西藏普兰县可持续发展的系统动力学分析

摘 要：建立了“资源环境－经济一社会”系统模型，分析了人口、畜牧业、资源、环境和旅游业子系统的内在机制及其 相互之间的关系，提出了粪便生产与消耗归属与资源系统的观点。在仿真基础上，对旅游产业替代传统畜牧业的效果以及草原鼠害对环境影响等方面进行了研究，最后提出了进行产业替代和环境保护的对策建议。
    关键词：西藏普兰县，可持续发展，系统动力学，仿真
    1引言
    
    西藏普兰县位于与印度、尼泊尔相邻的中华人民共和国西藏自治区阿里境内，是具有神圣的自然景观（神山冈仁波齐和圣湖玛旁雍措）、脆弱的生态环境、独特的游牧文化以及朴素的宗教信仰等特点的区域。由于与该区域生态环境相和谐的传统生产、生活方式以及保护文化和机制，受到全球化、现代化和市场化的影响和冲击，导致该区域的生态环境出现了一定程度的退化，而该区域生态环境退化将会导致我国、南亚、东南亚地区甚至全球环境的紊乱[1]。因此，有必要对该区域的可持续发展进行研究。
    区域可持续发展研究是一项复杂的系统工程，需要全面协调人的经济活动、社会活动和自然界复杂的系统关系，需要采用系统科学的方法[2]，而系统科学的发展成果表明“自然－社会－经济”复合系统是一个开放的复杂巨系统[3]，同时具有高阶次、多变量、多回路和强非线性的反馈系统，系统行为往往具有反直观性及对内部参数变化的不敏感性[4]。基于系统的上述特性，运用系统动力学方法建模较传统数学模型更能充分反映系统的非线性结构和动态变化趋势[5]。本文就是在基于西藏普兰县可持续发展的机理与特征的基础上，建立了相应SD模型，并对该区域持续发展系统进行了动态模拟。
    2普兰县可持续发展系统的研究框架
    
    通常可持续发展涉及人口、资源、环境、社会与经济五大要素[6]。其中，人口是驱动系统发展变化的动力，资源环境是系统存在的基础支撑，经济是为满足人口直接需求创造条件的各种活动，而社会则是人口、资源、环境与经济活动的综合集成，是人口发展变化的组织形式，也是作为个体的人生存发展的必要条件[7]。根据可持续发展的一般理论并集合西藏普兰县的实际情况，本文将普兰县可持续发展的系统及边界划分为“资源环境系统－经济系统－社会系统”（见图1），这三个系统之间以及其中的基本要素之间将相互联系、相互作用，构成一个复杂的动态反馈系统。
    通过以上对普兰县可持续发展系统或研究边界的设定，本文将全面分析系统的内外结构关系，构筑系统动力学模拟模型，探讨整个系统协调发展的机制，以便发挥政策调控的综合作用，促进该区域社会经济整体的可持续发展。
    3系统动力学建模
    

3.1模型各子系统分析
    普兰县可持续发展系统可分为人口子系统、畜牧业子系统、旅游业子系统、资源子系统、环境子系统等五大子系统。
    人口子系统。把人口数量（Rksl）作为水平变量；把出生人口（csrk）和死亡人口（swrk）作为速率变量；把人口出生率（RKCSL）和人口死亡率（RKSWL）作为引起人口增减的影响，是辅助变量，其大小受到社会系统中的教育、医疗等的影响。人口子系统与畜牧业子系统以及环境子系统中的牧草地面积、资源子系统中的牲畜粪便量等系统耦合。
    畜牧业子系统。把牲畜存栏量（sccll）作为水平变量；牲畜出生量（sccsl）和牲畜死亡量（scswl）作为速率变量；由于普兰县牲畜种类繁多，这里将牲畜作了羊单位[8，9]的处理，羊单位牲畜出生率（YSCCSL）和年牲畜死亡率（NSCSWL）是辅助变量；牲畜出栏量（SCCLL）则假设受人口子系统、旅游子系统的影响（有意识忽略了社会系统中的宗教因素及其对草原系统的影响），并决定着牲畜总产值（SCZCZ）；畜牧业子系统还和环境子系统和资源子系统中接口，表达畜牧业和资源、环境的动态制约关系。
    资源子系统。年牲畜粪便存量（Nscfbcl）作为水平变量；年牲畜生产粪便量（nscscfbl）和年消耗牲畜粪便量（nxhscfbl）为速率变量；能源科技替代量（NYKJTDL）与年消耗牲畜粪便量为替代关系；资源系统通过人均消耗牲畜粪便量（TCRJXHSCFBL）和畜均年生产粪便量（CJNSCF－BL）分别与人口子系统、畜牧业子系统进行耦合。
    旅游业子系统。旅游人数（Lyrs）为水平变量；旅游人数年增加量（lyrsnzjl）为流量；旅游人数增长率（LYRSZ－ZL）为辅助变量，决定于旅游政策和社会系统中的基础设施建设水平；旅游人均消费量（LYRJXFL）和旅游人数决定了旅游产值（LYCZ）；旅游人数和生活垃圾量（SHLJL）与环境子系统中的牧草地面积形成制约关系。
    环境子系统。草原鼠数量（Cyssl）为水平变量，草原鼠出生量（cyscsl）和草原鼠死亡量（cysswl）为速率变量，草原鼠平均出生率（CYSPJCSL）和草原鼠平均死亡率（CYSPJSWL）为辅助变量，草原鼠天敌灭鼠量（CYSTDMSL）影响草原鼠死亡量；牧草地承载量（Mcdczl）、牧草地面积（Mcdmj）、草原鼠量（Cyssl）和牲畜年末存栏量（Scnmcll）。
    3.2系统动力学流程图
    根据普兰县可持续发展的系统框架和模型各子系统的分析，可以作出系统动力学流程图（图2）。由于社会系统因素，如教育和医疗对人口出生率和死亡率、教育对牲畜出栏率、教育对酥油的宗教消费等等的影响很难衡量，因此，普兰县可持续发展系统动力学流程图中没有体现，但在相应的方程式中作了适当的调整。
    

3.3主要方程和系统参数确定
    根据普兰县可持续发展系统动力学流程图及普兰县可持续发展的实际情况，可得普兰县可持续发展系统动力学主要方程式（见表1）。
    本模型系统地域边界为普兰县行政辖区，时间边界为2010～2030年，共20年，主要历史数据为2000～2010年，以2010年作为仿真模拟的基年，模型原始参数由如下方法求得[12]。算术平均值法确定RKCSL为0.01483；RK－SWL为0.00686；NSCSWL为0.032；YSCCSL为0.24等。
    经验法：以不变价格计算CJCZ为1300元；CJNSCFBL为100千克；CYSTDMSL为250000只；LYRJXFL为1200元；MMCZSHLJL为500千克；NYKJTDL为100千克等。
    趋势外推法确定LYRSZZL为0.175等；用回归分析确定其他方程式中的参数等。
    3.4模型检验
    普兰县可持续发展系统是比较复杂的，模型只是现实系统的抽象和近似。构建的模型能否有效代表现实系统，直接决定了模型仿真和政策分析质量的高低。因此，在进行仿真试验前，对模型的有效性进行了理论检验。主要研究了模型边界是否合理，模型变量之间的关系是否有现实意义，参数取值是否有实际意义以及方程量纲是否一致。历史仿真检验，主要是通过选取2000～2010年共11年的数据进行检验，将仿真得到的结果与实际结果相比照，考察这两者是否吻合，以验证模型是否能有效代表实际系统[13]。从历史检验结果看，系统模拟的结果与县域经济社会发展实际状况基本一致，相对误差介于－5.13%～5.43%之间（在不对模型结构及主要参数作调整的情况下，基础年数据由2010年改为2000年）。从总体上看，系统模型的行为较为真实地反映了县域可持续发展系统的结构与状态，拟合的精度较高，可作为县域可持续发展规划方法进行模拟与预测。
    

    4仿真结果分析与研究
    
    4.1产业替代研究
    如果没有旅游配额限制，以2010年的72645人为基数，17.5%的旅游人数年增长率和人均消费为1200元来计算（包括住宿、用车、雇人等），未来普兰县的旅游产值走势可见图3。
    

如果不考虑宗教因素导致的“惜杀惜售”[14]，按普兰县人口和旅游人口的需求来决定牲畜出栏量（按当地人均年消耗5个羊单位，旅游者在普兰县待4天，消耗0.01个羊单位计算）和畜均产值1300元计算，未来普兰县的牲畜产值趋势可见图4。
    

从旅游产值和牲畜总产值对比来看，旅游能起到传统畜牧业的产业替代[15]作用。其中由于牲畜产品消费量的增加，导致牲畜出栏量的增加，进而导致存栏量的下降。这样做的后果就是在有效改善当地牧民生活水平的同时，还能缓解草原的超载状况。
    4.2资源环境的研究
    以普兰县农牧民人均一年100千克的生活垃圾量和旅游者人均1千克垃圾量计算，普兰县未来的垃圾量趋势如图5。
    

由于高寒草原脆弱而敏感特点所致，当地的生活垃圾既不能焚烧又不便于填埋，因此普兰县目前没有更好的生活垃圾处理措施，只能随意占用牧草地。按每亩牧草地承载1000千克垃圾算，未来垃圾量所占用的牧草地面积趋势如图6。
    由于人口的增加，必然导致对薪柴量需求的增加。由于普兰县当地的主要薪柴以牛羊粪为主，过多的牛羊粪消耗必然会引起牧草地承载力的下降（由于牛羊粪量和牧草地承载力的相互关系很难用相应的函数式或计量关系来表达，因此这里的存量流量图中没有将其表述）。在能源科技替代量为人均100千克牛粪时（主要是通过液化气、太阳能、水电等），普兰县的年消耗牲畜粪便量走势为图7中的曲线2，如果能源替代人均为200千克牛粪时，年消耗粪便的走势则为图7中的曲线1。从图7中可以看出，由于普兰县人口和旅游人口在未来20年的增长趋势，整体的牛羊粪消耗量呈增长趋势。
    

高原不同区域退化的主要因素不尽相同，但导致草地退化最主要的因子是过度放牧和植食性小哺乳动物种群的爆发[16]。普兰县草原退化也主要是这两个原因。如果假设牲畜出栏量是由普兰县当地人口和旅游人口需求决定的话，未来普兰县的牲畜年末存栏量的趋势如图8。从图中可以看出，普兰县的牲畜存栏量先上升，到2018年后开始下降。但是单位草场的承载量却在上升，见图9和表2。
    造成这种单位草场的承载量上升的主要原因是草原鼠数量的增加，见图10。图10是初始值为946050只（每亩一只估算）、草原鼠平均出生率为2（低于实际值）、草原鼠平均自然死亡率0.5（高于实际值）、天敌年消灭草原鼠250000只的数量趋势图。在比实际情况更温和的假设下，单位牧草地的承载量趋势却不容乐观。从表2可知，到2015年单位牧草地的承载量达到1.873485只，更不要看图9所示的未来20年的趋势了。
    事实上，西藏要近40亩的草地才能承载一只羊单位的牲畜[17]。也就是说每亩承载的羊单位为0.025只。对比表2的数据，普兰县目前的单位草原承载量已经严重超载了。
    

    5建议和对策
    
    5.1产业替代
    拥有神山——冈仁波齐和圣湖——玛旁雍措的普兰县旅游前景比较乐观，从旅游产值的发展趋势以及和牲畜产值的对比来看，是可以承担起替代传统畜牧业重任的。但要注意几点：
    逐步增加或放开旅游配额的限制。文中的仿真是基于没有旅游配额限制为前提的。事实上由于普兰县生态环境脆弱而敏感、旅游配套设施和制度的发展滞后等原因，为了保护当地的生态环境，实施了对外旅游配额的制度。但是现在普兰县已经和上市公司西藏旅游签订了开发协议，对神山圣湖进行了合理性规划和开发，其对外的旅游人数的承载力已得到很大的提高，因此应逐步增加或放开旅游配额的限制，让旅游产业发挥其替代传统产业的责任，为减轻当地牧草地超载做贡献。
    应加强垃圾处理。旅游人数增加的附带品就是垃圾量的增加。具有高寒草原特点的普兰县又不适合用传统的垃圾处理方式，因此建议相关机构制定相关的垃圾处理方式或制度，比如谁消费谁带走的制度，或通过提高旅游票价雇佣相应的人员来处理垃圾等等。
    5.2资源环境保护
    以上仿真研究的初始值、相关参数、系数等等相比较实际情况已经足够温和，但从仿真结果来看却不容乐观，为此在普兰县后续的发展方面应注意以下几点：
    制定薪柴替代政策。既有的科技能源替代政策起一定的作用，但不能改变当地主要以牛羊粪为薪柴的现状。本文虽然没有能够建立起关于牛羊粪减少对草原承载力影响的关系式和仿真情况，但牛羊粪为薪柴的现实必然影响草原的生态承载力和可持续发展，因此，政府应从保护草原战略的高度建立相应的替代政策，如有效发挥当地太阳能的作用，发挥当地靠近新疆买煤的便利等等。
    制定灭鼠政策。玛旁雍措旁边每亩上百个鼠洞触目惊心，其对草原的破坏力不言自明。从仿真结果来看，未来影响当地草原和经济可持续发展的最主要因子就是鼠害。因此政府应从战略的高度予以重视，制定相应的灭鼠政策，如灭鼠的补偿机制，发挥当地传统的灭鼠方法，有意识利用草原生态链中的草原鼠中的天敌来灭鼠等等。
    

基金项目：德国莱比锡大学东方研究院“游牧社会的变迁与重构”项目（SFB 586A4）；国际山地研究所（ICIMOD）“Develop a Regional Rangeland Programme for Tibet Autonomous Region”项目
    参考文献：
    [1]南文渊.青藏传统文化与青藏高原环境保护和社会发展[M].北京：中国藏学出版社，2008.1.
    [2]胡锦涛.在两院院士大会上的讲话[EB/OL]. news. xinhuanet. com/newscenter/2004－06－02.
    [3]钱学森，等.论地理科学[M].杭州：浙江教育出版社，1994.
    [4]王其藩.系统动力学[M].北京：清华大学出版社，1994.
    [5]程叶青，等.SD模型在区域可持续发展规划中的应用[J]，系统工程理论与实践，2004（12）：14.
    [6]中国科学院可持续发展研究组.2002中国可持续发展战略报告[M].北京：科学出版社，2002.
    [7]曾嵘，等.人口、资源、环境与经济协调发展系统分析[J].系统工程理论与实践，2000（12）.
    [8]Goldstein， Melvyn C. Nomads of Golog：A Report[R]. Manu－script， 1996.
    [9]Cynthia M Beall. Nomads of Western Tibet[M]. Hong Kong：Odys－sey Productions， 1990.
    [10]赵好信，刘晃，旺堆.谈西藏草地鼠害及其天敌[J].西藏农业/科技，2001（4）：24－30.
    [11]Miller， Daniel. Herds on the Move：Winds of Change among Pas－toralists in the Himalayas and on the Tibetan Plateau[A]. Discus－sion Paper Series No. MNR 95/2[C]. Kathmandu：ICIMOD，1995.
    [12]方创琳，余丹林.区域可持续发展SD规划模型的试验优控——以干旱区柴达木盆地为例[J].生态学报，1999（6）：767－774.
    [13]施国洪，朱敏.系统动力学方法在环境经济学中的应用[J].系统工程理论与实践，2001（12）：104－110.
    [14]罗绒战堆.藏族地区“惜杀惜售”问题的研究[J].西南民族大学学报（人文社科版），2009（11）.
    [15]宗刚，樊毅斌.高寒草原圣域保护与发展模式研究[J].西南民族大学学报，2011（1）.
    [16]崔庆虎，蒋志刚，刘季科，等.青藏高原草地退化原因评述[J].草业科学，2007（5）：20－26.
    [17]俞允贵，等.西藏产业论[M].中国藏学出版社，1994.213.
    作者简介：樊毅斌（1976－），男，山西忻州人，博士研究生，研究方向为区域可持续发展；宗刚（1957－）男，江苏常熟人，教授，研究方向为产业经济。