基于遥感驱动PLUS-InVEST模型的自然生态空间管控成效评估——以海南岛中部山区为例

《Ecology and Evolution》：Evaluation of the Effectiveness of Regulatory Measures for the Use of Natural Ecological Space Based on the Remote Sensing-Driven PLUS-InVEST Model: A Case Study From the Central Mountainous Area of Hainan Island

　　本文创新性地耦合PLUS-InVEST模型，通过设置自然发展（ND）与生态优先（EP）两种情景，定量评估海南岛中部山区2007-2035年土地利用/覆被（LULC）变化对生境质量（HQ）的影响。研究发现生态保护红线政策能有效抑制耕地扩张（减少62.33 km2），促进森林恢复（增加45.14 km2），使EP情景下2035年生境质量提升0.34%，优质生境面积增加57.12 km2，为热带岛屿雨林区生态系统保护提供了科学范式。

　　

研究背景与意义

热带雨林作为全球生物多样性最丰富的生态系统之一，其生境质量维持对生态平衡具有关键作用。海南岛中部山区作为中国最大的热带雨林分布区，在全球生物多样性热点区域中具有特殊地位。随着国际旅游岛和自由贸易港建设的推进，人类活动导致的土地利用变化对生境质量造成显著压力。本研究通过耦合PLUS-InVEST模型，创新性地评估了自然生态空间管控措施的实施效果。

研究方法与数据

研究区域涵盖海南岛中部山区11,213 km2，采用2007-2021年30米分辨率土地利用数据，结合16项驱动因子（海拔、人口密度、GDP等）。通过PLUS模型模拟2035年自然发展（ND）和生态优先（EP）两种情景下的土地利用变化，并利用InVEST模型计算生境质量和退化度。模型验证显示Kappa系数达0.68，FOM系数0.21，满足精度要求。

土地利用时空演变特征

2007-2021年间，研究区自然生态系统面积减少3.99%，其中森林减少415.95 km2，灌丛和草地分别减少40.52%和85.88%。相反，耕地面积增长67.38%（增加409.45 km2），建设用地扩张74.08%。空间转移分析表明，森林转耕地（510.74 km2）是主要转化方向，集中分布在乐东、东方等县市。

生境质量变化规律

生境质量评估显示：2007-2021年全区平均生境质量从0.9563降至0.9298（下降3.12%），优质生境面积减少453.86 km2。生境退化度上升55.85%，耕地和建设用地周边区域退化显著。现场验证证实生境质量排序为：森林>水域>耕地>建设用地。

情景模拟与政策效应

2035年模拟结果表明：EP情景通过生态保护红线管控（森林转耕地概率降低60%），有效遏制了耕地扩张（较ND情景减少62.33 km2），促进森林面积增长45.14 km2。相较于ND情景，EP情景下生境质量提升2.53%，退化度降低20.96%，优质生境面积增加57.12 km2。

驱动机制与模型优势

驱动因子分析显示海拔、人口密度和水系距离是土地利用变化的主控因素。PLUS模型通过土地扩张分析策略（LEAS）和多元随机种子CA机制，实现了斑块级变化模拟，较传统FLUS模型具有更高精度。InVEST模型则通过可视化输出增强了空间表达效果。

研究局限与展望

本研究未充分考虑气候变化衍生的极端天气频率、CO₂浓度时空异质性等因子，建议后续引入结构方程模型（SEM）和地理探测器等方法，深化多维度驱动机制解析。研究成果可为类似热带岛屿雨林区的生态保护提供科学范式。