青藏高原生态安全评价与提升路径

菅宁红,陈雅如,姜雪梅

(1.国家林业和草原局发展研究中心,北京 100714；2.北京林业大学,北京 100083)

青藏高原是中国及东南亚的江河之源,是亚洲乃至北半球气候变化的启动区,也是中国乃至世界的高寒生物资源宝库,其作为“第三极”的生态地位与作用独一无二[1]。党的十八大以来,党中央高度重视青藏高原的生态保护工作,提出把青藏高原打造成为全国乃至国际的生态文明建设高地[2],高度肯定了青藏高原的生态安全屏障地位。然而,青藏高原生态环境本身脆弱敏感,再加上气候暖湿化和人为活动的影响,其生态安全风险进一步加大。青藏高原主要的4类生态系统,草地、荒漠与裸地、灌丛和森林都面临退化问题。草地退化面积比例高达80%以上,主要分布在青藏高原西北部；森林灌丛退化面积比例达59%,主要分布在横断山河谷地区；中度以上沙化土地面积约46.9万km2,主要分布在青藏高原西北干旱地区,特别是羌塘高原和柴达木盆地周边；中度以上水土流失面积约为46万km2,主要分布在东南部高山峡谷地区[3]。在年均升温0.052℃情景下,50年后青藏高原冻土面积将缩小13.5%,100年后将缩小46%,多年冻土将只存在于羌塘高原与极高山地[4]。如何保障和提升青藏高原生态安全状况成为维护国家生态安全的重要课题。本文构建了青藏高原生态安全评价指标体系和方法,通过文献资料搜集和现场实地调研,测算出青藏高原各生态系统和各市(县)的生态安全指数,提出森林、草原、湿地、雪域和荒漠生态系统生态安全的提升路径以及保障青藏高原生态安全的总体策略。

1 材料与方法

1.1 数据来源

2021年10月,课题组在青藏两省区开展实地调研,通过现场调查、座谈交流、专家咨询等方法,获取了青海、西藏主要生态系统的生态安全数据、政策性文件以及实地图片等相关数据。生态安全数据主要来自《西藏统计年鉴》[5-7]、《青海统计年鉴》[8-10]、《中国城市统计年鉴》[11-13]，以及当地林草局、气象局所提供的部分数据。政府文件主要有《青藏高原生态文明建设状况白皮书》(1)国务院.青藏高原生态文明建设状况白皮书.2018.、《2020年青海省国土绿化公报》(2)青海省林业和草原局.2020年青海省国土绿化公报.2021.、《西藏“十四五”林业和草原保护发展规划》(3)中共西藏自治区委员会.西藏“十四五”林业和草原保护发展规划.2021.、《青海“十四五”林业和草原保护发展规划》(4)青海省人民政府办公厅.青海“十四五”林业和草原保护发展规划.2022.等。

1.2 评价指标体系

以青藏高原地区青海和西藏两省区为评估对象,采用生态安全指数体系对森林、草原、湿地、雪域、荒漠等5个生态系统的生态安全状况进行评估,形成了省域层面和生态系统层面的生态安全指数、生态系统的状态指数与压力指数。

在生态安全概念的基础上,结合生态学、资源经济学等专家建议,从“状态指标”和“压力指标”两方面构建生态安全指标体系[14-16]。状态指标反映生态系统环境条件、资源质量状况及遭受的自然灾害等情况,前两者为正向描述、后者为负向描述。压力指标描述生态系统受到人为活动的影响,包括人类社会活动造成的损害以及保护自然、修复自然生态系统的情况,前者为负向描述、后者为正向描述。这2组指标构成了生态安全概念中最基本的关系,即安全性就是生态系统状态和承受压力的比较关系[17]。在此基础上,细化了森林、草原、湿地、雪域、荒漠等5个生态系统相关的指标,包括类型指标、时空指标和解析指标。分别描述各生态系统的结构和特征、时间变化和空间差异、产生原因和可改进因素。

1.3 指标计算和评价方法

生态安全指数,包括生态安全状态指数和生态安全压力指数。状态指数反映生态系统本身的安全状况,状态指数越大,表示该地区生态安全状况越好；压力指数反映地区社会、经济对生态系统生态安全状态产生的直接或间接的影响和压力,压力指数越大,表示该地区生态安全压力越大,生态安全状况越差。根据生态安全指数的高低,分为5个评价等级(表1),等级越高则生态越安全。

表1 生态安全评价等级表Tab.1 Ecological security classification

以森林生态系统为例,森林生态安全指数的基本构成形式如下:

式中:It表示某县的森林生态安全指数；Y为某县的森林生态安全压力指数；Z为某县的森林生态安全状态指数。

森林生态系统的状态指数Z、压力指数Y的计算公式为:

式中:s为对应系统压力指标的个数；wj为第j个压力指标的权重；yj为压力指标的标准化数据,j=1,2,…,s。

权重的确定一般有主观和客观2种方法[18-9],本研究以“熵权法”和“专家法”为基础,采用客观法和主观法相结合的指标“双权重”模型。

各生态系统状态(压力)指标的权重计算公式为:

式中:w1j,w2j分别表示状态(压力)指标的熵权和专家权。

第j个状态(压力)指标的“熵权法”公式为:

式中:s为状态(压力)指标的个数；hj为第j个指标的信息效用价值。其中:

第j个状态(压力)指标的“专家法”公式为:

生态安全指数为各生态系统生态安全指数与区域内各生态系统面积比率的乘积之和。

2 结果与分析

2.1 评价指标权重

青藏高原生态安全评价指标体系包括基础状态、系统压力,以及森林、草原、湿地、雪域、荒漠生态系统共7个层级,以“熵权法”和“专家法”2项权重为基础,平均得到最终权重(表2)。

表2 青藏高原生态安全评价指标体系Tab.2 Indicator system of ecological security of the Qinghai-Tibet Plateau

2.2 生态安全指数

从生态安全指数的评估结果来看(图1),青藏高原生态安全性较高,均处于0.6～0.8之间,处于生态安全等级第四级。2015,2017,2021年间,青藏高原生态安全指数均呈现先上升后下降的趋势,虽然西藏生态安全指数变化幅度比青海大,但西藏生态安全性总体上要高于青海。2015,2017,2021年间，森林、草原、湿地、雪域、荒漠等5个生态系统的生态安全指数均值都大于0.6(表3),处于生态安全等级第四级。其中,2015年西藏和青海的森林、湿地2个生态系统的生态安全等级处于第三级,临界安全和较安全之间。

图1 青藏高原生态安全指数Fig.1 Ecological security index of the Qinghai-Tibet Plateau

表3 青藏高原各生态系统的生态安全指数表Tab.3 Ecological security index of each ecosystem on the Qinghai-Tibet Plateau

2.3 生态系统状态和压力评价

1)状态指数。由表4可知,青藏高原草原生态系统的总体状态是最好的(0.592)；雪域生态系统(0.477)的状态次之；湿地(0.422)和森林(0.421)生态系统再次之,其中,西藏森林生态系统(0.490)、湿地生态系统(0.447)、雪域生态系统(0.515)的状态均优于青海(0.353，0.397，0.438)；因荒漠生态系统的缺失值较多未列入比较,根据已有数据可知青藏高原的荒漠生态系统状态较好(0.624)。

2)压力指数。由表5可知,青藏高原森林和草原生态系统压力最小,压力指数均值均为0.022,荒漠(0.026)和湿地(0.033)生态系统的压力次之,雪域生态系统(0.038)压力最大。青海森林(0.036)、湿地(0.043)、雪域(0.046)生态系统的压力大于西藏(0.009，0.022，0.029)；草原(0.021)、荒漠(0.019)生态系统的压力小于西藏(0.023，0.029)。

表4 青藏高原各生态系统状态指数表Tab.4 State indicators of each ecosystem on the Qinghai-Tibet Plateau

表5 青藏高原各生态系统压力指数表Tab.5 Pressure indicators of each ecosystem on the Qinghai-Tibet Plateau

2.4 市县级层面生态安全评价

1)市级层面。2015,2017,2021年间,西藏自治区及青海省各市生态较为安全,生态安全指数均呈现出先上升后下降的趋势(表6)。生态安全指数最低的市,2015年为西藏自治区阿里地区(0.560),2017年青海省海北藏族自治州(0.610),2021年为青海省海西蒙古族藏族自治州(0.584)；3年中生态安全性最高的地区均为西藏自治区林芝市,指标值分别为0.730,0.875,0.835。

2)县域层面。2015,2017,2021年,西藏自治区林芝市墨脱县生态安全指数均为最高(表7),指标值分别为0.836,0.978与0.941；2015年最低值在青海省黄南藏族自治州同仁县,指标值为0.495,2017年最低值在青海省海北藏族自治州刚察县,指标值为0.532,2021年最低值在青海省海西蒙古族藏族自治州直辖地区,指标值为0.271。

表6 西藏自治区和青海省各市生态安全指数表Tab.6 Ecological security indexofthecities in Tibet and Qinghai

表7 西藏自治区和青海省县域生态安全指数端值表Tab.7 End values of ecological security index of the counties in Tibet and Qinghai

(续表)

3 保障和提升生态安全路径

3.1 各生态系统生态安全的提升路径

基于青藏高原各生态系统的特点和面临的主要问题,提出森林资源综合管理、草原多种功能协调统一、保护修复湿地资源、监测和保护冰川、“治”和“防”荒漠的生态安全提升路径[20-21]。一是对森林资源进行科学合理的规划,加强天然林和公益林保护,落实严格的管护和执法；加强森林资源动态监测体系建设,健全完善森林防火监测预报系统、森林火灾阻隔系统,提升森林扑火的技术与基础设施。二是科学优化草原利用方式,积极推进草地植保和草地改良,加强鼠虫害防治,树立管、建、用相统一,责、权、利相结合的新观念,探索人、草、畜协调发展的畜牧业生产方式。三是保护修复湿地资源,实行湿地面积总量管控制度,以现有自然保护区为核心,形成科学合理的自然保护区网络,严格实行湿地分级管理责任体系,探索完善湿地生态管护员制度。四是建立冰川生态系统的动态监测管理体系,运用现代技术手段开展冰川长时序监测,建立完善冰川灾害预警体系。五是加强防沙治沙植物选育工作,提高防沙治沙科技含量,加强监测网络体系建设；建立严格的保护监管制度,全面落实沙化土地治理责任制。

3.2 不同地区的生态安全提升路径

根据青藏高原的区域特征和面临的生态安全问题,提出生态安全提升路径。青藏高原的原始森林资源丰富,森林以天然林为主、人工林为辅,主要分布在东南部川藏高山峡谷和藏南谷地,但面临着森林退化以及中度和重度以上水土流失等问题,该地区应以保护森林资源为主,坚持保护优先、自然恢复为主,结合水土流失综合治理,提高森林涵养水源的生态功能。羌塘高原、三江源地区是青藏高原腹地,草原、灌丛、湿地、冰川等资源丰富,但草原退化、土地沙化、冻土面积萎缩、野生动植物栖息地破碎化等问题日趋严重,该地区应以草原保护修复为主,对若尔盖、青海湖畔和中甸等草原质量好的地区加强保护,对存在中度和重度退化的草原进行自然和人为修复,加强鼠虫害防治,坚持以草定畜、草畜平衡,严格实行禁牧、休牧、轮牧。以柴达木盆地为主的西北干旱地区,则以保护荒漠生态系统为主,防治结合,以防为主,对煤、石油等矿产资源进行适度开发利用。

3.3 青藏高原生物多样性提升路径

青藏高原物种丰富,特有物种和珍稀濒危物种数量多,是全球生物多样性保护的热点地区,但外来物种入侵风险隐患大,栖息地破碎化比较严重。通过建立国家公园、自然保护区等不同类型自然保护地,对青藏高原生物多样性资源保藏和保护发挥了关键作用。第二次青藏科考调查表明:绝大多数动、植物新属(种)发现于自然保护地[3]。三江源国家公园体制试点以来,藏原羚、藏野驴、白唇鹿和野牦牛等有蹄类物种数量恢复成效显著,雪豹、棕熊等食肉动物数量也实现增长[3]。因此,应进一步整合优化青藏高原的各级各类自然保护地,建立以国家公园群为主体的自然保护地体系,推动青藏高原生物多样性保护[22-23]。以正式设立的三江源国家公园为先导,加快推进祁连山、香格里拉普达措2个国家公园体制试点,积极筹划昆仑山、青海湖、羌塘、珠穆朗玛峰、贡嘎山等国家公园创建,构建青藏高原国家公园群,提升“地球第三极”的生态安全状况,有效保障国家生态安全屏障。

4 结语

青藏高原具有独特的地理区位和资源特性,2015—2021年间,青藏高原生态安全指数处于0.6～0.8之间,且呈先上升后下降的趋势,森林、草原、湿地、雪域、荒漠5个生态系统的生态安全指数均值都大于0.6,草原生态系统状态指数最高,森林生态系统压力指数最小,西藏生态安全指数整体高于青海。青藏高原生态安全的提升路径为对森林进行综合管理,以东南部川藏高山峡谷和藏南谷地为主；草原注重多种功能协调统一、湿地加强保护修复、冰川实行监测和保护,重点敏感区为羌塘高原、三江源地区,尤其是若尔盖、青海湖畔和中甸等草原质量好的地区。此外,应加强青藏高原各级各类自然保护地整合优化,积极构建青藏高原国家公园群,有效保护青藏高原的特有物种和珍稀濒危物种,提高生物多样性,提升“地球第三极”的生态安全状况。

致谢:

感谢本课题组北京林业大学张大红教授、姜雪梅副教授,青岛农业大学马龙波副教授,中国农业大学王龙鹤老师和参与调研的其他师生的帮助和支持;感谢西藏自治区林业和草原局、青海省林业和草原局对本课题给予的大力支持和帮助！