中國海水養(yǎng)殖變化態(tài)勢和空間需求預(yù)測

張燕，于永海，袁道偉，蔡恒江，張瑞瑾

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023；3. 國家海洋局海域管理技術(shù)重點實驗室，遼寧 大連 116023)

海水養(yǎng)殖業(yè)在滿足居民日益增長的海產(chǎn)品需求方面發(fā)揮了重要作用[1]，隨著人們對水產(chǎn)品消費偏好和需求量的上升[2]，以及海洋水產(chǎn)品在食物生產(chǎn)體系中作用的提升[3]，海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)仍將面臨擴(kuò)張的壓力。然而，資源環(huán)境的剛性約束，各行業(yè)用海的激烈競爭[4-5]，導(dǎo)致海水養(yǎng)殖可利用范圍逐步縮減。唐啟升院士[6]提出重視水產(chǎn)養(yǎng)殖對發(fā)展空間的需求，確保養(yǎng)殖生產(chǎn)水域使用面積。因此，需“像重視耕地一樣”設(shè)置最小使用面積保障線，積極挖掘水體開發(fā)利用潛力，防止隨意擠壓水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展空間。劉大海等[7]借鑒基本農(nóng)田保護(hù)思路和海洋功能區(qū)選劃思想，進(jìn)一步發(fā)展了“基本養(yǎng)殖區(qū)”概念。韓立民等[8]借鑒基本農(nóng)田保護(hù)經(jīng)驗，提出了“藍(lán)色基本農(nóng)田”的概念。雖然，中國至今未制定類似基本農(nóng)田的基本養(yǎng)殖水域制度，但養(yǎng)殖水域是水產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地，具有重要的糧食保障功能。

海水養(yǎng)殖空間需求預(yù)測是海洋空間規(guī)劃、海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重要內(nèi)容，許多學(xué)者圍繞養(yǎng)殖用海需求預(yù)測展開了研究。肖惠武[9]應(yīng)用趨勢分析和灰色GM(1,1)預(yù)測模型，根據(jù)海水產(chǎn)品供需估算出 2015、2020 和 2025年所需漁業(yè)用海保有量。張宇龍等[10]采用AR模型、雙對數(shù)線性模型和GM(1,1)模型等不同數(shù)學(xué)模型，分析了中國海水養(yǎng)殖供給和需求平衡狀況，建立了養(yǎng)殖用海面積與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)函數(shù)，并根據(jù)產(chǎn)量需求估算出2020年海水養(yǎng)殖功能區(qū)面積保有量指標(biāo)。馬雪健等[11]依據(jù)海產(chǎn)品的消費需求和養(yǎng)殖單產(chǎn)來逆推養(yǎng)殖用海面積。以上研究基本思路均是以海水產(chǎn)品需求反推養(yǎng)殖用海規(guī)模，研究過程中需要進(jìn)行人口預(yù)測、人均海洋水產(chǎn)品消費水平預(yù)測、海洋水產(chǎn)品單位面積產(chǎn)量估算等，且以上預(yù)測涉及市場、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策等許多不確定因素的影響。目前，中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒、漁業(yè)統(tǒng)計年鑒已積累了海水養(yǎng)殖產(chǎn)量、海水養(yǎng)殖面積等方面的長時間序列數(shù)據(jù)，海水養(yǎng)殖變化的影響因素也會反映在數(shù)據(jù)中，可以基于時間序列數(shù)據(jù)建模進(jìn)行變量的跟蹤和預(yù)測，如張麗梅等[12-13]通過構(gòu)建MGM(1,n) 、ARMAV模型研究了中國水產(chǎn)品、海洋捕撈、海水養(yǎng)殖的產(chǎn)量。在以往研究的基礎(chǔ)上，本研究中從歷史時間序列數(shù)據(jù)入手，分析了中國海水養(yǎng)殖變化態(tài)勢，并采用Logistic曲線擬合趨勢外推進(jìn)行養(yǎng)殖用海空間需求預(yù)測，以期為國家海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、海水養(yǎng)殖用海管理提供參考。

1 中國海水養(yǎng)殖變化態(tài)勢

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中的數(shù)據(jù)包括全國海水養(yǎng)殖面積、海水養(yǎng)殖產(chǎn)量、海洋捕撈量、全國水產(chǎn)品產(chǎn)量，主要數(shù)據(jù)來源于中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒、中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒。

1.2 海水養(yǎng)殖產(chǎn)量動態(tài)變化

海洋水產(chǎn)品產(chǎn)量的統(tǒng)計包括了海水養(yǎng)殖產(chǎn)量和海洋捕撈量，1986年中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為85.759 2萬t，海洋捕撈量為389.614萬t，到2015年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)1875.627 7萬t，海洋捕撈量達(dá)1314.781 1萬t，海洋水產(chǎn)品從1986年的475萬t增加到2015年的3190萬t，年平均增長率達(dá)6.8%，海洋水產(chǎn)品成為居民食物的重要來源。對比海洋捕撈量與海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的時間序列數(shù)據(jù)，早期海洋捕撈在水產(chǎn)品供應(yīng)中具有重要貢獻(xiàn)，1999年之前海洋捕撈量占全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量的比例均在36%以上，1999年海洋捕撈量達(dá)到峰值為1497.62萬t，但由于長期的高捕撈強(qiáng)度和未得到改善的近海環(huán)境形勢，中國近海漁業(yè)資源衰退速度不斷加快，同年農(nóng)業(yè)部提出了近海捕撈產(chǎn)量“零增長”的生產(chǎn)目標(biāo)，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2000年之后海洋捕撈量比較穩(wěn)定且表現(xiàn)出下降趨勢；反觀海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的變化，1986年海水養(yǎng)殖僅占全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量的10.4%，之后海水養(yǎng)殖產(chǎn)量以及占全國水產(chǎn)品總量的比例持續(xù)增長，2006年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量首次超過海洋捕撈產(chǎn)量，至2015年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量比例達(dá)到28%，1986至2015年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的年平均增長率達(dá)11.2%，中國發(fā)展成為世界上海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)的國家之一，在中國水產(chǎn)品供應(yīng)中海水養(yǎng)殖產(chǎn)品的份額逐步提升。中國水產(chǎn)品總量、海水養(yǎng)殖產(chǎn)量、海洋捕撈量變化(1986—2015年)詳見圖1。中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量、海洋捕撈量在中國水產(chǎn)品中的比例變化(1986—2015年)詳見圖2。

圖1 中國水產(chǎn)品總量、海水養(yǎng)殖產(chǎn)量、海洋捕撈量的變化(1986—2015年)Fig.1 Total amount of fishery products, mariculture production and marine catch in China(1986—2015)

根據(jù)漁業(yè)統(tǒng)計，中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)品主要有5類，分別為貝類、藻類、魚類、蝦蟹類及其他類(海參、海膽等海珍品)，其他類自1999年開始統(tǒng)計，中國海水養(yǎng)殖不同種類產(chǎn)量變化見圖3。不同種類產(chǎn)量在海水養(yǎng)殖產(chǎn)量中的占比情況見表1。海水養(yǎng)殖產(chǎn)品中貝類產(chǎn)量最高，歷年來占海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的比例均達(dá)72%以上，其次是藻類，所占比例在10%以上，貝類和藻類產(chǎn)量呈逐年增長趨勢，但貝類占海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的比例呈下降趨勢，藻類占海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的比例比較穩(wěn)定；魚類和蝦蟹類產(chǎn)量相當(dāng)，海參、海膽等海珍品產(chǎn)量較低，魚類、蝦蟹類和其他類(海參、海膽等)的產(chǎn)量和比例均呈現(xiàn)增長態(tài)勢，表明魚類、蝦蟹類和其他類(海參、海膽等)對中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的貢獻(xiàn)份額在逐年提升，從絕對產(chǎn)量來看，2015年三者產(chǎn)量總和為308.3萬t，僅占中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的16.5%。

圖2 中國海水養(yǎng)殖、海洋捕撈對中國水產(chǎn)品貢獻(xiàn)比例的變化(1986—2015年)Fig.2 Contribution of aquaculture and marine capture to fishery production in China(1986—2015)

1.3 海水養(yǎng)殖面積動態(tài)變化

圖3 中國海水養(yǎng)殖不同種類產(chǎn)量的變化(1999—2015年)Fig.3 Variation in production of different species or strains in mariculture in China(1999—2015)

表1 中國海水養(yǎng)殖不同種類產(chǎn)量在海水養(yǎng)殖產(chǎn)量中的比例(1999—2015年)

海水養(yǎng)殖面積發(fā)展趨勢受社會、經(jīng)濟(jì)、自然等諸多因素的綜合影響，其時間序列具有明顯的趨勢性和一定的隨機(jī)性，圖4為1986—2015年中國海水養(yǎng)殖面積的變化，圖5為中國海水養(yǎng)殖面積增長率的變化。1986年中國海水養(yǎng)殖面積為32.520萬hm2，2015年增長至231.776萬hm2，年平均增長率達(dá)7.0%。貝類養(yǎng)殖面積絕對值及比重均最高，且呈增長趨勢，至2015年貝類養(yǎng)殖面積為152.664 4萬hm2，占海水養(yǎng)殖面積的65.9%；蝦蟹類養(yǎng)殖面積僅次于貝類，但增長緩慢，其占海水養(yǎng)殖總面積的比例呈下降趨勢，2015年所占比例為13.5%；魚類和藻類養(yǎng)殖面積相當(dāng)，魚類養(yǎng)殖面積比較穩(wěn)定，變化趨勢不明顯，藻類養(yǎng)殖面積呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長態(tài)勢；進(jìn)入21世紀(jì)后,中國其他類(海參、海膽等海珍品)養(yǎng)殖面積增長趨勢明顯， 2015年為26.23萬hm2，超過魚類、藻類養(yǎng)殖面積，年平均增長率達(dá)15%。從海水養(yǎng)殖面積增長率看，1987—1990年增長率變緩，1992—2000年高于年平均增長率，海水養(yǎng)殖面積處于高速增長階段，進(jìn)入21世紀(jì)后，海水養(yǎng)殖面積增長變緩，2007年中國開始進(jìn)行養(yǎng)殖用海專項執(zhí)法和清理整頓[14-15]，2007、2008年中國海水養(yǎng)殖面積明顯低于2006年水平，2009年之后呈穩(wěn)定較緩的增長趨勢，2014、2015年海水養(yǎng)殖面積增長率在零附近，詳見圖5。

2 養(yǎng)殖用?？臻g需求預(yù)測

2.1 Logistic曲線擬合

自比利時數(shù)學(xué)家Verhulst于1838年提出Logistic曲線模型[16]后，人們對Logistic曲線模型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并在農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等方面廣泛應(yīng)用[17]，Logistic曲線模型成為統(tǒng)計模型中被最常使用的模型之一。觀察中國海水養(yǎng)殖面積時間序列數(shù)據(jù)可知，除2007、2008年養(yǎng)殖用海面積偏離趨勢外，總體而言，養(yǎng)殖用海需求的中長期發(fā)展變化趨勢符合Logistic生長曲線，即養(yǎng)殖用海面積時間序列變化趨勢是初期緩慢增長，隨后急劇增長階段，增長到一定程度后，增長水平逐漸降低，最后實現(xiàn)零增長，達(dá)到飽和狀態(tài)。因此，可采用Logistic生長曲線預(yù)測模型對中國中長期養(yǎng)殖用海需求的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。

圖4 中國海水養(yǎng)殖各種類面積的變化(1986—2015年)Fig.4 Mariculture area of various species or strains in China(1986—2015)

圖5 中國海水養(yǎng)殖面積增長率的變化(1986—2015年)Fig.5 Changes in increase rate in mariculture area in China(1986—2015)

Logistic生長曲線預(yù)測模型可表述為其中：Y為待測指標(biāo)；t為時間；k為增長率；B(B=eb)或b為常數(shù)尺度[18-19]。以1978—2015年養(yǎng)殖用海面積時間序列為樣本，利用SPSS 22.0軟件非線性回歸擬合Logistic曲線，建立Logistic曲線預(yù)測模型為

Y=2839.051/[1+26.636 exp(-0.126t)]。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)與擬合數(shù)據(jù)比較見圖6，除2007、2008年偏離較大外，其他年份均擬合較好。

對模型進(jìn)行殘差檢驗和相對誤差檢驗，其計算公式為

殘差：e(k)=x(0)(k)-x(k)；

相對誤差：ε=e(k)/x(0)(k)。

其中：x(k)為預(yù)測值；x(0)(k)為樣本。檢驗結(jié)果見表2。相對誤差平均值為7.6%，最大相對誤差為32.6%，此值對應(yīng)2007年，此時正值養(yǎng)殖用海秩序清理整頓，若不考慮這一特殊原因，相對誤差最大值為15.3%。R2為0.982，結(jié)合殘差和相對誤差分析結(jié)果，表明模型對數(shù)據(jù)的擬合度較好。

圖6 中國海水養(yǎng)殖面積統(tǒng)計值與擬合值的比較(1978—2015年)Fig.6 Comparison chart of statistical values and fitted values of mariculture area in China(1978—2015)

統(tǒng)計結(jié)果statistical result殘差/(104hm2)residual相對誤差/%relative error 最大值maximum11.73732.6 最小值minimum-43.4210.2 平均值average-0.2057.6

2.2 結(jié)果

基于logistic曲線預(yù)測模型，中國養(yǎng)殖用海需求預(yù)測結(jié)果詳見表3。2015年中國海水養(yǎng)殖面積為231.776 3萬hm2，2020年中國海水養(yǎng)殖面積將增加為253.904 4萬hm2，表明海水養(yǎng)殖面積將保持每年1.8%的平均增長速度，2025、2030年海水養(yǎng)殖面積為267.096 8、274.698 3萬hm2，相比2020年分別增長13.192 4、20.794 0萬hm2，養(yǎng)殖用海增長變緩，趨于飽和。

表3 養(yǎng)殖用?？臻g需求預(yù)測結(jié)果Tab.3 Forecast of mariculture area demand

2.3 討論

養(yǎng)殖空間需求預(yù)測是海洋功能區(qū)劃、海水養(yǎng)殖規(guī)劃的基礎(chǔ)工作，有學(xué)者基于不同數(shù)據(jù)采用不同方法進(jìn)行了研究，結(jié)果比較詳見表4。從數(shù)據(jù)時間序列長度看，肖惠武[9]采用2000—2010年11年數(shù)據(jù)，張宇龍等[10]采用1990—2011年22年數(shù)據(jù)，馬雪健等[11]采用2006—2014年9年數(shù)據(jù)，本研究空間預(yù)測時采用1978—2015年38年數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)樣本較其他研究更為充分。從方法上，以往養(yǎng)殖用海面積需求預(yù)測基本思路多為根據(jù)養(yǎng)殖海水產(chǎn)品消費需求反推，考慮了影響?zhàn)B殖用海的多項因素，但也會因此涉及到人口預(yù)測、人均消費量預(yù)測、海水養(yǎng)殖產(chǎn)品供給比例，以及海水養(yǎng)殖單位面積產(chǎn)量確定等，而有些參數(shù)是比較敏感的，如海水養(yǎng)殖單位面積產(chǎn)量，可以影響預(yù)測結(jié)果，海水養(yǎng)殖變化的影響因素會反映在長期的數(shù)據(jù)中，本研究中基于長時間數(shù)據(jù)序列反映規(guī)律構(gòu)建模型是可行的，且方法簡便，結(jié)果易得。從結(jié)果看，肖惠武[9]基于GM灰色模型預(yù)測得出較高的海水養(yǎng)殖單位面積產(chǎn)量，海水養(yǎng)殖需求面積預(yù)測結(jié)果較其他研究偏低；本研究中預(yù)測2020年養(yǎng)殖用?？臻g需求為253.904 4萬hm2，與張宇龍等[10]的預(yù)測結(jié)果相近，本研究與馬雪健等[11]預(yù)測結(jié)果相比偏低。分析認(rèn)為有兩方面原因：一是海水養(yǎng)殖面積歷史數(shù)據(jù)反映出養(yǎng)殖用?？臻g增長緩慢，對應(yīng)Logistic曲線的趨于飽和階段；二是海水產(chǎn)品需求比較旺盛，呈較快增長態(tài)勢，基于供需平衡的空間預(yù)測，在養(yǎng)殖單產(chǎn)水平保持現(xiàn)有水平時，養(yǎng)殖用?？臻g預(yù)測結(jié)果是偏高的。

海水產(chǎn)品需求上升是不爭的事實，但其增長是有限的，養(yǎng)殖單產(chǎn)也可以通過集約化養(yǎng)殖和提高養(yǎng)殖技術(shù)提升，但有其上限。作者認(rèn)為，基于水產(chǎn)品需求反推養(yǎng)殖用海規(guī)模，消費需求上限和養(yǎng)殖面積單產(chǎn)發(fā)展須加以考慮；另外，受水環(huán)境惡化和其他行業(yè)用海侵占影響，近海養(yǎng)殖空間從數(shù)據(jù)上呈現(xiàn)緩慢增長，但隨著深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[20-21]，海水養(yǎng)殖空間仍有較大潛力，基于Logistic曲線外推的結(jié)果是偏保守的，養(yǎng)殖用?？臻g需求規(guī)模的確定，應(yīng)綜合考慮未來養(yǎng)殖發(fā)展趨勢和需求的自限性。

表4 養(yǎng)殖用海需求預(yù)測比較Tab.4 Comparison of mariculture demand prediction

3 結(jié)論

對1986—2015年海水養(yǎng)殖時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析表明，中國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量以及占全國水產(chǎn)品總量的比例持續(xù)增長，海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的年平均增長率達(dá)11.2%，海水養(yǎng)殖產(chǎn)品未來在中國水產(chǎn)品供應(yīng)中仍將占有重要地位。貝類養(yǎng)殖在海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中占有重要份額，產(chǎn)量和養(yǎng)殖面積比例分別在72.0%、65.9%以上，但占海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的比例呈下降趨勢；魚類、蝦蟹類養(yǎng)殖面積占海水養(yǎng)殖總面積的比例呈下降趨勢，但占海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的比例均呈現(xiàn)增長態(tài)勢；藻類養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量穩(wěn)中有升，但增速較緩；海珍品養(yǎng)殖無論是產(chǎn)量還是養(yǎng)殖面積增長趨勢明顯，養(yǎng)殖面積年平均增長率達(dá)15%。1986—2015年，中國海水養(yǎng)殖面積逐年增加，年平均增長率達(dá)7%，但近年增長變緩。應(yīng)用Logistic曲線預(yù)測模型，根據(jù)1978—2015年海水養(yǎng)殖面積時間序列數(shù)據(jù)，預(yù)測中國海水養(yǎng)殖空間需求，2020、2025、2030年中國海水養(yǎng)殖面積需求分別為253.904 4、267.096 8、274.698 3萬hm2，養(yǎng)殖用海面積趨于飽和，增長變緩。受近海水質(zhì)環(huán)境變差、其他行業(yè)用海擠占等影響，近海養(yǎng)殖空間從數(shù)據(jù)上呈現(xiàn)緩慢增長，但需求壓力以及深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖的發(fā)展，海水養(yǎng)殖空間仍有較大的潛力。