无居民海岛生态承载力评价方法构建*

涂振顺，杨顺良

（1．福建海洋研究所 厦门 361013；2．福建省海岛与海岸带管理技术研究重点实验室 厦门 361013）

无居民海岛生态承载力评价方法构建*

涂振顺1，2，杨顺良1，2

（1．福建海洋研究所 厦门 361013；2．福建省海岛与海岸带管理技术研究重点实验室 厦门 361013）

本研究从可持续发展角度出发，构建无居民海岛生态承载力评价指标体系和承载力评价计算模型。评价指标体系从环境纳污能力、资源供给能力和人类支持能力3个方面进行构建，并考虑不同区域海岛的社会差异构建指标数据的调整模型，为无居民海岛功能定位和发展目标确定提供具可操作性的技术方法。

生态承载力评价；无居民海岛规划；可持续发展

承载力（carrying capacity）的理念最早可追溯至18世纪末的人类统计学领域。1921年，Park和Burgess在人类生态学领域首次使用了承载力的概念，并将其定义为在某一特定条件下，某种个体存在数量的最高极限。随着环境污染、土地退化等问题的发生，承载力的概念逐渐在人类生态学中发展，其研究经历了从单因素资源环境承载力至多因素综合的生态承载力（ecosystem carrying capacity，ECC）的过程［1］。传统的承载力概念指生态系统对承载对象的容纳，并以承载体的最大容量或平衡容量给予定义。随着可持续理论的提出与发展，公平性、持续性与共同性原则要求承载不积极实现承载体存在与发展的需求，更将承载作用于承载客体统一于区域生态系统，将系统的可持续性、稳定性作为承载的重要内涵。

20世纪80年代，联合国教科文组织（UNESCO）将资源承载力定义为：一个国家或地区的资源承载力是指在可以预见的期间内，利用本地能源及其自然资源和治理、技术等条件，在保证符合其社会文化准则的物质生活水平条件下，该国家或地区能持续供养的人口数量。1974年Bishop将环境承载力定义为：在维持一个可接受的生活水平前提下，一个区域所能永久承载的人类活动的强烈程度；国内学者唐剑武和叶文虎［2］则定义为：某一时期，某种环境状态下，某一区域环境对人类社会经济活动支持能力的阈值。生态承载力研究是在资源和环境承载力研究中发展起来的，它指不同尺度区域在一定时期内，在确保资源合理开发利用和生态环境良性循环的条件下，资源环境能够承载的人口数量及相应的经济社会总量的能力。生态承载力以可持续发展为承载标准，使承载力的构成极大的丰富，从单一的承载体和承载对象组成的简单系统发展岛“自然－经济－社会”符合系统，承载对象不单是人口增长，而包括人口、经济活动、社会组织、科技发展等多方面的有机结合的社会发展过程；承载体需求也相应的扩大。在具体的研究中，针对各自的研究目的和区域特征，对上述概念的具体界定和定义各有不同。本研究针对海岛开发利用与保护进行承载力研究，由于海岛的主导功能定位各有不同，且海岛（无居民岛）的开发多以单个资源为主而进行，不同海岛资源开发利用类型有所差异，其承载力研究就不同类型的资源而开展。

海岛是我国重要的海洋空间资源，也是海洋第二经济的重要依托，对我国社会经济发展和国防建设等具有重大的意义。然而海岛生态系统的脆弱性和受损难恢复性，要求开发海岛必须慎重。从生态承载力角度出发，合理编制海岛规划成为海岛开发的重要环节。本研究方法为海岛规划提供重要依据，为海岛开发功能定位和发展目标提供技术方法。

1 无居民海岛生态承载力评价指标体系构建

1.1 构建原则

（1）科学性，指标体系构建应在充分认识和研究“自然—经济—社会”复杂系统的科学基础之上，科学、客观、简明地反应系统的发展状态及各子系统之间的相互联系。

（2）完整性，指标体系作为一个复杂的有机整体，包含了自然、经济和社会等各方面的内容，只有完整的、全面的体现复合系统的方方面面，才能从不同角度反映评价系统的特征和状况，且反应系统的动态变化。

（3）代表性，指标体系应体现研究区域特征和状况，即指标选择要因地制宜，选取具有代表性和区域特色的指标，确保各项指标意义上相互独立，减少各指标之间的关联性，并考虑获得指标数据的可行性。

1.2 指标体系建立

在资料收集分析和海岛现场调查的基础上，将海岛的岛陆、岛基、岛滩和环岛海域作为一个整体来考虑，根据目前研究文献、报告，并结合海岛特征，以客观性、可操作性、独立性和可持续发展为原则，构建海岛资源环境承载力综合评价指标体系。

将资源环境承载力综合评价指标的基本构成分为：环境纳污能力、资源供给能力和人类支持能力三类指标。环境纳污能力指标主要反映海岛环境的承载能力；资源供给能力指标主要反映海岛资源能够承载人类开发利用的强度；人类支持能力指标主要反映海岛资源环境承载力的人类因素。指标体系见表1。

表1 海岛资源环境承载力综合评价指标体系

1.3 指标值预处理和理想值确定

（1）指标值预处理。承载力涉及因素多样复杂，评价选取的指标单位和数量级等存在明显的差异，无法进行直接比较。因此，在进行综合评价计算时要先消除原始值的量纲影响。本研究对指标的原始值预处理方法如下［1］。

式中：Si表示标准化后的指标值；di表示指标现状原始值；di′表示指标理想状态值。

（2）指标理想值确定。指标理想状态值的确定方法有：①根据海岛发展规划，采用与发展阶段目标相应的国家标准和行业规定作为理想值；②参考在国内外类似发展程度下，相应的数据作为理想值；③参考区域阶段性经济发展的数据，结合插值计算方法等推算该时段理想状态值，如，第三产业增加值比例等；④通过文献查询、向专家和政府管理人员咨询等方法确定理想值。

2 指标权重计算方法

各评价指标的权重是科学表达评价结果的关键。不同评价指标对目标层的贡献大小不一，这种评价指标对被评价对象影响程度的大小，称为评价指标的权重，它反应了各评价指标属性值的差异程度和可靠程度。目前确定权重的方法主要有主观赋权法和客观赋权法两类。

（1）主观赋权法。利用层次分析法（AHP）进行系统分析，首先要将所包含的因素分组，每一组作为一个层次，按照最高层、若干有关的中间层和最底层的形式排列起来。其中，最高层表示解决问题的目的，即应用AHP所要达到的目标；中间层表示采用某种措施和政策来实现目标所实现的中间环节，一般可分为决策层、约束层、准则层等；最底层表示解决问题的措施和政策（即方案）。

（2）客观权重赋值法。相对于主观赋值法，客观赋值法主要是依靠指标的基础数据，通过模型分析计算各指标的重要性。熵值法虽然不能减少评价指标维数，但计算过程相对简单，与另外两种方法相比，标准化法处理后的熵值法评价结果更为合理［3］。熵值法普遍应用于经济领域，近年来也逐渐开始用于水资源［4］、水安全［5］、水环境［6］、港口资源［7］综合评价等相关领域，得到了相对较为合理的评价结果。目前常用郭显光的标准变化法改进后的熵值法进行指标体系的客观赋权，具体计算步骤可参见文献［3］。

（3）综合权重确定。综合权重的确定应用高波的研究方法［4］进行计算：

式中：Wω是专家打分法确定的主观权重；Wα是熵值法确定的客观权重；t是修正系数。t值由熵值法确定的指标权重值的差异程度，计算公式如下

式中：REN为熵值法确定的指标值的差异程度系数，计算公式如下

式中：n表示指标个数；p1，p2，…，pn为熵值法确定的权重从小到大的排列。

3 生态承载力评价计算模型

计算模型采用状态空间法，利用欧氏几何空间定量描述系统状态。通常由表示系统各要素状态向量的三维状态空间轴组成，应用状态空间法可定量描述区域承载力与承载状态。本研究将环境纳污能力、资源供给能力和人类支持能力三者作为三维空间，而每维又由若干个指标构成。如图1所示，点A、B、C、D可表示一定时间尺度内区域的不同承载状况，不同的资源、环境和人类活动组合所体现的承载力也不同。不同的社会经济发展状态下，状态空间中存在承载力曲面Xmax－O－Ymax，使得曲面上任意一点的人类活动同当时的资源、环境的配置状况达到完全的均衡；曲面外的点，若在曲面之上则表明人类活动超出资源、环境可持续发展配置，若在曲面以下表示人类活动在资源、环境可持续发展最大限度之内。

3.1 承载力计算方法（理想值计算）

判断状态空间内一点同曲面Xmax－O－Ymax的位置关系，可以通过比较原点O到该状态点和该状态点在Xmax－O－Ymax曲面上的投影距离；原点到该状态点的距离代表了此状态下的承载力。表达式如下［8］：

图1 承载力状况空间模型

式中：xir是各指标处于理想状态时在状态空间的坐标值（i为指标序号=1，2，…，n）；n为指标个数；M表示区域承载力的有向矢量模；ICC（Island Carrying Capacity）为海岛承载力值的大小。由于复杂的系统中各项指标对承载力所起的作用不尽相同。因此，在考虑指标权重时，承载力计算公式如下［8］：

式中：Wi为指标xir空间坐标值的权重。

3.2 理想值调整

海岛所属的类型不同、行政区不同，在统计标准和参考标准等方面存在差异，为了进一步分析不同地区、不同类型的海岛综合承载力的大小，评估引入区域发展阶段系数DSI（Developing Stage Index）和理性值调整系数k来校正不同地区、不同类型的海岛综合承载力。

式中：DSI指研究海岛所属区域发展阶段系数，En指研究海岛所属区域的恩格尔系数。

理想值存在不同地区不同海岛类型的差异，因此评估计算是考虑区域和类型的差异采用调整系数k，一般定位1．0～1．2［9］。

所以理想值调整计算公式为：

3.3 承载状况计算方法

由于人类活动存在主观性和不完全规律性，现实的承载状况往往与理想的承载状况不完全一致，其差异一般可将承载状态分为超载、满载和可载3种情况。承载状况计算公式如下［8］：

式中：ICS（Island Carrying State）表示海岛现实的承载力状况；θ表示现实承载力状况矢量模与理想状态下承载力矢量模之间的夹角，其计算公式如［8］：

式中：a、b分别代表状态空间中的两个向量（现实承载状况和理想承载力）；xia和xib分别代表a、b两个向量定点坐标值。

3.4 承载力评价结果

根据以上模型计算，当θ大于0、小于0和等于0的3种情况下，对比ICC和ICS：

且，可根据θ的大小来衡量海岛承载现状，并分析海岛承载力的大小。

4 结论

承载力是衡量区域可持续发展的重要标志，通过区域资源环境承载力的研究，可定量分析区域发展中存在的主要问题，为该区域实施可持续发展战略提供具有可操作性的调控对策。我国海岛资源丰富，在国家海洋开发战略实施以来，随着经济社会的快速发展和自然资源的短缺，海岛的重要性日益显现，开发利用活动也逐步增多。因此，科学合理地评价无居民海岛的生态承载力，将为海岛开发利用规划提供重要的依据，为无居民海岛可持续发展提供技术支撑。本研究构建的方法是无居民海岛生态承载力定量评价方法，可为海岛开发规划提供技术依据，为海岛开发定位和目标的确定提供技术方法。

［1］ 王开运，邹春静，张桂莲，等．生态承载力符合模型系统与应用［M］．北京：科学出版社，2007．

［2］ 唐剑武，叶文虎．环境承载力的本质及其定量化初步研究［J］．中国环境科学，1998，18（3）：227－230．

［3］ 郭显光．改进的熵值法及其在经济效益评价中的应用［J］．系统工程理论与实践，1998，12：98－102．

［4］ 高波．基于DPSIR的陕西水资源可持续利用评价研究［D］．西安：西北工业大学，2007．

［5］ 金菊良，吴开亚，李如忠，等．信息熵与改进模糊层次分析法耦合的区域水安全评价模型［J］．水力发电学报，2007，26（6）：61－66．

［6］ 张先起，刘慧卿．基于熵权的灰色关联模型在水环境质量评价中的应用［J］．水资源研究，2006，27（3）：17－19．

［7］ 朱庆林，郭佩芳．港口资源定量评价理论及应用［J］．大连海事大学学报，2005，31（4）：44－48．

［8］ 毛汉英，余丹林．区域承载力定量研究方法探讨［J］．地球科学进展，2001，16（4）：549－555．

［9］ 叶属峰．长江三角洲海岸带区域综合承载力评估与决策：理论与实践［M］．北京：海洋出版社，2012．

公益性行业科研专项（2011R1006－7）．