Simulation Study for Constructing Ecological Security Pattern: A Couple d InVEST-PLUS Model Approach

Dans les régions arides et semi-arides du nord-ouest de la Chine, la terre est un équilibre fragile entre les besoins humains et les limites de la nature. Ici, le sol est souvent sablonneux, l'eau est rare et l'écosystème est facilement perturbé par le changement climatique et l'activité humaine. Pour empêcher cet environnement de s'effondrer, les scientifiques recherchent un « modèle de sécurité écologique ». Voyez cela non pas comme une simple clôture ou un mur, mais comme une carte vivante des parcelles de terre les plus vitales. Cette carte identifie trois éléments clés : les « sources », qui sont les zones de nature les plus saines et les plus protégées ; les « corridors », qui sont les voies permettant à la faune et aux processus naturels de circuler entre ces parcelles ; et les « nœuds », qui sont les jonctions critiques où ces chemins se rejoignent. Sans ces connexions, la nature se fragmente, et la capacité de la région à fournir de l'eau propre, un sol stable et un habitat sûr pour la vie commence à faillir. Le défi pour les chercheurs est que la terre n'est jamais statique ; elle change chaque année à mesure que les villes grandissent, que les fermes s'étendent ou que des forêts sont plantées. Un plan qui fonctionne aujourd'hui pourrait échouer demain s'il ne tient pas compte de l'aspect futur du paysage.

Pour résoudre ce casse-tête pour la zone sableuse de Mu Us, une vaste région désertique du nord de la Chine qui sert de barrière écologique critique, une équipe de chercheurs de l'Université de Yan'an et de l'Université de Chang'an a développé une nouvelle façon de regarder vers l'avenir. Au lieu de simplement étudier la terre telle qu'elle est actuellement, ils ont construit une simulation informatique pour prédire comment le paysage changerait d'ici l'année 2030 selon différentes conditions. Ils ont imaginé trois futurs possibles : un où le développement se fait naturellement sans trop d'interférences, un où l'économie est la priorité absolue, et un où la protection de l'environnement est l'objectif principal. En utilisant un modèle informatique sophistiqué appelé PLUS, ils ont simulé comment différents types de terres — tels que les terres agricoles, les forêts, les prairies et les sites de construction — se déplaceraient et s'étendraient à travers la région dans chacun de ces scénarios. Cela leur a permis de voir non seulement où se trouve la terre aujourd'hui, mais aussi où elle est susceptible de se trouver dans un avenir proche.

Une fois qu'ils ont obtenu ces cartes futures, l'équipe a dû identifier les endroits les plus importants à protéger. Ils ont réalisé que regarder un seul facteur, comme la quantité d'eau produite par une forêt, ne suffisait pas. Ils devaient également considérer la vulnérabilité des eaux souterraines face à la pollution et à l'assèchement. Ainsi, ils ont combiné deux évaluations différentes. Premièrement, ils ont utilisé un outil appelé InVEST pour mesurer la capacité de la terre à fournir des services essentiels tels que le nettoyage de l'eau, le stockage du carbone et la protection des habitats. Deuxièmement, ils ont utilisé une version améliorée d'un modèle de vulnérabilité des eaux souterraines pour voir quelles zones étaient les plus exposées à l'activité humaine et à la pollution. En superposant ces deux cartes, ils ont pu localiser les véritables « sources écologiques » — les zones qui étaient à la fois hautement précieuses pour la nature et à l'abri des risques liés aux eaux souterraines. Ils ont découvert que sous un scénario de développement naturel, il y aurait cinq zones sources principales, couvrant environ 13 % de la région, principalement situées le long des bordures ouest, est et nord.

Une fois les sources identifiées, les chercheurs ont ensuite cartographié la manière dont la nature pourrait circuler entre elles. Ils ont créé une « surface de résistance », qui est essentiellement une carte montrant la difficulté pour les processus écologiques de voyager à travers différentes parties du paysage. Par exemple, une ville animée ou une pente raide agit comme une barrière à haute résistance, tandis qu'une plaine herbeuse est facile à traverser. En utilisant une méthode basée sur la façon dont l'électricité circule dans un circuit, ils ont tracé les chemins les plus efficaces entre les sources. Cette analyse a révélé six corridors écologiques majeurs, s'étendant sur un total de 314 kilomètres, qui agissent comme les artères de l'écosystème de la région. Ils ont également identifié 120 « points de pincement » spécifiques, qui sont des goulots d'étranglement étroits où le flux de la nature est le plus facilement bloqué, et 605 kilomètres carrés de « zones barrières » qui doivent être dégagées ou gérées pour maintenir le système en fonctionnement.

Les conclusions de l'étude soulignent que l'avenir de cette région dépend fortement des choix faits aujourd'hui. Dans le scénario où le développement économique est privilégié, la quantité de terres utilisées pour la construction resterait la plus élevée, mais cela se ferait au prix d'une perte de terres agricoles et d'une réduction de la superficie des prairies. En revanche, le scénario axé sur la protection de l'environnement montre la plus grande augmentation des prairies et la plus faible perte de forêts, suggérant que les décisions politiques peuvent considérablement façonner le paysage. Les chercheurs ont constaté que sous une trajectoire de développement naturelle, le changement le plus significatif serait une chute brutale des terres de construction, une grande partie d'entre elles retournant à l'état de prairie. Cependant, ils ont également noté que simplement protéger ce qui existe ne suffit pas ; le système doit être dynamique. L'étude suggère que pour assurer la santé à long terme du bassin du fleuve Jaune et prévenir une désertification accrue, les gestionnaires doivent équilibrer les besoins économiques avec une protection stricte de ces sources identifiées. Ils recommandent de renforcer les corridors pour connecter les parcelles de nature isolées et d'optimiser les points de pincement pour garantir que l'énergie et les espèces puissent circuler librement. En utilisant ces simulations pour guider leurs actions, les planificateurs peuvent aller au-delà de la protection statique et créer un réseau résilient qui s'adapte à un monde changeant.