海洋为人类生存和发展提供了重要的物质基础和空间保障, 但是随着人口的迅速增加, 工业、城市建设、港口运输业迅速发展, 人类对资源空间的需求不断增加, 海岸带开发强度不断加强, 海岸带空间日益匮乏。不合理的海洋资源开发导致了海洋环境污染、海洋资源短缺、海洋生态系统破坏等一系列问题^[1-2]。因此探讨如何合理配置海域利用结构, 提高单位海域面积综合效益, 提高海域集约利用成为解决我国海洋供需矛盾, 保证社会、经济、生态可持续发展的重要途径, 海域集约利用研究具有重要的现实意义。

当前, 关于集约利用的研究大多集中在土地集约利用, 多从不同土地类型的集约利用情况^[3-6]、土地集约利用与其他影响因素的关系^[7-10]、指标体系和评价方法^[11-15]等多个角度出发进行研究。目前, 对海域集约利用的研究仍处于初步阶段, 还仅侧重于评价集约用海对海洋生态、海洋资源的影响, 缺乏明确的对海域集约利用的概念及内涵的探讨, 更缺乏对海域集约利用水平进行定量评价和实证分析的研究实例。Airoldi L指出欧洲沿海开发导致沿海湿地和海草等不断减少, 严重威胁多样化的生物栖息地^[16]；Lee Y K研究发现韩国Donggum-do由于海岸工程减弱了潮流, 增加了海域沉降速率, 最终导致东部盐土植物山茶的加速消失^[17]。罗先香等从海洋生态系统的非生物因子和生物因子两个方面构建了基于“生境质量”、“生态响应”的集约用海对海洋生态环境影响的评价指标体系^[18]；李志伟等在分析集约用海工程对海洋资源影响的基础上, 从海洋生物资源、海洋空间资源、港口航道资源等方面构建了集约用海对海洋资源影响的综合评价指标体系^[19]；林磊等分别从水动力和生态系统两个方面对围填海对海洋环境和生态的影响及作用机制进行了概述^[20]。

基于生态系统理论的海洋管理思想为海洋管理政策制定和综合管理提供了新的框架和方向^[21], 因此本文提出基于生态系统管理理论的海域集约利用的概念, 并尝试从海域集约利用的相关理论入手, 以追求海域资源利用综合效益最大化为出发点和落脚处, 进一步探讨基于生态系统管理的海域集约利用的定义、内涵及其评价方法, 并以河北省秦皇岛市、唐山市、沧州市为例对其海域集约利用水平进行定量评价和实证分析, 以期为该区域优化海域空间利用结构, 促进海洋资源合理利用和可持续发展提供一定的政策建议支持。

1 基于生态系统管理理论的海域集约利用分析框架

海洋环境特有的多因素、多层次的自然及社会经济属性决定了海洋管理的复杂性、不确定性和综合性。如何正确的控制和调节海域利用和海洋环境保护之间的平衡, 促进海洋经济发展, 达到人、海和谐, 是进行海域集约利用研究的主要任务^[22]。

1.1 海洋生态系统管理

海洋生态系统是海洋生物种群与非生物环境相互依托、相互作用的庞大动力学系统, 包含着生物过程、生物地球化学过程、地质过程、物理过程等的叠加过程及其非线性相互作用, 具有高度的复杂性, 随着时空转移容易受到多样化的内、外部因素影响, 导致海洋生态系统功能与结构的不确定性, 因此海洋系统的管理面临着严峻的挑战^[22]。海洋生态系统管理是对影响海洋生态系统功能和结构的人类活动进行分析、管理的一系列方法、理念, 该理论以科学理解生态系统的关联性、完整性和生物多样性为基础, 以海洋生态系统为管理对象, 在充分考虑人类活动与海洋生态系统关联性和影响的累积性, 以海域资源的可持续利用为目标, 达到利用海洋生态系统的自我恢复力和人类的调节能力来实现社会、经济和生态效益耦合最大化的管理方式。海洋生态系统管理关注的是海洋生态系统健康, 行动的主体是人类的开发与管理活动, 维持这种经济、社会与生态耦合系统的功能与结构稳定构成了海洋生态系统管理的核心^[23]。

1.2 基于生态系统管理理论的海域集约利用

集约, 源于古典经济学家李嘉图的地租理论, 许多理论指导和促进了集约利用内涵的演变及集约利用研究的发展, 博弈论、系统学理论、协同学理论、行为经济学等理论都对集约利用理论起到重要的指导作用^[24-28]。海域集约利用是以追求海域资源利用综合效益最大化为目的, 而综合效益最大化不止是着眼于充分利用目前可以开发的资源, 还应该从可持续发展的角度对海洋进行保护和修复。海洋生态管理理念充分考虑了人类活动和海洋生态环境之间的关联, 契合了海域集约利用的要求, 由此构成了基于生态系统管理理论的海域集约利用分析框架(图 1)。

在图 1中, 人类是海洋生态系统管理与海域利用的主体, 处于控制地位, 通过海洋生态系统管理对海洋资源进行合理有效的利用, 进而实现海洋社会经济的可持续发展, 其主要的手段就是在海域使用过程中进行集约利用, 并对海洋环境进行保护, 海洋生态环境的质量决定了为人类经济活动提供的资源和空间的质量和可持续性。在此, 借鉴前人相关理论和概念^{[23, 29-30]}进一步提出基于生态系统管理理论的海域集约利用概念：以可持续发展理念为指导, 在充分了解和尊重海洋生态系统结构与功能的基础上对海洋开发活动进行全面管理, 以合理布局、优化海洋利用结构、维护海洋生态系统健康、维持其生态系统服务功能为目的, 在海洋资源使用量既定的约束条件下提高单位海域的要素投入, 优化海洋利用结构和加强海域科学管理, 充分挖掘海洋利用潜力, 使有限海洋资源得到最佳配置, 以实现海洋经济、社会、生态综合效益的最大化——海域集约利用的内涵体现着海洋利用强度的合理化、海洋经济收益的最大化及海洋利用结构的最优化。

2 实证案例研究 2.1 案例区介绍及数据来源

河北省地跨36°03′—42°40′N, 113°27′—119°50′E, 处于中纬度沿海与内陆交接地带, 大陆海岸线长487km, 海岸带管辖面积约7227.76km², 约占全省陆域面积的1/4, 包括秦皇岛、唐山、沧州三市所辖行政区域(图 2)。河北省海洋资源类型多样, 海洋生态系统发育典型, 环境特征和生物群落丰富^[31]。2010—2015年河北省的海洋生产总值由1100亿元增加到2070亿元, 其占河北省GDP比重由5.45%增加到6.9%, 海洋产业结构不断优化, 比重由4:54:42变为3.7:45.7:50.6。然而在河北省海洋经济快速发展, 海洋资源开发强度不断加快的过程中, 出现了海域自然生态空间被挤压、海洋污染加剧、水生生物栖息环境受损、生物多样性下降等问题^[32-33]。2014年河北省海洋环境公报显示, 夏季污染严重的四类和劣四类水质海域面积达到海域总面积的17.5%。这些海洋问题都严重影响了河北海洋经济的可持续发展, 作为北京非首都功能缓解和京津产业转移的重要承接地, 河北省沿海地区在国家实施京津冀协同发展战略推进的过程中起着举足轻重的作用, 因此, 对河北省沿海地区海域集约利用水平状况进行定量评价具有重要的现实意义。

本论文数据主要来源于《河北经济年鉴》(2006—2015)、《唐山统计年鉴》(2006—2015)、《秦皇岛年鉴》(2006—2015)、《沧州年鉴》(2006—2015)及河北省海洋环境状况公报(2005—2014)等。由于评价指标的单位和数据量级不同, 为了便于各指标之间的对比, 采用极差标准化的方法对原始数据进行标准化处理, 使各原始数据统一在[0, 1]区间内。

2.2 分析方法 2.2.1 指标体系构建

指标体系是按照隶属关系和层次原则确定的指标的有序集合, 反映海域集约利用的目标、内容及其程度的属性特征。本文在对基于生态系统管理理论的海域集约利用的内涵和定义, 及其影响因素进行分析的基础上, 借鉴评价体系构建的原则, 鉴于相关数据的易得性, 并结合河北省海域利用的实际情况, 从海洋投入强度、海洋利用强度、海洋经济效益、海洋生态环境质量4个方面对海域集约利用进行分析, 构建海域集约利用评价的指标体系, 具体构建的指标体系见表 1。

在海洋投入强度方面, 设置单位面积固定资产投资额、单位海域面积从业人数及渔业用海所占比例3个指标, 单位面积固定资产投资额、单位海域面积从业人数和渔业用海所占比例的指标值越大, 说明单位面积海域的资金与劳动力投入越多, 海洋投入强度就越高。在海洋利用强度方面, 设置海岸线利用率、人均海域面积、海洋利用率3个指标, 海岸线利用率值越大, 说明岸线利用强度越大；人均海域面积比值越大, 说明人均海域资源越丰富；海洋利用率越大, 证明海域开放程度越高, 利用强度越大。在海洋经济效益方面, 设置人均GDP、人均海洋生产产值、渔农民人均纯收入、第三产业所占GDP比例4个指标, 人均GDP值、人均海洋生产产值、渔农民人均纯收入越大说明海洋经济效益越好；第三产业所占GDP比例是对第三产业在海域经济所处地位的反映, 比例越高说明海洋经济效益构成越合理。在海洋生态环境质量方面, 设置海域水质综合指数、海洋疏浚倾泻量、海洋养殖环境及生物质量3个指标, 海域水质综合指数和海洋养殖环境及生物质量指标值越大, 海洋疏浚倾泄量越小, 说明受污染程度越小, 海洋生态环境质量越好。

2.2.2 综合指数、协调度指数及权重计算

本文采用综合指数法对海域集约利用程度状况进行综合测算, 综合指数法是在各指标层指数基础之上, 按照各自的权重再进行一次加权求和, 从而得到各准则层、目标层指数的计算方法, 其计算公式为^[34]：

(1)

(2)

式中, EU为海域集约利用评价指数, W_i为准则层各指标权重, ；U_i为准则层各评价指标值；W_j为指标层各指标权重, ；U_j为指标层各评价指标值。

协调度指数可定量描述系统内各因素之间的发展协调状况, 其具体公式为^[7]：

(3)

式中：CI为海域集约利用协调度；a为海洋投入强度指标值；b为海洋利用强度指标值；c为海洋经济效益指标值；d为海洋生态环境质量指标值。

权重的确定方法可以分为主观赋权法和客观赋权法两种, 主观赋权法包括Delphi法、层次分析法(AHP)、模糊决策分析理论等, 客观赋权法包括熵权法、主成分分析法、相关系数法、神经网络法、变异系数法等。本文选用模糊决策分析理论确定各指标的权重^[35]。

模糊决策分析理论根据排序一致性矩阵行和数由大到小排列, 给出目标集在满足一致性条件下关于重要性的排序, 然后对目标集就重要性作二元比较排序, 再对其进行归一化, 从而得到各指标的目标权向量为：

(4)

β_ij为目标i对于j关于重要性的模糊标度。

3 结果分析 3.1 研究区海域集约状况时空变化分析 3.1.1 河北省海域集约利用的整体状况

从整体的变化特征来看(图 3), 2005—2014年河北省海域集约利用综合水平不断提高, 指数值由0.31增加到0.56, 年均增长率为7.08%, 除海洋生态环境质量准则层指数呈下降趋势外, 海洋投入强度、海洋利用强度、海洋经济效益3个层面指数均呈上升趋势, 其中持续增加趋势最明显的是海洋经济效益准则层。

具体分析来看, 2005—2014年河北省海域集约利用各准则层指数年均增幅由大到小的顺序依次为：海洋经济效益、海洋投入强度、海洋利用强度和海洋生态环境质量。海洋经济效益在2005—2014年间增长迅速, 其中以2006—2008年间增长最为明显, 这主要是因为河北省在该期间港口业大力发展, “以港建区、以区促港, 以港兴城、以港兴市”加快了工业向沿海的转移, 秦皇岛、唐山、沧州三市的临港经济技术开发区海洋经济都得到了快速发展, 海洋经济在2008年达到顶峰；2009年之后, 河北省海域由于海洋利用结构的转型, 海洋科技投入不足等问题, 海洋经济效益呈逐年下降的趋势。在该段时期内, 河北省海洋生态环境质量指数波动下降, 尤其是2012年, 由于出现多次强降水, 导致大量陆源污染物被径流携带入海, 近岸海域纳污量大幅增加, 海水环境质量大幅下降。

3.1.2 三个地级市海域集约利用的时空变化

河北沿海三市的海域集约利用情况及其准则层指标指数值的测度情况见图 4所示。自2005年以来, 河北沿海三市的海域集约利用指数及各准则层指标指数值的时序变化特征和河北省海域的整体变化特征基本一致, 即海域集约利用水平不断提高, 海洋投入强度、海洋利用强度、海洋经济效益指数呈上升趋势, 海洋生态环境质量指数呈下降趋势。

从空间上看, 除海洋经济效益指标值以唐山市最高外, 海域集约利用度和其他3个准则层指数均以沧州市最高, 这主要和各区域的自然环境条件和社会经济条件的差异有关。沧州市的海域面积较小, 可开发潜力与其他两市相比相对较小, 所以其海洋的利用比例以及海域集约利用的效率也相对较高。唐山市和秦皇岛市的经济基础相对较好、发展潜力较大, 尤其是唐山市毗邻北京、天津, 具有良好的工业基础优势, 秦皇岛市滨海旅游业发展较快。

虽然河北省沿海三市海域集约利用总的变化趋势相似, 但是各区域之间仍体现着不同的变化特点。海域集约利用度上升过程中, 沧州市和秦皇岛市的增长较为和缓, 唐山市相对较快, 并于2012年超过沧州, 秦皇岛市在2005—2012年间波动增长, 2012年后快速增长, 这主要得益于《河北省海洋经济发展“十二五”规划》, 提出“建立以北戴河新区为核心的现代滨海休闲旅游基地以及建立以秦皇岛经济技术开发区、秦皇岛临港产业聚集区为依托的高端重大装备制造基地”的海洋经济发展政策, 促使秦皇岛市海洋产业体系不断完善, 海洋开发的区域布局日趋合理, 海域集约利用的综合能力快速提升。海洋投入强度方面, 河北省沿海3市均呈上升趋势, 其中沧州市远远高于其他两市, 秦皇岛市在2014年后海洋投入强度快速增长。海洋经济效益方面, 唐山市和沧州市增长较平稳, 秦皇岛市前期呈波动增长, 2009年之后持续增长。海洋生态环境质量方面, 河北省沿海3市均呈波动下降趋势, 其中又以沧州市波动最为显著, 下降最快, 且三市在2012—2014年期间海洋生态环境质量指数又大幅回升, 究其原因, 主要是河北省“十二五”期间, 全面实施海洋生态保护和大力推进海洋污染防治, 海洋生态环境质量明显改善, 可持续发展能力得到显著提高。

3.2 河北省海域集约利用的空间差异分析

采用SPSS的快速聚类法将研究期的海域集约利用状况划分为高度集约利用、中度集约利用、低度集约利用和粗放利用4个等级, 并选取2005年、2008年、2011年和2014年4个时间截面数据绘制河北省海域集约利用状况的空间格局演化图(图 5)。

沧州市海域集约利用程度较高, 其主要原因是, 沧州市滩涂、海盐资源丰富, 海域开发利用较早, 船舶工业、海洋渔业、海洋盐业和海洋盐化工业等传统行业有较好的自然条件和发展基础；毗邻天津、山东, 有利于进行战略合作交流, 承接京津产业转移；海洋基础设施不断加强, 黄骅港于2010年开港, 并建成相应配套设施, 构建立体交通网；在河北省海洋经济发展“十一五”、“十二五”规划中沧州市逐渐完善了以渤海新区为核心, 以海洋交通运输、海水利用、海洋工程装备制造、海洋食品加工为重点的物流基地、能源基地、装备制造基地以及海洋食品加工基地的发展思路, 海域利用的集约化程度较高。

唐山市海域集约利用经历了由低到高的过程, 该市油气资源丰富, 位于环渤海中心地带, 是京津冀协同发展的战略核心区；具有优质港址资源和工业基础优势, 逐步形成以曹妃甸区为核心的新型海洋工业基地和现代物流基地, 且海域集约利用的状况仍有较大的上升空间。

秦皇岛市海域集约利用的状况整体处于一般水平, 在河北省3个地级市中处于相对偏低的水平, 因该市支柱产业较为单一, 主要依靠单一的煤炭运输, 但近几年来随着其基础设施的建设、产业布局的优化调整, 该市的海洋集约利用度增幅较快。

3.3 协调度分析

图 6反映了河北省及沿海三市的海域集约利用协调度的变化趋势, 2005—2014年期间, 河北省及沿海三市总体保持了较高的协调度, 但各地区不同时段的变化特征有所不同。除了2012年河北省由于海洋生态环境质量的下降导致海域集约利用总协调度小幅下降外, 其他时段一直增加。

唐山市协调度呈分段变化的趋势, 2005—2009年间唐山市协调性逐渐增强, 各准则层指数保持相对平稳, 2009年后逐渐降低, 究其原因, 主要是由于该段时期内, 唐山市曹妃甸工业区、唐山港等重大工程建设发展的大规模围填海工程的环境累积效应, 导致附近的水域水动力条件发生改变, 底质沉积物类型发生变化, 生物多样性降低, 生态环境质量下降, 成为制约唐山市协调发展的瓶颈。

沧州市海域集约利用协调度总体呈上升趋势, 2012年略有下降。沧州市在海洋投入强度和海洋利用强度方面优势明显, 但海洋经济效益相对较低, 制约了海域集约利用的协调发展；海洋生态环境质量在2005—2011年高于其他两市, 但2012年大幅下降, 这是沧州市海域集约利用协调度略有下降的主要原因。

秦皇岛市海域集约利用协调度是三市中最低的, 但总体也呈现出一个波动上升的趋势, 2009年之后协调度迅速增加, 尤其以2013—2014年间增长最为显著。秦皇岛市海洋生态环境质量较好, 但海洋利用结构布局不合理, 导致海洋经济效益不稳定, 再加上海洋投入强度不足, 导致秦皇岛市海域集约利用的协调度水平整体偏低。

4 结论与讨论 4.1 结论

本文从海洋生态系统管理理论入手, 将海洋生态系统管理和海域集约利用有机联系起来, 构建基于生态系统管理理论的海域集约利用指评价标体系, 并以河北3个沿海地级市为研究实例, 运用模糊决策分析理论计算各指标权重, 得到河北沿海地级市2005—2014年的海域集约利用综合指数, 利用聚类分析法和协调度指数对河北省海域集约利用的空间格局、区域差异特征及演化趋势进行了分析。主要研究结论如下：

(1) 从整体的变化特征来看, 2005—2014年河北省海域集约利用综合水平不断提高, 指数值由0.31增加到0.56, 年均增长率为7.08%, 除海洋生态环境质量准则层指数呈下降趋势外, 海洋投入强度、海洋利用强度、海洋经济效益3个层面指数均呈上升趋势, 其中持续增加趋势最明显的是海洋经济效益准则层。

(2) 河北省沿海三市海域集约利用综合指数及各准则层指数的时序变化特征基本一致, 但各区域之间仍体现着不同的变化特点。除海洋经济效益指标值以唐山市最高外, 海域集约利用度和其他3个准则层指数均以沧州市最高, 这主要和各区域的自然环境条件和社会经济条件的差异有关。

(3) 聚类结果表明, 河北省沿海地级市海域集约利用状况区域差异明显, 沧州市海域集约利用程度较高；唐山市海域集约利用经历了由低到高的过程；秦皇岛市海域集约利用的状况整体处于一般水平。

(4) 2005—2014年期间, 河北省及沿海三市海域集约利用总体保持了较高的协调度, 但各地区不同时段的变化特征有所不同。唐山市协调度呈分段变化的趋势, 2005—2009年间唐山市协调性逐渐增强, 2009年后由于环境质量问题逐渐降低；沧州市和秦皇岛市海域集约利用协调度总体呈上升趋势。

4.2 讨论建议

目前将生态系统管理理论与海域集约利用结合起来, 进行基于生态系统管理理论的海域集约利用的研究与评价的本文尚属首次, 本文初步对2005年以来河北省海域集约利用的时空变化特征进行了研究分析, 对于海域管理相关政策的制定有一定的指导意义。

(1) 鉴于维护海洋生态系统健康和安全是基于生态系统管理理论的海域集约利用的重要前提, 要辩证的看待, 科学合理地引导开发, 既要控制陆源污染物排放总量, 实施海洋自然岸线保有率的目标控制制度, 完善海洋生态红线管控, 控制各类损害海洋生态系统功能的开发活动, 又不是绝对的保护, 需要综合考虑和权衡, 是在维护海洋生态系统结构和功能完整的基础上进行有度的开发利用, 最终实现海洋经济的可持续发展, 达到社会、经济和生态耦合效益的最大化。

(2) 在现有海洋开发活动的基础上, 应加大科技、资金扶持力度, 优化调整海洋产业结构, 统筹安排各行业用海, 加快转变海洋经济的发展模式, 积极发展海洋特色新兴产业, 从而有效提高海洋经济效益, 促进海域的集约利用, 建立良性循环的海洋生态经济系统。

基于生态系统管理理论的海域集约利用在测度过程中, 获取的数据受制于海洋经济及社会生态数据的不足, 评价指标体系还需要进一步完善, 以在更深程度上对海域集约利用时空差异及演化趋势的成因进行深入分析。