基于SD-PLUS耦合模型的吉林省土地利用变化及生境质量多情景模拟预测

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社会经济的快速发展与城市化进程的不断加剧对区域土地利用方式以及生境质量格局造成了较大影响,进而导致生态环境不断恶化,区域发展潜力严重受损,且未来社会经济及环境变化具有很强的不确定性。因此,如何有效评估未来区域生境质量的变化趋势及其对土地利用变化的响应对于促进高质量发展、实现人与自然和谐共生来说具有重要意义。本文以吉林省为研究对象,1995-2020年间6期30m分辨率土地利用/覆被数据为基础,在分析了25年间吉林省土地利用变化特征和经济社会发展趋势的基础上,设立了4种不同的发展情景,将自下而上的土地需求量预测与自上而下的土地利用空间模拟相结合,建立了SD-PLUS耦合模型,得到2050年吉林省多情景土地利用模拟图,并以此为基础,应用In VEST模型生境质量模块,对1995-2020年间吉林省生境质量变化趋势进行分析并对2050年生境质量状况进行模拟预测,结果表明:(1)25年间吉林省土地利用变化的主要特点是:日益增长的粮食需求与退耕还林、还草政策之间存在矛盾导致吉林省东南部耕地、林地、草地之间不断相互转化;社会经济高速发展引起建设用地快速扩张导致长春市主城区附近耕地向城镇建设用地转化;草地资源的重视和保护程度不足导致白城市附近大面积草地向盐碱地退化;湿地等生态用地面积不断缩小导致吉林省西北边界上众多湿地保护区向未利用地退化。从开发利用强度上看,1995-2020年间吉林省土地利用综合指数均在240左右且逐年上升,开发程度属于中等水平,仍有较大的发展空间。(2)不同发展情景下土地需求量预测的特征明显:在惯性增长(S1)情景下,耕地、建设用地、未利用地面积持续增长,其余地类面积小幅度下降,基本符合1995-2020年间土地利用变化趋势;快速扩张(S2)情景下,城镇建设用地规模增加到4234.26km~2,为四种情景最大值,同时各类生态地类面积剧烈减少,体现出了粗放型经济增长模式下吉林省人地矛盾的进一步加剧;生态优先(S3)情景下,林地、湿地面积得到明显增长,农村居民点面积增加量最小,在践行了生态文明理念的同时,基本维护了区域生态平衡;高质量发展(S4)情景下,城镇建设用地的扩张幅度小于前3种情景,湿地、水域面积增加,林地、草地面积轻微减少,在极高的科技水平与土地利用效率的影响下,基本找到了经济发展与生态保护间的平衡点。(3)2020年吉林省土地利用空间模拟结果的Kappa系数为0.841,总体精度为0.907,Fom指数为0.151,证明模拟精度较高。2050年多情景模拟的结果表明:不同情景下土地利用模拟图有着明显区别,S1与S2情景城镇建设用地向四周的扩张较为明显,且集中在中心城区附近;S3情景下各类生态用地、尤其是草地的规模得到明显增长;S4情景下城市边界未发生明显增长,水域湿地规模有所扩大,基本符合不同情景的设置要求。(4)2050年4种不同情景下吉林省生境质量平均值排序为S3(0.6622)>S4(0.6594)>S1(0.6343)>S2(0.6217),遵循情景设置规律,生境质量出现较大差异的区域为吉林省西北部、东南部以及各城市的城市中心,不同地类变化直接影响生境质量变化的空间分布,S3与S4情景下,吉林省城镇建设用地扩张规模得到有效控制,盐碱地面积进一步减少,林地等生态地类面积逐渐增加,区域平均生境质量也得到了提升;而S1与S2情景下吉林省生境质量随着城镇建设用地的无序扩张而逐渐下降。最后本文基于对生境质量模拟预测的对比分析结果,提出了未来吉林省土地利用与生态保护相关的政策意见。
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