多情景下的景观优化权衡与安全边界界定：为实现区域可持续发展平衡粮食生产与生态保护

《Landscape Ecology》：Landscape optimization trade-offs and security boundary identification under multiple scenarios: balancing food production and ecological protection for regional sustainability

　　

摘要

背景

为满足日益增长的粮食需求，通常需要通过战略性的土地利用调整或扩大耕地面积来提升粮食产量。然而，这些策略往往会导致一系列负面生态影响，包括生物多样性丧失和用水量增加。因此，有必要探索在不同决策目标下如何实现粮食生产与生态保护的平衡。

研究目标

通过量化粮食生产与多个生态指标之间的权衡边界——即实现某一目标需以牺牲另一目标为代价的临界点——并结合实际约束条件，确定了景观优化安全区。这些区域是生态指标能够得到改善且不会影响甚至可能提升粮食产量的地区。研究结果可为京津冀地区的农业生产力与生态保护平衡提供空间规划依据。

研究方法

本研究提出了一种新的景观格局优化方法，可生成二维权衡边界并确定权衡阈值。在多种情景下，以粮食安全与生态保护阈值作为基准，通过这些权衡边界识别出了景观优化安全区。

研究结果

尽管不同情景下优化后的景观权衡边界曲线的长度和弯曲程度有所差异，但其整体的凹凸趋势保持一致。在粮食生产受限的情景下实现帕累托最优时，用水量可减少21.6%，同时不会影响粮食产量。此外，净碳汇能力和栖息地质量分别比现有权衡状态提高25.0%和14.8%。景观优化安全区与可提升农业和生态效益的区域仅有部分重叠，这体现了两者不同的功能定位。

结论

所确定的景观优化安全区为最大化粮食生产与生态保护的协同效益提供了结构化框架，也为农业景观和自然栖息地的多功能可持续规划提供了政策参考。在制定政策时，应充分考虑农业目标与生态目标之间的相互作用，因为过高的监管强度可能会限制实现协调可持续发展目标的灵活性。