顧勇，田鵬，林麗萍，黃金良*

(1.中交上海航道局有限公司，上海 200002；2.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200210；3.廈門大學(xué) 海洋與海岸帶發(fā)展研究院，廈門 361101)

承載力(Carrying Capacity)的理念最早可追溯至18世紀(jì)末的人類統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域[1]。1921年，Park和Burgess在人類生態(tài)學(xué)領(lǐng)域首次使用了承載力的概念，并將其定義為在某一特定條件下，某種個(gè)體存在數(shù)量的最高極限[2]。隨著環(huán)境污染、土地退化等問題的發(fā)生，承載力的概念逐漸在人類生態(tài)學(xué)中發(fā)展，其研究經(jīng)歷了從單因素資源環(huán)境承載力至多因素綜合的資源環(huán)境承載力(ECC，Ecosystem Carrying Capacity)的過程[3]。資源環(huán)境承載力作為區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略決策的基礎(chǔ)，從單一資源評(píng)價(jià)走向各類主要自然資源、環(huán)境要素及綜合要素的承載力評(píng)價(jià)，研究方法不斷完善。國內(nèi)關(guān)于無居民海島環(huán)境承載力的計(jì)算方法并沒有固定的體系，研究方向主要是旅游環(huán)境承載力與生態(tài)承載力，研究?jī)?nèi)容主要包括理論研究以及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建[4]。李源源等以生態(tài)承載力評(píng)價(jià)體系為框架，運(yùn)用層次分析法提出了一套無居民海島環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要分為環(huán)境彈性力、資源承載力與生態(tài)系統(tǒng)壓力3個(gè)層次，這是一個(gè)定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，但缺少對(duì)評(píng)價(jià)方法以及具體評(píng)級(jí)的論述[5]。張志衛(wèi)等運(yùn)用能值分析法，從種群生態(tài)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的角度入手，通過能流分析，從可持續(xù)發(fā)展的角度分析了青島市大島的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，人口承載力，以及在不同發(fā)展模式下環(huán)境承載力的區(qū)別，并得到了理論上最高的環(huán)境承載力[6]。涂振順等引入?yún)^(qū)域發(fā)展階段系數(shù)和理論值調(diào)整系數(shù)，針對(duì)無居民海島環(huán)境現(xiàn)狀與環(huán)境承載力的比較，給出當(dāng)前海島現(xiàn)狀是否滿足該島嶼的承載力，其指標(biāo)涵蓋環(huán)境、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)等方面，涵蓋較為全面[7]。涂振順等還基于多目標(biāo)算法初步構(gòu)建無居民海島資源與環(huán)境多目標(biāo)規(guī)劃模型[3]。而國外關(guān)于無居民海島環(huán)境承載力的計(jì)算方法大多偏向生態(tài)層面的可持續(xù)發(fā)展，而對(duì)于社會(huì)與經(jīng)濟(jì)層面的環(huán)境承載力論述比較少。Nam等同樣使用了能值分析方法，闡述了在不同發(fā)展情況下韓國當(dāng)?shù)匾惶師o居民海島的人口承載力[8]。Pamungkas等人基于可持續(xù)發(fā)展理論重點(diǎn)通過漁業(yè)發(fā)展水平來評(píng)估當(dāng)?shù)匾惶師o居民海島的環(huán)境承載力[9]。但是通過對(duì)比研究開發(fā)前后的資源環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)變化，來分析無居民海島開發(fā)建設(shè)方案是否存在問題的研究相對(duì)較少。本研究通過對(duì)無居民海島自然資源、生態(tài)環(huán)境等全面評(píng)價(jià)，分析無居民海島的資源稟賦、環(huán)境本底和生態(tài)條件，構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)估方法，進(jìn)行平潭大嶼開發(fā)前和開發(fā)后的資源環(huán)境承載力評(píng)估，研究結(jié)果可為無居民海島保護(hù)及保障設(shè)施建設(shè)規(guī)模與總體布局提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

平潭大嶼(以下簡(jiǎn)稱“大嶼”)隸屬于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“平潭”)，位于海壇海峽中段東側(cè)，黃門澳西側(cè)，平潭海峽大橋南側(cè)，是平潭最具有旅游開發(fā)價(jià)值的4個(gè)無居民海島之一，也是福建省于2014年“世界海洋日暨全國海洋宣傳日”正式推介的首批“福建省最具特色的20個(gè)魅力海島”之一。根據(jù)《第一批開發(fā)利用無居民海島圖集》資料，大嶼本島無淡水源；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查也未發(fā)現(xiàn)任何池塘、湖泊、地表徑流等淡水資源。大嶼島嶼中心地理坐標(biāo)為25°27′05″N，119°39′51″E，近陸距離2.35 km。大嶼為基巖島，海島東部距離吉釣島約1.8 km，東北距平潭娘宮碼頭約2.8 km，西北距福清小山東碼頭約2.9 km(圖1)，均可通過輪渡到達(dá)。

圖 1 平潭大嶼位置示意Figure 1 Location map of Pingtan Dayu Island

1.2 數(shù)據(jù)來源

資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)作為“雙評(píng)價(jià)”的重要組成部分，是國土空間規(guī)劃的前期基礎(chǔ)，圍繞著生態(tài)、環(huán)境、水資源以及土地資源等自然本底條件，結(jié)合研究區(qū)域具體情況以及數(shù)據(jù)可獲得性，選取相應(yīng)的指標(biāo)，為海島保護(hù)與保障設(shè)施建設(shè)規(guī)模提供指導(dǎo)意義。氣象數(shù)據(jù)是大嶼島附近的4個(gè)氣象站點(diǎn)：平潭、福清、莆田、長(zhǎng)樂。高程數(shù)據(jù)來源于福建大嶼生態(tài)示范規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

表 1 研究區(qū)數(shù)據(jù)信息 Table 1 Data information table of study area

土壤數(shù)據(jù)來源于全國第二次土壤普查結(jié)果。遙感影像圖來源于91衛(wèi)圖助手的第20級(jí)數(shù)據(jù)。2014年遙感影像日期為2014年1月25日，2019年遙感影像圖日期為2019年11月17日，具體信息見表1。

2 研究方法

2.1 資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性及數(shù)據(jù)可獲得性原則，結(jié)合自然資源部2019年發(fā)布的資源環(huán)境承載能力、國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南[10]和研究區(qū)實(shí)際情況，最終構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表 2 資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 Table 2 Evaluation index system of resources and environment carrying capacity

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化及權(quán)重確定

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了消除各個(gè)指標(biāo)中不同數(shù)量級(jí)、量綱的影響，在分析數(shù)據(jù)前先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)

式(1)中：Z為樣本的標(biāo)準(zhǔn)化值；X為樣本的原始數(shù)值；Xmax和Xmin分別為樣本的最大和最小值[15]。

(2)權(quán)重確定

層次分析法(AHP)是目前采用最廣泛的方法之一，有較強(qiáng)的實(shí)用性與系統(tǒng)性，它能夠有機(jī)結(jié)合定性分析與定量分析方法，簡(jiǎn)化多目標(biāo)、無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜系統(tǒng)評(píng)價(jià)中的問題[16](表3)。

表 3 資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩比較矩陣與權(quán)重Table 2 Pairwise comparison matrix and weight of evaluation indexes of resource and environment carrying capacity

2.3 單因素評(píng)價(jià)方法

水土保持功能重要性評(píng)估采用修正通用水土流失方程(RUSLE)的水土保持服務(wù)模型開展評(píng)價(jià)[11]；海岸侵蝕現(xiàn)狀評(píng)估方法是在獲取不同時(shí)期岸線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在 ArcGIS 平臺(tái)下，根據(jù)數(shù)字岸線分析系統(tǒng)功能模塊( Digital Shoreline Analysis System，DSAS)[12]來計(jì)算監(jiān)測(cè)岸段的侵蝕速率( 或淤積速率)；水土流失敏感性評(píng)估根據(jù)通用水土流失方程的基本原理，選取降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度坡長(zhǎng)和地表植被覆蓋等指標(biāo)；植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)指綠色植物在單位面積單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用積累的有機(jī)物質(zhì)總量，扣除自養(yǎng)呼吸后剩余部分，其中朱文泉提出的CASA模型運(yùn)用較為廣泛[13]；生物多樣性維護(hù)功能是生態(tài)系統(tǒng)在維持基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)多樣性中發(fā)揮的作用，是生態(tài)系統(tǒng)提供的最主要功能之一。以生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)作為評(píng)估指標(biāo)，計(jì)算公式來源于《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地資源承載力

根據(jù)評(píng)分指標(biāo)權(quán)重，基于ArcGIS平臺(tái)，應(yīng)用柵格計(jì)算器，采用自然裂點(diǎn)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行劃分，土地資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為“低承載力”“較低承載力”“中等承載力”“較高承載力”“高承載力”5個(gè)等級(jí)，得到2014、2019年大嶼島的土地資源承載力空間分布圖(圖2)。

圖 2 土地資源承載力空間分布(a:2014年,b:2019年)Figure 2 Spatial distribution of land resource carrying capacity(a: 2014,b：2019)

結(jié)合圖2可知，2014年中等承載力面積所占比例最多高達(dá)65.93%，主要分布在該島嶼的東南地區(qū)以及中部地區(qū)，其次是較高承載力面積，占19.17%，主要是分布在東南地區(qū)的未利用地，2019年面積分布最廣依舊是中等承載力，降低為51.37%。2014—2019年變化最明顯的是較低承載力，從8.20%增加到40.46%，主要分布在東南地區(qū)，其次是較高承載力，從2014年的19.17%降低到2019年的4.43%。2014—2019年大嶼島整體上土地資源環(huán)境承載力呈降低趨勢(shì)，主要是當(dāng)?shù)剡M(jìn)行建設(shè)開發(fā)，導(dǎo)致建設(shè)用地增加。

3.2 生態(tài)承載力

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重情況，基于ArcGIS軟件，應(yīng)用柵格計(jì)算器，結(jié)合大嶼島的水土保持服務(wù)功能重要性、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力、海岸侵蝕、水土流失敏感性以及生物多樣性等評(píng)估結(jié)果，得到該研究區(qū)域的生態(tài)承載力評(píng)價(jià)結(jié)果。采用自然裂點(diǎn)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行劃分，將其劃分為“低承載力”“較低承載力”“中等承載力”“較高承載力”及“高承載力”5個(gè)等級(jí)，得到2014、2019年大嶼島的生態(tài)承載力空間分布圖(圖3)。

結(jié)合圖3，2014年生態(tài)承載力中，“較低承載力”所占比例最多，高達(dá)32.19%，主要分布在中部地區(qū)；其次是“中等承載力”，所占比例為28.41%；再次是“較高承載力”，占16.09%。經(jīng)過5年，2019年所占比例最多為“較高承載力”，高達(dá)25.13%，比2014年多出9.04%，主要分布在東南地區(qū)其次是“低承載力”和“中等承載力”分別占23.99%和19.08%，其中變化最明顯是“較低承載力”，從2014年的32.19%降低到2019年的14.06%，主要分布在中部地區(qū)。2014—2019年大嶼島生態(tài)承載力整體呈持續(xù)增加的情況，導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是該地區(qū)的凈初級(jí)生產(chǎn)力、水土保持服務(wù)呈遞增趨勢(shì)且差異較為明顯，水土流失敏感性雖呈遞增趨勢(shì)但差異不大，生物多樣性雖呈遞增趨勢(shì)但由于大嶼島生物資源并不多因此權(quán)重較低。雖然生態(tài)承載力整體呈持續(xù)增加趨勢(shì)，但達(dá)到某一情況將會(huì)下降，因此需適度開發(fā)。

3.3 資源環(huán)境承載力

根據(jù)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重情況，基于 ArcGIS 平臺(tái)，通過對(duì)水土保持服務(wù)功能、海岸侵蝕以及水土流失敏感性等生態(tài)要素以及高程、坡度等土地資源要素的疊置分析，得到大嶼島資源環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果。采用自然裂點(diǎn)法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行劃分，將其劃分為“低承載力”“較低承載力”“中等承載力”“較高承載力”“高承載力”5個(gè)等級(jí)，得到2014、2019年大嶼島的資源環(huán)境承載力空間分布圖(圖4)。

圖 3 生態(tài)資源承載力空間分布(a:2014年，b:2019年)Figure 3 Spatial distribution of ecological carrying capacity(a: 2014，b：2019)

圖 4 資源環(huán)境承載力空間分布(a:2014年，b:2019年)Figure 4 Spatial distribution of resource and environmental carrying capacity(a: 2014，b：2019)

結(jié)合圖4可知，2014年“較高承載力”面積分布最廣，所占比例高達(dá)43.29%，其次是“中等承載力”“高承載力”所占比例接近，分別為23.91%、22.89%；2019年“較低承載力”所占面積比例最大，從2014年的7.56%增加到2019年的37.27%，承載力減少變化最大為“較高承載力”，從43.29%減少到12.23%，承載力增加變化最大是“較低承載力”，從2014年的7.56%增加到2019年的37.27%。2014—2019年，該島嶼整體資源環(huán)境承載力持續(xù)遞減，導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于開發(fā)建設(shè)發(fā)展，該地區(qū)的土地資源承載力持續(xù)降低且差異較為明顯，生態(tài)承載力雖呈遞增趨勢(shì)但較土地資源承載力差異較小。

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)在國土空間規(guī)劃中處于重要地位，本研究借鑒自然資源部“雙評(píng)價(jià)”指南[10]，基于大嶼島的具體情況以及數(shù)據(jù)可獲得性，圍繞土地資源與生態(tài)等兩方面構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)一步分析評(píng)估大嶼島2014年與2019年資源環(huán)境承載力的動(dòng)態(tài)變化。目前的相關(guān)研究偏于靜態(tài)評(píng)價(jià)[17-20]，本研究對(duì)無居民海島開發(fā)前后的資源環(huán)境承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，對(duì)無居民海島保護(hù)及保障設(shè)施建設(shè)規(guī)模與總體布局具有指導(dǎo)作用。

本研究以島嶼為研究尺度，突破省、市、縣域等宏觀尺度[21-24]，評(píng)價(jià)尺度更為細(xì)致，有助于落實(shí)國土空間規(guī)劃工作的實(shí)施。但是不同尺度的評(píng)價(jià)，采用不同的大小評(píng)價(jià)單元，會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，具有明顯的尺度效應(yīng)。因此，如何選擇合適的研究尺度以及實(shí)現(xiàn)不同層次研究成果有效銜接與統(tǒng)一，在今后的研究中尚需進(jìn)一步深入。而且資源環(huán)境是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，研究資源生態(tài)環(huán)境要素之間的相互作用機(jī)制和分析其變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，識(shí)別區(qū)域承載力的短板和限制因素，與國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果合理耦合，更好地服務(wù)于國土空間規(guī)劃，這些是未來關(guān)注的重點(diǎn)。

4.2 結(jié)論

分別從土地資源承載力和生態(tài)承載力兩單因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并綜合分析資源環(huán)境承載力的結(jié)果，總結(jié)其規(guī)模、結(jié)構(gòu)以及地理分布規(guī)律，掌握研究區(qū)域的資源稟賦、環(huán)境本底和生態(tài)條件，進(jìn)行平潭大嶼開發(fā)前后的資源環(huán)境承載力評(píng)估，對(duì)研究無居民海島保護(hù)及保障設(shè)施建設(shè)的規(guī)模與總體布局具有參考價(jià)值。具體結(jié)論及建議如下 ：

(1)研究結(jié)果表明2014年大嶼島整體的資源承載力分布面積最廣的是“較高承載力”，2019年大嶼島整體的資源承載力分布面積最廣的是“較低承載力”，上升趨勢(shì)變化最大的是“較低承載力”，從開發(fā)前的7.56%增加到開發(fā)后的37.27%。下降趨勢(shì)變化最大的是“較高承載力”，2014年所占比例為43.29%，減少到2019年所占比例12.23%，大嶼島開發(fā)前后整體資源環(huán)境承載力持續(xù)遞減。由此可得，現(xiàn)有整體開發(fā)布局具有一定合理性，但現(xiàn)狀仍有超過一半的開發(fā)區(qū)域?qū)傧拗苹虿贿m宜開發(fā)區(qū)域，因此需將此部分開發(fā)區(qū)域內(nèi)的開發(fā)活動(dòng)向資源環(huán)境承載力更高的地方進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)移，減少島上限制或不適宜開發(fā)區(qū)域內(nèi)的建設(shè)面積，對(duì)于島上新的建設(shè)活動(dòng)規(guī)劃也應(yīng)避開此類區(qū)域，使開發(fā)空間得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

(2)對(duì)比開發(fā)前后，適宜開發(fā)位置基本不變，但部分開發(fā)前的不適宜開發(fā)地區(qū)轉(zhuǎn)為開發(fā)后的限制開發(fā)區(qū)，說明2019年以后開發(fā)潛力增大。今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)與國內(nèi)外知名海洋科研院校合作，加快推進(jìn)海洋科研院校、海洋技術(shù)研究中心、海上實(shí)驗(yàn)室等海洋科研創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)，努力建設(shè)成為全省海洋高科技人才隊(duì)伍培養(yǎng)的高地和海洋高技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用轉(zhuǎn)化的前沿陣地。同時(shí)，還應(yīng)科學(xué)劃分實(shí)驗(yàn)區(qū)，保證科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)區(qū)的用海需求，嚴(yán)格限制非實(shí)驗(yàn)區(qū)的用海需求，嚴(yán)格控制建設(shè)用地增量。禁止在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)從事與研究?jī)?nèi)容無關(guān)的開發(fā)活動(dòng)，禁止損害海洋生態(tài)環(huán)境的開發(fā)利用活動(dòng)，打造中國重要的海洋科研與海洋技術(shù)示范基地，努力建設(shè)集科研、示范、休閑、旅游、生態(tài)為一體的先進(jìn)海洋科技島。

(3)在完善監(jiān)管體系方面，需構(gòu)建無居民海島管理制度體系，制訂大嶼島有償使用、大嶼島權(quán)屬管理和監(jiān)督檢查等配套辦法，推進(jìn)海島執(zhí)法，提高巡查覆蓋率，協(xié)調(diào)各部門之間的監(jiān)管職責(zé)，做到科學(xué)高效的管理。同時(shí)，還應(yīng)健全激勵(lì)制度或政策，鼓勵(lì)公眾更多地參與到無居民海島的保護(hù)過程中來，增強(qiáng)公眾的海島保護(hù)法律意識(shí)，形成保護(hù)海島以及保護(hù)環(huán)境的良好社會(huì)風(fēng)氣。