基于PLUS-InVEST模型的吉林省西部生境质量情景模拟

收稿日期：2023-10-10

作者简介：杨长江（2000—），男，山西吕梁人，研究方向为资源生态与环境地理。#通信作者：刘雁（1977—），女，教授，研究方向为区域资源环境变化，E-mail：sply0709@163.com。

摘 要：应用PLUS模型与InVEST模型进行耦合模拟，利用吉林省西部 2000—2020 年土地利用数据，模拟预测2030和2040年生态保护及自然发展情景的区域生境质量，结果显示：2000—2020年吉林省西部生境质量空间分布范围最广的为中等生境质量区，低等级生境质量分布区对应的土地类型主要为建设用地和草地，因此城市扩张活动以及水体和林地草地等土地利用类型的退化对吉林省西部整体生境质量具有负面影响。2030、2040年在生态保护情景下，与自然发展情景相比研究区高等级生境质量区增加，生态环境质量的提高效果显著。

关键词：吉林省；西部；生境质量；情景模拟；PLUS-InVEST模型

中图分类号：TU982.29 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

景观格局和生态系统的时空演变过程都与人类活动密切相关。土地是生态系统中至关重要的一环，城镇化工业化的发展，必然会使部分生态用地向建设用地转变，改变土地利用格局，破坏生态系统结构[1]。土地利用/覆被变化是指在自然过程和人类活动的共同作用下，地表土地利用和覆被类型发生的变化[2]。根据土地利用的变化对地区的生境质量进行评估，并对其时空演化特征进行模拟分析，对于探究生境质量分异机制具有一定意义[3-4]。

1 研究区概况、数据来源及研究方法

1.1 研究区概况

吉林省西部处于中国北方农牧交错带的东部段落，东与松嫩平原相连，西接内蒙古自治区。行政区划包括白城、松原两市所辖10县（市、区），面积达4.7×104 km2。该区是吉林省主要的畜牧业产区和重要的能源基地，对于吉林省社会经济发展、生态治理有重要影响。受人类生产活动和自然条件影响，该区土地利用变化相对较为显著。

1.2 数据来源及研究方法

使用研究区2000—2020年土地利用数据，采用中

国科学院地理科学与资源研究所遥感监测数据集（CNLUCC），驱动因子数据来自地理空间数据云。采用PLUS模型进行土地利用模拟，与FLUS等模型相比，PLUS模型的模拟精度更高且对数据的要求较小[4]。

通过设置地类转移限制，实现自然发展情景和生态保护情景的模拟（表1）。

在表1中，1代表可以转出，0代表不可转出，字母A～F分别代表耕地、林地、草地、水体、未利用地和建设用地。InVEST模型能够模拟量化不同生态系统的服务功能，为相关规划提供理论依据。基于PLUS模型预测的情景用地数据耦合InVEST模型，对未来吉林省西部的生境质量进行情景模拟预测。

2 结果与分析

2.1 吉林省西部生境质量评价

利用InVEST生境质量模块对研究区的生境质量进行分析，将研究区生境质量分为差（0～0.2）、差（0.2

～0.4）、中（0.4～0.6）、好（0.6～0.8）、优（0.8～1.0）5个等级，

得出研究区生境质量空间分布状况。结合研究区土地利用数据及图1可知，吉林省生境质量空间分布范围最广的等级为中等生境质量区，低等级生境质量分布区对应的土地类型主要为建设用地和草地，因此，城市扩张、水体和林草地等土地利用类型的退化对吉林省西部整体生境质量具有负面影响。低等级生境质量区域主要分布在研究区中部的盐碱地集中区域，水体和林地是较高等级生境质量分布的土地类型。

2.2 土地利用及生境质量的模拟

由PLUS模型输入相关数据运行模拟可以预测研究区未来两种情景下土地利用状况（表2）。总体来看，自然发展情景与生态保护情景下，耕地和草地是吉林省西部分布最为广泛的土地利用类型，且呈现出交错分布的特征，建设用地稳定增长。与自然发展情景相比，林地和水体在生态保护情景下面积扩张更为显著，草地为在转化接触带优势地类。在生态保护情景下湿地，林地和草地面积有所增加。

计算分析得到吉林省西部各等级生境质量状况（表3），可知在2000—2020年期间，研究区高等级生境质量区总体呈下降趋势，中等生境质量区总体呈上升趋势，平均变化量为1.93个百分点，而最低生境质量区变化幅度平均为0.18个百分点。较低生境质量区则有小幅度减少。以上变化说明相关保护措施已起到一定效果，但吉林省西部生境退化仍需关注，应继续坚持生态保护政策。

基于吉林省西部未来两种情景预测土地利用状况，对吉林省西部生境质量进行模拟，得到2030—2040年吉林省西部生境质量时空格局生态发展情景与自然发展状况（图2）。整体来看，吉林省西部生境质量格局未发生显著改变，但不同土地利用情景下各等级生境质量区域占比仍有差异。

分析计算2030—2040年间的自然发展情景和吉林省西部生境，在生态保护情景下，吉林省西部生境质量占比最高区域的仍为中等生境质量区，其次是等级较低的生境质量。在2030年自然发展情景下，生境质量低区比重达到24.21%，生态保护情景下则为21.86%。高等级生境质量区（包含良好、优秀等级）在生态保护情景下占比达到23.26%，高于该等级在自然发展情景下的20.4%。2040年下自然发展情景研究区域内，低等级环境质量所占比重高于生态保护情景，高等级环境质量占比则略低于生态保护情景。

以上数据显示，生态保护情景下，吉林省西部生境质量具有一定提升，科学、合理的土地规划及生态保护政策能够有效提高区域生境质量。

3 结论

在人类活动与自然条件的双重影响下，吉林省西部土地利用类型之间存在着相对复杂的转换，并会对区域生境质量产生重要影响。2000—2020年吉林省西部中等生境质量区分布较广且所占比例最高，与之相对应的用地类型以耕地为主。低等级生境质量区主要分布在以盐碱地为主的研究区中部，以及建筑用地和草地等区域。水体、林草地的退化不利于吉林省西部生境质量的稳定健康发展。2030—2040年未来生态保护情景下，吉林省西部生境质量具有一定提升，高等级生境质量区域增加而低等级生境区域减少，这得益于实验中模拟的生态保护政策。

土地规划将对生态产生深刻影响[5]，基于以上结果，建议研究区在今后开展土地利用规划时，要重视生态保护，重视湿地退化问题[6-7]。开发未利用土地时要考虑生态效益；进行城镇建设时要合理设计，尽可能避免占用耕地。通过合理地调整政策，实现保护环境和生产发展的双重目标[8-9]。

参考文献

[1] 白娥，薛冰.土地利用与土地覆盖变化对生态系统的影响[J].植物生态学 报，2020，44（5）：543-552.

[2] 乔治，蒋玉颖，贺曈，等.土地利用变化模拟研究进展[J].生态学报，2022，42（13）：5165-5176.

[3] 刘雁.吉林省西部湿地时空动态变化的气候水文效应及情景模拟研究[D].长春：东北师范大学，2016.

[4] 刘长雨.基于FLUS-InVEST模型黄河流域甘青段生境质量评估及多情景预测[D].兰州：甘肃农业大学，2023.

[5] 陈桥彬.未来SSP-RCP情景下长株潭城市群土地利用与生态系统服务的演变预测[D].长沙：中南林业科技大学， 2023.

[6] 林志，李石华，易邦进，等.多情景视角下云南省三生“空间”变化模拟与效应评价[J].水土保持学报，2024，38（1）：220 -230.

[7] 钟绍卓，孙浩源.不同情景下祁连山国家级自然保护区生态系统服务时空变化及权衡与协同关系[J].水土保持研究，2023，30（5）：358-369.

[8] 郑亚平，张俊华，田惠文，等.大别山区生境质量时空特征及自然-人为因素驱动机制[J].环境科学，2024，45（4）：2268 -2279.

[9] 李明，胡封举，包丹，等.顾及城市发展和生态保护均衡的宜昌市生境质量多情景模拟研究[J].湖北大学学报（自然科学版），2024，46（3）：320-329.