曼谷这个热带大都市的土地利用、土地覆盖变化以及栖息地质量退化：一种综合的CA-Markov和INVEST建模方法（1995–2045年）

《Environmental and Sustainability Indicators》：Land use land cover change and habitat quality degradation in the tropical megacity of Bangkok: An integrated CA–Markov and InVEST modeling approach (1995–2045)

栖息地质量与土地利用/覆盖变化（LULC）的长期时空效应研究。基于CA-Markov模型与InVEST模型，评估1995-2045年曼谷大都市区LULC变化对栖息地质量的影响。研究发现：建成区面积较1995年增长74%，植被和农田减少41.2%和25.4%，栖息地质量下降38%，严重退化区域增加21.3%。空间分析表明道路密度、铁路邻近度和距离农田的远近是主要威胁因子，贡献率达68%。研究强调需通过自然导向的城市规划政策遏制栖息地碎片化和质量下降趋势，为东南亚快速城市化地区提供决策支持。

　　随着城市化进程的加速，特别是在东南亚地区，城市环境和生态系统的相互作用日益复杂。以曼谷为例，其快速扩张不仅改变了土地利用格局，还对生态稳定性构成了威胁，并导致栖息地质量下降。尽管已有许多研究探讨了城市化对生态的影响，但在量化长期、空间明确的土地利用/覆盖（LULC）变化对栖息地质量的具体影响方面，仍存在重大研究空白。本文通过整合细胞自动机-马尔可夫链（CA-MC）模型和InVEST栖息地质量模型，评估了1995年至2045年间曼谷都市区的栖息地退化情况，旨在为未来城市化提供科学依据，并推动可持续的城乡规划。

城市化是推动经济增长的重要因素，然而其快速扩张也带来了诸多环境和社会问题。在东南亚地区，预计到2025年，城市人口将增加7000万，这使得城市生态系统的保护变得尤为关键。合理的土地开发能够平衡经济发展与生态保护，提高栖息地质量，同时有助于生物多样性和生态完整性。本文通过分析不同时间段内的土地利用变化，揭示了城市扩张如何影响栖息地质量，并指出某些土地利用类型的变化对生态系统服务的影响更为显著。例如，农田向森林的转变有助于提升生态服务，而农田向草地的转变则对生态系统服务造成最大影响，而自然演替的灌木地变化影响最小。

为了更全面地理解这些变化，本文采用了一种整合模型，结合了CA-MC模型和InVEST模型，以模拟和评估土地利用变化对栖息地质量的影响。这种方法能够预测未来土地利用变化，并分析其对生态环境的潜在影响。CA-MC模型因其能够结合时间动态和空间模拟能力，成为预测土地利用变化的有力工具。研究结果表明，CA-MC模型在长期模拟中表现出高度的准确性，Kappa系数达到0.8588，ROC-AUC值为0.83，验证了其在模拟土地利用变化中的适用性。

研究发现，从1995年到2045年，曼谷都市区的高质量栖息地面积减少了35.5%，而严重退化区域增加了21.3%。城市建成区面积增长超过74%，主要以植被地和农田地的减少为代价。这种土地利用变化导致了生态系统的显著退化，特别是在城市扩张过程中，道路密度、铁路线邻近程度和农田地距离等因素对栖息地质量产生了最大影响，解释了超过68%的栖息地退化现象。这些威胁变量表明，人类活动在塑造城市生态环境中起到了关键作用，尤其是交通基础设施的发展和土地开发。

在研究方法上，本文使用了多时相的Landsat卫星影像，包括1995年、2005年、2015年和2025年的数据，这些数据被用于土地利用变化的分类和预测。通过Google Earth Engine进行大气和辐射校正，以及几何校正，确保了数据的准确性。随后，利用随机森林（RF）算法对遥感数据进行分类，该算法在处理高维数据时表现出优异的准确性和鲁棒性。分类后的土地利用图被用于生成土地利用变化矩阵，以分析不同土地类型之间的转换趋势。通过这种方法，研究能够预测未来20年土地利用变化的模式，并评估其对生态环境的影响。

研究还采用InVEST模型对栖息地质量进行评估，该模型综合考虑了土地利用数据、威胁信息和生态因素。通过确定不同威胁因素（如城市扩张、铁路线、道路网络和农田）的权重和最大影响距离，模型能够计算这些因素对栖息地质量的负面影响。结果表明，道路网络对栖息地质量的影响最大，特别是在靠近道路边缘的区域，其影响范围可达1公里，但强度会逐渐减弱。铁路线和农田的威胁影响则稍低，但仍对栖息地质量造成显著损害。

在分析结果中，曼谷的栖息地质量呈现逐年下降的趋势，而栖息地退化则持续增加。从1995年到2025年，栖息地质量值从0.246下降至0.165，而栖息地退化值则从0.529上升至0.583。到2035年和2045年，栖息地质量进一步下降，退化值分别达到0.604和0.627。这种趋势表明，城市扩张对生态环境的负面影响正在加剧，特别是在城市中心区域和外围的农业区。城市中心的栖息地退化程度较高，但外围区域的退化速度更快，表明生态系统的脆弱性在不断上升。

为了缓解这种趋势，研究提出了一系列政策建议。首先，应加强基于自然的城乡规划政策，以减少栖息地的碎片化。其次，通过建立生态走廊、绿化带和生物多样性公园，可以恢复生态系统的连通性，并减轻城市化对生态环境的冲击。此外，应制定分区管理政策，限制城市扩张对生态敏感区域的影响，特别是在靠近河流、湿地和植被区的区域。城市更新政策应优先考虑垂直发展和以公共交通为导向的发展（TOD），以减少横向扩张带来的土地转换问题。同时，将遥感和人工智能驱动的预测框架（如CA-MC和InVEST）纳入长期城市规划，有助于提前预测城市扩张趋势，并采取预防性措施。

研究还强调了生态补偿机制的重要性，通过激励土地所有者保护农业和植被用地，可以在生态敏感区域实现可持续发展。此外，应加强公众意识，推动参与式生态保护计划，以确保政策的有效实施。通过这些措施，曼谷可以实现经济发展与生态保护的协调发展，为其他快速城市化地区提供借鉴。

总体而言，本文通过整合模型方法，揭示了城市扩张对生态环境的深远影响，并提出了相应的政策建议。这些研究结果不仅有助于理解城市化与生态系统的相互作用，还为制定可持续的城市规划政策提供了科学依据。随着城市化的持续发展，如何在经济增长和生态保护之间找到平衡，将成为未来城市治理的重要课题。