基于GA-PLUS耦合建模的福州市多情景土地利用变化模拟与景观生态脆弱性分析

福州土地未来为何重要

随着城市扩张，森林、农田、河流和海岸都会被改写——这些变化往往悄然增加洪水、侵蚀和栖息地丧失的风险。本研究聚焦于中国东南沿海的快速发展城市福州，提出了一个既简单又紧迫的问题：今天关于建设与保护的选择将如何在2030年影响城市的生态健康？通过一种先进的计算模型，作者探讨了福州土地的不同未来，并展示了政策决策如何使环境脆弱性恶化或缓解。

山海之间的一座城市

福州位于西北陡峭山地与东南低洼沿海平原之间，闽江自城中流向海洋。该地形形成了从凉爽森林到肥沃农田再到脆弱沿海湿地的自然梯度。过去20年间，福州经历了快速城镇化：大约475平方公里的新建设用地出现，同时约506平方公里的森林被破坏。当前景观可概括为“以农田为主、零散的森林、汇聚的建设用地”，河流与主要道路沿线开发密集，而山区生态系统相对完整。

通往2030年的三条可能路径

为探索福州的未来，研究者构建了耦合的GA‑PLUS模型，结合了马尔可夫链（用于预测土地随时间的变化）、遗传算法（用于搜索最佳土地转化组合）和空间土地模拟器。模型不只是回答“各类土地应有多少”，而更关注某一土地类型转变为另一类型的“可能性”——例如农田变为城市用地，或废弃地恢复为森林。基于此，他们设计了2030年的三种情景：自然发展（ND），在较少政策干预下延续既有趋势；经济发展（ED），优先推动增长；以及生态保护（EP），遵循福州近期生态规划，力求最大化生态效益。

不同选择下的土地利用转变

在所有情景中，建设用地都在持续扩张，但程度差异很大。在ED情景下，城市用地增长最快，增幅为8.14%，这由强劲的经济优先级和沿河、沿海的扩张推动。在ND下，建设用地仍从城市核心向外扩散，但速度较为温和。EP情景则采取不同策略：大幅减少耕地，尤其是脆弱或低产地区，以增加森林和水域面积。水体在EP下增长最多，反映了对湿地、河流恢复和海岸保护的规划投入。森林面积在该情景也有所扩展，尤其分布在山坡和关键生态区，表明“绿水青山”可被视为长期资产而非发展障碍。

衡量景观健康与薄弱点

除了简单的土地总量，作者还考察了景观的破碎化程度、连通性以及土地类型拼图的多样性。在所有未来情景中，景观模式趋于更加碎片化，边缘增多，农田和城镇用地的片块变小。然而，主要地块的整体凝聚力仍然很高，表明大面积连续的森林和其他关键栖息地仍保持完整。生态保护情景在景观多样性上表现突出，意味着土地类型的混合更丰富，能够支持更多的功能和物种。当研究团队将这些格局转化为景观脆弱性指数——综合地区对干扰的敏感性与其适应恢复能力时，轮廓变得清晰：福州东南沿海平原仍是最脆弱的区域，而西北山地则最为稳定。

研究对风险的揭示

三种情景导致了截然不同的脆弱性结果。在经济发展情景下，整体生态脆弱性最高，随着建设用地蔓延至农田和敏感海岸，高脆弱区向内陆扩展。自然发展保持了“东南高、西北低”的大致格局，但对薄弱点改善有限。相比之下，生态保护路径显著缩减了严重脆弱土地的面积至约占全市5.7%，并将生态良好区域的比例提高到40%以上。许多地区由高脆弱转为中等或低脆弱，尤其是在恢复森林和湿地以缓冲城市增长影响的地方。对非专业读者而言，核心信息很明确：通过谨慎引导城市扩张方向和实施自然恢复，可以在支持经济发展的同时降低环境风险，建设更安全、更具韧性的福州。

引用: 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

关键词: 城市化, 土地利用变化, 生态脆弱性, 情景建模, 沿海城市