《ISPRS International Journal of Geo-Information》：Geoinformation-Based Simulation of Policy-Oriented Land-Use Scenarios for SDG-Oriented Spatial Planning in a Resource-Depleted City: Evidence from Huangshi, China
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快速城市发展加剧了土地开发与生态保护之间的冲突，使得空间显式的土地利用规划对资源枯竭城市愈发重要。本研究通过整合多情景土地利用建模、生产-生活-生态空间（PLES）分析、景观格局评估和SDG 15诊断，为中国黄石市构建了一个基于地理信息的决策支持框架。研究人员
快速城市发展加剧了土地开发与生态保护之间的冲突，使得空间显式的土地利用规划对资源枯竭城市愈发重要。本研究通过整合多情景土地利用建模、生产-生活-生态空间（PLES）分析、景观格局评估和SDG 15诊断，为中国黄石市构建了一个基于地理信息的决策支持框架。研究人员比较了四个2035年政策导向情景：常规发展（BAU）、生态恢复优先（ERP）、经济发展优先（EDP）和可持续发展（SD）。结果表明，ERP在生态绩效上表现最强，生态空间占比达46.47%，森林覆盖率从35.40%增至36.80%，水域面积升至9.65%，净土地退化率降至-2.04%，平均生境质量达0.484。SD提供了一个更平衡的路径，生态空间占比44.80%，生活空间占比8.93%，土地利用稳定率达96.36%，净退化率相对较低，为1.33%。BAU和EDP显示出更高的生态风险。该框架展示了多源地理空间数据和空间显式SDG诊断如何支持资源枯竭城市的适应性规划。
**论文解读：基于地理信息的政策导向土地利用情景模拟用于资源枯竭城市的SDG导向空间规划——来自中国黄石的证据**
**研究背景与问题**
在全球快速城市扩张和工业转型背景下，土地系统面临开发需求与生态保护之间的尖锐冲突。资源枯竭城市尤为突出，长期矿产资源开采导致土地退化、生态破碎化，并与经济转型压力交织，形成自我强化的退化循环。现有研究在土地利用模拟中多采用多情景对比，但缺乏系统评估不同规划路径对可持续发展目标的贡献。同时，可持续发展目标评估常依赖行政单元聚合指标，掩盖空间异质性，且未与土地利用功能结构和景观格局整合，难以转化为可操作的空间优化策略。因此，亟需构建一个整合多源地理空间数据、多目标优化、空间显式模拟与SDG诊断的框架，为资源枯竭城市提供适应性空间规划决策支持。
**研究内容与结论**
本研究以中国黄石市（资源枯竭城市）为例，开发了一个基于地理信息的决策支持框架，整合了多目标土地利用需求优化、PLUS（斑块生成土地利用模拟）模型空间分配、生产-生活-生态空间（PLES）分类、景观格局指标和空间显式SDG 15诊断。研究人员设定了四个2035年政策导向情景：常规发展（BAU）、生态恢复优先（ERP）、经济发展优先（EDP）和可持续发展（SD）。结果显示：ERP在生态绩效上最强，生态空间占比46.47%，森林覆盖率增至36.80%，水域面积升至9.65%，净土地退化率-2.04%，平均生境质量0.484；SD表现出更平衡的路径，生态空间44.80%，生活空间8.93%，土地利用稳定率96.36%，净退化率1.33%；BAU和EDP则显示更高的生态风险。研究表明，不同规划路径在生态恢复与稳定性之间存在权衡，ERP适合早期恢复阶段，SD适合后期巩固阶段。该框架为资源枯竭城市提供了可转移的决策支持工作流。
**主要关键技术方法**
1. **多目标土地利用需求优化**：采用遗传算法驱动的优化模型，分别针对生态恢复优先（ERP）和经济发展优先（EDP）情景进行单目标规划，针对可持续发展（SD）情景使用NSGA-II（非支配排序遗传算法II）进行双目标优化，并基于人口、粮食安全、生态红线等约束条件求解。
2. **PLUS模型空间分配**：利用PLUS v1.40中的土地扩张分析策略（LEAS）和基于元胞自动机的随机种子生成（CARS）模块，将情景需求映射到30米空间分辨率栅格上，并集成12个驱动因子（地形、气候、社会经济、交通可达性）。
3. **生产-生活-生态空间（PLES）功能分类**：基于优势功能原则，将六类土地利用重分类为生产空间（耕地）、生活空间（建设用地）和生态空间（林地、草地、水域、裸地）。
4. **景观格局评估**：使用FRAGSTATS 4.2计算斑块密度（PD）、边缘密度（ED）和景观分割指数（DIVISION）以量化破碎化程度。
5. **空间显式SDG 15诊断**：利用InVEST 3.14.2模型计算生境质量评估SDG 15.5，并基于森林覆盖率、水域面积、森林退化/改善/稳定率、土地退化/改善/稳定/净退化率评估SDG 15.1、15.2、15.3。样本数据来源为黄石市2005-2020年土地利用图及社会经济统计数据。
**研究结果**
**3.1 模拟土地利用格局**
模型验证显示Kappa值为0.88，总体精度0.93。与2020年相比，2035年各情景下耕地和森林占比最大，水域和建设用地次之。ERP中森林面积增加6399.04公顷，水域增加2763.63公顷；EDP中建设用地扩张最显著（增加9029.61公顷）；BAU中森林和水域下降。空间上，生态恢复集中在湖泊和河流周边，建设用地扩张主要在黄石中部和大冶。
**3.2 生产-生活-生态空间配置**
ERP生态空间占比最高（46.47%），生活空间最低（7.29%）；SD生态空间44.80%，生活空间8.93%；EDP生活空间最高（9.26%），生态空间44.49%；BAU生态空间最低（42.62%）。ERP和SD更有效地维持了高生态空间比例，SD实现了更平衡的分配。
**3.3 景观破碎化与连通性响应**
所有2035年情景的斑块密度（PD）和边缘密度（ED）均增加。EDP破碎化最严重（PD=9.64，DIVISION=0.87），ERP的PD最低（8.12），SD的DIVISION最低（0.81），表明连通性最强。ERP有利于减少斑块破碎化，SD整体分割程度较低。
**3.4 不同情景对SDG 15的贡献**
**3.4.1 SDG 15.1**：ERP森林覆盖率增至36.80%，水域面积9.65%，均为最高；SD小幅改善；BAU下降至34.07%和8.53%；EDP接近基线。
**3.4.2 SDG 15.2**：ERP森林退化率13.56%，改善率9.60%，稳定性86.44%，森林再配置最活跃；SD无退化，改善率0.38%，稳定性100%；BAU退化率3.91%，改善率0.09%；EDP几乎无变化。
**3.4.3 SDG 15.3**：ERP净退化率最低（-2.04%），改善率最高（8.65%）；SD净退化率1.33%，改善率1.15%，稳定性96.36%；EDP净退化率最高（2.00%）；BAU净退化率1.81%。ERP显示最大生态改善，SD最平衡。
**3.4.4 SDG 15.5**：2020年基线平均生境质量0.486，高于所有2035年情景。ERP最高（0.484），标准差最小（0.189）；SD为0.477；BAU和EDP均为0.475，EDP标准差最大（0.201）。ERP和SD均减缓了生境质量下降，ERP表现最优。
**讨论部分总结**
不同土地利用优化模式导致不同的SDG结果。ERP在SDG 15指标上表现最强，但伴随高森林周转率（总流入流出约是净增量的7.85倍），存在局部森林损失风险。SD则呈现低扰动、高稳定性的轨迹，平衡了生态与生活空间，但森林改善有限。BAU和EDP导致更弱的生态后果，揭示惯性或经济优先路径的风险。对资源枯竭城市而言，空间规划应分阶段适应：早期采用恢复优先策略（如ERP），后期转向巩固性策略（如SD）。空间显式SDG诊断应嵌入分区和规划中，以识别局部生态风险，避免平均改善掩盖局部退化。多情景模拟可支持适应性空间治理，但需根据当地退化模式调整参数设定。
**研究结论部分翻译**
本研究开发了一个基于地理信息的框架，整合了多目标土地利用需求优化、PLUS空间分配、PLES功能解释、景观格局指标和空间显式SDG 15诊断，并将其应用于黄石市2035年四个政策导向土地利用情景的比较。比较揭示了不同的可持续性特征，而非所有指标的一致排序。ERP产生了最强的恢复导向结果，生态空间占46.47%，平均生境质量达0.484，净土地退化率为-2.04%，在2035年情景中斑块密度最低（8.12）。SD维持了44.80%的生态空间和0.477的平均生境质量，同时实现了96.36%的土地利用稳定率，反映了生态保护与开发之间更稳定的平衡。然而，所有四个2035年情景的平均生境质量仍低于2020年基线（0.486），表明替代路径减缓但未完全逆转未来的生境压力。BAU和EDP暴露了不同形式的生态风险：BAU导致生态用地数量最大缩减（生态空间降至42.62%，森林和水域分别降至34.07%和8.53%）；EDP表现出更强的结构性压力，记录到最高的斑块密度（9.64）、景观分割指数（0.87）和净土地退化率（2.00%）。ERP与SD的比较进一步揭示了恢复-稳定性权衡：ERP产生了更大的生态增益，但涉及密集的森林再配置（森林退化和改善率分别为13.56%和9.60%）；SD实现了更温和的生态增益，同时维持了显著更高的土地利用稳定性。在所评估的指标内，ERP因此更符合历史生态损害广泛地区的主动恢复，而SD在稳定性和协调发展为首要目标时提供了低扰动路径。其适用性取决于城市的转型阶段和规划优先序，而非构成普遍优越的情景。
方法上，该框架建立了一个分析链，连接了情景特定土地需求优化、栅格级空间分配、功能空间解释、景观格局评估和空间显式SDG 15诊断。其模块化结构为其他资源枯竭城市评估替代规划路径提供了可适应的工作流，但需根据当地校准需求约束、驱动因子和评估指标。这些发现为资源枯竭城市的可持续空间规划提供了若干启示：第一，空间调控应采用阶段适应方法，在城市转型早期优先生态恢复，并随生态条件改善转向更平衡的配置；第二，空间显式SDG诊断应整合到分区和土地利用决策中，以识别局部生态风险并指导针对性恢复和保护；第三，多情景模拟可通过使规划当局比较替代转型路径并在不同开发压力下调整土地利用调控，支持适应性空间治理。总体而言，本研究为比较资源枯竭城市中替代土地利用转型路径和设计阶段适应性空间治理提供了空间显式决策支持。
