基于RS和GIS的藏北申扎县生态资产供需平衡分析

徐 瑶，何政伟

(1．成都理工大学 信息科学学院，成都 610059；2．西华师范大学 国土资源学院，南充 637000)

0 前言

随着经济的发展、人口的增加，人口——资源——环境之间的矛盾日益突出。资源的枯竭、环境的恶化已经危及到人类的生存与发展。重视自然资源与环境成本、衡量生态资产供需平衡是建立生态——环境——经济协调发展的重要内容和关键环节。生态资产指一定时间和空间范围内为人类提供服务和福利的自然资源和生态环境，形式包括有形的、实物形态的资源供给，也包括隐形的或不可见的、或非实物形态的生态系统服务[1-2]。生态资产反映了生态系统所提供的资源和环境对人类社会持续发展的支持能力，是生态环境规划、实现区域人口、经济与环境协调发展的科学依据。生态资产评估方法主要有实物评估法、生态足迹法、能值法、货币价值法等[1]。作者在RS、GIS等技术支撑下，利用生态足迹模型，分析草地退化引起的生态资产供需平衡变化，为该区域生态经济协调发展战略提供参考依据。

1 研究区概况

申扎县地处西藏中部、冈底斯山和藏北第二大湖色林错之间，地理坐标为东经 89°48′～97°40′，北纬 30°10′～32°10′。申扎县属南羌塘高原大湖盆地带，地势较缓，丘陵、高山与盆地相间分布，西南高，东北低， 海拔平均 4 700 m 左右。申扎县属内陆高原亚寒带半干旱季风气候区，空气稀薄、低温、多风、日照时间长、干旱少雨且分布不均。 年平均气温-4℃，年平均降雨量289.6 mm，年均日照时间为 2 919.5 h。申扎县地表水系较发育，河流纵横交错，主要河流有巴汝藏布、永珠藏布、他尔玛藏布等河流，绝大多数为内陆河。境内湖泊较多，主要有色林错、格仁错、吴如错等，其中色林错为最大。申扎县植被类型十分简单，主要有高寒草原草地类、高寒草甸草地类、高寒荒漠草地类等，植被具有垂直分布的特征。该县为纯牧业县，以牧养牦牛、绵羊、山羊为主，主要生产牛羊奶、牛羊肉、牛羊毛绒和皮张、酥油等。近年来随着全球气候变化和人类活动的影响，申扎县草地生态系统退化显著，草地的产草量和植被覆盖度日益下降，物种多样性减少，草地退化面积不断增加。监测申扎县草地退化，分析草地生态资产供需平衡状况，对区域生态经济协调发展具有现实意义。

2 研究方法

2.1 申扎县草地退化分析方法

选取1989年Landsat TM数据7景、1998年ETM+数据6景以及2008年CEBERS数据8景，获取数据时间为5月～10月。结合申扎县1∶100 000地形图、申扎县行政区划图、申扎县土地利用图、申扎县1∶400 000 0土壤分类图,利用ERDAS IMAGINE遥感图像处理软件,对图像进行预处理。利用混合像元模型，提取了申扎县的植被指数,并通过植被指数转化模型计算出植被覆盖度。依据《天然草地退化、沙化、盐渍化分级指标》(GB19377) ，把草地植被覆盖度作为主因子，按照覆盖度的标准将草地退化分为4个等级:①覆盖度>85%(无明显退化)；②覆盖度60%～84%(轻度退化)；③覆盖度26%～59%(中度退化)；④覆盖度<25%(重度退化),得到研究区草地退化分级图,并进行分级统计,获得申扎县草地退化变化数据，用于草地生态供需平衡变化分析。

2.2 生态资产供需平衡分析

2.2.1 选用模型

选取生态足迹模型对申扎县的生态资产供需平衡状况进行评价。生态足迹模型是由加拿大生态学家William Ree等[3]在1992年提出并在1996年由Wackermagel[4]完善的一种衡量人类对自然资源利用程度，以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法。通过测度人类对自然生态资源的需求和自然生态资源所能提供的生态服务之间的差距，来度量人类活动对自然生态系统的胁迫。当人类对资源的消耗处于自然生态系统的承载范围之内时,自然生态系统即为安全的,人类社会的发展也是可持续的,反之则不然。

2.2.2 生态足迹的计算步骤

本次研究用生产性生态足迹代替消费性生态足迹模型，计算申扎县草地生态足迹，其计算步骤如下：

(1)草地生态足迹的计算。

式中ef为人均草地生态足迹；EF为草地总生态足迹；N为区域总人口数；Pi为第i项草地生物生产产品的年产量，EPi为第i项草地生物生产产品的当地年平均生产力。

(2)草地生态承载力的计算。

其中ec为人均草地生态承载力；EC为草地总生态承载力；N为区域总人口数；S为研究区当年草地的实际面积；Yi为产量因子。在生态承载力计算使用的不同类型土地数据均来自于三个时期的遥感影像。根据遥感数据和产量因子的调整，可以得到研究区人均生态承载力。在计算耕地生态承载量时，考虑草地的质量等级，根据不同等级不同的产量因子计算草地实际承载能力，产量因子计算公式为：

其中Yi为产量因子；Yai为当地第i种生物生产性土地的实际生产能力；Ygi为我国第i种生物生产性土地的平均生产能力。根据申扎县草地的实际情况，结合相关资料，申扎县无明显退化草地的产量因子为0.34 ，轻度退化为0.31，中度退化为0.29，重度退化为0.26。

(3)草地生产性生态赤字/生态盈余计算。

ed=ef-ec

或

er=ec-ef

式中ed为人均草地生态赤字；er为人均草地生态盈余。生态足迹反映了研究区域人口对生态资产需求的大小；生态承载力反映了研究区自然生态系统能够提供的生态资产的大小。如果研究区域生态足迹大于生态承载力，生态资产需求大于供给，供需失去平衡，出现生态赤字；反之如果研究区域生态足迹小于生态承载力，生态资产需求小于供给，表明生态资产供给大于需求，出现生态盈余。

3 研究结果分析

3.1 草地退化分析

从申扎县草地退化等级图(图1、图2及图3)及草地退化面积统计表(表1)可以看出：从1989年～2008年20年间申扎县草地植被覆盖度发生了很大的变化，草地退化面积增加了43.7×104hm2，较1989年增加了70.1%，部分地方已经变成了裸地，其中，中度、重度退化面积在总退化面积中所占比例也不断上升。1989年申扎县草地未退化面积为105.07×104hm2，当年退化面积为61.84×104hm2，占总面积的37.05%。退化程度以轻度退化为主：轻度退化面积为33.57×104hm2，占总退化面积的54.28%；中度退化面积为20.59×104hm2，占总退化面积的33.29%；重度退化面积为7.68×104hm2，占总退化面积的12.42%。1998年申扎县草地退化面积为121.39×104hm2，较1989年增加了59.55×104hm2，几乎增加了一倍。退化程度以轻度退化和中度退化为主：轻度退化面积为55.86×104hm2，占总退化面积的46.01%；中度退化面积为51.57×104hm2，占总退化面积的42.48%；重度退化面积为13.96×104hm2， 占总退化面积的11.50%。2008年申扎县草地退化面积为105.54×104hm2，退化比例占草地总面积的67.44%，退化程度以轻度和中度退化为主：轻度退化面积为56.27万hm2，占总退化面积的53.32%；中度退化面积为36.78×104hm2，占总退化面积的34.85%；重度退化面积为12.49×104hm2，占总退化面积的11.83%。

图1 1989年申扎县草地退化图Fig．1 The grassland degradation of Shenzha county in 1989

图2 1998年申扎县草地退化图Fig．2 The grassland degradation of Shenzha county in 1998

图3 2008年申扎县草地退化图Fig．3 The grassland degradation of Shenzha county in 2008

申扎县1989年1998年2008年面积/×104hm2所占比例/%面积/×104hm2所占比例/%面积/×104hm2所占比例/%无明显退化105.0762.9541.8625.64 50.9532.56 轻度退化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 生态资产供需平衡状况分析

从改进模型计算三个年份的生态足迹、生态承载力(表2)可以看出，三个年份的供需矛盾逐渐增大。从生态资产的需求来看，1989年申扎县人均生态足迹为23.49 hm2，2008年为50.00 hm2,20年时间增长了26.51 hm2，增长率为112.90%，年均增长率为5.64%，其中1989年-1998年增长了10.97 hm2，增长率为46.72%，年均增长率为4.67%；1998年-2008年增长了15.54 hm2，增长率为45.12%，年均增长率为4.51%。前10年增长率大于后10年。从生态资产的供给来看，从1989年到2008年呈逐渐下降的趋势。1989年申扎县人均生态承载力为36.60 hm2，2008年为26.35 hm2,20年时间下降了10.25 hm2，下降率为28.02%，年均下降率为1.40%；其中1989年-1998年下降了4.39 hm2，下降率为12.01%，年均下降率为1.20%；1998年-2008年下降了5.86 hm2，下降率为18.20%，年均下降率为1.82%。后10年下降率大于前10年。

表2 申扎县生态资产供需账户(hm2)

1989年申扎县人均生态足迹为23.49 hm2，人均生态承载力为36.60 hm2，生态供给大于生态需求，表现为生态盈余，生态盈余为13.11 hm2。1998年人均生态足迹为34.46 hm2，人均生态承载力为32.21 hm2，生态需求大于生态供给，表现为生态赤字，其值为2.25 hm2。2008年人均生态足迹为50.00 hm2，人均生态承载力为26.35 hm2，生态需求远大于生态供给，生态赤字达到23.65 hm2。从1989年到2008年生态需求逐渐增大，生态供给逐渐较少，生态供需逐渐失衡。

4 结论

(1)基于3期遥感影像反映出申扎县20年草地退化情况。申扎县草地总体变化趋势是草地退化面积不断增加，退化程度也在加重。草地以轻度退化和中度退化增加为主，中度、重度退化面积在总退化面积中所占比例不断增加，轻度退化的比例在减少。

(2)申扎县草地退化引起了生态资产供需失衡。1988年申扎县草地退化面积为61.84×104hm2，人均生态盈余为13.11 hm2；1998年申扎县草地退化面积为121.39×104hm2，人均生态赤字为2.25 hm2；2008年申扎县草地退化面积为105.54×104hm2，人均生态赤字为23.65 hm2。随着草地退化面积和退化程度的增加，草地生态供给逐渐减少，生态需求逐渐超过生态供给，出现生态赤字，且生态赤字逐渐增大。

(3)要改变申扎县生态资产供需失衡的状态必须采取以下措施：①防止草地退化，提高草地生态承载力；②采取种植人工草地、培育优良牧草等措施提高单位面积草地生产量；③控制人口增长速度，发展二、三产业，转移牧业剩余劳动力。

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