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Earth’s Future | 2000-2020年青藏高原人地关系演化

已有 1266 次阅读 2023-10-10 16:34 |系统分类:论文交流

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研究亮点

  • 开发了分辨率1 km的青藏高原人类活动强度(HAI)和生态环境质量(EQI)数据集

  • 提出了一种四象限图解法来识别人与自然之间的动态关系

  • 2000-2020年青藏高原的社会经济发展和生态环境整体趋于协调

 

摘要:

青藏高原作为地球第三极和亚洲水塔,在全球气候调节和生物多样性维护中发挥着关键作用,高原上的人地关系对当地和全球的可持续发展至关重要。目前在精细空间尺度上对青藏高原人与自然冲突或协调关系的研究非常有限。为此我们开发了分辨率为1 km的人类活动强度指数(HAI)和生态环境质量指数(EQI),并提出了一种四象限图解法来探索它们之间的动态关系。结果表明,2000-2020年,HAI和EQI整体都在增加,协调发展的区域与冲突区域的比例为5:1。高HAI区域主要集中在西宁、拉萨、海东、日喀则等大城市以及交通线沿线。显著冲突区域在2000-2010年和2010-2020年之间减少了8%,主要位于拉萨都市圈外围、横断山脉南部以及一些新建道路沿线。高HAI-低EQI的区域比例最小,但生态系统退化风险最高,主要位于青海湖南部、雅鲁藏布江南侧、戈壁绿洲和西部交通线。本研究拓展了解决复杂人地关系动态演化的方法论,并为青藏高原脆弱生态系统的可持续发展提供了启示。

 

研究缘起

人类的足迹遍布整个星球,地球已进入了人类世。随着对气候变化和环境危机认识的加深,人与自然之间的矛盾被认为是阻碍可持续发展的根本原因。人类活动已经超越了生物圈完整性以及氮磷循环的行星界限,生活在一个安全公正的空间正面临严峻挑战。分析人类活动与生态环境之间的冲突与协调,对人类命运和福祉具有重要的现实意义。

 

青藏高原平均海拔4000多米,人口1300万,是亚洲九大河流的源头,为超过15亿人口提供淡水、食物和其他生态系统服务。1980-2020年,青藏高原上人口增加了1.56倍,城市建设面积增加了近3倍,公路长度增加了4倍多。过度放牧等强烈的人类活动对当地的草地生态系统带来了巨大压力,这可能比气候变化的影响要大得多。阐明青藏高原上的人与自然关系对于本地和全球可持续发展具有重要意义。

 

以往的研究大多分析特定类型的人类活动与特定生态环境要素之间的关系,很少有研究以人类活动和生态环境为两个系统整体来探索它们之间的宏观关系。目前量化人类与环境之间相互作用的方法具有很大的局限性,特别是在精细的空间维度上。栅格尺度数据很少用于研究青藏高原上人地关系的时空演变,导致对生态环境与社会经济在精细时空尺度上的发展关系缺乏了解。

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图1 青藏高原人地耦合系统的概念化和多尺度抽象

 

研究方法论

人类活动,包括耕种、放牧、捕鱼、采矿、运输、发电和建筑等,不可避免地会影响生态环境系统。 水、土壤、大气、动物、植被和微生物等生态环境元素支持并承载着社会经济发展和人类福祉。这些嵌入在人地系统中的生态环境和社会经济元素通过能量和物质的交换相互连接和相互作用。因此,人类和自然一直在时间和空间上相互作用、影响和转化。在这个过程中,新的结构、功能和机制出现,形成了一个动态而复杂的世界。中国传统哲学认为人类是自然不可分割的一部分,两者的整合系统被称为耦合的人与自然系统(CHANS)。

 

为了探索高原上人与自然的互动,我们收集整理了2000-2020年的各种人类活动和生态环境数据,并将这些数据转换为1×1公里的栅格尺度。考虑到复杂的相互作用,我们基于人口密度、GDP、夜间光照、土地覆盖和道路网络等数据构建了人类活动强度指数(HAI),基于植被覆盖度、生物丰度、NPP、土壤盐碱化、土壤侵蚀、水源涵养和PM2.5浓度等构建了生态环境质量指数(EQI)。在此基础上,分别分析了两者的空间和时间模式以及它们之间的空间匹配。此外,我们从动态角度通过四象限图将高原上的人与自然互动分为四种类型(图3),并基于过去20年的数据确定了潜在风险区域。特别是重点分析了人口稠密的都市圈和国家级自然保护区。

 

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图2  研究流程图

前人研究表明,人与自然关系的进化趋势符合“U形”曲线,人与自然不是绝对的零和博弈,在一定条件下,可以实现互惠。在这个U形曲线上,青藏高原区域的人地关系拐点在哪里?冲突和协调哪个起到主导作用?从系统动态演化视角,我们绘制了一个四象限图,将两者的演化关系细分为四类(图3)。象限一和象限二被认为是可持续状态,象限三和象限四被认为是不可持续的。此外,我们以10年内HAI和EQI变化标准差的10%作为阈值,在 0.1 个标准差内波动的栅格被认为变化不显著

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图3 人与自然冲突与协调的时间演化与类型划分

 

主要结论:

 

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  图4 2000-2020年青藏高原人类活动强度和生态环境质量变化

 

从2000-2020年,青藏高原上的HAI和EQI均有所增加。高HAI区域主要集中在西宁、拉萨、海东、日喀则等大城市以及交通沿线,且西宁和拉萨都市圈的人类活动增长显著。EQI在空间上由东南向西北逐渐降低。大多数城镇都位于高HAI、高EQI的地区。高HAI-低EQI的区域比例最小,但生态系统退化风险最高,主要位于青海湖南部、雅鲁藏布江南侧、戈壁绿洲和西部交通线。

 

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图5 人类活动强度指数与生态环境质量指数的空间匹配

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 图6 青藏高原人类活动与生态环境的动态关系

2000-2020年期间,青藏高原的社会经济发展和生态环境趋于协调。但具有空间异质性,协调演化与冲突演化的面积比为5:1。冲突地区主要位于拉萨都市圈外围、横断山脉南部以及一些新建道路沿线。后十年的显著冲突地区比前十年减少8%。拉萨都市圈的冲突地区比西宁要大。近20年来,三江源国家公园的生态环境质量也趋于上升,其中仅2%的区域人类活动强度有显著上升,主要在青藏铁路和其他主干道的两侧。但道路建成后的几年内,沿线的整体生态环境质量有明显提高,这得益于工程建设基于自然的解决方案。

 

讨论:世界第三极的人与自然关系是否达到了转折点?

在古代,青藏高原上的人类生存与自然相对和谐。当地人认为,世界上最重要的三样东西是水、牧场和牲畜,认为这是大自然的馈赠。大多数藏人所信仰的历史上的苯教和现在的藏传佛教都提倡敬畏自然和保护自然。然而,从1960年代开始,高原上的放牧强度逐渐增加,草原开始了严重的退化过程。人类活动,特别是改变土地利用类型,被认为是生态环境恶化的主要驱动力。

 

自1980年代以来,随着中国的改革开放,高原上的工业化和城市化进程加快。1980-2020年,人口快速增长,城乡建设面积不断扩大,城镇人口占比由15%提高到47%(图7)。本研究表明从2000-2020年,尽管城镇地区的人类活动强度增加,但除了一些人口集中区和靠近道路的地方外,生活在高原上的人与自然关系迈向和谐共生发展,这与其他研究一致。我们认为,这一变化与中国近年来的生态文明战略密切相关。青藏高原被列为国家生态安全屏障,自上而下的生态保护政策大幅改善了第三极地区的生态环境,改变了当地生产生活方式。一些关键指标可窥一斑,例如,高原牲畜从1990年到2006年一直在上升,并在2006年达到峰值后开始下降,NDVI在2008年达到最低值后开始上升(图7)。究竟在过去4-10年中,这种转变是否达到了理论上的临界点(图3a),还需要进一步验证和更长时间序列的调查。

 

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图7 青藏高原部分指标时间序列趋势

 

 

论文信息:Liu, H., Cheng, Y., Liu, Z., Li, Q., Zhang, H., & Wei, W. (2023). Conflict or coordination? The spatiotemporal relationship between humans and nature on the Qinghai‐Tibet Plateau. Earth's Future, 11, e2022EF003452. https://doi.org/10.1029/2022EF003452

论文数据下载:

https://www.geodoi.ac.cn/WebCn/doi.aspx?Id=3361

https://www.geodoi.ac.cn/WebCn/doi.aspx?Id=3369




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