基于能值生態(tài)足跡模型的青海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展評(píng)估

蘇文亮，李文龍，朱亞莉，蔡 棟，余 翠，許 靜，魏 巍

（1. 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)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)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

可持續(xù)發(fā)展是人類(lèi)社會(huì)追求的發(fā)展目標(biāo)之一，如何平衡自然資源、人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展逐漸成為生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。人類(lèi)為追求經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展而進(jìn)行高耗能、高污染的資源粗放式、掠奪式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的破壞，環(huán)境污染、水土流失、土壤沙化等問(wèn)題制約著可持續(xù)發(fā)展。Rees和Wackernagel[1]在1996年提出了生態(tài)足跡模型方法，該方法通過(guò)比較一定區(qū)域內(nèi)自然資源的承載能力是否能夠滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)自然資源消耗來(lái)度量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。但生態(tài)足跡模型基于全球尺度度量產(chǎn)量因子和均衡因子，忽略了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性和時(shí)空差異性?；诖?，Zhao等[2]將能值理論引入生態(tài)足跡模型，提出了能值生態(tài)足跡模型。Siche等[3]改進(jìn)了能值生態(tài)足跡模型，將地球能值密度轉(zhuǎn)換成區(qū)域單位，將土壤流失和水資源消耗納入到生態(tài)足跡的計(jì)算中，提高了生物多樣性保護(hù)面積的比例。李文龍等[4]利用區(qū)域能值密度評(píng)估了甘南州高寒牧區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

青藏高原由于具有獨(dú)特的地理區(qū)位和生態(tài)功能，其可持續(xù)發(fā)展一直是生態(tài)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。劉同德[5]將PRED系統(tǒng)修正為SRED系統(tǒng)，構(gòu)建了青藏高原地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展的理論框架，提出了青藏高原區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的模式；付偉[6]利用生態(tài)足跡指數(shù)、萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡指數(shù)和資源福利指數(shù)三種指標(biāo)進(jìn)行了資源貢獻(xiàn)力、資源利用效率、資源可持續(xù)利用狀態(tài)與社會(huì)福利的實(shí)證分析，對(duì)青藏高原地區(qū)的資源可持續(xù)利用進(jìn)行分析；余翠[7]利用能值生態(tài)足跡方法，基于區(qū)域能值密度，評(píng)價(jià)了青藏高原地區(qū)的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。

青海省是青藏高原地區(qū)的重要組成部分，坐落于青藏高原東北部，具有獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)，是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江的源頭區(qū)，但生態(tài)環(huán)境較為脆弱。近年來(lái)，雖然青海省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速加快[8]，但其發(fā)展主要依賴(lài)于對(duì)自然資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，生態(tài)環(huán)境雖局部好轉(zhuǎn)，但整體惡化的趨勢(shì)依然嚴(yán)重[9-10]。本研究基于能值生態(tài)足跡方法分析了青海省生態(tài)承載力和生態(tài)足跡的變化，耦合多種指標(biāo)方法分析青海地區(qū)的資源利用效率以及發(fā)展能力，揭示了青海省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性，以期為提高青藏高原地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，促進(jìn)區(qū)域環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供有益的參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

圖1 研究區(qū)概況Figure 1 Overview of the research area

青海省位于青藏高原東北部 (31°39'-39°19' N，89°35'-103°04' E)(圖1)，是中國(guó)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的重要樞紐，總面積 72.12 × 104km2，占全國(guó)陸地總面積的1/13。全省平均海拔3 500 m以上，屬于典型的高原大陸性氣候，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，寒冷干燥，空氣稀薄，含氧量少 (170～230 g·m-3)，占標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況含氧量 (283.8 g·m-3)的 60%～80%[11]；氣溫地區(qū)分布差異大，年平均氣溫-5.6～8.6 ℃，降水量整體偏少，且由東南部向西部遞減，年降水量17.6～768.4 mm[12]；東部和東南部植被類(lèi)型為森林草原植被，向西分別是草原、高山草甸、高山草原、荒漠[13]；動(dòng)植物資源豐富，特有物種多，如藏羚羊(Pantholops hodgsonii)、雪豹(Panthera uncia)、黑頸鶴(Grus nigricollis)、冬蟲(chóng)夏草(Ophiocordyceps sinensis)、沙棘(Hippophae rhamnoides)等[14]；擁有鹽湖資源、有色金屬、貴金屬資源和非金屬礦產(chǎn)資源等[13]。

2015年全省常住人口588.43萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口295.98萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?0.30%，主要居住著漢族、藏族、回族、土族、撒拉族、蒙古族等民族，其中漢族占全省常住人口的52.29%。藏族、回族、土族、撒拉族和蒙古族分別占全省常住人口的25.23%、14.78%、3.55%、1.93%和1.80%，形成了青海多元的民族文化。2015年全省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)2 417.05億元，比2014年增長(zhǎng)8.2%；分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)增加值為208.93億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值為1 207.31億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值為1 000.81億元；第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率分別為4.90%、60.40%、34.70%，三大產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?.6∶50∶41.4；全年人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值41 252元，比2014年增長(zhǎng)了7.2%。

本研究所需的高程數(shù)據(jù)來(lái)源于“地理空間數(shù)據(jù)云 (http://www.gscloud.cn)”，空間分辨率為 30 m，用于提取研究區(qū)的平均海拔和估算研究區(qū)的太陽(yáng)輻射能。統(tǒng)計(jì)資料主要來(lái)源于2005-2014年的《青海統(tǒng)計(jì)年鑒》和“青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:/www.tpedatabase.cn)”。5種可再生能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢(shì)能、地球旋轉(zhuǎn)能)的太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)化率、各種資源的能值折算系數(shù)和太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)換率來(lái)自于實(shí)際研究區(qū)背景的區(qū)域指標(biāo)折算[7,15-21]。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于“中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心(http://www.cma.gov.cn)”2005-2014年青藏高原及周邊154個(gè)氣象臺(tái)站的降水量和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，利用專(zhuān)業(yè)氣候數(shù)據(jù)插值軟件ANUSPLIN進(jìn)行處理，得到研究區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)和平均風(fēng)速數(shù)據(jù)。

2 研究方法

本研究采用能值生態(tài)足跡模型，基于區(qū)域能值密度計(jì)算青海地區(qū)的生態(tài)承載力和生態(tài)足跡指數(shù)，分析青海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；結(jié)合萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡指數(shù)、生態(tài)足跡多樣性指數(shù)、發(fā)展能力指數(shù)分析青海地區(qū)資源利用效率和土地利用類(lèi)型的變化，揭示了發(fā)展能力與生態(tài)足跡和生態(tài)足跡多樣性之間的關(guān)系；運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)和SLOPE趨勢(shì)分析，揭示研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展的空間分布及其變化。

2.1 生態(tài)承載力的計(jì)算

自然資源包括可再生資源和不可再生資源，能值理論認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展真正依賴(lài)的是可再生資源，只有利用可再生資源，區(qū)域發(fā)展才具有可持續(xù)性。因此，本研究考慮了太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢(shì)能和地球旋轉(zhuǎn)能5種可再生能源的計(jì)算，由于雨水勢(shì)能、雨水化學(xué)能和風(fēng)能其實(shí)質(zhì)是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，在計(jì)算區(qū)域總能值時(shí)，這3種能量和太陽(yáng)能只取其最大值與地球旋轉(zhuǎn)能求和[22-23]?？稍偕Y源的能值計(jì)算公式[21,24-26]如下：

式中：WE，風(fēng)能；SA，研究區(qū)面積(m2)；AD，空氣密度(kg·m-3)；k，阻力系數(shù)；WS，平均風(fēng)速(m·s-1)；RE，雨水化學(xué)能；AR，年降水量 (m·a-1)；RD，雨水密度 (kg·m-3)；G，吉布斯自由能 (J·kg-1)；RP，雨水勢(shì)能；H，云層平均海拔高度差(m)；g，重力加速度(m·s-2)；EE，地球旋轉(zhuǎn)能；HF代表熱通量 [J ·(m2·a)-1]。

能值密度表征單位面積能值利用強(qiáng)度。能值生態(tài)足跡模型最初采用全球能值密度，全球能值密度反映的是全球平均能值利用強(qiáng)度，在測(cè)算區(qū)域生態(tài)承載力時(shí)，忽略了區(qū)域生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的復(fù)雜性和空間差異性，無(wú)法反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)供給能力。區(qū)域能值密度能夠反映特定地區(qū)的能值利用強(qiáng)度以及區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際供給能力[4,7]。故本研究計(jì)算生態(tài)承載力和生態(tài)足跡采用了區(qū)域能值密度以使生態(tài)承載力和生態(tài)足跡更具可比性。能值生態(tài)承載力模型計(jì)算公式為：

式中：EC，生態(tài)承載力；ec，人均生態(tài)承載力；e，人均可再生資源能值(sej)；Ei，第i年研究區(qū)區(qū)域總能值(sej)；Si，第i年研究區(qū)區(qū)域土地總面積；N，區(qū)域總?cè)丝冢籶，區(qū)域能值密度 [sej·(m2·a)-1]；12%，扣除的生物多樣性保護(hù)面積；i取值為

2.2 能值生態(tài)足跡的計(jì)算

在計(jì)算能值生態(tài)足跡時(shí)，將可再生資源歸為生物資源賬戶(hù)，包括耕地、林地、草地以及水域；不可再生資源劃分為能源賬戶(hù)和建筑賬戶(hù)，能源賬戶(hù)包括原煤、原油、天然氣等、建筑賬戶(hù)包括水電。本研究將廢棄物納入生態(tài)足跡的計(jì)算中，將能源用地賬戶(hù)和建筑用地賬戶(hù)合為能源賬戶(hù)。因此，本研究計(jì)算的生態(tài)足跡包括生物資源賬戶(hù)，能源賬戶(hù)和廢棄物3種賬戶(hù)。生態(tài)足跡計(jì)算模型為：

式中：EF，生態(tài)足跡；ef，人均生態(tài)足跡；N，區(qū)域總?cè)丝?；ci，第i種資源的人均能值(sej)；ai，第i種資源的人均生態(tài)足跡；p，區(qū)域能值密度 [sej·(m2·a)-1]。

2.3 生態(tài)足跡指數(shù)

在生態(tài)足跡模型中，最初利用生態(tài)盈虧(赤字、盈余)衡量一個(gè)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，吳隆杰[27]提出用生態(tài)足跡指數(shù) (ecological footprint index，EFI)衡量某一區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，解決了生態(tài)盈虧指數(shù)在橫向比較的不合理性，使得不同地區(qū)之間具有可比性。生態(tài)足跡指數(shù)是指生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值占生態(tài)承載力的百分比，度量某一區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，具體計(jì)算公式如下：

式中：EC，生態(tài)承載力；EF，生態(tài)足跡。當(dāng)EFI=0時(shí)，代表不可持續(xù)與可持續(xù)的分界點(diǎn)；當(dāng)EFI＜ 0時(shí)，值越小，代表不可持續(xù)性越強(qiáng)；當(dāng)EFI＞ 0時(shí)，值越大，代表可持續(xù)性越強(qiáng)?？沙掷m(xù)發(fā)展程度分級(jí)[27-28]如表1所列。

2.4 萬(wàn)元 GDP 生態(tài)足跡

萬(wàn)元 GDP生態(tài)足跡 (Ecological Footprint of Ten Thousand Yuan GDP, WEF)指數(shù)能夠反映資源利用效率，是指一個(gè)地區(qū)創(chuàng)造1萬(wàn)元GDP所需要的生態(tài)足跡，其值越大，資源利用效率越低[29-30]，一定程度上可以反映區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與土地利用程度的關(guān)系以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、方式對(duì)土地資源利用率和生物量消費(fèi)的影響[31], 其計(jì)算公式如下：

表1 可持續(xù)性分級(jí)Table 1 Level of sustainability

式中：WEF，萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡；ef，區(qū)域人均生態(tài)足跡；GDP，區(qū)域人均GDP(萬(wàn)元)。

2.5 生態(tài)足跡多樣性指數(shù)

生態(tài)足跡多樣性指數(shù)可以用來(lái)評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。生態(tài)足跡多樣性指數(shù)由豐富度和公平度構(gòu)成，豐富度是指不同土地利用類(lèi)型的生態(tài)足跡分別占總生態(tài)足跡的比例，即生態(tài)足跡對(duì)不同土地的利用情況；公平度是指測(cè)量生態(tài)足跡在不同土地類(lèi)型的分配情況。采用Shannon-Weaver公式[32]計(jì)算生態(tài)足跡多樣性指數(shù):

式中：H，生態(tài)足跡多樣性指數(shù)；pi，第i種土地類(lèi)型足跡在總生態(tài)足跡中所占的比例。

在特定的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中，土地覆蓋類(lèi)型越豐富，生態(tài)足跡在各種土地類(lèi)型中分布越均等，生態(tài)足跡多樣性指數(shù)就越高，生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性也就越強(qiáng)[33-34]。

2.6 發(fā)展能力指數(shù)

發(fā)展能力指數(shù)采用Ulanowicz[35]公式計(jì)算，即生態(tài)足跡多樣性指數(shù)乘以人均生態(tài)足跡。由公式可知，發(fā)展能力指數(shù)揭示了區(qū)域內(nèi)生態(tài)足跡多樣性指數(shù)和人均生態(tài)足跡之間的相關(guān)性[33]。

式中：D，發(fā)展能力指數(shù)；ef，某一區(qū)域的人均生態(tài)足跡。

2.7 趨勢(shì)分析

SLOPE趨勢(shì)分析可直觀反映空間等時(shí)間序列的變化趨勢(shì)。本研究利用SLOPE公式分析了2005-2014年青海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的空間變化趨勢(shì)。SLOPE趨勢(shì)分析公式如下：

式中：S為SLOPE值，Si為可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)值(強(qiáng)可持續(xù) = 1，弱可持續(xù) = 2，不可持續(xù) = 3，嚴(yán)重不可持續(xù) = 4)，i為年。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)承載力和生態(tài)足跡

2005-2014年青海省人均生態(tài)承載力維持在10.26～12.25 hm2，基本保持穩(wěn)定；人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從 2005年的14.05 hm2上升到2013年的42.15 hm2，2014年人均生態(tài)足跡又減少至37.96 hm2。研究時(shí)間尺度內(nèi)青海省人均生態(tài)承載力不足以支撐人均生態(tài)足跡，且人均生態(tài)足跡遠(yuǎn)超出人均生態(tài)承載力范疇(圖2)。

圖2 青海省人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)足跡Figure 2 The per capita ecological carrying capacity and the per capita ecologiacl footprint of Qinghai Province

3.2 生態(tài)足跡指數(shù)

2005-2014年青海省生態(tài)足跡指數(shù)均小于0，且呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明可持續(xù)性在逐年減弱 (圖3)。根據(jù)可持續(xù)性分級(jí)(表1)可知，2005-2014年青海省均處于不可持續(xù)狀態(tài)，其中2010-2014年處于嚴(yán)重不可持續(xù)狀態(tài)。進(jìn)一步說(shuō)明了生態(tài)足跡的增長(zhǎng)已經(jīng)嚴(yán)重超出了生態(tài)承載力的范疇。

圖3 青海省萬(wàn)元 GDP 生態(tài)足跡Figure 3 Ecological Footprint of ten thousand GDP in Qinghai Province

3.3 萬(wàn)元 GDP 生態(tài)足跡

2005-2014年青海省萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)(圖4)，由2005年的14.04 hm2下降到 2010年的 10.67 hm2，2011年又回升到 12.93 hm2，之后一直下降到2014年的9.61 hm2，年均下降0.44 hm2；而青海省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值持續(xù)增長(zhǎng)，從2005年的543.32億元增加到2014年的2 303.32億元，年均增長(zhǎng)176億元。反映出青海省經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，資源利用效率在不斷提升，單位土地面積上的生產(chǎn)效率不斷提高(圖4)。

圖4 青海省生態(tài)足跡指數(shù)Figure 4 Ecological Footprint Index of Qinghai Province

3.4 生態(tài)足跡多樣性指數(shù)

青海省生態(tài)足跡多樣性指數(shù)10年內(nèi)呈下降趨勢(shì)，從2005年的1.34下降到2014年的0.97，表明生態(tài)足跡的多樣性減少；其中2005-2010年下降趨勢(shì)比較緩慢，2010-2011年有一個(gè)迅速下降的過(guò)程，2011年之后下降趨勢(shì)再次變緩(圖5)。

圖5 青海省生態(tài)足跡多樣性Figure 5 Ecological footprint diversity of Qinghai Province

3.5 發(fā)展能力指數(shù)

2005-2014年青海省的發(fā)展能力指數(shù)呈上升的趨勢(shì) (圖6)，由 2005年的18.77上升到 2013年的41.92，2014年下降為36.81。單一的發(fā)展能力指數(shù)說(shuō)明青海省經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力逐漸增強(qiáng)，但結(jié)合青海省目前處于嚴(yán)重不可持續(xù)狀態(tài)(圖1)，綜合反映出青海省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依賴(lài)于對(duì)各種自然資源和能源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和消耗，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式不可持續(xù)。

圖6 青海省發(fā)展能力Figure 6 Developmeny capability of Qinghai Province

3.6 研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)空間變化

為了進(jìn)一步分析研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展的空間差異性及其變化，分別計(jì)算了2005-2014年青海省各縣的生態(tài)足跡指數(shù)，根據(jù)可持續(xù)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，確定各縣的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，通過(guò)ARCGIS分析其空間變化，總體來(lái)說(shuō)，研究區(qū)處于不可持續(xù)的區(qū)域主要集中在東部的市區(qū)及其周邊縣域，且范圍區(qū)域在不斷擴(kuò)大(圖7)；2011年之后不可持續(xù)發(fā)展區(qū)域主要呈現(xiàn)由北向東的帶狀分布。時(shí)空分布上，2005年研究區(qū)絕大部分區(qū)域處于強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其中西寧市、門(mén)源縣、化隆縣、大通縣、互助縣、湟源縣、湟中縣、貴德縣、尖扎縣、樂(lè)都縣、平安縣、民和縣、循化縣處于嚴(yán)重不可持續(xù)狀態(tài)，共和縣、貴南縣、同仁縣和同德縣處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其余縣域處于弱可持續(xù)狀態(tài)；2006年自治州直轄市和同仁縣轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，澤庫(kù)縣和海晏縣轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2007年沒(méi)有發(fā)生變化；2008年海晏縣變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，興?？h、剛察縣和河南縣轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2009年格爾木市轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2010年貴南縣和同德縣轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，德令哈市轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2011年剛察縣、共和縣、興?？h和澤庫(kù)縣轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，祁連縣、天峻縣、烏蘭縣、瑪沁縣、班瑪縣、囊謙縣和玉樹(shù)縣轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2012年烏蘭縣轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，稱(chēng)多縣轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2013年都蘭縣、甘德縣轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，格爾木市、河南縣轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；2014年青海省的生態(tài)足跡指數(shù)有所回升，對(duì)應(yīng)的縣域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)有所好轉(zhuǎn)，格爾木市、烏蘭縣和剛察縣由嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，都蘭縣、天峻縣、甘德縣和班瑪縣轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹩沙掷m(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖7 青海省各縣可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)Figure 7 Sustainable development of the state by county

當(dāng)SLOPE ＜ 0時(shí)，表明可持續(xù)狀態(tài)出現(xiàn)惡化，值越大，惡化趨勢(shì)越嚴(yán)重；當(dāng)SLOPE = 0，表明可持續(xù)狀態(tài)未改變；當(dāng)SLOPE ＜ 0時(shí)，表明可持續(xù)狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)。2014-2015年青海地區(qū)的SLOPE ≥0，反映出青海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展壓力增大，可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的惡化趨勢(shì)逐漸加劇(圖8)。10年內(nèi)青海西南部(除格爾木市外)和東部地區(qū)的西寧市及其周邊縣域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)基本未發(fā)生改變，其中西南部長(zhǎng)期處于強(qiáng)可持續(xù)狀態(tài)，東部地區(qū)長(zhǎng)期處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；北部和東南大部分地區(qū)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)持續(xù)惡化，經(jīng)歷了由強(qiáng)可持續(xù)-弱可持續(xù)-不可持續(xù)-嚴(yán)重不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)的變化 (圖7、圖8)。

4 討論

生態(tài)足跡指數(shù)由生態(tài)承載力和生態(tài)足跡決定，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)青海省的生態(tài)承載力基本不變，其生態(tài)足跡指數(shù)的下降是由生態(tài)足跡增長(zhǎng)引起的，表明青海省的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等發(fā)展對(duì)資源消耗量較大且快速增加，對(duì)環(huán)境的壓力日益加劇。

青海省的萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明青海省的資源利用率在不斷提高，但是與國(guó)內(nèi)其他相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)相比，如山西[30]、福建[29]，青海省的萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡仍然處于較高水平，資源利用率還有待提高。

青海省的生態(tài)足跡多樣性呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，表明生態(tài)足跡在土地利用類(lèi)型分配中不均勻性加強(qiáng)，在某一類(lèi)或多類(lèi)土地類(lèi)型中的分配相對(duì)集中，2005-2010年青海省在發(fā)展過(guò)程中對(duì)土地利用主要趨向于建筑用地和能源用地，草地和耕地所占的比例逐漸減小(表2)；2011年以后土地利用更加集中于建筑用地，草地和耕地的比例逐漸趨于穩(wěn)定，土地分布的不均勻性加強(qiáng)，因此，2010-2011年生態(tài)足跡多樣性指數(shù)出現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)，2011年之后下降速度有所減緩。

發(fā)展能力指數(shù)計(jì)算公式反映出發(fā)展能力與生態(tài)足跡以及生態(tài)足跡多樣性指數(shù)均呈正相關(guān)的關(guān)系。青海省的發(fā)展能力指數(shù)的增加是由人均生態(tài)足跡上升引起的，說(shuō)明青海省是以大量的消耗資源來(lái)提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展的(圖2)。青海省的生態(tài)足跡已嚴(yán)重超出了生態(tài)承載力范圍，為了保護(hù)人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)該控制生態(tài)足跡的增加，盡量減少對(duì)資源的消耗和浪費(fèi)；因此，應(yīng)通過(guò)增加青海省土地利用類(lèi)型的種類(lèi)，均等利用各種類(lèi)型的土地資源，提高青海省的發(fā)展能力。

圖8 青海地區(qū)2005-2014年可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)變化趨勢(shì)Figure 8 Trends of Sustainable Development in Qinghai Region change from 2005 to 2014

表2 生態(tài)足跡在各土地利用類(lèi)型中的分配比例Table 2 Distribution ratio of ecological footprint among land use types

青海省東部是以西寧市為中心的農(nóng)業(yè)區(qū)，人口和城鎮(zhèn)化密集，發(fā)展條件更加便利，是工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的核心地區(qū)；西部的柴達(dá)木盆地礦產(chǎn)資源豐富，是青海省主要的工礦區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。有研究表明，以西寧市為中心的東部地區(qū)和以格爾木為中心的柴達(dá)木盆地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高[36]；快速發(fā)展帶來(lái)的人口聚集、資源消耗以及環(huán)境壓力必然導(dǎo)致東部地區(qū)不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的出現(xiàn)。西部和南部均為牧業(yè)區(qū)，南部是全省降水量最大的地區(qū)，也是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，且自然條件惡劣，大部分地區(qū)處于海拔4 000 m以上的高寒地區(qū)，資源開(kāi)發(fā)難度大[36]。這些地區(qū)大部分目前仍處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但囊謙、玉樹(shù)、稱(chēng)多等部分縣已經(jīng)處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

相關(guān)研究表明，國(guó)內(nèi)其他地區(qū)也處于嚴(yán)重的不可持續(xù)狀態(tài)，王志杰和高潔[37]利用能值生態(tài)足跡對(duì)華東地區(qū)、華中地區(qū)及西南地區(qū)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了比較，研究發(fā)現(xiàn)華東地區(qū)生態(tài)超載最為嚴(yán)重，其次是華中地區(qū)和西南地區(qū)。張海瑩[38]、喬衛(wèi)芳和肖春艷[39]研究發(fā)現(xiàn)河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展超過(guò)了自然資源的可承載能力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快的中部和北部地區(qū)不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)更為嚴(yán)重。許靜和孫鈺[40]研究結(jié)果為天津市處于嚴(yán)重的生態(tài)赤字狀態(tài)，2006-2015年生態(tài)環(huán)境處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。趙正等[41]研究發(fā)現(xiàn)北京市具有嚴(yán)重的生態(tài)赤字，生態(tài)負(fù)荷嚴(yán)重超標(biāo)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于嚴(yán)重的不可持續(xù)狀態(tài)。郭文等[42]研究發(fā)現(xiàn)江蘇省生態(tài)壓力指數(shù)增大，超出了極不安全邊界，生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展受到了嚴(yán)重的影響。

青海省依托資源優(yōu)勢(shì)，主要以粗放的、掠奪式的資源消耗為主的工業(yè)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，但高污染、高耗能的工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化，使得青海省的生態(tài)承載力遠(yuǎn)低于生態(tài)足跡，處于不可持續(xù)狀態(tài)。為使青海地區(qū)維持可持續(xù)發(fā)展可以通過(guò)建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制對(duì)生態(tài)受損區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)西部和南部牧業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)和重要生態(tài)功能區(qū)實(shí)施政策補(bǔ)償，通過(guò)政策傾和制定優(yōu)惠措施，以生態(tài)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，激發(fā)該地區(qū)保護(hù)環(huán)境積極性和主動(dòng)性，支持欠發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展生態(tài)型產(chǎn)業(yè)。對(duì)于西部的柴達(dá)木盆地，礦產(chǎn)豐富，可以通過(guò)技術(shù)補(bǔ)償，政府組織開(kāi)展技術(shù)服務(wù)，提供技術(shù)指導(dǎo)，培訓(xùn)技術(shù)人才和管理人才，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，依靠科技進(jìn)步提高資源利用效率，遏制資源浪費(fèi)，最大限度的發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)及其生態(tài)效益。對(duì)于以西寧為中心的東部地區(qū)，由于城市發(fā)展對(duì)生態(tài)的破壞嚴(yán)重，可以實(shí)施資金補(bǔ)償，由政府購(gòu)買(mǎi)生態(tài)效益，財(cái)政部門(mén)可以設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)生態(tài)補(bǔ)償資金，對(duì)于生態(tài)建設(shè)和生態(tài)恢復(fù)以及環(huán)境治理項(xiàng)目提供資金支持和獎(jiǎng)勵(lì)，改善生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)論

研究結(jié)果表明，2005-2014年青海省整體上處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，且處于不可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域面積在不斷擴(kuò)大，主要集中在市區(qū)及其周邊的縣域。

基于能值的生態(tài)足跡模型中考慮了區(qū)域能值密度，可定量反映地區(qū)內(nèi)資源的實(shí)際供給能力和對(duì)資源的實(shí)際消耗，能夠更有效地定量評(píng)估區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

青海省處于不可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，因此通過(guò)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，平衡生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，促進(jìn)該地區(qū)自然-生態(tài)-社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。