西北生態(tài)脆弱地區(qū)甘肅的生態(tài)安全時空演化格局

胡曉芬, 陳興鵬, 逯承鵬, , 龐家幸, 張子龍, 趙林, 薛冰

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西北生態(tài)脆弱地區(qū)甘肅的生態(tài)安全時空演化格局

胡曉芬1, 陳興鵬1, 逯承鵬2,3,1, 龐家幸1, 張子龍1, 趙林4, 薛冰2,3

1. 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/蘭州大學(xué)中國西部循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究中心, 蘭州 730000 2. 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110016 3. 遼寧省環(huán)境計算與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110016 4. 遼寧省大石橋市高級中學(xué), 營口 115100

基于區(qū)域能值密度改進(jìn)的能值-生態(tài)足跡模型, 結(jié)合GIS以甘肅省為例分析了西北生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)安全時空演化格局。結(jié)果表明: 甘肅省的人均生態(tài)赤字呈現(xiàn)波動上升趨勢, 人均生態(tài)赤字從1980年的0.42 hm2·cap-1增加到2015年的4.00 hm2·cap-1, 且以年均6.70%的速度增長, 生態(tài)赤字狀態(tài)在空間上呈現(xiàn)出由中心向兩極擴(kuò)散的演變格局。生態(tài)壓力指數(shù)不斷增大, 生態(tài)安全等級逐漸升高, 近年來生態(tài)安全狀況出現(xiàn)惡化趨勢, 生態(tài)安全問題亟待解決?；谏鲜鼋Y(jié)論從降低人類環(huán)境負(fù)荷和減少化石能源使用量等方面提出了提升生態(tài)安全狀況的對策措施。

生態(tài)安全; 時空格局; 能值-生態(tài)足跡模型; 甘肅省

1 前言

格局與過程是理解和研究地理現(xiàn)象的重要方法, 格局是認(rèn)識世界的表觀, 過程是理解事物變化的機(jī)理, 對不同時空尺度下的地理格局與過程進(jìn)行耦合研究是地理學(xué)綜合研究的重要途徑和方法[1]。當(dāng)前, 生態(tài)安全正在成為可持續(xù)發(fā)展學(xué)科研究的熱點(diǎn)問題[2-3]。國內(nèi)外許多學(xué)者從內(nèi)容和方法上對生態(tài)安全問題進(jìn)行了廣泛的研究, 其內(nèi)容研究集中在生態(tài)風(fēng)險評價、生態(tài)系統(tǒng)健康評價及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價等方面[4], 研究方法主要包括數(shù)學(xué)模型法、生態(tài)模型法、景觀模型法、數(shù)學(xué)地面模型法、生態(tài)足跡模型等[5]。而基于能值理論改進(jìn)的生態(tài)足跡模型彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的不穩(wěn)定性, 計算結(jié)果更加精確可靠, 更能真實(shí)地反映出區(qū)域生態(tài)安全狀況[6]。甘肅省作為國家“兩屏三帶”生態(tài)安全屏障的重要組成部分, 在維護(hù)國家生態(tài)安全中具有重要地位, 特殊的地理位置決定了甘肅省生態(tài)環(huán)境具有原生脆弱性[7], 其生態(tài)安全狀況不僅影響到西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施, 而且影響著黃河下游的安全問題[8]。因此, 本文從能值密度著手進(jìn)一步改進(jìn)能值-生態(tài)模型, 對現(xiàn)有生態(tài)安全評價指標(biāo)中的生態(tài)赤字指標(biāo)進(jìn)行完善, 提出生態(tài)軟赤字和生態(tài)硬赤字指標(biāo), 并將生態(tài)壓力指數(shù)指標(biāo)根據(jù)計算方法不同分為生態(tài)壓力指數(shù)和生物質(zhì)壓力指數(shù), 擬定兩種相應(yīng)的生態(tài)壓力等級, 結(jié)合GIS軟件, 開展甘肅省生態(tài)安全時空演化格局研究, 以期為西北生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 研究方法

2.1 能值-生態(tài)足跡模型

2.1.1 能值分析與生態(tài)足跡理論

傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法將一個地區(qū)或國家人類社會經(jīng)濟(jì)活動對環(huán)境的需求根據(jù)全球平均產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的面積需求[9], 并與該地區(qū)自己所擁有的生態(tài)能力(生態(tài)承載力)進(jìn)行比較, 進(jìn)而判斷該國家或地區(qū)的發(fā)展是否處于生態(tài)承載力的范圍內(nèi)。但由于傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法所采用的全球平均生產(chǎn)能力、產(chǎn)量因子等參數(shù)忽視了土地功能復(fù)雜性與區(qū)域功能差異性, 導(dǎo)致計算結(jié)果與實(shí)際情況產(chǎn)生較大誤差[10]。能值分析方法是以能值為量綱, 把生態(tài)系統(tǒng)中不同種類、不可比較的能量、物質(zhì)、商品、勞務(wù)和服務(wù)等通過能值轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的太陽能值來衡量和分析, 從而可以架起定量分析自然和人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、資源與環(huán)境的真實(shí)價值以及它們之間的關(guān)系橋梁[11-13]。能值-生態(tài)足跡模型是將傳統(tǒng)的生態(tài)足跡方法與能值分析方法相結(jié)合, 可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)生態(tài)足跡計算中所采用的標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一、不同研究結(jié)果缺乏可比性等缺陷, 使計算結(jié)果能更客觀真實(shí)地反映研究區(qū)域生態(tài)安全狀況[14]。

2.1.2 能值分析與生態(tài)足跡結(jié)合的橋梁: 能值密度

能值生態(tài)足跡方法與傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法不同點(diǎn)在于它開始于系統(tǒng)的能量流[15], 通過能量流和能值分析, 將能量需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地面積, 能值密度則成為其溝通結(jié)合的橋梁, 通過計算能值密度使能量需求轉(zhuǎn)化成生物生產(chǎn)性土地面積, Zhao[16]最初將生態(tài)足跡計算中能值密度用區(qū)域能值密度表示, 生態(tài)承載力計算中能值密度用全球平均能值密度表示。區(qū)域能值密度為區(qū)域可更新資源能值密度, 即為區(qū)域可更新資源能值/區(qū)域土地面積, 全球平均能值密度為全球可更新資源能值密度, 即為全球可更新資源能值/全球土地面積。可更新資源能值的計算包括以下幾部分: 太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和地球旋轉(zhuǎn)能中人類直接或間接利用量。為了避免重復(fù)計算, 根據(jù)能值理論, 在同一性質(zhì)的能量中, 只選取其中的最大值。本文中能值密度的計算包括生態(tài)承載力計算部分區(qū)域能值密度(P)和生態(tài)足跡計算部分區(qū)域能值密度(P)兩種能值密度。

2.1.3 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計算

基于提供人類使用的可更新資源的生物生產(chǎn)性土地面積與吸收二氧化碳廢棄物的需求將資源產(chǎn)品年消耗項(xiàng)目劃分為生物質(zhì)資源和化石能源兩大類, 相對應(yīng)的計算得出生物質(zhì)能值足跡和化石能源能值足跡。生物質(zhì)能值足跡包括耕地足跡、牧草地足跡、林地足跡、水域足跡和建筑用地足跡等, 其中, 耕地足跡由農(nóng)產(chǎn)品(稻谷、小麥、玉米、薯類、油料、甜菜、棉花、中藥材)消耗項(xiàng)目計算組成, 牧草地足跡由動物產(chǎn)品(豬肉、牛肉、羊肉、牛奶和羊毛)消耗項(xiàng)目計算組成, 林地足跡由林產(chǎn)品(木材、水果)消耗項(xiàng)目計算組成, 水域足跡由水產(chǎn)品消耗項(xiàng)目計算組成, 建筑用地足跡由電力消耗項(xiàng)目計算組成?；茉从玫刈阚E包括化石燃料用地, 主要由煤炭、原油、天然氣、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油[25]等消耗項(xiàng)目計算組成。改進(jìn)后的能值生態(tài)足跡的計算公式為:

式中,為能值生態(tài)足跡(hm2),為人口數(shù)(cap),ef為人均生物質(zhì)能值生態(tài)足跡(hm2·cap-1),ef為人均化石能源能值生態(tài)足跡(hm2·cap-1);c為第種生物質(zhì)資源的人均能值(單位: sej·cap-1),c為第種化石能源資源的人均能值(單位: sej·cap-1);P為區(qū)域可更新資源能值密度(單位: sej·hm-2), 即P=區(qū)域總能值/區(qū)域面積;P為區(qū)域自然資源能值密度(單位: sej·hm-2), 即P=區(qū)域總能值/區(qū)域面積?？筛沦Y源的計算包括太陽輻射能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和地球旋轉(zhuǎn)能這5種可更新資源的能值。為避免重復(fù)計算, 取可更新資源能值中的太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能和雨水勢能中最大的一項(xiàng)與地球旋轉(zhuǎn)能相加作為可更新資源能值, 計算區(qū)域可更新資源能值密度。

能值生態(tài)承載力主要考慮可更新資源對人類活動的支撐能力, 改進(jìn)后的能值生態(tài)承載力的計算公式為:

2.2 生態(tài)安全評價指標(biāo)

2.2.1 生態(tài)赤字(盈余)

(1)生態(tài)赤字/盈余。能值生態(tài)足跡和能值生態(tài)承載力的比較結(jié)果反映的是社會發(fā)展所耗費(fèi)的自然資源與自然生態(tài)系統(tǒng)可提供資源的定量關(guān)系。當(dāng)一個地區(qū)<, 表明該地區(qū)處于生態(tài)赤字狀態(tài); 反之, 則處于生態(tài)盈余狀態(tài)。具體計算公式為:

式中,為能值生態(tài)赤字/盈余(hm2),為人均能值生態(tài)承載力(hm2·cap-1),為人均能值生態(tài)足跡(hm2·cap-1)。當(dāng)為負(fù)時, 表示人均能值生態(tài)承載力供給小于需求, 稱之為生態(tài)赤字;為正時, 表示人均能值生態(tài)承載力的供給大于需求, 即為生態(tài)盈余。為零時, 表示人均能值生態(tài)承載力供給等于需求, 處于生態(tài)平衡狀態(tài)。

(2)生物質(zhì)赤字/盈余。生物質(zhì)赤字/盈余為生物質(zhì)足跡和生態(tài)承載力的比較結(jié)果, 當(dāng)一個地區(qū)<Eef, 表明該地區(qū)處于生物質(zhì)赤字; 反之, 則處于生物質(zhì)盈余狀態(tài)。具體計算公式為:

式中,′為生物質(zhì)赤字/盈余(hm2),為人均能值生態(tài)承載力(hm2·cap-1),ef為人均生物質(zhì)足跡(hm2·cap-1)。當(dāng)′為負(fù)時, 表示為生物質(zhì)赤字;為正時, 表示為生物質(zhì)盈余。

(3)生態(tài)軟赤字及生態(tài)硬赤字。根據(jù)區(qū)域可更新資源的承載能力, 生態(tài)赤字被細(xì)分為生態(tài)軟赤字與生態(tài)硬赤字。生態(tài)軟赤字是指生態(tài)承載力大于其生物質(zhì)足跡, 即是生物質(zhì)盈余的, 但生物質(zhì)盈余幅度不足以完全吸納二氧化碳排放的情形, 即<0, 且′>0。生態(tài)硬赤字是指生物承載力不僅不能滿足二氧化碳吸納的需求, 甚至不能滿足生物質(zhì)資源消費(fèi), 存在生物質(zhì)足跡赤字的情形, 即<0, 且′<0。

2.2.2 生態(tài)壓力指數(shù)

生態(tài)壓力指數(shù), 又稱為生態(tài)足跡強(qiáng)度指數(shù), 指一個國家或地區(qū)單位生態(tài)承載面積上的生態(tài)足跡[26-27], 該指數(shù)代表了一個區(qū)域環(huán)境所承受壓力的程度。其計算公式為:

式中,為生態(tài)壓力指數(shù),為能值生態(tài)足跡,為能值生態(tài)承載力。由于>0且>0, 當(dāng)0＜＜1, 即＜時, 生態(tài)資源的供給大于需求, 區(qū)域承受的壓力小; 當(dāng)＞1, 即＞時, 區(qū)域生態(tài)資源供給小于需求, 則該地區(qū)的生態(tài)安全受到威脅, 且與1相差越大, 生態(tài)不安全程度就越大。

2.2.3 生態(tài)安全評價指標(biāo)等級劃分

為了更好的體現(xiàn)生態(tài)壓力指數(shù)指標(biāo)在生態(tài)安全上的應(yīng)用, 需要對生態(tài)壓力指數(shù)指標(biāo)范圍進(jìn)行等級劃分。顯然, 生態(tài)壓力越大, 生態(tài)安全程度越低, 但其閾值的確定具有一定的難度。根據(jù)甘肅省生態(tài)壓力指數(shù)頻率分布規(guī)律(圖1), 確定甘肅省主要生態(tài)安全區(qū)間, 并制定生態(tài)安全評價指標(biāo)與等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

3 結(jié)果與分析

3.1 人均能值生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析

3.1.1 人均能值生態(tài)足跡分析

為便于結(jié)果更客觀的與其他地區(qū)進(jìn)行比較, 本文主要針對人均指標(biāo)進(jìn)行分析。由圖 2可知, 研究期內(nèi)甘肅省人均能值生態(tài)足跡總體上呈波動上升趨勢, 最低值為1981年的1.81 hm2·cap-1, 最高值為2015年的5.58 hm2·cap-1, 年均增長率為2.95%, 其中出現(xiàn)3個峰值, 分別為1997年的3.4 hm2·cap-1,2009年的4.98 hm2·cap-1和2015年的5.58 hm2·cap-1,其原因主要是與這3年出現(xiàn)降雨量低值造成可更新資源能值密度的變化、人口變化及資源消耗量的變化有關(guān)。從人均能值生態(tài)足跡構(gòu)成上來看(圖3), 化石能源能值足跡的比重逐漸降低, 生物質(zhì)能值足跡的比重則快速上升, 其中, 各類消費(fèi)項(xiàng)目人均能值足跡構(gòu)成大小順序從1980年的化石能源用地>牧草地>耕地>建筑用地>林地>水域到2015年的牧草地>建筑用地>化石能源用地>耕地>林地>水域。反應(yīng)出甘肅省多年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與節(jié)能減排有明顯的效果。

3.1.2 人均能值生態(tài)承載力分析

由圖4可知, 1980—2015年間甘肅省人均能值生態(tài)承載力在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)波動變化的狀態(tài), 其平均人均承載力為1.69 hm2·cap-1, 最大值為1983年的2.13 hm2·cap-1, 最小值為1997年的1.18 hm2·cap-1, 1997年為最小峰值。從人均能值生態(tài)承載力線性趨勢可以看出, 總體呈現(xiàn)下降趨勢, 變化趨勢不明顯。甘肅省近年來通過積極實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)取得了一定的成效, 如培育森林、治理草原、恢復(fù)荒漠、保護(hù)濕地、改良農(nóng)田及防治水土流失等, 在人口不斷增長情況下, 保持人均生態(tài)承載力基本穩(wěn)定。

3.2 生態(tài)安全時空格局演化分析

3.2.1 人均生態(tài)赤字/盈余分析

從時間序列來看(圖5), 除1981年和1983年略有盈余, 甘肅省的人均生態(tài)赤字呈現(xiàn)波動上升趨勢, 人均赤字從1980年的0.42 hm2·cap-1增加到2015年的4.00 hm2·cap-1, 且以年均6.70%的速度增長。其中, 2000—2015年增幅較大, 達(dá)到10.44%。1991年之前和1993年, 甘肅省處于生物質(zhì)盈余狀態(tài), 其他年份處于生物質(zhì)赤字狀態(tài)?？傮w來看, 人均生物質(zhì)赤字呈現(xiàn)波動上升趨勢, 1995—2015年增幅較大, 年均增速達(dá)到26.73%。1980、1982、1984—1990及1993年甘肅省處于生態(tài)軟赤字狀態(tài), 說明區(qū)域生態(tài)承載力能夠供給區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的可再生資源, 但不足以吸納人類活動所產(chǎn)生的二氧化碳; 1992及1994—2015年, 甘肅省處于生態(tài)硬赤字狀態(tài), 說明區(qū)域生態(tài)承載力不能夠滿足區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的再生能源也不能吸納人類活動所排放的二氧化碳, 生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重超載, 生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不安全狀態(tài)。

圖1 甘肅省生態(tài)壓力指數(shù)頻率分布直方圖

表1 生態(tài)安全等級和生態(tài)安全預(yù)警等級劃分

從空間格局來看(圖6), 1980—2015年甘肅省生態(tài)赤字狀態(tài)嚴(yán)峻程度呈現(xiàn)從中間向兩極擴(kuò)散的趨勢, 生態(tài)盈余城市逐漸減少, 生態(tài)硬赤字城市逐漸增多。其中, 2015年生態(tài)赤字形勢最為嚴(yán)峻, 蘭州、白銀、臨夏、武威、金昌、平?jīng)黾凹斡P(guān)處于生態(tài)硬赤字狀態(tài), 張掖、定西、天水和慶陽處于生態(tài)軟赤字狀態(tài), 與甘肅省“一體兩翼”的工業(yè)空間布局基本吻合。甘肅省的生態(tài)赤字主要是由于生態(tài)足跡的增加所引起的, 而生態(tài)足跡的增加又主要是由化石能源消耗量的增加和人口增長所導(dǎo)致的, 必要從降低人類負(fù)荷和減少化石能源的使用量采取相應(yīng)的措施。

3.2.2 生態(tài)壓力指數(shù)分析

由圖7可知, 1980—2015年, 甘肅省生態(tài)壓力指數(shù)呈波動上升趨勢, 從1981年的0.93增加到2015年的3.52, 年均增速為3.99%, 生態(tài)壓力持續(xù)增大。根據(jù)表1, 1981、1983—1985年生態(tài)等級為較安全(生態(tài)安全2級, 無警), 1980、1982和1986—2000年生態(tài)等級稍不安全(生態(tài)安全3級, 輕警), 2001—2013年生態(tài)等級為較不安全(生態(tài)安全4級, 中警), 2014和2015兩年生態(tài)安全等級最高, 生態(tài)預(yù)警達(dá)到重警等級(1997年與2009年數(shù)值波動較大, 為誤差導(dǎo)致, 此處不予考慮)。上述研究結(jié)果表明甘肅省生態(tài)安全狀態(tài)呈不斷惡化趨勢, 生態(tài)安全亟待解決。

圖2 甘肅省1980—2015年各消費(fèi)項(xiàng)目的人均能值生態(tài)足跡

圖3 甘肅省1980年、2015年各消費(fèi)項(xiàng)目的人均能值生態(tài)足跡構(gòu)成圖

圖4 甘肅省1980—2015年人均能值生態(tài)承載力

圖5 甘肅省1980—2015年人均生態(tài)赤字/盈余

4 結(jié)論與討論

本研究基于能值理論改進(jìn)后的生態(tài)足跡模型, 以甘肅省為例, 深入研究西北生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)及其時空格局演化過程與特征, 能夠?yàn)槲鞅鄙鷳B(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。主要結(jié)論: 1)從演變過程來看, 研究期內(nèi)甘肅省人均能值生態(tài)足跡總體上呈波動上升趨勢, 而人均能值生態(tài)承載力總體呈現(xiàn)緩慢下降趨勢, 總體來看, 甘肅省處于人均生態(tài)赤字狀態(tài), 并且呈現(xiàn)波動上升趨勢。2)從空間格局來看, 甘肅省生態(tài)安全呈現(xiàn)從中間向兩極擴(kuò)散的演變格局, 生態(tài)盈余城市逐漸減少, 生態(tài)硬赤字城市逐漸增多, 并且與甘肅省“一體兩翼”的工業(yè)空間布局基本吻合。3)甘肅省生態(tài)壓力指數(shù)不斷增大, 生態(tài)安全等級不斷提高, 生態(tài)安全形勢呈現(xiàn)惡化趨勢, 生態(tài)安全問題亟待解決。

從總體上看, 基于能值生態(tài)足跡改進(jìn)模型更客觀地體現(xiàn)了區(qū)域的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力, 更真實(shí)地反映了區(qū)域發(fā)展模式下對資源的需求和消耗及對廢棄物的消納能力, 從而能更好地反映區(qū)域生態(tài)安全狀況, 可為生態(tài)文明建設(shè)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展決策提供參考。但是, 不足之處在于現(xiàn)有能值生態(tài)足跡模型中可更新資源能值和能值密度的計算沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算結(jié)果出現(xiàn)差距。生態(tài)安全評價指標(biāo)中, 對評價指標(biāo)等級劃分的研究較少, 現(xiàn)有的指標(biāo)等級不能反映區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)真實(shí)水平, 本文提出根據(jù)區(qū)域指標(biāo)頻率分布直方圖劃分指標(biāo)等級的方法具有一定的參考性。

圖6 甘肅省生態(tài)赤字/盈余空間格局演變

圖7 甘肅省1980—2015年生態(tài)壓力指數(shù)

[1] 傅伯杰. 地理學(xué)綜合研究的途徑與方法: 格局與過程耦合[J]. 地理學(xué)報, 2014, 69(3): 1052–1059.

[2] 姚羅蘭, 帥紅, 李魁明. 湖南生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)土地生態(tài)安全評價[J]. 湖南生態(tài)科學(xué)學(xué)報, 2015, 2(3): 5–10.

[3] 鹿晨昱,馬忠,張子龍, 等. 基于元指標(biāo)理論的慶陽區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2012, 31(1): 63–69.

[4] 龐雅頌, 王琳. 區(qū)域生態(tài)安全評價方法綜述[J]. 中國人口資源與環(huán)境, 2014, 24(3): 340–344.

[5] 朱莉莎, 趙先貴. 基于能值生態(tài)足跡模型的四川省生態(tài)安全評價與預(yù)測[J]. 中國人口資源與環(huán)境, 2012, 22(5): 78–82.

[6] 楊青, 逯承鵬, 周鋒. 基于能值-生態(tài)足跡模型的東北老工業(yè)基地生態(tài)安全評價——以遼寧為例[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2016, 27(5):1594–1602.

[7] 趙雪雁. 甘肅省生態(tài)承載力評價[J]. 干旱區(qū)研究, 2006, 23(3): 506–512.

[8] 侯慶春, 韓蕊蓮. 黃土高原植被建設(shè)中的有關(guān)問題[J]. 水土保持通報, 2000, 20(2): 53–56.

[9] WACKEMAGEL M, YOUNT J D．The ecological footprint: An indicator of progress toward regional sustainability[J]. Environmental Monitoring and Assessment,1998, 51(1): 511–529.

[10] ERB K H. Actual land demand of Austria 1926－2000: A variation on ecological footprint assessments[J]. Land Use Policy, 2004, 21(13): 247–259.

[11] 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.

[12] 薛冰, 李春榮, 任婉俠, 等. 能值理論在農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用與展望[J]. 生態(tài)科學(xué), 2013, 32(01): 126–132.

[13] 張芳怡, 濮勵杰, 張健. 基于能值分析理論的生態(tài)足跡模型及應(yīng)用[J]. 自然資源學(xué)報, 2006, 21(4): 653– 660.

[14] 趙雪雁, 劉霜, 趙海莉. 基于能值理論的生態(tài)足跡在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價中的應(yīng)用[J]. 干旱區(qū)研究, 2011, 3(28): 524–531.

[15] 劉淼, 胡遠(yuǎn)滿, 常禹, 等. 基于能值理論的生態(tài)足跡方法改進(jìn)[J]. 自然資源學(xué)報, 2008, 23(3): 447–457.

[16] ZHAO S, LI Z, LI W. A modified method of ecological footprint calculation and its application[J]. Ecological Modelling, 2005, 185(1): 65–75.

[17] 王明全, 王金達(dá), 劉景雙, 等. 基于能值的生態(tài)足跡方法在黑龍江和云南二省中的應(yīng)用與分析[J]. 自然資源學(xué)報, 2009, 24(1): 447–457.

[18] 劉志杰, 陳克龍, 趙志強(qiáng), 等. 基于能值理論的西寧市生態(tài)足跡分析[J]. 國土與自然資源研究, 2011, 11(1): 5–7.

[19] 楚芳芳, 蔣滌非. 基于能值改進(jìn)生態(tài)足跡的長株潭城市群可持續(xù)發(fā)展研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2012, 21(2) : 145–150.

[20] 張雪花, 李建, 張宏偉．基于能值—生態(tài)足跡整合模型的城市生態(tài)性評價方法研究——以天津市為例[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2011, 47 (2): 344–352.

[21] 趙志強(qiáng), 高江波, 李雙成, 等. 基于能值改進(jìn)生態(tài)足跡模型的廣東省1978-2006年生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2009, 45(5): 861–867.

[22] 高陽, 馮喆, 王羊, 等. 基于能值改進(jìn)生態(tài)足跡模型的全國省區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析[J]. 北京大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2011, 47(6):1089–1096.

[23] ODUM H T, BROWN M T, WILLIAMS S B. Handbook of emergy evaluations [M]. Florida, Gainesville USA: University of Florida, 2000.

[24] 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[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(7): 1725–1733.

[25] 孫遜, 成洪山, 陳章和. 基于生態(tài)足跡模型的城市可持續(xù)發(fā)展定量評估與預(yù)測[J].生態(tài)科學(xué), 2007, 26(4): 343– 350.

[26] 劉晶. 基于能值-生態(tài)足跡模型的吉林省生態(tài)安全研究[D]. 吉林大學(xué), 2008.

[27] 趙先貴, 肖玲, 馬彩虹, 等. 基于生態(tài)足跡的可持續(xù)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(6): 1202– 1207.

胡曉芬, 陳興鵬, 逯承鵬, 等. 西北生態(tài)脆弱地區(qū)甘肅的生態(tài)安全時空演化格局[J]. 生態(tài)科學(xué), 2017, 36(6): 165-172.

HU Xiaofen, CHEN Xingpeng, LU Chengpeng, et al. Spatial and temporal evolution of ecological security in northwest ecologically fragile areas in Gansu province[J]. Ecological Science, 2017, 36(6): 165-172.

Spatial and temporal evolution of ecological security in northwest ecologically fragile areasin Gansu province

HU Xiaofen1, CHEN Xingpeng1, LU Chengpeng2,3,*, PANG Jiaxing1, ZHANG Zilong1, ZHAO Lin4, XUE Bing2,3

1. College of Earth and Environmental Sciences/Institute for Circular Economy in Western China, Lanzhou University, Lan-zhou 730000, China 2. Key Laboratory of Pollution Ecology and Environmental Engineering, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China 3. Key Lab for Environment Computation and Sustainability of Liaoning Province, Shenyang, 10016, China 4. Dashiqiao Senior High School of Liaoning, Yinkou 115100, China

Based on the improved emergy-ecological footprint model by regional energy densitythe paper analyzed the spatial and temporal evolution of ecological security in northwest ecologically fragile areas by taking Gansu province as an example using the GIS. The results show thatthe per capita ecological deficit appeared a rising trend in Gansu province, with the average annual growth rate of 6.70%, and it increased from 0.42 hm2·cap-1in 1980 to 4.00 hm2·cap-1in 2015, which showedthe evolution pattern from the middle to the two poles in space. The ecological tension index increased gradually, and the ecological security levels kept raising. The ecological security situation became worse, so the ecological security issues needed to be solved. Finally, some countermeasures to improve the ecological security were put forward from the aspects of reducing human environmental load and reducing the use of fossil energy.

ecological security; space-time pattern; emergy-ecological footprint model; Gansu province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.06.023

Q948.1, X835

A

1008-8873(2017)06-165-08

2016-11-15;

2017-11-02

國家自然科學(xué)基金(41701142, 41471462, 41471116); 中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(2016181); 遼寧省自然科學(xué)基金(201602743, 20170540898)

胡曉芬(1985—), 女, 博士研究生, 主要研究方向?yàn)檠h(huán)經(jīng)濟(jì)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展, E-mail:hxfzx@163.com

逯承鵬(1984—), 男, 博士, 助理研究員, 主要從事產(chǎn)業(yè)生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展研究, E-mail: luchp@iae.ac.cn