杜文武 胡 瑤 劉渝杰 眭 淼

（西南大學(xué)園藝園林學(xué)院，重慶 400715）

位于自然保護(hù)地邊界以外的毗鄰區(qū)，土地超載、破壞性利用及管控乏力現(xiàn)象普遍，對(duì)自然保護(hù)地本體造成嚴(yán)重威脅?？茖W(xué)預(yù)測(cè)土地利用變化趨勢(shì)，是理解毗鄰區(qū)土地利用變化對(duì)自然保護(hù)地本體生態(tài)安全影響，進(jìn)而制定針對(duì)性管控措施的重要前提。運(yùn)用PLUS模型，基于2000年、2010年、2020年三期土地利用數(shù)據(jù)，分析2000 - 2020年重慶金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用變化時(shí)空格局及其驅(qū)動(dòng)力，并設(shè)置自然發(fā)展、城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)三種情景，模擬預(yù)測(cè)2040年保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用情況。結(jié)果表明：（1）金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用類型以林地、耕地為主；2000 - 2020年間，耕地、林地面積減少，建設(shè)用地面積大幅增加，轉(zhuǎn)入來(lái)源主要為林地和耕地；（2）PLUS模型對(duì)金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用驅(qū)動(dòng)因子的解釋能力較好，其中，對(duì)耕地、林地、建設(shè)用地面積變化解釋力度最大的驅(qū)動(dòng)因子均為NDVI指數(shù)和人口密度；（3）PLUS模型在金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)的適用性較強(qiáng)，總體精度為0.95，Kappa系數(shù)為0.92，遠(yuǎn)高于0.75；（4）三種情景下，地類變化趨勢(shì)均為林地、耕地面積減少，建設(shè)用地面積由保護(hù)地毗鄰區(qū)逐漸向本體邊界處蔓延。研究表明，PLUS模型適用于同類型自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用模擬研究；僅對(duì)毗鄰區(qū)生態(tài)類用地進(jìn)行保護(hù)限制不足以遏制建設(shè)用地向本體擴(kuò)張，亟需對(duì)毗鄰區(qū)人類活動(dòng)進(jìn)行更為精細(xì)化的管控。

自然保護(hù)地；毗鄰區(qū)；PLUS模型；土地利用變化；模擬預(yù)測(cè)

自然保護(hù)地是國(guó)土生態(tài)安全的基石，在維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全中居于首要地位[1]。位于自然保護(hù)地邊界外、作為自然保護(hù)地本體生態(tài)屏障的毗鄰區(qū)，因土地超載、破壞性利用及管控乏力現(xiàn)象對(duì)自然保護(hù)地本體的生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅，已成為國(guó)內(nèi)自然保護(hù)地體系構(gòu)建過(guò)程中的現(xiàn)實(shí)難題[2-3]。在自然保護(hù)地建設(shè)發(fā)展過(guò)程中，由于城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、旅游開(kāi)發(fā)、鄉(xiāng)村居民點(diǎn)建設(shè)等情況，自然保護(hù)地毗鄰區(qū)人類活動(dòng)加劇，對(duì)自然保護(hù)地內(nèi)部的生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生干擾。

土地利用/土地覆被變化能夠直接表現(xiàn)人類與自然生態(tài)環(huán)境的相互作用關(guān)系，是衡量和判斷毗鄰區(qū)受人類活動(dòng)擾動(dòng)狀況的關(guān)鍵[4]。目前，土地利用變化相關(guān)的研究?jī)?nèi)容主要集中于土地利用格局動(dòng)態(tài)變化[5-6]、土地利用時(shí)空格局變化[7-8]、土地利用驅(qū)動(dòng)機(jī)制[9-10]、土地利用多情景模擬預(yù)測(cè)[11-13]等。隨著地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的發(fā)展，與土地利用研究相關(guān)的模型不斷發(fā)展，代表性的數(shù)量預(yù)測(cè)模型有馬爾可夫模型（Markov）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（ANN）等，代表性的空間預(yù)測(cè)模型有元胞自動(dòng)機(jī)（CA）、CLUE-S模型、FLUS模型等[14-16]。

文章選用在數(shù)量預(yù)測(cè)與空間預(yù)測(cè)上具有雙重優(yōu)勢(shì)的斑塊生成土地利用變化模擬模型（Patch-generating Land Use Simulation Model，PLUS）[17]，對(duì)2000、2010、2020年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，并設(shè)置自然發(fā)展、城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)三種情景，預(yù)測(cè)2040年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用情況，以探究毗鄰區(qū)土地利用變化對(duì)自然保護(hù)地本體的影響，為制定針對(duì)性管控措施提供參考。

1 研究區(qū)概況

金佛山位于重慶市南川區(qū)境內(nèi)28°50′-29°20′N，107°00′-107°20′E，地處渝、黔兩省交界處，是四川盆地東南緣與云貴高原的過(guò)渡地帶，由金佛、柏枝、箐壩、三元（廟壩）4片108座山峰組成，總面積達(dá)1 300 km2，海拔在700～2 251 m之間。氣候?qū)賮啛釒貪?rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.3℃，年平均降水量約1 400 mm，相對(duì)濕度可達(dá)90%，云霧較多。金佛山是中國(guó)早期建立的自然保護(hù)區(qū)之一，生物多樣性豐富，是中國(guó)珍貴的生物物種基因庫(kù)和天然植物園[18]。金佛山地質(zhì)古老，屬于典型的喀斯特臺(tái)原地貌，2014年作為典型代表被列為世界自然遺產(chǎn)。

金佛山存在數(shù)種自然保護(hù)地類型[19]，根據(jù)各類型邊界重疊情況及具體生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。綜合考慮人類活動(dòng)干擾情況、各保護(hù)地功能分區(qū)情況、管控要求等，最終選擇金佛山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)、金佛山風(fēng)景名勝區(qū)的核心景區(qū)及金佛山世界自然遺產(chǎn)的核心區(qū)作為金佛山自然保護(hù)地本體，并以此范圍邊界緩沖15 km的區(qū)域作為金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)[20]（圖1）。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集和處理

本研究的數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、自然條件數(shù)據(jù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)具體情況見(jiàn)表1。土地利用/土地覆被基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參照《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBT21010-2017），運(yùn)用三級(jí)分類系統(tǒng)，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況及研究的具體內(nèi)容，土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域及建設(shè)用地；DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)為ASTER GDEMV2數(shù)據(jù)，坡度數(shù)據(jù)在其基礎(chǔ)上獲得；歸一化植被指數(shù)（NDVI）是基于Landsat遙感影遙感影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)、大氣校正、條帶修復(fù)、拼接裁剪等處理后，根據(jù)公式計(jì)算得來(lái)；人口、GDP數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重采樣至30 m分辨率；建筑數(shù)據(jù)根據(jù)不透水面數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正獲得。

表1 數(shù)據(jù)信息Tab.1 Data information

2.2 土地利用/覆被變化時(shí)空格局分析

2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可用于分析研究區(qū)域在一定時(shí)間段內(nèi)，一種土地類型向其他用地類型轉(zhuǎn)換的情況，可以直觀且定量地分析出各地類轉(zhuǎn)化數(shù)量和轉(zhuǎn)換方向[22]。計(jì)算見(jiàn)公式（1），式中S為面積；i，j分別為研究初期與研究末期的土地利用類型；n為研究區(qū)土地利用類型的數(shù)量。

2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度可用于揭示研究區(qū)域內(nèi)各類土地面積的綜合變化速率[23]，體現(xiàn)各類用地之間變化強(qiáng)度情況及之間存在的差異，其中包含了單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算見(jiàn)公式（2），式中K為所求時(shí)間段內(nèi)其中一種用地類型的土地利用單一動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別為該地類研究時(shí)段初期和末期土地利用類型面積；T為研究時(shí)段的間隔時(shí)長(zhǎng)，單位為年。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算見(jiàn)公式（3），式中LU為所求時(shí)段內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；LUi為研究初期第i類土地利用類型面積；LUi-j為第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為第j類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度，單位為年。

2.3 PLUS模型

PLUS模型是利用斑塊模擬土地利用狀況的模型，其耦合了一種新的用地?cái)U(kuò)張策略分析（Land Expansion Analysis Strategy，LEAS）和基于多類隨機(jī)斑塊種子的CA模塊（CA Model Based on Multi-type Random Patch Seeds，CARS），通過(guò)選擇土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子并計(jì)算其解釋力，進(jìn)一步測(cè)度土地利用的變化規(guī)律，并以此模擬預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用格局[24]。PLUS模型作為土地利用模擬模型具有精度高、速度快的特點(diǎn)[17]。

2.3.1 LEAS

LEAS能提取分析各類土地利用類型中擴(kuò)張部分及其發(fā)展概率情況。其通過(guò)隨機(jī)森林模型，基于驅(qū)動(dòng)因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)得出各個(gè)因子對(duì)研究區(qū)土地利用格局演變的貢獻(xiàn)度。LEAS模塊融合了多種算法優(yōu)勢(shì)，可以更好地處理多重共線性問(wèn)題，對(duì)土地利用擴(kuò)張具有更好的解釋作用。

土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制復(fù)雜多樣。本文綜合考慮金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用變化的自然環(huán)境影響因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素[25]，結(jié)合前人研究，選取高程、坡度、NDVI指數(shù)、年均降水、年均氣溫、GDP、人口密度、建筑面積指數(shù)、距道路距離共9個(gè)驅(qū)動(dòng)因子。

2.3.2 CARS

CARS結(jié)合CA模型、隨機(jī)種子生成機(jī)制和閾值遞減機(jī)制，使PLUS模型在模擬運(yùn)行過(guò)程中受到土地利用擴(kuò)張發(fā)展概率約束，從而模擬出研究區(qū)未來(lái)土地利用數(shù)據(jù)。CARS模型的參數(shù)設(shè)置主要涉及鄰域權(quán)重因子、隨機(jī)斑塊種子模型、自適應(yīng)系數(shù)等，本文基于前人經(jīng)驗(yàn)[26]和研究區(qū)實(shí)際情況，將CARS各部分參數(shù)設(shè)置如下：（1）鄰域效應(yīng)，以30 m×30 m柵格數(shù)據(jù)為研究區(qū)域范圍，將領(lǐng)域范圍設(shè)置為3，遞減閾值設(shè)置為0.5，膨脹系數(shù)設(shè)置為0.1；（2）轉(zhuǎn)化規(guī)則，轉(zhuǎn)化成本表格見(jiàn)表2；（3）鄰域權(quán)重，經(jīng)過(guò)多次修正測(cè)試和精度檢測(cè)評(píng)估，最終鄰域因子參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。

表2 轉(zhuǎn)化成本規(guī)則Tab.2 Conversion cost rules

表3 鄰域權(quán)重設(shè)置Tab.3 Neighborhood weight setting

2.3.3 模擬結(jié)果與精度檢驗(yàn)

為綜合評(píng)估PLUS模型模擬預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度，本研究利用2020年模擬預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行以下兩種方式的驗(yàn)證：（1）混淆矩陣分析。將模擬結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)狀相對(duì)應(yīng)柵格進(jìn)行單元一一對(duì)應(yīng)的混淆矩陣模型，通過(guò)混淆矩陣了解柵格數(shù)據(jù)中模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)生的差異；（2）Kappa系數(shù)檢驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算模擬預(yù)測(cè)之后對(duì)比實(shí)際現(xiàn)狀的總體精度以及Kappa系數(shù)大小，測(cè)算出模擬預(yù)測(cè)及實(shí)際現(xiàn)狀在空間柵格單元中的一致性大小。Kappa系數(shù)具體計(jì)算公式見(jiàn)公式（4），式中P1為模型模擬預(yù)測(cè)得到正確結(jié)果的像元柵格比例，P2表示柵格數(shù)據(jù)在隨機(jī)條件狀態(tài)下期望正確的像元柵格比例。在Kappa系數(shù)檢驗(yàn)中其數(shù)值取值范圍為0 ～1，Kappa系數(shù)越大表示模型檢驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)狀的一致性越高，也反映出模擬預(yù)測(cè)結(jié)果精度越高。其判斷標(biāo)準(zhǔn)通常為：Kappa系數(shù)大于0.75時(shí)一致性較高，模擬預(yù)測(cè)精度較高；0.4 ～0.75范圍內(nèi)一致性一般；小于0.4時(shí)一致性較差，模擬精度較差。

2.4 情景設(shè)置

為探究不同發(fā)展目標(biāo)下金佛山自然保護(hù)地及其毗鄰區(qū)土地利用變化情況，根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)[27-28]，本文設(shè)置自然發(fā)展情景、城鎮(zhèn)發(fā)展情景和生態(tài)保護(hù)情景，從這三種未來(lái)發(fā)展情景角度模擬預(yù)測(cè)2040年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用格局。各情景成本設(shè)置如表4所示。

表4 各情景土地利用轉(zhuǎn)化成本規(guī)則矩陣Tab.4 Cost rule matrix of land use transformation in different scenarios

3 結(jié)果分析

3.1 2000-2020年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用變化時(shí)空格局分析

3.1.1 土地利用空間分布特征

經(jīng)過(guò)修正的2000 - 2020年金佛山自然保護(hù)地及其毗鄰區(qū)土地利用分類數(shù)據(jù)如圖2及表5所示。其中林地面積占比最高，其次為耕地，草地、水域、建設(shè)用地面積占比較小。20年間自然保護(hù)地本體區(qū)域土地利用類型以林地為主，占比持續(xù)在90%以上；耕地面積持續(xù)減少，占比在7%左右；建設(shè)用地面積少量增加，但總占比較少。自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用類型仍以林地為主，占比約61%；耕地面積減少較多，總體占比約31%；建設(shè)用地面積占比增加至2.23%，空間上向東北方向逐步遷移至南城街道及三泉鎮(zhèn)等靠近自然保護(hù)地邊界的區(qū)域，不利于自然保護(hù)地本體自然保護(hù)，亟需重視毗鄰區(qū)土地利用變化動(dòng)態(tài)。

表5 土地利用地類面積變化分析表Tab.5 Analysis table of land use land type area change

圖2 2000 - 2020年土地利用類型圖Fig.2 Land use type map from 2000 to 2020

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

根據(jù)表6，2000 - 2020年間，建設(shè)用地、耕地、林地的地類轉(zhuǎn)化關(guān)系較為顯著。其中，建設(shè)用地明顯增加，2020年的面積較2000年增長(zhǎng)兩倍多，主要流入來(lái)源為林地，轉(zhuǎn)移面積為2 486.25 hm2，占建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積的75.37%；耕地面積減少，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和林地，轉(zhuǎn)移面分別為2 486.25 hm2、1 378.35 hm2，分別占耕地面積轉(zhuǎn)出面積的58.54%、32.46%。根據(jù)2000 - 2020年間自然保護(hù)地毗鄰區(qū)空間分布地類轉(zhuǎn)換圖像（圖3），2000 - 2010年期間轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的部分主要位于毗鄰區(qū)北部的水江鎮(zhèn)和西部的萬(wàn)東鎮(zhèn)，轉(zhuǎn)向耕地的部分主要位于東北部三橋鎮(zhèn)下轄的鄉(xiāng)村，可能為鄉(xiāng)村開(kāi)墾土地，復(fù)耕等；2010 - 2020年期間建設(shè)用地轉(zhuǎn)入十分明顯，不僅包括原有的水江鎮(zhèn)和萬(wàn)東鎮(zhèn)的進(jìn)一步村鎮(zhèn)建設(shè)，還有南城街道的進(jìn)一步擴(kuò)張，在靠近自然保護(hù)地本體邊界的建設(shè)用地也在進(jìn)一步增加，包括黑山鎮(zhèn)和金山鎮(zhèn)的建設(shè)擴(kuò)張。

表6 自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（單位：hm2）Tab.6 Land use transfer matrix for adjacent areas of protected areas

圖3 自然保護(hù)地毗鄰區(qū)空間分布地類轉(zhuǎn)換圖像Fig.3 Spatial distribution of adjacent areas of protected areas and conversion images of land types

圖4 驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)度Fig.4 Driving factors contribution

3.1.3 土地利用動(dòng)態(tài)度

根據(jù)表7，金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度整體較低，2010 - 2020年間土地利用類型變化頻繁，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.079%。2000 - 2010年間，各類用地變化幅度為建設(shè)用地＞草地＞耕地＞水域＞林地，建設(shè)用地變化最為顯著，單一土地利用動(dòng)態(tài)度為3.32%，草地、耕地、水域面積減少，變化速度較緩，林地面積增加，但增速僅為0.05%，由于毗鄰區(qū)林地占較多，因此變化速率不明顯；2010 - 2020年間，各類用地變化幅度為建設(shè)用地＞耕地＞林地，其中耕地和林地面積減少，單一土地利用動(dòng)態(tài)度分別為-0.18%和-0.03%，建設(shè)用地增長(zhǎng)速率進(jìn)一步加快，達(dá)到5.47%，幾乎為前10年的近一倍。

表7 自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)度（單位：%）Tab.7 Land use dynamic degree in the adjacent areas of protected areas

3.2 基于PLUS模型的金佛山自然保護(hù)地及其毗鄰區(qū)土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

PLUS模型中LEAS模塊計(jì)算各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)每種土地利用類型具體解釋力程度，如圖5所示。對(duì)于耕地來(lái)說(shuō)各類驅(qū)動(dòng)因子相對(duì)比較平均，其中影響貢獻(xiàn)度最大的是NDVI指數(shù)，其次為人口密度，影響力最小的是年均氣溫；對(duì)于林地來(lái)說(shuō)，影響力較大的驅(qū)動(dòng)因子依次為NDVI指數(shù)、人口密度以及GDP，貢獻(xiàn)度相對(duì)較小的驅(qū)動(dòng)因子為距道路距離以及高程；對(duì)于建設(shè)用地來(lái)說(shuō)，各驅(qū)動(dòng)因子之間最值差距最大，其中NDVI指數(shù)貢獻(xiàn)度最大，可以達(dá)到0.25以上，人口密度與高程、建筑面積指數(shù)同樣對(duì)建設(shè)用地貢獻(xiàn)度較大。

圖5 2020年土地利用模擬對(duì)比圖Fig.5 Comparison chart of land use simulation in 2020

3.3 PLUS模型精度驗(yàn)證

根據(jù)PLUS模型得出2020年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用模擬數(shù)據(jù)，并與2020年土地利用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比（圖5，表8）。然后選取其中三個(gè)區(qū)域，將模擬與實(shí)際的土地利用數(shù)據(jù)擴(kuò)大分析進(jìn)行比對(duì)，可以看出模擬得到的土地利用類型數(shù)據(jù)在空間分布中較為一致，可信度較高。

表8 2020年實(shí)際土地利用模式與預(yù)測(cè)模式的混淆矩陣（單位：hm2）Tab.8 The confusion matrix between the actual land use model and the forecast model in 2020

依據(jù)土地利用模擬結(jié)果數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢驗(yàn)計(jì)算，得出Kappa系數(shù)和總體精度分別為0.91和0.95，其中Kappa系數(shù)超過(guò)0.9，大于0.75，可以反映出模型模擬預(yù)測(cè)精度較高，使用模型預(yù)測(cè)可信度高。由此可見(jiàn)，在PLUS模型中進(jìn)行的相關(guān)參數(shù)設(shè)定具有合理性，可以在后續(xù)的土地利用模擬預(yù)測(cè)中使用。

3.4 多情境模擬下金佛山自然保護(hù)地及其毗鄰區(qū)土地利用分析

3.4.1 土地利用多情景模擬

本文結(jié)合篩選出的驅(qū)動(dòng)因子及設(shè)定參照規(guī)則，運(yùn)用PLUS模型得到2040年土地利用模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果（表9）。自然發(fā)展情景下（圖6-a），對(duì)比2020年，2040年耕地、林地面積在20年間將分別減少2 871.99 hm2、1 114.92 hm2，草地及水域面積變化相對(duì)較小，建設(shè)用地面積擴(kuò)張較為明顯，由6 365.79 hm2增至10 517.40 hm2，共增加4 151.61 hm2，表明在不考慮政策變遷、重大生態(tài)變化等干擾因素的情況下，建設(shè)用地將在原有村鎮(zhèn)的基礎(chǔ)上不斷地?cái)U(kuò)散式增長(zhǎng)，增加自然保護(hù)地本體的保護(hù)壓力；城鎮(zhèn)發(fā)展情景下（圖6-b），對(duì)比2020年，2040年耕地、林地、草地面積下降，其中耕地及林地面積變化較為顯著，分別降低4 975.47 hm2、1 114.92hm2，建設(shè)用地面積增加十分明顯，增至2020年的兩倍，共6 255.09 hm2，表明在對(duì)建設(shè)用地減少轉(zhuǎn)出、增加轉(zhuǎn)入，同時(shí)不考慮調(diào)整生態(tài)保護(hù)政策的情況下，建設(shè)用地將會(huì)侵占耕地、林地、草地，威脅自然保護(hù)地本體的生態(tài)安全和毗鄰區(qū)的糧食安全；生態(tài)保護(hù)情景下（圖6-c），對(duì)比2020年，2040年林地、草地、水域面積分別增加了7 613.46 hm2、591.39 hm2、5.31 hm2，建設(shè)用地面積增速較緩，共增加4 151.61 hm2，耕地面積明顯減少，共減少12 361.77 hm2，表明建設(shè)用地的蔓延趨勢(shì)得到緩解，林地等生態(tài)類用地得到了保護(hù)。

表9 2040年三種情景下土地利用需求預(yù)測(cè)表（單位：hm2）Tab.9 Land use demand forecast table under three scenarios in 2040

圖6 2020 - 2040年三種情景下土地利用類型模擬圖Fig.6 Simulation map of land use types in three scenarios from 2020 to 2040

3.4.2 多情景下建設(shè)用地變化趨勢(shì)

對(duì)比2020年，本文進(jìn)一步分析了三種情景下2040年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)的建設(shè)用地對(duì)于自然保護(hù)地本體趨近壓迫的情況，分別得出建設(shè)用地重心遷移和標(biāo)準(zhǔn)化橢圓（圖7）。分析可知，三種情景下，建設(shè)用地面積由自然保護(hù)地毗鄰區(qū)周邊逐漸向本體邊界處蔓延，其中主要以原有的村鎮(zhèn)如南城街道、水江鎮(zhèn)、黑山鎮(zhèn)等逐步向內(nèi)連片發(fā)展，金山鎮(zhèn)、大有鎮(zhèn)、頭渡鎮(zhèn)、德隆鎮(zhèn)等靠近自然保護(hù)地本體的村鎮(zhèn)也隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展逐步向邊界蔓延逼近。這意味著自然保護(hù)地邊界將會(huì)有部分區(qū)域生態(tài)質(zhì)量受到人類活動(dòng)的影響，若不加以重視，將會(huì)嚴(yán)重威脅自然保護(hù)地本體生的生態(tài)安全。

4 討論與結(jié)論

本文基于2000 - 2020年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用現(xiàn)狀，分析金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用的時(shí)空變化，使用PLUS模型進(jìn)行各類用地?cái)U(kuò)張的驅(qū)動(dòng)力分析、土地利用模擬驗(yàn)證及2040年土地利用多情景預(yù)測(cè)。金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)作為保護(hù)地本體的生態(tài)屏障和戰(zhàn)略緩沖，土地利用類型以林地、耕地為主，占99%以上，草地、水域、建設(shè)用地較少。2000 - 2020年間，耕地、林地、建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換最為強(qiáng)烈，在自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的多重驅(qū)動(dòng)下建設(shè)用地占用大量林地和耕地，2020年面積增長(zhǎng)至2000年的兩倍。在自然發(fā)展、城鎮(zhèn)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)三種情境下，2040年金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用變化均為林地、耕地面積減少，建設(shè)用地增加。其中，生態(tài)保護(hù)情景限制林地、草地、水域轉(zhuǎn)化為其他用地，降低了建設(shè)用地?cái)U(kuò)張概率，但仍由保護(hù)地毗鄰區(qū)逐漸向本體邊界處蔓延，呈破壞性土地利用趨勢(shì)，說(shuō)明此情景下生態(tài)保護(hù)力度不足以遏制建設(shè)用地向本體擴(kuò)張，不利于當(dāng)前及長(zhǎng)遠(yuǎn)自然保護(hù)地的發(fā)展。

PLUS模型在金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)模擬的總體精度為0.95，Kappa系數(shù)為0.92，遠(yuǎn)高于0.75，對(duì)同類型自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用的模擬研究提供了有效案例。但仍有不足之處，PLUS模型在參數(shù)設(shè)置時(shí)根據(jù)已有研究經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后設(shè)定，帶有一定主觀性；驅(qū)動(dòng)因子的選擇根據(jù)代表性和數(shù)據(jù)的可獲得性而定，難以解釋復(fù)雜的土地利用變化原因，在未來(lái)的研究中應(yīng)探尋更加科學(xué)客觀的方法。

自然保護(hù)地毗鄰區(qū)的破壞性土地利用將切斷自然保護(hù)地本體與毗鄰區(qū)之間生態(tài)過(guò)程的連續(xù)性，加劇自然保護(hù)地本體孤島化和毗鄰區(qū)破碎化的風(fēng)險(xiǎn)。僅對(duì)毗鄰區(qū)生態(tài)類用地進(jìn)行保護(hù)限制不足以遏制建設(shè)用地向本體擴(kuò)張，亟需對(duì)毗鄰區(qū)人類活動(dòng)進(jìn)行更為精細(xì)化的管控。PLUS模型在金佛山自然保護(hù)地毗鄰區(qū)的適用性較強(qiáng)，可以運(yùn)用于同類型自然保護(hù)地毗鄰區(qū)土地利用的模擬研究。

注：文中圖表均由作者自繪。