刘家峡库区生态承载力研究

何有华，景凌云，2，张晓虹，刘 敏

(1.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730020；2.兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070)

传统的水土保持流域治理规划是以当地常住人口基数为基准，以满足将来某一时段内人们最基本的粮食需求为出发点，规划配置水土流失防治措施体系。但随着经济社会的发展，区域农业经济产业化布局和专业化生产趋势越来越明显，人口的流动和物资的流通性越来越强，不应再以当地粮食的自给自足为目标进行水土保持措施配置，以当地常住人口口粮自给自足为目标的水土流失治理规划方法已经不能适应经济社会发展的需要，而应将提高生态承载力作为水土保持流域规划的主要目标[1]，这就首先需要弄清该区域生态承载力的基本情况[1-2]。刘家峡库区自然禀赋差，水土流失不仅成为限制当地经济社会可持续发展的重要因素，而且对刘家峡水库也造成了严重的淤积，研究刘家峡库区生态承载力现状，可对库区水土保持综合治理措施配置提供直接的理论依据。

1 研究区概况

刘家峡库区地理坐标102°44′10″～103°38′40″ E，35°33′09″～36°09′20″ N，在行政区划上分属甘肃临夏回族自治州永靖、东乡、积石山、临夏4县管辖，库区总土地面积约298 660 hm2，研究范围不包括水库淹没区，并按水系相对完整、便于管理的原则，将库区划分为53条小流域。在气候带上属温带半干旱气候，多年平均降水量300～550 mm，南部较湿润，北部多旱灾。在地貌类型上属黄土高原丘陵沟壑区，其中，库区北部的永靖县和东乡县属黄土高原丘陵沟壑区第5副区(丘五区)，库区南部积石山县和临夏县属黄土高原丘陵沟壑区第4副区(丘四区)。由于受黄河及其支流的切割，区内形成了梁峁起伏、沟壑纵横、沟梁交错的地貌景观。库区各小流域沟壑密度在1.2～2.9 km/km2，地形破碎，坡陡沟深，土地利用难度大，未利用的荒山荒沟占土地总面积的52.29%。坡耕地面积占耕地总面积的50.35%，且道路难行，耕作难度大。库区植被类型属草原和荒漠草原，种类贫乏、覆盖度低，水土流失严重，平均土壤侵蚀模数约6 000 t/(km2·a)。库区内居住着汉族、回族、东乡族、撒拉族、藏族、保安族、土族7个民族约52万人，其中农业人口48.72万人，平均人口密度173人/km2，自然条件及农业生产条件相对优越的河谷阶地和西南山地人口密度大，人均耕地面积少，而北部干旱山区因生存条件差，人口稀少[3]。

2 研究方法

以小流域为单元，采用1∶10 000航摄地形图对研究区域土地利用现状进行现场调绘后，使用ArcView 3.0软件进行图斑处理量算统计，得出各流域土地利用现状表。以土地利用现状为基础，以生态承载力理论为指导，以生态弹性度、资源承载指数、承载饱和度为评价指标，对研究区域的生态承载力进行分析评价，并分别在库区南部和北部选择三坪沟和碾子沟2个典型小流域，对生态承载力有关指标进行对比分析。各评价指标表达式如公式(1)～(4)。

(1)

式中，E为生态弹性度大小；Si为土地利用类型i所占面积比例；Pi为土地利用类型i的弹性分值；Di为多样性指数；n为土地利用类型数目。E越大，表示系统的生态弹性限度越高[4-5]。

(2)

资源是一个相对广泛的概念，在通常情况下，影响一个地区发展的主要资源包括土地资源、水资源等。一般通过计算资源承载压力度来反映，其表达式为：

CCPSres=Pt×(Qtres/Qsres)

(3)

式中，CCPSres为以人口表示的R资源承载压力度，Qtres为资源实有量，Qsres为标准人均R资源占有量，Pt为区域实际人口数[4]。

CCFres=1-(Qtres/Qsres)/Pt

(4)

式中，CCFres为承载饱和度。

计算出上述指标后，分别与表1中数值对照，判定分析各项指标所处状态[4]。

表1 生态承载力综合评价及生态承载饱和度分级

3 结果与分析

3.1生态弹性度计算分析

3.1.1弹性分值的确定 根据研究区土地利用现状，将研究区土地利用类型分为6类，分别是林地、栽培草地、梯田、坡耕地、村庄道路、荒山荒沟，依据不同土地利用类型对生态弹性度的贡献率又分为重要性、中间型、威胁型3大类。在调查库区实际状况条件下，对各土地利用类型i的弹性分值(Pi)进行赋值[6](表2)。

表2 生态弹性度Pi值分类

3.1.2土地利用现状 刘家峡库区及2个典型小流域的土地利用现状如表3所示。其中，均以荒沟荒坡占地面积最大，栽培草地在刘家峡库区和三坪沟流域占地面积最小。

3.1.3多样性指数计算 根据表3和公式(2)，计算得刘家峡库区、南部三坪沟流域、北部碾子沟流域的多样性指数分别为D库=1.34、D南=1.54、D北=1.19，表明南部三坪沟的景观组成复杂程度高于库区和碾子沟流域，生态承载力较高，生态系统较为稳定。

3.1.4生态弹性度计算分析 据表2、表3及多样性指数计算结果，利用公式(1)计算得出库区、南部三坪沟流域、北部碾子沟流域生态弹性度分别为E库=39.63、E南=55.68、E北=30.73。将计算结果与表1

表3 刘家峡库区及典型流域土地利用现状

对照得出，刘家峡库区生态弹性度为不稳定状态，南部三坪沟流域生态弹性度为中等稳定状态；北部碾子沟流域生态弹性度为不稳定状态。

3.2水资源承载指数计算分析 因库区范围较大，南北降水量有较大差值，所以对库区水资源承载指数不作总体性分析，仅以三坪沟、碾子沟2个典型小流域进行对比分析。典型流域的降水量可通过气象资料获得，地表径流量根据《甘肃省水文图集》和当地相关资料计算获得。结合典型流域内的实际人口，用公式(3)计算得出水资源承载指数大小，对照资源承载分级(表1)可分析水资源承载指数(表4)。水资源承载水平均为低承载，是水资源贫乏区，但南部略好于北部。

3.3土地承载饱和度计算分析 土地资源的数量和质量对库区群众生产生活方式起着重要的作用，所以，在生态承载饱和度分析中，只计算土地承载饱和度指标(表5)。在计算中，以梯田面积为基数，对其他土地类型面积按折算系数折算出标准人均土地资源占有量[7],经果林折算系数为3,栽培草地为0.25,坡耕地为0.45,水保林为0.062 5,荒沟荒坡为0.017 5。已有研究结果显示[8]，人均梯田面积达到0.33 hm2可基本满足温饱要求。按式(4)计算土地资源承载饱和度，依据生态承载饱和度(表1)进行分级(表6)。结果表明，整个库区、碾子沟流域均为严重超载，说明人口对土地资源承载能力的压力很大；三坪沟流域为低载，表明其资源承载能力大于人口压力。

表4 水资源承载指数分析

表5 刘家峡库区、三坪沟流域及碾子沟流域标准人均土地资源占有量

表6 土地资源承载饱和度

4 讨论与结论

刘家峡库区土壤侵蚀严重，自然因素和农业生产因素以外的工业项目在刘家峡库区极少，对生态环境的影响甚微，库区是以农业为主的产业结构单一区域，水土流失造成土地破碎化和贫瘠化，耕作难度加大，土地自然生产力降低，是影响库区生态承载力的主要因子。以生态承载力理论与方法为基础，根据生态承载力综合评价方法，从生态弹性度、资源承载指数、资源承载压力度指数建立了刘家峡库区生态承载力综合评价指标体系，各指标较为真实地反映了库区生态承载力情况。

1)生态系统弹性度。刘家峡库区整体的的生态系统自我抵抗能力和受干扰后的自我恢复与更新能力较低，但以三坪沟流域为代表的丘四区与以碾子沟流域为代表的丘五区相比，前者生态弹性度较高、生态系统对扰动和压力的缓冲与调节能力相对较强，生态系统的稳定性相对较优。

2)水资源承载力。水资源承载力指数丘四区高于丘五区，承载力状况相对较好；刘家峡库区水资源承载水平为低承载，是水资源贫乏区。

3)土地资源承载压力度。库区南部承载状态比北部好，但全库区平均承载饱和度为严重超载，承载压力大。

4)总体上，库区生态环境脆弱，生态承载力低，生态系统抵抗外力和自我恢复能力差，目前是一种不可持续的发展状态，生态系统所面临的压力增大，表现在人口压力增加、灾害频繁、群众生活质量需要进一步改善等。为提高生态承载力，需在继续控制人口总量的基础上，以提高水土资源承载能力为目标，配置相应水土保持措施，建立综合防治体系，实现耕地梯田化、种植立体化、林草配套化、养殖舍饲化、设施完善化、能源清洁化、产业多元化、管理制度化。

5)对不同土地利用类型的赋值会对生态弹性度的计算结果产生明显影响，在不同生态环境中，不同土地类型对生境的影响程度会大不相同，其赋值也应区别对待，此方面的研究尚待深入。

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[3]何有华，张晓虹，刘敏，等.刘家峡库区水土流失防治措施体系配置研究[J].中国水土保持,2011(1):20-22.

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