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土地利用转型路径具有不同的生态效应，但关键转换过程对生境质量的影响仍未得到充分认识。生境质量被定义为一个无量纲的0–1 InVEST指数，用以表征景观支持生物多样性的相对能力，该指数由土地覆盖适宜性和对人为威胁的暴露程度估算得出。本研究识别了影响淮河生态经济带
土地利用转型路径具有不同的生态效应，但关键转换过程对生境质量的影响仍未得到充分认识。生境质量被定义为一个无量纲的0–1 InVEST指数，用以表征景观支持生物多样性的相对能力，该指数由土地覆盖适宜性和对人为威胁的暴露程度估算得出。本研究识别了影响淮河生态经济带生境质量的关键转型路径。研究人员利用2003年至2023年的土地利用数据，采用PLUS–InVEST耦合框架进行模拟，预测了2033年四种情景下的土地利用与生境质量，并通过贡献分析量化了路径效应。耕地持续减少，而由建筑结构、铺装或人工密封表面组成的聚集性不透水面类别持续扩张。平均生境质量从0.588提升至0.628，在0–1尺度上绝对增幅为0.040，且南部高于北部。少数路径主导了生境质量变化；耕地和林地转为不透水面是主要的负面路径。情景间差异较小，表明农业生产、生态保护与生境质量之间存在潜在权衡；在转型路径层面，生态保护和可持续发展情景降低了特定高风险转换（尤其是耕地转不透水面）对生境质量的负面贡献。
**淮河生态经济带土地利用转型对生境质量的影响：基于PLUS-InVEST框架的多情景模拟与路径贡献分析**
**1. 研究背景与科学问题**
农业用地是保障粮食生产、维持区域生态功能和促进可持续发展的关键空间载体。然而，快速城市化与经济发展显著改变了农业用地格局，大面积的耕地被转化为不透水面（由建筑结构和铺装或人工密封表面构成），加剧了农业生产空间与生态保护需求之间的冲突。土地利用转型不仅重塑土地资源配置格局，还通过改变生态系统组成与过程影响区域生态系统的结构与功能。因此，在快速土地利用变化背景下评估土地利用转型的生态效应，对于促进农业可持续发展与优化土地资源配置至关重要。
淮河生态经济带位于中国暖温带与亚热带过渡区，是连接南北生态系统的重要生态廊道，也是国家粮食安全战略与快速城市化发展重叠区域。该区域整合了粮食生产、生态保护与城市发展等多重功能，为研究土地利用转型过程及其生态效应提供了代表性案例。然而，现有研究主要集中在土地利用变化与生境质量演变的时空格局，对哪些土地利用转型路径促成生境改善或退化这一关键问题关注不足。不同土地利用转换过程具有不同的生态意义，相同幅度的土地变化可能产生截然不同的生态后果。仅关注土地利用数量变化无法准确揭示土地利用转型过程中生态风险的来源。识别关键土地利用转型路径及其生态贡献，能够从土地转换过程的角度加深对农业用地转换如何影响生态系统的理解，并为未来土地管理策略提供针对性支持。
基于上述背景，本研究选取淮河生态经济带为研究区，建立耦合PLUS-InVEST模拟框架，定量分析2003—2023年土地利用时空演变、生境质量变化及未来多情景动态。研究目标包括：(1)分析土地利用转移特征并识别主要土地转换方向；(2)模拟不同情景下未来土地利用格局与生境质量变化；(3)量化不同土地利用转型路径对生境质量变化的贡献并识别关键生态风险路径；(4)为区域土地利用优化与生态保护提供科学支持。
**2. 研究方法概述**
研究区依据国务院批准的《淮河生态经济带发展规划》确定，范围介于112.24°E–120.96°E、31.01°N–36.21°N之间，总面积260,891.5 km2，包含25个地级市和4个县级市。土地利用数据来源于武汉大学杨杰教授和黄昕教授团队（CLCD产品），空间分辨率30 m，包含耕地、林地、灌木地、草地、水体、裸地和不透水面七个大类。研究将数据重采样至100 m分辨率，并选取人口、GDP、高程、NDVI、坡度、坡向、年均温、年均降水、距各级道路距离及距水体距离等12个驱动因子。
主要技术方法包括：(1)土地利用转移矩阵，通过GIS空间叠加分析定量反映不同地类间的转换方向与规模；(2)PLUS模型，包含土地扩张分析策略（LEAS）模块和基于多类型随机斑块种子的元胞自动机（CARS）模块，利用随机森林算法探究土地扩张及其驱动机制；(3)情景模拟设置，基于“三区三线”国土空间规划框架和《淮河生态经济带发展规划》，设定自然发展、生态保护、耕地保护和可持续发展四种2033年情景，对各情景设置差异化的转移概率调整参数；(4)InVEST模型生境质量评估模块，将耕地、不透水面和裸地作为威胁源（视具体表格参数而定），综合土地利用数据与生物多样性威胁因子生成生境质量地图，生境质量值经等间隔法分为五个等级；(5)生境贡献率分析，基于特定土地利用转换引起的区域生境质量增减比例，量化不同转型类型对生境质量变化的贡献。模型验证采用Kappa系数和FOM（Figure of Merit）系数。
**3. 主要研究结果**
**3.1 模型精度验证**：利用2003年和2013年土地利用数据运行LEAS模块模拟2023年土地利用进行验证。结果显示Kappa系数为0.76，总体精度为0.89，FOM值为0.42，均超过可靠性阈值，模拟结果可靠。
**3.2 土地利用时空演变分析**：2003—2023年，研究区土地利用转型以耕地持续减少和不透水面扩张为主要特征。耕地在四个时段（2003–2008、2008–2013、2013–2018、2018–2023）的净减少量分别为8213.49 km2、4706.31 km2、2325.29 km2和1422.89 km2，其中2008—2013年减少幅度最大。耕地主要转为不透水面、林地和草地。不透水面成为主要净流入类型，四个时段净增分别为7259.19 km2、4528.86 km2、2877.40 km2和2505.22 km2。空间上，土地利用转型呈广泛分散与局部聚集并存格局；2003—2008年耕地转水体在济宁—枣庄边界呈带状聚集，2008—2013年耕地转出在淮河以北呈团块聚集，2013—2018年林地和草地转出集中在西南至东南山地，2018—2023年水体转出在淮河中游东部及下游城市呈带状分布。桑基图分析显示耕地与林地、不透水面之间转移关系较强。四种2033年情景模拟显示空间格局总体相似，但耕地保护情景保留最大耕地面积（191,016.47 km2）和最小不透水面面积（41,716.67 km2）。
**3.3 驱动因素分析**：耕地和不透水面变化主要受社会经济因素（尤其交通可达性）影响，反映快速城市化与基础设施建设的主导作用；林地变化主要受高程、坡度、降水等自然因素控制，体现生态背景约束和退耕还林等生态修复工程的影响。不透水面扩张主要受GDP、人口密度和距各级道路距离驱动。
**3.4 生境质量变化分析**：研究区平均生境质量从2003年的0.588升至2023年的0.628，总体增加6.78%，呈“慢增—相对稳定—快速提升”三阶段特征。空间上呈南高北低格局，较好和好等级面积比例从2003年的20.7%增至2023年的41.4%。无差或较差等级区域。
**3.5 不同情景下生境质量响应**：2033年四种情景平均生境质量排序为：耕地保护（0.628）>自然发展（0.621）>可持续发展（0.619）>生态保护（0.618），最大差值仅0.010。生态保护和可持续发展情景的平均生境质量略低于自然发展情景，但差异极小，表明限制特定转换并未在各行政单元转化为一致的生境质量提升。
**3.6 关键转型路径的生境贡献特征**：2003—2013年正贡献主要来自不透水面和裸地转为其他地类，不透水面→林地贡献率最高（0.68）；负贡献以林地→裸地（?0.32）和林地→不透水面（?0.23）为主。2013—2023年正贡献强度与集中度进一步增强，最大正贡献升至1，负贡献强度减弱。2023—2033年不同情景下，自然发展情景以耕地→不透水面为主要负贡献路径；生态保护和可持续发展情景以耕地→水体为主要负贡献路径；耕地保护情景以草地→不透水面为主要负贡献路径。
**4. 讨论与结论总结**
讨论部分指出，淮河生态经济带土地利用变化受耕地保护、生态治理与不透水面扩张共同影响。研究表明，少数关键转型路径主导了生境质量变化，其中耕地和林地转不透水面是主要负面路径，反映了城市扩展通过地表硬化、景观破碎化和生态连通性降低影响生境质量。同时，部分生态修复相关路径产生正贡献，表明适当的土地修复和生态保护措施能改善区域生态功能。多情景模拟表明，生态保护和可持续发展情景在转型路径层面降低了特定高风险转换（尤其耕地转不透水面）的负面贡献，但其区域平均生境质量却低于自然发展情景，揭示出单一路径约束与整体生境质量之间的复杂性。耕地保护情景虽获最高平均生境质量，但草地转不透水面成为主要负面路径，表明单一地类保护策略可能将开发压力转移至其他地类。研究局限性包括：PLUS模型情景参数设置含主观假设；InVEST模型参数不确定性和土地覆盖类别作为生境代理的固有限制；CLCD产品缺乏亚类划分，无法揭示具体转换过程；未纳入作物类型、土壤属性和生态恢复时滞等要素。
研究结论可概括为：(1)研究区土地利用转型以耕地持续流失和不透水面扩张为主要特征，耕地转不透水面是农业用地流失的重要路径，反映农业用地保护与区域发展需求之间的空间竞争；(2)土地利用转型显著影响生境质量，不同转型路径的生态效应存在差异；研究期内总体生境质量呈上升趋势，但空间异质性明显；基于转型路径的分析比传统面积分析能更精确地理解生态系统对土地利用变化的响应；(3)关键土地利用转型路径在生境质量演变中起主导作用，耕地和林地转不透水面是生境退化的主要负面路径，而林地、草地等生态用地扩张对生境质量改善有正贡献；转型方向比变化幅度更能准确表征生态风险；(4)未来土地管理应从总体规模调控转向关键转型路径的定向管理，应聚焦优化关键转型路径而非仅控制用地数量，以实现农业生产需求、土地资源利用与生态保护的协调。
