高雅靈，林慧龍，周禎瑩，魏祎梅

（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室/蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室/蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心/蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院；甘肅 蘭州 730020）

三江源位于青藏高原腹地，是長江、瀾滄江與黃河的發(fā)源地，每年為下游供水超過600億m3，是我國十分重要的淡水資源補(bǔ)給地區(qū)，被譽(yù)為“中華水塔”。該區(qū)生態(tài)環(huán)境與我國流域上下游生態(tài)環(huán)境緊密聯(lián)系在一起，作為北半球氣候變化的主要啟動區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)，對我國東西部乃至全國的生態(tài)及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生著巨大影響，是我國重要的生態(tài)屏障和安全屏障[1]。但是因其特殊的地理位置，三江源生態(tài)系統(tǒng)也最為脆弱和敏感[2]。近年來隨著氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，三江源生態(tài)問題比較突出[3]，主要表現(xiàn)在：一是草地退化嚴(yán)重，退化面積達(dá)到 2 177.28 hm2，占源區(qū)天然草地的80%；二是水土流失與沙化問題日趨嚴(yán)重，源區(qū)中度以上水土流失面積為960萬hm2，土地沙漠化正在以每年0.52萬 hm2的速度擴(kuò)張；三是鼠害猖獗，截止2013年底，三江源鼠害面積高達(dá)600多萬hm2，占三江源地區(qū)總面積的15%左右。三江源生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，對該區(qū)人民的生產(chǎn)生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。因此，定量評估三江源不同時期生態(tài)及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)狀態(tài)十分迫切。

生態(tài)足跡(ecological footprint)是一種用于評價可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)。其含義為任何已知人口的生態(tài)足跡，包括國家、城市或者個人的生態(tài)足跡，具體指生產(chǎn)這些人口消費(fèi)的資源和吸納這些人口產(chǎn)生的全部廢棄物所需的各生物生產(chǎn)性土地面積的總和[4]。其分析方法的優(yōu)點在于將人類對自然的索取及環(huán)境承載程度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地面積，結(jié)果直觀明了，同時產(chǎn)量因子和均衡因子的引入，也使得其結(jié)果具有可比性。

生態(tài)足跡作為評價可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)，一直都是國內(nèi)外研究的熱點。目前國外學(xué)者對生態(tài)足跡的研究比較早且比較廣泛，既有對某個特定國家、城市和地區(qū)開展的生態(tài)足跡研究[5-7]，也有專門針對某一特定領(lǐng)域或者行業(yè)的研究分析，如農(nóng)作物[8]、化石能源[9]和旅游業(yè)[10]等，還有對生態(tài)足跡概念[11]本身進(jìn)行的研究。國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)足跡的研究主要集中在生態(tài)足跡模型的研究[12]、城市和區(qū)域尺度的研究[13-14]、特定行業(yè)和小尺度的研究，如進(jìn)出口貿(mào)易、水足跡和能源化等[15-17]。雖然目前國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)足跡的研究很廣泛，但就三江源地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，利用生態(tài)足跡模型進(jìn)行測算和評價的研究并不多。

基于此，本研究以三江源為研究區(qū)域，利用生態(tài)足跡模型對三江源2000-2012年的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力及生態(tài)盈虧(盈余、赤字)的變化特征進(jìn)行分析，據(jù)此評價三江源在生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會協(xié)調(diào)發(fā)展過程中的可持續(xù)狀態(tài)及存在的問題，以期能夠為實現(xiàn)三江源可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

三江源區(qū)位于青海省格爾木市都蘭縣以南，東鄰甘肅、四川兩省，西接西藏自治區(qū)，具體位置為 31°39′-36°12′ N，89°45′-102°23′ E。行政區(qū)劃包含16縣1鄉(xiāng)，分別是海南州的同德、興海兩縣，黃南州的澤庫、河南兩縣，格爾木市的唐古拉鄉(xiāng)，及玉樹、果洛兩個藏族自治州全境，總面積達(dá)36.6萬 km2，占青海省總面積的50%，是我國面積最大的自然保護(hù)區(qū)[18]。根據(jù)2010年第6次人口普查，三江源常住人口125.85萬人，占青海省總?cè)丝跀?shù)的22.4%左右，且總?cè)丝谥械慕^大部分人口為藏族。源區(qū)氣候為溫帶大陸性氣候，年降水量 260～770 mm，年均氣溫-6～8 ℃；植被以高寒灌叢草甸、高寒草甸和高寒草原為主；源區(qū)內(nèi)野生動植物資源十分豐富，有國家重點保護(hù)動物60 多種[19]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源及計算

為客觀反映三江源生態(tài)的可持續(xù)變化特征，依據(jù)資料的可獲得性，選取2000、2008以及2012年作為研究節(jié)點。本研究能源消費(fèi)(煤炭)數(shù)據(jù)來源于2000、2008以及2012年《青海省統(tǒng)計年鑒》，生物資源(糧食、油料及肉類產(chǎn)量)數(shù)據(jù)來源于2000、2008以及2012年《中國縣域統(tǒng)計年鑒》。由于三江源特殊的地理位置，其貿(mào)易較其他區(qū)域單一，故統(tǒng)計分析中未考慮進(jìn)口量與出口量等貿(mào)易因素。人類生產(chǎn)生活消費(fèi)的大部分活動由能源消費(fèi)與生物資源消費(fèi)提供，對三江源地區(qū)生態(tài)足跡的統(tǒng)計分析主要從這兩方面進(jìn)行。

源區(qū)能源消費(fèi)主要包括生物能源、煤炭和太陽能，但由于生物能源和太陽能的消費(fèi)量沒有明確的統(tǒng)計，所以在計算中僅考慮了煤炭資源的消費(fèi)量。生物資源消費(fèi)主要有谷物、油料、蔬菜瓜類、肉類、奶類、羊毛、蜂蜜、禽蛋、木材、水果、堅果和茶葉等，由于數(shù)據(jù)的可獲性，本研究僅對糧食、油料、肉類3類生物資源進(jìn)行計算。世界平均產(chǎn)量參考聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年公布的數(shù)據(jù)計算。

均衡因子是指某地區(qū)某類潛在生產(chǎn)力的均值。在生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算中，最終將該地區(qū)的各種消費(fèi)資源轉(zhuǎn)化為提供這種消費(fèi)的土地面積，主要包括草地、林地、耕地、水域、化石能源土地和建筑用地。由于不同類型土地的生產(chǎn)能力差距較大，無法直接對比分析，所以，通過均衡因子將上述6種類型的土地面積轉(zhuǎn)為具有相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積。本研究根據(jù)三江源地區(qū)的實際情況，參照Wackernagel[20]在世界野生動物基金會2004年提出的均衡因子：建筑用地2.19，水域0.36，耕地2.19，草地0.48，化石燃料用地1.38。

產(chǎn)量因子反映該地區(qū)的生產(chǎn)技術(shù)水平，具體指某地區(qū)某一類型土地的平均生產(chǎn)力與世界上該類型土地平均生產(chǎn)力之比。本研究除依據(jù)徐中民等[21]對中國1999年的生態(tài)足跡分析中產(chǎn)量因子的取值（建筑用地1.66、水域1.00、耕地1.66、草地0.19、林地0.91、化石燃料用地0）以外，參考聯(lián)合國和發(fā)展委員會的建議，扣除了12%的生物多樣性保護(hù)面積。

1.2.2 生態(tài)足跡模型

本研究采用國際通用的生態(tài)足跡模型，對三江源地區(qū)的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧(盈余或赤字)進(jìn)行計算分析，計算公式如下：

1)生態(tài)足跡 (ecological footprint)指一個國家或地區(qū)為維持一個人生存所提供的生產(chǎn)資源或提供該資源的生產(chǎn)性土地[6]。

式中：EF為區(qū)域的總生態(tài)足跡(hm2)；N為區(qū)域總?cè)丝?；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡(hm2)；j為生態(tài)生產(chǎn)性土地類型；rj為第j種土地類型的均衡因子；i為消費(fèi)類型；ci為第i種消費(fèi)項目的年人均消費(fèi)量；pi為第i種消費(fèi)項目的年全球平均產(chǎn)量（kg·hm-2）。

2)生態(tài)承載力 (ecological carrying capacity)指一個國家或地區(qū)為該區(qū)域人口提供的各種類型土地和資源的總和[13]。

式中：EC為區(qū)域生態(tài)承載力(hm2)；ec為區(qū)域人均生態(tài)承載力(hm2)；aj為人均占有的第j類土地類型的面積(hm2)；yj為第j土地類型的產(chǎn)量因子。

3)生態(tài)赤字或盈余：

式中：ED為生態(tài)赤字，表示該地區(qū)當(dāng)前的生態(tài)承載力無法負(fù)擔(dān)其經(jīng)濟(jì)活動需求，處于不可持續(xù)狀態(tài)；ER為生態(tài)盈余，表示該地區(qū)的發(fā)展在其生態(tài)承載力范圍之內(nèi)，處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 三江源生態(tài)足跡

2000-2012年三江源人均生態(tài)足跡呈上升趨勢，由2000年的人均增長4.64 hm2到2012年的人均增長5.24 hm2，增幅12.93%。林地和水域的增幅相對較高，分別為26.62%和22.73%(表1)，同時，二者在人均生態(tài)足跡中的比重也相對較高，分別為33%和14%(圖1)。其次為草地，其生態(tài)足跡增幅為12.77%，人均生態(tài)足跡占比為11%。耕地和化石燃料用地生態(tài)足跡先升高后降低，其中耕地人均生態(tài)足跡占比較高，多年平均占有率達(dá)37%?；剂嫌玫卦谌司鷳B(tài)足跡中的占比僅為4%，故對人均生態(tài)足跡的影響不大。建筑用地生態(tài)足跡基本保持不變，維持在每人1.03～0.04 hm2，占總體人均生態(tài)足跡的比例也最低(1%)，對人均生態(tài)足跡的影響較小(表1、圖1)。由此可見，三江源是典型的以農(nóng)牧業(yè)為主的地區(qū)，其發(fā)展是以消耗本地自然資源來維持的。

2.2 三江源生態(tài)承載力

2000-2012年三江源人均可利用生態(tài)承載力呈下降趨勢，由2000年的人均7.18 hm2降低到2012年的人均5.71 hm2，降幅20.47%。除化石燃料用地，其他不同生產(chǎn)型土地的生態(tài)承載力也均呈現(xiàn)不同幅度的降低，按照降幅的多少依次為建筑用地40%、草地29.95%、耕地20%、林地14.81%、水域2%。草地對生態(tài)承載力的貢獻(xiàn)最大，年均貢獻(xiàn)率達(dá)41%，其次為林地38%、水域14%、耕地6%、建筑用地1%(表2)。由此可見，草地和林地生態(tài)承載力的下降對三江源生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展影響較大。

表1 三江源2000、2008、2012年人均生態(tài)足跡Table 1 The per capita ecological footprint of Sanjianyuan region in 2000, 2008 and 2012

圖1 不同土地類型生態(tài)足跡所占比重Figure 1 The proportion of ecological footprint in different land types

表2 三江源2000、2008、2012年人均生態(tài)承載力Table 2 The per capita ecological capacity of sanjiangyuan region in 2000, 2008 and 2012

2.3 生態(tài)盈余(赤字)現(xiàn)狀分析

從總體上看，2000、2008和2012年三江源地區(qū)的生態(tài)承載力遠(yuǎn)大于生態(tài)足跡，處于生態(tài)盈余狀態(tài)(表1、表2、圖2)，表明三江源整體上處于生態(tài)健康狀態(tài)。但從趨勢上來看，三江源生態(tài)盈余呈逐年降低的趨勢，由2000年的人均2.54 hm2降低 到 2012 年的 人均 0.47 hm2， 降幅 81.50%(圖 2)，生態(tài)盈余的持續(xù)降低表明該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力正在逐年下降。2000-2012年，三江源人均生態(tài)足跡年均增幅為12.93%，人均生態(tài)承載力年均降幅為20.47%，人均生態(tài)承載力降幅高于人均生態(tài)足跡增幅7.54個百分點，三江源地區(qū)人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之間差距不斷縮小，生態(tài)賬戶處于“收入”不斷減少，“支出”不斷增加的狀態(tài)，這也意味著若不加以保護(hù)預(yù)計在未來三江源地區(qū)將出現(xiàn)生態(tài)赤字。

圖2 2000、2008、2012年人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡和生態(tài)盈余Figure 2 Per capita ecological carrying capacity, ecological footprint and ecological surplus in 2000, 2008, and 2012

從結(jié)構(gòu)上看，在2000、2008和2012年3個時間節(jié)點上，三江源地區(qū)呈生態(tài)盈余的僅有草地和林地，其中草地的年人均生態(tài)盈余最高，為2.51 hm2，其次為林地，年人均生態(tài)盈余為1.20 hm2，表明三江源草地和林地發(fā)展具有可持續(xù)性。但從生態(tài)盈余變化情況來看，草地和林地呈持續(xù)下降的趨勢，其中草地由2000年的人均3.17 hm2降低到人均2.02 hm2，降幅為36.28%，林地由2000年的人均 1.58 hm2降低到人均 0.77 hm2，降幅達(dá) 51.27%。耕地、化石燃料用地在2000、2008和2012年3個節(jié)點上均有波動回升，但仍呈生態(tài)赤字狀態(tài)，其中耕地生態(tài)赤字最大，年均生態(tài)赤字達(dá)人均1.28 hm2，其次為化石燃料用地，年均生態(tài)赤字人均0.19 hm2。水域和建筑用地均由2000年的生態(tài)盈余轉(zhuǎn)為2012年的生態(tài)赤字(圖3)。

3 討論

草地是三江源生態(tài)盈余中最大的土地類型。這得益于三江源豐富的草地資源，源區(qū)有天然草地2 673.42萬 hm2，占全區(qū)面積的66%，草地人均生態(tài)足跡占其人均生態(tài)承載力的 1/5，說明三江源草地利用率較低，但這并不能說明該地區(qū)的草地生態(tài)環(huán)境是可持續(xù)的，原因在于：一是農(nóng)牧民人口較多，草地資源消耗大。三江源78.16%的農(nóng)牧民生活在草原上，主要以消耗草地資源為主，近年來該區(qū)域人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，常住人口由2000年的103.64萬人增加至2012年的125.85萬人，增幅21.4%，人口的增加勢必會消耗草地資源，降低草地生態(tài)承載力；二是三江源草地退化嚴(yán)重，退化草地達(dá)2 177.28萬hm2，占青海省退化草地的一半以上[2]；張良俠等[23]發(fā)現(xiàn)減畜措施實施后2000-2010年三江源草地超載0.46倍，三江源草地仍處于超載狀態(tài)。由此可見，三江源草地生態(tài)環(huán)境仍很脆弱，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對該區(qū)域草地生態(tài)的保護(hù)。林地也是生態(tài)盈余中較大的土地類型，這獲益于三江源龐大的林地面積，三江源林地面積約290萬 hm2，林地生態(tài)足跡占生態(tài)承載力的69.57%，說明三江源林地利用率較高，但是三江源森林覆蓋率低，僅為5.56%，而環(huán)境的小幅波動都會造成生態(tài)系統(tǒng)的深刻變化[24]。因此，還應(yīng)采取有效措施保護(hù)有限的森林資源，以免長江水患、黃河斷流的現(xiàn)象再發(fā)生。

三江源區(qū)耕地和化石燃料均處于生態(tài)赤字狀態(tài)，生態(tài)赤字的存在說明三江源農(nóng)牧民對耕地和化石燃料用地的索取量大于其供給能力，這與李勇等[25]的結(jié)果一致。本研究結(jié)果顯示，三江源的耕地生態(tài)足跡基本不變，保持在人均1.67～1.84 hm2，但耕地生態(tài)足跡是其生態(tài)承載力的3.84倍。耕地呈生態(tài)赤字的主要原因在于：一方面，三江源為牧區(qū)，畜牧業(yè)是該區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，而耕地相對較少，目前三江源現(xiàn)有耕地僅為5.11萬hm2[26]。另一方面，三江源高寒、缺水等嚴(yán)酷的自然條件決定了該地區(qū)耕地產(chǎn)出不足，這也符合實際情況?；剂嫌玫爻噬鷳B(tài)赤字主要是由于當(dāng)前三江源和其他地區(qū)一樣，沒有預(yù)留化石燃料用地，所以CO2吸收用地供給為零。而煤等化石燃料在燃燒過程中，排放大量的CO2等溫室氣體和有毒污染物，給生態(tài)環(huán)境造成很大的威脅[27]。

圖3 不同土地類型生態(tài)盈余或赤字變化情況Figure 3 Trends of ecological deficit or surplus in different lands in 2000，2008 and 2012

2000-2012年研究區(qū)水域和建筑用地由生態(tài)盈余轉(zhuǎn)為生態(tài)赤字。由于二者的生態(tài)承載力基本不變，因此按照公式(3)，二者生態(tài)盈余的變化是由其生態(tài)足跡的增長引起的，這表明三江源經(jīng)濟(jì)、社會等發(fā)展對水域和建筑用地資源快速增加。其中，水域生態(tài)足跡增長的原因在于：人口增加和超載放牧。研究發(fā)現(xiàn)，三江源區(qū)人口自然增長率高于全國平均水平，同時人口的增加導(dǎo)致了牲畜的同步增長，加劇了對源區(qū)水資源的需求和干擾[28]。另外，隨著三江源社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該地區(qū)開始依靠水力發(fā)電、灌溉以及發(fā)展部分水產(chǎn)養(yǎng)殖[29]，對水資源的需求量也日益增加。建筑用地在2000、2008年間為生態(tài)盈余，2008年后開始逐漸下降，至2012年建筑用地呈生態(tài)赤字，造成這一變化的主要原因是：中央在青海省和三江源區(qū)實施了生態(tài)移民工程，農(nóng)牧民生活方式由游牧轉(zhuǎn)為定居，增加了對源區(qū)建筑用地的需求。根據(jù)周華坤等[30]研究，截至2007年底，三江源區(qū)建成35個生態(tài)移民區(qū)，近6萬生態(tài)移民搬進(jìn)城，這與本研究結(jié)果2008年后建筑用地生態(tài)盈余開始下降的情況相符合。

研究方法上，本研究采用傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型，利用生態(tài)盈虧(赤字、盈余)狀況衡量三江源區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，具有一定的價值，但仍存在不足：一是應(yīng)用傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型方法，使得本研究中三江源生態(tài)足跡結(jié)果無法與其他不同地區(qū)之間進(jìn)行比較，存在橫向比較的缺陷；二是雖然得出了三江源目前的生態(tài)盈虧狀況，但是具體的資源利用效率怎樣，即創(chuàng)造一定的生態(tài)足跡需要多少國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)，不得而知。因此，對于三江源區(qū)與我國其他地區(qū)的比較以及三江源區(qū)具體的資源利用效率，是下一步研究的方向和重點。

4 結(jié)論與建議

本研究采用生態(tài)足跡模型，對三江源地區(qū)2000-2012年的人均生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧(盈余/赤字)進(jìn)行計算分析。研究結(jié)果表明：1)三江源地區(qū)生態(tài)足跡呈上升趨勢，各土地利用類型分配不均，其中耕地的消費(fèi)率最大，其次為林地、水域、草地和化石燃料用地，建筑用地供給率最低；2)生態(tài)承載力呈下降趨勢，按照降幅的多少依次為建筑用地40%、草地29.95%、耕地20%、林地14.81%、水域2%。另外，草地對生態(tài)承載力的貢獻(xiàn)最大，年均貢獻(xiàn)率達(dá)41%，其次為林地38%；3)三江源地區(qū)整體呈生態(tài)盈余，但盈余有下降趨勢，且各土地類型生態(tài)盈虧也存在差異，其中牧草地和林地為生態(tài)盈余、耕地和化石燃料用地為生態(tài)赤字，水域和建筑用地開始由生態(tài)盈余轉(zhuǎn)為生態(tài)赤字。

根據(jù)上述研究結(jié)果，對三江源地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提出以下建議：1)控制人口，減緩生態(tài)足跡的增長。三江源地區(qū)生態(tài)足跡增長較快，其主要原因是人口增長過快。根據(jù)有關(guān)研究，三江源地區(qū)的人口正在以較快速度持續(xù)增長，是青海省人口增長最快的地區(qū)，自然增長率高于全國平均水平。因此，在保持三江源地區(qū)現(xiàn)有消費(fèi)水平不變的條件下，應(yīng)控制人口數(shù)量，在人口嚴(yán)重超載區(qū)域，科學(xué)規(guī)劃通過生態(tài)移民等措施，減緩生態(tài)足跡的增長，減輕源區(qū)的生態(tài)壓力。

2)提高土地利用類型的多樣性，均衡利用各種類型的土地資源。三江源地區(qū)農(nóng)牧業(yè)仍然是當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)產(chǎn)業(yè)，而農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展主要依靠消耗本地的自然資源來維持發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境造成較大壓力。三江源地區(qū)農(nóng)牧業(yè)人口量大，剩余勞動力眾多，當(dāng)?shù)卣衫么藯l件積極引導(dǎo)農(nóng)牧民向旅游服務(wù)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少對傳統(tǒng)畜牧業(yè)的依賴，增加生態(tài)足跡多樣性，實現(xiàn)資源科學(xué)合理配置，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3)利用高新技術(shù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，降低和緩解化石燃料用地生態(tài)赤字。任群羅[31]研究發(fā)現(xiàn)，化石燃料產(chǎn)生的CO2生態(tài)足跡增長很快，僅1961-2005年全球CO2的生態(tài)足跡就增長了10倍，而減少碳足跡的方向，一方面是節(jié)約能源，另一方面是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。因此，三江源地區(qū)應(yīng)大力推進(jìn)新能源(如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿?建設(shè)，減少對煤等化石燃料的消費(fèi)，控制CO2的排放。另外，在發(fā)展中應(yīng)提高資源利用效率和生產(chǎn)水平，節(jié)約利用資源和能源，以促進(jìn)三江源地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。