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

中国北西部の乾燥および半乾燥地域において、土地は人間のニーズと自然の限界との間の、脆弱なバランスの上に成り立っています。ここでは、地面はしばれて砂質であり、水は乏しく、生態系は気候変動や人間の活動によって容易に破壊されてしまいます。この環境の崩壊を防ぐために、科学者たちは「生態学的安全パターン」を探求しています。これを、単一の柵や壁としてではなく、最も重要な土地の断片を示す「生きた地図」と考えてみてください。この地図は、3つの鍵となる要素を特定します。すなわち、最も健康的で保護された自然のパッチである「ソース（供給源）」、野生動物や自然のプロセスがこれらのパッチ間を移動することを可能にする経路である「コリドー（回廊）」、そしてこれらの経路が出会う重要な接点である「ノード（結節点）」です。これらのつながりがなければ、自然は断片化し、きれいな水、安定した土壌、そして生命のための安全な生息地を提供するという地域の能力は失われ始めます。研究者にとっての課題は、土地は決して静止したものではないということです。都市が成長し、農地が拡大し、あるいは森林が植林されるにつれて、土地は毎年変化します。今日機能している計画も、将来の土地の姿を考慮に入れなければ、明日には失敗してしまう可能性があるのです。

中国北部にある広大な砂漠地域であり、重要な生態学的障壁として機能している無倫川（ムー・ウス）砂地におけるこのパズルを解くために、延安大学と長安大学の研究チームは、先を見通すための新しい手法を開発しました。彼らは、現在の土地を単に研究するのではなく、異なる条件下で2030年までに景観がどのように変化するかを予測するコンピュータ・シミュレーションを構築しました。彼らは3つの起こりうる未来を想定しました。一つは、大きな干渉なしに自然に開発が進むシナリオ、二つ目は経済を最優先とするシナリオ、そして三つ目は環境保護を主な目的とするシナリオです。彼らはPLUSと呼ばれる高度なコンピュータモデルを使用し、農地、森林、草原、建設用地といった異なる種類の土地が、各シナリオにおいてどのように移動し、広がっていくかをシミュレートしました。これにより、彼らは現在の土地の姿だけでなく、近い将来、土地がどのような姿になる可能性が高いのかを知ることができたのです。

これらの未来の地図を手に入れた後、チームはどこを重点的に保護すべきかを特定する必要がありました。彼らは、森林が生成する水の量といった単一の要因だけを見るのでは不十分であることに気づきました。地下水が汚染や枯渇に対してどれほど脆弱であるかも考慮する必要があったのです。そこで、彼らは2つの異なる評価を組み合わせました。まず、InVESTというツールを使用して、水質の浄化、炭素の貯蔵、生息地の保護といった不可欠なサービスを土地がいかに提供しているかを測定しました。次に、改良版の地下水脆弱性モデルを使用して、人間の活動や汚染からどのエリアが最もリスクにさらされているかを調べました。これら2つの地図を重ね合わせることで、彼らは真の「生態学的ソース」、つまり自然にとって非常に価値が高く、かつ地下水の面におけるリスクから安全なエリアを特定することができました。その結果、自然な開発シナリオの下では、5つの主要なソースエリアが存在し、それらは地域の約13パーセントを占め、主に西、東、および北の縁に位置していることがわかりました。

ソースを特定した後、研究者たちは自然がそれらの間でどのように移動できるかをマッピングしました。彼らは「抵抗面」を作成しました。これは、本質的には、景観の異なる部分を越えて生態学的プロセスが移動することがどれほど困難であるかを示す地図です。例えば、賑やかな都市や急斜面は高い抵抗を持つ障壁となりますが、草地は通り抜けやすいものです。彼らは電気回路を流れる電流に基づいた手法を用い、ソース間の最も効率的な経路を辿りました。この分析により、地域の生態系の動脈として機能する、全長314キロメートルに及ぶ6つの主要な生態学的コリドーが明らかになりました。また、自然の流れが最も遮断されやすい狭いボトルネックである120箇所の特定の「ピンチポイント」と、システムを機能させ続けるために整備または管理が必要な605平方キロメートルの「障壁エリア」も特定されました。

この研究の知見は、この地域の未来が今日の選択に大きく依存していることを強調しています。経済開発が優先されるシナリオでは、建設用地に使用される土地の割合が最も高くなりますが、これは農地の喪失と草原の減少という代償を伴います。対照的に、生態学的保護に焦点を当てたシナリオでは、草原の増加が最大となり、森林の減少が最小となるため、政策決定が景観を大きく変えうることを示唆しています。研究者たちは、自然な開発経路の下では、建設用地が急減し、その多くが草原へと戻ることが最も大きな変化であることを見出しました。しかし、彼らは単に現存するものを保護するだけでは不十分であるとも指摘しました。システムは動的でなければなりません。研究は、黄河流域の長期的な健康を確保し、さらなる砂漠化を防ぐためには、管理者が経済的ニーズと、特定されたソースの厳格な保護とのバランスを取らなければならないと提言しています。彼らは、孤立した自然のパッチを繋ぐためにコリドーを強化し、エネルギーや種が自由に流れるようにするためにピンチポイントを最適化することを推奨しています。これらのシミュレーションを用いて行動を導くことで、計画立案者は静的な保護を超え、変化する世界に適応できる回復力のあるネットワークを構築することができるのです。