海洋是实现我国经济社会可持续发展的宝贵财富和重要依托。随着我国建设"海洋强国"、"21世纪海上丝绸之路"等重大战略部署,更加突出了海洋经济可持续发展问题研究的迫切性。如何协调好海洋经济、生态与社会之间的关系,已成为海洋经济可持续发展问题研究的一个重要任务。

关于海洋经济系统协调方面的研究已经取得较多进展。Robert Costanza认为发展中国家只有协调好全球生态和经济系统发展步伐,才能遏制海洋生态的破坏,达到社会与自然和谐健康发展^[1];Martinez研究了海洋生态、经济和社会的重要性,提出推进海洋生态经济评估工作^[2];Sylvain Pioch应用生态系统设计理论来研究海洋经济领域问题,提出以生态、社会和经济利益为标准的衡量准则^[3]。国内学者隋春花等运用能值理论,定量分析了广东省海洋经济系统发展现状^[4];狄乾斌提出可持续发展度是发展位、发展势、和协调度的函数,并应用于辽宁省海洋生态经济可持续发展研究中^[5];盖美等根据指标分级的可变模糊识别理论,分析了辽宁省海洋资源环境与经济的协调度^[6];高乐华运用评价指标体系对中国海洋生态、经济、社会三个子系统之间的交互胁迫关系进行了定量测算^[7]。

本文在前期研究成果基础上,以辽宁省沿海六市为例,将交互胁迫理论运用到海洋经济可持续发展系统动态交互演变的定量分析中,对该区域2007~2012年海洋经济可持续发展系统的时空演变规律进行探讨,通过对海洋经济可持续发展系统各子系统间时空演变关系的拟合及协调度测算,以期能够为准确把握海洋经济系统运行特征提供参考。

1   材料与方法

1.1   海洋经济可持续发展系统交互胁迫验证方法

交互胁迫论认为,在生态经济系统内部存在复杂的交互胁迫关系,生态经济系统发展中的良性与恶性循环过程共同存在。海洋经济可持续发展系统在各子系统的交互胁迫作用下,遵循"S"型发展机制^[8]。根据周一星等人的研究,城市化水平与经济发展水平之间存在着一种对数曲线的相关关系^[9-10] 。而Grossman等人早就证实了生态环境状况与经济发展水平之间是一种倒"U"型曲线关系^[11]。根据上述两种关系模型,方创琳等人采用数学方法推导出城市化与生态环境之间的耦合函数为双指数函数^[12]。依据上述三种关系模型,高乐华^[13]等人将其引入海洋生态经济系统中。综上,可以认为海洋经济可持续发展系统三个子系统之间的关系应该归结为海洋社会和生态子系统之间的双指数曲线交互关系,该曲线也可以描述海洋经济可持续发展系统的交互胁迫发展轨迹,即公式为:

式中:z为海洋生态压力指数;y为海洋社会子系统发展状态评价值;m,n,a,b,p是非负待定参数。

1.2   协调度评价方法

本文用变异系数来表示两个系统的耦合度,变异系数越小,两个系统的协调程度越高,反之越低。建立海洋社会系统综合评价函数:

式中:m为海洋社会系统的指标个数;a_i为指标权重;x_i为第i个指标的标准化数据。同理建立海洋生态压力指数函数h(y)、经济综合评价指数函数f(g)(以下只以、z(x)、h(y)来推导测算),得出两个系统之间的耦合度公式为:

式中:c为耦合度取值在0~1之间;k为调节系数,这里取k=4。耦合度在有些情况下反映不出两个系统发展水平或整体功能,故进一步构造两个系统耦合协调度公式^[14]。

式中:R为耦合协调度;P为两个系统的综合评价指数。设定P=αz(x)+βh(y),其中:α为某一系统发展水平权重;β为另一个系统发展水平权重,本文取α=β=0.5。参考已有研究成果^[15],本文制定的系统耦合发展标准如表 1所示。

表  1  耦合协调度与耦合阶段划分标准

Tab.  1  coupling coordination degree and the coupling stages division standard

协调度R	[0，0.1)	［0.1，0.2)	［0.2，0.3)	［0.3，0.4)	［0.4，0.5)
类型	极度失调	严重失调	中度失调	轻度失调	濒临失调
协调度R	［0.5，0.6)	［0.6，0.7)	［0.7，0.8)	［0.8，0.9)	［0.9，1.0]
类型	勉强协调	初级协调	中级协调	良好协调	优质协调

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1.3   数据来源及标准化

1.3.1   数据来源

本文选取2007~2012年的统计数据作为现有实证分析材料,数据主要来自历年《中国海洋统计年鉴》、《辽宁统计年鉴》、《中国海洋环境质量公报》。

1.3.2   数据标准化

由于指标体系中不同指标量纲的数量级不同,故要消除量纲不同造成的影响。此外,因需要反映的是海洋生态压力指数,海洋经济可持续发展状态评价指标分为两种类型。

其中:r_ij为标准值;x_ij为第i个指标原始值;x_i^min,x_i^max分别为第i个指标的最小值和最大值。

2   结果与讨论

2.1   海洋经济可持续发展系统交互胁迫关系验证及其协调度测算

2.1.1   海洋经济可持续发展系统评价指标体系构建

借鉴海洋经济可持续发展系统相关研究成果^[19-20],综合可持续发展度量法和承载力模型,遵循整体性、科学性、可操作性、层次性和前瞻性原则,把海洋经济可持续发展系统作为一级指标,海洋社会、生态和经济子系统作为二级指标(系统层)。次级指标(基础指标层)选取则要充分反映各子系统的现状和水平。经过指标间多重共线性分析及相关性分析后,确定了21个基层指标,并采用层次分析法(AHP)和熵值法,确定了辽宁省海洋经济可持续发展系统评价指标体系的综合权重(表 2)。

表  2  海洋经济可持续发展系统评价指标体系及其权重

Tab.  2  marine economy sustainable development evaluationindex system and its weight

系统层	AHP法	熵值法	综合权重	状态层	基础指标层	AHP法	熵值法	综合权重
社会子系统	0.53	0.44	0.49	社会人口	人口数量	0.25	0.28	0.27
					文化程度	0.75	0.72	0.74
				消费水平	城镇居民人均可支配收入	0.67	0.44	0.56
					城镇居民人均消费支出	0.33	0.56	0.45
				科技水平	发明专利申请数	0.75	0.94	0.85
					高新技术产业增长率	0.25	0.06	0.16
				生态条件	绿化覆盖率	0.5	0.54	0.52
					年均赤潮发生次数	0.5	0.46	0.48
生态子系统	0.33	0.11	0.22	生态响应	工业废水处理达标率	0.67	0.13	0.45
					环境保护支出	0.33	0.87	0.6
				生态污染	工业固体废物产生量	0.24	0.23	0.24
					工业废水排放量	0.63	0.27	0.45
					化肥施用量	0.14	0.5	0.32
经济子系统	0.14	0.44	0.29	经济实力	地区生产总值	0.6	0.37	0.49
					渔业总产值	0.2	0.36	0.28
					沿海港口货物吞吐量	0.2	0.27	0.24
				经济结构	第二产业比重	0.33	0.75	0.54
					第三产业比重	0.67	0.25	0.46
				经济活力	GDP增长率	0.6	0.32	0.46
					第三产业增长率	0.2	0.32	0.26
					人均地区生产总值指数	0.2	0.36	0.28

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2.2   摇海洋经济可持续发展系统的交互胁迫验证

通过对评价指标权重与无量纲化值进行加权求和,得出2007~2012年辽宁沿海六市的海洋社会发展、经济发展和生态压力指数。应用matlab7.0软件对海洋经济发展与生态压力指数、海洋社会发展与经济发展指数进行曲线拟合,得出辽宁省沿海六市的对数和倒"U"曲线拟合方程,由此推导出海洋社会与生态系统之间的双指数曲线方程式(表 3),且绘出该交互胁迫双指数曲线图(图 1)。

表  3  辽宁省沿海六市海洋社会与生态子系统双指数曲线拟合方程式

Tab.  3  A double exponential curve fitting equation of the marine society and the ecological subsystem in the six cities of Liaoning Province

地区	双指数方程式	m值	n值	a值	b值	p值
大连	Z=0.5418－4.7885(10(y－4.7556)/7.4931－0.5550)2	0.5418	4.7885	7.4931	4.7556	0.5550
丹东	Z=0.3143－5.099(10(y－0.1314)/0.012－0.5374)2	0.3143	5.0990	0.0120	0.1314	0.5374
锦州	Z=0.5724－10.653(10(y－0.0861)/0.2490－0.2634)2	0.5724	10.653	0.2490	0.0861	0.2634
营口	Z=0.6281－5.4880(10(y－0.0483)/0.2557－0.3916)2	0.6281	5.4880	0.2557	0.0483	0.3916
盘锦	Z=0.6688－1.9615(10(y－0.2321)/0.0397－0.3385)2	0.6688	1.9615	0.0397	0.2321	0.3385
葫芦岛	Z=0.6441－1.2817(10(y－0.0866)/0.0371－0.1364)2	0.6441	1.2817	0.0371	0.0866	0.1346

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图  1  海洋社会-生态系统交互关系双指数曲线

Fig.  1  oceanic society-ecosystem interaction between double exponential curve

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双指数曲线方程中,m值表示曲线出现拐点时海洋生态系统压力指数大小;n值与海洋生态系统运行状况变化速率成正相关性;b值越大,双指数曲线拐点出现时海洋社会子系统发展水平越高,且决定拐点出现的早晚。由此从m值得大小来看,盘锦市＞葫芦岛市＞营口市＞锦州市＞大连市＞丹东市,显示出工业型城市(以二产比重衡量)和生态脆弱型城市(以可持续发展度衡量)在海洋经济可持续发展系统双指数曲线拐点出现时,海洋生态压力指数已经较高;从b值得大小来看,大连市＞盘锦市＞丹东市＞葫芦岛市＞锦州市＞营口市,表现出海洋经济社会发展相对发达的地区出现生态拐点要比经济社会发展后进的地区晚一些,而且相对发达的地区拐点出现时海洋经济社会发展水平比较高;从n值得大小来看,锦州市＞营口市＞丹东市＞大连市＞盘锦市＞葫芦岛市,表现出海洋经济社会规模扩张速度越快,海洋生态恶化也越快,这与各地区海洋生态压力和社会发展水平的变化趋势大体相一致。

以上验证说明:求得的双指数关系方程式能够明显反映出辽宁省沿海六市海洋经济可持续发展系统交互胁迫关系的动态演变过程,海洋社会与生态子系统之间的交互胁迫关系演进过程符合双指数曲线的动态规律,故海洋经济社会发展对海洋生态环境具有明显的胁迫效应,同时海洋生态环境对海洋经济社会的发展也有约束效应。

2.3   辽宁省海洋经济可持续发展系统协调性评价

依据协调度计算过程,得出2007~2012年辽宁省沿海六市海洋经济可持续发展系统中海洋社会发展、生态压力、经济发展综合评价指数以及海洋社会发展与生态压力、海洋社会发展与经济发展、海洋生态压力与经济发展的耦合度以及耦合协度(图 2)。

图  2  辽宁省沿海各市海洋经济可持续发展系统耦合协调度动态曲线

Fig.  2  Coastal cities in Liaoning province of Marine economy sustainable development system coupling coordination degree of dynamic curve

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(1)大连市。海洋经济可持续发展系统耦合协调度整体处于逐年优化趋势。海洋社会—生态系统耦合协调度从2007年0.6787上升到2012年0.8227,耦合发展类型经历了从初级协调—中级协调—良好协调的过程;其中2011年出现明显下降,主要由于环保支出减少,一些环境问题得不到有效解决,导致污染物排放量增多,生态环境压力加剧。海洋社会—经济系统的耦合协调度处于稳步增长的同时,也受到海洋复合系统的约束。海洋生态—经济系统发展2007~2012整体处于上升阶段,海洋经济发展对海洋生态系统的胁迫作用比较强,属于中级协调类型。虽然大连市海洋经济可持续发展系统整体处于缓慢耦合上升趋势,但不难看出海洋社会、经济和生态系统的交互胁迫关系依然存在,与优质协调发展还有一定距离。

(2)丹东市。海洋经济可持续发展系统耦合协调度处于较低水平。海洋社会—生态复合系统协调指数从2007年0.0929到2012年0.3736呈现上升态势,协调程度经历了极度失调—严重失调—中度失调—轻度失调的过程,总体来看随着海洋社会的不断发展,海洋科技水平、人口素质也在不断提升,海洋社会—生态系统处于逐渐拮抗协调的阶段。海洋社会—经济发展系统的协调度从2007年0.1506上升到2012年0.4720,耦合发展类型经历了从严重失调—中度失调—轻度失调—濒临失调的过程。海洋生态—经济系统的协调度,从勉强协调—初级协调—勉强协调—初级协调。随着丹东市海洋经济社会综合发展水平不断上升,海洋生态压力指数也在加大,绿化覆盖率有减少的趋势,科技支撑基础薄弱,生态较为脆弱。

(3)锦州市。系统整体耦合协调度不高。海洋社会—生态系统协调度从2007年0.2445提高到2012年0.5732,发展类型经历了中度失调—轻度失调—濒临失调—勉强协调。海洋社会—经济系统耦合协调度整体呈现上升趋势,从2007年的0.3538到2012年0.5267,经历了轻度失调—濒临失调—勉强协调的阶段。海洋生态—经济系统的协调度也在小幅上升,基本属于勉强协调类型,但2010年以后,协调度出现显著下降态势,耦合发展类型为轻度失调,这与工业废水的排放量和当地农业化肥施用量的增加不无关系。总体来说锦州市海洋社会发展速度高于经济发展速度,但是海洋经济社会综合发展水平较差,海洋生态压力大。

(4)营口市。海洋社会—生态系统海洋社会—经济系统协调度呈现逐年上升趋势,分别从2007年最低值0.1465、0.2045上升到2012年最高值0.4340、0.5220。海洋社会—生态系统耦合发展类型经历了从严重失调—中度失调—轻度失调—濒临失调的过程;海洋社会—经济系统的发展类型为中度失调—轻度失调—濒临失调—勉强协调;海洋生态—经济系统先小幅上升后下降,协调发展类型经历了中级协调—初级协调—勉强协调过程。这与营口市产业结构有很大关系,第二产业比重逐年增加,工业废物排放量也不断加大,海洋生态—经济系统的胁迫作用越来越强烈,协调程度越来越低。随着海洋经济发展水平不断提升,社会素质水平相对滞后,且环保投入没有相应增加,使得生态环境对经济发展的约束效应较大。

(5)盘锦市。海洋社会—生态系统、海洋社会—经济系统的协调程度较低,但总体呈现上升态势,海洋社会—生态系统耦合发展类型经历了严重失调—中度失调—轻度失调—濒临失调的过程;海洋社会—经济系统耦合发展类型为轻度失调—濒临失调;海洋生态—经济系统的协调度在2010年达到最大值0.6435,之后开始大幅度下降,发展类型经历了中度失调—轻度失调—濒临失调—初级协调—濒临失调。盘锦市海洋社会综合发展水平低,总体处于缓慢上升趋势,但海洋经济综合发展指数在2007~2010年发展速度较快,2010年之后明显下降,与此同时海洋生态环境压力指数呈现相反变化趋势。盘锦市社会人口素质、海洋科技水平偏低,环保投入波动较大,产业结构不合理,海洋生态与经济系统的交互胁迫作用强烈。

(6)葫芦岛市。系统耦合发展水平总体偏低,系统间的胁迫作用较强。海洋社会—生态系统协调度从2007年0.0984上升到2012年0.3217,基本处于中度失调阶段。海洋社会—经济系统的耦合协调度在2010年达到最大值0.4559,但2011年之后开始出现下滑,耦合发展类型经历了中度失调—轻度失调—濒临失调的过程。海洋生态—经济系统的协调度波幅较大,海洋生态与经济系统的胁迫作用强,耦合发展类型为濒临失调—轻度失调—勉强协调—濒临失调—中度失调。葫芦岛市海洋经济社会综合发展水平低,工业废水排放量巨大,高兴技术产业投入不够,严重制约当地经济可持续发展。

以上研究结果表明,运用交互胁迫理论探讨海洋经济可持续发展系统评价以及空间特征是可行的,海洋经济可持续发展系统的演变特征符合双指数曲线这一科学判断,可以较为直观地得出海样社会—生态系统之间的交互胁迫关系。但由于数据获得的限制和认知水平有限,评价指标体系构建及评价方法完善有待在今后工作中进一步深入。

3   结论

通过以上研究,可以得出:辽宁省海洋经济可持续发展系统的三个子系统之间存在明显的交互胁迫发展关系;通过双指数曲线拟合的定量评判表明,辽宁省海洋社会与生态子系统之间的演进过程符合双指数曲线变化规律;通过运用耦合协调度模型对研究区进行实证分析,得出大连市海洋社会综合发展水平最高,其次为锦州市、盘锦市、营口市、丹东市、葫芦岛市。通过分析还可以得出:海洋生态与经济系统的耦合协调度越高,海洋经济发展水平也相对越高,海洋生态环境水平与海洋生态—经济系统的耦合协调发展呈现正相关关系,海洋生态压力与海洋生态—经济发展系统、海洋经济系统存在一定的负相关性。