基于ESP-GMOP-PLUS耦合模型的大城市郊区乡村景观格局弹性优化与多情景模拟研究

针对大城市郊区生态空间破碎化与规划滞后的难题，本研究创新性构建ESP-GMOP-PLUS耦合模型，通过多层级生态安全格局（ESP）约束与多目标优化（GMOP）、斑块生成土地利用模拟（PLUS）技术，实现富春江流域2030年景观格局多情景模拟。结果表明：生态保护优先情景综合效益最优，68个乡镇被科学划分为3类管控区，为城乡生态空间协同治理提供量化决策支持。

　　

随着城市化进程加速，大城市郊区乡村正面临生态空间退化与功能失衡的双重压力。这些区域既承载着城市扩张的产业转移，又担负着维系城乡生态安全的重要使命，却因规划滞后、空间结构复杂，成为生态保护的薄弱环节。传统景观模拟方法如Markov模型缺乏空间约束接口，FLUS模型难以处理非线性关系，而单一生态约束策略更无法适应多元化发展需求。如何构建兼顾生态保护与经济发展的弹性规划机制，成为当前城乡空间治理的核心挑战。

浙江省科研团队以典型城郊乡村富春江流域（4524 km²）为研究对象，创新性提出ESP-GMOP-PLUS耦合模型框架。该研究通过整合基线/满意/理想三级生态安全格局（Ecological Security Patterns, ESP）作为弹性约束边界，结合灰色多目标优化（GMOP）与基于随机森林的斑块生成模拟（PLUS），实现了2030年景观格局的多情景精准预测。技术路径上，首先通过生态系统服务评估与形态学空间分析（MSPA）识别生态源地，利用最小累积阻力模型构建多层级ESP网络；随后将GMOP优化的用地需求作为PLUS模型的定量输入，结合DEM、GDP等14种驱动因子进行空间分配；最终基于乡镇发展现状匹配最优情景方案。

多层级生态安全格局构建
研究识别出水源涵养、生物多样性维护等5类生态系统服务热点区，通过MSPA提取核心区作为生态源地。根据不同保护强度设定三级ESP：基线模式（1200成本阈值，200-600 m廊道）覆盖流域35.32%面积，理想模式（800阈值，400-800 m廊道）保护范围达54.17%，显著高于传统城市群20%左右的保护比例。这种梯度化设计为后续情景模拟提供了弹性约束空间。

多情景模拟比较
在生态保护优先情景下，流域森林覆盖率提升至68.39%，生态连通性指数提高12.7%；而城市发展优先情景导致建设用地扩张达23.45km²，但通过ESP约束仍保护了81.6%的高价值生态空间。综合评估显示，生态保护情景在生态系统服务总量、景观破碎度等指标上均优于平衡发展（折中方案）与惯性发展（无干预）情景。

乡镇分类管控策略
研究将68个乡镇划分为三类：生态优先型（37个，占57.14%面积）需严格保护ESP核心区；平衡发展型（19个，29.10%面积）允许适度农业转型；城市导向型（12个，15.55%面积）重点控制建设用地蔓延。这种差异化管控有效协调了生态保护与地方发展诉求的矛盾。

该研究的突破性在于：首次将ESP的弹性约束机制与GMOP-PLUS的量化模拟深度耦合，形成“约束-优化-模拟-分区”全链条规划方法。相比传统独立斑块保护模式，三级ESP网络使生态空间系统性提升，而乡镇尺度的情景适配策略则增强了规划实施的可行性。论文发表于《Ecological Frontiers》，为长三角等城市群郊区乡村振兴提供了可复制的技术范式，其创新性体现在三方面：一是通过MSPA-ESP联动解决生态空间碎片化问题；二是利用随机森林算法捕捉DEM、交通距离等因子的非线性影响；三是建立“宏观优化-中观模拟-微观管控”的跨尺度决策体系。未来研究可进一步探索气候变化情景下的ESP动态调整机制，以及生态补偿政策对乡镇分类管控的支撑作用。