基于生態(tài)供給-消耗平衡關系的中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載力研究

杜文鵬,閆慧敏,*,封志明,楊艷昭,陳如霞

1.中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101 2.中國科學院大學, 北京 100049

生態(tài)脆弱區(qū)是指在自然因素與人為因素雙重作用下,生態(tài)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,抵抗外界干擾與維持自身穩(wěn)定能力弱,極易發(fā)生生態(tài)退化且自我修復困難的區(qū)域[1-2]。青藏高原是地球上最獨特的地質(zhì)-地理-生態(tài)單元,是世界屋脊、亞洲水塔與地球第三極[3-4],獨特的自然、地理與氣候條件,孕育了以草地生態(tài)系統(tǒng)為主體的獨特生態(tài)系統(tǒng)[5-6],由于海拔高、干旱、寒冷等自然環(huán)境特點,青藏高原生態(tài)系統(tǒng)具有極其脆弱的自然屬性[7]。隨著人口增加與經(jīng)濟發(fā)展帶來的放牧強度增加與草地面積銳減,高寒草地生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象嚴重,進而導致青藏高原人口、資源和環(huán)境的關系嚴重失調(diào)[8-9]；因此,青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)成為我國乃至全球生態(tài)脆弱性最為明顯的區(qū)域之一[10]。

生態(tài)承載力研究以“自然-經(jīng)濟-社會”復合生態(tài)系統(tǒng)為對象,在探討生態(tài)系統(tǒng)和人類社會系統(tǒng)之間的耦合關系時應運而生[11-12]；生態(tài)承載力反映的是人地關系的和諧程度,是評估生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的方法,可以作為解決生態(tài)脆弱區(qū)資源環(huán)境問題的重要抓手[13]。生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存和發(fā)展的基礎,生態(tài)資源供給與人類消耗之間的動態(tài)平衡關系是最基本的人地關系；人類利用和消費移走或汲取生態(tài)系統(tǒng)關鍵要素來滿足自身生存發(fā)展的需求,當這種攫取速度超過補給速度時,生態(tài)系統(tǒng)本身的資本就會逐漸萎縮,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全性與可持續(xù)性就會受到威脅[14-15]。生態(tài)足跡法與能值分析法是最常用的基于供需平衡開展生態(tài)承載力研究的方法,生態(tài)足跡法是從生態(tài)占用的角度著重探討人類持續(xù)生存的空間問題,能值分析法將自然與社會資源轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一度量標準,對多種資源的利用狀況進行綜合分析[16-17]。植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Production,NPP)是維系人類及異養(yǎng)有機體生命的基礎資源,是衡量生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征與承載能力的基礎指標[13, 18]；1997年Haberl首次明確提出人類占用凈初級生產(chǎn)力(Human Appropriation of Net Primary Production,HANPP)的概念[19],并將其視為表征可持續(xù)發(fā)展的指標；Imhoff等[20-21]于2004年與2006年率先公布了全球HANPP計算結(jié)果與空間清晰表達結(jié)果。HANPP評估方法在供給端通過NPP來衡量生態(tài)系統(tǒng)的供給能力,在消耗端通過計算NPP消耗來衡量人類活動對生態(tài)系統(tǒng)供給能力的消耗與占用情況,進而實現(xiàn)從生態(tài)系統(tǒng)服務供給與消耗的角度揭示人類生產(chǎn)生活、社會經(jīng)濟發(fā)展和資源環(huán)境之間的供求關系,逐漸發(fā)展成為基于生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡開展生態(tài)承載力評估的重要方法[11, 22-23]。

2015年9月,中央第六次西藏工作座談會提出“把西藏發(fā)展成為中國面向南亞開放的重要通道”。南亞通道建設既是西藏對接“一帶一路”、實現(xiàn)跨越發(fā)展的重要機遇,又是西藏面向南亞、全面開放的戰(zhàn)略選擇；而以中尼鐵路為核心的中尼廊道建設不僅是南亞通道建設的重要組成部分,也是打通南亞大通道的關鍵環(huán)節(jié)[24]。中尼廊道地區(qū)屬于青藏高原生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),生態(tài)系統(tǒng)易破壞難恢復；同時,由于經(jīng)濟發(fā)展水平低,農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等生態(tài)資源依賴性活動仍是居民賴以生存的基礎。中尼廊道建設將使得自然用地轉(zhuǎn)換為建設用地,導致生態(tài)系統(tǒng)可以用于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動的生態(tài)資源量減少,進而對沿線地區(qū)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成新的壓力[25-26]；從生態(tài)系統(tǒng)供給與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)消耗的角度開展中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載力研究,通過比較生態(tài)供給與消耗的關系,間接反映中尼廊道建設可以占用的生態(tài)空間上限,有助于保障生態(tài)系統(tǒng)對農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動的可持續(xù)支撐。因此,本研究以中尼廊道地區(qū)為研究區(qū),基于生態(tài)系統(tǒng)服務供給與消耗的平衡關系開展生態(tài)承載力研究,即在生態(tài)供給端通過NPP數(shù)據(jù)來揭示生態(tài)系統(tǒng)供給能力的空間分布格局,在生態(tài)消耗端通過農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動消耗的NPP來揭示生態(tài)消耗的空間分布格局與時間變化規(guī)律,結(jié)合生態(tài)供給與生態(tài)消耗研究結(jié)果評價中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載狀態(tài),以期為中尼廊道建設中生態(tài)保護工作提供基礎與依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的主要數(shù)據(jù)包括土地利用/土地覆被變化數(shù)據(jù)(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)、NPP數(shù)據(jù)、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和海拔高程數(shù)據(jù)(Digital Elevation Model,DEM)。

(1)LUCC數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心提供的2015年中國土地利用類型空間分布矢量數(shù)據(jù),LUCC數(shù)據(jù)基于Landsat 8遙感影像,通過人工目視解譯生成,土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6個一級類與25個二級類。

(2)NPP數(shù)據(jù)采用基于植被光合呼吸模型(Vegetation Photosynthesis Model,VPM)研制的2000—2015年植被總初級生產(chǎn)力(Gross Primary Production,GPP)數(shù)據(jù),通過自養(yǎng)呼吸比率計算得到NPP數(shù)據(jù)[27-28],空間分辨率500 m。

(3)中尼廊道地區(qū)縣域農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于2000年、2005年、2010年和2015年西藏自治區(qū)統(tǒng)計年鑒,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括谷物產(chǎn)量、豆類產(chǎn)量和油菜籽產(chǎn)量,單位為噸；畜牧業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括大牲畜、羊的年末存欄量與年中出欄量,單位為萬頭。

(4)DEM數(shù)據(jù)來源于美國國家地質(zhì)調(diào)查局(The United States Geological Survey,USGS)與美國國家地理空間情報局(The National Geospatial-Intelligence Agency,NGA)提供的2010年全球多分辨率地形高程數(shù)據(jù)(Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010,GMTED2010),分辨率為900 m。

1.2 研究區(qū)概況

中尼廊道地區(qū)是指中尼鐵路建設的沿線地區(qū),位于我國西藏自治區(qū)南部邊境,范圍包括拉薩市8個區(qū)縣、日喀則市18個區(qū)縣和阿里地區(qū)5個縣域,共31個縣域；其中,有5個牧業(yè)縣、9個半農(nóng)半牧縣和17個農(nóng)業(yè)縣。中尼廊道地區(qū)面積約為33.17萬km2.其中草原生態(tài)系統(tǒng)面積約為26.41萬km2,約占中尼廊道地區(qū)總面積的79.61%,廣泛分布于中尼廊道地區(qū)；戈壁生態(tài)系統(tǒng)次之,面積為4.74萬km2,約占中尼廊道地區(qū)總面積的14.28%；農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)面積分別為0.25萬km2和0.39萬km2,分別約占中尼廊道地區(qū)總面積的0.75%和1.19%(圖1),主要分布在“一江兩河”沿線河谷地帶。中尼廊道絕大部分區(qū)域海拔高度在4000 m以上,超過70%區(qū)域海拔高度超過5000 m(圖1)。

圖1 中尼廊道地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型與海拔高度圖

1.3 研究方法

從生態(tài)供給與消耗的角度出發(fā),在生態(tài)供給端通過植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)多年均值來估算區(qū)域生態(tài)供給量(Supply Net Primary Productivity,SNPP)與單位面積生態(tài)供給量(Unit Area Supply Net Primary Productivity,USNPP),作為衡量生態(tài)系統(tǒng)供給能力的依據(jù)；在生態(tài)消耗端通過農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來計算人類活動對生態(tài)資源的消耗量(Consume Net Primary Productivity,CNPP),作為衡量生態(tài)消耗強度的依據(jù)；將生態(tài)消耗量(CNPP)與生態(tài)供給量(SNPP)比值記為生態(tài)承載指數(shù)(Ecological Carrying Index,ECI),以此為基礎評價生態(tài)承載狀態(tài)(Ecological Carrying State,ECS)。

(1)生態(tài)供給量(SNPP)

本研究基于2000—2015年NPP數(shù)據(jù)求得生態(tài)供給量多年平均值,結(jié)合NPP數(shù)據(jù)空間分辨率求得研究區(qū)域生態(tài)供給量：

式中,SNPP表示生態(tài)供給量,單位為gC；γ表示NPP數(shù)據(jù)空間分辨率,單位為m；NPP表示植被凈初級生產(chǎn)力,單位為gC/m2。

結(jié)合研究區(qū)域面積數(shù)據(jù),求得區(qū)域單位面積生態(tài)供給量：

式中,USNPP表示區(qū)域單位面積生態(tài)供給量,單位為gC/m2；SNPP表示生態(tài)供給量,單位為gC；Area表示區(qū)域面積,單位為m2。

(2)生態(tài)消耗量(CNPP)

本研究中生態(tài)消耗量分為農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗與畜牧業(yè)生態(tài)消耗兩個部分,農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗基于主要農(nóng)作物產(chǎn)量計算得到：

式中,CNPPpa表示農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗量,單位為gC；YIE表示農(nóng)作物產(chǎn)量,單位為g；Mc表示農(nóng)作物含水量[29]；HI表示農(nóng)作物收獲指數(shù)[29]；WAS表示浪費率,發(fā)展中國家農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)浪費率在10%—30%之間,本研究取中間值20%[30]；Fc表示生物量與碳含量轉(zhuǎn)換系數(shù),國際通用標準0.45 gC/g[31]。

畜牧業(yè)生態(tài)消耗基于主要牲畜年中出欄量與年末存欄量計算得到：

CNPPps= LIV×ε×GW×GD×(1-Mc)×Fc

式中,CNPPps表示畜牧業(yè)生態(tài)消耗量,單位為gC；LIV表示牲畜存欄或出欄量,單位為頭；ε表示標準羊轉(zhuǎn)換系數(shù),詳見表1；GW表示標準羊日食干草重量,本研究設置為1800 g/天[32]；GD表示食草天數(shù),存欄牲畜取值365天,出欄牲畜取值180天[33]；Mc表示風干草含水量,雖然干草已經(jīng)去除了大量的水分,但仍然存在吸附在蛋白質(zhì)、淀粉上的吸附水,本研究設其值為14%[34];Fc表示生物量與碳含量轉(zhuǎn)換系數(shù),國際通用標準0.45 gC/g[31]。

表1 標準羊單位折算系數(shù)表[32]

生態(tài)消耗量是農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗量與畜牧業(yè)生態(tài)消耗量之和：

CNPP=CNPPpa+CNPPps

式中,CNPP表示生態(tài)消耗量,單位為gC；CNPPpa表示農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗量,單位為gC；CNPPps表示畜牧業(yè)生態(tài)消耗量,單位為gC。

(3)生態(tài)承載狀態(tài)(ECS)

首先計算生態(tài)承載指數(shù)(ECI),為生態(tài)消耗量與生態(tài)供給量的比值,其計算公式為：

式中,ECI表示生態(tài)承載指數(shù)；CNPP表示生態(tài)消耗量,單位為gC；SNPP表示生態(tài)供給量,單位為gC。

根據(jù)生態(tài)承載指數(shù)進行生態(tài)承載狀態(tài)評價：當ECI<1時,表示生態(tài)消耗量低于生態(tài)供給量,生態(tài)承載力處于盈余狀態(tài)；當ECI=1時,表示生態(tài)消耗量等于生態(tài)供給量,生態(tài)承載力處于絕對平衡狀態(tài)；當ECI>1時,表示生態(tài)消耗量高于生態(tài)供給量,生態(tài)承載力處于超載狀態(tài)。為了能夠定性分析與評價研究區(qū)域內(nèi)部生態(tài)承載狀態(tài)差異以及變化情況,本研究參考封志明等在中國土地資源承載力研究中采用的分級方案[35],將生態(tài)承載指數(shù)以0.2為間隔6個區(qū)間,分別對應富富有余、盈余、平衡有余、臨界超載、超載和嚴重超載6種生態(tài)承載狀態(tài)(表2)。

表2 生態(tài)承載狀態(tài)分級標準表

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)供給能力

2000—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)供給量處于波動狀態(tài),生態(tài)供給量多年均值為10.01 TgC(圖2),單位面積生態(tài)供給量為31.23 gC/m2；中尼廊道地處高海拔地區(qū),水熱條件不足,植被類型以高寒草原與高寒草甸為主,生態(tài)系統(tǒng)供給能力較低。有58.79%海拔低于4500 m的區(qū)域單位面積生態(tài)供給量不足50 gC/m2,僅有18.50%海拔低于4500 m的區(qū)域單位面積生態(tài)供給量大于100 gC/m2；有90.25%海拔高于5000 m的區(qū)域單位面積生態(tài)供給量不足50 gC/m2,僅有1.60%海拔高于5000 m的區(qū)域單位面積生態(tài)供給量大于100 gC/m2；有將近70%單位面積生態(tài)供給量大于100 gC/m2的區(qū)域分布在海拔低于4500 m的地區(qū),而海拔4500 m以下面積只占中尼廊道沿線各縣域總面積的6.27%(圖1,圖2)。

從縣域尺度來看,中尼廊道東部縣域單位面積生態(tài)供給量明顯高于西部縣域：中尼廊道東部縣域單位面積生態(tài)供給量介于50—150 gC/m2；西部縣域單位面積生態(tài)供給量介于20—30 gC/m2,約為東部縣域平均水平的1/4(圖2)。氣溫是制約高海拔地區(qū)植被生產(chǎn)的關鍵因素,氣溫隨海拔高度升高而降低,導致植被生長期縮短、有機物積累量減少,植被凈初級生產(chǎn)力下降；中尼廊道地區(qū)縣域尺度平均海拔高度與單位面積生態(tài)供給量呈顯著負相關(R2=0.6473,P<0.05,圖3)。從中尼廊道海拔高度空間分布來看,東部縣域平均海拔高度低于西部縣域(圖1),因此,東部縣域單位面積生態(tài)供給量明顯高于西部縣域,即東部縣域生態(tài)供給能力高于西部縣域。較縣域尺度單位面積生態(tài)供給量空間分布而言,中尼廊道縣域尺度生態(tài)供給總量空間分布規(guī)律并不明顯,西部縣域生態(tài)供給總量平均水平略高于東部縣域(圖2)：縣域尺度生態(tài)供給總量由縣域面積與單位面積生態(tài)供給量決定,中尼廊道地區(qū)西部縣域單位面積生態(tài)供給量平均水平也為東部縣域的1/4,但西部縣域平均面積約為東部縣域平均面積的5倍左右,因此,西部縣域生態(tài)供給總量平均水平略高于東部縣域。

圖3 中尼廊道地區(qū)單位面積生態(tài)供給量及其與海拔高度相關關系圖

2.2 生態(tài)消耗強度

2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量為5.48 TgC,畜牧業(yè)生態(tài)消耗占生態(tài)消耗總量的85.68%,在生態(tài)消耗中占主導地位。2015年生態(tài)消耗量較低的區(qū)域主要分布中尼廊道南部邊境地區(qū)：中尼廊道地區(qū)有10個縣域生態(tài)消耗量不足0.10 TgC,除城關區(qū)外均屬于我國西南地區(qū)邊境縣,包括普蘭口岸、樟木口岸、吉隆口岸、日屋口岸、亞東口岸所在縣域(圖4)；西南邊境地區(qū)人口稀少,農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)強度較低,對生態(tài)資源消耗量較低。中尼廊道縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗在生態(tài)消耗中占主導地位,牧業(yè)縣畜牧業(yè)生態(tài)消耗占生態(tài)消耗比重均超過98%,大多數(shù)半農(nóng)半牧縣畜牧業(yè)生態(tài)消耗占生態(tài)消耗比重超過90%,農(nóng)業(yè)縣畜牧業(yè)生態(tài)消耗占生態(tài)消耗比重介于65%—95%之間。中尼廊道地區(qū)草地面積占比將近80%,耕地面積占比不足1%,大多數(shù)縣域草地面積廣布,耕地零星分布在草地生態(tài)系統(tǒng)之中,畜牧業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；因此,中尼廊道縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗量大于甚至遠大于農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗量,畜牧業(yè)生態(tài)消耗在生態(tài)消耗中占主導地位(圖4)。

圖4 中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量與生態(tài)消耗結(jié)構(gòu)空間分布圖

2000—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量整體處于下降狀態(tài)：2000—2005年中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量增加9.85%,2005年西藏自治區(qū)開始實施草畜平衡措施,使得2005—2010年生態(tài)消耗量增長幅度放緩(1.15%),2010—2015年生態(tài)消耗量大幅下降(-12.05%)；2000—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量總體處于下降狀態(tài),降幅為2.28%(表3)。2000—2015年畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降量(0.26 TgC)大于農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗增加量(0.13 TgC),畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降量約為農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗增加量的2倍,因此,中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗整體處于下降狀態(tài)。根據(jù)2000—2015年生態(tài)消耗變化趨勢,中尼廊道31個縣域可分為三類：

(1)19個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所下降。除城關區(qū)外,其余縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降量占生態(tài)消耗下降量的80%以上,有10個縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降量占生態(tài)消耗下降量比例超過100%,畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降是導致生態(tài)消耗下降的主導因素(表3)。大多數(shù)縣域生態(tài)消耗量從2010年開始有明顯的下降,而仁布縣、定日縣、南木林縣、噶爾縣、札達縣和仲巴縣6個縣域從2005年生態(tài)消耗量就開始下降,表明上述6個縣域草畜平衡政策帶來影響的滯后性較短。

表3 中尼廊道地區(qū)縣域生態(tài)消耗量年際變化幅度統(tǒng)計表/%

(2)5個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所上升但已經(jīng)出現(xiàn)下降趨勢。墨竹工卡縣、江孜縣、達孜縣、定結(jié)縣和亞東縣5個縣域2015年生態(tài)消耗量雖高于2000年生態(tài)消耗量,但從2010年起生態(tài)消耗量開始下降,生態(tài)消耗強度趨于變小(表3)。墨竹工卡縣、達孜縣、定結(jié)縣和亞東縣4個縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗增加量占生態(tài)消耗增加量的50%以上,表明草畜平衡政策實施效果相對遲緩；江孜縣2000—2015年生態(tài)消耗量增加,但畜牧業(yè)生態(tài)消耗量減少,表明農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗量增加是導致其生態(tài)消耗量增加的主要原因。

(3)7個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所上升且未出現(xiàn)下降趨勢。城市輻射區(qū)(曲水縣、堆龍德慶區(qū)、林周縣、當雄縣)、主要糧食生產(chǎn)縣(白朗縣、桑珠孜區(qū))和口岸縣(聶拉木縣)生態(tài)消耗量基本處于持續(xù)增加狀態(tài)(表3)。曲水縣、堆龍德慶區(qū)、林周縣和當雄縣均為城關區(qū)周邊區(qū)縣,城關區(qū)是西藏自治區(qū)的經(jīng)濟文化中心,人口高度集中并且凈流入量大,本地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出的生態(tài)資源不能滿足其居民生活基本所需,需要消耗周邊地區(qū)的生態(tài)資源；城關區(qū)對周邊區(qū)域生態(tài)資源需求的帶動作用大于草畜平衡政策的影響,使得周邊縣域生態(tài)消耗量處于增加狀態(tài)。白朗縣和桑珠孜區(qū)位于“一江兩河”沿線河谷地帶,是西藏自治區(qū)重要的糧食生產(chǎn)基地縣,畜牧業(yè)生態(tài)消耗占比較低,草畜平衡政策的實施對其影響不大,生態(tài)消耗量處于持續(xù)增加狀態(tài)。聶拉木縣是樟木口岸所在縣,樟木口岸是中尼廊道地區(qū)最大的邊貿(mào)中心口岸,年出入境人員超過100萬人次,且呈快速增加趨勢,大量短期流動人口增加了聶拉木縣對生態(tài)資源的消耗強度,使其生態(tài)消耗量處于增加狀態(tài)。

2.3 生態(tài)承載狀態(tài)

2000—2015年,中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)均不超過0.60,生態(tài)承載力處于富富有余狀態(tài)；2010年開始生態(tài)承載指數(shù)呈下降趨勢,生態(tài)承載狀態(tài)向優(yōu)發(fā)展。從縣域尺度來看：2015年中尼廊道縣域生態(tài)承載力基本處于盈余狀態(tài)(包括平衡有余、盈余和富富有余),人口密度較低的西部縣域生態(tài)承載狀態(tài)要優(yōu)于人口密度較高的東部縣域。2015年中尼廊道地區(qū)31個縣域中,有30個縣域生態(tài)消耗量均低于生態(tài)供給量,其中6個縣域生態(tài)系統(tǒng)處于平衡有余狀態(tài),9個縣域生態(tài)系統(tǒng)處于盈余狀態(tài),15個縣域生態(tài)系統(tǒng)處于富富有余狀態(tài)；白朗縣生態(tài)消耗量略超過生態(tài)供給量,生態(tài)系統(tǒng)處于臨界超載狀態(tài)(圖5)。中尼廊道西部縣域人口密度均小于5人/km2,生態(tài)承載力均處于富富有余狀態(tài),而東部縣域人口密度普遍大于10人/km2,生態(tài)承載力基本處于盈余或平衡有余狀態(tài)(圖5)。結(jié)合圖5可以看出：中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)與人口密度之間存在顯著正相關關系(R2=0.6319,P<0.05)；中尼廊道地區(qū)人口城鎮(zhèn)化水平較低,除拉薩市城關區(qū)外的其他縣域農(nóng)牧業(yè)人口占比較高,農(nóng)牧業(yè)人口主要以從事生態(tài)資源消耗型農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動為主；因此,中尼廊道地區(qū)人口密度較大的縣域,生態(tài)資源消耗強度較大,生態(tài)承載指數(shù)較高,生態(tài)承載狀態(tài)相對較差。

圖5 中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載狀態(tài)、人口密度與二者相互關系圖(2015年)

2000—2015年中尼廊道地區(qū)有24個縣域生態(tài)承載狀態(tài)開始向優(yōu)發(fā)展,有7個縣域生態(tài)承載指數(shù)總體呈增加趨勢(圖6),生態(tài)系統(tǒng)存在超載風險。中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗以畜牧業(yè)生態(tài)消耗為主,2010—2015年中尼廊道地區(qū)有24個縣域在草畜平衡政策引導下放牧強度明顯降低,畜牧業(yè)生態(tài)消耗量有不同程度的減少,生態(tài)承載指數(shù)降低,生態(tài)承載狀態(tài)維持原有水平或向更優(yōu)一級轉(zhuǎn)變,仁布縣生態(tài)承載狀態(tài)由2010年的臨界超載狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?015年的平衡有余狀態(tài),若按照其趨勢發(fā)展,上述24個縣域生態(tài)系統(tǒng)將一直處于盈余狀態(tài)(包括平衡有余、盈余和富富有余),生態(tài)系統(tǒng)不存在超載風險。白朗縣、曲水縣、桑珠孜區(qū)、林周縣、堆龍德慶區(qū)、當雄縣和聶拉木縣7個縣域2000—2015年生態(tài)承載指數(shù)總體處于增加趨勢；聶拉木縣生態(tài)承載力處于富富有余狀態(tài),雖生態(tài)承載指數(shù)增加,但短期內(nèi)不存在生態(tài)超載風險；白朗縣生態(tài)承載力狀態(tài)已從2010年的平衡有余狀態(tài)轉(zhuǎn)變到2015年的臨界超載狀態(tài)；曲水縣、桑珠孜區(qū)、林周縣、堆龍德慶區(qū)和當雄縣2015年生態(tài)承載狀態(tài)指數(shù)超過0.85,生態(tài)承載力雖處于平衡有余狀態(tài)但存在超載風險。

圖6 中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)與生態(tài)承載狀態(tài)圖(2000—2015年)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究從生態(tài)系統(tǒng)服務供給與消耗的角度出發(fā),開展中尼廊道地區(qū)生態(tài)供給空間分布格局、生態(tài)消耗時空演變規(guī)律、生態(tài)承載狀態(tài)及其變化趨勢研究,主要得到以下結(jié)論：

(1)2000—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載力處于富富有余狀態(tài),且從2010年起生態(tài)承載指數(shù)呈下降趨勢,生態(tài)承載狀態(tài)向優(yōu)發(fā)展。2015年,中尼廊道31個縣域中有30個縣域生態(tài)承載力處于平衡有余、盈余或富富有余狀態(tài)；生態(tài)承載指數(shù)與人口密度存在正相關關系,縣域人口密度呈東高西低,西部縣域生態(tài)承載狀態(tài)優(yōu)于東部縣域。在中尼廊道31個縣域中,有24個縣域生態(tài)承載指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,生態(tài)承載狀態(tài)向優(yōu)發(fā)展；有7縣域生態(tài)承載指數(shù)總體呈增加趨勢,生態(tài)承載力超載風險增大。中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載力處于富富有余狀態(tài)表明該區(qū)域尚有較大的生態(tài)空間可用于以鐵路為代表的基礎設施建設,但仍有部分縣域生態(tài)承載力處于臨界超載或平衡有余狀態(tài),需要防范中尼廊道建設給生態(tài)系統(tǒng)帶來的超載風險。

(2)中尼廊道地區(qū)生態(tài)供給量多年均值為10.01 TgC,單位面積生態(tài)供給量為31.23 gC/m2；中尼廊道地區(qū)地處高海拔地區(qū),水熱條件不足,植被生長期較短,有機物積累量低,生態(tài)系統(tǒng)供給能力較低。中尼廊道地區(qū)海拔高度與單位面積生態(tài)供給量之間存在負相關關系,東部縣域平均海拔高度低于西部縣域；生態(tài)供給能力高于西部縣域。中尼廊道地區(qū)有近70%單位面積生態(tài)供給量大于100 gC/m2的區(qū)域分布在占總面積僅為6.27%的低海拔地區(qū)(海拔低于4500 m),在貿(mào)易促進人口集聚、居民生活水平提升的趨勢下,生態(tài)消耗需求增加,如繼續(xù)依賴提升農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)強度,勢必對脆弱生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的壓力。

(3)中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗由農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗與畜牧業(yè)生態(tài)消耗兩部分組成,畜牧業(yè)生態(tài)消耗占比80%以上,在生態(tài)消耗中占主導地位。2000—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量處于下降狀態(tài),降幅為2.28%；草畜平衡政策實施引起放牧強度降低使得畜牧業(yè)生態(tài)消耗下降量(0.26 TgC)大于農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗增加量(0.13 TgC),是導致生態(tài)消耗量減少的主要原因。根據(jù)2000—2015年生態(tài)消耗變化趨勢,中尼廊道縣域可分為三類：19個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所下降,5個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所上升但已經(jīng)出現(xiàn)下降趨勢,7個縣域2015年生態(tài)消耗量較2000年有所上升且未出現(xiàn)下降趨勢。

(4)中尼廊道地區(qū)從2005年開始實施草畜平衡政策,由于各縣域推行草畜平衡的時間與力度存在一定差異,使得各縣域畜牧業(yè)生態(tài)消耗開始下降的時間節(jié)點與幅度存在差異；有24個縣域2010—2015年畜牧業(yè)生態(tài)消耗量有大幅度下降,導致生態(tài)消耗總量下降,其中有19個縣域2015年生態(tài)消耗量低于2000年生態(tài)消耗量。城市輻射區(qū)、糧食主產(chǎn)區(qū)、口岸地區(qū)在異地消耗需求、糧食基地保障、流動人口需求等因素驅(qū)動下,生態(tài)消耗量總體處于增加態(tài)勢：曲水縣、堆龍德慶區(qū)、林周縣和當雄縣在城關區(qū)對異地生態(tài)資源需求下,為發(fā)展自身經(jīng)濟,生態(tài)資源消耗量增加；白朗縣和桑珠孜區(qū)作為西藏自治區(qū)重要的糧食生產(chǎn)基地縣,農(nóng)業(yè)生態(tài)消耗增加幅度大于畜牧業(yè)生態(tài)消耗減少幅度,生態(tài)消耗總量呈增加狀態(tài)；聶拉木縣作為西藏自治區(qū)最大邊貿(mào)中心樟木口岸所在縣,流動人口對生態(tài)資源的需求導致其生態(tài)消耗處于增加狀態(tài)。

3.2 討論

(1)中尼廊道地區(qū)地處生態(tài)環(huán)境脆弱的青藏高原地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)以高寒草地生態(tài)系統(tǒng)為主,有著易破壞難恢復的特點[1-2]；相關研究表明青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力與逐年降水、年均氣溫之間均存較強的正相關關系[36],近年來,青藏高原地區(qū)氣候整體處于暖濕化趨勢[37-38],成為我國生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力相對增加量最大且波動上升趨勢最明顯的區(qū)域[39-40]。本文研究結(jié)果顯示,2000—2015中尼廊道地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)供給量處于波動狀態(tài)并沒有明顯的上升趨勢,人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾抵消了增溫增濕給生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力帶來的增加效益；中尼廊道建設不可避免要占用生態(tài)空間,進而降低沿線地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)供給量,因此,建設過程中要正確處理好中尼廊道建設與生態(tài)環(huán)境保護的關系,實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護雙重效益。

(2)基于生態(tài)足跡法開展西藏自治區(qū)全域生態(tài)承載力研究結(jié)果表示2000—2010年西藏自治區(qū)生態(tài)承載力遠大于生態(tài)足跡,生態(tài)系統(tǒng)尚有較大的生態(tài)盈余,但生態(tài)盈余整體處于持續(xù)下降狀態(tài)[41-43]。本文基于生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力,從生態(tài)系統(tǒng)服務供給與消耗的角度對中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載狀態(tài)進行研究,結(jié)果表明中尼廊道地區(qū)生態(tài)消耗量小于生態(tài)供給量,生態(tài)承載力處于富富有余狀態(tài),2000—2010年生態(tài)承載指數(shù)增加,生態(tài)承載狀態(tài)趨于惡化；研究結(jié)果與基于生態(tài)足跡法對西藏全域生態(tài)承載力研究結(jié)果基本保持一致。本研究結(jié)果表明2010—2015年中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)下降,生態(tài)承載狀態(tài)整體向優(yōu)發(fā)展；2010年開始西藏自治區(qū)禁牧補助、退耕還草、草畜平衡等生態(tài)保護政策措施實施效果凸顯[44]：一方面草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力與產(chǎn)草量明顯提高,另一方面放牧數(shù)量顯著下降——較2010年相比實際載畜量下降370萬頭[45-46],大多數(shù)區(qū)域草地載畜量從超載狀態(tài)過渡到盈余狀態(tài)[47]；在生態(tài)保護政策與措施的引導下,中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載壓力降低,生態(tài)承載狀態(tài)向優(yōu)發(fā)展。

(3)基于物種能量假說,當人類占用生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力超過50%時,就會對生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性造成負面影響[48]；2018年Pimm等[49]在Science Advances發(fā)表評述性文章,提出“半球計劃”來保護生物多樣性,進而維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定性；同年,Jonathan Baillie和Zhang[50]在Science發(fā)表社論文章,呼吁各國政府到2030年實現(xiàn)30%的海洋和陸地保護,到2050年將保護率提高至50%。將中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)與2030年生態(tài)保護目標對標,整體來看,中尼廊道地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)2030年生態(tài)保護目標,但有14個縣域生態(tài)承載指數(shù)大于0.70,表明農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)消耗的生態(tài)資源超過區(qū)域生態(tài)資源供給總量的70%,尚未達到30%生態(tài)保護目標；將中尼廊道地區(qū)生態(tài)承載指數(shù)與2050年生態(tài)保護目標對標,中尼廊道地區(qū)整體和20個縣域生態(tài)承載指數(shù)均超過0.50,表明農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)消耗的生態(tài)資源超過區(qū)域生態(tài)資源供給總量的50%,尚未達到50%生態(tài)保護目標；因此,中尼廊道地區(qū)尚需加大生態(tài)保護力度,進一步降低人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾,進而使得生態(tài)系統(tǒng)處于可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。