劉家峽庫區(qū)生態(tài)承載力研究

何有華，景凌云，2，張曉虹，劉 敏

(1.甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070)

傳統(tǒng)的水土保持流域治理規(guī)劃是以當地常住人口基數為基準，以滿足將來某一時段內人們最基本的糧食需求為出發(fā)點，規(guī)劃配置水土流失防治措施體系。但隨著經濟社會的發(fā)展，區(qū)域農業(yè)經濟產業(yè)化布局和專業(yè)化生產趨勢越來越明顯，人口的流動和物資的流通性越來越強，不應再以當地糧食的自給自足為目標進行水土保持措施配置，以當地常住人口口糧自給自足為目標的水土流失治理規(guī)劃方法已經不能適應經濟社會發(fā)展的需要，而應將提高生態(tài)承載力作為水土保持流域規(guī)劃的主要目標[1]，這就首先需要弄清該區(qū)域生態(tài)承載力的基本情況[1-2]。劉家峽庫區(qū)自然稟賦差，水土流失不僅成為限制當地經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素，而且對劉家峽水庫也造成了嚴重的淤積，研究劉家峽庫區(qū)生態(tài)承載力現(xiàn)狀，可對庫區(qū)水土保持綜合治理措施配置提供直接的理論依據。

1 研究區(qū)概況

劉家峽庫區(qū)地理坐標102°44′10″～103°38′40″ E，35°33′09″～36°09′20″ N，在行政區(qū)劃上分屬甘肅臨夏回族自治州永靖、東鄉(xiāng)、積石山、臨夏4縣管轄，庫區(qū)總土地面積約298 660 hm2，研究范圍不包括水庫淹沒區(qū)，并按水系相對完整、便于管理的原則，將庫區(qū)劃分為53條小流域。在氣候帶上屬溫帶半干旱氣候，多年平均降水量300～550 mm，南部較濕潤，北部多旱災。在地貌類型上屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，其中，庫區(qū)北部的永靖縣和東鄉(xiāng)縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)第5副區(qū)(丘五區(qū))，庫區(qū)南部積石山縣和臨夏縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)第4副區(qū)(丘四區(qū))。由于受黃河及其支流的切割，區(qū)內形成了梁峁起伏、溝壑縱橫、溝梁交錯的地貌景觀。庫區(qū)各小流域溝壑密度在1.2～2.9 km/km2，地形破碎，坡陡溝深，土地利用難度大，未利用的荒山荒溝占土地總面積的52.29%。坡耕地面積占耕地總面積的50.35%，且道路難行，耕作難度大。庫區(qū)植被類型屬草原和荒漠草原，種類貧乏、覆蓋度低，水土流失嚴重，平均土壤侵蝕模數約6 000 t/(km2·a)。庫區(qū)內居住著漢族、回族、東鄉(xiāng)族、撒拉族、藏族、保安族、土族7個民族約52萬人，其中農業(yè)人口48.72萬人，平均人口密度173人/km2，自然條件及農業(yè)生產條件相對優(yōu)越的河谷階地和西南山地人口密度大，人均耕地面積少，而北部干旱山區(qū)因生存條件差，人口稀少[3]。

2 研究方法

以小流域為單元，采用1∶10 000航攝地形圖對研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀進行現(xiàn)場調繪后，使用ArcView 3.0軟件進行圖斑處理量算統(tǒng)計，得出各流域土地利用現(xiàn)狀表。以土地利用現(xiàn)狀為基礎，以生態(tài)承載力理論為指導，以生態(tài)彈性度、資源承載指數、承載飽和度為評價指標，對研究區(qū)域的生態(tài)承載力進行分析評價，并分別在庫區(qū)南部和北部選擇三坪溝和碾子溝2個典型小流域，對生態(tài)承載力有關指標進行對比分析。各評價指標表達式如公式(1)～(4)。

(1)

式中，E為生態(tài)彈性度大?。籗i為土地利用類型i所占面積比例；Pi為土地利用類型i的彈性分值；Di為多樣性指數；n為土地利用類型數目。E越大，表示系統(tǒng)的生態(tài)彈性限度越高[4-5]。

(2)

資源是一個相對廣泛的概念，在通常情況下，影響一個地區(qū)發(fā)展的主要資源包括土地資源、水資源等。一般通過計算資源承載壓力度來反映，其表達式為：

CCPSres=Pt×(Qtres/Qsres)

(3)

式中，CCPSres為以人口表示的R資源承載壓力度，Qtres為資源實有量，Qsres為標準人均R資源占有量，Pt為區(qū)域實際人口數[4]。

CCFres=1-(Qtres/Qsres)/Pt

(4)

式中，CCFres為承載飽和度。

計算出上述指標后，分別與表1中數值對照，判定分析各項指標所處狀態(tài)[4]。

表1 生態(tài)承載力綜合評價及生態(tài)承載飽和度分級

3 結果與分析

3.1生態(tài)彈性度計算分析

3.1.1彈性分值的確定 根據研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀，將研究區(qū)土地利用類型分為6類，分別是林地、栽培草地、梯田、坡耕地、村莊道路、荒山荒溝，依據不同土地利用類型對生態(tài)彈性度的貢獻率又分為重要性、中間型、威脅型3大類。在調查庫區(qū)實際狀況條件下，對各土地利用類型i的彈性分值(Pi)進行賦值[6](表2)。

表2 生態(tài)彈性度Pi值分類

3.1.2土地利用現(xiàn)狀 劉家峽庫區(qū)及2個典型小流域的土地利用現(xiàn)狀如表3所示。其中，均以荒溝荒坡占地面積最大，栽培草地在劉家峽庫區(qū)和三坪溝流域占地面積最小。

3.1.3多樣性指數計算 根據表3和公式(2)，計算得劉家峽庫區(qū)、南部三坪溝流域、北部碾子溝流域的多樣性指數分別為D庫=1.34、D南=1.54、D北=1.19，表明南部三坪溝的景觀組成復雜程度高于庫區(qū)和碾子溝流域，生態(tài)承載力較高，生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

3.1.4生態(tài)彈性度計算分析 據表2、表3及多樣性指數計算結果，利用公式(1)計算得出庫區(qū)、南部三坪溝流域、北部碾子溝流域生態(tài)彈性度分別為E庫=39.63、E南=55.68、E北=30.73。將計算結果與表1

表3 劉家峽庫區(qū)及典型流域土地利用現(xiàn)狀

對照得出，劉家峽庫區(qū)生態(tài)彈性度為不穩(wěn)定狀態(tài)，南部三坪溝流域生態(tài)彈性度為中等穩(wěn)定狀態(tài)；北部碾子溝流域生態(tài)彈性度為不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2水資源承載指數計算分析 因庫區(qū)范圍較大，南北降水量有較大差值，所以對庫區(qū)水資源承載指數不作總體性分析，僅以三坪溝、碾子溝2個典型小流域進行對比分析。典型流域的降水量可通過氣象資料獲得，地表徑流量根據《甘肅省水文圖集》和當地相關資料計算獲得。結合典型流域內的實際人口，用公式(3)計算得出水資源承載指數大小，對照資源承載分級(表1)可分析水資源承載指數(表4)。水資源承載水平均為低承載，是水資源貧乏區(qū)，但南部略好于北部。

3.3土地承載飽和度計算分析 土地資源的數量和質量對庫區(qū)群眾生產生活方式起著重要的作用，所以，在生態(tài)承載飽和度分析中，只計算土地承載飽和度指標(表5)。在計算中，以梯田面積為基數，對其他土地類型面積按折算系數折算出標準人均土地資源占有量[7],經果林折算系數為3,栽培草地為0.25,坡耕地為0.45,水保林為0.062 5,荒溝荒坡為0.017 5。已有研究結果顯示[8]，人均梯田面積達到0.33 hm2可基本滿足溫飽要求。按式(4)計算土地資源承載飽和度，依據生態(tài)承載飽和度(表1)進行分級(表6)。結果表明，整個庫區(qū)、碾子溝流域均為嚴重超載，說明人口對土地資源承載能力的壓力很大；三坪溝流域為低載，表明其資源承載能力大于人口壓力。

表4 水資源承載指數分析

表5 劉家峽庫區(qū)、三坪溝流域及碾子溝流域標準人均土地資源占有量

表6 土地資源承載飽和度

4 討論與結論

劉家峽庫區(qū)土壤侵蝕嚴重，自然因素和農業(yè)生產因素以外的工業(yè)項目在劉家峽庫區(qū)極少，對生態(tài)環(huán)境的影響甚微，庫區(qū)是以農業(yè)為主的產業(yè)結構單一區(qū)域，水土流失造成土地破碎化和貧瘠化，耕作難度加大，土地自然生產力降低，是影響庫區(qū)生態(tài)承載力的主要因子。以生態(tài)承載力理論與方法為基礎，根據生態(tài)承載力綜合評價方法，從生態(tài)彈性度、資源承載指數、資源承載壓力度指數建立了劉家峽庫區(qū)生態(tài)承載力綜合評價指標體系，各指標較為真實地反映了庫區(qū)生態(tài)承載力情況。

1)生態(tài)系統(tǒng)彈性度。劉家峽庫區(qū)整體的的生態(tài)系統(tǒng)自我抵抗能力和受干擾后的自我恢復與更新能力較低，但以三坪溝流域為代表的丘四區(qū)與以碾子溝流域為代表的丘五區(qū)相比，前者生態(tài)彈性度較高、生態(tài)系統(tǒng)對擾動和壓力的緩沖與調節(jié)能力相對較強，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對較優(yōu)。

2)水資源承載力。水資源承載力指數丘四區(qū)高于丘五區(qū)，承載力狀況相對較好；劉家峽庫區(qū)水資源承載水平為低承載，是水資源貧乏區(qū)。

3)土地資源承載壓力度。庫區(qū)南部承載狀態(tài)比北部好，但全庫區(qū)平均承載飽和度為嚴重超載，承載壓力大。

4)總體上，庫區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)承載力低，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力和自我恢復能力差，目前是一種不可持續(xù)的發(fā)展狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)所面臨的壓力增大，表現(xiàn)在人口壓力增加、災害頻繁、群眾生活質量需要進一步改善等。為提高生態(tài)承載力，需在繼續(xù)控制人口總量的基礎上，以提高水土資源承載能力為目標，配置相應水土保持措施，建立綜合防治體系，實現(xiàn)耕地梯田化、種植立體化、林草配套化、養(yǎng)殖舍飼化、設施完善化、能源清潔化、產業(yè)多元化、管理制度化。

5)對不同土地利用類型的賦值會對生態(tài)彈性度的計算結果產生明顯影響，在不同生態(tài)環(huán)境中，不同土地類型對生境的影響程度會大不相同，其賦值也應區(qū)別對待，此方面的研究尚待深入。

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