的全局重要性被視為該協(xié)變量在所有給定樣本上的平均絕對值，預(yù)測值按照全局重要性的順序從上到下列出。圖1 顯示，海洋漁業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)推廣能力、海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)資源綜合利用水平、海洋漁業(yè)就業(yè)活力、海洋漁業(yè)自然環(huán)境綜合治理水平是影響我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

圖1 所有樣本協(xié)變量的絕對平均SHAP值

3 研究結(jié)論與政策建議

3.1 研究結(jié)論

筆者基于狀態(tài)—脅迫—免疫模型構(gòu)建我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平綜合評價指標體系，考察2008—2021年我國沿海11 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平，并應(yīng)用基于SHAP 的可解釋性隨機森林模型對影響我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因素進行識別。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海洋漁業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)推廣能力、海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)資源綜合利用水平、海洋漁業(yè)就業(yè)活力、海洋漁業(yè)自然環(huán)境綜合治理水平均對我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的提升產(chǎn)生顯著的正向影響，是影響我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

3.2 提升我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全水平的建議

3.2.1 提升海洋漁業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)推廣能力

現(xiàn)如今，我國海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力仍顯薄弱，與先進國家相比尚有較大差距。對此，我國應(yīng)加大對海洋漁業(yè)技術(shù)研發(fā)的資金投入力度，整合科學(xué)研究機構(gòu)、高等院校和漁業(yè)龍頭企業(yè)等科研資源，建立跨領(lǐng)域合作機制和技術(shù)研發(fā)平臺，以推動新技術(shù)產(chǎn)生，支撐和引領(lǐng)現(xiàn)代漁業(yè)高效發(fā)展。同時，我國應(yīng)強化推廣機構(gòu)的公益性職能，加快完善海洋漁業(yè)全鏈條技術(shù)服務(wù)體系，以促進技術(shù)推廣應(yīng)用，為現(xiàn)代漁業(yè)建設(shè)、漁業(yè)增效和漁民增收提供強有力的技術(shù)支撐。

3.2.2 提升海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)資源綜合利用水平

漁業(yè)資源枯竭及海洋漁業(yè)產(chǎn)業(yè)粗放、不平衡和不可持續(xù)發(fā)展對海洋漁業(yè)生態(tài)安全產(chǎn)生了負面影響。對此，我國海洋漁業(yè)部門應(yīng)加快水產(chǎn)品加工業(yè)升級，促進產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，加強低值水產(chǎn)品和加工副產(chǎn)物的高值化開發(fā)和綜合利用；發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟模式，并引導(dǎo)加工業(yè)向生物能源開發(fā)、海洋化工、海洋生物制藥、基因工程和功能食品等領(lǐng)域拓展，提高資源利用的綜合效益。

3.2.3 提升海洋漁業(yè)就業(yè)活力

我國海洋漁業(yè)是一個龐大的行業(yè)，涉及眾多的漁民群體。這些漁民從事捕撈、養(yǎng)殖等漁業(yè)活動，為保障我國人民的食品安全貢獻了力量。然而，漁獲量的季節(jié)性、商品的易腐性、市場價格波動和漁業(yè)作業(yè)的危險性等因素的綜合作用使捕魚和相關(guān)職業(yè)的收入變得不確定。我國海洋漁業(yè)部門應(yīng)深入實施海洋漁民素質(zhì)提升工程，加快培育懂技術(shù)、善經(jīng)營、會管理的新型高素質(zhì)職業(yè)海洋漁民，促進我國海洋漁民從傳統(tǒng)型向職業(yè)型轉(zhuǎn)化；出臺就業(yè)指導(dǎo)和就業(yè)咨詢等政策，為海洋漁民提供就業(yè)支持與保障，助推漁民創(chuàng)業(yè)就業(yè)增收。

3.2.4 提升海洋漁業(yè)自然環(huán)境綜合治理水平

綜合治理海洋自然環(huán)境是一個復(fù)雜且長期的過程。我國應(yīng)加強海洋環(huán)境保護相關(guān)法律法規(guī)的制定和修訂工作，不斷推進人工魚礁、國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)、海洋牧場及國家級水生生物自然保護區(qū)建設(shè)；增加對海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備的投入，提高對海洋水質(zhì)、溫度、鹽度等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測能力，以便及時掌握海洋環(huán)境變化，并采取相應(yīng)的管理和保護措施；強化對海洋污染源的管控，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)，提高污水處理和廢棄物處理效率；實施海洋重要生態(tài)區(qū)域修復(fù)項目，恢復(fù)受損的海洋生態(tài)系統(tǒng)，促進我國海洋漁業(yè)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展。