Мульти‑сценарное моделирование изменения землепользования и анализ ландшафтной экологической уязвимости в городе Фучжоу на основе связанного моделирования GA‑PLUS

Почему важно будущее земель Фучжоу

По мере роста городов они преобразуют леса, поля, реки и побережья — часто так, что незаметно повышают риск наводнений, эрозии и утраты местообитаний. В этом исследовании рассматривается Фучжоу, быстроразвивающийся прибрежный город на юго‑востоке Китая, и ставится простой, но актуальный вопрос: как сегодняшние решения о том, где строить и что охранять, повлияют на экологическое состояние города к 2030 году? С помощью продвинутой компьютерной модели авторы исследуют разные варианты будущего землепользования Фучжоу и показывают, как политические решения могут либо усугубить, либо смягчить экологическую уязвимость.

Город между горами и морем

Фучжоу расположен между крутыми горами на северо‑западе и низменными прибрежными равнинами на юго‑востоке, через город протекает река Мин, впадающая в море. Такая география создаёт природный градиент от прохладных лесов через плодородные поля к хрупким прибрежным болотам. За последние 20 лет Фучжоу пережил бурную урбанизацию: примерно 475 км² новых строительных территорий появилось, тогда как около 506 км² лесов было утрачено. Современный ландшафт можно охарактеризовать как «доминирование сельхозугодий, рассеянные леса и сконцентрированная застройка», с плотной застройкой вдоль реки и главных дорог и более целыми экосистемами в горах.

Три возможных пути к 2030 году

Чтобы исследовать будущее Фучжоу, исследователи создали связанный модельный комплекс GA‑PLUS, который сочетает цепь Маркова (для прогнозирования того, как земля меняется со временем), генетический алгоритм (для поиска оптимального набора переходов между типами землепользования) и пространственный симулятор землепользования. Вместо того чтобы спрашивать только «сколько» земли должно находиться в каждой категории, модель концентрируется на том, «насколько вероятно» превращение одного типа земли в другой — например, превращение пашни в городскую застройку или восстановление леса на неиспользуемых участках. Затем были разработаны три сценария на 2030 год: естественного развития (ND), где тенденции продолжаются при минимальном вмешательстве политики; экономического развития (ED), который ставит приоритет на рост; и экологической защиты (EP), соответствующий недавнему эко‑планированию Фучжоу и направленный на максимизацию экологических выгод.

Как меняется землепользование при разных решениях

Во всех сценариях площадь застройки продолжает расти, но в очень разных масштабах. В сценарии ED городские территории растут быстрее всего — на 8,14%, под влиянием сильных экономических приоритетов и расширения вдоль реки и побережья. В ND застройка также распространяется из урбанистического ядра наружу, но более умеренными темпами. Сценарий EP идёт иным путём: он заметно сокращает пахотные земли, особенно в уязвимых или малопродуктивных местах, чтобы увеличить площади лесов и водных объектов. Водные поверхности больше всего увеличиваются при EP, что отражает запланированные инвестиции в болота, восстановление рек и прибрежную защиту. Леса также расширяются, особенно на склонах гор и в ключевых экологических зонах, демонстрируя, как «чистые воды и густые леса» могут рассматриваться как долгосрочные активы, а не как препятствие для развития.

Измерение состояния ландшафта и уязвимых мест

Помимо простых площадей земель, авторы изучили, насколько ландшафт фрагментирован или связан, и насколько разнообразна его мозаика типов землепользования. Во всех сценариях структура становится более фрагментированной, с большим количеством краёв и меньшими участками пашни и застроенной территории. Тем не менее общая сплочённость крупных ландшафтных фрагментов остаётся очень высокой, что говорит о сохранении больших непрерывных территорий лесов и других ключевых местообитаний. Сценарий экологической защиты выделяется наибольшим ландшафтным разнообразием, то есть более богатой смесью типов земель, способной поддерживать больше функций и видов. При переводе этих паттернов в индекс ландшафтной уязвимости — объединяющий чувствительность участков к нарушениям и их способность адаптироваться и восстанавливаться — вырисовывается ясная картина: прибрежная равнина на юго‑востоке Фучжоу остаётся наиболее уязвимой, тогда как северо‑западные горы — наиболее устойчивыми.

Что исследование говорит о рисках

Три сценария приводят к очень разным результатам по уязвимости. При экономическом развитии общий уровень экологической уязвимости самый высокий, и сильно уязвимые зоны расширяются вглубь материка по мере распространения застройки на пашни и близко к чувствительным прибрежным территориям. Естественное развитие сохраняет общий рисунок «высокая уязвимость на юго‑востоке, низкая на северо‑западе», но мало что делает для устранения слабых мест. Напротив, путь экологической защиты существенно сокращает площадь сильно уязвимых земель до примерно 5,7% территории города и увеличивает долю экологически благополучных участков до более чем 40%. Многие места переходят с высокого уровня уязвимости к умеренному или низкому, особенно там, где восстановленные леса и болота смягчают последствия городского роста. Для неспециалистов главный вывод прост: при аккуратном управлении тем, где город развивается и где восстанавливается природа, можно поддерживать экономический рост, одновременно снижая экологические риски и создавая более безопасный и устойчивый Фучжоу.

Цитирование: 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

Ключевые слова: урбанизация, изменение землепользования, экологическая уязвимость, сценарное моделирование, прибрежные города