三江源地区可持续发展的生态足迹

高雅灵，林慧龙，周祯莹，魏祎梅

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室/兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室/兰州大学草地农业教育部工程研究中心/兰州大学草地农业科技学院；甘肃 兰州 730020）

三江源位于青藏高原腹地，是长江、澜沧江与黄河的发源地，每年为下游供水超过600亿m3，是我国十分重要的淡水资源补给地区，被誉为“中华水塔”。该区生态环境与我国流域上下游生态环境紧密联系在一起，作为北半球气候变化的主要启动区和调节区，对我国东西部乃至全国的生态及社会经济发展产生着巨大影响，是我国重要的生态屏障和安全屏障[1]。但是因其特殊的地理位置，三江源生态系统也最为脆弱和敏感[2]。近年来随着气候变化和社会经济的发展，三江源生态问题比较突出[3]，主要表现在：一是草地退化严重，退化面积达到 2 177.28 hm2，占源区天然草地的80%；二是水土流失与沙化问题日趋严重，源区中度以上水土流失面积为960万hm2，土地沙漠化正在以每年0.52万 hm2的速度扩张；三是鼠害猖獗，截止2013年底，三江源鼠害面积高达600多万hm2，占三江源地区总面积的15%左右。三江源生态环境的不断恶化，对该区人民的生产生活及经济发展产生了一定的负面影响。因此，定量评估三江源不同时期生态及经济可持续状态十分迫切。

生态足迹(ecological footprint)是一种用于评价可持续发展的指标。其含义为任何已知人口的生态足迹，包括国家、城市或者个人的生态足迹，具体指生产这些人口消费的资源和吸纳这些人口产生的全部废弃物所需的各生物生产性土地面积的总和[4]。其分析方法的优点在于将人类对自然的索取及环境承载程度转化为相应的生物生产性土地面积，结果直观明了，同时产量因子和均衡因子的引入，也使得其结果具有可比性。

生态足迹作为评价可持续发展的指标，一直都是国内外研究的热点。目前国外学者对生态足迹的研究比较早且比较广泛，既有对某个特定国家、城市和地区开展的生态足迹研究[5-7]，也有专门针对某一特定领域或者行业的研究分析，如农作物[8]、化石能源[9]和旅游业[10]等，还有对生态足迹概念[11]本身进行的研究。国内学者对生态足迹的研究主要集中在生态足迹模型的研究[12]、城市和区域尺度的研究[13-14]、特定行业和小尺度的研究，如进出口贸易、水足迹和能源化等[15-17]。虽然目前国内外学者对生态足迹的研究很广泛，但就三江源地区的可持续发展，利用生态足迹模型进行测算和评价的研究并不多。

基于此，本研究以三江源为研究区域，利用生态足迹模型对三江源2000-2012年的生态足迹、生态承载力及生态盈亏(盈余、赤字)的变化特征进行分析，据此评价三江源在生态-经济-社会协调发展过程中的可持续状态及存在的问题，以期能够为实现三江源可持续发展提供科学依据。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域概况

三江源区位于青海省格尔木市都兰县以南，东邻甘肃、四川两省，西接西藏自治区，具体位置为 31°39′-36°12′ N，89°45′-102°23′ E。行政区划包含16县1乡，分别是海南州的同德、兴海两县，黄南州的泽库、河南两县，格尔木市的唐古拉乡，及玉树、果洛两个藏族自治州全境，总面积达36.6万 km2，占青海省总面积的50%，是我国面积最大的自然保护区[18]。根据2010年第6次人口普查，三江源常住人口125.85万人，占青海省总人口数的22.4%左右，且总人口中的绝大部分人口为藏族。源区气候为温带大陆性气候，年降水量 260～770 mm，年均气温-6～8 ℃；植被以高寒灌丛草甸、高寒草甸和高寒草原为主；源区内野生动植物资源十分丰富，有国家重点保护动物60 多种[19]。

1.2 数据来源与方法

1.2.1 数据来源及计算

为客观反映三江源生态的可持续变化特征，依据资料的可获得性，选取2000、2008以及2012年作为研究节点。本研究能源消费(煤炭)数据来源于2000、2008以及2012年《青海省统计年鉴》，生物资源(粮食、油料及肉类产量)数据来源于2000、2008以及2012年《中国县域统计年鉴》。由于三江源特殊的地理位置，其贸易较其他区域单一，故统计分析中未考虑进口量与出口量等贸易因素。人类生产生活消费的大部分活动由能源消费与生物资源消费提供，对三江源地区生态足迹的统计分析主要从这两方面进行。

源区能源消费主要包括生物能源、煤炭和太阳能，但由于生物能源和太阳能的消费量没有明确的统计，所以在计算中仅考虑了煤炭资源的消费量。生物资源消费主要有谷物、油料、蔬菜瓜类、肉类、奶类、羊毛、蜂蜜、禽蛋、木材、水果、坚果和茶叶等，由于数据的可获性，本研究仅对粮食、油料、肉类3类生物资源进行计算。世界平均产量参考联合国粮农组织1993年公布的数据计算。

均衡因子是指某地区某类潜在生产力的均值。在生态足迹和生态承载力计算中，最终将该地区的各种消费资源转化为提供这种消费的土地面积，主要包括草地、林地、耕地、水域、化石能源土地和建筑用地。由于不同类型土地的生产能力差距较大，无法直接对比分析，所以，通过均衡因子将上述6种类型的土地面积转为具有相同生态生产力的面积。本研究根据三江源地区的实际情况，参照Wackernagel[20]在世界野生动物基金会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。

产量因子反映该地区的生产技术水平，具体指某地区某一类型土地的平均生产力与世界上该类型土地平均生产力之比。本研究除依据徐中民等[21]对中国1999年的生态足迹分析中产量因子的取值（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，参考联合国和发展委员会的建议，扣除了12%的生物多样性保护面积。

1.2.2 生态足迹模型

本研究采用国际通用的生态足迹模型，对三江源地区的生态足迹、生态承载力和生态盈亏(盈余或赤字)进行计算分析，计算公式如下：

1)生态足迹 (ecological footprint)指一个国家或地区为维持一个人生存所提供的生产资源或提供该资源的生产性土地[6]。

式中：EF为区域的总生态足迹(hm2)；N为区域总人口；ef为区域人均生态足迹(hm2)；j为生态生产性土地类型；rj为第j种土地类型的均衡因子；i为消费类型；ci为第i种消费项目的年人均消费量；pi为第i种消费项目的年全球平均产量（kg·hm-2）。

2)生态承载力 (ecological carrying capacity)指一个国家或地区为该区域人口提供的各种类型土地和资源的总和[13]。

式中：EC为区域生态承载力(hm2)；ec为区域人均生态承载力(hm2)；aj为人均占有的第j类土地类型的面积(hm2)；yj为第j土地类型的产量因子。

3)生态赤字或盈余：

式中：ED为生态赤字，表示该地区当前的生态承载力无法负担其经济活动需求，处于不可持续状态；ER为生态盈余，表示该地区的发展在其生态承载力范围之内，处于可持续发展状态[22]。

2 结果与分析

2.1 三江源生态足迹

2000-2012年三江源人均生态足迹呈上升趋势，由2000年的人均增长4.64 hm2到2012年的人均增长5.24 hm2，增幅12.93%。林地和水域的增幅相对较高，分别为26.62%和22.73%(表1)，同时，二者在人均生态足迹中的比重也相对较高，分别为33%和14%(图1)。其次为草地，其生态足迹增幅为12.77%，人均生态足迹占比为11%。耕地和化石燃料用地生态足迹先升高后降低，其中耕地人均生态足迹占比较高，多年平均占有率达37%。化石燃料用地在人均生态足迹中的占比仅为4%，故对人均生态足迹的影响不大。建筑用地生态足迹基本保持不变，维持在每人1.03～0.04 hm2，占总体人均生态足迹的比例也最低(1%)，对人均生态足迹的影响较小(表1、图1)。由此可见，三江源是典型的以农牧业为主的地区，其发展是以消耗本地自然资源来维持的。

2.2 三江源生态承载力

2000-2012年三江源人均可利用生态承载力呈下降趋势，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，其他不同生产型土地的生态承载力也均呈现不同幅度的降低，按照降幅的多少依次为建筑用地40%、草地29.95%、耕地20%、林地14.81%、水域2%。草地对生态承载力的贡献最大，年均贡献率达41%，其次为林地38%、水域14%、耕地6%、建筑用地1%(表2)。由此可见，草地和林地生态承载力的下降对三江源生态系统可持续发展影响较大。

表1 三江源2000、2008、2012年人均生态足迹Table 1 The per capita ecological footprint of Sanjianyuan region in 2000, 2008 and 2012

图1 不同土地类型生态足迹所占比重Figure 1 The proportion of ecological footprint in different land types

表2 三江源2000、2008、2012年人均生态承载力Table 2 The per capita ecological capacity of sanjiangyuan region in 2000, 2008 and 2012

2.3 生态盈余(赤字)现状分析

从总体上看，2000、2008和2012年三江源地区的生态承载力远大于生态足迹，处于生态盈余状态(表1、表2、图2)，表明三江源整体上处于生态健康状态。但从趋势上来看，三江源生态盈余呈逐年降低的趋势，由2000年的人均2.54 hm2降低 到 2012 年的 人均 0.47 hm2， 降幅 81.50%(图 2)，生态盈余的持续降低表明该地区可持续发展能力正在逐年下降。2000-2012年，三江源人均生态足迹年均增幅为12.93%，人均生态承载力年均降幅为20.47%，人均生态承载力降幅高于人均生态足迹增幅7.54个百分点，三江源地区人均生态足迹与人均生态承载力之间差距不断缩小，生态账户处于“收入”不断减少，“支出”不断增加的状态，这也意味着若不加以保护预计在未来三江源地区将出现生态赤字。

图2 2000、2008、2012年人均生态承载力、生态足迹和生态盈余Figure 2 Per capita ecological carrying capacity, ecological footprint and ecological surplus in 2000, 2008, and 2012

从结构上看，在2000、2008和2012年3个时间节点上，三江源地区呈生态盈余的仅有草地和林地，其中草地的年人均生态盈余最高，为2.51 hm2，其次为林地，年人均生态盈余为1.20 hm2，表明三江源草地和林地发展具有可持续性。但从生态盈余变化情况来看，草地和林地呈持续下降的趋势，其中草地由2000年的人均3.17 hm2降低到人均2.02 hm2，降幅为36.28%，林地由2000年的人均 1.58 hm2降低到人均 0.77 hm2，降幅达 51.27%。耕地、化石燃料用地在2000、2008和2012年3个节点上均有波动回升，但仍呈生态赤字状态，其中耕地生态赤字最大，年均生态赤字达人均1.28 hm2，其次为化石燃料用地，年均生态赤字人均0.19 hm2。水域和建筑用地均由2000年的生态盈余转为2012年的生态赤字(图3)。

3 讨论

草地是三江源生态盈余中最大的土地类型。这得益于三江源丰富的草地资源，源区有天然草地2 673.42万 hm2，占全区面积的66%，草地人均生态足迹占其人均生态承载力的 1/5，说明三江源草地利用率较低，但这并不能说明该地区的草地生态环境是可持续的，原因在于：一是农牧民人口较多，草地资源消耗大。三江源78.16%的农牧民生活在草原上，主要以消耗草地资源为主，近年来该区域人口规模不断扩大，常住人口由2000年的103.64万人增加至2012年的125.85万人，增幅21.4%，人口的增加势必会消耗草地资源，降低草地生态承载力；二是三江源草地退化严重，退化草地达2 177.28万hm2，占青海省退化草地的一半以上[2]；张良侠等[23]发现减畜措施实施后2000-2010年三江源草地超载0.46倍，三江源草地仍处于超载状态。由此可见，三江源草地生态环境仍很脆弱，应继续加强对该区域草地生态的保护。林地也是生态盈余中较大的土地类型，这获益于三江源庞大的林地面积，三江源林地面积约290万 hm2，林地生态足迹占生态承载力的69.57%，说明三江源林地利用率较高，但是三江源森林覆盖率低，仅为5.56%，而环境的小幅波动都会造成生态系统的深刻变化[24]。因此，还应采取有效措施保护有限的森林资源，以免长江水患、黄河断流的现象再发生。

三江源区耕地和化石燃料均处于生态赤字状态，生态赤字的存在说明三江源农牧民对耕地和化石燃料用地的索取量大于其供给能力，这与李勇等[25]的结果一致。本研究结果显示，三江源的耕地生态足迹基本不变，保持在人均1.67～1.84 hm2，但耕地生态足迹是其生态承载力的3.84倍。耕地呈生态赤字的主要原因在于：一方面，三江源为牧区，畜牧业是该区的主导产业，而耕地相对较少，目前三江源现有耕地仅为5.11万hm2[26]。另一方面，三江源高寒、缺水等严酷的自然条件决定了该地区耕地产出不足，这也符合实际情况。化石燃料用地呈生态赤字主要是由于当前三江源和其他地区一样，没有预留化石燃料用地，所以CO2吸收用地供给为零。而煤等化石燃料在燃烧过程中，排放大量的CO2等温室气体和有毒污染物，给生态环境造成很大的威胁[27]。

图3 不同土地类型生态盈余或赤字变化情况Figure 3 Trends of ecological deficit or surplus in different lands in 2000，2008 and 2012

2000-2012年研究区水域和建筑用地由生态盈余转为生态赤字。由于二者的生态承载力基本不变，因此按照公式(3)，二者生态盈余的变化是由其生态足迹的增长引起的，这表明三江源经济、社会等发展对水域和建筑用地资源快速增加。其中，水域生态足迹增长的原因在于：人口增加和超载放牧。研究发现，三江源区人口自然增长率高于全国平均水平，同时人口的增加导致了牲畜的同步增长，加剧了对源区水资源的需求和干扰[28]。另外，随着三江源社会经济的发展，该地区开始依靠水力发电、灌溉以及发展部分水产养殖[29]，对水资源的需求量也日益增加。建筑用地在2000、2008年间为生态盈余，2008年后开始逐渐下降，至2012年建筑用地呈生态赤字，造成这一变化的主要原因是：中央在青海省和三江源区实施了生态移民工程，农牧民生活方式由游牧转为定居，增加了对源区建筑用地的需求。根据周华坤等[30]研究，截至2007年底，三江源区建成35个生态移民区，近6万生态移民搬进城，这与本研究结果2008年后建筑用地生态盈余开始下降的情况相符合。

研究方法上，本研究采用传统的生态足迹模型，利用生态盈亏(赤字、盈余)状况衡量三江源区域的可持续发展，具有一定的价值，但仍存在不足：一是应用传统的生态足迹模型方法，使得本研究中三江源生态足迹结果无法与其他不同地区之间进行比较，存在横向比较的缺陷；二是虽然得出了三江源目前的生态盈亏状况，但是具体的资源利用效率怎样，即创造一定的生态足迹需要多少国内生产总值(GDP)，不得而知。因此，对于三江源区与我国其他地区的比较以及三江源区具体的资源利用效率，是下一步研究的方向和重点。

4 结论与建议

本研究采用生态足迹模型，对三江源地区2000-2012年的人均生态足迹、生态承载力和生态盈亏(盈余/赤字)进行计算分析。研究结果表明：1)三江源地区生态足迹呈上升趋势，各土地利用类型分配不均，其中耕地的消费率最大，其次为林地、水域、草地和化石燃料用地，建筑用地供给率最低；2)生态承载力呈下降趋势，按照降幅的多少依次为建筑用地40%、草地29.95%、耕地20%、林地14.81%、水域2%。另外，草地对生态承载力的贡献最大，年均贡献率达41%，其次为林地38%；3)三江源地区整体呈生态盈余，但盈余有下降趋势，且各土地类型生态盈亏也存在差异，其中牧草地和林地为生态盈余、耕地和化石燃料用地为生态赤字，水域和建筑用地开始由生态盈余转为生态赤字。

根据上述研究结果，对三江源地区可持续发展提出以下建议：1)控制人口，减缓生态足迹的增长。三江源地区生态足迹增长较快，其主要原因是人口增长过快。根据有关研究，三江源地区的人口正在以较快速度持续增长，是青海省人口增长最快的地区，自然增长率高于全国平均水平。因此，在保持三江源地区现有消费水平不变的条件下，应控制人口数量，在人口严重超载区域，科学规划通过生态移民等措施，减缓生态足迹的增长，减轻源区的生态压力。

2)提高土地利用类型的多样性，均衡利用各种类型的土地资源。三江源地区农牧业仍然是当地的主导产业，而农牧业的发展主要依靠消耗本地的自然资源来维持发展，对生态环境造成较大压力。三江源地区农牧业人口量大，剩余劳动力众多，当地政府可利用此条件积极引导农牧民向旅游服务业等第三产业发展，调整产业结构，减少对传统畜牧业的依赖，增加生态足迹多样性，实现资源科学合理配置，促进当地生态-社会-经济的可持续发展。

3)利用高新技术发展循环经济，降低和缓解化石燃料用地生态赤字。任群罗[31]研究发现，化石燃料产生的CO2生态足迹增长很快，仅1961-2005年全球CO2的生态足迹就增长了10倍，而减少碳足迹的方向，一方面是节约能源，另一方面是调整能源结构。因此，三江源地区应大力推进新能源(如风能、太阳能、地热能等)建设，减少对煤等化石燃料的消费，控制CO2的排放。另外，在发展中应提高资源利用效率和生产水平，节约利用资源和能源，以促进三江源地区可持续发展。