长江中游城市群生态网络模拟与优化研究

《Land》：Simulation and Optimization of the Ecological Networks in the Middle Yangtze River Basin

　　

探索多情景下生态网络的模拟与优化路径，有利于保障生态安全并实现城市群高质量发展。本研究利用PLUS模型，在自然发展（ND）、生态保护（EP）、耕地保护（CP）和经济发展（ED）四种替代情景下，对长江中游城市群土地利用变化进行了空间模拟。通过将InVEST和MSPA模型与电路理论相结合，在“过去与未来”的双时间框架内构建了生态网络和生态安全格局。在此基础上，研究人员探讨了不同情景下的生态管理分区及相应的优化路径。结果表明：（1）2000—2020年期间，长江中游城市群土地利用以耕地和林地为主。（2）多情景土地利用类型呈现出分异的演变趋势。ND情景维持历史格局；EP情景使生态用地增加1.2%；CP情景使耕地扩大11.74%；ED情景使建设用地增加33.78%。（3）二十年间，研究区的生境质量和景观格局基本保持稳定。各情景下生态廊道连通性排序为EP > ND > ED > CP。据此，建立了多情景下的生态网络以及“三屏障、四廊道、三带、多节点”的生态安全格局。（4）将城市群划分为生态源保护区、生态源协调区和生态源恢复区三大类生态优先保护区，以及五个等级的生态管理区。基于该分类，研究人员探讨了多情景下的分区优化策略。本研究为保障长江中游城市群生态安全、实施差异化多层次生态管理提供了有价值的指导。

**长江中游城市群生态网络模拟与优化研究解读**

**1. 研究背景与问题**
生态网络是缓解栖息地破碎化、提升区域生态系统服务、保障生态安全的重要载体。中国快速城镇化进程中，建设用地持续侵占生态用地，导致生物多样性丧失和生态系统服务退化。长江中游城市群作为中部地区高质量发展的重要增长极，面临栖息地破碎化、生态系统服务退化等突出生态问题。现有生态网络研究多聚焦于单一时间断面的静态格局，缺乏对未来多情景下生态网络动态演变过程的模拟与优化路径的探讨，难以支撑预防性生态风险分区和预警机制建立。因此，亟需在“过去—未来”双时间框架下开展多情景生态网络构建研究，为跨区域生态治理和生态安全格局优化提供科学依据。

**2. 研究内容与结论**
研究人员以长江中游城市群为研究区，集成PLUS、InVEST和MSPA模型，结合电路理论，在自然发展（ND）、生态保护（EP）、耕地保护（CP）和经济发展（ED）四种情景下模拟2050年土地利用格局，构建多情景生态网络和生态安全格局，并据此划分生态管理分区、提出差异化优化策略。结果表明：2000—2020年研究区以耕地和林地为主（合计占比超90%），生态用地持续被侵占；2050年多情景土地利用呈分异趋势，EP情景生态用地增加1.2%，CP情景耕地扩张11.74%（林地减少17461 km2），ED情景建设用地扩张33.78%；各情景生境质量与景观连通性排序分别为EP>ND=ED>CP、EP=ND>ED>CP，生态源面积排序为EP>ND>ED>CP；多情景生态网络格局分异明显，CP情景生态屏障点显著增加，EP情景关键点大幅减少；据此划分三类生态优先保护区（生态源保护区、生态源协调区、生态源恢复区）和五级生态管理区，提出“三屏障、四廊道、三带、多节点”生态安全格局。研究为跨区域生态协同治理和差异化生态管理提供了理论支持。

**3. 关键技术方法**
研究依托多源数据集（土地利用、DEM、坡度、降水、年均温、夜间灯光、GDP、人口密度、距主要道路距离等），统一至1 km分辨率。主要方法包括：①PLUS模型多情景土地利用模拟（基于LEAS模块和CARS模块，设定ND/EP/CP/ED四种情景及转移矩阵）；②InVEST模型生境质量评估与MSPA模型景观格局分析（提取核心区与高质量生境斑块，叠加获得生态源）；③基于层次分析法（AHP）构建综合阻力面，利用Linkage Mapper识别生态廊道、Pinchpoint Mapper识别生态夹点、Barrier Mapper识别生态障碍点。

**4. 研究结果**
**4.1 多情景土地利用格局特征**
2000—2020年土地利用转移呈现耕地双向转化、林地水域净减少、建设用地持续扩张（增长87.74%）的特征。2050年四种情景模拟显示：ND情景延续历史趋势，建设用地继续扩张；CP情景耕地大规模增加，主要侵占林地和水域；EP情景林地增加2.7%，建设用地扩张放缓；ED情景建设用地扩张33.78%，主要侵占周边耕地。

**4.2 多情景生境质量时空分析**
2000—2020年生境质量总体呈下降趋势（降低2.65%），空间格局与国土功能分区高度一致，高值区位于三大生态屏障，低值区位于主要粮食产区。至2050年，EP情景生境质量较2020年提升1.09%，CP情景下降5.19%，ND与ED情景均下降0.43%。

**4.3 多情景生态网络构建**
MSPA分析显示核心区集中于西北、西南和东南部，2000—2020年核心区总面积稳定但边缘遭压缩。生态源面积排序为EP>ND>ED>CP，核心生态源占潜在源区面积超85%。综合阻力面呈“廊道状高阻、斑块状低阻”格局，阻力水平排序为ED>CP>ND>EP。生态廊道呈“中部枢纽、东西延伸”格局，2000—2020年廊道数量增加，夹点先增后减，障碍点持续增多。各情景中EP情景廊道连通性最优，ED情景生态网络连通性显著下降。

**5. 讨论与结论**
讨论部分基于“过去—未来”双时间框架构建生态管理分区，提出“保护区严格保护、协调区弱干扰、恢复区强化修复、管理区分级发展”的优化策略，并构建“三屏障、四廊道、三带、多节点”生态安全格局。研究通过PLUS模型精度验证（Kappa=0.86，总体精度=0.92，FOM=0.37），表明模型适用性良好；与已有规划及研究对比，结果具有一致性。局限性包括情景参数设置存在主观性、生态阈值缺乏敏感性检验、1 km分辨率可能忽略小尺度细节。结论总结如下：①2000—2020年研究区土地利用以耕地和林地为主，多情景演变趋势分异明显；②生境质量与景观格局总体稳定，多情景下生态源面积排序为EP>ND>ED>CP；③生态廊道呈“中部枢纽、东西延伸”格局，多情景连通性排序为EP>ND>ED>CP；④划分三类生态优先保护区与五级生态管理区，建立差异化空间管控制度和生态安全格局；⑤未来应结合更高分辨率数据和更科学的生态阈值进一步优化模拟与分区方法。