基于RS和GIS的藏北申扎縣生態(tài)資產(chǎn)供需平衡分析

徐 瑤，何政偉

(1．成都理工大學 信息科學學院，成都 610059；2．西華師范大學 國土資源學院，南充 637000)

0 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增加，人口——資源——環(huán)境之間的矛盾日益突出。資源的枯竭、環(huán)境的惡化已經(jīng)危及到人類的生存與發(fā)展。重視自然資源與環(huán)境成本、衡量生態(tài)資產(chǎn)供需平衡是建立生態(tài)——環(huán)境——經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的重要內(nèi)容和關鍵環(huán)節(jié)。生態(tài)資產(chǎn)指一定時間和空間范圍內(nèi)為人類提供服務和福利的自然資源和生態(tài)環(huán)境，形式包括有形的、實物形態(tài)的資源供給，也包括隱形的或不可見的、或非實物形態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)服務[1-2]。生態(tài)資產(chǎn)反映了生態(tài)系統(tǒng)所提供的資源和環(huán)境對人類社會持續(xù)發(fā)展的支持能力，是生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、實現(xiàn)區(qū)域人口、經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的科學依據(jù)。生態(tài)資產(chǎn)評估方法主要有實物評估法、生態(tài)足跡法、能值法、貨幣價值法等[1]。作者在RS、GIS等技術支撐下，利用生態(tài)足跡模型，分析草地退化引起的生態(tài)資產(chǎn)供需平衡變化，為該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

申扎縣地處西藏中部、岡底斯山和藏北第二大湖色林錯之間，地理坐標為東經(jīng) 89°48′～97°40′，北緯 30°10′～32°10′。申扎縣屬南羌塘高原大湖盆地帶，地勢較緩，丘陵、高山與盆地相間分布，西南高，東北低， 海拔平均 4 700 m 左右。申扎縣屬內(nèi)陸高原亞寒帶半干旱季風氣候區(qū)，空氣稀薄、低溫、多風、日照時間長、干旱少雨且分布不均。 年平均氣溫-4℃，年平均降雨量289.6 mm，年均日照時間為 2 919.5 h。申扎縣地表水系較發(fā)育，河流縱橫交錯，主要河流有巴汝藏布、永珠藏布、他爾瑪藏布等河流，絕大多數(shù)為內(nèi)陸河。境內(nèi)湖泊較多，主要有色林錯、格仁錯、吳如錯等，其中色林錯為最大。申扎縣植被類型十分簡單，主要有高寒草原草地類、高寒草甸草地類、高寒荒漠草地類等，植被具有垂直分布的特征。該縣為純牧業(yè)縣，以牧養(yǎng)牦牛、綿羊、山羊為主，主要生產(chǎn)牛羊奶、牛羊肉、牛羊毛絨和皮張、酥油等。近年來隨著全球氣候變化和人類活動的影響，申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)退化顯著，草地的產(chǎn)草量和植被覆蓋度日益下降，物種多樣性減少，草地退化面積不斷增加。監(jiān)測申扎縣草地退化，分析草地生態(tài)資產(chǎn)供需平衡狀況，對區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

2 研究方法

2.1 申扎縣草地退化分析方法

選取1989年Landsat TM數(shù)據(jù)7景、1998年ETM+數(shù)據(jù)6景以及2008年CEBERS數(shù)據(jù)8景，獲取數(shù)據(jù)時間為5月～10月。結合申扎縣1∶100 000地形圖、申扎縣行政區(qū)劃圖、申扎縣土地利用圖、申扎縣1∶400 000 0土壤分類圖,利用ERDAS IMAGINE遙感圖像處理軟件,對圖像進行預處理。利用混合像元模型，提取了申扎縣的植被指數(shù),并通過植被指數(shù)轉(zhuǎn)化模型計算出植被覆蓋度。依據(jù)《天然草地退化、沙化、鹽漬化分級指標》(GB19377) ，把草地植被覆蓋度作為主因子，按照覆蓋度的標準將草地退化分為4個等級:①覆蓋度>85%(無明顯退化)；②覆蓋度60%～84%(輕度退化)；③覆蓋度26%～59%(中度退化)；④覆蓋度<25%(重度退化),得到研究區(qū)草地退化分級圖,并進行分級統(tǒng)計,獲得申扎縣草地退化變化數(shù)據(jù)，用于草地生態(tài)供需平衡變化分析。

2.2 生態(tài)資產(chǎn)供需平衡分析

2.2.1 選用模型

選取生態(tài)足跡模型對申扎縣的生態(tài)資產(chǎn)供需平衡狀況進行評價。生態(tài)足跡模型是由加拿大生態(tài)學家William Ree等[3]在1992年提出并在1996年由Wackermagel[4]完善的一種衡量人類對自然資源利用程度，以及自然界為人類提供的生命支持服務功能的方法。通過測度人類對自然生態(tài)資源的需求和自然生態(tài)資源所能提供的生態(tài)服務之間的差距，來度量人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的脅迫。當人類對資源的消耗處于自然生態(tài)系統(tǒng)的承載范圍之內(nèi)時,自然生態(tài)系統(tǒng)即為安全的,人類社會的發(fā)展也是可持續(xù)的,反之則不然。

2.2.2 生態(tài)足跡的計算步驟

本次研究用生產(chǎn)性生態(tài)足跡代替消費性生態(tài)足跡模型，計算申扎縣草地生態(tài)足跡，其計算步驟如下：

(1)草地生態(tài)足跡的計算。

式中ef為人均草地生態(tài)足跡；EF為草地總生態(tài)足跡；N為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；Pi為第i項草地生物生產(chǎn)產(chǎn)品的年產(chǎn)量，EPi為第i項草地生物生產(chǎn)產(chǎn)品的當?shù)啬昶骄a(chǎn)力。

(2)草地生態(tài)承載力的計算。

其中ec為人均草地生態(tài)承載力；EC為草地總生態(tài)承載力；N為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；S為研究區(qū)當年草地的實際面積；Yi為產(chǎn)量因子。在生態(tài)承載力計算使用的不同類型土地數(shù)據(jù)均來自于三個時期的遙感影像。根據(jù)遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)量因子的調(diào)整，可以得到研究區(qū)人均生態(tài)承載力。在計算耕地生態(tài)承載量時，考慮草地的質(zhì)量等級，根據(jù)不同等級不同的產(chǎn)量因子計算草地實際承載能力，產(chǎn)量因子計算公式為：

其中Yi為產(chǎn)量因子；Yai為當?shù)氐趇種生物生產(chǎn)性土地的實際生產(chǎn)能力；Ygi為我國第i種生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)能力。根據(jù)申扎縣草地的實際情況，結合相關資料，申扎縣無明顯退化草地的產(chǎn)量因子為0.34 ，輕度退化為0.31，中度退化為0.29，重度退化為0.26。

(3)草地生產(chǎn)性生態(tài)赤字/生態(tài)盈余計算。

ed=ef-ec

或

er=ec-ef

式中ed為人均草地生態(tài)赤字；er為人均草地生態(tài)盈余。生態(tài)足跡反映了研究區(qū)域人口對生態(tài)資產(chǎn)需求的大小；生態(tài)承載力反映了研究區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)能夠提供的生態(tài)資產(chǎn)的大小。如果研究區(qū)域生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，生態(tài)資產(chǎn)需求大于供給，供需失去平衡，出現(xiàn)生態(tài)赤字；反之如果研究區(qū)域生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力，生態(tài)資產(chǎn)需求小于供給，表明生態(tài)資產(chǎn)供給大于需求，出現(xiàn)生態(tài)盈余。

3 研究結果分析

3.1 草地退化分析

從申扎縣草地退化等級圖(圖1、圖2及圖3)及草地退化面積統(tǒng)計表(表1)可以看出：從1989年～2008年20年間申扎縣草地植被覆蓋度發(fā)生了很大的變化，草地退化面積增加了43.7×104hm2，較1989年增加了70.1%，部分地方已經(jīng)變成了裸地，其中，中度、重度退化面積在總退化面積中所占比例也不斷上升。1989年申扎縣草地未退化面積為105.07×104hm2，當年退化面積為61.84×104hm2，占總面積的37.05%。退化程度以輕度退化為主：輕度退化面積為33.57×104hm2，占總退化面積的54.28%；中度退化面積為20.59×104hm2，占總退化面積的33.29%；重度退化面積為7.68×104hm2，占總退化面積的12.42%。1998年申扎縣草地退化面積為121.39×104hm2，較1989年增加了59.55×104hm2，幾乎增加了一倍。退化程度以輕度退化和中度退化為主：輕度退化面積為55.86×104hm2，占總退化面積的46.01%；中度退化面積為51.57×104hm2，占總退化面積的42.48%；重度退化面積為13.96×104hm2， 占總退化面積的11.50%。2008年申扎縣草地退化面積為105.54×104hm2，退化比例占草地總面積的67.44%，退化程度以輕度和中度退化為主：輕度退化面積為56.27萬hm2，占總退化面積的53.32%；中度退化面積為36.78×104hm2，占總退化面積的34.85%；重度退化面積為12.49×104hm2，占總退化面積的11.83%。

圖1 1989年申扎縣草地退化圖Fig．1 The grassland degradation of Shenzha county in 1989

圖2 1998年申扎縣草地退化圖Fig．2 The grassland degradation of Shenzha county in 1998

圖3 2008年申扎縣草地退化圖Fig．3 The grassland degradation of Shenzha county in 2008

申扎縣1989年1998年2008年面積/×104hm2所占比例/%面積/×104hm2所占比例/%面積/×104hm2所占比例/%無明顯退化105.0762.9541.8625.64 50.9532.56 輕度退化33.5720.1155.8634.22 56.2735.96 中度退化20.5912.3451.5731.59 36.7823.50 重度退化7.684.6013.968.55 12.497.98

3.2 生態(tài)資產(chǎn)供需平衡狀況分析

從改進模型計算三個年份的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力(表2)可以看出，三個年份的供需矛盾逐漸增大。從生態(tài)資產(chǎn)的需求來看，1989年申扎縣人均生態(tài)足跡為23.49 hm2，2008年為50.00 hm2,20年時間增長了26.51 hm2，增長率為112.90%，年均增長率為5.64%，其中1989年-1998年增長了10.97 hm2，增長率為46.72%，年均增長率為4.67%；1998年-2008年增長了15.54 hm2，增長率為45.12%，年均增長率為4.51%。前10年增長率大于后10年。從生態(tài)資產(chǎn)的供給來看，從1989年到2008年呈逐漸下降的趨勢。1989年申扎縣人均生態(tài)承載力為36.60 hm2，2008年為26.35 hm2,20年時間下降了10.25 hm2，下降率為28.02%，年均下降率為1.40%；其中1989年-1998年下降了4.39 hm2，下降率為12.01%，年均下降率為1.20%；1998年-2008年下降了5.86 hm2，下降率為18.20%，年均下降率為1.82%。后10年下降率大于前10年。

表2 申扎縣生態(tài)資產(chǎn)供需賬戶(hm2)

1989年申扎縣人均生態(tài)足跡為23.49 hm2，人均生態(tài)承載力為36.60 hm2，生態(tài)供給大于生態(tài)需求，表現(xiàn)為生態(tài)盈余，生態(tài)盈余為13.11 hm2。1998年人均生態(tài)足跡為34.46 hm2，人均生態(tài)承載力為32.21 hm2，生態(tài)需求大于生態(tài)供給，表現(xiàn)為生態(tài)赤字，其值為2.25 hm2。2008年人均生態(tài)足跡為50.00 hm2，人均生態(tài)承載力為26.35 hm2，生態(tài)需求遠大于生態(tài)供給，生態(tài)赤字達到23.65 hm2。從1989年到2008年生態(tài)需求逐漸增大，生態(tài)供給逐漸較少，生態(tài)供需逐漸失衡。

4 結論

(1)基于3期遙感影像反映出申扎縣20年草地退化情況。申扎縣草地總體變化趨勢是草地退化面積不斷增加，退化程度也在加重。草地以輕度退化和中度退化增加為主，中度、重度退化面積在總退化面積中所占比例不斷增加，輕度退化的比例在減少。

(2)申扎縣草地退化引起了生態(tài)資產(chǎn)供需失衡。1988年申扎縣草地退化面積為61.84×104hm2，人均生態(tài)盈余為13.11 hm2；1998年申扎縣草地退化面積為121.39×104hm2，人均生態(tài)赤字為2.25 hm2；2008年申扎縣草地退化面積為105.54×104hm2，人均生態(tài)赤字為23.65 hm2。隨著草地退化面積和退化程度的增加，草地生態(tài)供給逐漸減少，生態(tài)需求逐漸超過生態(tài)供給，出現(xiàn)生態(tài)赤字，且生態(tài)赤字逐漸增大。

(3)要改變申扎縣生態(tài)資產(chǎn)供需失衡的狀態(tài)必須采取以下措施：①防止草地退化，提高草地生態(tài)承載力；②采取種植人工草地、培育優(yōu)良牧草等措施提高單位面積草地生產(chǎn)量；③控制人口增長速度，發(fā)展二、三產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)移牧業(yè)剩余勞動力。

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