基于Markov-PLUS模型的福州市土地利用变化及情景模拟
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和实现区域土地可持续利用具有重要意义
［７－８］
。
目前，土地利用预测模型方面的研究主要包括侧重于量
化土地需求的数量模拟模型［ 如系统动力学（ ＳＤ） 模型［８］ 和
型的斑块级变化，并挖掘土地利用变化驱动机理［１７］ 。 但该
模型运行未来土地利用空间模拟的前提是输入土地利用需
求，而 Ｍａｒｋｏｖ 模型是预测未来土地利用数量的传统方法，具
ｎａｒｉｏ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ，ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｓ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．
Ｕ２ －Ｕ１
Ｕ１ Ｔ
×１００％
（１）
式中：Ｋ 为研究时段内某一用地类型的动态度；Ｕ１ 和 Ｕ２ 分别
为这一 用 地 类 型 在 研 究 期 初 和 期 末 的 数 量； Ｔ 为 研 究 时
段长。
２．２ 土地利用重心迁移模型 该模型反映土地利用的空间
变化趋势，其重心坐标计算方法如下：
Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｉｎ
Ｆｕｚｈｏｕ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ；Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃｅｎａｒｉｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ；Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ
土地利用 ／ 覆被变化（ｌａｎｄ ｕｓｅ ／ ｃｏｖｅｒ ｃｈａｎｇｅ，ＬＵＣＣ） 是在
转化分析策略（ＴＡＳ）的 ｌｏｇｉｓｔｉｃ－ＣＡ、ＡＮＮ－ＣＡ、ＣＡ－Ｍａｒｋｏｖ 等
［１０］
和元胞自动机
基金项目 福建省教育厅中青年教师科研项目（ ＪＡＴ１７０１６８） ；２０１８ 年度
社科类国家级科研项目培育计划；福建省社科研究基地重
大项目（ ＦＪ２０２２ＭＪＤＺ０２０） 。
作者简介 阳洪洁（１９９８—） ，女，湖南衡阳人，硕士研究生，研究方向：
土地利用模拟。 ∗通信作者，讲师，博士，从事土地资源可
年土地利用演变进行剖析，采用 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型对 ２０３０ 年土地利用的多情景变化趋势进行模拟。 结果表明：２０００—２０２０ 年，建设用
地和水域面积增加，建设用地主要由耕地转入，其他用地面积减少。 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型模拟总体精度为 ０．８９，Ｋａｐｐａ 值为 ０．８０，模拟效果
示。 截至 ２０２０ 年年底，研究区土地总面积约为 １１ ４９０ ｋｍ ，
２
其中山地占 ３２．４１％，丘陵占 ４０．２７％，属于典型的河口盆地地
形。 研究区内自然条件优越，植被覆盖率高达 ６０％以上，但
在人类活动长期作用下，绝大部分植被遭到破坏，使得生态
环境出现退化和恶化的风险，生态环境脆弱性逐渐加剧。
ａｎｄ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｉｔｈ ｓｐａｔｉａｌ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｏｆ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｒａｎｓ⁃
ｆｅｒｒｅｄ ｔｏ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｅａ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｓｈｉｆｔｓ ｌｅｓｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｃｅ⁃
较好。 自然发展情景延续历史发展趋势，建设用地持续增长，以市辖区和闽侯县扩张最为突出，其他区（ 县、市）建设用地侵占周边耕地
且集聚特征明显；城镇发展情景下，耕地、林地和草地均大面积减少，建设用地大幅增加，耕地和建设用地重心分别向东南和东北方向偏
移，空间集聚特性进一步增强；耕地保护情景下，耕地主要向林地和建设用地转化，面积缩减的态势得到有效控制，重心迁移幅度较小；
］。 在 ＣＡ 模型基础上，又逐渐发展形成了基于
与Ｍａｒｋｏｖ模型，可以对区域未来土地利用时空变化具有较好
［９］
的空间模拟模型［ 如多智能体模型（ ＭＡＳ）
模型（ＣＡ）
了 ＴＡＳ 和 ＰＡＳ 的优势，而且能模拟一段时间内多种用地类
］和侧重于模拟土地利用空间分布
马尔科夫（Ｍａｒｋｏｖ）模型
［１１］
ｔｉｎｇ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ）是一种新型的斑块生成土地利
。 国内外关于 ＬＵＣＣ
Ｆｏｒｅ－ＳＣＥ和 ＦＬＵＳ 等模型［１４－１６］ ，这些模型在国土空间规划和
人类活动和自然环境的共同影响下产生于地球表面的结果，
也是全球环境变化的重要原因之一
［１－３］
的研究已经取得了丰硕的成果，其中，土地利用预测模拟是
模 型［９，１２－１３］ 和 基 于 格 局 分 析 策 略 （ ＰＡＳ ） 的 ＣＬＵＥ － Ｓ、
ａｎｄ ２０２０，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｇｒｅｅｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ２０００
ｔｏ ２０２０，ｔｈｅ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ２０３０．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ，ｆｒｏｍ
持续利用研究。
收稿日期 ２０２３－０２－０４
有无后效性且精度较高的预测结果，因此， 耦合 ＰＬＵＳ 模型
模拟。 王佳楠等［１８］ 利用 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型模拟预测了 ２０４０
年柴北缘土地利用变化，并证实 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型的精度高
于 ＦＬＵＳ 模型。
福州市作为我国第一批实行对外开放的沿海港口城市
２ 研究方法
利用时空分布格局进行了模拟预测，旨在探究福州市土地利
用地类型在一段时间内的变化数量和变化速率［１９－２０］ ，其表达
Ｍａｒｋｏｖ 和 ＰＬＵＳ 模型对福州市未来 ４ 种不同情景下的土地
用变化规律，对于区域土地利用规划和生态安全具有一定科
学参考价值。
２．１ 土地利用动态度 土地利用动态度表示研究区的某种
式为：
Ｋ＝
１ 研究区与数据源概况
１．１ 研究区概况 福州市地处中国东南沿海，是福州大都市
圈和闽江口金三角经济圈的核心区域，地理坐标 ２５° １５′ ～
２６°３９′Ｎ，１１８°０８′～ １２０°３１′Ｅ。 全市现辖 ６ 个区、５ 个县（闽侯、
连江、罗源、闽清、永泰） 和 １ 个地级市（ 福清市），如图 １ 所
ｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ｔｏ ｇｒｏｗ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｓｔ
ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ａｎｄ Ｍｉｎｈｏｕ Ｃｏｕｎｔｙ，ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔｒｉｃｔｓ （ ｃｏｕｎｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｉｔｉｅｓ） ｅｎｃｒｏａｃｈｅｓ ｏｎ
ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇ⁃ｊｉｅ，ＪＩＡＮＧ Ｃｈｕｎ，ＺＨＥＮＧ Ｒｕｉ ｅｔ ａｌ （ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｌａｗ，Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ ｄａｔａｓｅｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｙｅａｒ ２０００，２０１０
土地政策制定等方面应用广泛，但缺乏时段概念和灵活处理
。 对区域未来土地利
多类土地利用斑块变化的机制。 ＰＬＵＳ 模型（ ｐａｔｃｈ －ｇｅｎｅｒａ⁃
社会发展和环境保护之间的关系，这对于维护区域生态安全
用变化模拟模型，结合随机种子生成和阈值递减机制，融合
当前 ＬＵＣＣ 研究的重点和热点之一
［４－６］
用变化进行预测有利于合理高效利用土地资源以及协调好
２０００ ｔｏ ２０２０，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｌａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｒａｎｓ⁃
ｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ．Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ０．８９，ｔｈｅ Ｋａｐｐａ ｖａｌｕｅ ｉｓ ０．８０，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｇｏｏｄ ｓｉｍｕ⁃
之一，经历了快速的工业化和城市化进程，土地开发利用强
度和生态保护间的矛盾逐步加剧。 基于此，该研究在分析
５２ 卷 ２ 期 阳洪洁等 基于 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型的福州市土地利用变化及情景模拟
ห้องสมุดไป่ตู้
５７
２０００—２０２０ 年福州市土地利用演变过程的基础上，通过集成
生态保护情景下，林地、草地和水域面积显著增加，建设用地增速得到有效控制，此情景更符合研究区区域发展和生态保护的双重诉求。
研究可为福州市未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供科学参考。
关键词 土地利用变化；多情景模拟；Ｍａｒｋｏｖ－Ｐｌｕｓ 模型；福州市
中图分类号 Ｆ ３０１．２ 文献标识码 Ａ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｗｉｔｈ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，
ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ，ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ａｎｄ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｒｅ ａｌｌ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｓｈｉｆｔ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅａｓｔ
文章编号 ０５１７－６６１１（２０２４）０２－００５６－０７
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０２．０１２
开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃｅｎａｒｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ
安徽农业科学，Ｊ．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃ．Ｓｃｉ． ２０２４，５２（２） ：５６－６２，６８
基于 Ｍａｒｋｏｖ － ＰＬＵＳ 模型的福州市土地利用变化及情景模拟
阳洪洁，姜 春 ∗ ，郑 瑞，史聪敏
（ 福建农林大学公共管理与法学院，福建福州 ３５０００２）
摘要 为探究福州市土地利用变化规律，基于 ２０００、２０１０ 和 ２０２０ 年 ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ 数据集，运用土地利用动态度和转移矩阵对 ２０００—２０２０
［７－８］
。
目前，土地利用预测模型方面的研究主要包括侧重于量
化土地需求的数量模拟模型［ 如系统动力学（ ＳＤ） 模型［８］ 和
型的斑块级变化，并挖掘土地利用变化驱动机理［１７］ 。 但该
模型运行未来土地利用空间模拟的前提是输入土地利用需
求，而 Ｍａｒｋｏｖ 模型是预测未来土地利用数量的传统方法，具
ｎａｒｉｏ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ，ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｓ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．
Ｕ２ －Ｕ１
Ｕ１ Ｔ
×１００％
（１）
式中：Ｋ 为研究时段内某一用地类型的动态度；Ｕ１ 和 Ｕ２ 分别
为这一 用 地 类 型 在 研 究 期 初 和 期 末 的 数 量； Ｔ 为 研 究 时
段长。
２．２ 土地利用重心迁移模型 该模型反映土地利用的空间
变化趋势，其重心坐标计算方法如下：
Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｉｎ
Ｆｕｚｈｏｕ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ；Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃｅｎａｒｉｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ；Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ
土地利用 ／ 覆被变化（ｌａｎｄ ｕｓｅ ／ ｃｏｖｅｒ ｃｈａｎｇｅ，ＬＵＣＣ） 是在
转化分析策略（ＴＡＳ）的 ｌｏｇｉｓｔｉｃ－ＣＡ、ＡＮＮ－ＣＡ、ＣＡ－Ｍａｒｋｏｖ 等
［１０］
和元胞自动机
基金项目 福建省教育厅中青年教师科研项目（ ＪＡＴ１７０１６８） ；２０１８ 年度
社科类国家级科研项目培育计划；福建省社科研究基地重
大项目（ ＦＪ２０２２ＭＪＤＺ０２０） 。
作者简介 阳洪洁（１９９８—） ，女，湖南衡阳人，硕士研究生，研究方向：
土地利用模拟。 ∗通信作者，讲师，博士，从事土地资源可
年土地利用演变进行剖析，采用 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型对 ２０３０ 年土地利用的多情景变化趋势进行模拟。 结果表明：２０００—２０２０ 年，建设用
地和水域面积增加，建设用地主要由耕地转入，其他用地面积减少。 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型模拟总体精度为 ０．８９，Ｋａｐｐａ 值为 ０．８０，模拟效果
示。 截至 ２０２０ 年年底，研究区土地总面积约为 １１ ４９０ ｋｍ ，
２
其中山地占 ３２．４１％，丘陵占 ４０．２７％，属于典型的河口盆地地
形。 研究区内自然条件优越，植被覆盖率高达 ６０％以上，但
在人类活动长期作用下，绝大部分植被遭到破坏，使得生态
环境出现退化和恶化的风险，生态环境脆弱性逐渐加剧。
ａｎｄ ｓｏｕｔｈｅａｓｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｉｔｈ ｓｐａｔｉａｌ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｏｆ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｒａｎｓ⁃
ｆｅｒｒｅｄ ｔｏ ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｅａ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｓｈｉｆｔｓ ｌｅｓｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｃｅ⁃
较好。 自然发展情景延续历史发展趋势，建设用地持续增长，以市辖区和闽侯县扩张最为突出，其他区（ 县、市）建设用地侵占周边耕地
且集聚特征明显；城镇发展情景下，耕地、林地和草地均大面积减少，建设用地大幅增加，耕地和建设用地重心分别向东南和东北方向偏
移，空间集聚特性进一步增强；耕地保护情景下，耕地主要向林地和建设用地转化，面积缩减的态势得到有效控制，重心迁移幅度较小；
］。 在 ＣＡ 模型基础上，又逐渐发展形成了基于
与Ｍａｒｋｏｖ模型，可以对区域未来土地利用时空变化具有较好
［９］
的空间模拟模型［ 如多智能体模型（ ＭＡＳ）
模型（ＣＡ）
了 ＴＡＳ 和 ＰＡＳ 的优势，而且能模拟一段时间内多种用地类
］和侧重于模拟土地利用空间分布
马尔科夫（Ｍａｒｋｏｖ）模型
［１１］
ｔｉｎｇ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ）是一种新型的斑块生成土地利
。 国内外关于 ＬＵＣＣ
Ｆｏｒｅ－ＳＣＥ和 ＦＬＵＳ 等模型［１４－１６］ ，这些模型在国土空间规划和
人类活动和自然环境的共同影响下产生于地球表面的结果，
也是全球环境变化的重要原因之一
［１－３］
的研究已经取得了丰硕的成果，其中，土地利用预测模拟是
模 型［９，１２－１３］ 和 基 于 格 局 分 析 策 略 （ ＰＡＳ ） 的 ＣＬＵＥ － Ｓ、
ａｎｄ ２０２０，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｇｒｅｅｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ２０００
ｔｏ ２０２０，ｔｈｅ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ２０３０．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ，ｆｒｏｍ
持续利用研究。
收稿日期 ２０２３－０２－０４
有无后效性且精度较高的预测结果，因此， 耦合 ＰＬＵＳ 模型
模拟。 王佳楠等［１８］ 利用 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型模拟预测了 ２０４０
年柴北缘土地利用变化，并证实 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型的精度高
于 ＦＬＵＳ 模型。
福州市作为我国第一批实行对外开放的沿海港口城市
２ 研究方法
利用时空分布格局进行了模拟预测，旨在探究福州市土地利
用地类型在一段时间内的变化数量和变化速率［１９－２０］ ，其表达
Ｍａｒｋｏｖ 和 ＰＬＵＳ 模型对福州市未来 ４ 种不同情景下的土地
用变化规律，对于区域土地利用规划和生态安全具有一定科
学参考价值。
２．１ 土地利用动态度 土地利用动态度表示研究区的某种
式为：
Ｋ＝
１ 研究区与数据源概况
１．１ 研究区概况 福州市地处中国东南沿海，是福州大都市
圈和闽江口金三角经济圈的核心区域，地理坐标 ２５° １５′ ～
２６°３９′Ｎ，１１８°０８′～ １２０°３１′Ｅ。 全市现辖 ６ 个区、５ 个县（闽侯、
连江、罗源、闽清、永泰） 和 １ 个地级市（ 福清市），如图 １ 所
ｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ｔｏ ｇｒｏｗ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｓｔ
ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ａｎｄ Ｍｉｎｈｏｕ Ｃｏｕｎｔｙ，ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｄｉｓｔｒｉｃｔｓ （ ｃｏｕｎｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｉｔｉｅｓ） ｅｎｃｒｏａｃｈｅｓ ｏｎ
ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇ⁃ｊｉｅ，ＪＩＡＮＧ Ｃｈｕｎ，ＺＨＥＮＧ Ｒｕｉ ｅｔ ａｌ （ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｌａｗ，Ｆｕｊｉａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ ｄａｔａｓｅｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｙｅａｒ ２０００，２０１０
土地政策制定等方面应用广泛，但缺乏时段概念和灵活处理
。 对区域未来土地利
多类土地利用斑块变化的机制。 ＰＬＵＳ 模型（ ｐａｔｃｈ －ｇｅｎｅｒａ⁃
社会发展和环境保护之间的关系，这对于维护区域生态安全
用变化模拟模型，结合随机种子生成和阈值递减机制，融合
当前 ＬＵＣＣ 研究的重点和热点之一
［４－６］
用变化进行预测有利于合理高效利用土地资源以及协调好
２０００ ｔｏ ２０２０，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｌａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｒａｎｓ⁃
ｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ．Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ０．８９，ｔｈｅ Ｋａｐｐａ ｖａｌｕｅ ｉｓ ０．８０，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ａ ｇｏｏｄ ｓｉｍｕ⁃
之一，经历了快速的工业化和城市化进程，土地开发利用强
度和生态保护间的矛盾逐步加剧。 基于此，该研究在分析
５２ 卷 ２ 期 阳洪洁等 基于 Ｍａｒｋｏｖ－ＰＬＵＳ 模型的福州市土地利用变化及情景模拟
ห้องสมุดไป่ตู้
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２０００—２０２０ 年福州市土地利用演变过程的基础上，通过集成
生态保护情景下，林地、草地和水域面积显著增加，建设用地增速得到有效控制，此情景更符合研究区区域发展和生态保护的双重诉求。
研究可为福州市未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供科学参考。
关键词 土地利用变化；多情景模拟；Ｍａｒｋｏｖ－Ｐｌｕｓ 模型；福州市
中图分类号 Ｆ ３０１．２ 文献标识码 Ａ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｗｉｔｈ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，
ｆｏｒｅｓｔ ｌａｎｄ，ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ａｎｄ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ａｒｅ ａｌｌ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ａｎｄ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｓｈｉｆｔ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅａｓｔ
文章编号 ０５１７－６６１１（２０２４）０２－００５６－０７
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２４．０２．０１２
开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：
Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃｅｎａｒｉｏ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｒｋｏｖ⁃ＰＬＵＳ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ
安徽农业科学，Ｊ．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉｃ．Ｓｃｉ． ２０２４，５２（２） ：５６－６２，６８
基于 Ｍａｒｋｏｖ － ＰＬＵＳ 模型的福州市土地利用变化及情景模拟
阳洪洁，姜 春 ∗ ，郑 瑞，史聪敏
（ 福建农林大学公共管理与法学院，福建福州 ３５０００２）
摘要 为探究福州市土地利用变化规律，基于 ２０００、２０１０ 和 ２０２０ 年 ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ 数据集，运用土地利用动态度和转移矩阵对 ２０００—２０２０