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基于草地畜牧业生产的三江源地区承载力多情景模拟分析

  • 王穗子 , 1 ,
  • 樊江文 , 1 ,
  • 张雅娴 1, 2 ,
  • 官惠玲 1 ,
  • 张海燕 1
展开
  • 1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室,北京 100101
  • 2.西南民族大学青藏高原研究院,成都 610041
樊江文(1961- ),男,甘肃陇西人,博士,研究员,博士生导师,研究方向为草地生态学。E-mail:

王穗子(1990- ),女,四川巴中人,博士,研究方向为草地生态系统监测与评估。E-mail:

收稿日期: 2021-03-20

  修回日期: 2022-02-22

  网络出版日期: 2022-09-28

基金资助

第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0608)

中国博士后科学基金面上资助项目(2020M670427)

中国科学院战略性先导科技专项(XDA20090000)

Multi-scenario simulations of carrying capacity of the Three River Headwaters Region based on animal husbandry production

  • WANG Sui-zi , 1 ,
  • FAN Jiang-wen , 1 ,
  • ZHANG Ya-xian 1, 2 ,
  • GUAN Hui-ling 1 ,
  • ZHANG Hai-yan 1
Expand
  • 1. Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing100101, China
  • 2. Institute of Qinghai-Tibetan Plateau, Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China

Received date: 2021-03-20

  Revised date: 2022-02-22

  Online published: 2022-09-28

摘要

三江源地区是我国生态安全的重要屏障,同时也是我国最主要的畜牧业生产基地之一,在保证草地资源可持续利用前提下,探究合理的人口容量对该区的生态保护建设和可持续发展具有重要意义。通过模型模拟草地理论载畜量以估算畜牧业产值,设定三种居民生活水平情景,模拟不同情景不同时期下的适度人口容量,分析人口承载力的空间差异性。结果表明:“十五”期间,三种情景下全区人口承载力呈富余状态;“十一五”和“十二五”期间在当前居民和小康水平情景的人口容量尚有结余;到“十三五”期间,三种情景下人口承载力总体均超载,但空间分布不同,在当前居民、小康和富裕生活水平情景下,分别有11个、8个和2个县的人口容量尚有结余,人口承载力超载地区主要分布于三江源地区东部。应根据现有资源分布和符合主体功能要求的方向进行调整和优化人口结构,将对该地区可持续发展战略具有重要意义。

本文引用格式

王穗子 , 樊江文 , 张雅娴 , 官惠玲 , 张海燕 . 基于草地畜牧业生产的三江源地区承载力多情景模拟分析[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(7) : 1893 -1902 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20220716

Abstract

The Three River Headwaters Region is an important barrier for ecological security and one of the most important animal husbandry production bases in China. Under the premise of ensuring sustainable utilization of grassland resources, exploring optimal population capacity is of great significance to the ecological protection construction and sustainable development of this region. In this study, we simulated the theoretical animal carrying capacity of grassland, and then estimated the production value of animal husbandry. We evaluated the optimal population capacity in different periods and spatial differences in population capacity under three scenarios of residents' living standards. The results show that the population capacity of this region was in a surplus state under the three scenarios during the "Tenth Five-Year Plan" period (2001-2005); the population capacity under the current situation and well-off level was still in balance during the "Eleventh Five-Year" (2006-2010) and "Twelfth Five-Year" periods (2011-2015); by the "Thirteenth Five-Year Plan" period (2016-2020), the population capacity of the three scenarios relying only on the production value of animal husbandry was generally overloaded, but there were differences in spatial distribution. The areas with overloaded capacity are mainly distributed in the east of the study region. Under the current situation, well-off, and prosperous living standards scenarios, there are 11 counties, 8 counties, and 2 counties with surplus population capacity, respectively. The regional population structure is adjusted and optimized in accordance with the existing resource distribution and the direction that meets the main functional requirements, which is of great significance to the sustainable development strategy of the region.

“承载力”最早是用于衡量在特定区域的某一环境条件下可以维持的某一物种个体的最大数量[1,2]。后来,“承载力”这一概念被引入经济学、人口学等领域[3],在人口—资源—环境经济学和可持续发展分析中应用广泛[4,5]。草地是分布最广泛的植被类型之一,具有保持水土、净化空气和水源涵养等功能,在维持社会—生态—环境可持续发展中具有重要作用[6]。“承载力”一词被引入草原管理中后,草地承载力的研究主要集中于牧草产量、草地生态承载力、载畜量、土地承载力等[7-9]。但却鲜有关于草地资源人口承载力的研究。人口承载力是在考虑资源约束下区域可持续稳定的能够承载的人口数量,是衡量该区域人口可持续发展的标准[10]。随着我国可持续发展与构建社会主义和谐社会战略的实施,西部地区的人口、资源与环境的可持续发展受到政府和学者的关注,寻求合理的人口容量成为研究热点和重点[11]。草地承载力应该满足生态体验需求的同时满足区域经济社会可持续发展需要,草地畜牧业地区的可持续性需要在生态、经济和社会可持续性三者之间的平衡[12],因此探究草地资源的人口最适容量具有重要意义。三江源地区地处青海省南部,是国家“两屏三带”战略格局的重要组成部分,其生态保护对我国生态安全具有重要意义[13]。农业部将该地区定为全国首个草地生态畜牧业试验区[14],畜牧业是当地牧民赖以生存的基础产业[15]。在新时期“以生态保护优先,协调推进经济社会发展”的理念下,如何合理利用资源对协调社会发展和提高人类生活水平至关重要。因此探究该地区草地资源的人口承载力对分类指导并制定可持续发展战略决策具有重要意义,而目前关于该地区人口资源环境的研究相对匮乏。本文基于草地畜牧业生产,通过模拟估算草地理论载畜量的畜牧业生产产值,设定多情景居民生活水平,以模拟分析基于畜牧业生产该地区在不同情景下的人口容量的时空差异性,合理度量人口承载力的阈值。面对生态建设与经济建设的双重任务,研究结果可为三江源地区的生态保护和可持续高质量发展规划提供重要的参考借鉴意义。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

三江源地区地处青藏高原腹地,介于89°45′~102°23′E、31°39′~36°12′N之间,海拔2800~6564 m,素有“中华水塔”之称,是长江、黄河和澜沧江的发源地,是高原生物多样性最为集中的区域,是全球气候变化的敏感区和启动区,是我国生态安全的重要屏障[16]。草地生态系统是该地区最主要的生态系统类型,占源区总面积的65.37%[17]。三江源地区主要草地类型为高寒草甸、高寒草原和温性草原,其面积分别为源区草地总面积的76.3%、22.2%和3.6%(图1)。经济产业以草地畜牧业为主。在放牧利用上,该地区实施季节草场(暖季草场和冷季草场)转场制度,暖季草场面积约为冷季草场的1.2倍。
图1 研究区域及对应县域

Fig. 1 Study area and its counties

1.2 数据来源与预处理

2000—2017年各地区人均可支配收入、生产总值、年末牲畜存栏数、人口数量等数据来源于《青海省统计年鉴》《全国统计年鉴》《全国县域统计年鉴》和《青海省农牧业统计手册》等。“十五”“十一五”和“十二五”时期的数据为相应年份的均值,“十三五”时期的数据为2016年和2017年的均值。统计数据中年末牲畜存栏数分为大牲畜和绵山羊两类,根据中华人民共和国农业行业标准,将大牲畜和绵山羊统一折算为标准羊单位(SHU)。产草量的估算是将归一化植被指数(NDVI)与地上生物量进行相关回归分析,建立地面—遥感相结合的三江源产草量估算经验模型,计算得到2000—2017年的年均产草量[18]。根据预留的地上生物量数据来验证该经验模型的精度,R2较高(0.69),说明估计值和实测值具有良好的一致性,且平均绝对误差(207.39 kg/hm2)和平均相对误差(26.38%)相对较低。因此,该草地产草量估算经验模型的计算结果具有可信性。

1.3 研究方法

1.3.1 理论载畜量估算

理论载畜量是在一定的草地面积和一定的利用时间内,在适度放牧(或割草)利用并维持草地可持续生产的条件下,满足承养家畜正常生长、繁殖、生产畜产品的需要,所能承养的家畜羊单位数量。
C T = Y × U h × A a × E h I f × G t
式中:CT为草地理论载畜量,即单位面积草地可承载的羊单位(SHU/hm2);Y为季节草场单位面积产草量(kg/hm2);Uh为草地利用率(%);Aa为牧草利用率(%);Eh为草地可食牧草比率(%);If为一个标准羊单位家畜的日食量(kg/天);Gt为季节草场放牧天数(天)。根据三江源草地的实际情况,通过咨询当地专家,并结合有关文献[19,20],确定三江源地区的草地利用率Uh为70%,草地可食牧草比率Eh为80%,牧草利用率Aa设为90%。根据中华人民共和国农业行业标准(NY/T 635-2002)规定,一个羊单位的牲畜每日需要摄取1.8 kg的标准干草重。

1.3.2 分情景的人口承载力估算

居民可支配收入被认为是消费开支最重要的决定性因素,因而常被用来衡量一个国家生活水平的变化情况。本文设定三种居民生活水平情景:
(1)情景1:当前居民收入水平,设定为青海省的人均可支配收入,代表现有该地区居民生活水平状况;
(2)情景2:小康收入水平,设定为全国的人均可支配收入,表现我国居民平均生活水平状况;
(3)情景3:富裕收入水平,设定为我国东部地区最高的人均可支配收入,是我国目前经济发展最好的人民生活水平状况。
牧草地主要提供畜牧业产品,包括肉类、奶类、羊毛等[21]。本文基于当前居民收入水平、小康收入水平和富裕收入水平三种情景分别计算依靠草地畜牧业生产产值该地区的人口承载力。
P V T = C T × A × V
C P T = P V T D I i
式中: P V T为草地理论饲养家畜产值(元); C P T为理论可承载人口数(人);A为草场面积(hm2);V为牲畜单价(元/羊单位); D I i为不同情景的人均可支配收入(元/人)。

2 结果分析

2.1 三江源地区经济社会和畜牧业生产时空变化特征

根据三江源地区统计生产总值和人口数量可知,三江源地区的生产总值、人口数量和牲畜数量整体呈现上升趋势,并且存在空间异质性(图2图3)。2000—2017年三江源地区生产总值年均增加192440万元,2010年之前呈现稳步持续增长,2010—2011年呈现跳跃式增加并达到峰值3295825万元后,随即2012年略有下降,平稳发展三年后,2015年生产总值继续增长。人均GDP变化斜率空间分布整体呈上升趋势(>0人/km2/yr),东部和北部区域呈零星下降趋势(<0人/km2/yr)。同仁县、共和县和甘德县人均生产总值呈现下降趋势,下降幅度分别为3.65人/km2/yr、0.67人/km2/yr、0.23人/km2/yr,尖扎县的人均生产总值增加幅度最大(16.01元/km2/yr)。该地区人口数量在18年间整体呈持续增长趋势,由2000年的985111人上升至2017年的1368852人。人口数量年均增长速度较快(>0.5人/km2/yr)的区域主要集中于东部和南部,人口数量增长最快的是尖扎县(2.80人/km2/yr),增长最慢的是治多县(0.03人/km2/yr)。三江源地区2000—2017年牲畜数量上升趋势呈现波动性,其中中南部地区玛多县、玛沁县、达日县、甘德县、久治县、班玛县以及东部地区的尖扎县和泽库县牲畜数量呈下降趋势(<0万SHU/yr),东部地区的共和县、兴海县和同德县以及中部地区的玉树县牲畜增加趋势相对较大(>3万SHU/yr)。
图2 2000—2017年三江源地区生产总值、人口数量和牲畜数量的变化趋势

Fig. 2 Changes in the gross domestic product, population, and livestock number of the Three River Headwaters Region during 2000-2017

图3 2000—2017年三江源牲畜数量、人均生产总值和人口数量变化斜率的空间分布

Fig. 3 The spatial distribution of changes in livestock number, gross domestic product, and population of the Three River Headwaters Region from 2000 to 2017

2.2 三江源地区草地畜牧业评估分析

2000—2017年,在维持草地可持续生产的条件下,三江源地区畜牧业经济的总价值量为4.53×107万元,玉树藏族自治州的畜牧经济价值总量最高(1.21×106万元),其次分别为果洛藏族自治州(7.37×105万元)、海南藏族自治州(3.14×105万元)和黄南藏族自治州(2.58×105万元)(图4)。三江源地区的年均理论载畜量经济价值在空间上呈由西北向东南方向逐渐增加的趋势,三江源地区年均理论载畜量经济价值为2.51×106万元。其中杂多县最高(3.11×105万元),其次为治多县(2.28×105万元)和曲麻莱县(2.10×105万元),尖扎县年均理论载畜量价值量最低,为1.59×104万元(图5)。
图4 2000—2017年三江源地区各州理论饲养家畜的平均产值

Fig. 4 The value of theoretical livestock in each prefecture from 2000 to 2017

图5 2000—2017年三江源地区理论饲养家畜的年均单位面积价值量空间分布

Fig. 5 The spatial distribution of the average annual value of the theoretical livestock during 2000-2017

2.3 基于草地畜牧业的人口承载力多情景分析

根据统计年鉴数据得到从“十五”到“十三五”期间三种情景居民人均可支配收入水平。从表1可以看出三种居民生活水平情景的人均可支配收入呈现逐年上升趋势。在“十五”期间,当前居民收入水平、小康收入水平和富裕收入水平的人均可支配收入均值分别为3754.26元、5130.86元和15265.60元,到“十三五”期间当前居民收入水平、小康收入水平和富裕收入水平的人均可支配收入则分别提高至19020.03元,26007.60元和59158.53元(表1)。
表1 三种居民生活水平情景人均可支配收入情况

Table 1 The per capita disposable income under different scenarios of living standards

不同生活
水平情景
“十五”期间 “十一五”期间 “十二五”期间 “十三五”期间
均值/元 斜率/(元/yr) 均值/元 斜率/(元/yr) 均值/元 斜率/(元/yr) 均值/元 斜率/(元/yr)
情景1 3754.26 331.63 6636.97 892.63 12926.50 1447.14 19020.03 1727.75
情景2 5130.86 575.79 9853.16 1297.54 18300.86 1848.86 26007.60 2203.50
情景3 15265.60 1495.70 26328.40 2755.50 43569.20 3479.60 59158.53 4938.80
根据前述计算方法,测算出不同情景下三江源地区基于畜牧业生产的人口承载力,并通过与实际人口相比较得到该地区不同生活水平下人口承载力的富余/超载状况。在“十五”期间,三种情景下三江源地区的人口承载力总体富余,畜牧业生产产值可以承载现有人口,按照富裕收入水平标准,该地区还可额外供养83.55万人。在“十一五”和“十二五”期间,按照当前居民收入水平和小康收入水平标准,畜牧业产值完全可以满足全区需求,且盈余量较大,在“十一五”期间可分别额外容纳268.16万人和142.67万人,在“十二五”期间仍可分别额外容纳58.76万人和2.98万人,而按照富裕收入水平标准,则出现了人口超载,“十一五”和“十二五”期间可承载的人口数分别比现实人口数少19.38万人和74.87万人。至“十三五”期间,在当前居民收入水平、小康收入水平和富裕收入水平三种情景下,三江源地区基于畜牧业的产值可承载的人口数均低于现实人口数,超载率分别为3.42%、26.87%和56.04%(图6)。
图6 不同情景下不同时期三江源地区可承载人口情况

Fig. 6 Population capacity of the Three River Headwaters Region in different periods under different scenarios

“十三五”期间在当前居民收入水平、小康收入水平和富裕收入生活水平情景下,三江源地区总体人口承载力超载,但空间分布不均衡。以2017年为例,三种情景下,三江源的东北部地区无法承载现有人口数量,黄南藏族自治州和海南藏族自治州的基于畜牧业生产可容纳人口数均低于现实人口数,人口承载力属于超载状态,黄南藏族自治州在三种情景下超载率分别为50.69%、63.93%和84.12%。海南藏族自治州的人口超载率则更高,分别为64.87%、74.30%和88.68%。而果洛藏族自治州,基于畜牧业生产的人口承载力水平较高,在当前居民收入水平和小康收入水平情景下分别可以额外容纳18.63万人和 8.21万人,富裕情景下人口超载率为38.07%。玉树藏族自治州和果洛藏族自治州相似,在当前居民收入水平和小康水平情景下人口承载力处于富余状态,分别可多容纳 19.55万人和3.47万人,而在富裕收入水平情景下人口承载力呈现超载状态,超载率为52.19%(图7)。在当前居民收入水平情景下,三江源地区21个县中人口承载力处于富余状态的有11个县;在小康收入水平情景下,人口承载力处于富余状态的有8个县。基于畜牧业生产的人口承载力较低的县主要集中于三江源地区西南部。在满足富裕收入水平情景下,仅玛多县和曲麻莱县人口承载力处于富余状态,可承载的人口数分别比现实人口数高65.59%和3.01%(图8)。
图7 三江源地区各州不同情景下可承载人口数和现实人口数

Fig. 7 The population capacity in each prefecture under different scenarios

图8 基于三种情景下的各县2017年可承载人口情况和现实人口数

Fig. 8 The population capacity of each county in 2017 under different scenarios

3 结论

通过对基于畜牧业生产的三江源地区不同生活水平情景下的人口承载力测算,得到如下结论:
在不同居民生活水平情景设定条件下,三江源地区的人口承载能力不同,且存在人口承载力时空分布不均衡的状况。在“十五”期间,三江源全区的畜牧业生产产值在满足当前生活水平、小康生活水平和富裕生活水平可承载的人口数量均高于现实人口数量,表明仅依靠畜牧业完全满足该地区民众的生存生活。可能是由于“十五”期间三江源地区相对来说人口数较少,且各情景下的人均可支配收入水平也相对较低。而随着经济的发展,人民生活水平日益提高,人口数量也大幅度增加,“十一五”到“十二五”期间,在富裕生活水平情景下人口出现了超载,在当前生活水平和小康生活水平情景下人口承载力均未出现超载状况。到“十三五”期间,三种生活水平情景下仅依靠畜牧业生产均已无法承载三江源现有人口数量,但不同地区的人口承载能力存在不同,不同县域的人口容量存在空间异质性。在当前居民水平情景下有11个县的人口承载力处于富余状态;在小康水平情景下有8个县的人口承载力处于富余状态;而在富裕生活水平情景下,仅玛多县和治多县人口承载力处于富余状态。基于畜牧业生产的人口承载力超载的县主要集中于三江源地区东部,虽然东部地区的水热条件较好,产草量较高[17],但东部地区各县域的草地面积相对较小[22],能维持可持续发展的畜牧业总产值相对较低,同时东部地区现实人口密度较高[23]
人口政策的制定是一个地区协调发展的重要步骤,协调生态环境、人口和经济的发展,制定相应合理的人口政策,引导区域内人口结构按照现有资源分布和符合主体功能要求的方向进行调整和优化。三江源拥有丰富的草地资源,但78.16%的农牧民生活在草原,以消耗草地资源为主,并且近年来人口规模呈上升趋势[24]。三江源地区作为国家“两屏三带”战略格局的重要组成部分,是重要的生态安全屏障,同时还是我国重要的畜牧业生产基地。应按照资源分布情况和符合主体功能要求进行调整和优化,合理地可持续地利用草地资源。在果洛藏族自治州等以生态畜牧业产值能保障实际人口生活的地区,当前居民和小康生活水平情境下人口容量尚有结余,在玛多县和治多县在富裕水平下人口容量还有一定盈余。该区可充分发挥资源优势,在草地资源合理开发下,以发展畜牧业为主,加强对生态环境保护的投入力度,适当接受移民,稳定中谋求经济和环境发展;在三江源东部地区,仅依靠畜牧业生产在三种情景下均无法满足实际人口需求,则需要其他产业结构,多产业共同发展,在限制中求发展,适度提升人口容量。考虑到三江源自然保护区规划和三江源国家公园建设,三江源地区应以生态和自然资源保护为主。不同地区根据资源状况确定优先发展重点,面对生态建设与经济建设的双重历史任务,处理好二者之间的关系,合理配置全省草牧业资源,保障该地区经济社会和生态建设和谐发展。由于草地承载力存在一定的区域差异,还需跨越部门和行政区划的限制采取适应对策,进而科学合理地制定人口和发展规划。自三江源生态保护与建设工程实施以来,三江源野生动物种群数量增加,存在野生食草动物和家畜争食牧草问题[15,25],对传统畜牧业的发展存在一定影响。后续应考虑野生有蹄类食草动物对草地资源的消耗,进一步完善草地资源承载力估算。
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