李文龍，余翠*，趙新來，梁天剛，張金林，許靜(.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 73000；.蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 73000)

?

基于能值生態(tài)足跡模型的青藏高原東部高寒牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究

李文龍1，余翠1*，趙新來1，梁天剛1，張金林1，許靜2
(1.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界各國普遍追求的目標(biāo)，區(qū)域可持續(xù)性的評估也逐漸成為制定區(qū)域發(fā)展政策的重要理論依據(jù)。甘南藏族自治州是我國典型的高寒牧區(qū)之一，其可持續(xù)發(fā)展問題已成為當(dāng)前發(fā)展畜牧業(yè)的關(guān)鍵。本研究基于能值理論，運(yùn)用改進(jìn)的能值生態(tài)足跡模型，對2005-2013年甘南藏族自治州(簡稱甘南州)各縣、市可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了定量研究。改進(jìn)模型的關(guān)鍵在于采用區(qū)域能值密度計(jì)算生態(tài)承載力和生態(tài)足跡，能夠更真實(shí)地反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的供給能力和人類對資源的消耗狀況。結(jié)果表明，1) 研究區(qū)生態(tài)足跡組成中，畜牧業(yè)產(chǎn)品所占比重最大，并保持穩(wěn)定；電力和燃料煤比重逐年上升，而種植業(yè)產(chǎn)品和野柴草比重有所降低。2) 甘南州人均生態(tài)足跡不斷增大，由2005年的4.77 hm2/人增加到2013年的7.09 hm2/人；人均生態(tài)承載力呈波動(dòng)變化，保持在4.64～5.65 hm2/人之間。3) 甘南州生態(tài)足跡指數(shù)總體呈下降趨勢，9年間整體處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。4) 甘南州萬元GDP生態(tài)足跡由2005年的12.60 hm2/萬元下降到2013年的4.86 hm2/萬元，資源利用效率不斷提高，其中合作市最高，迭部縣次之，其他各縣無明顯區(qū)別。5) 甘南州以畜牧業(yè)為主的瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣和合作市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力總體均大于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的臨潭縣、卓尼縣、舟曲縣和迭部縣。9年間，迭部縣、瑪曲縣和碌曲縣處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；夏河縣、卓尼縣和舟曲縣處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；合作市和臨潭縣處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，對研究區(qū)未來可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了有益探討。

可持續(xù)發(fā)展；能值生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；資源利用效率

新世紀(jì)以來，人口、資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展成為了人類社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與生態(tài)學(xué)交叉研究的學(xué)術(shù)前沿，同時(shí)成為全球各區(qū)域長期發(fā)展的指導(dǎo)方針。人類的所有生產(chǎn)、生活活動(dòng)都依賴自然資源，要保持可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，人類對資源的消耗必須在生態(tài)承載力范圍之內(nèi)。因此就需要有效的方法來衡量人類的需求消耗是否在生態(tài)承載力范圍之內(nèi)[1]?；诖?，生態(tài)足跡方法應(yīng)運(yùn)而生。

1996年，Rees等[2]提出了生態(tài)足跡模型來定量評價(jià)可持續(xù)發(fā)展和人類活動(dòng)對環(huán)境的影響。生態(tài)足跡是指任何一個(gè)已知人口和經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)對自然資源的需求，能夠評估一個(gè)具有特定人口和經(jīng)濟(jì)的區(qū)域自然資源消耗和廢物同化需求。理論上，生態(tài)足跡是通過確定生產(chǎn)所有供消費(fèi)的產(chǎn)品以及吸收人類活動(dòng)所產(chǎn)生的廢物所需要的生物生產(chǎn)性土地面積來評估。同時(shí)，通過計(jì)算同一區(qū)域的生態(tài)承載力，可以將人類的需求和區(qū)域自然資源的提供能力進(jìn)行比較，以評估該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。目前，生態(tài)足跡法已成為定量評估區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的重要方法，在全球?qū)W術(shù)界以及實(shí)際應(yīng)用中越來越被重視[3]，廣泛應(yīng)用于全球[1,4]、國家[5-6]、地區(qū)[7-8]、城市[9-11]、校園[12]以及草原牧區(qū)[13-14]、旅游業(yè)[15]、工業(yè)[16-17]、漁業(yè)[18]等的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力研究，為政府和企業(yè)制定可持續(xù)發(fā)展對策提供了重要的理論依據(jù)。

但是利用傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行評估時(shí)，采用的產(chǎn)量因子和均衡因子是基于全球平均生產(chǎn)力和國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，忽略了生態(tài)功能復(fù)雜性和區(qū)域自然環(huán)境的時(shí)空差異，且穩(wěn)定性差[19-20]；此外，傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型沒有考慮可再生和不可再生土地利用的區(qū)別，也沒有考慮低生物生產(chǎn)力的土地面積[21]?；趥鹘y(tǒng)生態(tài)足跡模型的缺陷，Zhao等[22]2005年提出能值生態(tài)足跡模型，引入能值理論中的能值轉(zhuǎn)化率和能值密度計(jì)算區(qū)域生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，提供了一種通過追蹤生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的方法來評估資源消耗以及對環(huán)境造成的影響的新思路。

草地資源作為重要的陸地可再生自然資源，不僅能夠?yàn)槿祟愄峁└鞣N畜產(chǎn)品，還具有多種生態(tài)服務(wù)功能，是全球三大碳庫之一；但同時(shí)草地生態(tài)系統(tǒng)也是受自然和人為因素影響最為敏感的生態(tài)系統(tǒng)。人類對草地資源的消耗日益加劇，草地生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化[14]。高寒牧區(qū)草地是我國主要的四大草地資源之一，也是我國分布面積最廣的天然草地。本研究利用改進(jìn)的能值生態(tài)足跡模型，對甘南藏族自治州(簡稱甘南州)整體及其各縣、市可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行評估，分析人類活動(dòng)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響，旨在為該地區(qū)及相似環(huán)境的廣大高寒牧區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展對策提供有效的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘南藏族自治州是全國十個(gè)藏族自治州之一，總面積4.5萬km2，處于青藏高原東北邊緣，甘肅省西南部，甘、青、川交界處，青藏高原和黃土高原過渡地帶。地勢西北部高，東南部低，境內(nèi)海拔1100～4900 m，大部分地區(qū)在3000 m以上。全州分為3個(gè)自然類型區(qū)，南部為岷迭山區(qū)，山大溝深，氣候比較溫和，是全省重要林區(qū)之一；東部為丘陵山地，高寒陰濕，農(nóng)林牧兼營；西北部為廣闊的草甸草原，是全省主要牧區(qū)(圖1)。全州共有耕地6.73萬hm2，約占總面積的1.76%；共有草地約257.9萬hm2，約占總面積的67.32%；林地面積約94.03萬hm2，占全州總面積的24.55%。自治州成立于1953年，現(xiàn)轄7縣1市，其中瑪曲、碌曲、夏河、卓尼、臨潭和合作6個(gè)縣市是黃河重要水源補(bǔ)給生態(tài)功能區(qū)，土地總面積3.057萬km2，占全州土地總面積的67.9%。舟曲和迭部兩縣位于長江支流白龍江上游，是長江上游“兩江一水”流域水土保持與生物多樣性生態(tài)功能區(qū)和長江上游重要的水源涵養(yǎng)林區(qū)。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of study area

2013年全州總?cè)丝?4.57萬人，州內(nèi)有藏、漢、回、土、蒙等24個(gè)民族，其中：藏族人口40.81萬人，占總?cè)丝诘?4.7%。全州常住人口69.78萬人，其中城鎮(zhèn)人口19.11萬人，城鎮(zhèn)化率27.39%。近年來，甘南州著力抓好高原特色畜牧業(yè)、特色畜產(chǎn)品加工龍頭企業(yè)、旅游文化產(chǎn)業(yè)3個(gè)首位產(chǎn)業(yè)，使全州經(jīng)濟(jì)保持平穩(wěn)較快發(fā)展的良好態(tài)勢。2013年全州實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值108.89億元，比上年增長10%。

1.2 數(shù)據(jù)和研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源及處理 研究中計(jì)算生態(tài)足跡所用到的消費(fèi)項(xiàng)目數(shù)據(jù)、生產(chǎn)總值(GDP)、人口、研究區(qū)面積等數(shù)據(jù)來源于2005-2013年的《甘南統(tǒng)計(jì)年鑒》等。各消費(fèi)項(xiàng)目的能值折算系數(shù)和各種資源的太陽能值轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)來自參考文獻(xiàn)[23-26]以及藍(lán)盛芳等[27]主編的《生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析》和趙桂慎[28]主編的《生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)》。統(tǒng)一能值基準(zhǔn)為全球平均能值總量1.58×1025sej/yr。

太陽輻射能利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行估測，基于30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品(GDEM)。使用ESRI ArcGIS for Desktop 10.1 (ESRI, Redlands, C, USA)軟件中的Area Solar Radiation工具計(jì)算研究區(qū)能夠到達(dá)地表的太陽輻射能(即能夠被人類利用的太陽能總量)，其方法使用的是Fu等[29]創(chuàng)立的半球視域算法中的方法。此外，研究區(qū)的平均海拔也來源于數(shù)字高程數(shù)據(jù)。

計(jì)算雨水化學(xué)能和雨水勢能所用到的研究區(qū)降水量數(shù)據(jù)來源于2005-2013年的 《甘南統(tǒng)計(jì)年鑒》等。計(jì)算風(fēng)能時(shí)，利用甘南州及周邊省份(甘肅、青海、四川、陜西、寧夏)2005-2013年150個(gè)氣象臺站的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到甘南州各縣、市的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)。插值方法采用ArcGIS軟件中的普通克里金(Kriging)插值[30]。

1.2.2 能值生態(tài)足跡模型 能值分析理論是20世紀(jì)80年代由Odum[31]提出并不斷發(fā)展起來的，以熱力學(xué)原理、系統(tǒng)理論和系統(tǒng)生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)，為系統(tǒng)中不同類型的能量和物質(zhì)流提供了一個(gè)新的分析工具。能值(emergy)是指某種流動(dòng)或貯存的能量所包含的另一種能量的數(shù)量。通常以太陽能值來度量各種流動(dòng)或貯存能量的能值，單位為太陽能焦耳(solar emjoules，縮寫為sej)[22,32]。Zhao等[22]將能值理論與生態(tài)足跡相結(jié)合，提出了能值生態(tài)足跡模型。人類社會(huì)中的主要能量消耗都可歸宗到太陽能，能值生態(tài)足跡模型將生態(tài)系統(tǒng)中各種產(chǎn)品的重量轉(zhuǎn)換成太陽能值，使得所有的產(chǎn)品和服務(wù)能夠基于一個(gè)相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。再利用能值密度的概念，將自然資源的供給和人類的消耗轉(zhuǎn)換成生物生產(chǎn)性土地面積[33]。

能值密度即為能值利用強(qiáng)度，指單位面積能值使用量。一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越頻繁，經(jīng)濟(jì)開發(fā)程度越大，則能值密度越大[34]。能值生態(tài)足跡模型中計(jì)算生態(tài)承載力時(shí)，采用地球能值密度；地球能值密度表征全球平均能值利用強(qiáng)度，因此用它來計(jì)算一個(gè)地區(qū)的生態(tài)承載力時(shí)，忽略了研究區(qū)域的特性，不足以反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)供給能力[34-35]。因此本研究在計(jì)算生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)均采用區(qū)域能值密度，不僅能夠反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)供給能力和人類對資源的消耗狀況，而且這樣計(jì)算得到的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力結(jié)果更具有可比性。其中計(jì)算甘南州各縣、市的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)采用甘南州平均能值密度 [7.69×1010sej/(m2·yr)]；計(jì)算整個(gè)甘南州的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)采用青藏高原東部地區(qū)的能值密度 [8.38×1010sej/(m2·yr)]。甘南州地處青藏高原東部，根據(jù)自然帶、植被類型、海拔等劃分，青藏高原東部地區(qū)能值密度能夠代表甘南州的能值利用狀況。甘南州平均能值密度是指甘南州2005-2013年區(qū)域能值密度的平均值，甘南州區(qū)域能值密度的計(jì)算方法見下文。青藏高原東部地區(qū)的能值密度計(jì)算方法同上。

1)能值生態(tài)足跡(emergy ecological footprint)的計(jì)算公式如下：

EF=N×ef=N×∑ai=N×∑(ci/p2)

式中：EF為總生態(tài)足跡；ef為人均生態(tài)足跡；N為區(qū)域總?cè)丝?；ai為第i種資源的人均生態(tài)足跡；ci為第i種資源的人均能值 (sej)；p2為區(qū)域能值密度[sej/(m2·yr)]；區(qū)域能值密度p2=區(qū)域總能值/區(qū)域總面積。

計(jì)算區(qū)域總能值時(shí)，主要考慮5種可再生資源能值：太陽輻射能、雨水化學(xué)能、雨水勢能、風(fēng)能和地球旋轉(zhuǎn)能。根據(jù)能值理論，同一來源的能量投入只取其最大值，而雨水化學(xué)能、雨水勢能和風(fēng)能都是太陽能的轉(zhuǎn)化形式，因此前4種能量的本質(zhì)是一樣的，計(jì)算時(shí)只取其最大值；則區(qū)域總能值為前四者的最大值與地球旋轉(zhuǎn)能之和[34]。

可再生資源的計(jì)算公式如下：

雨水化學(xué)能=研究區(qū)面積(m2)×年降雨量(m/yr)×雨水密度(kg/m3)×吉布斯自由能(J/kg)[36]

雨水勢能=研究區(qū)面積(m2)×年降雨量(m/yr)×雨水密度(kg/m3)×
云層平均海拔高度差(m)×重力加速度(m/s2)[37]

風(fēng)能=研究區(qū)面積(m2)×空氣密度(kg/m3)×阻力系數(shù)×平均風(fēng)速3(m/s)×(365.25×24×3600 s)[36]

地球旋轉(zhuǎn)能=研究區(qū)面積×熱通量[J/(m2·yr)][24]

表1列舉出了2005-2013年甘南州上述5種可再生資源的能值量，由表中數(shù)據(jù)可知：在太陽輻射能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和風(fēng)能中，雨水化學(xué)能始終最大。因此2005-2013年甘南州的區(qū)域總能值為雨水化學(xué)能與地球旋轉(zhuǎn)能之和。

2)能值生態(tài)承載力計(jì)算。為了更好地理解生態(tài)承載力，將自然資源分為可再生資源和不可再生資源。生態(tài)承載力的計(jì)算中只考慮可再生資源[22]，還需扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積，具體計(jì)算公式如下：

ec=(e/p2)×0.88

式中：ec為人均生態(tài)承載力；e為人均可再生資源能值(sej)；p2為區(qū)域能值密度[sej/(m2·yr)]。這里的區(qū)域可再生資源能值即為上述計(jì)算區(qū)域能值密度中的區(qū)域總能值。

1.2.3 生態(tài)足跡指數(shù) 吳隆杰[5]提出用生態(tài)足跡指數(shù)評估一個(gè)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。生態(tài)足跡指數(shù)(ecological footprint index, EFI)是指一定區(qū)域的生態(tài)承載力(EC)與生態(tài)足跡(EF)的差額占生態(tài)承載力的百分比，可視作區(qū)域?yàn)榻窈蟊Ａ舻目沙掷m(xù)發(fā)展能力的百分比。具體計(jì)算公式為：

EFI=(EC-EF)/EC×100%

當(dāng)EFI=0時(shí)，表明該區(qū)域處于可持續(xù)發(fā)展與不可持續(xù)發(fā)展的臨界點(diǎn)；當(dāng)0

表1 2005-2013年甘南州可再生資源能值Table 1 The emergy of Gannan renewable resources in 2005-2013 sej

注：表中5種可再生資源的能值轉(zhuǎn)換率來源于參考文獻(xiàn)[24]和[27]。

Note: The transformity of five kinds of renewable resources in the Table is from the references of [24] and [27].狀態(tài)越強(qiáng)；當(dāng)EFI<0時(shí)，表明該區(qū)域處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即生態(tài)承載力不足以支持區(qū)域生態(tài)足跡的增長，其值越小，不可持續(xù)性越強(qiáng)。

1.2.4 萬元GDP生態(tài)足跡 萬元GDP生態(tài)足跡(WEF)是指一個(gè)特定區(qū)域每創(chuàng)造1萬元GDP所需要的生態(tài)足跡數(shù)量，是一個(gè)反映資源利用效率的指標(biāo)，其值越大表明生物生產(chǎn)性土地生產(chǎn)效率越低。區(qū)域現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越低，越是倚重傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)，對萬元GDP生態(tài)足跡需求越大；區(qū)域自然資源越差，土地生產(chǎn)潛力相對低，對萬元GDP生態(tài)足跡需求也越大[38-39]。具體計(jì)算公式如下：

WEF=區(qū)域人均生態(tài)足跡/區(qū)域人均生產(chǎn)總值(萬元)

2 結(jié)果與分析

根據(jù)上述能值生態(tài)足跡模型，計(jì)算得出甘南州及其各縣、市的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)足跡指數(shù)以及萬元GDP生態(tài)足跡。其中計(jì)算生態(tài)足跡時(shí)所包含的消費(fèi)項(xiàng)目如表2所示(以甘南州2008年為例)。

2.1 甘南州生態(tài)足跡組成及變化趨勢分析

表2列舉了各消費(fèi)項(xiàng)目的人均生態(tài)足跡，由表可知，2008年對總生態(tài)足跡貢獻(xiàn)較大的項(xiàng)目從大到小依次為：牛奶、燃料煤、牛肉、電力、油料、羊肉、野柴草、豬肉、谷物和豆類等。對2005-2013年各消費(fèi)項(xiàng)目的人均生態(tài)足跡進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，9年中對總的人均生態(tài)足跡貢獻(xiàn)較大的均為上述10種消費(fèi)項(xiàng)目，并且這10種消費(fèi)項(xiàng)目的總貢獻(xiàn)率均達(dá)到90%以上(圖2)。據(jù)此，分析了2005-2013年這10種消費(fèi)項(xiàng)目對總的生態(tài)足跡貢獻(xiàn)(一種項(xiàng)目對總生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)大小用該項(xiàng)目的人均生態(tài)足跡與總?cè)司鷳B(tài)足跡的比例表示)的變化趨勢。

如圖2所示，9年間牛奶對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)最大，但總體呈現(xiàn)下降趨勢；而牛肉、羊肉和豬肉對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)有所增加；表明該地區(qū)對肉產(chǎn)品的需求有所增加，對牛奶的需求有所減少，但牛奶仍然是需求比例最大的。電力和燃料煤對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)明顯增大，而野柴草對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)不斷減小，表明野柴草作為一種原始的以直接燃燒來獲取能量的方式已經(jīng)逐漸被電力和燃料煤取代。種植業(yè)中對生態(tài)足跡貢獻(xiàn)較大的為油料、谷物和豆類，其中油料對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)變化不大，而谷物和豆類對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)不斷減少，且油料的貢獻(xiàn)明顯比谷物和豆類大；表明種植業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中油料作物比重大于糧食作物比重。

此外，還分析了所有種植業(yè)產(chǎn)品和畜牧業(yè)產(chǎn)品對總生態(tài)足跡貢獻(xiàn)的變化趨勢。如圖3所示，畜牧業(yè)產(chǎn)品對總生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)達(dá)到50%左右，遠(yuǎn)大于種植業(yè)產(chǎn)品，表明畜牧業(yè)一直處于主導(dǎo)地位。種植業(yè)產(chǎn)品對總生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)呈下降趨勢，從2005年的24.71%減小到2013年的16.79%，表明甘南州種植業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比重不斷減小。

表2 2008年甘南州生態(tài)足跡計(jì)算Table 2 The calculation of Gannan ecological footprint in 2008

EF:Ecological footprint.

2.2 甘南州生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)分析

如圖4所示，2005-2013年甘南州人均生態(tài)足跡總體呈上升趨勢，由2005年的4.77 hm2/人增加到2013年的7.09 hm2/人；表明9年間人類對資源的消耗不斷增加，對環(huán)境的壓力日益加劇。其中2005-2010年人均生態(tài)足跡迅速增加，2010年之后增加趨勢略有減緩。2005-2013年甘南州人均生態(tài)承載力呈波動(dòng)變化，2005-2009年總體呈下降趨勢，2009-2013年總體呈上升趨勢。

圖2 甘南州各消費(fèi)項(xiàng)目生態(tài)足跡比例Fig.2 The proportion of Gannan various consumer items ecological footprint

圖3 甘南州畜牧業(yè)和種植業(yè)生態(tài)足跡比例Fig.3 The proportion of Gannan animal husbandry and farming ecological footprint

圖4 甘南州人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力Fig.4 Per capita ecological footprint and per capita ecological carrying capacity of Gannan

2.3 甘南州生態(tài)足跡指數(shù)動(dòng)態(tài)分析

如圖5所示，2005-2010年甘南州生態(tài)足跡指數(shù)總體呈下降趨勢，說明甘南州生態(tài)環(huán)境不可持續(xù)性逐漸增強(qiáng)；2010-2013年生態(tài)足跡指數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)變化，表明在一定程度上可持續(xù)性狀態(tài)開始趨于穩(wěn)定。其中2005年生態(tài)足跡指數(shù)最大，為15.49%；2013年最小，為-43.14%。

2.4 甘南州萬元GDP生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析

如圖6所示，2005-2013年甘南州萬元GDP生態(tài)足跡不斷降低，2005年最大，為12.60 hm2/萬元；2013年最低，為4.86 hm2/萬元，表明甘南州資源利用效率不斷提高。

圖5 甘南州生態(tài)足跡指數(shù)Fig.5 Ecological footprint index of Gannan

圖6 甘南州萬元GDP生態(tài)足跡Fig.6 Ecological footprint of ten thousand yuan GDP in Gannan

2.5 甘南州各縣市生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)不同的自然景觀和農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展形式，將甘南州七縣一市分為以下兩部分進(jìn)行分析。如圖7所示：1)以發(fā)展畜牧業(yè)為主的瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣和合作市，其中瑪曲縣是甘肅省純牧業(yè)縣之一?，斍h人均生態(tài)足跡最大，碌曲和夏河次之，合作市最?。?005-2013年這三縣一市的人均生態(tài)足跡總體均呈上升趨勢。其中瑪曲人均生態(tài)足跡出現(xiàn)較大的波動(dòng)，2005-2006年急劇增加，2007年又有所降低。2)農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的臨潭縣、卓尼縣、舟曲縣和迭部縣。臨潭縣人均生態(tài)足跡總體呈上升趨勢，2011年之后出現(xiàn)波動(dòng)；卓尼縣人均生態(tài)足跡變化趨勢與臨潭縣相似；舟曲縣人均生態(tài)足跡不斷增加，但其值最??；2006-2012年迭部縣人均生態(tài)足跡變化不大，相對穩(wěn)定?？傮w來看，以發(fā)展畜牧業(yè)為主的三縣一市人均生態(tài)足跡總體大于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的4個(gè)縣，且增加的趨勢更明顯。

相應(yīng)的，甘南州各縣市人均生態(tài)承載力變化趨勢如圖8所示：1)瑪曲縣人均生態(tài)承載力最大，碌曲縣次之，夏河縣和合作市人均生態(tài)承載力比瑪曲和碌曲平均小3～4倍。2005-2013年瑪曲和碌曲人均生態(tài)承載力總體呈下降趨勢，但也出現(xiàn)波動(dòng)。夏河縣和合作市人均生態(tài)承載力變化相對較穩(wěn)定。2)迭部縣人均生態(tài)承載力在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)四縣中為最大，其中2005-2009年呈降低趨勢，2009-2013年呈增加趨勢。卓尼縣人均生態(tài)承載力相對穩(wěn)定，2006-2008年出現(xiàn)波動(dòng)，2010年之后有增加的趨勢。舟曲縣和臨潭縣人均生態(tài)承載力較小，變化也較穩(wěn)定。

圖7 甘南州各縣市人均生態(tài)足跡Fig.7 Per capita ecological footprint of counties and cities in Gannan

圖8 甘南州各縣市人均生態(tài)承載力Fig.8 Per capita ecological carrying capacity of counties and cities in Gannan

2.6 甘南州各縣市生態(tài)足跡指數(shù)動(dòng)態(tài)分析

如圖9所示：1)瑪曲縣和碌曲縣生態(tài)足跡指數(shù)大小相當(dāng)，表明瑪曲和碌曲可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)相似。瑪曲縣生態(tài)足跡指數(shù)呈波動(dòng)變化，2005-2012年生態(tài)足跡指數(shù)大于零，區(qū)域生態(tài)承載力能夠支持生態(tài)足跡的增長；2013年生態(tài)足跡指數(shù)小于零，區(qū)域生態(tài)承載力不足以支持生態(tài)足跡的增長。碌曲縣生態(tài)足跡指數(shù)在2005-2009年不斷降低，2009-2012年略有回升。夏河縣生態(tài)足跡指數(shù)小于瑪曲和碌曲，總體呈下降趨勢，2009年之后變化趨于穩(wěn)定，除2005年外均小于零。合作市生態(tài)足跡指數(shù)在三縣一市中最小，均小于-55.79%，2005-2009年迅速降低，2009年之后變化幅度明顯減小，生態(tài)足跡增長已經(jīng)嚴(yán)重超出生態(tài)承載力范圍。2)甘南州七縣一市中，臨潭縣生態(tài)足跡指數(shù)最小，均小于-200%，生態(tài)足跡增長與生態(tài)承載力嚴(yán)重不平衡。卓尼縣生態(tài)足跡指數(shù)呈波動(dòng)變化，2005-2011年總體呈下降趨勢，2011年之后有所增大；2006年之后均小于零。舟曲縣生態(tài)足跡指數(shù)在2005-2010年總體呈下降趨勢，2010年之后有所回升；其值均小于零。總體來看，迭部縣的生態(tài)足跡指數(shù)在七縣一市中為最大，且較穩(wěn)定，均大于零，生態(tài)承載力足以支持生態(tài)足跡的增長。

圖9 甘南州各縣市生態(tài)足跡指數(shù)Fig.9 Ecological footprint index of counties and cities in Gannan

2.7 甘南州各縣市萬元GDP生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析

如圖10所示：1)瑪曲、碌曲和夏河的萬元GDP生態(tài)足跡大小相差不大，總體呈下降趨勢，表明瑪曲、碌曲和夏河三縣資源利用效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相當(dāng)，且不斷提高。合作市萬元GDP生態(tài)足跡最低，總體呈下降趨勢，表明合作市資源利用效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比其他各縣高，且在不斷提高。2)總體來看，臨潭、卓尼、舟曲和迭部四縣的萬元GDP生態(tài)足跡均呈下降趨勢。其中迭部縣的變化趨勢最大，從2005年的23.26 hm2/萬元下降到4.39 hm2/萬元，表明迭部縣資源利用效率迅速提高。

圖10 甘南州各縣市萬元GDP生態(tài)足跡Fig.10 Ecological footprint of ten thousand yuan GDP of counties and cities in Gannan

2.8 甘南州各縣、市各指標(biāo)滑動(dòng)平均處理結(jié)果分析

為了更好地比較甘南州各縣、市各指標(biāo)的差異，對甘南州七縣一市2005-2013年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡指數(shù)和萬元GDP生態(tài)足跡求滑動(dòng)平均值(用來說明各指標(biāo)的平均狀態(tài))，并將每個(gè)指標(biāo)值都分為三級，結(jié)果如圖11所示。9年間，瑪曲和碌曲的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和生態(tài)足跡指數(shù)均最大，生態(tài)足跡指數(shù)大于零，處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；而碌曲縣的萬元GDP生態(tài)足跡大于瑪曲縣，表明瑪曲縣的資源利用效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高于碌曲縣。舟曲、臨潭和卓尼人均生態(tài)足跡較小，表明農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的資源消耗相對較??；舟曲、合作和臨潭的人均生態(tài)承載力較小，表明其可再生資源儲量小。合作市資源利用效率最高，但其生態(tài)足跡指數(shù)小，處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。除瑪曲和碌曲外，迭部縣生態(tài)足跡指數(shù)也較大，處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；夏河、卓尼和舟曲處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖11 甘南州各縣市各指標(biāo)分級圖Fig.11 Various indicators classification figure of counties and cities in Gannan ef: 人均生態(tài)足跡 Per capita ecological footprint; ec: 人均生態(tài)承載力Per capita ecological carrying capacity; EFI: 生態(tài)足跡指數(shù)Ecological footprint index; WEF: 萬元GDP生態(tài)足跡Ecological footprint of per ten thousand yuan GDP.

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

整體而言，研究區(qū)(甘南州)生態(tài)足跡組成中，畜牧業(yè)產(chǎn)品所占比重最大，并且一直保持穩(wěn)定，電力和燃料煤比重逐年上升，而種植業(yè)產(chǎn)品比重有所降低。甘南州作為甘肅省主要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展中畜牧業(yè)的主導(dǎo)地位毋庸置疑。在國家的大力支持和幫助下，積極穩(wěn)步地調(diào)整生產(chǎn)關(guān)系，改善畜牧業(yè)生產(chǎn)條件，進(jìn)行草畜體制改革，大力推廣科技，加大現(xiàn)代舍飼牧業(yè)投入，使得高原特色畜牧業(yè)得以迅速發(fā)展，因此在工業(yè)化快速發(fā)展的過程中，畜牧業(yè)仍保持著首位產(chǎn)業(yè)的地位。依托豐富的礦產(chǎn)資源和水電資源等，大力發(fā)展優(yōu)勢加工工業(yè)，促進(jìn)了甘南州特色工業(yè)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，使得電力和燃料煤耗費(fèi)逐年增加。甘南州已經(jīng)逐漸由過去落后的一元經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)走向多元開放的現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)時(shí)代，鞏固農(nóng)牧業(yè)基礎(chǔ)地位的同時(shí)大力發(fā)展工業(yè)和其他優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于多樣化和合理化。萬元GDP生態(tài)足跡的降低表明隨著科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等措施的實(shí)施，甘南州資源利用效率不斷提高，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越來越高，增長點(diǎn)已不再僅倚重農(nóng)牧業(yè)。但是與國內(nèi)相對發(fā)達(dá)地區(qū)如：山西省[39]、福建省[40]乃至全國[38]的萬元GDP生態(tài)足跡相比，甘南州萬元GDP生態(tài)足跡仍處于較高水平，資源利用效率仍有待提高。

人口增長、大力發(fā)展畜牧業(yè)、城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致對資源的需求和消耗不斷加劇，是生態(tài)足跡增加的主要因素。人類對草地的過度利用(放牧、發(fā)展旅游業(yè)、道路建設(shè)等)導(dǎo)致草地植被覆蓋度下降，草產(chǎn)量降低，土壤養(yǎng)分缺失，載畜量下降；此外，由于缺乏科學(xué)、有效的管理措施造成的草地病蟲害等因素使得甘南州草地出現(xiàn)不同程度的退化，是甘南州生態(tài)承載力降低的主要因素[41-42]。2003年甘南州環(huán)保局正式掛牌運(yùn)行，實(shí)施一系列環(huán)境保護(hù)工程，使得甘南州草地植被有所恢復(fù)，生態(tài)環(huán)境得以改善，2009年之后生態(tài)承載力有所增加。例如，2003年甘南州開始實(shí)施退牧還草政策，隨后提出“農(nóng)牧互補(bǔ)”發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)“一特四化”，實(shí)施草場圍欄承包、休牧禁牧、減畜種草和草原灌溉，切實(shí)減輕草場載畜壓力，使草原生態(tài)逐步得到恢復(fù)。截止2013年，甘南州草原圍欄216.4萬hm2，實(shí)施草原鼠害綜合防治88.5 萬hm2，2011年以來，甘南州落實(shí)國家草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策，要求牧民科學(xué)減少放養(yǎng)家畜、引進(jìn)和培育優(yōu)良牲畜和牧草品種、保護(hù)草場，建設(shè)牧民季節(jié)性草地居住區(qū)，并給予牧民相應(yīng)的補(bǔ)助和獎(jiǎng)勵(lì)，共從草畜平衡區(qū)核減牲畜54.59萬個(gè)羊單位[43]。這些政策的實(shí)施極大地保護(hù)了草原，促進(jìn)草原生態(tài)環(huán)境的改善和生態(tài)承載力的提高。發(fā)展模式由過去掠奪粗放型向生態(tài)效益型、經(jīng)濟(jì)效益型轉(zhuǎn)變。

圖12 甘南州各縣市人口密度Fig.12 The population density of counties and cities in Gannan

以畜牧業(yè)為主的瑪曲縣、碌曲縣、夏河縣和合作市中，瑪曲和碌曲生態(tài)足跡指數(shù)較大且變化相對穩(wěn)定，9年間(2005-2013年)，生態(tài)環(huán)境處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其生態(tài)承載力還能夠支撐生態(tài)足跡的增長。依托豐富的草地資源，大力發(fā)展畜牧業(yè)以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，人類需求和消耗不斷增加，使得人均生態(tài)足跡不斷增加，雖然人類意識到環(huán)境不斷惡化而采取各種保護(hù)措施，在一定程度上發(fā)揮了很大的作用，使得生態(tài)承載力在某些年份有所增加，但總體仍然呈現(xiàn)降低的趨勢，若以此趨勢發(fā)展下去，必將導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化，因此必須采取相應(yīng)的措施來維持生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的相對平衡。夏河縣和合作市從區(qū)域面積和草地資源來看，其可再生資源儲量比瑪曲和碌曲少，并且人口密度較大(圖12)，因此人均生態(tài)承載力相對較小，人均生態(tài)足跡不斷增大，使得生態(tài)足跡指數(shù)不斷降低，9年間處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其中合作市處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。合作市是甘南州州政府所在地，城市化水平不斷提高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)迅速發(fā)展，隨著全面建設(shè)小康社會(huì)進(jìn)程的加快，為滿足人類日益增長的消費(fèi)需求，就需要消耗更多的資源來適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人類需求，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化。屬于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的臨潭縣、卓尼縣、舟曲縣和迭部縣人均生態(tài)足跡總體小于以發(fā)展畜牧業(yè)為主的三縣一市，且后者增加的趨勢更明顯，表明畜牧業(yè)發(fā)展迅速，在甘南州產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占絕對優(yōu)勢，對資源的需求和消耗也更多。人均生態(tài)承載力的變化均較穩(wěn)定，從大到小依次為迭部、卓尼、舟曲和臨潭。其中臨潭縣9年間處于極嚴(yán)重的不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，臨潭縣以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，人口密度最大(圖12)、資源需求量大，是導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境惡化最主要的原因。迭部縣生態(tài)足跡指數(shù)在七縣一市中為最大，生態(tài)承載力足以支持生態(tài)足跡的增長，一方面由于其森林資源豐富，森林覆蓋率60%以上，可儲存大量的可再生資源，人均生態(tài)承載力大；另一方面其資源利用效率較高，這可能是迭部縣在不斷發(fā)展的過程中仍能保持可持續(xù)狀態(tài)的重要原因。舟曲和卓尼雖處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但在2010年之后有好轉(zhuǎn)的趨勢，這與其資源利用效率的不斷提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整密切相關(guān)。

本研究對能值生態(tài)足跡模型進(jìn)行了改進(jìn)，在計(jì)算生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)均采用能夠反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)真實(shí)供給能力的區(qū)域能值密度，可比性更強(qiáng)，對區(qū)域可持續(xù)性的評估也更為合理。此外太陽輻射能利用研究區(qū)的數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行估算，相比于利用平均太陽輻射量進(jìn)行估算的方法[24]，該方法計(jì)算的太陽輻射能更能反映研究區(qū)的真實(shí)狀況；但實(shí)際計(jì)算區(qū)域可再生資源時(shí)，這部分能值較小，因此沒有計(jì)入。生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，研究中對生態(tài)可持續(xù)性的評估將復(fù)雜多變的系統(tǒng)簡單化，這在一定程度上忽略了很多難以得到數(shù)據(jù)資料，同時(shí)也會(huì)不可避免地造成研究結(jié)果與實(shí)際狀況的少量偏差。雖然本研究在方法上的改進(jìn)一定程度上增加了研究結(jié)果的可靠性，但仍有進(jìn)一步完善的空間。

3.2 結(jié)論

1) 甘南州生態(tài)足跡組成中，畜牧業(yè)產(chǎn)品所占比重最大，并且一直保持穩(wěn)定；甘南州已經(jīng)逐漸由過去落后的一元經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)走向多元開放的現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)時(shí)代。

2) 2005-2013年，甘南州人均生態(tài)足跡不斷增大，由2005年的4.77 hm2/人增加到2013年的7.09 hm2/人，而人均生態(tài)承載力呈波動(dòng)式變化，人類對自然資源的消耗在不斷增加，但一些保護(hù)措施的大力實(shí)施使得人均生態(tài)承載力有所增加。

3) 甘南州生態(tài)足跡指數(shù)總體呈下降趨勢，不可持續(xù)性逐漸增強(qiáng)。

4) 萬元GDP生態(tài)足跡的不斷降低表明甘南州資源利用效率不斷增加，但與其他相對發(fā)達(dá)地區(qū)相比仍有待提高。

5) 對甘南州各縣、市的人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力分析可得：以畜牧業(yè)為主的三縣一市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力總體均大于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的4個(gè)縣，并且人均生態(tài)足跡的變化趨勢也更為明顯。表明畜牧業(yè)為主的地區(qū)生態(tài)承載力和資源需求消耗總體大于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)。

6) 對甘南州各縣、市生態(tài)足跡指數(shù)分析可得：以畜牧業(yè)為主的三縣一市中瑪曲和碌曲生態(tài)足跡指數(shù)變化相對穩(wěn)定，且9年間處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；夏河和合作生態(tài)足跡指數(shù)總體呈下降趨勢，9年間夏河縣處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，合作市處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的4個(gè)縣中臨潭縣生態(tài)足跡指數(shù)最小，下降趨勢也最明顯，處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；迭部縣的生態(tài)足跡指數(shù)在七縣一市中為最大，且較穩(wěn)定，處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；卓尼和舟曲生態(tài)足跡指數(shù)變化趨勢相似，處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

7) 對甘南州各縣、市萬元GDP生態(tài)足跡分析可得：甘南州七縣一市資源利用效率均不斷提高；合作市資源利用效率最高，這與其城鎮(zhèn)化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)；迭部縣2007年之后資源利用效率也較高，這可能是迭部縣在不斷發(fā)展的過程中仍能保持生態(tài)環(huán)境處于可持續(xù)性狀態(tài)的重要原因。

綜上所述，近年來甘南州的發(fā)展基本處于不可持續(xù)狀態(tài)，且不可持續(xù)性不斷增強(qiáng)。根據(jù)前文的相關(guān)分析以及甘南州的發(fā)展?fàn)顩r，如何減少資源消耗，促進(jìn)生態(tài)承載力增加，是提高區(qū)域可持續(xù)性的關(guān)鍵。因此，在今后的發(fā)展中應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行努力：1) 提高資源利用效率。資源利用效率的提高使得生產(chǎn)相同數(shù)量的產(chǎn)品消耗更少的資源，能夠有效地節(jié)約資源。2) 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。畜牧業(yè)一直是甘南州的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，但在大力發(fā)展畜牧業(yè)的同時(shí)，要協(xié)調(diào)好種植業(yè)、工業(yè)等的共同發(fā)展，發(fā)展低耗能產(chǎn)業(yè)。此外也要注重畜牧業(yè)和種植業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實(shí)施“農(nóng)牧互補(bǔ)”戰(zhàn)略，提高生產(chǎn)力水平。3) 繼續(xù)加大退牧(耕)還草(林)、農(nóng)牧互補(bǔ)、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策以及黃河上游水源補(bǔ)給區(qū)生態(tài)建設(shè)等一系列生態(tài)項(xiàng)目的實(shí)施力度。4) 發(fā)展健康生態(tài)經(jīng)濟(jì)服務(wù)業(yè)。如旅游業(yè)作為甘南州的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，但這些發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的破壞也是毋庸置疑的。針對旅游業(yè)發(fā)展中存在的環(huán)境問題，應(yīng)加強(qiáng)規(guī)范管理，進(jìn)行文明宣傳，打造舒適條件，及時(shí)處理投訴，提高經(jīng)營與消費(fèi)雙方素質(zhì)等，從而減少對資源的浪費(fèi)，有效地保護(hù)環(huán)境以提高區(qū)域生態(tài)承載力。5) 合理開發(fā)資源。除畜牧資源外，甘南州還有豐富的礦產(chǎn)資源、水電資源、中藏藥資源等，近年來，依托這些豐富的資源，甘南州大力發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。眾多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成資源的過度開發(fā)，生態(tài)環(huán)境惡化，因此我們不僅要合理開發(fā)資源，并且對于因資源開發(fā)不當(dāng)而造成的植被破壞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，最大可能地減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。

References：

[1] Wackernagel M, Onisto L, Bello P,etal. National natural capital accounting with the ecological footprint concept. Ecological Economics, 1999, 29(3): 375-390.

[2] Rees W, Wackernagel M. Urban ecological footprint: Why cities cannot be sustainable -and why they are a key to sustainability. Environmental Impact Assessment Review, 1996, 16(4-6): 223-248.

[3] Wang B C, Chou F Y, Lee Y J. Ecological footprint of Taiwan: A discussion of its implications for urban and rural sustainable development. Computers, Environment and Urban Systems, 2012, 36: 342-349.

[4] Fu W, Turner J C, Zhao J Q,etal. Ecological footprint (EF): An expanded role in calculating resource productivity (RP) using China and the G20 member countries as examples. Ecological Indicators, 2014, 48: 464-471.

[5] Wu L J. Dynamic evaluation of China sustainable development based on the ecological footprint index. Journal of China Agricultural University, 2005, 10(6): 94-99. 吳隆杰. 基于生態(tài)足跡指數(shù)的中國可持續(xù)發(fā)展動(dòng)態(tài)評估. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 10(6): 94-99.

[6] Chen B, Chen G Q. Ecological footprint accounting based on emergy—A case study of the Chinese society. Ecological Modelling, 2006, 198: 101-114.

[7] Chen C F, Wang H Y, Xiao D N,etal. Comparison of sustainable development status in Heilongjiang Province based on traditional ecological footprint method and emergy ecological footprint method. Chinese Journal of Applied Ecology, 2008, 19(11): 2544-2549. 陳春鋒, 王宏燕, 肖篤寧, 等. 基于傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法和能值生態(tài)足跡方法的黑龍江省可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)比較. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008, 19(11): 2544-2549.

[8] Stoglehner G. Ecological footprint-a tool for assessing sustainable energy supplies. Journal of Cleaner Production, 2003, 11: 267-277.

[9] Zhao J, Tao M J. Calculation of ecological footprints and analysis of sustainable development of Lanzhou in 2002. Areal Research and Development, 2005, 24(6): 113-116. 趙軍, 陶明娟. 蘭州市2002年生態(tài)足跡計(jì)算與可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r分析. 地域研究與開發(fā), 2005, 24(6): 113-116.

[10] Galli A. On the rationale and policy usefulness of ecological footprint accounting: The case of Morocco. Environmental Science & Policy, 2015, 48: 210-224.

[11] Geng Y, Zhang L M, Chen X D,etal. Urban ecological footprint analysis: a comparative study between Shenyang in China and Kawasaki in Japan. Journal of Cleaner Production, 2014, 75(14): 130-142.

[12] Nunesa L M, Catarino A, Ribau Teixeira M,etal. Framework for the inter-comparison of ecological footprint of universities. Ecological Indicators, 2013, 32(3): 276-284.

[13] Yang Y, Niu J M, Zhang Q,etal. Ecological footprint analysis of a semi-arid grassland region facilitates assessment of its ecological carrying capacity: a case study of Xilinguole League. Acta Ecological Sinica, 2011, 31(17): 5096-5104. 楊艷, 牛建明, 張慶, 等. 基于生態(tài)足跡的半干旱草原區(qū)生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展研究——以內(nèi)蒙古錫林郭勒盟為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(17): 5096-5104.

[14] Bao S C R G. Study on Ecological Footprint of Grassland in Grazing District——A Case Study of ZhengLan Banner[D]. Hohhot: Inner Mongolia Normal University, 2009. 包薩出榮貴. 牧區(qū)草地生態(tài)足跡研究——以正藍(lán)旗為例[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古師范大學(xué), 2009.

[15] Hunter C, Shaw J. The ecological footprint as a key indicator of sustainable tourism. Tourism Management, 2007, 28(1): 46-57.

[16] Herva M, Alvarez A, Roca E. Combined application of energy and material flow analysis and ecological footprint for the environmental evaluation of a tailoring factory. Journal of Hazardous Materials, 2012, 237-238: 231-239.

[17] Butnariu A, Avasilcai S. Research on the possibility to apply Ecological Footprint as environmental performance indicator for the textile industry. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 2014, 124: 344-350.

[18] Zhao S, Song K, Gui F,etal. The emergy ecological footprint for small fish farm in China. Ecological Indicators, 2013, 29(3): 62-67.

[19] Erb K H. Actual land demand of Austria 1926-2000: A variation on ecological footprint assessments. Land Use Policy, 2004, 21(3): 247-259.

[20] Yang H B, Wang Z M, Zhao H L,etal. Dynamic analysis of ecological footprint of Dongying City based on a modified mode. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(7): 1753-1758. 楊海波, 王宗敏, 趙紅領(lǐng), 等. 基于改進(jìn)模型的東營市生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(7): 1753-1758.

[21] Siche R, Pereira L, Agostinho F,etal. Convergence of ecological footprint and emergy analysis as a sustainability indicator of countries: Peru as case study. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010, 15(10): 3182-3192.

[22] Zhao S, Li Z Z, Li W L. A modified method of ecological footprint calculation and its application. Ecological Modelling, 2005, 185(1): 65-75.

[23] Zhu Y L. Study on Agro-ecosystem’s Sustainable Development of Hunan Based on the Emergy Theory[D]. Changsha: Central South University of Forestry and Technology, 2010. 朱玉林. 基于能值的湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究[D]. 長沙: 中南林業(yè)科技大學(xué), 2010.

[24] Zhao X Y, Liu S, Zhao H L. Application of ecological footprint in evaluating regional sustainable development based on energy analysis theory—A case study in Gansu province. Arid Zone Research, 2011, 28(3): 524-531. 趙雪雁, 劉霜, 趙海莉. 基于能值分析理論的生態(tài)足跡在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價(jià)中的應(yīng)用——以甘肅省為例. 干旱區(qū)研究, 2011, 28(3): 524-531.

[25] Gao X C, Ma L. Application of the energy value ecological footprint model——A case study of Wuwei City, Gansu Province. Journal of Northwest University for Nationalities： Philosophy and Social Science, 2014, 2: 104-110. 高新才, 馬麗. 能值生態(tài)足跡模型應(yīng)用——以甘肅省武威市為例. 西北民族大學(xué)學(xué)報(bào):哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版, 2014, 2: 104-110.

[26] Pereira L, Ortega E. A modified footprint method: The case study of Brazil. Ecological Indicators, 2012, 16(5): 113-127.

[27] Lan S F, Qin P, Lu H F. Ecological and Economic System Analysis[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2002. 藍(lán)盛芳, 欽佩, 陸宏芳. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.

[28] Zhao G S. Ecological Economics[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008. 趙桂慎. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

[29] Fu P, Rich P M. A geometric solar radiation model with applications in agriculture and forestry. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, 37(1): 25-35.

[30] Xu Y Y, Wan X P, Fu C C,etal. Study of wind speed interpolation in complex terrain——A case of Jilin province. Yunnan Geographic Environment Research, 2012, 24(4): 78-81. 徐艷艷, 萬小平, 付長超, 等. 復(fù)雜地形條件下風(fēng)速插值研究—以吉林省為例. 云南地理環(huán)境研究, 2012, 24(4): 78-81.

[31] Odum H T. Environment Accounting: Emergy and Environment Decision Making[M]. New York: John Wiley, 1996.

[32] Liu H T, Xie X Y, Hu X D,etal. Study on ecological capacity of Inner Mongolia Autonomous region based on emergy ecological footprint model. Journal of Southwest China Normal University: Natural Science Edition, 2009, 34(6): 145-150. 劉海濤, 謝小玉, 胡小東, 等. 基于能值生態(tài)足跡模型的內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)承載力研究. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 34(6): 145-150.

[33] Liu Q P, Lin Z S, Feng N H,etal. A modified model of ecological footprint accounting and its application to cropland in Jiangsu, China. Pedosphere, 2008, 18(2): 154-162.

[34] Yuan H. Research of Regional Sustainable Development Based On the Emergy Theory and Ecological Footprint Model——Taking WaNzhou District of Chongqing as an example[D]. Chongqing: Southwest University, 2011. 袁歡. 基于能值理論和生態(tài)足跡模型的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究——以重慶市萬州區(qū)為例[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2011.

[35] Jin D, Bian Z F. Emerge-based ecological footprint model and its application to a natural resource-dependent economy in Xuzhou City. Acta Ecological Sinica, 2010, 30(7):1725-1733. 金丹, 卞正富. 基于能值的生態(tài)足跡模型及其在資源型城市的應(yīng)用. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(7): 1725-1733.

[36] Chen B, Chen Z M, Zhou Y,etal. Emergy as embodied energy based assessment for local sustainability of a constructed wetland in Beijing. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2009, 14(2): 622-635.

[37] Sun D L, Liu S, Yao C,etal. Improving the computation of bio-capacity by emergy theory: A case study ofSpartinaalterniflora ecosystem in Northern Jiangsu. Journal of Nanjing University, 2007, 43(5): 501-508. 孫東林, 劉圣, 姚成, 等. 用能值分析理論修改生物承載力的計(jì)算方法——以蘇北互花米草生態(tài)系統(tǒng)為例. 南京大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 43(5): 501-508.

[38] Wei Y, Wu C Y. Dynamic analysis of ecological sustainability based on ecological footprint model in Guizhou province. Ecology and Environmental Sciences, 2011, 20(1): 102-108. 魏媛, 吳長勇. 基于生態(tài)足跡模型的貴州省生態(tài)可持續(xù)性動(dòng)態(tài)分析. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2011, 20(1): 102-108.

[39] Qin Q. The Study of Sustainable Development of Ecological in Shanxi Province Based on the Model of Ecological Footprint[D]. Taiyuan: Shanxi University, 2013. 秦奇. 基于生態(tài)足跡模型的山西省生態(tài)可持續(xù)性研究[D]. 太原: 山西大學(xué), 2013.

[40] Weng B Q, Wang Y X, Huang Y B,etal. Dynamic changes of ecological footprint and ecological capacity in Fujian Province. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(11): 2153-2157. 翁伯琦, 王義祥, 黃毅斌, 等. 福建省生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(11): 2153-2157.

[41] Liang T G, Cui X, Feng Q S,etal. Remotely sensed dynamics monitoring of grassland aboveground biomass and carrying capacity during 2001-2008 in Gannan pastoral area. Acta Prataculturae Sinica, 2009, 18(6): 12-22. 梁天剛, 崔霞, 馮琦勝, 等. 2001-2008年甘南牧區(qū)草地地上生物量與載畜量遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 18(6): 12-22.

[42] Wang H, Li W L, Du G Z,etal. Research on the change of grassland vegetation coverage using 3S technology in Gannan. Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(3): 26-37. 王浩, 李文龍, 杜國禎, 等. 基于3S技術(shù)的甘南草地覆蓋度動(dòng)態(tài)變化研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 21(3): 26-37.

[43] Leng Z. The Data of Sixty Years in Gannan[M]. Gannan Tibetan Autonomous Prefecture Statistical Bureau, Gannan Tibetan Autonomous Prefecture Statistical Society, 2013. 冷周. 數(shù)說甘南六十年[M]. 甘南藏族自治州統(tǒng)計(jì)局, 甘南藏族自治州統(tǒng)計(jì)學(xué)會(huì), 2013.

Sustainable development of the alpine pastoral region in the eastern Tibetan Plateau based on the emergy ecological footprint model

LI Weng-Long1, YU Cui1*, ZHAO Xin-Lai1, LIANG Tian-Gang1, ZHANG Jin-Lin1, XU Jing2

1.StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-Ecosystem,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China; 2.SchoolofAgricultureandForestryEconomicandManagement,LanzhouUniversityofFinanceandEconomics,Lanzhou730020,China

Sustainable development is a shared goal of all countries around the world. The assessment of regional sustainability is becoming an important theoretical basis for policy making. Gannan Tibetan Autonomous Prefecture is a typical alpine pastoral region in China. In this region, sustainable development has become a major issue with the ongoing development of animal husbandry. Therefore, we analyzed the sustainable development of counties and cities in Gannan from 2005 to 2013 based on a modified emergy ecological footprint model. Regional emergy densities are the key of the modified model, which was used to quantify the ecological carrying capacity and the ecological footprint. Therefore, this model can truly reflect the supply capacity of ecosystems and human resource consumption in these areas. The results indicated that livestock products accounted for the largest proportion of the ecological footprint in the study area, and remained stable during the study period. The percentage of electricity and coal consumption increased year by year, while the proportion of farming products and wild firewood decreased. The per capita ecological footprint in Gannan increased from 4.77 ha per capita in 2005 to 7.09 ha per capita in 2013. The per capita ecological carrying capacity fluctuated between 4.64 ha per capita and 5.65 ha per capita. The ecological footprint index of Gannan showed a decreasing trend, and its ecological environment had an unsustainable development status during the study period. The ecological footprint per ten thousand yuan GDP in Gannan dropped from 12.60 ha per ten thousand yuan in 2005 to 4.86 ha per ten thousand yuan in 2013, revealing that the resource utilization efficiency had improved. Among the counties and cities, Hezuo had the highest ecological footprint index, followed by Diebu. There were no significant differences among the other counties. In general, the per capita ecological footprint and ecological carrying capacity were higher in regions of animal husbandry development (Maqu, Luqu, Xiahe, and Hezuo) than in regions with a farming-pastoral ecotone (Lintan, Zhuoni, Zhouqu, and Diebu). During the 9 years, Diebu, Maqu, and Luqu had a sustainable development status while Xiahe, Zhuoni and Zhouqu had an unsustainable development status. Hezuo and Lintan had a seriously unsustainable development status. Based on these findings, we discuss the future sustainable development of Gannan.

sustainable development; emergy ecological footprint; ecological carrying capacity; resource utilization efficiency

10.11686/cyxb2016186

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-05-06；改回日期：2016-06-29

國家自然科學(xué)基金(31170430,41471450,31372367,31222053)，國家社會(huì)科學(xué)基金(14CJY010)，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(lzujbky-2016-br05)和中央高校自由探索優(yōu)秀研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(2022016zr0185)資助。

李文龍(1977-)，男，甘肅蘭州人，教授，博導(dǎo)。E-mail:wllee@lzu.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail: yuc14@lzu.edu.cn

李文龍, 余翠, 趙新來, 梁天剛, 張金林, 許靜. 基于能值生態(tài)足跡模型的青藏高原東部高寒牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(4): 1-14.

LI Weng-Long, YU Cui, ZHAO Xin-Lai, LIANG Tian-Gang, ZHANG Jin-Lin, XU Jing. Sustainable development of the alpine pastoral region in the eastern Tibetan Plateau based on the emergy ecological footprint model. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(4): 1-14.