《园林》学刊·专题导读（2023.10）丨基于PLUS模型的金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化模拟与多情景预测
基于PLUS模型的金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化模拟与多情景预测
Simulation and Multi-scenario Prediction of Land Use Change in the Adjacent Area of Jinfo Mountain Reserve Based on PLUS Model
杜文武* 胡瑶 刘渝杰 眭淼
杜文武
西南大学园艺园林学院风景园林系主任、副教授、硕士生导师，日本国立千叶大学博士。研究领域为风景园林规划设计与空间治理，主持国家自然科学基金等各类课题多项，国内外权威期刊发表论文十余篇
胡瑶
西南大学园艺园林学院硕士研究生，研究方向为自然保护地及其周边区域可持续发展
刘渝杰
西南大学园艺园林学院在读硕士研究生，研究方向为自然保护地及其周边区域可持续发展
• 全文刊登于《园林》2023-10期P4-13.
• 全文引文格式：杜文武, 胡瑶, 刘渝杰等. 基于PLUS模型的金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化模拟与多情景预测[J]. 园林, 2023, 40(10): 4-13.
• 摘要：位于自然保护地边界以外的毗邻区，土地超载、破坏性利用及管控乏力现象普遍，对自然保护地本体造成严重威胁。科学预测土地利用变化趋势，是理解毗邻区土地利用变化对自然保护地本体生态安全影响，进而制定针对性管控措施的重要前提。运用PLUS模型，基于2000年、2010年、2020年三期土地利用数据，分析2000-2020年重庆金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化时空格局及其驱动力，并设置自然发展、城镇发展、生态保护三种情景，模拟预测2040年保护地毗邻区土地利用情况。结果表明：（1）金佛山自然保护地毗邻区土地利用类型以林地、耕地为主；2000-2020年间，耕地、林地面积减少，建设用地面积大幅增加，转入来源主要为林地和耕地；（2）PLUS模型对金佛山自然保护地毗邻区土地利用驱动因子的解释能力较好，其中，对耕地、林地、建设用地面积变化解释力度最大的驱动因子均为NDVI指数和人口密度；（3）PLUS模型在金佛山自然保护地毗邻区的适用性较强，总体精度为0.95，Kappa系数为0.92，远高于0.75；（4）三种情景下，地类变化趋势均为林地、耕地面积减少，建设用地面积由保护地毗邻区逐渐向本体边界处蔓延。研究表明，PLUS模型适用于同类型自然保护地毗邻区土地利用模拟研究；仅对毗邻区生态类用地进行保护限制不足以遏制建设用地向本体扩张，亟需对毗邻区人类活动进行更为精细化的管控。
• 关键词：自然保护地；毗邻区；PLUS模型；土地利用变化；模拟预测
1 研究背景
自然保护地是国土生态安全的基石，在维护国家生态安全中居于首要地位。位于自然保护地边界外、作为自然保护地本体生态屏障的毗邻区，因土地超载、破坏性利用及管控乏力现象对自然保护地本体的生态安全造成严重威胁，已成为国内自然保护地体系构建过程中的现实难题[1-2]。土地利用/土地覆被变化能够直接表现人类与自然生态环境的相互作用关系，是衡量和判断毗邻区受人类活动扰动状况的关键[3]。
2 研究区概况
金佛山位于重庆市南川区境内，存在数种自然保护地类型，根据各类型边界重叠情况及具体生态保护目标，综合考虑各因素，最终选择金佛山国家级自然保护区的核心区和缓冲区、金佛山风景名胜区的核心景区及金佛山世界自然遗产的核心区作为金佛山自然保护地本体，并以此范围边界缓冲15km的区域作为金佛山自然保护地毗邻区[4]（图1）。
图1 研究区域
3 土地利用/土地覆被变化时空格局分析
本文从土地利用转移矩阵、土地利用动态度角度，分析金佛山自然保护地及其毗邻区土地利用变化情况。
结果表明（图2，图3，表1），金佛山自然保护地毗邻区的土地利用类型以林地、耕地为主。2000-2020年间，耕地、林地、建设用地之间转换最为强烈，在自然因素和社会经济因素的多重驱动下建设用地占用大量林地和耕地，2020年面积增长至2000年的两倍。
图2 2000-2020年土地利用类型图
图3 自然保护地毗邻区空间分布地类转换图像
表1 土地利用地类面积变化分析表
4 基于PLUS模型的金佛山自然保护地
及其毗邻区土地利用变化驱动力分析
本文构建了PLUS模型，通过选择土地利用变化的驱动因子并计算其解释力，进一步测度土地利用的变化规律，并以此模拟预测未来土地利用格局[5]，得到结果如下：
（1）PLUS模型中LEAS模块计算各个驱动因子对每种土地利用类型解释能力较好（图4），其中，对耕地、林地、建设用地面积变化解释力度最大的驱动因子均为NDVI指数和人口密度。
图4 驱动因子贡献度
（2）根据PLUS模型得出2020年研究区域土地利用模拟数据，并与2020年的实际数据对比（图5），可以看出模拟得到的土地利用类型数据在空间分布中较为一致，可信度较高。精度检验计算得出总体精度为0.95，Kappa系数为0.92，说明PLUS模型在金佛山自然保护地毗邻区的适用性较强。
图5 2020年土地利用模拟对比图
5 多情境模拟下金佛山自然保护地
及其毗邻区土地利用分析
本文设置了自然发展情景、城镇发展情景和生态保护情景以模拟预测2040年研究区域土地利用情况。
结果表明，在自然发展、城镇发展、生态保护三种情境下，2040年研究区域土地利用变化均为林地、耕地面积减少，建设用地增加（图6，图7，表2）。其中，生态保护情景降低了建设用地扩张概率，但仍由保护地毗邻区逐渐向本体边界处蔓延，呈破坏性土地利用趋势，说明此情景下生态保护力度不足以遏制建设用地向本体扩张，不利于当前及长远自然保护地的发展。
图6 2040年三种情景下土地利用类型模拟图
图7 2040年各情景下建设用地迁移图
表2 2040年三种情景下土地利用需求预测表（单位：hm2）
6 讨论与结论
（1）PLUS模型在金佛山自然保护地毗邻区模拟精度较高，对同类型自然保护地毗邻区土地利用的模拟研究提供了有效案例。但在参数设置、驱动因子选择等方面仍有不足之处，在未来的研究中应探寻更科学客观的方法。
（2）自然保护地毗邻区的破坏性土地利用将切断自然保护地本体与毗邻区之间生态过程的连续性，加剧自然保护地本体孤岛化和毗邻区破碎化的风险。仅对毗邻区生态类用地进行保护限制不足以遏制建设用地向本体扩张，亟需对毗邻区人类活动进行更为精细化的管控。
参考文献
[1] YANG J, YANG J, LUO X, et al. Impacts by Expansion of Human Settlements on Nature Reserves in China[J]. Journal of Environmental Management, 2019, 248: 109233.
[2] MARTINUZZI S, RADELOFF V C, JOPPA L N, et al. Scenarios of Future Land Use Change Around United States’ Protected Areas[J]. Biological Conservation, 2015, 184: 446-455.
[3] PALOMO I, MARTÍN-LÓPEZ B, POTSCHIN M, et al. National Parks, Buffer Zones and Surrounding Lands: Mapping Ecosystem Service Flows[J]. Ecosystem Services, 2013(4): 104-116.
[4] 呼延佼奇, 肖静, 于博威, 等. 我国自然保护区功能分区研究进展[J]. 生态学报, 2014, 34(22): 6391-6396.
[5] 张镱锂, 刘林山, 王兆锋, 等. 青藏高原土地利用与覆被变化的时空特征[J]. 科学通报, 2019, 64(27): 2865-2875.
长按或扫描二维码，下载并阅读完整版文章
往期推荐
《园林》学刊·卷首语（2023.10）丨加快构建中国自然保护地体系
《园林》学刊·新刊导览（2023.10）丨自然保护地及人地协调
《园林》学刊·卷首语（2023.09）丨高质量推进国家植物园体系建设
《园林》学刊·新刊导览（2023.09）丨高质量推进国家植物园体系建设
《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨植物专类园的规划设计
《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨知名国家植物园的选址布局对推进中国植物园体系建设的借鉴
《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨基于网络文本数据的上海辰山植物园及月季园游客感知分析《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨应对气候变化的国外历史植物园管理策略研究《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨历久弥新——亨廷顿植物园的发展历程与启示《园林》学刊·专题导读（2023.09）丨埃及植物园历史与演化
《园林》学刊
定位：风景园林领域高质量学术刊物
定向：立足国内、面向国际
定标：服务学科学者、支撑行业发展
投稿网址：https://www.gardenmagazine.cn
联系电话：021-54353667（编辑）/54352749（发行）
扫码或长按关注↓↓↓