基于地理探測的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響關(guān)系分析

萬巨影

（遼寧師范大學(xué)，遼寧 大連 116029）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響因素分析旨在針對某一特定領(lǐng)域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響機(jī)制進(jìn)行深入探討，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與社會經(jīng)濟(jì)的紐帶關(guān)系。在國外學(xué)者研究內(nèi)容中，通常將生態(tài)環(huán)境作為一個封閉系統(tǒng)，對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較為完善的森林，考慮因素一般為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值供給量與災(zāi)害性因子等；針對于耕地類型研究中，側(cè)重點(diǎn)通常在于如何給予更好的決策內(nèi)容為耕地生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造更多價(jià)值。國內(nèi)研究的大部分研究側(cè)重點(diǎn)將生態(tài)系統(tǒng)與人視為一個整體，在進(jìn)行生態(tài)環(huán)境要素測算與梳理時(shí)，往往會加入人為擾動因素及社會因素等。利用一個或多個時(shí)間段對某一區(qū)域進(jìn)行時(shí)空演變規(guī)律的結(jié)果進(jìn)行因素分析，常用于分析各要素與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的方法包括多因素對比分析、問卷模型結(jié)合模式、空間杜賓模型、STIRPAT模型、地理探測器等。地理探測器作為一種空間統(tǒng)計(jì)方法，被廣泛應(yīng)用于各類影響因素研究中。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響機(jī)制的研究模式逐漸完善，無論是單因素或多因素，確定符合實(shí)況的研究指標(biāo)，對于不同領(lǐng)域或區(qū)域均可以得到要素比重，從而確定其影響程度。如王若思等人估算樂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，運(yùn)用動態(tài)當(dāng)量法與地理探測器相結(jié)合，探究影響樂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的主導(dǎo)因素。研究影響因素分布情況離不開空間分布狀況，地理加權(quán)回歸可反映自變量隨距離變化對因變量作用程度強(qiáng)弱?？蓪?shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布的可視化，已有結(jié)果顯示，將傳統(tǒng)回歸模型與地理加權(quán)回歸模型結(jié)合得出研究結(jié)果更可靠。耿甜偉等人針對陜西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變規(guī)律，結(jié)合傳統(tǒng)回歸模型與地理加權(quán)回歸，并對兩種方法得出結(jié)果進(jìn)行討論，得出地理加權(quán)回歸模型處理數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，擬合程度更優(yōu)。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)整理法

結(jié)合文獻(xiàn)閱讀網(wǎng)站對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響機(jī)制相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理與歸納。結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)了解，為文章結(jié)構(gòu)提供借鑒作用。結(jié)合中英文論文對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究結(jié)果梳理出與該文研究內(nèi)容的相關(guān)的信息，為文章的構(gòu)思與撰寫奠定基礎(chǔ)。

1.2 空間計(jì)量模型應(yīng)用

了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間聚集與分布情況，以自然、社會經(jīng)濟(jì)等因素為因變量，運(yùn)用地理探測器對影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化因素進(jìn)行細(xì)致探討，得出不同驅(qū)動因素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的解釋程度。

2 地理探測器

地理探測器作為一種空間統(tǒng)計(jì)工具，目前廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)與地理環(huán)境要素相關(guān)研究。地理探測器主要涉及以下四種探測手段：

（1）因子探測器：探討不同影響因素可以以何種程度解釋因變量空間變化情況，通過分析各要素層內(nèi)部的方差與總方差之間關(guān)系，從而得出各要素對因變量的空間驅(qū)動力程度，公式見下式。

式中q統(tǒng)計(jì)量是衡量自變量與因變量之間對于空間分異性的解釋程度，閾值為[0,1]，表示某一種影響要素X解釋100×q%的因變量Y。B=1,2，...，n為變量Y的分類或分層；Nb代表層b，N代表全區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單元，σb2和σ2分別為層b和全區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的方差。

上式中Nx1與Nx2分別代表X1、X2的樣本量，若Wx1=Wx2，則代表影響因子X1、X2對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布影響存在差異。

（3）交互探測器：評估影響因子共同作用時(shí)，能否增加亦減弱對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的解釋作用。交互探測器主要識別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與不同影響因素之間是否存在交互作用，不同影響因素之間的共同作用是否對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生影響，通過增加或減弱交互程度來影響因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的解釋力。交互探測結(jié)果顯示，雙因子交互作用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響大于單因子對其影響程度，故影響遼西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的因子不是僅由單因子提供，雙因子對其影響程度更高。如表1所示，城鎮(zhèn)/農(nóng)村居民收入分別與第一產(chǎn)業(yè)增加值、人工育林面積交互類型為非線性增強(qiáng)型，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與人工育林面積之間交互作用為非線性增強(qiáng)型，其余各項(xiàng)因子交互作用均為雙因子增強(qiáng)型，表明造成遼西北地區(qū)影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異是由雙因子或多因子共同作用的結(jié)果。其中，人為擾動程度與其他各項(xiàng)因子交互作用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響程度最強(qiáng)，解釋力均達(dá)到55%以上，q值最高達(dá)到0.9以上。其次年均降雨量與其他因子之間交互作用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值解釋程度較高，q值最高達(dá)到0.9以上。水網(wǎng)密度、植被覆蓋、土地墾殖率與其他各項(xiàng)因子交互作用也表現(xiàn)出較強(qiáng)影響力，q值最高達(dá)到0.8以上。多組交互數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)雙因子交互作用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化影響程度更顯著。

表1 遼西北地區(qū)ESV空間分異驅(qū)動因素結(jié)果

（4）風(fēng)險(xiǎn)探測器：一般用來判別不同區(qū)域的屬性均值是否有明顯差別，用t統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)。因子探測顯示不同影響因素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間影響解釋力各不相同，遼西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異驅(qū)動因素排序?yàn)槿藶閿_動程度（0.551）>土地墾殖率（0.184）>年均降雨量（0.154）>第一產(chǎn)業(yè)增加值（0.109）>城鎮(zhèn)/農(nóng)村居民收入（0.108）>人工育林面積（0.102）>高程（0.075）>平均氣溫（0.073）>GDP（0.058）>植被覆蓋情況（0.052）>水網(wǎng)密度（0.048）>城鎮(zhèn)化程度（0.033）>坡度（0.0001）>人口數(shù)量（0.001）。遼西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化受多個因素影響，是多重因素共同作用的結(jié)果。聚集性因子q值最高可達(dá)到55.1%，人為擾動程度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響最顯著；土地墾殖率、年均降雨量對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值解釋程度均達(dá)到15%以上，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化具有顯著影響；第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、城鎮(zhèn)/農(nóng)村居民收入、人工育林面積對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響程度均在10%左右；高程、平均氣溫、GDP、植被覆蓋程度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響程度均在5%左右，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值解釋程度較弱；水網(wǎng)密度、城鎮(zhèn)化率、坡度、人口數(shù)量對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值解釋程度均小于5%，說明這些因子在一定程度上影響著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，但作用程度較弱。

3 生態(tài)探測器

生態(tài)探測器由Y（顯著差異）和X（不存在顯著差異）表示兩兩變量之間關(guān)系。探測結(jié)果顯示，遼西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值兩因子之間整體上存在顯著差異，具體差異情況如表2所示。

表2 遼西北地區(qū)ESV影響因子的生態(tài)探測結(jié)果

研究區(qū)耕地面積占地較高，意味著人類擾動次數(shù)與程度均高于其他區(qū)域，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)干擾影響大幅提升，因此，對于遼西北地區(qū)土地利用進(jìn)行合理的空間管制具有必要性。另外因子探測器顯示社會經(jīng)濟(jì)要素較自然要素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響較高，因此相關(guān)部門應(yīng)加大對人類活動范圍及程度進(jìn)行適當(dāng)管理，合理管控人為開墾與開發(fā)土地，加大宏觀管控力度，保障生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。