基于PLUS-InVEST模型的吉林省西部生境質(zhì)量情景模擬

收稿日期：2023-10-10

作者簡介：楊長江（2000—），男，山西呂梁人，研究方向為資源生態(tài)與環(huán)境地理。#通信作者：劉雁（1977—），女，教授，研究方向為區(qū)域資源環(huán)境變化，E-mail：sply0709@163.com。

摘 要：應(yīng)用PLUS模型與InVEST模型進(jìn)行耦合模擬，利用吉林省西部 2000—2020 年土地利用數(shù)據(jù)，模擬預(yù)測2030和2040年生態(tài)保護(hù)及自然發(fā)展情景的區(qū)域生境質(zhì)量，結(jié)果顯示：2000—2020年吉林省西部生境質(zhì)量空間分布范圍最廣的為中等生境質(zhì)量區(qū)，低等級生境質(zhì)量分布區(qū)對應(yīng)的土地類型主要為建設(shè)用地和草地，因此城市擴(kuò)張活動以及水體和林地草地等土地利用類型的退化對吉林省西部整體生境質(zhì)量具有負(fù)面影響。2030、2040年在生態(tài)保護(hù)情景下，與自然發(fā)展情景相比研究區(qū)高等級生境質(zhì)量區(qū)增加，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高效果顯著。

關(guān)鍵詞：吉林省；西部；生境質(zhì)量；情景模擬；PLUS-InVEST模型

中圖分類號：TU982.29 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)的時空演變過程都與人類活動密切相關(guān)。土地是生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，城鎮(zhèn)化工業(yè)化的發(fā)展，必然會使部分生態(tài)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，改變土地利用格局，破壞生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]。土地利用/覆被變化是指在自然過程和人類活動的共同作用下，地表土地利用和覆被類型發(fā)生的變化[2]。根據(jù)土地利用的變化對地區(qū)的生境質(zhì)量進(jìn)行評估，并對其時空演化特征進(jìn)行模擬分析，對于探究生境質(zhì)量分異機(jī)制具有一定意義[3-4]。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

吉林省西部處于中國北方農(nóng)牧交錯帶的東部段落，東與松嫩平原相連，西接內(nèi)蒙古自治區(qū)。行政區(qū)劃包括白城、松原兩市所轄10縣（市、區(qū)），面積達(dá)4.7×104 km2。該區(qū)是吉林省主要的畜牧業(yè)產(chǎn)區(qū)和重要的能源基地，對于吉林省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)治理有重要影響。受人類生產(chǎn)活動和自然條件影響，該區(qū)土地利用變化相對較為顯著。

1.2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

使用研究區(qū)2000—2020年土地利用數(shù)據(jù)，采用中

國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集（CNLUCC），驅(qū)動因子數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云。采用PLUS模型進(jìn)行土地利用模擬，與FLUS等模型相比，PLUS模型的模擬精度更高且對數(shù)據(jù)的要求較小[4]。

通過設(shè)置地類轉(zhuǎn)移限制，實現(xiàn)自然發(fā)展情景和生態(tài)保護(hù)情景的模擬（表1）。

在表1中，1代表可以轉(zhuǎn)出，0代表不可轉(zhuǎn)出，字母A～F分別代表耕地、林地、草地、水體、未利用地和建設(shè)用地。InVEST模型能夠模擬量化不同生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，為相關(guān)規(guī)劃提供理論依據(jù)?；赑LUS模型預(yù)測的情景用地數(shù)據(jù)耦合InVEST模型，對未來吉林省西部的生境質(zhì)量進(jìn)行情景模擬預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1 吉林省西部生境質(zhì)量評價

利用InVEST生境質(zhì)量模塊對研究區(qū)的生境質(zhì)量進(jìn)行分析，將研究區(qū)生境質(zhì)量分為差（0～0.2）、差（0.2

～0.4）、中（0.4～0.6）、好（0.6～0.8）、優(yōu)（0.8～1.0）5個等級，

得出研究區(qū)生境質(zhì)量空間分布狀況。結(jié)合研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)及圖1可知，吉林省生境質(zhì)量空間分布范圍最廣的等級為中等生境質(zhì)量區(qū)，低等級生境質(zhì)量分布區(qū)對應(yīng)的土地類型主要為建設(shè)用地和草地，因此，城市擴(kuò)張、水體和林草地等土地利用類型的退化對吉林省西部整體生境質(zhì)量具有負(fù)面影響。低等級生境質(zhì)量區(qū)域主要分布在研究區(qū)中部的鹽堿地集中區(qū)域，水體和林地是較高等級生境質(zhì)量分布的土地類型。

2.2 土地利用及生境質(zhì)量的模擬

由PLUS模型輸入相關(guān)數(shù)據(jù)運行模擬可以預(yù)測研究區(qū)未來兩種情景下土地利用狀況（表2）?？傮w來看，自然發(fā)展情景與生態(tài)保護(hù)情景下，耕地和草地是吉林省西部分布最為廣泛的土地利用類型，且呈現(xiàn)出交錯分布的特征，建設(shè)用地穩(wěn)定增長。與自然發(fā)展情景相比，林地和水體在生態(tài)保護(hù)情景下面積擴(kuò)張更為顯著，草地為在轉(zhuǎn)化接觸帶優(yōu)勢地類。在生態(tài)保護(hù)情景下濕地，林地和草地面積有所增加。

計算分析得到吉林省西部各等級生境質(zhì)量狀況（表3），可知在2000—2020年期間，研究區(qū)高等級生境質(zhì)量區(qū)總體呈下降趨勢，中等生境質(zhì)量區(qū)總體呈上升趨勢，平均變化量為1.93個百分點，而最低生境質(zhì)量區(qū)變化幅度平均為0.18個百分點。較低生境質(zhì)量區(qū)則有小幅度減少。以上變化說明相關(guān)保護(hù)措施已起到一定效果，但吉林省西部生境退化仍需關(guān)注，應(yīng)繼續(xù)堅持生態(tài)保護(hù)政策。

基于吉林省西部未來兩種情景預(yù)測土地利用狀況，對吉林省西部生境質(zhì)量進(jìn)行模擬，得到2030—2040年吉林省西部生境質(zhì)量時空格局生態(tài)發(fā)展情景與自然發(fā)展?fàn)顩r（圖2）。整體來看，吉林省西部生境質(zhì)量格局未發(fā)生顯著改變，但不同土地利用情景下各等級生境質(zhì)量區(qū)域占比仍有差異。

分析計算2030—2040年間的自然發(fā)展情景和吉林省西部生境，在生態(tài)保護(hù)情景下，吉林省西部生境質(zhì)量占比最高區(qū)域的仍為中等生境質(zhì)量區(qū)，其次是等級較低的生境質(zhì)量。在2030年自然發(fā)展情景下，生境質(zhì)量低區(qū)比重達(dá)到24.21%，生態(tài)保護(hù)情景下則為21.86%。高等級生境質(zhì)量區(qū)（包含良好、優(yōu)秀等級）在生態(tài)保護(hù)情景下占比達(dá)到23.26%，高于該等級在自然發(fā)展情景下的20.4%。2040年下自然發(fā)展情景研究區(qū)域內(nèi)，低等級環(huán)境質(zhì)量所占比重高于生態(tài)保護(hù)情景，高等級環(huán)境質(zhì)量占比則略低于生態(tài)保護(hù)情景。

以上數(shù)據(jù)顯示，生態(tài)保護(hù)情景下，吉林省西部生境質(zhì)量具有一定提升，科學(xué)、合理的土地規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)政策能夠有效提高區(qū)域生境質(zhì)量。

3 結(jié)論

在人類活動與自然條件的雙重影響下，吉林省西部土地利用類型之間存在著相對復(fù)雜的轉(zhuǎn)換，并會對區(qū)域生境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。2000—2020年吉林省西部中等生境質(zhì)量區(qū)分布較廣且所占比例最高，與之相對應(yīng)的用地類型以耕地為主。低等級生境質(zhì)量區(qū)主要分布在以鹽堿地為主的研究區(qū)中部，以及建筑用地和草地等區(qū)域。水體、林草地的退化不利于吉林省西部生境質(zhì)量的穩(wěn)定健康發(fā)展。2030—2040年未來生態(tài)保護(hù)情景下，吉林省西部生境質(zhì)量具有一定提升，高等級生境質(zhì)量區(qū)域增加而低等級生境區(qū)域減少，這得益于實驗中模擬的生態(tài)保護(hù)政策。

土地規(guī)劃將對生態(tài)產(chǎn)生深刻影響[5]，基于以上結(jié)果，建議研究區(qū)在今后開展土地利用規(guī)劃時，要重視生態(tài)保護(hù)，重視濕地退化問題[6-7]。開發(fā)未利用土地時要考慮生態(tài)效益；進(jìn)行城鎮(zhèn)建設(shè)時要合理設(shè)計，盡可能避免占用耕地。通過合理地調(diào)整政策，實現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和生產(chǎn)發(fā)展的雙重目標(biāo)[8-9]。

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