引用本文
滕锐, 李广, 罗永忠, 于文辉, 马维伟, 陈国鹏, 刘强, 王钧, 卓玛草, 袁建钰, 张尚文. 基于生态足迹的玛曲县近10年可持续发展研究. 草业学报, 2020,29(9): 20-27
TENG Rui, LI Guang, LUO Yong-zhong, YU Wen-hui, MA Wei-wei, CHEN Guo-peng, LIU Qiang, WANG Jun, ZHUO Ma-cao, YUAN Jian-yu, ZHANG Shang-wen. Research on sustainable development of Maqu County over the past decade based on ecological footprint. Acta Prataculturae Sinica,2020,29(9): 20-27  
Doi:10.11686/cyxb2019506
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本文属于开放获取期刊。
基于生态足迹的玛曲县近10年可持续发展研究
滕锐1, 李广1,*, 罗永忠2, 于文辉3, 马维伟2, 陈国鹏2, 刘强1, 王钧1, 卓玛草2, 袁建钰2, 张尚文2
1.甘肃农业大学信息科学技术学院,甘肃 兰州 730070
2.甘肃农业大学林学院,甘肃 兰州 730070
3.甘肃民勤连古城国家级自然保护区管理局,甘肃 民勤 733399
*通信作者Corresponding author. E-mail: lig@gsau.edu.cn

作者简介:滕锐(1995-),女,甘肃张掖人,在读硕士。E-mail: 980402893@qq.com

收稿日期: 2019-11-20
基金项目:甘肃省财政专项(SSCZZ-20160909),2020年甘肃省重点人才项目,甘肃省重点研发计划(18YF1NA070),甘肃省高等学校协同创新团队项目(2018C-16)和甘肃省林业厅沙化封禁保护区社会经济效益监测(XZ20190205)资助
摘要

玛曲县是稳定与维护青藏高原和黄河上游生态系统的重要屏障。研究其生态环境与社会经济发展的可持续性具有重要意义。应用生态足迹模型对玛曲县2007-2016年的生态足迹、生态承载力、生态赤字及可持续发展指数变化进行了研究。结果表明,10年间研究区人均生态足迹显著增加,由2007年的4.26 hm2增加到2016年的5.91 hm2,增幅达到38.73%,草地在该区域人均生态足迹中占98.83%;生态承载力从2007年的3.74 hm2下降到2016年的3.04 hm2,降幅达到18.72%,草地和林地占到了人均生态承载力的88.04%;该区域10年均呈现生态赤字,总体生态安全形势较弱,处于弱不可持续发展状态。草地是玛曲县主要生态足迹消耗资源,且草地消费需求和草地退化之间的矛盾突出,应加强对该区域草地生态的保护。

关键词: 玛曲县; 生态足迹; 生态承载力; 生态赤字; 可持续发展
Research on sustainable development of Maqu County over the past decade based on ecological footprint
TENG Rui1, LI Guang1,*, LUO Yong-zhong2, YU Wen-hui3, MA Wei-wei2, CHEN Guo-peng2, LIU Qiang1, WANG Jun1, ZHUO Ma-cao2, YUAN Jian-yu2, ZHANG Shang-wen2
1.College of Information Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
2.College of Forest, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
3.Gansu Minqin Liancheng National Nature Reserve Administration, Minqin 733399, China
Abstract

Maqu County is an important indicator region for the stability and maintenance of the Qinghai-Tibet Plateau and includes the upper reaches of the Yellow River. It is of great significance to study the sustainability of its ecological environment and social and economic development. The ecological footprint model was applied to study the changes in per capita ecological footprint, ecological carrying capacity, ecological deficit and sustainable development index of Maqu County from 2007 to 2016. The results indicate that the per capita ecological footprint of the study area increased significantly in the past 10 years, from 4.26 ha in 2007 to 5.91 ha in 2016, an increase of 38.73%. Pasture accounted for 98.83% of the per capita ecological footprint of the region, ecological carrying capacity trended downward from 3.74 ha in 2007 to 3.04 ha in 2016, with a drop of 18.72%. In this region, all 10 years for which data were analyzed showed an ecological deficit, and the overall ecological security situation was very weak and unsustainable. Pasture is the main resource for consumption in ecological footprint evaluation in Maqu County, and the imbalance between demand for pasture forage for consumption and sustainable supply, with resulting pasture degradation, is strongly evident. Therefore the protection of grassland through adoption of ecologically sustainable practice in this area should become apriority.

Keyword: Maqu County; ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological deficit; sustainable development

玛曲县位于青藏高原东部边缘, 是黄河上游重要的“ 蓄水池” 和“ 水源补给区” [1], 每年供给黄河30%的水量[2]。玛曲县拥有天然草原面积89万hm2, 是甘南高原最大的绿色生态屏障, 具有特殊的生态保护功能。近年来, 随着气候的暖干化和人类活动的不断加剧, 玛曲逐渐成为青藏高原草地沙化最严重的区域之一, 可持续发展受到了严重威胁, 研究玛曲县不同时期生态及经济可持续状态对其生态环境与社会经济发展十分重要。

生态足迹是一个维持人、地区、国家生存所需要的或能够容纳人类所排放废弃物的, 且具有生物生产力的地域面积。生态足迹法(ecological footprint)作为一种区域可持续发展的度量方法, 被广泛用在国外很多国家和地区可持续态势的研究上[3]。1999年生态足迹法被我国学者徐中民等[4, 5]首次应用。国内有学者对生态足迹模型进行研究, 也有对某一地区的各个领域进行分析的, 如对城市和区域研究[6, 7]、旅游业[8]、水资源足迹等[9], 及杨丹荔等[10]基于生态足迹模型在西南地区典型资源型城市攀枝花进行了可持续发展研究。近年来, 由于玛曲县生态环境不断恶化, 针对玛曲县生态环境的研究也越来越多, 但基于生态足迹模型的可持续发展研究还较少。本研究以玛曲县为研究区, 利用生态足迹模型核算该县2007-2016年的生态足迹、生态承载力、生态赤字及可持续发展指数, 据此评价玛曲县资源环境的供需矛盾及可持续状态, 剖析人口急剧增长和生活水平提高对资源需求、土地承载力及草地生态系统的影响, 为玛曲县经济社会健康可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 研究区概况

玛曲县位于青藏高原东部边缘, 甘肃省西南角, 地处甘、青、川三省结合部, 九曲黄河之首。地处东经100° 45'45″-102° 29'00″, 北纬33° 06'30″-34° 30'15″, 玛曲县气候属明显的高原大陆性高寒湿润区, 境内平均海拔3500~4800 m, 气候寒冷阴湿。全县国土总面积101.90万hm2, 其中草地78.48万hm2, 林地8.67万hm2, 水域9.33万hm2, 居民、工矿交通用地0.30万hm2, 未利用地4.32万hm2。玛曲县是甘肃省唯一的纯牧业县, 草地面积占全县总面积的77.63%。草原畜牧业是全县国民经济的主导产业和特色产业。

1.2 研究方法

本研究使用国际通用的生态足迹模型, 计算公式如下:

1)生态足迹

EF=N×ef=N×rj×∑(aai)=N×rj×∑cipi(1)

式中, EF为该县总的生态足迹(hm2); N为该县总人口数; ef为该县人均生态足迹(hm2); i为核算中消费类型; aai为第i项消费项目人均占用的实际生态生产性土地面积(hm2); ci为第i项的人均年消费量; pi为第i项消费商品的年全球平均产量(kg· hm-2); rj为土地利用均衡因子; j为生产性空间的类型(j=1, 2, 3, 4, 5, 6)。

B= QP×N× rj× yi (2)

式中, B为消纳废弃物所需要占用的人均生产性面积; Q为县域年内处理垃圾的总费用; P为玛曲县年内单位面积耕地创造的产值; N、 rj同公式(1); yi为产量因子。

2)生态承载力

ec=∑j=16(rj×aj×yi)(3)

EC=N× ec (4)

式中, ec为人均生态承载力(hm2); EC为该县实际总生态承载力(hm2); aj为第j类型生产性空间的人均实际占有面积(hm2); i、j、 rj、yi、N含义同公式(1)(2)。

3)生态盈亏与可持续发展指数

eb=ef-ec (5)

式中, eb为人均生态盈亏; eb> 0时为生态赤字; eb< 0时则为生态盈余。

SDI=ec/(ec+ef) (6)

式中, SDI(sustainable development index)为可持续发展指数。当SDI等于0.5时, ef和ec相等, 表明各项生产类型土地能够提供的可再生资源与人类从该生产类型土地中实际获得的资源量相等, 两者处于平衡状态, 是可持续发展与不可持续发展的临界点[11]。

1.3 数据来源与计算

根据生态足迹的计算方法及玛曲县的消费特点, 采用《玛曲统计年鉴2007-2016》[12]相关数据计算。由于玛曲县地理位置特殊, 区域贸易单一, 故分析中进出口量贸易不做考虑。玛曲县生态足迹计算主要从该地区人类消费的生物资源和化石能源两个方面进行。生物资源有羊肉、牛肉、奶类、羊毛绒和食用动物油, 均按其产量计算, 生产面积折算采用联合国粮农组织1993年提出的相关标准[13]; 化石能源为汽油、柴油和生物质能(煤)的足迹, 由于汽油和柴油明确统计, 在计算中仅考虑煤炭消费量; 吸纳废弃物也依赖于一定的生产性空间的功能, 根据市场价值法将每年吸纳废弃物所花的费用换算为生产性面积[14]。

本研究均衡因子采用国际生态足迹计算中的权重, 其中耕地2.8、草地0.5、林地1.1、建筑用地2.8、化石能源用地1.1和水域0.2。产量因子运用发展重定义组织对中国1996年生态足迹计算中取值, 分别为:耕地1.66、草地0.19、林地0.91、建筑用地1.66、化石能源用地0.61和水域1.00。除此, 在人均生态承载力的计算中, 按世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》所建议, 须预留出12%的部分作为该地区保护多样性的特别区域, 为可利用人均生态承载面积。

1.4 数据统计与分析

使用Microsoft Excel 2016进行数据梳理与计算, 并绘制曲线图。

2 结果与分析
2.1 生态足迹分析

玛曲县属牧业县, 全县无耕地, 天然林保护工程实施以来, 林地资源未消耗。故耕地和林地的生态足迹为零。化石能源消耗较少, 未到达0.01 hm2, 水域消耗仅占人均生态足迹的0.027%, 化石能源和水域消耗可忽略不计, 因此人均生态足迹主要包括草地、废弃物处理和建筑用地3个指标。

近10年间, 玛曲县人均生态足迹呈显著上升趋势(图1A), 从2007年的4.26 hm2增加到2016年的5.91 hm2, 仅在2010和2012年出现下降。玛曲县近10年间人均生态足迹增长量为1.65 hm2, 增幅达到38.73%, 年平均增长率为3.87%。

图1 玛曲县2007-2016年各组分人均生态足迹变化情况Fig.1 Trends of per capita ecological footprint of each component in Maqu County from 2007 to 2016

草地人均生态足迹10年间整体呈上升趋势(图1B), 但在这期间有波动, 从2007年的4.21 hm2上升至2016年的5.84 hm2, 增长量为1.63 hm2, 涨幅为38.72%; 废弃物处理人均生态足迹总体呈波动上升趋势(图1C), 从2007年的0.04 hm2增长至2016年的0.06 hm2, 增量为0.02 hm2, 增长幅度达到50.00%, 经历了2007-2010年小幅下降及2010-2012年的小幅上升后, 从2012年开始, 连续3年下降, 到2016年已回落到0.06 hm2。建筑用地人均生态足迹变化趋势不显著(图1D), 但在2007-2016年期间有波动, 从2007年的0.007 hm2上升至2009年的0.012 hm2, 增长量为0.005 hm2, 涨幅为71.43%, 在2009年经历了下降后趋势变化平缓。

从人均生态足迹的构成组分占比来看, 草地> 废弃物处理> 建筑用地。草地人均生态足迹占总人均生态足迹的98.83%。废弃物处理人均生态足迹10年间平均为0.05 hm2, 占总人均生态足迹的0.98%。建筑用地的人均生态足迹年均为0.01 hm2, 在总生态足迹占比为0.20%, 尚不足1.00%。

2.2 生态承载力分析

玛曲县2007-2016年人均生态承载力为3.04~3.74 hm2, 在10年间持续下降, 下降达18.72%。从各类土地的人均生态承载力占比来看, 草地> 林地> 建筑用地> 水域。草地占总人均生态承载力的47.24%, 并且总体呈下降的趋势, 从2007年的1.77 hm2到2016年的1.42 hm2, 下降了0.35 hm2, 降幅为19.77%; 林地人均生态承载力10年间下降了0.31 hm2, 降幅为20.13%, 占总人均生态承载力的40.80%; 建筑用地人均生态承载力从2007年的0.30 hm2下降至2016年的0.29 hm2下降了0.01 hm2, 降幅为3.33%, 占总人均生态承载力的8.59%; 近10年间水域下降了0.03 hm2, 降幅为23.08%(图2)。

图2 玛曲县2007-2016年各组分人均生态承载力Fig.2 Trends of per capita ecological carrying capacity of each component in Maqu County from 2007 to 2016

草地、林地、建筑用地和水域的人均生态承载力均在2009年这个节点的下降幅度最大。草地从2009年的1.71 hm2下降到2010年1.49 hm2, 降幅达到12.87%, 之后持续呈小幅下降, 在2016年达到了最低值1.42 hm2; 林地从2009年的1.48 hm2下降到2010年的1.29 hm2, 降幅达到12.84%; 水域人均生态承载力从2009年的0.12 hm2下降到2010年的0.11 hm2, 降幅达到8.33%; 建筑用地人均生态承载力在2009-2010年降幅达到10.34%, 最小值出现在2010和2011年, 为0.26 hm2, 除在2010和2011年出现明显下降之外, 总体下降趋势与草地、林地和水域相比较慢。

随着时间的变化, 10年间人均生态承载力草地、林地、水域、建筑用地的各相关系数分别为:-0.787、-0.785、-0.843和-0.052(表1)。各组分人均生态承载力与时间呈现出负相关。其中草地、林地、水域与生态承载力相关性显著, 而建筑用地随时间变化相关性关系不显著。10年间人均生态承载力和实际人均生态承载力的相关性关系显著, 相关系数分别为-0.759和-0.754。

表1 生态承载力各组分线性回归与相关系数 Table 1 Linear regression and correlation coefficients of each component of ecological carrying capacity

2007-2016年玛曲县草地、林地、水域和建筑用地的人均生态承载力一元线性回归方程的回归系数分别为-0.040、-0.036、-0.003和-0.001。结果表明, 草地、林地、水域、建筑用地的人均承载力变化总体呈下降的趋势, 但不同生产性土地类型的承载力变化幅度各不相同。

图3 玛曲县2007-2016 年人均生态足迹、生态承载力、生态赤字及可持续发展时序变化Fig.3 Temporal changes of per capital ecological footprint, ecological carrying capacity, ecological deficit and sustainable development in Maqu County from 2007 to 2016

2.3 生态赤字与可持续发展指数分析

玛曲县生态足迹始终大于生态承载力, 10年间一直处在生态赤字状态及不可持续发展状况。可持续发展指数线性回归方程为Y=-0.0135X+27.633。

玛曲县生态赤字从2007年的0.52 hm2增长至2016年的2.87 hm2(表2), 呈快速增长的趋势, 年增长率为23.50%。其中, 在2009年增长速度最快, 较前一年增长了0.54 hm2。玛曲县可持续发展指数(sustainable development index, SDI)呈下降的趋势, 为0.34~0.47, 均处于不可持续状态。2007-2015年处于弱不可持续状态, 2016年处于中等不可持续状态。

表2 玛曲县2007-2016 年人均生态足迹、生态承载力、生态赤字及可持续发展 Table 2 Ecological footprint, ecological carrying capacity, ecological deficit and sustainable development in Maqu County from 2007 to 2016
3 讨论

通过对玛曲县人均生态足迹的计算得到, 2007-2016年玛曲县人均生态足迹持续增加, 而草地人均生态足迹的增长是导致人均生态足迹增长的主要原因。玛曲是一个藏民聚居的纯牧业县[16], 牧业人口占全县人口的85.00%, 主要以消耗草地资源为主, 近年来人口不断增加, 由2007年的4.60万人增加至2016年的5.75万人, 增幅达25.00%, 人口的增加势必会消耗草地资源, 增加草地生态足迹; 2009-2012年玛曲县建筑用地面积增长幅度为8.60%, 较前几年大幅增长, 人口增长速度也在2009-2012年达到最快, 为16.53%, 建筑用地造成的废弃物也是导致废弃物处理人均生态足迹上升的主要原因。在2012年随着玛曲县人口流动导致常住人口下降和玛曲县工业化、城镇化进程缓慢制约了建筑用地面积的增长, 导致废弃物处理又出现了连续下降。

玛曲天然草地过度放牧问题严重[17]。从2007-2014年, 玛曲县实际载畜量从2007年的1.48× 106个羊单位增加到2014年的1.80× 106个羊单位, 玛曲县超载幅度达到21.62%, 草地载畜量超载率加剧, 使草地生态健康状况恶化。同时, 恶劣的自然条件制约了玛曲县生态承载力的发展。该县处于高寒湿润气候带, 降水主要集中在8-10月, 且近10年来, 雨季推迟, 而牧草生长最旺盛的季节主要在6-7月[18]。玛曲县年际降水量呈下降趋势, 但由于温度升高使地表蒸发量增大[19], 加速了草地的地表蒸发, 土壤旱化加剧。降水减少加剧了该趋势, 加速草地沙化[20], 严重影响了牧草地的恢复生长。

10年间玛曲县整体处于生态赤字状态, 生态系统处于不安全状态, 其变化与人均生态足迹的增长具有同步性, 人均生态承载力呈下降趋势, 生态足迹供需矛盾逐渐加大, 随着时间的增长其生态赤字还将进一步扩大。玛曲县的生态赤字主要体现在草地上, 但在2010年生态足迹得到了明显的成效, 这得益于该县相继实施退牧还草、天然草原植被恢复、沙化草原综合治理等项目。但由于项目安排缺乏连续性, 治理规模小, 使局部区域生态得到好转, 但生态足迹不断上升的总趋势没从根本上得到扭转。由此可见, 玛曲县草地生态环境极其脆弱, 应加强对该区域草地生态的保护。

玛曲县与同纬度地区的三江源地区有共同特殊的地理位置和脆弱的生态系统, 但三江源整体呈生态盈余[21]。这是由于玛曲为纯牧业县, 产业结构单一, 在高原特色生态畜牧业的带动和刺激下, 草地消费需求急剧增加, 导致草地掠夺经营的现状, 使草地生态环境状况成为该区域可持续发展的最大障碍因素[22], 生态环境不安全态势越来越严重。如何协调畜牧业的发展和草地退化之间的矛盾, 是玛曲县能否可持续发展的一个关键问题。玛曲县仍需采取措施减少生态足迹, 同时提高生态承载力, 确保生态环境与经济发展相协调。

4 结论

运用生态足迹模型, 分析了玛曲县2007-2016年人均生态足迹、人均生态承载力、生态赤字以及可持续发展指数, 主要结论有:1)玛曲县生态足迹呈上升趋势, 10年间上升了38.73%。草地消耗最大, 其次是废弃物处理, 建筑用地供给最低。草地在生态足迹中占比最大, 占总人均生态足迹的98.83%, 建筑用地的人均生态足迹年均为0.01 hm2, 在总生态足迹占比中不足1%。2)玛曲县生态承载力呈下降趋势, 10年间下降了18.72%。各组分生态承载力降幅分别为:水域23.08%、林地20.13%、草地19.77%、建筑用地3.33%。 3)玛曲县生态赤字持续增长, 10年间上升了2.35 hm2, 年增长率为23.50%。2006-2017年可持续发展指数在0.34~0.47 hm2, 均处于不可持续发展状态。

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