盖 美 张 策
1.辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心 大连 116029
2.辽宁师范大学 地理科学学院 大连 116029
环渤海地区已逐渐形成一个独立、完整的蓝色经济体系，成为北方经济发展的重要驱动力和区域高质量发展的增长点。2018年环渤海经济圈GDP总量达到21 8361.26亿元，占全国GDP总量近1/4；
2019年，包括渤海湾在内的北部海洋经济圈海洋生产总值26 360亿元，占全国海洋生产总值的比重为29.5%。然而随着经济快速发展，日进频繁的海洋活动加重了海洋负担，在海洋经济转型发展的背景下，该地区面临着巨大的资源短缺和环境污染现状。国家发展改革委曾印发《环渤海地区合作发展纲要》[1]对京津冀协同发展和区域发展总体战略作出重要指示；
十九大报告[2]明确指出，应提高海洋资源开发能力，顺应国际海洋事务发展潮流，推动海洋经济向质量效益型转变。
纵观已有文献，国内外学者在海洋生态环境评价、海洋生态环境影响因素及海陆统筹治理等方面的研究取得一系列进展，国内外关于海域环境的研究主要集中在以下三个方面：（1）以多种方法从多维度、多视角进行海洋环境质量评价[3-10]；
（2）以城市经济活动为重心探索海洋生态环境影响因素[11-13]；
（3）建立耦合模型探索海洋生态文明和社会发展系统的关系[14-21]。但由于海域系统具有动态性和不确定性的特点，现有研究中大都基于单指标、单系统间的纵深研究，对海域环境、资源、经济等系统间的横向交叉性研究较少；
已有文献对海域整体系统的协调性研究大多集中在海域环境与海域各系统的协调发展方面，但陆源污染是海域环境污染的重要来源，必须重视陆地系统与海洋环境系统的关联性。
因此，研究海洋生态环境同陆地“经济-科技-环境-社会”四元复合系统的耦合协调关系，无疑是促进海洋可持续发展和社会高质量发展新的突破点。本文在已有研究的基础上，着重分析海洋生态环境污染机理，针对环渤海地区17个城市构建海洋生态环境的评价体系，测算分析其2008－2018年的海洋环境发展水平并揭示其时空演变规律，再基于陆海统筹的理论基础和海陆系统耦合相关机理，深入研究环渤海地区“经济-科技-环境-社会”四元系统指标体系对各市海洋环境发展水平与陆地子系统间的耦合协调度，运用灰色关联度模型剖析单因素陆源因素对海洋环境质量水平的影响，旨在为环渤海地区未来科学高效发展提供有益参考。
1.1 熵权-TOPSIS法
首先采用极值法将海洋环境质量体系中的初始指标规范化，基于AHP法和熵权法进行综合赋值并建立加权规范化评价矩阵，分别计算不同年份评价向量到正、负理想解的距离，得出历年评价对象与最优方案的贴进度得分，即各市海洋环境发展水平得分U。
1.2 灰色关联分析模型
通过灰色关联分析模型，以参考数据列和若干个比较数据列的几何形状相似程度来判断海洋环境发展水平与陆地系统各指标的关系其联系是否紧密，以此分析环渤海海洋环境的陆源影响因素。首先，选取依据方法1所得的各市海洋环境发展水平得分U为母系统，记为{y0（k）}，选取陆地经济子系统、陆地科技子系统、陆地环境子系统、陆地社会子系统四个子系统指标为子系统，记为{yi（k）}，构建灰色关联模型εi（k），并求关联度ri（k）。
式中：εi（k）为母系统对子系统在k时刻的灰色关联度；
ρ为分辨系数，取值为[0，1]，本研究取0.5。当0＜r≤0.35时，关联度较弱；
当0.35＜r≤0.65时，关联度适中；
当0.65＜r≤0.85时，关联度较强；
当0.85＜r≤1.00时，关联度极强。
1.3 耦合协调度模型
本文参考相关研究[22-23]，引入离差模型求解海洋环境与陆地“经济-科技-环境-社会”四个子系统的耦合协调水平。首先依据方法1所得海洋环境发展水平得分为U，再将环渤海地区陆地系统分为经济X、科技Y、环境T、社会Z四个子系统，引入二元耦合协调度模型，评价海洋环境发展水平和各子系统的相对发展状况：
式中：C为离差系数，U为海洋环境系统指数，X为陆地经济子系统指数， （X可以替换为Y陆地科技子系统、Z陆地环境子系统、T陆地社会子系统）。耦合协调度公式表示为：
其中，T为陆地子系统同海洋环境系统综合评价指数，T=α*H+β*J，α、β为待定系数，借鉴以往研究成果取α=β=0.5。本文将陆地系统与海洋环境系统耦合协调类型进行划分：
表1 描述性统计结果
2.1 环境质量评价指标与分级标准设定
遵循指标体系构建的科学性、可操作性、层次性等原则，参照国内外海洋环境评价标准，本文从污染排放、污染治理和环保投资3个方面选取评价指标，将海洋环境质量评价指标体系分为目标层、要素层、指标层3个层次，共选取7项指标对我国环渤海17个沿海城市海洋环境质量进行系统评价。
本文所有数据均来源于2008－2018年的《中国海洋统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》、以及各省市统计年鉴和统计公报，部分缺失数据采用线性拟合法进行估算。本文依据全国海洋环境指标状况并参照各沿海经济带的分级标准[10-11]，将环渤海地区海洋环境发展水平得分划分为如下三个等级。
图1 环渤海海洋环境质量评价指标体系
表2 海洋环境发展水平得分等级划分
2.2 海洋环境与陆地四元系统耦合协调机理分析
陆地子系统影响着海洋生态环境的发展，高效的海洋经济、蓝色的海洋生态环境系统又为人类社会发展提供广大的发展空间和资源发展的基础，因此沿海城市的高质量发展必须重视陆海统筹的思想，综合考虑海洋和陆地的经济、生态以及社会功能，处理好两个系统间的关联性从而实现陆海高质量资源优势互补。从图2可见，陆地系统、海洋系统和综合治理系统共同作用于海洋环境系统，健康的海洋系统应是一个海洋资源可持续、资源配置合理、开发利用和治理保护坚持全局性、长远性和稳定性的综合体系。因此，应立足于地理学中的机理-响应研究范式，首先对地区海洋环境进行科学评价，再根据相关研究选取陆地子系统中会对海洋生态产生影响的指标，基于海洋环境机制原理来寻求影响海洋环境质量的相关影响因子。
1.5 统计学分析 采取SHEsis在线软件对试验数据进行连锁不平衡以及HWE检验分析，对早产儿脑瘫组以及对照组之间ATG5基因中的5个多态性位点的单倍型频率、等位基因频率以及基因型频率进行比较分析。计量资料表示，组间比较采用单因素方差分析或重复测量的方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；
计数资料(%)表示，χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。
图2 海洋环境污染相关关系机理分析
当前，在高质量发展的背景下，陆地系统形成由经济-科技-环境-社会子系统相互联系的动态复杂系统。考虑到数据获取的难易程度和数据全面性、影响程度是否显著等原因，本文分别选取了如图3所示的影响海洋环境发展指数的因素：
图3 环渤海地区陆地系统指标体系
（1）经济子系统对海洋环境的影响主要通过产业规模及产业结构等因素的变化来体现：通过农业非点源污染进入海洋环境的氮磷使海水水质恶化；
第二、三产业比重直接决定工业废水排放量和固体废弃物排放量；
另外，经济资金又可以为海洋环境污染提供充足的物质保障和资金、人力支撑。
（2）科技子系统对海洋环境的污染的影响主要是通过开发新技术使经济高质量发展，废水排放量减少，持续改善海洋环境。其中，本文以地区科研机构数量、科研机构人数、科研论文数综合确定地区综合的科研水平（B1），加上海洋科研课题应用数和万人发明专利授权量指标综合说明地区科技子系统水平。
（3）陆地系统、海洋系统共同作用于海洋环境系统，而陆地系统和海洋系统又通过大气循环和水循环相互作用，因此陆地环境子系统与海洋环境的关系十分紧密。选取农用化肥施用量、建成区绿化覆盖率、垃圾无害化处理率定量研究陆域环境子系统和海洋环境子系统的相互性。
（4）社会子系统主要通过人口、城市化率等因素影响海洋生态环境。随着社会经济发展，地区人口数量和居民素质决定了城市化水平和城市生活污水排放量，生活污染物通过河流等进入海洋会造成污染。
3.1 环渤海海洋生态环境时空演变分析
3.1.1 时序分析
为避免主观误差，本文以2008、2013、2018三年为重要时间节点，引入核密度函数模型[24]分析中国海洋环境发展水平得分。当得分处于[0.8－1.0]时，中国海洋环境发展水平较高；
当[0.6－0.8]区间时，中国海洋环境发展水平较一般；
当其处于[0－0.6]区间时，其水平极低。但是由于数据差距较小，各时间节点上部分城市名次波动较大。其中，研究期始末：2008年潍坊、滨州、青岛、天津得分较高，2018年沧州、青岛、天津、唐山。总体来看，山东省和河北省总体数据较高，沿海城市环境发展水平较高，而辽宁省部分城市还是处于较低水平。
由于受到2008年金融危机影响的特殊性，经济发展水平的停滞也相应体现在无法保证对于海洋环境的科学利用和有效保护，如图4所示，2008年曲线主峰较宽，环渤海各城市海洋环境总体水平较差，然而各区间城市数量较平均，海洋环境发展水平大多处于中等水平；
2013年出现了宽峰形向尖峰形发展的趋势，工业废水达标，高值区省份发展进一步提高，各城市发展水平差距越来越大，这与党的十八大作出了建设海洋强国的重大部署，各地为把握时代特征和世界潮流，在海洋开发利用和治理上实施积极有效措施息息相关；
2018年，主峰进一步增高、且尖锐，波峰对应得分在大约0.80左右，低水平所对应的核密度在下降。由此可见，在研究时段内，各城市总体海洋环境质量，保持稳步增长的良好态势体现出海洋高质量发展，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系的要求。
图4 环渤海地区海洋环境发展水平得分
3.1.2 空间分布
图5 环渤海地区海洋环境发展水平空间演化示意图
从省级尺度分析，山东省和辽宁省各市海洋环境水平相对良好，而河北省各市得分相对较低。研究期始，海洋生态环境发展水平达到一级的城市仅为2个，均分布在山东省；
大多城市处于二级水平，而三级水平城市仅有1个。而研究期末，海洋生态环境发展水平达到一级的城市达到6个，山东、河北、辽宁省均有分布；
部分城市处于二级水平，数量有所下降且城市得分向一级城市数据靠拢。依据各城市指标计算，2008年环渤海地区有潍坊和威海两个城市海洋生态环境处于一级水平；
2013年除威海市外，大部分城市海洋生态环境处于二级水平；
2018年由于经济发展水平高、生态环境保护投资力度大得分较高，入海污染物受到有效控制，锦州、天津、沧州、东营、日照的海洋生态水平都提高为一级水平。
近年来，全国各地积极推动海洋生态经济发展，其中威海三年海洋生态环境水平都处于一级水平，海洋环境发展指数均值为0.8805。“2020年海洋生态经济国际论坛”曾在威海举行，提出了构建产业生态化生态产业化路径下的海洋生态经济体系，为推动海洋生态资源生态价值向经济价值的转变奠定了良好基础，为国内外海洋生态经济发展提供了可复制可推广的典型经验，威海的自然岸线保有率达到47.2%，海洋功能区达标率100%，并在海洋生态经济方面探索“产业生态化生态产业化”的实现路径。从原始数据来看，该市污染排放各指标数值极低是其影响最终得分偏高的关键，在部分沿海城市工业废水入海量超2－3万吨以上时，威海的数据仅为2－3千吨且逐年降低，由此可得良好的海洋生态资源既是推动海洋经济高质量发展的基本前提，蓬勃的海洋生态经济也是海洋经济自身重要的组成部分。
另外，葫芦岛市2008－2018年海洋环境发展水平得分为0.629 4，且在2013、2018两个拐点年居于三级发展水平，表现为污染排放极大，污染治理能力弱，环保投资极少。葫芦岛市目前共有主要入海河流11条，其中市环保局重点监测4条，葫芦岛城区三条入海河流（茨山河、连山河、五里河）作为该市极大的海洋污染源其水质全部为劣Ⅴ类，下游氨氮、总磷、化学需氧量超标。曾报道，通过水样监测分析显示污水中氨氮含量为41 mg/L，超出地表水质量标准规定的Ⅴ类水质标准20.5倍，挥发酚超标10.6倍，化学需氧量超标6倍，而且当地财力有限，缺少配套的污水处理厂生活，污水直排重金属污染堪忧。
3.2 环渤海海洋生态环境影响因素识别
3.2.1 单因素影响因素识别
灰色关联度[30,31]在解决综合评价问题时，通常选定每个指标或时间段中所有子序列中的最佳值组成的新序列为母序列。海洋本体条件的动态性和不稳定性较高，随着人类开发海洋资源的规模日益扩大，海洋环境已受到人类活动的影响和污染。陆地“经济-科技-环境-社会”四大系统内的单因素指标高低与海洋环境质量水平具有相关性。因此根据研究结果，本文选择以环渤海地区17个城市单元所构成的整体海洋环境质量为研究对象，以2008－2018各地区各年份海洋环境得分均值与陆地四子系统各指标为研究数据，从而得到关联度矩阵（表3）。在具体指标层面，关联度数值分布在区间[0.713 3，0.975 0]，关联程度从中度关联到高度关联均有分布。按关联度从高到低的顺序，与海洋环境发展水平得分U关联度前4个依次是农用化肥施用量 （C1）、第一产业从业人员数量（D2）、垃圾无害化处理率（C2）、建成区绿化覆盖率（C2），此4组关联关系属于高度关联，在环境子系统、科技子系统、社会子系统内皆有分布。
表3 海洋环境系统与陆地系统关联度矩阵
陆地经济子系统的各具体指标与海洋环境发展水平关联度值位于区间[0.573，0.749]上，其中三产占比 （A3）与海洋环境系统相关性最强，二产占比（A2）与海洋环境系统相关性次强，这表明地区经济结构对影响海洋高质量发展具有重要意义。环渤海地区是我国重要的农业、重化工业、加工制造业、现代服务业基地，各地区间的产业层次具有一定梯度，为产业协作提供了内在动力，提高海洋环境发展水平需进一步加快发展第三产业，发展高新技术产业，遏制高污染企业的数量，产业结构合理才能有效调整保证海洋经济的高速发展和海洋环境的绿色化。地区GDP（A1）关联性最小，因为GDP之于海洋环境问题是一把双刃剑，随着GDP的增长环境生态会经历一个先增长后降低的过程，即库兹涅茨的EKC曲线。针对环渤海地区情况，陆地经济发展状况与海洋生态保护需要协调起来。陆地科技子系统与海洋环境发展水平关联度值位于区间[0.740 1，0.913 3]上，关联程度普遍处于高度关联区间，其中海洋科研课题应用数（B2）与海洋环境系统相关性最强。另外地区科研水平（B1），万人发明专利授权量（B3）的影响因子也达到了0.7以上，环渤海城市需要充分发挥市场配置资源的决定性作用和政府的宏观引导作用，构建环渤海地区数字化、宽带化、智能化、综合化、一体化信息基础设施发展。陆地科技水平的提高将有效促进海洋船舶工业、海水综合利用业等产业效益提高，加快环渤海蓝色海洋体系的建设步伐。沿海地区环境问题本就需综合考虑海洋和陆地的双系统生态状况，海洋环境水平与陆地环境水平是直接相关的系统，陆地环境系统与海洋环境发展水平关联度值位于区间[0.913 4，0.975 0]上，关联程度极高，其中农用化肥施用量（B2）与海洋环境系统相关性最强，另外两项指标也达到了0.9以上。陆地社会子系统与海洋环境发展水平关联度值位于区间[0.816 6，0.954 0]内，关联程度普遍较高，其中第一产业从业人员数量（D2）与海洋环境发展水平关联度高达0.954 0。这认证了随着社会化和城市化发展，城市化深度推进会通过集聚效应和技术进步效应对海洋污染产生积极影响，而城市化广度推进过程中所带来的人口规模的扩大会加剧海洋污染，此外产业结构和绿色技术未能转型升级也是城市扩张加剧海洋污染的关键因素所在。经济产业、社会人员分布和海洋环境发展之间形成相互反馈，将环渤海地区社会子系统建设得城乡统筹、发展协调、社会稳定、公平和谐对海洋环境质量有正向引领作用。
3.2.2 海陆间系统层影响因素识别
除了对环渤海地区17市的海洋发展水平进行评价，还应重视对海陆间系统关联性进行剖析，揭示海洋环境系统与地区经济-科技-生态-社会四元系统的耦合协调发展关系，从系统层识别环渤海海洋环境质量影响因素。从各城市耦合度研究期内均值来看，“海洋环境系统-地区科技系统”耦合度均值为0.637 4>“海洋环境系统-地区经济系统”0.553 4>“海洋环境系统-地区环境系统”0.445 6>“海洋环境系统-地区社会系统”0.355 2。仅从数据上看，环渤海大部分城市的海洋环境发展水平与地区科技子系统相关性最高且逐年上升，而大部分城市的海洋环境发展水平和社会子系统耦合度较低且逐年下降，呈现极度不协调的发展状态。鉴于此，选取2008、2013、2018三年份的数值进行分析，各子系统耦合度图表见图6－图9。
图6 海洋环境与陆地经济系统耦合度地域单元分异态势
图7 海洋环境与陆地科技系统耦合度地域单元分异态势
图9 海洋环境与陆地社会系统耦合度地域单元分异态势
从总体上看，研究期间环渤海各市海洋环境系统与地区经济系统的耦合度C处于[0.488，0.570]区间，耦合协调度较低。研究期始耦合度为最大值，随后呈下降趋势，相互作用减弱，系统间耦合协调度在缓慢下降证明，其系统间矛盾突出，陆地经济快速发展的同时，对海洋环境污染和治理投资也在不断加大。但由于耦合度均处于过渡区间，仍具有明显相关性。以天津市为例，作为环渤海城市群中唯一的特大城市中心城市，2018年全市生产总值为18 809.64亿元，拥有北方第一位的大港口天津港，产业比重也十分合理，而其海洋环境系统与地区经济系统的耦合度仅为0.5左右。以环渤海城市经济圈的发展现状来看，该区域“一体化”进程不足以及由此引发的难以形成统一市场，产业链条分割严重和地方保护主义盛行等问题。因此，必须重视陆地经济系统中，如海水养殖业、滨海旅游业、海上制造业等排放的污染物对海洋环境的影响。
图8 海洋环境与陆地环境系统耦合度地域单元分异态势
环渤海海洋环境系统与地区科技系统的耦合度在2008、2013、2018分别为0.608 5、0.633 5、0.621 0，呈波动上升趋势，系统间从基本协调到初级协调，基本处于可接受区间的良好协调发展类。党的十四大报告中提出要加快环渤海地区的开发、开放，其中科技发展起到极为重要的引领作用。如威海市“海洋环境系统-科技系统”耦合均值在0.75左右，在各城市中排名水平较高，该市极其重视吸引高水平、专业化机构参与海洋科技城建设，同中科院海洋大科学研究中心等建立广泛合作。环渤海地区是中国最大的工业密集区，是中国的重工业和化学工业基地且受到京津两大直辖市的辐射影响，科技力量强大、高校众多、人才优势与资源优势突出。在大数据时代，科技水平提高、高新技术发展可以使污水处理利用率、海洋资源利用率有效提高，使系统间达到一定规律的协调，提高海洋生态环境水平。
环渤海海洋环境系统与陆地环境和陆地社会系统的耦合度都普遍偏低，各城市耦合度均值为0.4456和0.3552，但是环渤海地区海洋环境-陆地环境的耦合度呈上升趋势，由2008年的0.397逐年上升为2018年的0.4474，相反海洋环境-陆地社会的耦合度逐年下降，由2008年的0.3812逐年下降为2018年的0.2961，环境污染治理投资低，城市化水平低显著影响着地区海洋环境水平得分，海陆环境协调性降低，导致系统间矛盾增加。部分发展较好的城市海洋环境系统与陆地环境和陆地社会系统的耦合度偏低，如大连和青岛，其原因是陆地部分系统指标度较好，但是海洋环境的发展水平由于经济高速发展的工业废水入海量和化学需氧量总排放等负向指标较高，而使得系统间耦合度发展偏低、较不协调。而东营市由于城市化水平较低、社会系统得分较低，导致两系统耦合发展度较低。因此，城市化水 平、人口结构、居民素质等因素都会影响海洋环境的质量，协调好陆地社会系统和海洋环境的关系，需要科学规划城市建设。
以上为环渤海海洋环境系统与陆地四元系统的总体变化情况，由于在发展过程中还会受到社会政策、自然条件、发展历史等因素的影响，各地域单元各子系统间相互作用耦合度曲线所以有的地区并不完全遵循此曲线变化，发展阶段以及耦合协调水平差异较大，表现出不同的耦合态势，但耦合度大多居于可接受区间内。
本文通过对环渤海地区17个城市海洋生态环境进行评价，构建地区海洋环境和陆地系统指标体系，对各市2008－2018年海洋环境质量的时空演化特征进行研究，并运用耦合协调度模型和灰色关联度模型对单因素和系统层影响因素进行识别，得到主要结论如下：（1）环渤海地区海洋环境质量总体向良性转变，研究期间均值由0.725 7到0.792 5，但各城市海洋环境水平差异较大；
（2）运用灰色关联分析可得，农用化肥施用量、第一产业从业人员数量、垃圾无害化处理率、建成区绿化覆盖率与海洋环境系统高度相关，环境子系统、科技子系统是影响海陆系统耦合发展水平的主导关系层；
（3）在海洋环境系统与陆地经济-科技-生态-社会四元系统的耦合协调发展关系中，海洋环境系统-地区科技系统的相关性最大、耦合水平较高，海洋环境系统-地区社会系统相关性最小、耦合水平最低，需要进一步重视陆海统筹发展。
根据对海洋生态环境影响因素的识别，本文对环渤海沿海城市未来发展提出以下建议：（1）由于农用化肥施用量、第一产业从业人员数量、垃圾无害化处理率、建成区绿化覆盖率等单因素会对海洋环境质量造成影响，各市政府应该加强污染源控制，天津、大连、青岛等发展较好的城市，应发挥经济和科技优势，积极推进污染控制、生态保护、风险防范，实现海洋污染的区域联防联控；
而东营、日照、秦皇岛等城市应通过借鉴陆域污染治理的经验与方法，减少农业及工业面源污染负荷。
（2）从海陆间系统层影响因素来看，需准确把握陆域和海域生态环境治理的整体性、系统性和联动性，建立陆海统筹的海洋生态环境监测与监督执法体系[32]，注重海洋经济和陆地经济的高效发展、海洋环境和陆地环境的绿色协调，充分发挥环渤海地区的发展潜力和综合优势，切实改善环渤海地区海洋生态环境。加强环渤海区域合作，发挥沿海城市化推进对海洋污染防治的正外部性影响，推进环渤海海域的绿色高质量发展。
猜你喜欢环渤海地区环渤海耦合度火出圈了！2000亿尾的环渤海虾苗圈跑出了一匹黑马当代水产(2022年5期)2022-06-05基于ARIMA模型的环渤海典型城市生活垃圾产量预测研究环境工程技术学报(2022年3期)2022-06-05双速感应电机绕组耦合度研究防爆电机(2022年1期)2022-02-16环渤海地区设施蔬菜土壤障碍与治理措施中国土壤与肥料(2021年5期)2021-12-021989—2019年环渤海地区养殖池的空间变化特征海洋通报(2021年1期)2021-07-23环渤海港口群内港口竞争与合作研究商情(2017年19期)2017-07-14京津冀协同发展中海洋产业链的构建研究河北经贸大学学报(2017年1期)2017-02-06合并高校耦合度测评模型的构建时代金融(2016年29期)2016-12-05环渤海地区参与东北亚区域经济合作的对策建议中国市场(2016年25期)2016-07-05知识产权的创造能力与保护能力的耦合评价商场现代化(2016年1期)2016-03-18