基于PLUS模型的艾比湖流域景观生态风险分析及预测

doi:10.12118/j.issn.1000-6060.2024.320

干旱区地理 ›› 2025, Vol. 48 ›› Issue (2): 308-322.doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2024.320 cstr: 32274.14.ALG2024320

基于PLUS模型的艾比湖流域景观生态风险分析及预测

张子涵¹^,²(), 王瑾杰¹^,², 丁建丽²^,³(), 张锦明¹^,², 葛翔宇¹^,²

1.新疆大学地理与遥感科学学院，新疆乌鲁木齐 830046
2.新疆大学新疆绿洲生态自治区重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046
3.新疆理工学院，新疆阿克苏 843100

收稿日期:2024-05-26 修回日期:2024-06-11 出版日期:2025-02-25 发布日期:2025-02-25
通讯作者: 丁建丽（1974-），男，博士，教授，主要从事干旱区遥感与GIS应用研究. E-mail: dingjl@xju.edu.cn
作者简介:张子涵（2002-），女，硕士研究生，主要从事干旱区生态水文研究. E-mail: 107552301154@stu.xju.edu.cn
基金资助:
干旱区水资源高效利用创新团队(2022TSYCTD0001);国家自然科学基金联合基金重点项目(U2003202);国家自然科学基金(41961059);国家自然科学基金(42171269)

Analysis and prediction of landscape ecological risk in Ebinur Lake Basin based on PLUS model

ZHANG Zihan¹^,²(), WANG Jinjie¹^,², DING Jianli²^,³(), ZHANG Jinming¹^,², GE Xiangyu¹^,²

1. College of Geography and Remote Sensing Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China
2. Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China
3. Xinjiang Institute of Technology, Aksu 843100, Xinjiang, China

Received:2024-05-26 Revised:2024-06-11 Published:2025-02-25 Online:2025-02-25

摘要/Abstract

摘要：

景观生态风险评价是地理学、生态学研究衍生出来的新研究方向，在区域生态环境评价和国土资源规划中具有重要意义。以艾比湖流域为研究区，选取1990、2000、2010年和2020年土地利用遥感解译数据产品，定量分析30 a间土地利用动态变化特征。同时，基于景观风险生态指数，采用地统计学方法，探究艾比湖流域景观生态风险程度及时空分异特征，并利用PLUS模型模拟预测艾比湖流域2030年未来多情景下的土地利用及景观生态风险空间分布格局。结果表明：（1）流域土地利用类型以草地和裸地为主，占总面积70%以上，而灌木和湿地的面积相对较少；1990—2020年农田和不透水地表面积增加幅度明显，草地面积减少，是主要的土地利用转换类型。（2） 1990—2020年流域景观生态风险全局Moran’s I均显著为正，流域景观生态风险持续上升且具有聚集效应，呈“边缘低、中间高”的空间分布规律。（3）所模拟的艾比湖流域2030年不同情景下艾比湖流域景观类型变化趋于平稳，草地和裸地仍然是最主要的土地利用类型。（4） 2030年艾比湖流域不同情景下的景观生态风险分布与历史分布相似，综合来看，生态保护情景在社会经济发展的前提下有利于缓解流域景观生态风险，更符合可持续发展的需要。

关键词: 土地利用, 景观生态风险, PLUS预测, 多情景模拟, 艾比湖流域

Abstract:

The evaluation of landscape ecological risk is an emerging interdisciplinary field combining geography and ecology, with significant importance for regional environmental assessment and land resource planning. This study focuses on the Ebinur Lake Basin, Xinjiang, China using remote sensing data on land use from 1990, 2000, 2010, and 2020 to quantitatively analyze dynamic land use changes over three decades. The landscape ecological risk index and geostatistical methods were applied to assess the degree and spatiotemporal variation of ecological risks in the basin. Additionally, the PLUS model was used to simulate and predict the spatial distribution of land use and ecological risks under multiple 2030 scenarios. The results revealed the following: (1) Grassland and bare land dominate the basin, covering over 70% of the area, while shrubland and wetlands occupy smaller areas. Between 1990 and 2020, farmland and impervious surfaces expanded significantly, while grassland area shrank, representing the main land use changes. (2) From 1990 to 2020, the global landscape ecological risk, indicated by the Moran index (Moran’s I), showed a significant positive trend, with risks increasing and exhibiting a clustering effect, following a spatial distribution pattern of “low at the edges, high in the center”. (3) By 2030, land use changes in the basin are expected to stabilize, with grassland and bare land remaining dominant. (4) The spatial distribution of ecological risks in 2030 under different scenarios aligns with historical trends. Among these scenarios, the ecological protection scenario is most effective at mitigating risks while balancing socioeconomic development, making it ideal for achieving sustainable development.

Key words: land use, landscape ecological risk, PLUS forecast, multi-scenario simulation, Ebinur Lake Basin

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图/表 15

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表1

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参考文献 42

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数据类型	数据名称	数据来源
基础数据	土地利用数据	武汉大学黄昕教授团队制作的中国30 m分辨率年度土地覆盖产品，产品整体精度为79.31%（https://zenodo.org/records/4417810）
	行政边界数据	中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）
社会经济数据	人口	Worldpop（https://hub.worldpop.org/）
	GDP	中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）
	距一级道路距离	OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org） OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org） OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org） OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org） OpenStreetMap（https://www.openstreetmap.org）
	距二级道路距离
	距三级道路距离
	距铁路距离
	距高速距离
气候环境数据	高程	地理空间数据云（https://www.gscloud.cn/）
	坡度	地理空间数据云（https://www.gscloud.cn/）
	年降水量	中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）中国科学院资源环境与数据中心（https://www.resdc.cn/）
	年均气温
	土壤类型数据
	NDVI

土地利用类型	1990年		2000年		2010年		2020年
土地利用类型	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
农田	3709.40	7.83	4678.50	9.87	6384.30	13.47	7383.80	15.58
森林	511.10	1.08	728.00	1.54	897.10	1.89	1039.02	2.19
灌木	0.09	0.00	0.01	0.00	0.01	0.00	0.05	0.00
草地	29115.40	61.45	27175.50	57.36	26707.50	56.37	25238.50	53.27
水域	1113.40	2.35	1268.30	2.68	1464.00	3.09	1512.10	3.19
冰川积雪	1390.90	2.94	1211.00	2.56	1300.10	2.74	1185.50	2.50
裸地	11514.10	24.30	12177.70	25.70	10238.40	21.61	10384.50	21.92
不透水地表	25.80	0.05	141.20	0.30	388.80	0.82	636.70	1.34
湿地	0.89	0.002	0.86	0.002	0.82	0.002	0.88	0.002

土地利用类型	单一土地利用动态度/%
土地利用类型	1990—2000年	2000—2010年	2010—2020年	1990—2020年
农田	2.61	3.65	1.57	3.30
森林	4.25	2.32	1.58	3.45
灌木	-7.97	-3.13	42.73	-0.89
草地	-0.67	-0.17	-0.55	-0.44
水域	1.39	1.54	0.33	1.19
冰川积雪	-1.29	0.74	-0.88	-0.49
裸地	0.57	-1.59	0.14	-0.33
不透水地表	45.15	17.53	6.38	79.54
湿地	-0.64	-0.49	0.72	-0.15

生态风险等级	1990年		2000年		2010年		2020年
生态风险等级	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
低生态风险	8892.86	18.76	6970.40	14.71	6261.86	13.21	5659.81	11.94
较低生态风险	15431.70	32.56	16789.40	35.42	20668.50	43.60	20459.90	43.16
中等生态风险	10864.90	22.92	10391.70	21.92	7805.86	16.47	7793.12	16.44
较高生态风险	6997.43	14.76	7851.17	16.56	6700.01	14.13	7172.48	15.13
高生态风险	5213.46	11.00	5397.66	11.39	5964.09	12.58	6315.05	13.32

土地利用类型	自然发展情景		城镇发展情景		生态保护情景		耕地保护情景
土地利用类型	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
农田	8250.15	17.41	8125.64	17.15	7344.16	15.50	8268.81	17.45
森林	1173.89	2.48	1173.78	2.48	1212.53	2.56	1173.92	2.48
灌木	0.06	0.00	0.05	0.00	0.05	0.00	0.07	0.00
草地	24008.80	50.67	23996.60	50.65	25515.40	53.85	24010.00	50.67
水域	1555.44	3.28	1555.06	3.28	1550.53	3.27	1555.46	3.28
冰川积雪	1235.62	2.61	1221.42	2.58	1212.16	2.56	1234.31	2.61
裸地	10401.40	21.95	10400.70	21.95	9883.60	20.86	10401.40	21.95
不透水地表	755.25	1.59	907.36	1.92	661.68	1.40	736.69	1.55
湿地	0.42	0.00	0.42	0.00	0.89	0.00	0.37	0.00

基于PLUS模型的艾比湖流域景观生态风险分析及预测

Analysis and prediction of landscape ecological risk in Ebinur Lake Basin based on PLUS model

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生态风险等级	自然发展情景		城镇发展情景		生态保护情景		耕地保护情景
生态风险等级	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
低生态风险	5977.28	12.61	5891.53	12.43	6088.50	12.84	5886.65	12.42
较低生态风险	20865.60	43.02	20957.40	44.21	20905.90	44.10	20921.70	44.14
中等生态风险	7705.54	16.26	7798.08	16.45	7883.72	16.63	7745.13	16.34
较高生态风险	6783.66	14.31	6759.80	14.26	6856.28	14.46	6752.29	14.25
高生态风险	6068.27	12.80	5993.57	12.64	5665.92	11.95	6094.58	12.86