曹威威 孙才志

摘要：海水养殖活动与海域生态环境存在交互影响关系。文章基于超效率DEA模型和内梅罗指数评价结果，利用耦合协调关系模型分析了长山群岛2006—2018年海水养殖业和海域生态环境质量之间的关系演变过程。结果表明：（1）长山群岛海水养殖业效率呈倒“U”形变化趋势，其发展水平仍处于粗放式发展阶段，在技术应用和规模效率方面亟待提升;（2）受近岸养殖业快速发展的影响，海域生态环境质量在2006—2013年逐渐变差，2014年以后有所好转;（3）海水养殖与海域生态环境的耦合度经历了从拮抗关系向高度耦合转变，协调度在2006—2011年呈上升趋势，但绝对值较低，2012年以后呈现波动变化，表明人海关系处于博弈状态，矛盾仍较为突出。

关键词：海水养殖;海域生态环境;耦合协调关系;长山群岛

中图分类号：F124.5;P76;P74    文献标志码：A    文章编号：1005-9857（2022）05-0088-07

Analysis on Coupling and Coordination Relationship Between Mariculture and Marine Ecological Environment in Changshan Islands

CAO Weiwei1，2，SUN Caizhi3

（1. School of Land and Tourism，Luoyang Normal University，Luoyang 471934，China;2. College of Applied Science and Technology，Hainan University，Danzhou 571737，China;3. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Abstract：There is an interactive relationship between mariculture and marine ecological environ­ment. Based on the results of super-efficiency DEA model and Nemero index，this paper analyzed the evolution of the relationship between mariculture and marine ecological environment，in Chan­gshan Islands from 2006 to 2018 by the coupled coordination relationship model. The results indi­cated that：（1）The efficiency of mariculture in Changshan Islands showed an inverted U-shaped change trend，and its development level was still in the stage of extensive development，and needed to be improved in terms of technology application and scale efficiency. （2）With the rapid development of the nearshore aquaculture industry，the marine ecological environmental qualities gradually deteriorated from 2006 to 2013，but improved to a certain extent after 2014.（3）The coupling degree denoted that the relationship between mariculture and marine ecological environ­ment. had undergone a transition from antagonistic to highly coupled relat.ionship.The coordination degree showed an upward trend from 2006 to 2011，but fluctuated after 2012 with low absolute value，which indicated that the relationship between human and sea was in a conflict game.

Keywords：Mariculture，Marine ecological environment，Coupling and coordination relationship，Changshan Islands

0    引言

人海關系地域系统是海洋地理学研究的主要对象，从国内外人海关系研究的发展历程来看，20世纪90年代以来，人类活动与海洋资源环境的交互影响研究日渐受到关注[1]，国内外学者从不同空间尺度和经济领域研究了海洋生态—经济系统的耦合协调关系[2-4]。但在海洋渔业中，海水养殖与海洋捕捞的生产过程有着本质区别。海洋捕捞是人类直接从海洋资源环境中获取水产品的产业活动，海水养殖则是人类利用海洋空间资源、环境资源和其中的生物资源培育水产品的生产过程。随着海水养殖技术的不断提升，集约化、工厂化的网箱养殖、浮筏养殖方式得以大规模推广应用，在提高渔业产量的同时，对海洋生物群落和海水养殖区环境产生了较大影响[5]。而海域生态环境为海水养殖活动提供了物质基础，二者的交互响应直接影响到海洋生态系统健康和人类渔业经济活动效益。因此，从人地关系耦合协调角度研究海水养殖活动与海洋生态环境的互馈关系具有重要意义。

本研究以长山群岛海域为研究对象，分别评价海水养殖产业发展效率和周边海域海水环境质量，进而利用耦合协调模型，分析海水养殖业与海域生态环境的耦合协调关系，解析海水养殖活动与海域生态环境之间的交互作用过程，为开展海域生态环境治理提供参考。

1    材料与方法

1.1    研究区概况

长山群岛地处我国黄海北部海域，位于海洋岛渔场的中心位置，是我国海洋渔业重要发展区域[6]。自20世纪70年代末期开始大规模发展海水养殖业，以农牧化为主的海水增养殖业有了快速发展，海水养殖业占海洋渔业比重逐年提高。2018年，长山群岛全年水产总量为56.21万t，其中养殖产量达到40.52万t，占总产量的72.09%[7]。长期的高密度海水养殖活动，导致海洋生物多样性压力加大[8]、近海和海岸带生态环境破坏，海域水质污染、富营养化和海水养殖病害频发等问题凸显[9]，海洋渔业资源环境系统生态压力持续增大，影响了海水养殖业的高质量发展[10]。

1.2    长山群岛海水养殖业发展水平评价

1.2.1    评价方法

海水养殖活动是由人类利用海域空间资源，投入劳动力、渔业生产工具等生产资料，获取水产品的过程。因此，生产效率是评价养殖活动发展水平的关键。在渔业效率评价中，数据包络分析（DEA）是常用分析方法[11-13]。本研究利用超效率DEA模型，评价海水养殖业发展效率，模型设置如下：

式中：θ为评价对象（又称决策单元，Decision Making Unit，DMU）的超效率值，表示海水养殖业发展效率;ε为阿基米德无穷小量;λ为决策效益指数，表示了DMU的有效程度，值越大，则有效程度越高，反之，有效程度越低;m、s、n分别为投入变量维度、产出变量维度与区域数量，本研究中m=3，s=1，n=5;s和s为松弛变量;x和y分别为投入变量和产出变量。当θ<1时，DMU没有达到最优效率;当θ>1时，DMU达到最优效率。

1.2.2    评价指标

根据海水养殖业的投入产出分析，综合考虑海洋养殖产业活动中的自然资源、劳动力和物质等要素投入，借鉴已有的海洋渔业经济效率评价指标选取方法[13]，选取劳动力、物质资本、自然资本作为投人指标，以海水养殖业产量作为产出指标，测算2006—2018年长山群岛海水养殖业发展效率。其中：选取海水养殖业从业人员数量作为劳动投入指标;选取养殖业机动渔船量作为海洋渔业物质资本投入指标;选取机动渔船总功率作为海水养殖业生产力投入指标;选取海水养殖面积作为自然资本投入指标;选取海水养殖总产量数据作为产出指标。

1.3    长山群岛海域生态环境质量评价

1.3.1    评价方法

内梅罗指数由美国学者内梅罗（Nemerow N.L）于1974年提出，是由单因素指数评价方法发展来的综合指数评价法，主要应用于水质环境评价[14]。内梅罗指数因数学计算过程简洁、评价使用方便而得到广泛应用。其公式如下：

式中：P为内梅罗指数P、P分别为单因子污染指数P的最大值与平均值。P的计算公式如下：

式中：C为第i项指标的实测质量浓度;S为第i项指标的评价标准。长山群岛海域广阔，生态环境良好，拥有黄渤海区域最好的水质条件，属于国家一类海区，是国家海洋公园重点建设海域[15]。因此，本研究中S采用《海水水质标准》（GB3097—1997）中一类评价标准对水质状况进行评价。内梅罗指数模型中仅强调单因子污染指数最大值指标的作用，而忽略了危害性较大的指标在环境中的影响。针对该问题，有学者引入污染因子权重对其进行改进[14，16]。改进内梅罗指数计算过程如下：

首先，计算各污染因子权重。①按照海水水质标准，确定评价标准级别j;②将评价因子S按照j类标准浓度由大到小顺序排列，将其最大值S与S相比，以R为第i种污染因子的相关性比值，第i种污染因子权重计算公式如下：

其次，根据污染因子权重，修正最大的因子污染指数，修正公式如下：

式中：P′、P′分别为修正后单因子污染指数最大值和污染指数平均值;P、P分别为单因子污染指数P的最大值、权重最大的因子污染指数。

最后，計算修正内梅罗指数，其公式如下：

式中：P′为修正内梅罗指数。根据已有研究成果[17]，将海水污染程度与内梅罗指数对应关系划分

为5个等级（表1）。

1.3.2    评价因子

根据《近岸海洋生态健康评价指南》（HY/T087—2005），选取pH值、化学需氧量（COD）、活性磷酸盐（DIP）、无机氮（DIN）以及石油类含量作为海域生态环境质量评价因子。通过公式（4）和公式（5）计算得到各污染因子权重，结果见表2。

1.4    海水养殖业与海域生态环境耦合协调关系评价

根据系统论思想，采用系统耦合协调度模型，评价海水养殖业与海域生态环境的耦合协调关系。其中，耦合度评价公式如下：

式中：C为海水养殖业与海域生态环境的耦合度，表示海水养殖系统与海域生态环境间相互作用影响的程度，0≤C≤1，值越大表明海水养殖业与海域生态环境之间相互作用关系越强烈;E为海水养殖业经济系统发展效率;P为海域水环境质量，采用内梅罗指数（三类水体污染指数的平均值）表征。借鉴相关研究[18]，将海水养殖业与海域生态环境的耦合度分为4个阶段等级（表3）。

海水养殖业的综合效率指数和海域生态环境的污染指数为各自系统得分，二者不具备可比性。为保证经济系统和生态环境系统之间的耦合度评价具有实际意义，采用数据标准化方法将系统各自得分做归一化处理。综合效率指数为正向指标，污染指数为负向指标，归一化公式分别如下：

式中：x为第i年j项指标数值;x′为x的归一化值;max（x）、min（x）分别为研究期内j指标的最大值和最小值，为避免受到0和1的边界值干扰，将指标最大值增大10%，将最小值缩小10%。

耦合度仅表示海水养殖业与海域生态环境间的相互作用强度，但当两个系统的发展水平都很低时，耦合度依然较高，此时会出现系统“假协调”的现象。为避免此种情况，引入协调度模型，以客观地评价养殖业与海域生态系统协调发展水平。公式为：

式中：D为协调度，0≤D≤1，D值越大则表示海水养殖业与海域生态环境协调发展水平越高，D值越小则表示二者失调越严重;T为海水养殖业与海域生态环境协调的综合水平;α、β分别为待定系数，且α+β=1，取α=β=0.5。根据多数研究的经验值[18-20]，将协调度等级划分为5个等级（表4）。

1.5    数据来源

长山群岛共有6镇1乡，其中大连市长海县辖大长山岛、小长山岛、獐子岛、广鹿岛和海洋岛等5镇，庄河市辖王家镇和石城乡。考虑数据可得性和统计口径的一致性，本研究的范围为长海县行政辖区。海水养殖业投入产出指标数据、海域水环境质量评价因子数据由2006-2018年《长海县统计年鉴》整理获取。

2    结果与分析

2.1    长山群岛海水养殖业发展水平评价

本研究基于超效率DEA模型测算长山群岛海水养殖业经济发展效率结果表明：2006—2018年长山群岛海水养殖业效率呈现倒“U”形变化趋势（图1）。其中，2006—2014年海水养殖业效率快速上升，2015—2018年，表现为波动下降。20世纪90年代，长山群岛开始高度重视海水养殖产业发展，尤其是进入21世纪，大规模资金和技术要素被投入用以发展海水养殖业，使海水养殖规模和养殖技术得到提升。雖然2006—2014年海水养殖面积和渔船功率大幅增加，养殖规模扩大，但随着养殖技术的投入，劳动力投入量大幅减少，生产效率提高。表明这一时期海水养殖的发展主要依赖生产技术和养殖空间资源的投入。2014年以后，随着海水养殖业持续扩张，养殖密度增大，饵料减少、水质下降、病害增加，给养殖环境带来较大压力，养殖业面临的风险增加，产量下滑，养殖效率下降。从整体来看，长山群岛海水养殖业效率处于较低水平，2006—2018年效率平均值为0.51。

2.2    长山群岛海域生态环境质量评价

内梅罗指数评价表明，2006—2018年长山群岛海域各因子污染指数较低，但受海域人类活动影响，部分指标变化趋势较为明显（图2）。

其中，pH值和化学需氧量处于波动变化状态，变化幅度不大，多年来基本处于平衡状态;石油类、悬浮物、活性磷酸盐、无机氮存在明显变化趋势。除三类区，一类区和二类区石油类污染物指数在2006—2012年有一定幅度上升，2013年以后一类区、二类区和三类区均出现明显下降。悬浮物、活性磷酸盐、无机氮在2011—2013年出现明显上升趋势。“十二五”期间，近岸养殖业快速发展，养殖户投放饵料、药物等造成海水悬浮物、无机盐和无机氮等物质含量增加。2013年以后，长海县开展了海水养殖业的集中清理和整顿，海域水质环境开始好转，悬浮物、活性磷酸盐和无机氮等污染指数下降。总体来看，长山群岛海域水质整体较清洁，区域生态环境质量未发生根本变化（表5）。一类海域除2013—2015年外，其余年份均为清洁;二类海域在2012—2014年，水质出现轻度污染;三类海域内梅罗污染指数平均数在2006—2013年波动变化特征明显，其中，2011—2013年出现了明显的上升趋势，2014年以后三类海域内梅罗污染指数均呈下降趋势，说明近年来海域生态环境质量好转。

2.3    海水养殖业与海域生态环境耦合协调关系评价

耦合协调关系评价结果表明，长山群岛海水养殖业与海洋生态环境的耦合度和耦合协调度呈两阶段变化趋势（图3）。2006—2011年，耦合度和协调度均快速上升。其中，耦合度经历了从拮抗阶段到磨合阶段再到高度耦合阶段的变化过程，表明海水养殖业与生态环境质量之间的关系日趋紧密，二者相互影响程度日益增加;协调度虽然呈现增长趋势，多数年份处于中度和基本协调阶段，协调发展水平不高。从海水养殖业发展效率和海域水环境质量两个指标变化可以看出，这一时期，随着发展效率的增长，海域环境质量有下降趋势。2011年以后，耦合度和协调度维持在较高水平，海水养殖业与生态环境处于高度耦合阶段，表明二者密切相关，协调度均处于中级协调以上。本阶段，海域污染指数降低，海水养殖业效率较高，两系统表现出良好的协调发展水平。

3    结论

（1）长山群岛海水养殖活动与海域生态环境矛盾主要集中在2006—2011年。片面地、过度地追求经济效益，忽视经济活动与生态环境的协调发展，最终也给人类自身带来损失。

（2）政府主管部门通过加强海域范围海水养殖活动管理，对海域养殖环境集中整治，压缩、清退不合理养殖区域，推广生态养殖技术，使海域水质环境有所好转。但是，耦合协调关系在2011年以后出现的波动变化也应引起重视。

（3）长期的高密度海水养殖活动影响海域生态环境质量，进而给养殖活动带来严重的经济损失，迫使各利益相关主体采取一定措施，开展海水养殖的环境整治，待海域生态环境质量有所改善，养殖活动又会进一步加强。协调度的波动变化反映了人类与生态环境的博弈关系，即：人类活动加强→生态环境质量下降→经济损失→反思和治理→生态环境质量转好→人类活动加强。

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