基于PLUS-InVEST模型的吉林省西部生境質量情景模擬

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與環境地理。#通信作者：劉雁（1977—），女，教授，研究方向為區域資源環境變化，E-mail：sply0709@163.com。

摘 要：應用PLUS模型與InVEST模型進行耦合模擬，利用吉林省西部 2000—2020 年土地利用數據，模擬預測2030和2040年生態保護及自然發展情景的區域生境質量，結果顯示：2000—2020年吉林省西部生境質量空間分布范圍最廣的為中等生境質量區，低等級生境質量分布區對應的土地類型主要為建設用地和草地，因此城市擴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量具有負面影響。2030、2040年在生態保護情景下，與自然發展情景相比研究區高等級生境質量區增加，生態環境質量的提高效果顯著。

關鍵詞：吉林省；西部；生境質量；情景模擬；PLUS-InVEST模型

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

景觀格局和生態系統的時空演變過程都與人類活動密切相關。土地是生態系統中至關重要的一環，城鎮化工業化的發展，必然會使部分生態用地向建設用地轉變，改變土地利用格局，破壞生態系統結構[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生的變化[2]。根據土地利用的變化對地區的生境質量進行評估，并對其時空演化特征進行模擬分析，對于探究生境質量分異機制具有一定意義[3-4]。

1 研究區概況、數據來源及研究方法

1.1 研究區概況

吉林省西部處于中國北方農牧交錯帶的東部段落，東與松嫩平原相連，西接內蒙古自治區。行政區劃包括白城、松原兩市所轄10縣（市、區），面積達4.7×104 km2。該區是吉林省主要的畜牧業產區和重要的能源基地，對于吉林省社會經濟發展、生態治理有重要影響。受人類生產活動和自然條件影響，該區土地利用變化相對較為顯著。

1.2 數據來源及研究方法

使用研究區2000—2020年土地利用數據，采用中

國科學院地理科學與資源研究所遙感監測數據集（CNLUCC），驅動因子數據來自地理空間數據云。采用PLUS模型進行土地利用模擬，與FLUS等模型相比，PLUS模型的模擬精度更高且對數據的要求較小[4]。

通過設置地類轉移限制，實現自然發展情景和生態保護情景的模擬（表1）。

在表1中，1代表可以轉出，0代表不可轉出，字母A～F分別代表耕地、林地、草地、水體、未利用地和建設用地。InVEST模型能夠模擬量化不同生態系統的服務功能，為相關規劃提供理論依據。基于PLUS模型預測的情景用地數據耦合InVEST模型，對未來吉林省西部的生境質量進行情景模擬預測。

2 結果與分析

2.1 吉林省西部生境質量評價

利用InVEST生境質量模塊對研究區的生境質量進行分析，將研究區生境質量分為差（0～0.2）、差（0.2

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

得出研究區生境質量空間分布狀況。結合研究區土地利用數據及圖1可知，吉林省生境質量空間分布范圍最廣的等級為中等生境質量區，低等級生境質量分布區對應的土地類型主要為建設用地和草地，因此，城市擴張、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量具有負面影響。低等級生境質量區域主要分布在研究區中部的鹽堿地集中區域，水體和林地是較高等級生境質量分布的土地類型。

2.2 土地利用及生境質量的模擬

由PLUS模型輸入相關數據運行模擬可以預測研究區未來兩種情景下土地利用狀況（表2）。總體來看，自然發展情景與生態保護情景下，耕地和草地是吉林省西部分布最為廣泛的土地利用類型，且呈現出交錯分布的特征，建設用地穩定增長。與自然發展情景相比，林地和水體在生態保護情景下面積擴張更為顯著，草地為在轉化接觸帶優勢地類。在生態保護情景下濕地，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量狀況（表3），可知在2000—2020年期間，研究區高等級生境質量區總體呈下降趨勢，中等生境質量區總體呈上升趨勢，平均變化量為1.93個百分點，而最低生境質量區變化幅度平均為0.18個百分點。較低生境質量區則有小幅度減少。以上變化說明相關保護措施已起到一定效果，但吉林省西部生境退化仍需關注，應繼續堅持生態保護政策。

基于吉林省西部未來兩種情景預測土地利用狀況，對吉林省西部生境質量進行模擬，得到2030—2040年吉林省西部生境質量時空格局生態發展情景與自然發展狀況（圖2）。整體來看，吉林省西部生境質量格局未發生顯著改變，但不同土地利用情景下各等級生境質量區域占比仍有差異。

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

以上數據顯示，生態保護情景下，吉林省西部生境質量具有一定提升，科學、合理的土地規劃及生態保護政策能夠有效提高區域生境質量。

3 結論

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雜的轉換，并會對區域生境質量產生重要影響。2000—2020年吉林省西部中等生境質量區分布較廣且所占比例最高，與之相對應的用地類型以耕地為主。低等級生境質量區主要分布在以鹽堿地為主的研究區中部，以及建筑用地和草地等區域。水體、林草地的退化不利于吉林省西部生境質量的穩定健康發展。2030—2040年未來生態保護情景下，吉林省西部生境質量具有一定提升，高等級生境質量區域增加而低等級生境區域減少，這得益于實驗中模擬的生態保護政策。

土地規劃將對生態產生深刻影響[5]，基于以上結果，建議研究區在今后開展土地利用規劃時，要重視生態保護，重視濕地退化問題[6-7]。開發未利用土地時要考慮生態效益；進行城鎮建設時要合理設計，盡可能避免占用耕地。通過合理地調整政策，實現保護環境和生產發展的雙重目標[8-9]。

參考文獻

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