Wieloscenariuszowa symulacja zmian użytkowania ziemi i analiza krajobrazowej podatności ekologicznej w mieście Fuzhou w oparciu o sprzężone modelowanie GA-PLUS

Dlaczego przyszłość ziemi Fuzhou ma znaczenie

W miarę jak miasta rosną, przekształcają lasy, pola uprawne, rzeki i wybrzeża — często w sposób, który po cichu zwiększa ryzyko powodzi, erozji i utraty siedlisk. W badaniu skupiono się na Fuzhou, szybko rozwijającym się mieście przybrzeżnym na południowo-wschodnich Chinach, i postawiono proste, lecz pilne pytanie: jak dzisiejsze decyzje o tym, gdzie budować i co chronić, wpłyną na zdrowie ekologiczne miasta do 2030 roku? Wykorzystując zaawansowany model komputerowy, autorzy badają różne scenariusze dla użytkowania ziemi w Fuzhou i pokazują, jak decyzje polityczne mogą pogarszać lub łagodzić podatność środowiska.

Miasto między górami a morzem

Fuzhou leży między stromymi górami na północnym zachodzie a niskimi równinami przybrzeżnymi na południowym wschodzie, z rzeką Min spływającą do morza. Ta topografia tworzy naturalne przejście od chłodnych lasów, przez żyzne pola, po wrażliwe mokradła przybrzeżne. W ciągu ostatnich 20 lat Fuzhou doświadczyło szybkiej urbanizacji: pojawiło się około 475 km² nowej zabudowy, podczas gdy utracono około 506 km² lasów. Obecny krajobraz można streścić jako „dominacja pól uprawnych, lasy rozproszone, a tereny zabudowane skumulowane”, z gęstym rozwojem wzdłuż rzeki i głównych dróg oraz bardziej nienaruszonymi ekosystemami w górach.

Trzy możliwe ścieżki do 2030 roku

Aby zbadać przyszłość Fuzhou, badacze zbudowali sprzężony model GA-PLUS, który łączy łańcuch Markowa (do prognozowania zmian użytkowania ziemi w czasie), algorytm genetyczny (do wyszukiwania najlepszego zestawu przemian gruntów) oraz przestrzenny symulator użytkowania ziemi. Zamiast pytać jedynie „ile” ziemi powinno być w każdej kategorii, model koncentruje się na „jak prawdopodobne” jest, że jeden typ terenu przekształci się w inny — na przykład pole uprawne w teren miejski albo odnowa lasu z terenów nieużywanych. Następnie zaprojektowano trzy scenariusze na 2030 rok: rozwój naturalny (ND), w którym trendy trwają przy niewielkiej interwencji politycznej; rozwój gospodarczy (ED), priorytetowo traktujący wzrost; oraz ochrona ekologiczna (EP), zgodna z ostatnim planowaniem ekologicznym Fuzhou i dążąca do maksymalizacji korzyści ekologicznych.

Jak użytkowanie ziemi zmienia się przy różnych wyborach

We wszystkich scenariuszach tereny zabudowane nadal się rozszerzają, lecz w bardzo różnym stopniu. W scenariuszu ED obszary miejskie rosną najszybciej, o 8,14%, napędzane silnymi priorytetami ekonomicznymi i ekspansją wzdłuż rzeki i wybrzeża. W scenariuszu ND zabudowa również rozprzestrzenia się na zewnątrz od rdzenia miejskiego, ale w bardziej umiarkowanym tempie. Scenariusz EP przyjmuje inne podejście: zdecydowanie zmniejsza areał gruntów ornych, zwłaszcza w miejscach wrażliwych lub o niskiej wydajności, aby zwiększyć obszary leśne i wodne. Zbiorniki wodne rosną najwięcej w EP, odzwierciedlając planowane inwestycje w mokradła, renaturyzację rzek i ochronę wybrzeża. Powierzchnie leśne również się zwiększają, szczególnie na zboczach gór i w kluczowych strefach ekologicznych, pokazując, że „czyste wody i bujne góry” mogą być traktowane jako długoterminowe zasoby, a nie przeszkody dla rozwoju.

Pomiary kondycji krajobrazu i jego słabych punktów

Ponad proste sumy powierzchni, autorzy badali, jak poszatkowany lub połączony staje się krajobraz oraz jak różnorodna jest jego mozaika typów użytkowania. We wszystkich przyszłościach wzrasta fragmentacja krajobrazu, z większą liczbą krawędzi i mniejszymi fragmentami pól uprawnych i terenów miejskich. Mimo to ogólna spójność głównych fragmentów terenu pozostaje bardzo wysoka, co sugeruje, że duże, ciągłe obszary lasów i innych kluczowych siedlisk wciąż utrzymują się. Scenariusz ochrony ekologicznej wyróżnia się największą różnorodnością krajobrazową, co oznacza bogatsze zestawienie typów terenu, mogące wspierać więcej funkcji i gatunków. Gdy zespół przekształcił te wzory w wskaźnik podatności krajobrazu — łącząc wrażliwość obszarów na zaburzenia z ich zdolnością do adaptacji i odnowy — wyłonił się jasny obraz: południowo-wschodnia równina przybrzeżna Fuzhou pozostaje najbardziej podatna, podczas gdy góry na północnym zachodzie pozostają najbardziej stabilne.

Co badanie ujawnia o ryzyku

Trzy scenariusze prowadzą do bardzo różnych wyników podatności. W scenariuszu rozwoju gospodarczego ogólny poziom podatności ekologicznej jest najwyższy, a wysoce podatne strefy rozszerzają się w głąb lądu w miarę jak zabudowa zajmuje pola i tereny przy wrażliwych wybrzeżach. Rozwój naturalny utrzymuje szeroki wzorzec „wysoko na południowym wschodzie, nisko na północnym zachodzie”, ale niewiele robi, by poprawić słabe punkty. W przeciwieństwie do tego droga ochrony ekologicznej znacznie zmniejsza obszar silnie podatnych terenów do około 5,7% miasta i zwiększa udział obszarów ekologicznie korzystnych do ponad 40%. Wiele miejsc przechodzi z wysokiej do umiarkowanej lub niskiej podatności, szczególnie tam, gdzie odrestaurowane lasy i mokradła buforują skutki wzrostu urbanistycznego. Dla osób niebędących specjalistami główne przesłanie jest proste: poprzez uważne kierowanie rozwojem miast i odnową przyrody można wspierać rozwój gospodarczy przy jednoczesnym zmniejszaniu ryzyka środowiskowego oraz budowaniu bezpieczniejszego, bardziej odpornego Fuzhou.

Cytowanie: Zhou, F., Wang, J., Li, Z. et al. Multi-scenario simulation of land use change and landscape ecological vulnerability analysis in Fuzhou City based on GA-PLUS coupled modeling. Sci Rep 16, 6331 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35642-y

Słowa kluczowe: urbanizacja, zmiany użytkowania ziemi, podatność ekologiczna, modelowanie scenariuszowe, miasta przybrzeżne