文章信息
- 杜文鹏, 闫慧敏, 封志明, 杨艳昭, 陈如霞
- DU Wenpeng, YAN Huimin, FENG Zhiming, YANG Yanzhao, CHEN Ruxia
- 基于生态供给-消耗平衡关系的中尼廊道地区生态承载力研究
- Ecological carrying capacity in the China-Nepal corridor based on supply-consumption relationship
- 生态学报. 2020, 40(18): 6445-6458
- Acta Ecologica Sinica. 2020, 40(18): 6445-6458
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201907141482
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文章历史
- 收稿日期: 2019-07-14
- 网络出版日期: 2020-07-12
2. 中国科学院大学, 北京 100049
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
生态脆弱区是指在自然因素与人为因素双重作用下, 生态系统组成结构稳定性差, 抵抗外界干扰与维持自身稳定能力弱, 极易发生生态退化且自我修复困难的区域[1-2]。青藏高原是地球上最独特的地质-地理-生态单元, 是世界屋脊、亚洲水塔与地球第三极[3-4], 独特的自然、地理与气候条件, 孕育了以草地生态系统为主体的独特生态系统[5-6], 由于海拔高、干旱、寒冷等自然环境特点, 青藏高原生态系统具有极其脆弱的自然属性[7]。随着人口增加与经济发展带来的放牧强度增加与草地面积锐减, 高寒草地生态系统退化现象严重, 进而导致青藏高原人口、资源和环境的关系严重失调[8-9];因此, 青藏高原高寒生态系统成为我国乃至全球生态脆弱性最为明显的区域之一[10]。
生态承载力研究以“自然-经济-社会”复合生态系统为对象, 在探讨生态系统和人类社会系统之间的耦合关系时应运而生[11-12];生态承载力反映的是人地关系的和谐程度, 是评估生态系统可持续发展的方法, 可以作为解决生态脆弱区资源环境问题的重要抓手[13]。生态系统是人类赖以生存和发展的基础, 生态资源供给与人类消耗之间的动态平衡关系是最基本的人地关系;人类利用和消费移走或汲取生态系统关键要素来满足自身生存发展的需求, 当这种攫取速度超过补给速度时, 生态系统本身的资本就会逐渐萎缩, 区域生态系统安全性与可持续性就会受到威胁[14-15]。生态足迹法与能值分析法是最常用的基于供需平衡开展生态承载力研究的方法, 生态足迹法是从生态占用的角度着重探讨人类持续生存的空间问题, 能值分析法将自然与社会资源转换为统一度量标准, 对多种资源的利用状况进行综合分析[16-17]。植被净初级生产力(Net Primary Production, NPP)是维系人类及异养有机体生命的基础资源, 是衡量生态系统结构特征与承载能力的基础指标[13, 18];1997年Haberl首次明确提出人类占用净初级生产力(Human Appropriation of Net Primary Production, HANPP)的概念[19], 并将其视为表征可持续发展的指标;Imhoff等[20-21]于2004年与2006年率先公布了全球HANPP计算结果与空间清晰表达结果。HANPP评估方法在供给端通过NPP来衡量生态系统的供给能力, 在消耗端通过计算NPP消耗来衡量人类活动对生态系统供给能力的消耗与占用情况, 进而实现从生态系统服务供给与消耗的角度揭示人类生产生活、社会经济发展和资源环境之间的供求关系, 逐渐发展成为基于生态系统服务供需平衡开展生态承载力评估的重要方法[11, 22-23]。
2015年9月, 中央第六次西藏工作座谈会提出“把西藏发展成为中国面向南亚开放的重要通道”。南亚通道建设既是西藏对接“一带一路”、实现跨越发展的重要机遇, 又是西藏面向南亚、全面开放的战略选择;而以中尼铁路为核心的中尼廊道建设不仅是南亚通道建设的重要组成部分, 也是打通南亚大通道的关键环节[24]。中尼廊道地区属于青藏高原生态环境脆弱区, 生态系统易破坏难恢复;同时, 由于经济发展水平低, 农牧业生产等生态资源依赖性活动仍是居民赖以生存的基础。中尼廊道建设将使得自然用地转换为建设用地, 导致生态系统可以用于农牧业生产活动的生态资源量减少, 进而对沿线地区生态环境构成新的压力[25-26];从生态系统供给与农牧业生产消耗的角度开展中尼廊道地区生态承载力研究, 通过比较生态供给与消耗的关系, 间接反映中尼廊道建设可以占用的生态空间上限, 有助于保障生态系统对农牧业生产活动的可持续支撑。因此, 本研究以中尼廊道地区为研究区, 基于生态系统服务供给与消耗的平衡关系开展生态承载力研究, 即在生态供给端通过NPP数据来揭示生态系统供给能力的空间分布格局, 在生态消耗端通过农牧业生产活动消耗的NPP来揭示生态消耗的空间分布格局与时间变化规律, 结合生态供给与生态消耗研究结果评价中尼廊道地区生态承载状态, 以期为中尼廊道建设中生态保护工作提供基础与依据。
1 数据与方法 1.1 数据来源本研究采用的主要数据包括土地利用/土地覆被变化数据(Land-Use and Land-Cover Change, LUCC)、NPP数据、农牧业生产统计数据和海拔高程数据(Digital Elevation Model, DEM)。
(1) LUCC数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心提供的2015年中国土地利用类型空间分布矢量数据, LUCC数据基于Landsat 8遥感影像, 通过人工目视解译生成, 土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级类与25个二级类。
(2) NPP数据采用基于植被光合呼吸模型(Vegetation Photosynthesis Model, VPM)研制的2000—2015年植被总初级生产力(Gross Primary Production, GPP)数据, 通过自养呼吸比率计算得到NPP数据[27-28], 空间分辨率500 m。
(3) 中尼廊道地区县域农牧业生产数据来源于2000年、2005年、2010年和2015年西藏自治区统计年鉴, 农业生产数据主要包括谷物产量、豆类产量和油菜籽产量, 单位为吨;畜牧业生产数据主要包括大牲畜、羊的年末存栏量与年中出栏量, 单位为万头。
(4) DEM数据来源于美国国家地质调查局(The United States Geological Survey, USGS)与美国国家地理空间情报局(The National Geospatial-Intelligence Agency, NGA)提供的2010年全球多分辨率地形高程数据(Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010, GMTED2010), 分辨率为900 m。
1.2 研究区概况中尼廊道地区是指中尼铁路建设的沿线地区, 位于我国西藏自治区南部边境, 范围包括拉萨市8个区县、日喀则市18个区县和阿里地区5个县域, 共31个县域;其中, 有5个牧业县、9个半农半牧县和17个农业县。中尼廊道地区面积约为33.17万km2.其中草原生态系统面积约为26.41万km2, 约占中尼廊道地区总面积的79.61%, 广泛分布于中尼廊道地区;戈壁生态系统次之, 面积为4.74万km2, 约占中尼廊道地区总面积的14.28%;农田和森林生态系统面积分别为0.25万km2和0.39万km2, 分别约占中尼廊道地区总面积的0.75%和1.19%(图 1), 主要分布在“一江两河”沿线河谷地带。中尼廊道绝大部分区域海拔高度在4000 m以上, 超过70%区域海拔高度超过5000 m(图 1)。
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图 1 中尼廊道地区生态系统类型与海拔高度图 Fig. 1 The ecosystem types and altitude in the China-Nepal corridor |
从生态供给与消耗的角度出发, 在生态供给端通过植被净初级生产力数据多年均值来估算区域生态供给量(Supply Net Primary Productivity, SNPP)与单位面积生态供给量(Unit Area Supply Net Primary Productivity, USNPP), 作为衡量生态系统供给能力的依据;在生态消耗端通过农牧业生产统计数据来计算人类活动对生态资源的消耗量(Consume Net Primary Productivity, CNPP), 作为衡量生态消耗强度的依据;将生态消耗量(CNPP)与生态供给量(SNPP)比值记为生态承载指数(Ecological Carrying Index, ECI), 以此为基础评价生态承载状态(Ecological Carrying State, ECS)。
(1) 生态供给量(SNPP)
本研究基于2000—2015年NPP数据求得生态供给量多年平均值, 结合NPP数据空间分辨率求得研究区域生态供给量:
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式中, SNPP表示生态供给量, 单位为gC;γ表示NPP数据空间分辨率, 单位为m;NPP表示植被净初级生产力, 单位为gC/m2。
结合研究区域面积数据, 求得区域单位面积生态供给量:
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式中, USNPP表示区域单位面积生态供给量, 单位为gC/m2;SNPP表示生态供给量, 单位为gC;Area表示区域面积, 单位为m2。
(2) 生态消耗量(CNPP)
本研究中生态消耗量分为农业生态消耗与畜牧业生态消耗两个部分, 农业生态消耗基于主要农作物产量计算得到:
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式中, CNPPpa表示农业生态消耗量, 单位为gC;YIE表示农作物产量, 单位为g;Mc表示农作物含水量[29];HI表示农作物收获指数[29];WAS表示浪费率, 发展中国家农牧业生产浪费率在10%—30%之间, 本研究取中间值20%[30];Fc表示生物量与碳含量转换系数, 国际通用标准0.45 gC/g[31]。
畜牧业生态消耗基于主要牲畜年中出栏量与年末存栏量计算得到:
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式中, CNPPps表示畜牧业生态消耗量, 单位为gC;LIV表示牲畜存栏或出栏量, 单位为头;ε表示标准羊转换系数, 详见表 1;GW表示标准羊日食干草重量, 本研究设置为1800 g/天[32];GD表示食草天数, 存栏牲畜取值365天, 出栏牲畜取值180天[33];Mc表示风干草含水量, 虽然干草已经去除了大量的水分, 但仍然存在吸附在蛋白质、淀粉上的吸附水, 本研究设其值为14%[34]; Fc表示生物量与碳含量转换系数, 国际通用标准0.45 gC/g[31]。
生态消耗量是农业生态消耗量与畜牧业生态消耗量之和:
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式中, CNPP表示生态消耗量, 单位为gC;CNPPpa表示农业生态消耗量, 单位为gC;CNPPps表示畜牧业生态消耗量, 单位为gC。
(3) 生态承载状态(ECS)
首先计算生态承载指数(ECI), 为生态消耗量与生态供给量的比值, 其计算公式为:
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式中, ECI表示生态承载指数;CNPP表示生态消耗量, 单位为gC;SNPP表示生态供给量, 单位为gC。
根据生态承载指数进行生态承载状态评价:当ECI < 1时, 表示生态消耗量低于生态供给量, 生态承载力处于盈余状态;当ECI=1时, 表示生态消耗量等于生态供给量, 生态承载力处于绝对平衡状态;当ECI>1时, 表示生态消耗量高于生态供给量, 生态承载力处于超载状态。为了能够定性分析与评价研究区域内部生态承载状态差异以及变化情况, 本研究参考封志明等在中国土地资源承载力研究中采用的分级方案[35], 将生态承载指数以0.2为间隔6个区间, 分别对应富富有余、盈余、平衡有余、临界超载、超载和严重超载6种生态承载状态(表 2)。
生态承载指数 Ecological Carrying Index(ECI) | < 0.6 | 0.6—0.8 | 0.8—1.0 | 1.0—1.2 | 1.2—1.4 | >1.4 |
生态承载状态 Ecological Carrying State(ECS) | 富富有余 | 盈余 | 平衡有余 | 临界超载 | 超载 | 严重超载 |
2000—2015年中尼廊道地区生态供给量处于波动状态, 生态供给量多年均值为10.01 TgC(图 2), 单位面积生态供给量为31.23 gC/m2;中尼廊道地处高海拔地区, 水热条件不足, 植被类型以高寒草原与高寒草甸为主, 生态系统供给能力较低。有58.79%海拔低于4500 m的区域单位面积生态供给量不足50 gC/m2, 仅有18.50%海拔低于4500 m的区域单位面积生态供给量大于100 gC/m2;有90.25%海拔高于5000 m的区域单位面积生态供给量不足50 gC/m2, 仅有1.60%海拔高于5000 m的区域单位面积生态供给量大于100 gC/m2;有将近70%单位面积生态供给量大于100 gC/m2的区域分布在海拔低于4500 m的地区, 而海拔4500 m以下面积只占中尼廊道沿线各县域总面积的6.27%(图 1, 图 2)。
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图 2 中尼廊道地区及其各县域生态供给量与单位面积生态供给量图 Fig. 2 The total and unit area quantity of ecological supply in the China-Nepal corridor and its every county |
从县域尺度来看, 中尼廊道东部县域单位面积生态供给量明显高于西部县域:中尼廊道东部县域单位面积生态供给量介于50—150 gC/m2;西部县域单位面积生态供给量介于20—30 gC/m2, 约为东部县域平均水平的1/4(图 2)。气温是制约高海拔地区植被生产的关键因素, 气温随海拔高度升高而降低, 导致植被生长期缩短、有机物积累量减少, 植被净初级生产力下降;中尼廊道地区县域尺度平均海拔高度与单位面积生态供给量呈显著负相关(R2=0.6473, P < 0.05, 图 3)。从中尼廊道海拔高度空间分布来看, 东部县域平均海拔高度低于西部县域(图 1), 因此, 东部县域单位面积生态供给量明显高于西部县域, 即东部县域生态供给能力高于西部县域。较县域尺度单位面积生态供给量空间分布而言, 中尼廊道县域尺度生态供给总量空间分布规律并不明显, 西部县域生态供给总量平均水平略高于东部县域(图 2):县域尺度生态供给总量由县域面积与单位面积生态供给量决定, 中尼廊道地区西部县域单位面积生态供给量平均水平也为东部县域的1/4, 但西部县域平均面积约为东部县域平均面积的5倍左右, 因此, 西部县域生态供给总量平均水平略高于东部县域。
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图 3 中尼廊道地区单位面积生态供给量及其与海拔高度相关关系图 Fig. 3 The distribution of the unit area quantity of ecological supply, the correlation between with altitude in the China-Nepal corridor |
2015年中尼廊道地区生态消耗量为5.48 TgC, 畜牧业生态消耗占生态消耗总量的85.68%, 在生态消耗中占主导地位。2015年生态消耗量较低的区域主要分布中尼廊道南部边境地区:中尼廊道地区有10个县域生态消耗量不足0.10 TgC, 除城关区外均属于我国西南地区边境县, 包括普兰口岸、樟木口岸、吉隆口岸、日屋口岸、亚东口岸所在县域(图 4);西南边境地区人口稀少, 农牧业生产强度较低, 对生态资源消耗量较低。中尼廊道县域畜牧业生态消耗在生态消耗中占主导地位, 牧业县畜牧业生态消耗占生态消耗比重均超过98%, 大多数半农半牧县畜牧业生态消耗占生态消耗比重超过90%, 农业县畜牧业生态消耗占生态消耗比重介于65%—95%之间。中尼廊道地区草地面积占比将近80%, 耕地面积占比不足1%, 大多数县域草地面积广布, 耕地零星分布在草地生态系统之中, 畜牧业生产条件优于农业生产条件;因此, 中尼廊道县域畜牧业生态消耗量大于甚至远大于农业生态消耗量, 畜牧业生态消耗在生态消耗中占主导地位(图 4)。
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图 4 中尼廊道地区生态消耗量与生态消耗结构空间分布图 Fig. 4 The spatial distribution of the ecological consumption and its structure in the China-Nepal corridor |
2000—2015年中尼廊道地区生态消耗量整体处于下降状态:2000—2005年中尼廊道地区生态消耗量增加9.85%, 2005年西藏自治区开始实施草畜平衡措施, 使得2005—2010年生态消耗量增长幅度放缓(1.15%), 2010—2015年生态消耗量大幅下降(-12.05%);2000—2015年中尼廊道地区生态消耗量总体处于下降状态, 降幅为2.28%(表 3)。2000—2015年畜牧业生态消耗下降量(0.26 TgC)大于农业生态消耗增加量(0.13 TgC), 畜牧业生态消耗下降量约为农业生态消耗增加量的2倍, 因此, 中尼廊道地区生态消耗整体处于下降状态。根据2000—2015年生态消耗变化趋势, 中尼廊道31个县域可分为三类:
序号 Serial number | 县域名称 County | 生态消耗量变化情况 Changes in ecological consumption | 畜牧业变化占比 Livestock change proportion/% | |||
2000—2005年 | 2005—2010年 | 2010—2015年 | 2015—2020年 | |||
1 | 城关区 | ↓-1.14 | ↓-10.29 | ↓-8.54 | ↓-18.89 | 28.48 |
2 | 仲巴县 | ↑12.72 | ↓-6.90 | ↓-30.25 | ↓-26.80 | 100.00 |
3 | 定日县 | ↑7.84 | ↓-8.76 | ↓-17.71 | ↓-19.03 | 114.95 |
4 | 仁布县 | ↑0.64 | ↓-2.77 | ↓-13.17 | ↓-15.03 | 98.17 |
5 | 噶尔县 | ↑5.56 | ↓-6.92 | ↓-11.71 | ↓-13.25 | 99.32 |
6 | 札达县 | ↑3.42 | ↓-5.93 | ↓-7.36 | ↓-9.87 | 99.99 |
7 | 南木林县 | ↑5.15 | ↓-1.68 | ↓-12.08 | ↓-9.12 | 87.66 |
8 | 普兰县 | ↓-9.09 | ↑5.31 | ↓-32.23 | ↓-35.22 | 99.38 |
9 | 革吉县 | ↑21.71 | ↑0.03 | ↓-41.28 | ↓-28.51 | 100.07 |
10 | 谢通门县 | ↑7.22 | ↑3.46 | ↓-30.51 | ↓-22.91 | 106.64 |
11 | 萨嘎县 | ↑11.26 | ↑0.21 | ↓-30.45 | ↓-22.45 | 101.35 |
12 | 康马县 | ↑5.58 | ↑0.08 | ↓-13.88 | ↓-19.01 | 160.02 |
13 | 尼木县 | ↓-1.29 | ↑8.51 | ↓-17.54 | ↓-16.17 | 113.29 |
14 | 萨迦县 | ↑3.95 | ↑1.78 | ↓-20.44 | ↓-15.82 | 139.14 |
15 | 岗巴县 | ↑6.35 | ↑5.90 | ↓-24.15 | ↓-14.58 | 99.85 |
16 | 拉孜县 | ↑1.67 | ↑0.34 | ↓-12.09 | ↓-10.32 | 122.56 |
17 | 昂仁县 | ↑11.50 | ↑2.39 | ↓-18.47 | ↓-6.92 | 125.02 |
18 | 措勤县 | ↑27.36 | ↑3.03 | ↓-27.31 | ↓-4.62 | 99.78 |
19 | 吉隆县 | ↑10.88 | ↑5.69 | ↓-16.43 | ↓-2.06 | 154.29 |
20 | 定结县 | ↑3.72 | ↑6.34 | ↓-7.50 | ↑2.11 | 58.56 |
21 | 亚东县 | ↑11.10 | ↑6.56 | ↓-13.57 | ↑2.33 | 124.79 |
22 | 江孜县 | ↑9.84 | ↑6.12 | ↓-8.90 | ↑6.20 | -25.66 |
23 | 达孜县 | ↑6.47 | ↑3.45 | ↓-2.71 | ↑7.15 | 62.99 |
24 | 墨竹工卡 | ↑12.64 | ↑11.89 | ↓-2.98 | ↑22.29 | 94.72 |
25 | 聂拉木县 | ↓-5.31 | ↑2.23 | ↑6.81 | ↑3.39 | 16.73 |
26 | 堆龙德庆 | ↑7.01 | ↓-0.28 | ↑0.33 | ↑7.06 | 172.03 |
27 | 曲水县 | ↑4.82 | ↑1.46 | ↑1.28 | ↑7.72 | 37.64 |
28 | 林周县 | ↑11.09 | ↓-3.42 | ↑3.45 | ↑10.98 | 25.17 |
29 | 桑珠孜区 | ↑9.47 | ↑0.86 | ↑10.28 | ↑21.76 | 45.25 |
30 | 白朗县 | ↑9.05 | ↑8.17 | ↑8.78 | ↑28.32 | 54.61 |
31 | 当雄县 | ↑24.24 | ↑1.43 | ↑3.60 | ↑30.54 | 100.00 |
32 | 中尼廊道 | ↑9.85 | ↑1.15 | ↓-12.05 | ↓-2.28 | 206.97 |
“↑”表示生态消耗量有所上升;“↓”表示生态消耗量有所下降;畜牧业变化占比是指2000—2015年畜牧业生态消耗变化量占生态消耗变化量的比重, 若为正值表示畜牧业生态消耗变化趋势与生态消耗变化趋势一致, 若为负值表示畜牧业生态消耗变化趋势与生态消耗变化趋势不一致 |
(1) 19个县域2015年生态消耗量较2000年有所下降。除城关区外, 其余县域畜牧业生态消耗下降量占生态消耗下降量的80%以上, 有10个县域畜牧业生态消耗下降量占生态消耗下降量比例超过100%, 畜牧业生态消耗下降是导致生态消耗下降的主导因素(表 3)。大多数县域生态消耗量从2010年开始有明显的下降, 而仁布县、定日县、南木林县、噶尔县、札达县和仲巴县6个县域从2005年生态消耗量就开始下降, 表明上述6个县域草畜平衡政策带来影响的滞后性较短。
(2) 5个县域2015年生态消耗量较2000年有所上升但已经出现下降趋势。墨竹工卡县、江孜县、达孜县、定结县和亚东县5个县域2015年生态消耗量虽高于2000年生态消耗量, 但从2010年起生态消耗量开始下降, 生态消耗强度趋于变小(表 3)。墨竹工卡县、达孜县、定结县和亚东县4个县域畜牧业生态消耗增加量占生态消耗增加量的50%以上, 表明草畜平衡政策实施效果相对迟缓;江孜县2000—2015年生态消耗量增加, 但畜牧业生态消耗量减少, 表明农业生态消耗量增加是导致其生态消耗量增加的主要原因。
(3) 7个县域2015年生态消耗量较2000年有所上升且未出现下降趋势。城市辐射区(曲水县、堆龙德庆区、林周县、当雄县)、主要粮食生产县(白朗县、桑珠孜区)和口岸县(聂拉木县)生态消耗量基本处于持续增加状态(表 3)。曲水县、堆龙德庆区、林周县和当雄县均为城关区周边区县, 城关区是西藏自治区的经济文化中心, 人口高度集中并且净流入量大, 本地生态系统产出的生态资源不能满足其居民生活基本所需, 需要消耗周边地区的生态资源;城关区对周边区域生态资源需求的带动作用大于草畜平衡政策的影响, 使得周边县域生态消耗量处于增加状态。白朗县和桑珠孜区位于“一江两河”沿线河谷地带, 是西藏自治区重要的粮食生产基地县, 畜牧业生态消耗占比较低, 草畜平衡政策的实施对其影响不大, 生态消耗量处于持续增加状态。聂拉木县是樟木口岸所在县, 樟木口岸是中尼廊道地区最大的边贸中心口岸, 年出入境人员超过100万人次, 且呈快速增加趋势, 大量短期流动人口增加了聂拉木县对生态资源的消耗强度, 使其生态消耗量处于增加状态。
2.3 生态承载状态2000—2015年, 中尼廊道地区生态承载指数均不超过0.60, 生态承载力处于富富有余状态;2010年开始生态承载指数呈下降趋势, 生态承载状态向优发展。从县域尺度来看:2015年中尼廊道县域生态承载力基本处于盈余状态(包括平衡有余、盈余和富富有余), 人口密度较低的西部县域生态承载状态要优于人口密度较高的东部县域。2015年中尼廊道地区31个县域中, 有30个县域生态消耗量均低于生态供给量, 其中6个县域生态系统处于平衡有余状态, 9个县域生态系统处于盈余状态, 15个县域生态系统处于富富有余状态;白朗县生态消耗量略超过生态供给量, 生态系统处于临界超载状态(图 5)。中尼廊道西部县域人口密度均小于5人/km2, 生态承载力均处于富富有余状态, 而东部县域人口密度普遍大于10人/km2, 生态承载力基本处于盈余或平衡有余状态(图 5)。结合图 5可以看出:中尼廊道地区生态承载指数与人口密度之间存在显著正相关关系(R2=0.6319, P < 0.05);中尼廊道地区人口城镇化水平较低, 除拉萨市城关区外的其他县域农牧业人口占比较高, 农牧业人口主要以从事生态资源消耗型农牧业生产活动为主;因此, 中尼廊道地区人口密度较大的县域, 生态资源消耗强度较大, 生态承载指数较高, 生态承载状态相对较差。
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图 5 中尼廊道地区生态承载状态、人口密度与二者相互关系图(2015年) Fig. 5 The distribution of Ecological Carrying State (ECS), population density and their relationship in the China-Nepal corridor |
2000—2015年中尼廊道地区有24个县域生态承载状态开始向优发展, 有7个县域生态承载指数总体呈增加趋势(图 6), 生态系统存在超载风险。中尼廊道地区生态消耗以畜牧业生态消耗为主, 2010—2015年中尼廊道地区有24个县域在草畜平衡政策引导下放牧强度明显降低, 畜牧业生态消耗量有不同程度的减少, 生态承载指数降低, 生态承载状态维持原有水平或向更优一级转变, 仁布县生态承载状态由2010年的临界超载状态转变为2015年的平衡有余状态, 若按照其趋势发展, 上述24个县域生态系统将一直处于盈余状态(包括平衡有余、盈余和富富有余), 生态系统不存在超载风险。白朗县、曲水县、桑珠孜区、林周县、堆龙德庆区、当雄县和聂拉木县7个县域2000—2015年生态承载指数总体处于增加趋势;聂拉木县生态承载力处于富富有余状态, 虽生态承载指数增加, 但短期内不存在生态超载风险;白朗县生态承载力状态已从2010年的平衡有余状态转变到2015年的临界超载状态;曲水县、桑珠孜区、林周县、堆龙德庆区和当雄县2015年生态承载状态指数超过0.85, 生态承载力虽处于平衡有余状态但存在超载风险。
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图 6 中尼廊道地区生态承载指数与生态承载状态图(2000—2015年) Fig. 6 The Ecological Carrying Index (ECI) and Ecological Carrying State (ECS) in the China-Nepal corridor (2000—2015) 方框颜色表示生态承载状态, 方框数字表示生态承载指数 |
本研究从生态系统服务供给与消耗的角度出发, 开展中尼廊道地区生态供给空间分布格局、生态消耗时空演变规律、生态承载状态及其变化趋势研究, 主要得到以下结论:
(1) 2000—2015年中尼廊道地区生态承载力处于富富有余状态, 且从2010年起生态承载指数呈下降趋势, 生态承载状态向优发展。2015年, 中尼廊道31个县域中有30个县域生态承载力处于平衡有余、盈余或富富有余状态;生态承载指数与人口密度存在正相关关系, 县域人口密度呈东高西低, 西部县域生态承载状态优于东部县域。在中尼廊道31个县域中, 有24个县域生态承载指数呈现下降趋势, 生态承载状态向优发展;有7县域生态承载指数总体呈增加趋势, 生态承载力超载风险增大。中尼廊道地区生态承载力处于富富有余状态表明该区域尚有较大的生态空间可用于以铁路为代表的基础设施建设, 但仍有部分县域生态承载力处于临界超载或平衡有余状态, 需要防范中尼廊道建设给生态系统带来的超载风险。
(2) 中尼廊道地区生态供给量多年均值为10.01 TgC, 单位面积生态供给量为31.23 gC/m2;中尼廊道地区地处高海拔地区, 水热条件不足, 植被生长期较短, 有机物积累量低, 生态系统供给能力较低。中尼廊道地区海拔高度与单位面积生态供给量之间存在负相关关系, 东部县域平均海拔高度低于西部县域;生态供给能力高于西部县域。中尼廊道地区有近70%单位面积生态供给量大于100 gC/m2的区域分布在占总面积仅为6.27%的低海拔地区(海拔低于4500 m), 在贸易促进人口集聚、居民生活水平提升的趋势下, 生态消耗需求增加, 如继续依赖提升农牧业生产强度, 势必对脆弱生态系统产生更大的压力。
(3) 中尼廊道地区生态消耗由农业生态消耗与畜牧业生态消耗两部分组成, 畜牧业生态消耗占比80%以上, 在生态消耗中占主导地位。2000—2015年中尼廊道地区生态消耗量处于下降状态, 降幅为2.28%;草畜平衡政策实施引起放牧强度降低使得畜牧业生态消耗下降量(0.26 TgC)大于农业生态消耗增加量(0.13 TgC), 是导致生态消耗量减少的主要原因。根据2000—2015年生态消耗变化趋势, 中尼廊道县域可分为三类:19个县域2015年生态消耗量较2000年有所下降, 5个县域2015年生态消耗量较2000年有所上升但已经出现下降趋势, 7个县域2015年生态消耗量较2000年有所上升且未出现下降趋势。
(4) 中尼廊道地区从2005年开始实施草畜平衡政策, 由于各县域推行草畜平衡的时间与力度存在一定差异, 使得各县域畜牧业生态消耗开始下降的时间节点与幅度存在差异;有24个县域2010—2015年畜牧业生态消耗量有大幅度下降, 导致生态消耗总量下降, 其中有19个县域2015年生态消耗量低于2000年生态消耗量。城市辐射区、粮食主产区、口岸地区在异地消耗需求、粮食基地保障、流动人口需求等因素驱动下, 生态消耗量总体处于增加态势:曲水县、堆龙德庆区、林周县和当雄县在城关区对异地生态资源需求下, 为发展自身经济, 生态资源消耗量增加;白朗县和桑珠孜区作为西藏自治区重要的粮食生产基地县, 农业生态消耗增加幅度大于畜牧业生态消耗减少幅度, 生态消耗总量呈增加状态;聂拉木县作为西藏自治区最大边贸中心樟木口岸所在县, 流动人口对生态资源的需求导致其生态消耗处于增加状态。
3.2 讨论(1) 中尼廊道地区地处生态环境脆弱的青藏高原地区, 生态系统以高寒草地生态系统为主, 有着易破坏难恢复的特点[1-2];相关研究表明青藏高原草地生态系统生产能力与逐年降水、年均气温之间均存较强的正相关关系[36], 近年来, 青藏高原地区气候整体处于暖湿化趋势[37-38], 成为我国生态系统净初级生产力相对增加量最大且波动上升趋势最明显的区域[39-40]。本文研究结果显示, 2000—2015中尼廊道地区生态系统供给量处于波动状态并没有明显的上升趋势, 人类活动对生态系统的干扰抵消了增温增湿给生态系统净初级生产力带来的增加效益;中尼廊道建设不可避免要占用生态空间, 进而降低沿线地区生态系统供给量, 因此, 建设过程中要正确处理好中尼廊道建设与生态环境保护的关系, 实现经济发展与生态保护双重效益。
(2) 基于生态足迹法开展西藏自治区全域生态承载力研究结果表示2000—2010年西藏自治区生态承载力远大于生态足迹, 生态系统尚有较大的生态盈余, 但生态盈余整体处于持续下降状态[41-43]。本文基于生态系统净初级生产力, 从生态系统服务供给与消耗的角度对中尼廊道地区生态承载状态进行研究, 结果表明中尼廊道地区生态消耗量小于生态供给量, 生态承载力处于富富有余状态, 2000—2010年生态承载指数增加, 生态承载状态趋于恶化;研究结果与基于生态足迹法对西藏全域生态承载力研究结果基本保持一致。本研究结果表明2010—2015年中尼廊道地区生态承载指数下降, 生态承载状态整体向优发展;2010年开始西藏自治区禁牧补助、退耕还草、草畜平衡等生态保护政策措施实施效果凸显[44]:一方面草地生态系统生产潜力与产草量明显提高, 另一方面放牧数量显著下降——较2010年相比实际载畜量下降370万头[45-46], 大多数区域草地载畜量从超载状态过渡到盈余状态[47];在生态保护政策与措施的引导下, 中尼廊道地区生态承载压力降低, 生态承载状态向优发展。
(3) 基于物种能量假说, 当人类占用生态系统净初级生产力超过50%时, 就会对生态系统生物多样性造成负面影响[48];2018年Pimm等[49]在Science Advances发表评述性文章, 提出“半球计划”来保护生物多样性, 进而维持生态系统结构与功能的稳定性;同年, Jonathan Baillie和Zhang[50]在Science发表社论文章, 呼吁各国政府到2030年实现30%的海洋和陆地保护, 到2050年将保护率提高至50%。将中尼廊道地区生态承载指数与2030年生态保护目标对标, 整体来看, 中尼廊道地区已经实现2030年生态保护目标, 但有14个县域生态承载指数大于0.70, 表明农牧业生产消耗的生态资源超过区域生态资源供给总量的70%, 尚未达到30%生态保护目标;将中尼廊道地区生态承载指数与2050年生态保护目标对标, 中尼廊道地区整体和20个县域生态承载指数均超过0.50, 表明农牧业生产消耗的生态资源超过区域生态资源供给总量的50%, 尚未达到50%生态保护目标;因此, 中尼廊道地区尚需加大生态保护力度, 进一步降低人类活动对生态系统的干扰, 进而使得生态系统处于可持续发展状态。
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