三亚青梅港红树林湿地土地利用时空演变及多情景模拟研究

《Wetlands》：Spatiotemporal Variation and Multiscenario Simulation of Land Use in Qingmei Harbor Mangrove Nature Reserve of Sanya (China)

本文针对沿海快速城镇化背景下红树林湿地保护与土地利用冲突加剧的问题，以典型热带滨海旅游城市三亚的青梅港红树林自然保护区为研究对象，运用PLUS模型模拟预测了2035年自然发展、城市建设和生态保护三种情景下的土地利用变化格局。研究发现研究区建设用地呈现先增后稳趋势，红树林面积持续增长但未来扩张空间有限，研究成果为类似城镇化沿海地区的红树林保护与修复提供了科学参考。

　　

随着沿海地区城镇化进程加速，海岸带土地利用需求显著增加，资源与环境矛盾日益突出，这对红树林湿地保护构成了巨大挑战。三亚拥有中国最具典型性的热带红树林资源，其中青梅港红树林湿地是三亚面积最大、群落演替最完整的潟湖港湾型湿地保护区。然而在20世纪中后期，由于人工砍伐、养殖池塘建设和海岸开发等人为活动，红树林面积大幅萎缩。尽管2000年以来中国全面加强红树林保护，海南也实施了有针对性的红树林保护修复措施，使三亚红树林覆盖率逐步恢复，但海南自由贸易港建设引发的新一轮开发浪潮，又给红树林湿地保护带来了新的压力。

为应对这些挑战，研究人员开展了三亚青梅港红树林自然保护区土地利用时空变异及多情景模拟研究。该研究在评估2009、2015和2022三个时间点土地利用数据的基础上，运用PLUS（Patch-generating Land Use Simulation）模型预测了2035年三种发展情景下的土地利用变化。研究发现，2009-2015年研究区建设用地快速增长，2015年后趋于停滞；红树林面积在2009-2022年间保持稳定增长趋势，而耕地、园地和乔木林地整体呈现不同程度下降。多情景模拟结果表明，在城市发展情景下，建设用地、裸地、园地和草地等人为地类增加最多；在生态保护情景下，乔木林地和河流等生态用地面积显著增加，但三种情景下红树林面积均无显著增长。

研究采用的主要技术方法包括：基于Google Earth Engine平台获取2009年（Landsat-5 TM）、2015年（Landsat-8 OLI）和2022年（Sentinel-2）三期遥感影像，利用随机森林（Random Forest）分类器识别11种土地利用类型；运用土地转移矩阵分析2009-2022年间各地类转化规律；通过PLUS模型结合土地扩张分析策略（LEAS）和多类型随机斑块种子CARS（Cellular Automata）模块，设置不同情景参数进行2035年土地利用模拟预测。

土地利用特征分析

研究显示，乔木林地占总面积比例最高（超过40%），是研究区的优势地类，但相比2009年，2015年和2022年乔木林地比例均有所下降。耕地占比相对较低且持续下降，而建设用地比例在2009-2015年间显著增加，反映了该时期青梅港红树林湿地区域的密集开发建设活动。值得注意的是，红树林面积比例从2009年到2022年呈现持续上升趋势，而与红树林密切相关的养殖池塘面积同期持续减少，到2022年已完全消失，证实了三亚近年来实施的"退塘还湿"等红树林保护修复措施的有效性。

土地利用扩张的驱动因子贡献

研究选取了自然因子和可达性相关因子共7个驱动因子，通过PLUS模型中的随机森林算法计算各驱动因子对不同土地利用类型扩张的贡献值。结果显示，除高程外，距河流距离是影响红树林扩张的另一关键因子，表明红树林扩张主要受地理位置和自然条件制约。对于乔木林地扩张，坡度是主要影响因子，其次是高程，进一步证实自然地理条件是乔木林地分布的核心决定因素。总体而言，高程对所有土地利用类型的扩张都起主导作用，特别是对养殖池塘、河流潟湖、园地和红树林地，表明自然地理因素是研究区土地利用扩张的主要驱动力。

红树林分布格局的多情景预测

基于研究区发展规划，建立了自然发展、城市发展和生态保护三种情景，预测了2035年研究区土地利用格局。自然发展情景下，红树林地、乔木林地、草地和未利用地面积均有不同程度增加；城市发展情景下，红树林地比例达到6.27%，是三种情景中最高值，但乔木林地面积增加最少，建设用地和未利用地面积快速增长；生态保护情景下，河流潟湖、乔木林地和园地扩张最大，但红树林面积有所萎缩。

研究结论表明，不同发展情景主要影响乔木林地和建设用地等地类，而红树林面积变化对情景设置的敏感性较低，更多受到红树林湿地保护等政策的影响。从红树林扩张潜力看，该区域可用于增加红树林面积的土地有限，且现有研究已发现该地区红树林种群出现退化迹象，如原有的红树（Rhizophora apiculata Bl.）、榄李（Lumnitzera racemosa Willd.）和角果木（Ceriops tagal (Perr.) C. B. Rob.）等单优群落出现严重面积萎缩和立木退化，瓶花木（Scyphiphora hydrophyllacea Gaertn. f.）种群自然更新受阻而处于濒危状态。

该研究的典型性使其研究成果具有突出的代表性和参考意义。青梅港红树林湿地是城市边缘高强度旅游压力下特定潟湖型红树林生态系统的典型代表，其面临的"旅游开发刚性需求与生态保护底线平衡"以及"高强度开发区嵌入式小规模湿地的空间挤压"等问题，是当前沿海城市湿地"建设与保护冲突"的浓缩样本。研究构建的GEE遥感技术与PLUS模型相结合的方法体系，为其他面临城镇化压力的沿海红树林保护区提供了可直接参考的研究路径。

研究同时指出存在的局限性，包括遥感影像空间分辨率和解译精度可能影响PLUS模型模拟精度，以及城市发展政策的特殊性和土地利用的高度动态性可能降低预测结果准确性。未来研究应从扩大研究视角和优化研究框架两方面推进，通过对比海南多个红树林点位的差异验证本研究情景设置的迁移性，并综合纳入环境因子和人类活动强度等多变量，提高模拟预测精度。

该研究为类似城镇化沿海地区的红树林湿地保护与修复提供了科学参考，特别是指出未来青梅港红树林湿地的长期保护管理应侧重于提升红树林生态系统质量和优化生态功能，同时继续推进红树林生境的阶段性恢复。为缓解城市建设用地无序扩张引发的红树林面积萎缩，政府应加强城市发展边界的划定与监管，完善红树林保护监管框架。