西藏草地生态安全评价研究—...服务价值改进的生态足迹模型_李中锋.pdf
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1、第 37 卷第 4 期干旱区资源与环境Vol 37No 42023 年 4 月Journal of Arid Land esources and EnvironmentApr 2023文章编号:1003 7578(2023)04 009 11doi:1013448/j cnki jalre2023082西藏草地生态安全评价研究*基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型李中锋,高婕,钟毅(四川大学经济学院,成都 610065)提要:西藏草地生态安全建设是国家生态安全屏障建设的重点内容。对西藏草地生态承载力和生态安全程度进行评价研究,对于认识草地生态安全现状、提升草地生态安全程度、巩固生态安全屏障建
2、设具有重要意义。基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型,测算人均草地生态盈亏指数、草地可持续利用指数、草地生态压力指数和草地生态协调系数,运用熵权模糊综合评价法对 2010 2020 年西藏全区及西藏七地市的草地生态安全状况进行评价。评价结果显示:1)西藏全区草地生态安全程度波动上升,生态安全等级一直保持在“很安全”状态。2)七地市中,那曲市和山南市草地整体生态安全程度最高,林芝市、日喀则市和阿里地区草地生态安全程度相对较高,拉萨市与昌都市草地生态安全程度相对较低。总的来说,西藏草地生态安全屏障功能良好,但同时面临草地盈余空间分布不平衡、草地生态协调度偏低、部分地市草地生态压力增大等现象,生态
3、安全格局需进一步巩固。关键词:西藏;草地生态安全;生态足迹;生态系统服务价值中图分类号:X171文献标识码:A习近平总书记 2021 年在西藏考察时曾指出“保护好西藏生态环境,利在千秋,泽被天下”,充分阐明了西藏作为我国重要生态安全屏障的战略地位。草地是西藏面积占比最大的生态系统,不仅是发挥重要生态服务功能的生态屏障,同时也是承载西藏牧业经济活动的重要基础,是维系高原人文社会的关键纽带。受高原独特的自然条件限制以及人为活动的双重影响,西藏草地面临着草地生态功能失调、草地退化、草地利用失衡等威胁生态安全的问题,同时在生态保护工程和保护政策的影响下,草地质量和生产力不断修复提升。因此,对西藏草地生
4、态承载力和生态安全程度进行评价研究,对于认识西藏草地生态安全现状、进一步提升生西藏草地态安全程度、巩固生态安全屏障建设具有重要意义。生态安全应用最广泛的定义由国际应用系统分析研究所(IASA)在 1989 年提出,即一种使人们的基本权利得到保障、经济社会生活有序进行、自然环境稳定且不受威胁的状态。广义的生态安全包含自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全。狭义的生态安全则指自然生态系统的完整性和健康性1。草地生态安全是生态安全研究领域的一个重要分支,学者们从不同视角对草地生态安全的内涵做出界定和解释,从共性方面来说,狭义的草地生态安全指草地本身是否具有稳定的生产力、抵抗力与恢复力,广义的草地生
5、态安全指草地生态系统是否拥有为人类稳定提供生态产品并且可持续承载人类经济社会活动的能力2 3。在对不同区域的草地生态安全进行评价时,学者们的研究重点在于评价模型的搭建与评价方法的选择,常用的评价模型主要有压力状态响应模型(PS)4 7、生态足迹模型(EF)8 10,联合国千年全球生态系统评估模型(MA)11、景观生态安全模型12、数字地面模型13 等;评价方法主要有综合评价法11,14、模糊评价法13、层次分析法3,6、主成分分析法9 等。*收稿日期:2022 9 22;修回日期:2022 11 27。基金项目:国家民委课题(2019 GME 048)资助。作者简介:李中锋(1975 ),男,
6、汉族,河南开封人,教授,博士研究生导师,主要研究方向为区域经济学、人资环经济学。E mail:zfli scu edu cn通讯作者:高婕(1990 ),女,汉族,内蒙古包头人,博士研究生,主要研究方向为人资环经济学。E mail:jsherry0430163 com生态足迹的概念最早由 William ees 提出15,指提供给人类进行社会经济活动所必需的生物资源和吸纳由此产生的废弃物的生物生产性土地面积之和16。之后由 Wackernagel 拓展改进17,于本世纪初进入国内学者研究视野18,后经过不断修正改进19 20,被广泛应用于区域可持续发展研究21 和生态安全研究22。生态足迹模型
7、在量化评价区域生态安全方面具有以下优势:1)数据可得性高、测算结果可比性强,在评价较复杂区域生态安全状况时具有较大应用空间21,23;2)适用灵活性高,既可以对某个区域整体生态安全展开研究24,也可以针对特定区域单一类型土地进行生态安全研究25。因此,对于受条件和数据约束的西藏草地生态安全评价研究来说,生态足迹模型具有相对优势26。已有文献对西藏部分地区的草地可持续发展展开研究27 28,但针对西藏全区及七地市草地生态安全方面的成果较少。此外,考虑到传统生态足迹模型在衡量草地生态足迹与承载力时忽略了草地除畜产品生产之外的例如调节、涵养、净化、娱乐等其他生态服务功能29 30,而草地生态系统服务
8、功能研究是草地生态安全研究的主要内容之一3,因此在研究生态服务价值突出的西藏草地生态安全时,更应侧重草地为人类提供多样生态系统服务价值的考量。而现有成果缺少对这部分价值的考量31 33,因而存在进一步改进空间。文中以西藏草地生态安全为研究对象,基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型,通过草地生态服务功能价值核算,修正草地均衡因子和产量因子,对西藏及七地市的草地生态足迹和生态承载力进行测算。计算人均草地生态盈亏指数、草地可持续利用指数、草地生态压力指数、草地生态协调系数等生态安全评价指标,运用熵权模糊综合评价法对 2010 2020 年西藏全区及西藏七地市的草地生态安全状况进行多时空、多维度综合
9、评价,为筑牢西藏草地生态安全屏障提出合理化建议。1材料1 1研究区域概况西藏自治区(东经 7825至 9906,北纬 2650至 3653)地处我国西南边陲,平均海拔 4000m 以上,全区总面积 12284 万 hm2,总人口 364 81 万人,下辖七地市分别为拉萨市、昌都市、山南市、日喀则市、那曲市、阿里地区和林芝市。全区土地资源丰富,主要有草地、森林、耕地、河流湖泊、未利用土地等类型,其中草地是面积最大的地类,为 8006 50 万 hm2,占全区面积 55%以上,天然牧草地面积 6866 93 万 hm2,居全国之首。从草地空间分布来看,那曲市、阿里地区和日喀则市的草地面积合计超过全
10、区草地面积的85%。从草地类型分布来看,自东南到西北,依次分布着高寒草甸草原、高寒草原和高寒荒漠草原。1 2数据来源研究所需各项社会经济指标数据来源于中国统计年鉴、西藏统计年鉴、中国农村统计年鉴、中国林业与草原统计年鉴 、西藏自治区国民经济和社会发展统计公报、西藏七地市国民经济与社会发展公报等;粮食作物单位面积产量以及粮食平均市场价格相关数据来源于中国农业发展报告、中国农产品价格调查年鉴 、中国粮食年鉴 和西藏自治区粮食和物资储备局公开数据等;西藏全区及西藏七地市草地面积和其他生物生产性土地面积数据来源于第一次和第二次西藏草原普查结果、第二次全国土地调查和年度全国土地变更调查、自然资源部土地调
11、查成果共享应用服务平台、国泰安数据库(CSMA)、Wind 数据库、EPS 数据库等。2研究方法基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型评价区域生态安全的研究思路(图 1)是从“人与自然和谐共生”角度切入,以生态服务价值为基础对传统模型中的均衡因子和产量因子进行修正,将人类发展所需的、生态系统能够提供的生态服务功能折算为可以比较的生态系统面积,从需求面计算生态足迹,从供给面计算生态承载力,并通过比较二者关系,测算人均生态盈余(赤字)、可持续利用指数、生态压力指数、生态协调系数等生态安全指标来反映研究对象是否拥有为人类稳定提供生态产品并且可持续承载人类经济社会发展的能力,也即其生态安全状况。2 1
12、基于生态系统服务价值改进的草地生态足迹模型由于传统生态足迹模型的土地功能排他性假设与现实生态系统服务功能多样性的事实相违背29,在01干旱区资源与环境第 37 卷数据来源:西藏自治区第三次全国国土调查主要数据公报图 1基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型的生态安全评价Figure 1 Ecological security assessment based on ecological footprint model improved by ecosystem services value衡量某一区域生态产品的真实需求和供给时存在一定局限和缺陷。参考已有研究29 30,34 36,将生态系统服
13、务价值理论纳入生态足迹模型,构建基于生态系统服务价值改进的生态足迹模型。模型包括对改进的生态足迹(ESEF)和改进的生态承载力(ESEC)的测量,前者指一定区域内人类消费生态系统服务所需要的生态系统面积;后者指一定区域内能够给人类提供生态系统服务的生态系统面积总和。在文中研究范畴内,改进的草地生态足迹模型计算公式:ESEFit=Nit esefit=Nit nm=1cmtpm rt(1)ESECit=Nit esecit=Sit rt yt(2)式中:ESEFit表示 t 年 i 地区改进的草地生态足迹;esefit表示 t 年 i 地区人均草地足迹;ESECit表示 t 年i 地区改进的草地
14、生态承载力;esecit表示 t 年 i 地区人均草地生态承载力;Nit为 t 年 i 区域总人口数;Sit为t 年 i 区域草地面积;cmt为 t 年 m 类畜牧产品的人均产量19;pm为第 m 类畜牧产品的全国平均产量34;rt为 t 年的草地生态系统服务的均衡因子;yt为 t 年的草地生态系统服务的产量因子。2 2参数修正均衡因子和产量因子是生态足迹模型中将不同类型、不同区域的土地(生态系统)面积进行折算的重要参数。文中以生态系统服务功能价值核算为基础,对传统草地均衡因子和产量因子进行修正。2 2 1草地生态系统服务功能价值核算参考谢高地等37 测算的“中国陆地生态系统服务功能价值当量因
15、子表”,结合西藏实际,将生态系统11第 4 期李中锋等西藏草地生态安全评价研究在后文对草地生态系统服务价值核算的过程中,已包含生物多样性保护功能,故在计算生态承载力时不需要再扣除 12%的生物多样性保护面积。划分为草地、林地、耕地、水域、湿地 5 个单元;将生态系统提供的生态服务功能划分为供给服务(食物和原材料生产)、调节服务(空气和气候调节)、支持服务(水源涵养、土壤形成与保护、生物多样性维持)、净化服务(废弃物吸纳)、文化服务(景观、休闲娱乐)5 大类。将 1hm2耕地的平均粮食产量的经济价值定义为单位生态服务价值当量因子,等于当年平均粮食单产市场价值的 1/734 35,37。计算公式为
16、:Vt=Dt F=17nj=1(t jt)F(3)式中:Vt表示 t 年草地生态系统单位面积生态服务价值量;Dt表示 t 年研究区域 1 单位生态系统服务价值量;F 是草地生态系统服务价值当量因子之和;t是 t 年研究区域粮食单位面积产量;jt是 t 年研究区域原粮平均市场价格。2 2 2草地均衡因子修正在改进模型中,草地均衡因子表示研究区域内草地生态系统的生态服务能力与研究区域内所有生态系统的平均生态服务能力的差异,生态服务能力可由生态系统单位面积生态服务价值表示36。计算公式为:rt=VtVNt=Dt Fn0(Dt Fj Sjt)/n0Sjt(4)式中:rt为 t 年研究区域草地均衡因子;
17、VNt为 t 年研究区域内所有生态系统单位面积平均生态系统服务价值;Fj为 j 生态系统服务价值当量因子之和;Sjt为 t 年 j 生态系统面积。2 2 3草地产量因子修正在改进模型中,草地产量因子表示研究区域内草地生态系统的生态服务能力与对应整体区域草地生态系统的平均生态服务能力的差异,同样,生态服务能力可由生态系统单位面积生态服务价值表示34,36。计算公式为:yt=DtDt(5)式中:yt为 t 年研究区域草地产量因子;在计算西藏全区产量因子时,Dt表示 t 年全国 1 单位生态系统服务价值量;在计算西藏七地市产量因子时,Dt表示 t 年西藏全区 1 单位生态系统服务价值量。2 3草地生
18、态安全评价指标评价指标的选取是否合理直接影响评价结果的真实性、可靠性和科学性。根据生态安全相关定义,评价草地生态安全应重点考察草地为人类稳定提供生态产品的能力和可持续承载人类经济社会活动的能力。因此文中从人与草地和谐共生角度切入,结合改进的草地生态足迹模型,选择从草地自身盈亏状态、草地可持续程度、草地承压状况和草地生态系统与社会经济协调程度 4 个方面进行评价。2 3 1人均草地生态盈亏指数(esedg)生态盈余(赤字)用以表示一个地区生态系统的生态供需情况,通用计算公式为 ED=EC EF。由于人口规模也是影响区域草地资源可持续利用的主要因素之一,因此选用更为适宜的人均草地生态盈亏指数,用人
19、均生态承载力与人均生态足迹的差值表示:esedg=esecg esefg(6)当 esed 0 时,为生态盈余,生态资本存量可能增加,生态系统为相对安全状态;反之为生态赤字,生态资本的存量在减少,生态系统为不安全状态。2 3 2草地可持续利用指数(SUIg)土地可持续利用指数是通过人均生态足迹和人均生态承载力构建的,用以定量评估区域某一土地资源利用的可持续程度38。草地可持续利用指数计算公式为:SUIg=esecgesecg+esefg(7)SUIg的取值范围是(0,1),SUIg越接近 1 表明草地可持续程度越高。2 3 3草地生态压力指数(ETIg)生态压力指数指某一国家或地区生物生产性资
20、源的人均生态足迹与人均生态承载力的比值,该指数反映了区域生态环境的承压程度39。草地生态压力指数的计算公式为:21干旱区资源与环境第 37 卷ETIg=esefg/esecg(8)草地生态压力指数越小,表明该地区草地生态占用活动对草地生态系统的压力相对较小,草地生态较为安全,反之亦然。2 3 4草地生态协调系数(Dg)生态协调系数表示区域社会经济发展与生态环境的协调能力40,草地生态协调系数计算公式为:Dg=(esefg+esecg)/esef2g+esec2g(9)生态协调系数的取值范围是1 Dg1 414。此时分两种情况讨论:1)当 esed 0 时,表明区域经济社会发展对资源的利用保持在
21、生态系统可承受范围内,Dg越接近 1 414 说明区域协调性越好、自然资本利用效率越高、越有利于生态安全。2)当 esed 0 时,区域经济社会发展在消耗自然资本存量,处于一种生态不协调状态。通常来说,自然资本利用效率较好与较差以 Dg=1 2 为界41。2 4草地生态安全评价标准参考已有研究对不同指标的评价标准38 39,41 42,将草地生态安全评价指标所表征的状态由高至低划分为 1 6 个等级,分别表示为 1 级“很安全”,2 级“安全”,3 级“较安全”,4 级“较不安全”,5 级“不安全”,6 级“很不安全”(表 1)。表 1 草地生态安全评价等级划分Table 1 Grading
22、of grassland ecological security assessment评价等级1很安全2安全3较安全4较不安全5不安全6很不安全esedg05ec(02ec,05ec(0,02ec(0 5ec,0(ec,05ec)ec表征状态绝对盈余盈余相对盈余相对赤字赤字绝对赤字SUIg(08,1)(0 7,08(05,07(03,05(0 2,0 3(0,02表征状态强可持续中度可持续弱可持续弱不可持续中度不可持续强不可持续ETIg0 5 0 5,08)08,1)1,15)15,2)2表征状态压力很小压力较小稍有压力压力较大压力很大压力极大Dg(134,1414(127,134(12,12
23、7(114,12(105,1 14(1,105表征状态协调很好协调好协调较好协调较差协调差协调很差2 5熵权模糊综合评价法模糊综合评价法是引入模糊数学的隶属度函数将一些边界不清、既不能绝对肯定也不能绝对否定的问题进行定量化评价的一种方法,对于本身具有模糊性概念的生态安全评价来说十分契合。另外,使用客观熵权法赋权,避免了传统模糊综合评价法在确定权重时带的有主观性。评价步骤如下43 44:第一步:确定被评价对象因子论域,即生态安全评价指标。X=(x1xn)第二步:确定评语论域,即生态安全评价等级和标准划分。V=(v1vm);Si,j为指标 i 第 j 级标准值。第三步:建立模糊关系矩阵 =r1,1
24、r1,2r1,mr2,1r2,2r2,mrn,1rn,2rn,m(10)ri,j是指标 xi(负向指标 ci)对于评价等级 vj的相对隶属度。每项指标隶属度的大小排序决定研究对象最终评价等级大小。第 1 等级隶属度函数为:ri,1=1,xiSi,1或 ciSi,1Si,2 xiSi,2 Si,1或ci Si,2Si,1 Si,2,Si,1 xi Si,2或 Si,2 ci Si,10,xiSi,2或 ciSi,2(11)中间等级隶属度函数为:ri,j=Si,j+1 xiSi,j+1 Si,j或ci si,j+1Si,j Si,j+1,Si,j xi Si,j+1或 Si,j+1 ci Si,j
25、xi Si,j 1Si,j Si,j 1或si,j 1 ciSi,j 1 Si,Si,j 1 xi Si,j或 Si,j ci Si,j 1(12)31第 4 期李中锋等西藏草地生态安全评价研究最后等级隶属度函数为:ri,k=0,xiSi,k 1或 ciSi,k 1xi Si,k 1Si,k Si,k 1或si,k 1 ciSi,k 1 Sik,Si,k 1 xi Si,k或 Si,k ci Si,k 11,xiSi,k或 c1Si,k(13)第四步:综合评价B=Wi(14)B 为综合评价结果,Wi为各项指标权重,文中使用熵权法进行赋权。B 值最高所对应的评价等级为研究对象的评价等级。3结果与
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