基于能值生态足迹的干旱农牧交错带山丹县2009-2018年可持续发展特征.pdf

西北林学院学报2 0 2 3,3 8(4):2 9 5-3 0 3J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 3.0 4.3 6基于能值生态足迹的干旱农牧交错带山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年可持续发展特征 收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 4 修回日期:2 0 2 2-0 6-0 8 基金项目:甘肃省林业和草原局科技项目(X Z 2 0 1 9 0 2 0 5)。第一作者:申海宁。研究方向:水土保持与荒漠化防治。E-m a i l:2 5 7 7 4 5 9 0 6 1q q.c o m*通信作者:罗永忠,教授,博士。研究方向:水土保持与荒漠化防治。E-m a i l:4 9 3 5 1 7 9 8 7q q.c o m申海宁,罗永忠*(甘肃农业大学 林学院,甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要:为研究气候变化和人类活动对山丹县近1 0 a社会经济可持续发展状态的影响,利用能值生态足迹模型计算分析相关指标。结果表明,1 0 a间该县人均能值生态足迹显著增加,以2 0.5 7%的增幅由2 0 0 9年的3.8 4 h m2上升为2 0 1 8年的4.6 3 h m2,可耕地组分占比最大,为7 8.1 5%;人均能值生态承载力从2 0 0 9年的3.1 5 h m2持续下降到2 0 1 8年的2.7 7 h m2,1 0 a间降幅达到1 1.9 0%;该县1 0 a间均呈生态赤字,可持续发展指数始终ec时,称为生态赤字;当ef化石能源牧草地森林地。1 0 a间可耕地的人 均 能 值 生 态 足 迹 为3.2 8 h m2,占 总 值 的7 8.1 5%;化石能源的人均能值生态足迹在总人均能值生态足迹中占1 7.5 0%,为0.7 3 h m2;牧草地的人均能值生态足迹占总值的3.9 8%;森林地的人均能值生态足迹最小,仅占总值的0.3 5%。图3 山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年各组分人均能值生态足迹比例F i g.3 T h e p r o p o r t i o n o f e c o l o g i c a l f o o t p r i n t p e r c a p i t a e n e r g y v a l u e o f e a c h c o m p o n e n t i n S h a n d a n C o u n t y f r o m 2 0 0 9 t o 2 0 1 82.3 人均能值生态承载力分析山丹县人均能值生态承载力持续下降(图4),从2 0 0 9年的3.1 5 h m2下降到2 0 1 8年的2.7 7 h m2,降幅达1 1.9 0%。其中,2 0 0 9-2 0 1 0年和2 0 1 4-2 0 1 5年下降幅度较大,降幅分别为6.3 2%和2.3 3%。图4 山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年人均能值生态承载力F i g.4 P e r c a p i t a e c o l o g i c a l c a r r y i n g c a p a c i t y o f S h a n d a n C o u n t y f r o m 2 0 0 9 t o 2 0 1 82.4 能值生态盈亏与可持续发展分析山丹县能值生态盈亏计算结果均为负值,该县在1 0 a间均呈现生态赤字状态(表6)。可持续发展指数始终0.5,山丹县近1 0 a间始终处于不可持续发展状况。同时该值不断减小,表明其可持续状态在不断恶化。山丹县生态赤字总体呈上升状态(图5),从2 0 0 9年的0.6 9 1 h m2上升到2 0 1 8年的1.8 5 4 h m2,1 0 a间上升了1.1 6 4 h m2,增幅达到了1 6 8.4 5%。可持续发展指数从2 0 0 9年的0.4 5 1下降到2 0 1 8年的0.3 7 5,1 0 a间 下 降 了0.0 7 6,降 幅 达 到 了1 6.8 4%。992第4期申海宁 等:基于能值生态足迹的干旱农牧交错带山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年可持续发展特征表6 山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年生态盈亏与可持续发展指数T a b l e 6 E c o l o g i c a l p r o f i t a n d l o s s a n d s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t i n d e x o f S h a n d a n C o u n t y f r o m 2 0 0 9 t o 2 0 1 8年份人均能值生态足迹/h m2人均能值生态承载力/h m2生态盈亏/h m2可持续发展指数可持续发展状态2 0 0 93.8 3 73.1 4 6-0.6 9 10.4 5 1弱不可持续2 0 1 03.5 1 12.9 4 7-0.5 6 40.4 5 6弱不可持续2 0 1 13.8 0 62.9 3 1-0.8 7 50.4 3 5弱不可持续2 0 1 24.0 5 12.9 2 4-1.1 2 70.4 1 9弱不可持续2 0 1 34.3 8 12.9 1 8-1.4 6 20.4 0 0弱不可持续2 0 1 44.5 2 82.9 1 0-1.6 1 80.3 9 1弱不可持续2 0 1 54.5 2 22.8 4 2-1.6 8 00.3 8 6弱不可持续2 0 1 64.3 1 72.8 2 6-1.4 9 00.3 9 6弱不可持续2 0 1 74.3 7 52.8 1 1-1.5 6 40.3 9 1弱不可持续2 0 1 84.6 2 72.7 7 2-1.8 5 40.3 7 5弱不可持续 注:S D I值将可持续发展水平划分为6个等级,强不可持续(0.8 0)2 4。图5 山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年人均能值生态足迹、生态承载力、生态赤字和可持续发展指数F i g.5 P e r c a p i t a e c o l o g i c a l f o o t p r i n t、e c o l o g i c a l c a r r y i n g c a p a c i t y、e c o l o g i c a l d e f i c i t a n d s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t i n d e x o f S h a n d a n C o u n t y f r o m 2 0 0 9 t o 2 0 1 83 讨论与结论3.1 讨论能值生态足迹、能值生态承载力、能值生态盈亏和可持续发展指数是体现区域可持续发展和生态安全状况的重要指标。在前人的研究中,影响能值生态足迹的因素有:人口数量、作物产量、种植结构、能源消耗量及人类活动的影响等1 5-1 6,2 7。能值生态承载力主要受区域能值密度、当地气候条件和人为活动的影响,区域能值密度主要与年降雨量等因素有关2 8-2 9。能值生态盈亏是对这两个指标进行比较,如果能值生态足迹小于能值生态承载力,则为生态赤字,呈不可持续发展状态;反之则呈现可持续发展状态3 0。可持续发展指数的大小也是由能值生态足迹和能值生态承载力决定的,该值越接近1,说明区域可持续发展状态越稳定,越接近0,可持续状态越差。山丹是农业大县,1 0 a间可耕地的总产量从2 9万t增加至3 2万t,根据公式,其人均能值的值相应增加,同时年降雨量从2 0 0 9年的1 9 3.2 mm减少为2 0 1 8年的1 7 3.6 mm,导致区域能值密度的值减小,因此可耕地的人均能值生态足迹呈上升趋势。可耕地是山丹县能值生态足迹的最主要组分,人均能值生态足迹占比达到7 8.1 5%,是人均能值生态足迹总值增加的主要原因3 1。能源人均能值生态足迹在2 0 1 0-2 0 1 4年从0.6 0 6 h m2上 升到了0.8 5 6 h m2,人们对能源的需求量从2 2万t增加到了3 1万t。一方面是由于人民生活水平的不断提高,能源需求增长迅速;另一方面该县三产占比由2 0 1 0年的2 33 93 8转变为2 0 1 4年的2 13 34 6,服务业占比大幅提升,社会服务产业发展迅速,体现了该县社会经济的快速转型发展,导致区域能源消耗增加。牧草地人均能值生态足迹虽然占比较少,但其值在逐年上升,增幅达到了7 6.8 6%,对于总的人均能值生态足迹影响也较大。山丹县干旱少雨,年均降雨量为1 8 7.7 mm,且多集中在8-1 0 月,而牧草生长的旺盛季节一般在6、7 月,牧草在生长旺季得不到充分降雨,导致生长量无法达到最优。此外,该县1 0 a间年降水量下降,年蒸发量却从1 6 0 2.1 mm上升到了1 8 3 9.9 mm,降水减少加剧了土壤干003西北林学院学报3 8卷 旱,蒸发进一步加速了牧草地沙化,草场的恢复生长受到较大影响。再加上过度放牧、采药等人为破坏行为3 2,导致该地区草原面积减少,严重影响了该县牧草地生态健康。森林地人均能值生态足迹在1 0 a间波动较大,2 0 0 9-2 0 1 2年呈下降状态,主要是由于期间山丹县林果业发展缓慢,该县特色林果苹果梨品质退化,导致林果产量由2 0 0 9年的6 3 2 0 t下降到2 0 1 2年的3 0 5 4.5 t。之后,随着“三北”防护林、生态公益林等国家林业政策的倾斜,该县林果产业不断壮大,果木种植面积增加,产量提高造成了期间森林地人均能值生态足迹上升。近1 0 a来山丹县年降雨量下降,导致人均可再生资源能值降低,使得人均能值生态承载力持续减小,同时,居民对耕地的不合理利用、过度放牧使得草场退化,以及对于能源的过度使用都直接导致了自然承载能力的降低,使得该县生态承载力不断下降。山丹县近1 0 a间人均能值生态足迹远大于人均能值生态承载力,始终处于生态赤字状况,同时生态赤字的值在逐年增加,这说明该地区经济社会的发展是以牺牲其生态环境为代价的。郑重等3 3对以新疆生产建设兵团4 5团灌区为例的农区进行了生态足迹分析,发现该区域1 9 9 5-2 0 0 5年生态盈余的年份多于生态赤字的年份。该区域通过优化农区农业结构,促进了可耕地资源生态多样性,构建了更突出的可耕地利用保障体系。在李文龙等3 4对同处于甘肃省的高寒牧区甘南州的可持续发展研究中,发现该地区在研究期内可持续状态趋于稳定。该地区在国家的大力帮扶下积极调整畜牧业生产条件,使得当地畜牧业得以稳定发展。同时,甘南州由之前落后的一元经济结构转变为多元开放的现代经济时代,产业结构逐渐趋向合理化与多样化,使得该地区能够多年保持可持续发展状态。刘钦普等3 5将能值生态足迹模型应用于处在湿润区的江苏省1 9 6 1-2 0 0 7年可耕地可持续性动态分析中,结果表明,研究期内多数时段该省可耕地利用都处于可持续发展状态。该省属于湿润季风气候,有较好的自然地理环境,生态安全容易维持在可持续发展状态。而处于干旱区农牧交错带的内蒙古化德县3 6、武川县3 7和辽宁省彰武县3 8都有着脆弱的生态环境,研究期内均处于不可持续发展状态。说明我国农牧交错带长期处于生态不安全状况,且总体有恶化趋势,应更重视生态安全与社会经济发展之间的矛盾,维护干旱区生态安全稳定。山丹县作为生态系统脆弱而功能重要的农牧交错带的典型代表,其明显上升的能值生态足迹、逐年下降的能值生态承载力和较高的生态赤字,反映出该区域的生态健康状况并未达到可持续发展的状况,该地区环境的生态容量不足以容纳当地现阶段经济发展所需生态空间。该县1 0 a间受到的气候变化和人为破坏都造成了其生态状况的进一步恶化,长期处在不可持续发展状态,如果不加以治理,生态健康的恶化程度将会进一步加剧,势必威胁到整个西北地区的生态安全。基于此,山丹县目前应保护现有的耕种土地面积,通过改良农作物品种与农业技术措施来增加农产品产值、提高可耕地产出率,同时优化农业结构,走农林牧复合型农业发展模式,促进可耕地资源生态多样性;使用绿色环保可替代能源,减少化石能源的使用,降低能源消耗;减少放牧面积和次数,加大舍饲养殖,做好轮封轮牧,保护牧草地生态;落实国家林业政策,加大生态公益林、封禁保护区的宣传与建设,提高森林地覆盖率,加强对森林资源的保护。大力推广科技,努力把当地单一经济结构转变为多元开放的现代经济结构,促进产业结构趋向合理化与多样化,保持社会经济的可持续发展。3.2 结论1)2 0 0 9-2 0 1 8年山丹县人均能值生态足迹呈上升趋势,其中对该县1 0 a间人均能值生态足迹影响最 大 的 是 可 耕 地,其 次 为 能 源,占 比 分 别 为7 8.1 5%和1 7.5 0%。因此山丹县要优化农业结构,促进可耕地资源生态多样性;多使用绿色环保可替代能源,降低能源消耗。2)2 0 0 9-2 0 1 8年山丹县人均能值生态承载力呈下降趋势,1 0 a间下降了1 1.9 0%。该县1 0 a间生态赤字以1 6 8.4 5%的幅度上升,可持续发展指数始终0.5,期间均处于不可持续发展状态,1 0 a间下降1 6.8 4%。3)山丹县生态环境压力逐渐加重,不可持续发展状态恶化,需要重视其社会经济可持续发展状态。因此调整该县产业结构和加大生态保护力度非常重要。一方面,大力推广科技,努力把当地单一经济结构转变为多元开放的现代经济结构,促进产业结构趋向合理化与多样化;另一方面,加强保护该县森林资源,落实国家林业政策,缓解生态环境压力,保护区域资源,实现社会经济的可持续发展。参考文献:1 陈新云,王甜,李宝健.北京市西北部生态涵养区未来土地利用及生态系统服务变化情景模拟J.西北林学院学报,2 0 2 1,3 6(1):8 6-9 5.C HE N X Y,WAN G T,L I B J.S i m u l a t i o n o f t h e f u t u r e l a n d u s e a n d e c o s y s t e m s e r v i c e s i n t h e e c o l o g i c a l c o n s e r v a t i o n a r e a i n N o r t h w e s t e r n B e i j i n gJ.J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U-103第4期申海宁 等:基于能值生态足迹的干旱农牧交错带山丹县2 0 0 9-2 0 1 8年可持续发展特征n i v e r s i t y,2 0 1,3 6(1):8 6-9 5.(i n C h i n e s e)2 王业宁,周强,王豪伟.中国3 4个省级行政区三维生态足迹动态研究J.生态学报,2 0 2 0,4 0(1 8):6 4 3 4-6 4 4 4.WAN G Y N,Z HOU Q,WAN G H W.A s s e s s i n g t h r e e-d i m e n-s i o n a l e c o l o g i c a l f o o t p r i n t o f 3 4 p r o v i n c e s i n C h i n aJ.A c t a E c o l o g i c a S i n i c a,2 0 2 0,4 0(1 8):6 4 3 4-6 4 4 4.(i n C h i n e s e)3 YUAN T,YUAN S A,YU S Q,e t a l.A p r o b e i n t o t h e s u s-t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o f t h e J a p a n e s e t a l e n t c u l t i v a t i o n b y t h e c o o p e r a t i o n b e t w e e n p r i v a t e u n i v e r s i t i e s a n d e n t e r p r i s e sJ.L i f e l o n g E d u c a t i o n,2 0 2 0,9(6):4 5-4 7.4 C AO M,L I H,S UN D,e t a l.C a n c e r b u r d e n o f m a j o r c a n c e r s i n C h i n a:a n e e d f o r s u s t a i n a b l e a c t i o n sJ.C a n c e r C o mm u n i c a-t i o n s,2 0 2 0,4 0(5):2 0 5-2 1 0.5 刘利,韩海荣,张丽谦,等.基于环境态度和脆弱性理论的居民森林意识调查分析 以北京百花山保护区为例J.西北林学院学报,2 0 1 1,2 6(5):2 1 9-2 2 3,2 4 0.L I U L,HAN H R,Z HAN G L Q,e t a l.I n v e s t i g e t i o n a n d a n a l-y s i s o f w o o d l a n d a w a r e n e s s o n e n v i r o n m e n t a l a t t i t u d e a n d v u l-n e r a b i l i t y t h e o r y a c a s e s t u d y o f B a i h u a s h a n n a t u r e r e s e r v e i n B e i j i n gJ.J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y,2 0 1 1,2 6(5):2 1 9-2 2 3,2 4 0.(i n C h i n e s e)6 谢霞,王宏卫,塔西甫拉提特依拜.基于能值理论的艾比湖地区生态足迹分析J.干旱区资源与环境,2 0 1 0,2 4(6):2 1-2 5.X I E X,WAN G H W,T E Y I B A I T.E c o l o g i c a l f o o t p r i n t o f E b i n u r L a k e r e g i o n b a s e d o n a n a l y s i s t h e o r yJ.J o u r n a l o f A r-i d L a n d R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,2 0 1 0,2 4(6):2 1-2 5.(i n C h i n e s e)7 HE LMUT H,KA R L-HE I N Z E,F R I D O L I N K A.H o w t o c a l-c u l a t e a n d i n t e r p r e t e c o l o g i c a l f o o t p r i n t s f o r l o n g p e r i o d s o f t i m e:t h e c a s e o f A u s t r i a 1 9 2 6-1 9 9 5J.E c o l o g i c a l E c o n o m-i c s,2 0 0 1,3 8(1):2 5-4 5.8 G S S L I N G S,HAN S S ON C B,H R S TME I E R O,e t a l.E c o-l o g i c a l f o o t p r i n t a n a l y s i s a s a t o o l t o a s s e s s t o u r i s m s u s t a i n-a b i l i t yJ.E c o l o g i c a l E c o n o m i c s,2 0 0 2,4 3(2).9 WA C K E R NA G E L M,W I L L I AM R.O u r e c o l o g i c a l f o o t p r i n t:r e d u c i n g h u m a n i m p a c t o n t h e e a r t hM.G a b r i o l a I s l a n d C a n-a d a:N e w S o c i e t y P u b l i s h e r s,1 9 9 6:1-8 3.1 0 S A L VO G,S I MA S M S,P A C C A S A,e t a l.E s t i m a t i n g t h e h u m a n a p p r o p r i a t i o n o f l a n d i n B r a z i l b y m e a n s o f a n i n p u t-o u t p u t e c o n o m i c m o d e l a n d e c o l o g i c a l f o o t p r i n t a n a l y s i sJ.E c o l o g i c a l I n d i c a t o r s,2 0 1 5,5 3.1 1 刘钰,马延吉.农业生态足迹研究进展与展望J.中国生态农业学报(中英文),2 0 1 9,2 7(7):1 1 1 5-1 1 2 3.L I U Y,MA Y J.R e s e a r c h p r o g r e s s a n d p r o s p e c t o f a g r i c u l-t u r a l e c o l o g i c a l f o o t p r i n tJ.C h i n e s e J o u r n a l o f E c o-a g r i c u l-t u r e,2 0 1 9,2 7(7):1 1 1 5-1 1 2 3.(i n C h i n e s e)1 2 程曼,解文艳,杨振兴,等.基于能值理论的山西省农作物秸秆生态足迹研究J.山西大学学报:自然科学版,2 0 1 9,4 2(3):6 8 2-6 9 0.C HE N G M,X I E W Y,YAN G Z X,e t a l.E c o l o g i c a l f o o t p r i n t o f c r o p s t r a w i n S h a n x i P r o v i n c e b a s e d o n e m e r g y t h e o r yJ.J o u r n a l o f S h a n x i U n i v e r s i t y:N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n,2 0 1 9,4 2(3):6 8 2-6 9 0.(i n C h i n e s e)1 3 Z HAO S,L I Z Z,L I W L.A m o d i f i e d m e t h o d o f e c o l o g i c a l f o o t p r i n t c a l c u l a t i o n a n d i t s a p p l i c a t i o nJ.E c o l o g i c a l M o d e l-l i n 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o t p r i n t c h a n g e o f c o a s t a l r a p i d u r b a n i z a t i o n a r e a sJ.A c t a E c o l