西藏生態足跡與承載力動態分析

安寶晟，程國棟

(1. 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所, 蘭州 730000； 2. 中國科學院青藏高原研究所, 北京 100101)

西藏生態足跡與承載力動態分析

安寶晟1,2,*，程國棟1

(1. 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所, 蘭州 730000； 2. 中國科學院青藏高原研究所, 北京 100101)

利用生態足跡模型，對2005—2010年西藏的生態足跡和生態承載力以及生態盈余進行了測算。研究發現，西藏2005—2010年人均生態足跡呈現出振蕩式上升趨勢，從2005年的0.34 hm2/人波動上升到2010年的0.83 hm2/人，其中人均林地消費所占比重最大，多年平均值占總消費的39.8%；人均耕地消費基本穩定在0.18—0.2 hm2/人之間，其他類型土地消費所占比重相對較少；人均生態承載力呈現平滑下降趨勢，從2005年的14.78 hm2/人下降到了2010年的13.77 hm2/人，其中林地和牧草地及其轉換的化石能源地人均生態承載力所占比重達到了95%，可耕地、牧草地、林地的人均生態承載力在2005—2010年之間呈現緩慢下降趨勢，水域人均生態承載力變化不大；人均生態盈余較大，但呈現出遞減趨勢，2005年為14.44 hm2/人，而2010年下降到12.94 hm2/人；生態盈余中比重最大的是林地，但其足跡波動較大，介于1%—30%之間；草地人均生態足跡僅占生態承載力的5%左右，水域人均生態足跡占生態承載力的比例可忽略不計。

生態足跡；生態承載力；生態盈余; 化石能源；可持續發展

生態足跡方法在國外相關研究的應用較為廣泛，一些學者對生態足跡概念等本身進行了研究[1- 3]；而有些學者針對某個特定國家或地區開展生態足跡研究[4- 9]；有些則是針對某些行業如旅游業[10- 11]或農作物[12]、化石能源[13]等資源的生態足跡進行了分析。生態足跡的概念在1999年被引入我國[14]，許多學者分別從理論、方法、計算模型及研究進展等方面進行了介紹和研究，主要集中在：①對生態足跡方法的研究和評價[15- 16]；②對我國各個城市生態足跡的研究[17- 19]；③對某個行業的生態足跡分析如對水資源生態足跡的研究[20- 21]以及對旅游生態足跡的分析[22]。雖然對生態足跡的研究很豐富，但對西藏自治區生態足跡和承載力評價的研究并不多見。

西藏地處高原，生態環境脆弱。長期以來，我國和當地政府十分重視西藏生態環境保護和生態建設工作，但受區域社會經濟發展狀況所限，西藏有關生態環境本底及演化過程的科學觀測和積累的數據偏少，大大制約了對西藏生態系統功能和效用的評價。通過對用于可持續發展測算的多種方法的適用程度、針對性、數據要求等方面的分析和選擇，本文運用生態足跡方法定量計算并探討西藏2005—2010年間的生態足跡和生態承載力的縱向變化過程和特征，評價西藏在社會經濟發展過程中存在的問題及可持續發展現狀，以期為西藏正確處理人口、資源、環境與經濟社會發展之間的關系，制定相關政策提供科學依據。

1 研究區域概況

西藏(北緯26°50′—36°53′，東經78°25′—99°06′)位于青藏高原西南部,北鄰新疆，東連四川，東北緊靠青海，東南連接云南，南與緬甸、印度、不丹、錫金、尼泊爾等國毗鄰，西與克什米爾地區接壤，地勢由西北向東南傾斜，地形復雜多樣，是中國西南邊陲的重要門戶。全區面積120.223萬 km2，約占全國總面積的1/8[23]。西藏高原生態安全是國家生態安全的重要組成部分，是我國乃至亞洲地區重要的生態安全屏障，土地類型豐富，如圖1所示。

2 研究方法與數據來源

2.1 生態足跡法[4]

(1)

(2)等量化處理

由于6種不同土地類型的生態生產力不同，為了將不同生態生產性土地類型的空間匯總為總生態生產力和生態足跡，各種類型的生態生產性土地面積要乘以一個等價因子eF:

式中，AF為總生態足跡(全球標準面積)。

本文采用世界自然基金會(WWF)提出的等價因子：耕地和建筑用地為2.21，林地與化石燃料用地為1.34，草地為0.49，水域為0.36*2006年世界自然基金會(wwf)提供的數據。

圖1 西藏土地利用類型Fig.1 Land use type of Tibet

2.2 生態承載力研究方法

生態承載力是指在一定自然環境和社會經濟條件下，生態生產性土地的最大值。本文采用面積轉換法來測算生態承載力[24]：

(2)

式中，AC為標準生態承載力，Sj為實際土地面積，eRj為產量因子，eFj為等量化因子。

2.3 生態赤字與盈余

當生態承載力大于生態足跡(AC>AF)時，出現生態盈余，表明該地區的發展處于生態承載力范圍之內，生態系統是安全的，資源屬于可持續利用；而當一個地區的生態承載力小于生態足跡(AC

2.4 數據來源及處理

由于數據本身的可得性，本文對西藏自治區生態足跡和承載力變化分析的時間區間是2005—2010年。

由公式(1)可知，計算生態足跡需要測算Ci，西藏自治區的消費總體上可以分為生物資源消費和能源消費兩大類。這兩類消費的生態足跡累加大體可以得到西藏總生態足跡。

西藏生物資源消費分為農村消費和城鎮居民消費。各類生物性產品消費量及建成地面積的統計數據來源于2005—2011年《西藏統計年鑒》。根據公式(1)，將西藏不同生物資源的人均消費量乘以當年人口總數，得到該地區不同產品的總消費量，再將該值與其全球平均產量相比即得到消費該項產品所產生的生態足跡。為保證計算結果可以進行不同國家不同地區之間的比較，本文的全球平均產量大多根據2010年FAO統計數據庫2009年的參考數據求算。由于谷物占糧食絕大部分比重，糧食全球平均產量由谷物全球平均產量代替，食用油的全球平均產量按照油料作物全球平均產量求得；豬肉、牛羊肉、牛羊奶、家禽、蛋類、茶葉、木材全球平均產量由謝鴻宇由2003年WWF數據求算，其中牛羊肉平均產量數據根據FAO牛羊世界總產量和各自全球平均產量加權平均求算；牛羊奶全球平均產量由牛奶代替，水產品、干鮮瓜果全球平均產量直接引用謝鴻宇計算的數據[25]。

西藏的能源消費主要包括煤炭、汽油和電力三類，數據由西藏自治區統計局提供。西藏的電力主要包括水電和火電。由于西藏水資源儲量相當豐富，有利于發電，因而，水電消費造成人為的生態足跡是可以忽略不計，本文只計算火電消費形成的生態足跡。火電的消費量根據當年水電和火電發電量比例求得。WWF發布的《LivingPlanetReport2012》將化石能源地定義為“用于吸收化石能源燃燒排放的溫室氣體的森林”。事實上，草地也具有較強的吸碳能力，而西藏同時擁有豐富的森林和草地資源，因而，本文引用謝鴻宇對化石能源地定義的修正，將化石能源地定義為：用于吸收化石能源燃燒排放的溫室氣體的森林和牧草地。1噸能源所需土地類型面積參數引用其的計算結果[25]。

本文生態承載力采用面積轉換法，利用西藏2005—2010年數據計算。根據生態足跡的土地類型，需要對西藏的可耕地、水域、林地、草地面積以及林地和草地的吸碳能力產生化石能源地面積進行轉換。其中，可耕地面積按照歷年西藏統計年鑒中的農作物播種面積計算；水域面積是基于MODIS數據最大水體像元提取最大水體面積觀測得到；林地面積來自西藏國土資源廳統計數據；草地面積則基于GIMMS和SPOTVEGETATION(SPOTVGT)兩種數據集的NDVI數據以及草地矢量數據(比例尺1∶100 000)等觀測到的草地蓋度計算得出。

3 結果與分析

3.1 西藏不同土地類型的生態足跡

根據西藏不同的消費類型，將生態足跡分別劃分為可耕地、牧草地、森林、水域、化石能源地、建成地六類土地類型的生態足跡，2005—2010年間西藏人均生態足跡變化如圖2所示，其中牧草地、水域以及建成地生態足跡總體呈降低趨勢，化石能源以2008年最高。

圖2 2005—2010年生態足跡Fig.2 Ecological footprint (2005—2010)

3.2 西藏總生態承載力

根據世界環境與發展委員會的建議，在計算生態承載力時扣除了12%的生物多樣性保護面積[26]。生態承載力化石能源地(森林)和化石能源地(牧草)面積=森林(或牧草)實際面積×吸碳產量因子×等量化因子。其中，吸碳產量因子=本地區森林固碳能力/全球平均固碳能力，故本文認為產量因子與吸碳產量因子一致。西藏的生態承載力的測算結果如圖3所示。

圖3 2005—2010年生態承載力Fig.3 Ecological capacity (2005—2010)

3.3 生態赤字與盈余現狀分析

根據統計數據和上述計算公式，西藏2005—2010年西藏整體和不同土地類型的人均生態承載力、人均生態足跡以及人均生態赤字或盈余如表1所示；不同土地類型的人均生態盈余或赤字變化趨勢如圖4所示； 整體的人均生態承載力、人均生態足跡及其對比情況如圖5所示。

圖4 2005—2010年不同土地類型生態盈余或赤字變化趨勢 Fig.4 Trends of ecological deficit or surplus in different lands (2005—2010)

圖5 2005—2010年人均生態承載力、生態足跡、生態盈余及其對比Fig.5 Comparison of ecological capacity, footprint and surplus (2005—2010)

計算結果表明：

(1)總體上，西藏的生態承載力遠大于生態足跡，西藏處于生態盈余狀態(表1，圖5)，因此西藏整體上處于生態健康狀態；同時，西藏各個生態賬戶均顯示處于盈余狀態。

(2)從趨勢上看(圖2—圖5)，人均生態承載力呈現平滑下降趨勢，從2005年14.78hm2/人下降到了2010年的13.77hm2/人。其中，可耕地、牧草地、林地人均生態承載力2005—2010年一直呈現下降趨勢，可耕地人均生態承載力從0.31hm2/人下降到了0.29hm2/人，牧草地人均生態承載力從1.97hm2/人下降到了1.82hm2/人，林地人均生態承載力從6.05hm2/人下降到了5.64hm2/人；水域的生態承載力變化不大，在0.46—0.43hm2/人之間；森林和牧草地化石能源地具有較高的生態承載力；生態足跡從2005—2010年呈現出震蕩式上升趨勢，總體從2005年的0.34hm2/人上升到了2010年的0.83hm2/人，其中，2009年出現一個比較明顯的上升。因而，西藏的生態盈余整體上是逐年遞減的，2005年為14.44hm2/人，而2010年下降到12.94hm2/人。

(3)從結構上來看(表1)，林地和牧草地及其轉換的化石能源地生態承載力所占比重達到了95%，可耕地面積所占比重較小；生態足跡中，西藏人均可耕地面積比較穩定，而導致西藏生態足跡震蕩式上升的是人均林地面積。其中，2009年更是達到了1.70hm2/人，相比其他年份變化較大。

4 結論與建議

對五類土地類型進行具體分析并給出對應的政策建議。

表1 2005—2010年人均生態承載力與生態足跡對比

4.1 可耕地

由表1可以看出，西藏可耕地的生態承載力與生態足跡都處于相對穩定的狀態，生態承載力與生態足跡相比大約有35%的盈余。這一方面說明西藏的可耕地資源相對充裕，另一方面表明在人口增加導致總生態足跡增加時，為保持人均盈余處于穩定狀態，可以通過提高單位可耕地的產出或者草地開墾、林地開墾的方式完成。西藏農用地中，草地面積64,459,680 hm2，占83.04%；林地面積12,680,360 hm2，占16.33%；耕地面積360,767 hm2；占0.46%[23]。可見，西藏可耕地具有較高的開發潛力，由于西藏的可耕地分布不均，主要集中在一江兩河區域，同時要保障青稞作物。因此，要發展高質高效的農業，走農牧業平衡發展的路子。

4.2 林地和牧草地

由表1可以看出，西藏林地是人均生態足跡、承載力和盈余最大的土地類型，說明西藏保存著大量的原始森林，雖然林地消費占生態足跡比重較大，但與林地生態承載力相比，仍然有較大的生態盈余，從實際計算結果來看，2007年生態足跡占承載力的1%，最高2009年生態足跡占承載力的30%，2005—2010年，林地生態足跡波動較大，2009年消費增加較多，2010年則又出現明顯回落，雖然林地資源比較豐富，但并未得到充分利用，其原因可能與西藏本身的地理環境有關，森林資源雖然豐富，但大量的森林由于海拔、周邊環境的等因素而處于原始狀態，人跡罕至，無法利用。牧草地也是生態盈余中較大的土地類型，這得益于西藏較高的草地蓋度，平均值達到48.7%，西藏的草場數量龐大，草地人均生態足跡僅占人均生態承載力的5%左右，說明西藏草地利用率較低，西藏草地整體利用率低并不能說明草地的生態環境是可持續的，原因在于西藏草地利用可能存在過度集中或過度分散的情況，某些草地由于地域或海拔的原因根本無法利用，而有些適合放牧的草地則存在生態退化的風險。藏北草原以自然生為主，生產力低，放牧壓力大。藏南草原以自然生和人工種植相結合，飼草還配以其它農作物秸稈，生產力高，經濟結構相對合理。因而，草地生態環境仍可能存在局部脆弱性，應繼續加強對區域草地生態的保護。

4.3 水域

由表1可以看出，西藏水域盈余也較大，這主要得益于西藏水域生態足跡較小，水域資源又非常豐富。西藏有河流356條，其中流域面積大于1萬 km2的河流有20余條，大于2000 km2的河流有100多條。眾多河流水量充沛，落差大，天然水能理論蘊藏量達2.006億kW，占全國的30%，在全國各省、區中居首位。全區500 kW以上電站可開發水能為5659.3萬 kW，年發電量3300億 kW·h，占全國的17.1%，僅次于四川、云南居全國第三位。目前已開發利用的水力資源只占資源總量的1%[23]。由此可見，西藏水資源有天然優勢，應該大力開發西藏水資源，根據我國《能源發展“十二五”規劃》，西藏應立足于保障自需用電，突破水電瓶頸制約，建設“西電東送”能源接續基地。

4.4 化石能源地

由表1可以看出，西藏的化石能源地類型也存在很大的生態盈余，原因是西藏林地和牧草地資源豐富，根據二者的吸碳能力，西藏化石能源地盈余較大，這說明該區域林地、牧草地生物量整體碳匯功能具有較大潛力，作為全國重要的碳匯地之一，應通過進一步開展西藏區域碳循環研究，合理利用西藏林地與牧草地資源，為西藏區域環境可持續發展提供保證。

4.5 總結

綜上所述，通過對2005—2010年西藏生態足跡與承載力的計算與實證分析看出，西藏從整體上看處于生態盈余狀態，該地區生態系統承受的壓力較小，雖然局部地區有生態退化的現象，但整體上仍然有一定的承載能力。LivingPlanetReport2012發布的2008年世界平均生態足跡為2.7，生態承載力為1.78；中國平均生態足跡為2.13，生態承載力為0.87，而西藏地區2010分別為0.83和13.8，可以看出西藏生態足跡相比中國和世界平均水平低很多，表明該地區經濟發展尚處在初級階段；同時生態承載力大大高于世界和中國平均水平，表明發展有較大潛力。盈余數量從趨勢上看是減少的，說明西藏的生態環境確實存在局部惡化風險。對于地處高寒的西藏，生態系統脆弱，一旦破壞很難恢復。因此在注重西藏經濟社會發展的同時，要密切關注局部地區生態環境惡化的風險。

致謝：感謝安康、段曉男、張林、魯安新、郭學軍、張鐿鋰、朱立平、徐中民、祁威在數據和論文方面的幫助。部分數據來自青藏高原科學數據共享平臺。

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Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet

AN Baosheng1,2,*, CHENG Guodong1

1InstituteofColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearch,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China2InstituteofTibetanPlateauResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

The study of ecological footprint and carrying capacity is a crucial basis for the settlement of environment deterioration and the realization of regional sustainable development. Based on ecological footprint models, this paper estimated the ecological footprint and carrying capacity of Tibet during 2005-2010. According to the land use properties in Tibet, the following six types were categorized: fossil fuel land, arable land, grassland, woodland, waters, and construction area. We found that the average ecological footprint per capita of Tibet increased from 0.34 hm2per capita in 2005 to 0.83 hm2per capita in 2010. Among the above 6 land use types, woodland consumption was the most important part, accounting for 39.8% of the total consumption. The average arable land consumption per capita stayed relatively stable, from 0.18 to 0.2 hm2per capita. Other types of land consumption constituted only a very small amount of the overall consumption. The average ecological caring capacity per capital showed a marginally decreasing trend, from 14.78 hm2per capita in 2005 to 13.77 hm2per capita in 2010. The ecological caring capacity per capita of woodland, grassland and fossil fuel lands accounted for 95% of the total capacity, and those of the former two and the arable land tended to decrease slowly during the study period. The average ecological caring capacity per capita of waterlands did not vary much. The average ecological surplus per capita is relatively large, though it decreased from 14.44 hm2per capita in 2005 to 12.94 in 2010. The largest part of Tibet′s ecological surplus was observed in woodland in which drastic fluctuations in ecological footprint were found. The ecological footprint of woodland and grassland accounts for 1%—30% and 5% of the overall carrying capacity, respectively. The ecological footprint of waterland can be negligible due to its small amount. In all, the ecological footprint is much lower while the carrying capacity is much higher than the average values of China or the whole world, indicating that the economic development level of Tibet is still in a primary stage and there still exist great development potential. However, the ecological surplus tended to decrease during the last 6 years, suggesting that the environment deterioration does occur in some regions where the ecosystem maybe vulnerable. Therefore, when we are concentrating on the economic development of Tibet, we should pay close attention to the dangers brought by environment deterioration, which will ensure the sustainable development of resources and environment.

ecological footprint; ecological capacity; ecological surplus; fossil fuel; sustainable development

國家自然科學基金重點基金(41030639)；全球變化研究國家重大科學研究計劃(2010CB951702) ；中國科學院戰略性先導科技專項(B類)(XDB03030100)

2013- 07- 05

2013- 10- 28

10.5846/stxb201307051842

*通訊作者Corresponding author.E-mail: anbaosheng@itpcas.ac.cn

安寶晟，程國棟.西藏生態足跡與承載力動態分析.生態學報,2014,34(4):1002- 1009.

An B S, Cheng G D.Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):1002- 1009.