■ 陳江玲/徐京華/甘 泉/徐 慶

（1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756；2.四川省測繪地理信息局，成都 610041；3.四川省第三測繪工程院，成都 610500）

川滇生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)承載力研究
——基于生態(tài)足跡模型

■ 陳江玲1/徐京華1/甘 泉2/徐 慶3

（1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756；2.四川省測繪地理信息局，成都 610041；3.四川省第三測繪工程院，成都 610500）

利用供需模型對2010年川滇生態(tài)屏障區(qū)的生態(tài)環(huán)境承載力進(jìn)行監(jiān)測，通過計(jì)算分析生態(tài)足跡和生態(tài)承載力數(shù)據(jù)，并構(gòu)建供需平衡模型（ECCI）估算和評價區(qū)域的生態(tài)環(huán)境承載力。結(jié)果表明：該區(qū)域主要以生態(tài)盈余為主且云南省的生態(tài)承載力優(yōu)于四川省，其中處于生態(tài)盈余指數(shù)均值達(dá)0.35，處于生態(tài)赤子的5個縣指數(shù)均值達(dá)1.78，處于生態(tài)平衡狀態(tài)的4個縣指數(shù)均值達(dá)0.97。從縣域尺度分析發(fā)現(xiàn)：若爾蓋縣及紅原縣人均生態(tài)足跡均高達(dá)14hm2/人，區(qū)域內(nèi)草地退化嚴(yán)重，處于嚴(yán)重超載。從生態(tài)承載力的構(gòu)成分析發(fā)現(xiàn)：草地的人均生態(tài)足跡達(dá)2.94hm2/人，化石能源用地的人均生態(tài)足跡達(dá)0.452.94hm2/人，均超出了生態(tài)承載力的范圍，出現(xiàn)了生態(tài)赤字，可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對此，提出幾點(diǎn)建議。

生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；供需平衡指數(shù)；川滇生態(tài)屏障區(qū)

0 引言

工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展給環(huán)境帶來了巨大的壓力，人口、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)自然資源的需求與生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境承受能力之間的矛盾日益突出。而生態(tài)承載力研究正是解決資源-環(huán)境矛盾、實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要方法，也是地理學(xué)、生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)與前沿領(lǐng)域[1]。為了切實(shí)落實(shí)“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，構(gòu)筑生態(tài)安全格局，并兼顧生態(tài)文明建設(shè)[2]，本文以“兩屏三帶”中的川滇生態(tài)屏障區(qū)為研究對象，運(yùn)用供需模型計(jì)算研究區(qū)域生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，通過比較二者之間的關(guān)系來衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。一些學(xué)者以不同尺度、從不同方面對生態(tài)承載力進(jìn)行了研究，如以省、市、縣為行政單元對水資源、耕地、植被、草地、大氣等供需情況進(jìn)行分析和評價[3-7]。本文通過計(jì)算分析生態(tài)承載力的結(jié)果以掌握川滇生態(tài)屏障區(qū)的生態(tài)狀況及變化特點(diǎn)，對屏障區(qū)的水土保持、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等都有著重要意義。同時，該數(shù)據(jù)可為國家、部門和地方推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略部署、加快轉(zhuǎn)型發(fā)展、建設(shè)國家生態(tài)安全屏障提供決策參考。

1 研究區(qū)域概況

川滇生態(tài)屏障區(qū)位于東經(jīng)98°3′～104°58′，北緯26°32′～34°19′之間，地跨四川、云南兩省，由川西27個縣和滇北4個縣構(gòu)成，幅員面積19.46萬km2。在地貌上表現(xiàn)為青藏高原的東延部分，屬于高山、高原地貌，整個地勢由西北到東南逐步下降，平均海拔約4000m。氣候類型以高原山地溫帶、寒溫帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎瑢儆诟咴降卮怪斌w系。該研究區(qū)地廣人稀、民族雜處，以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱。由于自然條件、民族文化、社會歷史和交通地理等方面的特殊性，經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直處于相對落后的狀態(tài)。

2 研究方法

本文基于需求模型和供給模型，分別采用生態(tài)足跡、生態(tài)承載力對六類土地（耕地、草地、林地、水域、化石能源用地與建設(shè)用地）利用狀況進(jìn)行核算，但生態(tài)足跡中化石能源用地在生物承載力中沒有與之對應(yīng)的組分。

數(shù)據(jù)來源：耕地、林地、水域、建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)來源于地表覆蓋數(shù)據(jù)；食品消費(fèi)、能源消費(fèi)、水產(chǎn)品消費(fèi)數(shù)據(jù)來源于2011年各市、縣的統(tǒng)計(jì)年鑒。

使用生態(tài)足跡法進(jìn)行生態(tài)承載力監(jiān)測總體技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 生態(tài)承載力監(jiān)測總體技術(shù)流程

2.1 生態(tài)足跡計(jì)算

生態(tài)足跡(ecological footprint)是指維持一個人、地區(qū)或國家的生存所需要的或者能夠容納人類所排放的廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域面積。人類的生產(chǎn)和生活消費(fèi)主要包括采用生產(chǎn)量計(jì)算的生物資源生態(tài)足跡和采用消費(fèi)量計(jì)算的能源賬戶生態(tài)足跡，以便直觀地反映區(qū)域環(huán)境的實(shí)際承受能力[8]。生物資源生產(chǎn)部分主要包括植物產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、林產(chǎn)品、水產(chǎn)品等指標(biāo)。能源消費(fèi)部分主要包括煤碳、原油、汽油、柴油、焦炭、煤油、燃料油和電力。為了不同生產(chǎn)性用地的生產(chǎn)能力具有可比性，乘以一個均衡因子，以此把不同生產(chǎn)性用地轉(zhuǎn)化為具有相同生產(chǎn)性土地的面積，計(jì)算方法如式（1）。

式（1）中：EF為總的生態(tài)足跡，i為消費(fèi)商品或者生產(chǎn)的類型，j為生態(tài)生產(chǎn)性土地類型（耕地、林地、草地、建筑用地、水域、化石能源用地），Ci為i種消費(fèi)項(xiàng)目的年平均消費(fèi)量，EPi為更新后中國主要農(nóng)產(chǎn)品的全球平均產(chǎn)量[9]，EQj為均衡因子。耕地2.82，林地1.10，草地0.54，水域0.20，化石能源用地1.14，建設(shè)用地2.82。能源消費(fèi)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)面積時，采用世界上單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折算[10]。

2.2 生態(tài)承載力計(jì)算

生態(tài)承載力(ecological capacity)指某區(qū)域自然環(huán)境所能提供給人類的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積的總和[11]，表示該區(qū)域提供各類用地的數(shù)量，是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)承載社會經(jīng)濟(jì)代謝的能力體現(xiàn)。由于不同地區(qū)同種類型的土地生產(chǎn)能力不同，為此，這里引入產(chǎn)量因子Yj，采用某個地區(qū)某類型土地平均生產(chǎn)力與世界同類土地平均生產(chǎn)力的比[12，13]來調(diào)整。計(jì)算方法如式（2）所示：

式（2）中：EC為生態(tài)承載力，Aj為耕地、林地、草地、建筑用地、水域、化石能源用地的面積，EQj為均衡因子，Yj為j類生物生產(chǎn)型土地的產(chǎn)量因子。按中國產(chǎn)量因子取值：耕地1.66，林地0.91，草地0.19，水域1，建筑用地1.66。由于目前大多數(shù)地區(qū)沒有專門設(shè)置用于吸收CO2的功能性土地，所以化石能源用地的產(chǎn)量因子為0[14]。在計(jì)算總生物生產(chǎn)性面積時應(yīng)扣除12%作為生物多樣性保護(hù)地[15]。

2.3 供需平衡指數(shù)

為了更好地反映供給與需求的關(guān)系，引入供需平衡指數(shù)。供需平衡指數(shù)（ECC I）是區(qū)域人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之比[16]，計(jì)算方法如式（3）所示。

式（3）中：e f為人均生態(tài)足跡，ec為人均生態(tài)承載力，當(dāng)ECC I大于1時，人類對生態(tài)系統(tǒng)的需求大于生態(tài)系統(tǒng)本身所能承受的范圍，為生態(tài)赤字；當(dāng)ECC I小于1時，人類對生態(tài)系統(tǒng)的需求在生態(tài)系統(tǒng)本身所能承受的范圍之內(nèi)，為生態(tài)盈余；理論上當(dāng)ECC I值等于1時為生態(tài)完全平衡，但現(xiàn)實(shí)情況下該理想狀況出現(xiàn)的幾率極小。為更加直觀地體現(xiàn)供需平衡狀況，將其分為8個級別：富富有余（ECC I≤0.5）、富裕（0.5＜ECC I≤0.7）、盈余（0.7＜ECCI≤0.9）、平衡有余（0.9＜ECCI≤1.0）、臨界超載（1.0＜ECCI≤1.1）、超載（1.1＜ECCI≤1.5）、過載（1.5＜ECCI≤2.5）、嚴(yán)重超載（ECCI≥2.5）。

3 研究結(jié)果及分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平得到了極大的提高，但是人類活動給區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如圖2所示，研究區(qū)域仍然存在生態(tài)赤字，說明人類活動對生態(tài)環(huán)境的壓力超出了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)承載力的范圍。

圖2 川滇生態(tài)屏障區(qū)2010年供需平衡指數(shù)

從生態(tài)平衡指數(shù)的評價結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)：2010年云南省的生態(tài)承載力要優(yōu)于四川省。處于生態(tài)赤字的有5個縣，其中嚴(yán)重超載有2個縣，分別是若爾蓋縣、紅原縣，平衡指數(shù)最大的達(dá)2.87；超載有3個縣，分別是石棉縣、木里藏族自治縣、玉龍縣，平衡指數(shù)的均值為1.18。處于生態(tài)平衡狀態(tài)有4個縣，其中平衡有余有2個縣，分別是小金縣和天全縣，平衡指數(shù)均值為0.93；臨界超載有2個縣，分別是寶興縣和茂縣，平衡指數(shù)均值為1.01。處于生態(tài)盈余區(qū)有21個縣，其中盈余區(qū)只有黑水縣；富裕區(qū)有4個縣，分別是道孚縣、松潘縣、瀘定縣和北川羌族自治縣，平衡指數(shù)均值為0.56；富富有余區(qū)有17個縣，平衡指數(shù)均值為0.28，平衡指數(shù)最小的德欽縣只有0.02。

從各縣的人均生態(tài)足跡及人均生態(tài)承載力對比分析（表1、圖3）發(fā)現(xiàn)，其中較為顯著的是若爾蓋縣及紅原縣，其人均生態(tài)足跡遠(yuǎn)高于生態(tài)承載力，人均生態(tài)足跡分別達(dá)14.85hm2/人、14.39hm2/人。該區(qū)域畜牧資源豐厚，草地面積約占總面積的80%左右，常年飼養(yǎng)牦牛、藏系綿羊、河曲馬等草食牲畜為主，年畜牧產(chǎn)品平均達(dá)35400噸，但超載過牧，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)草地退化嚴(yán)重，承載力下降，直接影響著畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。木里縣人均生態(tài)足跡達(dá)10.6hm2/人，而可供人類利用的人均生態(tài)承載力只有8.44hm2/人，主要由該區(qū)域以傳統(tǒng)的耕種方式為主，生產(chǎn)力落后，農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，且人口較多引起的。稻城縣、德欽縣、理塘縣、鄉(xiāng)城縣、雅江縣生態(tài)承載力較大，處于可持續(xù)利用狀態(tài)。

表1 川滇生態(tài)屏障區(qū)2010年各縣人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力及供需平衡指數(shù)

圖3 川滇生態(tài)屏障區(qū)2010年各縣人均生態(tài)足跡與生態(tài)承載力對比

從人均生態(tài)足跡的構(gòu)成（如圖4）分析發(fā)現(xiàn)：需求量位居第一的是草地，達(dá)2.94hm2/人；其次是化石燃料、耕地、林地、水域，需求量分別為0.452.94hm2/人、0.26hm2/人、0.002hm2/人和8.42×10-5hm2/人。從人均生態(tài)承載力構(gòu)成分析發(fā)現(xiàn)：林地、耕地、建設(shè)用地分別位居前三，生態(tài)足跡與生態(tài)承載力基本維持平衡。而草地與化石能源用地已經(jīng)超出了自然環(huán)境所能承受的范圍?？梢姡莸丶澳茉促Y源的高消耗是引起生態(tài)赤字的主要原因，導(dǎo)致可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。草地超載嚴(yán)重，最直接的表現(xiàn)就是占用土地、損毀植被、土層剝落和廢棄物就地堆存，加劇了草地的退化過程。因此，對于過度放牧區(qū)域應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)作物的補(bǔ)飼作用，提高秸稈、根葉等的利用技術(shù)和利用率[17]，通過有效補(bǔ)飼來緩解畜牧業(yè)發(fā)展對草地生態(tài)系統(tǒng)帶來的壓力。在快速的社會化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，難以避免化石能源的高消耗，為此，應(yīng)大力發(fā)展清潔、高效、節(jié)約型能源。

圖4 生態(tài)承載力構(gòu)成（2010年）

4 結(jié)論與建議

本研究采用供需模型對2010年川滇生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)承載力進(jìn)行評估，并計(jì)算供需平衡指數(shù)來，用以反應(yīng)研究區(qū)域人類活動對自然環(huán)境的壓力。計(jì)算結(jié)果表明：川滇生態(tài)屏障區(qū)主要以生態(tài)盈余為主，但31個縣中仍然有5個縣存在生態(tài)赤字，其中若爾蓋縣和紅原縣存在嚴(yán)重超載的情況。從生態(tài)承載力的構(gòu)成分析發(fā)現(xiàn)，生態(tài)赤字主要是由草地過度放牧及化石能源的消耗引起的。為了避免生態(tài)環(huán)境的惡化，應(yīng)當(dāng)采取有效措施減少生態(tài)赤字。為此提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)減少化石能源的消耗，提高能源的利用率，發(fā)展清潔、高效能源；

(2)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和采用先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展；

(3)對于退化的草地資源，應(yīng)防止超載過牧情況，因地制宜發(fā)展畜牧業(yè)，應(yīng)采取有效補(bǔ)飼來緩解畜牧業(yè)發(fā)展對草地生態(tài)系統(tǒng)帶來的壓力；

(4)資源采用循環(huán)式利用，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)；(5)控制人口快速增長，提高土地生產(chǎn)力，開發(fā)土地生產(chǎn)潛力，提高單位面積的產(chǎn)量。

與此同時，應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，提高生態(tài)承載力，大力發(fā)展新型工業(yè)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

[1]向蕓蕓,蒙吉軍.生態(tài)承載力研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012(11):2958-2965.

[2]張彥英,樊笑英.生態(tài)文明建設(shè)與資源環(huán)境承載力[J].中國國土資源經(jīng)濟(jì),2011(4):9-11.

[3]施開放,刁承泰,孫秀鋒,等.基于耕地生態(tài)足跡的重慶市耕地生態(tài)承載力供需平衡研究[J].生態(tài)學(xué)報,2013(6):1872-1880.

[4]王文國,何明雄,潘科,等.四川省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的時空分析[J].自然資源學(xué)報,2011(9):1555-1565.

[5]李新榮,張志山,譚會娟,等.我國北方風(fēng)沙危害區(qū)生態(tài)重建與恢復(fù):騰格里沙漠土壤水分與植被承載力的探討[J].中國科學(xué):生命科學(xué),2014(3):257-266.

[6]趙衛(wèi),沈渭壽,劉波,等.西藏地區(qū)草地承載力及其時空變化[J].科學(xué)通報,2015(21):2014-2028.

[7]范麗雅,余錫剛,金均.浙江省大氣環(huán)境承載力時空分布特征研究[J].環(huán)境污染與防治,2013(12):72-77.

[8]何彩虹,吳開亞,胡淑恒.上海市2000—2009年生態(tài)足跡測算與動態(tài)分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012(2):268-273.

[9]謝鴻宇,葉慧珊.中國主要農(nóng)產(chǎn)品全球平均產(chǎn)量的更新計(jì)算[J].廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(1):76-80.

[10]岳立,于翠,高新才.基于區(qū)域的城市生態(tài)承載力評價與分析——以張掖市及張掖市甘州區(qū)為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011(4):28-32.

[11]鄭暉,石培基,何娟娟.甘肅省生態(tài)足跡與生態(tài)承載力動態(tài)分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013(10):13-18.

[12]秦如培,張紹輝.基于生態(tài)足跡的畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)生態(tài)承載力動態(tài)分析[J].土木工程與管理學(xué)報,2014(1):86-90,100.

[13]王詩雨,崔鴻鵬,王勝男.基于生態(tài)足跡的海南省自然生態(tài)承載力研究[J].水土保持研究,2014(6):218-221.

[14]姜綿峰,葉春明.上海城市生態(tài)足跡動態(tài)研究——基于ARIMA模型[J].華東經(jīng)濟(jì)管理,2015(1):18-24.

[15]楊艷,牛建明,張慶,等.基于生態(tài)足跡的半干旱草原區(qū)生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展研究——以內(nèi)蒙古錫林郭勒盟為例[J].生態(tài)學(xué)報,2011(17):5096-5104.

[16]劉東,封志明,楊艷昭.基于生態(tài)足跡的中國生態(tài)承載力供需平衡分析[J].自然資源學(xué)報,2012(4):614-624.

[17]李祥妹,趙衛(wèi),黃遠(yuǎn)林.基于生態(tài)系統(tǒng)承載能力核算的西藏高原草地資源區(qū)劃研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2016(1):167-173.

Study on Ecological Carrying Capacity of Ecological Protection Area in Sichuan-Yunnan Province—Based on Ecological Footprint M odel

CHEN Jiangling1, XU Jinghua1, GAN Quan2, XU Qing3
(1.School of Earth Sciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 611756, China; 2.Technology Survey and Mapping Geography Bureau of Sichuan Province, Chengdu 610041, China; 3.The Third Institute of Surveying and Mapping of Sichuan Province, Chengdu 610500, China)

The ecological and environmental carrying capacity of Sichuan-Y unnan ecological protection area in 2010 was monitored by supply and demand model. The ecological footprint and ecological carrying capacity data were calculated and analyzed. The ECCI was used to estimate and evaluate the ecological carrying capacity of this area. The results show that the ecological surp lus is mainly dominated in this area and the ecological carrying capacity of Yunnan is better than that of Sichuan Province, in which the ecological surplus index is 0.35, while the average of the f ve def cit counties is1.78, and the average index is0.97in the f ve ecological equilibrium counties. From the county scale analysis, it is found that the ecological footprint of Ruoergai county and Hongyuan county is as high as 14hm2/ person, and the grassland in the area is seriously degraded and overloaded. From the analysis of the composition of ecological carrying capacity, it is found that the per capita ecological footprint of grassland is 2.94hm2/person, and the per capita ecological footprint of fossil energy land is 0.452.94hm2/person, in which both are beyond the ecological carrying capacity and caused the ecological def cit, which means the sustainable development is facing severe challenges. In this regard, we made a few suggestions for environment protection.

ecological footprint; ecological carrying capacity; supply and demand balance index; Sichuan-Yunnan ecological protection area

F407.1；F062.1

A

1672-6995（2017）06-0054-05

2017-02-25；

2017-02-27

十二五國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAL01B00）

陳江玲（1992—），女（土家族），貴州省銅仁市人， 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)檫b感影像信息提取。