一、引言

生态安全是土地、海洋、大气等多个相互联系的生态系统安全状况的总称，更是一种对人类在生存、健康、必要资源利用，以及适应环境变化等多种情况下不受威胁状态的描述，包含自然环境、经济等不同方面，^{[1](P188-190)}生态安全研究是近年来可持续发展研究的重要范式。伴随着陆地资源短缺和人们饮食结构的改善，海洋渔业对我国食物供给的支撑作用得到明显提升，海洋渔业生态安全研究正在成为生态安全研究的新方向和重要内容。2017年，我国海水产品产量高达3321.74万吨，约占水产品总量的51.51%，渔业生产总值达26741.22亿元，比1979年增长约450倍。有学者对海洋渔业食物供给能力进行定量运算，指出2016年海洋渔业可提供蛋白质量达266.21万吨，可代替粮食(原粮)9188万吨，代替肉类(猪肉)2297万吨，并节约淡水758亿吨和耕地2.53亿亩，^[2]海洋的“蓝色粮仓”和资源节约作用均得到显著发挥。海域资源和环境是海洋渔业生产的基础，然而在海洋渔业经济快速发展的同时，近海渔业资源严重衰退、海洋环境污染加重、海洋渔业生态系统恶化等问题突出，^[3][4][5]不仅影响生态系统自身的生态服务功能，还会对产业的生态安全造成损害，甚至制约海洋渔业经济的可持续发展。在此背景下，守住海洋渔业生态底线，把握区域内海洋渔业生态经济系统所处状态以及识别系统运行过程中存在的问题，对我国海洋渔业生态经济的健康长期发展具有重要意义。

目前，不少学者对生态安全问题展开了深入研究，已涵盖农业、林业、草原、区(省)域等众多领域。^{[6][7][8][9][10][11]}近年来，伴随着海洋经济和战略地位的不断提升，海洋领域生态安全研究逐渐得到重视。从文献来看，多数研究关注于海洋生态安全的定义以及海洋生态系统自身的健康水平，^[12][13][14]并在对海洋生态安全进行评价时初步纳入了经济考核指标。^[15]但是，针对于海洋渔业生态安全问题仍鲜有研究涉猎，且已有海洋生态安全研究尚未考虑人类的社会经济活动对生态环境的反作用，即生态子系统和经济子系统相互作用的共生关系，无法充分发挥生态安全预警的关键作用。基于此，本文立足于整个海洋渔业生态经济系统，把该复合系统视为海洋渔业生态系统和海洋渔业经济系统的有机整体，从两个子系统的共生关系出发，对我国海洋渔业生态安全的整体水平以及时空演变特征进行测度和分析，并为各地区海洋渔业生态安全的管控提供参考思路和具体建议。

二、海洋渔业生态安全的L-V模型及其算法 (一) 海洋渔业生态安全测度的L-V共生模型

生态安全不仅是指区域内的自然资源能否健康可持续地支撑社会经济发展，也涵盖了社会经济发展是否会对自然环境造成巨大伤害，是对生态和经济共生关系的一种描述。^[16]生态安全测度的传统方法主要为指标体系法和特征指数法两大类，^{[17][18] [19][20]}两种方法各有优劣。指标体系法中各单项指标被赋予了明确的生态涵义，有助于追根溯源，分析生态安全问题成因，但经过无量纲处理后，其综合指标往往缺乏实际意义，且指标权重的主观性较大。特征指数法保证了顶层指标的生态经济含义，但在单项指标转换成特征指数时抹去了基本指标自身的参考价值，造成一部分信息丢失。为了将上述两种方法的优势进行结合，首先应建立海洋渔业生态经济复合系统的共生分析模型。

在美国生态学家Lotka和意大利数学家Volterra所建立的Lotka-Volterra模型(简称L-V模型)中，两物种种群间共生关系借助微分方程动态系统模型得到了较为充分的阐释。在生态学理论中，生物群内中的不同生物有各自独特的生存领域及生态位置，同时空间内的不同物种相互影响，息息相关，存在共生、竞争、寄生等多种生态关系。当生物群整体的环境容纳量在一定时间内维持相对平稳的状态时，一个物种个体数量的增加必然会造成其他物种剩余环境容纳量的变动，每个物种只有占据了自身有利的生态位置，才能在此环境中生存下去。类似地，在海洋渔业生态经济系统中，经济子系统(I)和生态子系统(E)都以海洋资源为发展前提，二者存在资源竞争特性，两个子系统的发展水平会因为另一方的存在而受到限制，与L-V模型研究同一环境容量下不同主体的相互作用关系有异曲同工之处。同时，海洋渔业经济和海洋渔业生态两个子系统的变化会对海洋资源和环境容纳量产生影响，并进一步反作用于二者的共生状况，这与L-V模型中的生态位原理相一致。因此，本文在以往研究的基础上，借助L-V模型将指标体系法和特征指数法进行耦合，既保证了综合指标能够有效保留其生态安全的意义，也能充分发挥单项指标的涵义，为海洋渔业生态安全水平变动的原因分析奠定基础。海洋渔业生态经济系统的L-V共生模型可表示为：

$ \frac{d I(t)}{d t}=r_{I} I(t) \frac{C-I(t)-\left(\alpha_{12}-\beta_{12}\right) E(t)}{C} $

(1)

$ \frac{d E(t)}{d t}=r_{E} E(t) \frac{C-E(t)-\left(\alpha_{21}-\beta_{21}\right) I(t)}{C} $

(2)

式中，I_(t)为区域内海洋渔业生态经济系统中经济子系统的经济水平指数；E_(t)为该复合系统中生态子系统的生态水平指数；C为二者共同赖以发展的海洋资源的环境容量指数；r_I为海洋渔业经济水平增长率；r_E为海洋渔业生态水平的增长率；α₁₂为海洋渔业生态对海洋渔业经济发展的竞争系数，表示二者之间的抑制作用；β₁₂为海洋渔业生态对海洋渔业经济发展的合作系数，表示二者之间的互惠作用；同理，α₂₁与β₂₁则为海洋渔业经济对海洋渔业生态的影响；α-β表示海洋渔业生态与海洋渔业经济的协同系数；t为第k年附近的时间变量。

(二) 受力指数及共生度指数测算

在海洋渔业生态经济系统中，经济子系统与生态子系统相互影响。S_I(k)为海洋渔业经济子系统受到海洋渔业生态影响的受力指数，数值为生态对经济协同系数的相反数；S_E(k)是海洋渔业生态子系统受到海洋渔业经济子系统影响的受力指数，符号与经济子系统对生态子系统的协同系数相反。为便于计算受力指数，本文对式(1)和式(2)式进行离散化处理，将第K年附近的环境容纳量与协同系数视为常数，可得海洋渔业生态经济系统的受力指数为：

$ S_{I}(k)=-\left[\alpha_{12}(k)-\beta_{12}(k)\right]=-\frac{\left[\varphi_{I}(k) C(k)-I(k)\right]}{E(k)} $

(3)

$ S_{E}(k)=-\left[\alpha_{21}(k)-\beta_{21}(k)\right]=-\frac{\left[\varphi_{E}(k) C(k)-E(k)\right]}{I(k)} $

(4)

其中，$ \varphi_{I}(k)=1-\frac{I(k+1)-I(k)}{I(k)} \times \frac{I(k-1)}{I(k)-I(k-1)}=$$ 1-\frac{r_{I}(k+1)}{r_{I}(k)}, \varphi_{E}(k)=1-\frac{E(k+1)-E(k)}{E(k)} \times$$\frac{E(k-1)}{E(k)-E(k-1)}=1-\frac{r_{E}(k+1)}{r_{E}(k)} $，分别代表了海洋渔业经济子系统与生态子系统的稳定程度。若S_I(k)(S_E(k))>0，意味着该子系统的发展得到促进作用，反之则为抑制作用。

为了直观地对海洋渔业生态安全进行定量测度，可根据受力指数构造海洋渔业生态经济系统的共生度指数S(k)，作为衡量海洋渔业生态安全水平的综合特征指数，即：

$ S(k)=\frac{S_{I}(k)+S_{E}(k)}{\sqrt{S_{I}^{2}(k)+S_{E}^{2}(k)}} $

(5)

式中，S_I(k)与S_E(k)分别代表两个子系统各自的共生受力系数，若二者同时为0，则经济子系统和生态子系统互不干预，相互独立，与实际情况不符，故不考虑。S(k)可反映海洋渔业生态子系统与经济子系统之间共生的优劣水平，具有明确的生态经济涵义。由L-V模型的性质可知，$S(k) \in[-\sqrt{2}, \sqrt{2}] $，数值越大，该复合系统的共生状态越理想，越趋于互利共生状态；数值越小，则子系统间的竞争互害作用越强，复合系统的共生水平和安全水平越低。然而，海洋渔业生态安全状况与共生度指数并不是简单的一一对应关系，根据双特征指数判断标准，需要同时借助S_I、S_E，以及S的数值大小，对海洋渔业生态安全级别和子系统间的共生性进行综合判断，可进一步划分为健康级、亚健康级、风险级、高风险级、危险级和康复级六个等级，具体划分标准如表 1所示。

三、指标体系构建与权重确定

本文根据海洋渔业L-V共生模型的计算原理，依次测度各省域的三个基本指数(经济水平指数I、生态水平指数E、环境容量指数C)、两个共生受力指数[S_I(k)、S_E(k)]，以及海洋生态和海洋渔业产业间的共生度指数S(k)。

(一) 指标体系构建

受海洋渔业数据获取的限制，很难实现真正全面的综合评价。本文在科学性、全面性、系统性等研究原则的指导下，根据上文海洋渔业生态经济系统的内涵以及本质属性，依次从海洋渔业经济子系统、生态子系统，以及承载二者发展基础的环境容纳量三个方面进行关键性指标的选择。海洋渔业的投入产出以及产业结构比例均能体现海洋渔业经济发展水平，可共同构建经济子系统发展水平估算指标体系；在海洋渔业发展需求以及资源环境状态的共同作用下，海洋渔业生态子系统所受到的压力可反映生态子系统的发展水平；除却衡量海洋渔业资源现有状态的指标之外，人类通过增加海洋水产技术推广经费等措施，一方面可以直接改善现有海洋渔业生态环境状态，另一方面可以减轻未来海洋渔业经济发展对资源环境造成的压力，促使受损生态环境尽快恢复，因此当前的海洋渔业资源环境安全状态以及人类为降低复合系统所受的损害而作出的积极努力都与海洋环境容量有关，可同时用作该指数指标体系的构建依据。参考其他生态安全和共生性评价文献，^[21][22]本文最终确定包含18个单项指标在内的海洋渔业生态安全评价指标体系(表 2)。

(二) 基于熵权法的指标权重计算

本文采用熵权法对三个基本指数进行赋权。熵权法可以避免人为因素的干扰，确保所得指标能体现绝大部分的原始信息，是一种较为客观的评价方法。^[23]设指标体系中有m个评价对象，n个评价指标，属性值X_ij(i=1, 2, …, m; j=1, 2, …, n)。

1、数据标准化处理

由于指标体系中包含海洋渔业生产总值等正向指标以及产业污染损失等负向指标，需对数据进行无量纲标准化处理，具体方法如下：

当指标为正向指标，此时指标值越大越好：

$ y_{i j}=\frac{x_{i j}-x_{j}^{0}}{x_{j}^{*}-x_{j}^{0}} $

(6)

当指标为负向指标，此时指标值越小越好：

$ y_{i j}=\frac{x_{j}^{*}-x_{i j}}{x_{j}^{*}-x_{j}^{0}} $

(7)

上式中，$ x_{j}^{0}=\min x_{i j}, x_{j}^{*}=\max x_{i j}(1 \leqslant i \leqslant m)$。

2、计算各指标熵值

对所有指标进行归一化处理后，根据式(8)、式(9)计算每个指标10个省域不同年份样本值的熵。

$ p_{i j}=\frac{y_{i j}}{\sum\limits_{i=1}^{m} y_{i j}} $

(8)

$ W_{j}=-k \sum\limits_{i=1}^{m} p_{i j} \ln p_{i j} $

(9)

式中，$ k=\frac{1}{\ln m}$，W_j为指标j的熵值，且当p_ij=0时，p_ijlnp_ij=0。

3、计算各指标熵权

$ h_{j}=\frac{1-W_{j}}{\sum\limits_{j=1}^{n}\left(1-W_{j}\right)} $

(10)

式中，h_j为指标j的权重。

本文相应的数据来源于2010-2016年的《中国海洋统计年鉴》《中国渔业统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国海洋生态环境状况公报》，由于上海市缺少海水养殖方面的关键数据，因此选取大陆地区除上海外的10个省域作为研究对象。价值型指标如海洋渔业生产总值等均已完成不变价处理。除此之外，本文引入海水养殖业中N、P、COD污染物的排放量等指标以衡量海水养殖对海洋生态造成的不利影响，主要借助产污系数对不同养殖方式下各类海产品污染物的排放量进行求和而得。其具体测算公式为：

$ \left\{\begin{array}{l} {E_{u, n}=\sum\limits_{i, j} Y_{i, n} w_{i, j, n} e_{u, i, j, n}} \\ {w_{i, j, n}=\omega_{j, n} r_{i, j} / \sum\limits_{j} \omega_{j, n} r_{i, j}} \end{array}\right. $

(11)

式中，E_{u, n}表示地区n从事海水养殖业产生污染物u(u=N，P，COD)的总量，Y_{i, n}表示地区n海产品i的产量，W_{i, j, n}表示地区n海产品i的产量中采用养殖方式j获得的产出占比，e_{u, i, j, n}表示地区n采用养殖方式j养殖海产品i产生污染物u的产污系数。由于W_{i, j, n}目前无法查得具体数值，故用各养殖方式的占比以及养殖方式类型进行推算，其中ω_{j, n}表示地区上述各种养殖方式占总产量的比例，r_{i, j}为虚拟变量，当海产品i能够采用养殖方式j进行养殖时取1，反之取0。不同海产品与养殖方式的对应关系参照《第一次全国污染源普查：水产养殖业污染源产排污系数手册》。

四、结果与讨论 (一) 基本指数测算

结合各指标对应熵权，以及通过式(6)、式(7)求得的标准化数值，可运用式(12)得到经济水平指数I、生态水平指数E、环境容量指数C三个基本指数的综合评价值：

$ Z_{i}=\sum\limits_{j=1}^{n} y_{j} h_{j} $

(12)

式中，Z为各项基本指数，y_j为指标j标准化后的数值。2009—2015年各省域海洋渔业生态经济系统共生度指数及评价具体结果如表 3所示，其变化趋势可通过图 1得到更加直观的反映。

由双特征指数安全水平判定标准(表 1)，进一步可得2009—2015年中国沿海各省域海洋渔业生态安全具体评价结果(表 4)。

(二) 中国沿海地区海洋渔业生态经济系统共生性及生态安全状况时空演变特征

2009—2015年，中国海洋渔业生态经济系统共生度指数变动较为明显，存在危险、高风险、亚健康、康复、健康等多种安全等级，健康状态居于主导地位并逐渐扩展。中国海洋渔业生态经济系统的共生性和生态安全状况在时间变化上阶段特征明显。2012年是重要时间节点，海洋局于当年公布《全国海洋功能区划(2011－2020年)》，在对我国所管辖海域未来的环境保护和开发利用作出整体规划和详细部署的同时，也对我国农渔业等八类海洋功能区进行了属性界定，为各地区海洋渔业的绿色生态发展奠定坚实基础，天津、河北等多个地区海洋渔业生态经济系统共生度得到显著提升。

中国海洋渔业生态经济系统的共生性和生态安全等级在空间上呈现较为分散的格局。值得注意的是，2009—2015年间，中国沿海10个省市的共生度指数最低为-1.389，濒临指数最低阈值，严重制约了区域内海洋渔业生态经济系统的可持续运行。海洋渔业经济的高速粗放发展以生态子系统的牺牲为代价，加剧了海洋资源的开发力度，区域的生态承载力受到极大冲击，海洋渔业生态经济系统正处于极度不安全状态。从区域比较上看，天津、河北、山东、广东、广西、海南等省市区海洋渔业生态经济系统的共生性趋于稳定，辽宁、浙江、江苏、福建的海洋渔业生态子系统和经济子系统共生度在波动中呈下降趋势。养殖方式不合理、养殖排泄物排放过量导致水体富营养化以及养殖水域污染受灾率高是中国沿海地区海洋渔业生态安全水平发生骤降的重要原因，尤其海水养殖生态系统中因食物来源单一，食物链无法正常发挥其作用而具有明显脆弱性，生态子系统的受力情况对海洋渔业生态经济复合系统的安全状态起到决定性作用。而对于生态安全水平逐渐维稳和改善的地区，在区域海洋渔业发展策略上也各不相同。天津、河北等地海洋渔业生态与经济子系统共生性的提高主要得益于海洋渔业发展过程中对海洋渔业产业进行结构调整、提升科技水平，以及减少海水养殖业污染物的排放；而海南省则恰好相反，区域内海洋资源环境良好，但海洋渔业经济发展水平较低，海洋资源尚未得到充分开发利用，在开发过程中更加注重海洋渔业的可持续发展，促进海洋渔业生态安全状况保持在较高水平。

五、研究结论与对策建议 (一) 研究结论

本文从生态和经济两个角度出发，在Lotka-Volterra模型的基础上构造了海洋渔业生态经济复合系统的动态共生模型，实现了由基本指数到经济(生态)受力系数再到共生度综合评价指数的共生耦合，并充分运用双特征指数判定标准，对中国海洋渔业生态安全水平进行了实证研究和分析。研究结果发现：第一，2009—2015年，中国海洋渔业生态安全水平以健康状态为主，但呈现明显的两极分化，部分省市多次跌入危险区域，近半数省市海洋渔业生态子系统和经济子系统共生性呈下降趋势，海洋渔业的快速发展和生态环境保护之间的矛盾仍不可小觑。第二，针对各省域海洋渔业生态经济系统的共生水平波动进行原因分析，区域内海洋渔业尤其是海水养殖业发展方式粗放、生产废物排放超出海洋渔业生态子系统自我调节能力范围以及渔业水体污染等是中国沿海地区海洋渔业生态经济系统共生性和生态安全等级出现大幅下降的重要诱因。另外，各省海洋水产技术推广力度以及渔政管理水平仍有待加强，技术成果转化率低，无法满足当前海洋渔业环境容纳量的自我修复和提升需求。

(二) 对策建议

1、转变海洋渔业经济发展方式，促进海洋渔业生态经济系统协调发展。未来中国沿海地区应以海洋生态环境保护为基本前提，同时提升海洋渔业经济子系统的生产效率和生产能力，大力发展现代海洋渔业经济，逐步向现代化养殖和海产品精深加工方向转化，进一步挖掘海洋渔业经济增长点，推动海洋渔业产业链发展，提升海洋资源利用效率及渔业工业化水平。优化海洋渔业产业结构和空间布局，适当改造发展方式粗放及污染严重的养殖项目，提升离岸、深远海养殖空间的比重，丰富海洋牧场、深水网箱、深水底播等多重现代养殖方式，缓解近海养殖压力。

2、加强对海洋渔业生态系统的保护和修复，为产业发展提供良好的资源保障。强化海洋渔业水域污染制度，严格遵循海洋污染物的排放标准，重视海洋自然保护区在维护海洋生态环境、保护海洋生物多样性中的重要作用。对于受损比较严重的海洋渔业水域，政府应加强对外源污染的监管和治理，同时针对内部污染问题有针对性地采取生物修复、化学修复或物理修复等多重修复技术，实现海洋渔业绿色可持续发展。

3、加大科研投入与技术推广力度，健全渔政管理机制。加强对海洋渔业潜力品种和资源新空间的探索，加大对相关科研院校和龙头企业的资金与政策扶持力度，鼓励其对新品种、新设备、新方法的研发。加强对水产技术推广人员的专业技能培训，充分利用渔业协会、水产协会等多类渔业中介服务组织，构建完备的技术服务支撑系统。提升渔政管理水平，明确各级渔政管理机构的职责和分工，严格把控海洋渔业资源的开发强度和环境承受阈值，使近海捕捞的“零增长”制度落到实处，达到海洋渔业经济与生态协同发展的良好局面。