基于空間杜賓模型的三江源地區(qū)生態(tài)服務價值影響因素分析

摘要： 采用InVEST模型及修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子法，定量評估2000—2020年三江源地區(qū)VES（生態(tài)系統(tǒng)服務價值），并進一步構建空間杜賓模型探究三江源地區(qū)VES的影響因素及其區(qū)域差異，結果表明：①2000—2020年三江源地區(qū)土地利用發(fā)生較大變化，耕地、草地、水域和建設用地面積擴大，林地和未利用地面積減?。谎芯繀^(qū)以草地為主，其次是水域和林地，耕地和建設用地面積占比較小。②三江源地區(qū)VES總體呈增加趨勢，其中治多縣增幅最大、河南蒙古族自治縣降幅最大；VES等級呈現(xiàn)“西高東低”的空間分布特征，等級一般的縣域較多，等級好的縣域數(shù)量有所減少。③考慮空間關聯(lián)性因素后，地均GDP和植樹造林均呈正向直接效應，放牧強度呈負向直接效應。

關鍵詞： 生態(tài)服務價值；影響因素；InVEST模型；當量因子法；空間杜賓模型；三江源地區(qū)

中圖分類號： S157文獻標識碼： ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.04.016

引用格式： 佘歡，李鵬，肖列，等.基于空間杜賓模型的三江源地區(qū)生態(tài)服務價值影響因素分析[J].中國水土保持，2025（4）：61-67.

生態(tài)系統(tǒng)服務（Ecosystem Services）是人類通過生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種惠益，包括供給服務、調節(jié)服務和支持服務等，是人類社會生存和發(fā)展的基礎，對人類福祉具有重要意義[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務價值（VES）將生態(tài)學與經濟學結合，以貨幣形式有效定量評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能。VES的時空演化可以反映生態(tài)系統(tǒng)的外部狀況，其影響因素及作用機制可以解釋生態(tài)系統(tǒng)問題的內在根源[2]。探究VES空間格局及其影響因素，有助于推動區(qū)域生態(tài)文明建設與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

目前，對于VES的評估方法有當量因子法、能值評估法、模型評估法等[3-7]。當量因子法適用于大尺度研究；模型評估法主要包括InVEST模型和SolVES模型[8]。InVEST模型由美國斯坦福大學和世界基金組織共同開發(fā)[9]，主要通過土地利用數(shù)據(jù)對VES進行評估或預測[10]，發(fā)展較為成熟。該方法的優(yōu)點是在空間制圖方面效果好，且適用于各種研究尺度[11]，已在生態(tài)系統(tǒng)服務評估方面得到廣泛應用。如吳雋宇等[12]基于InVEST模型分析了2005—2018年粵港澳大灣區(qū)年生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化特征。

以VES定量評估為基礎，部分研究者逐漸關注其作用機理，分析生態(tài)系統(tǒng)問題根源。VES的變動原因主要有自然因素和社會經濟因素，自然因素主要有氣候、高程、地形、植被和土壤[13-16]5個方面，社會經濟因素主要有人口、經濟、土地利用和生態(tài)工程等[17-19]。目前，對VES影響因素的研究空間尺度主要為流域、高原、地區(qū)、省、市[20-24]。縣域作為中國行政管理的基本單元和國家主體功能區(qū)的重要組成部分，具有社會經濟體系完備、運行相對獨立、地理功能多樣的特點[25]，但現(xiàn)有研究缺乏針對縣域的。此外，針對江河源頭地區(qū)的研究也較少。因此，有必要針對江河源頭區(qū)域，從縣域視角去研究VES的影響因素。劉永婷等[26]研究表明VES存在顯著的空間異質性，而大多數(shù)研究僅考慮自然與社會經濟因素，忽略了空間因素，可通過空間計量模型探討VES的影響因素。

三江源地區(qū)是青藏高原生態(tài)屏障的關鍵組成部分，在我國生態(tài)文明建設中具有重要地位。本研究選取時段為2000—2020年，基于InVEST模型和修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子法估算三江源地區(qū)VES，構建空間杜賓模型分析自然和人為等因素對VES的影響，并驗證空間因素對VES的影響，以期為三江源地區(qū)生態(tài)保護提供科學參考。

1概況

1.1研究區(qū)概況

三江源地區(qū)是長江、黃河和瀾滄江的發(fā)源地，地處青藏高原的腹地，地理位置為31°39′～36°16′N，89°24′～102°23′E，總面積39.50萬km2，包括黃南、海南、果洛、玉樹4個藏族自治州的18個縣（市）和海西蒙古族藏族自治州的格爾木市，海拔2 177～6 768 m。不同地點年均氣溫為6.4～13.2 ℃，年均降水量為262.2～772.8 mm，降水集中在6—9月，期間降水量約占全年降水量的80%。自然地理環(huán)境獨特，地形復雜多樣，具有典型的內陸高原氣候特點，季節(jié)分明，年度溫差較小，晝夜溫差較大，日照時間較長，太陽輻射強，降水量高度集中，雨熱同期。區(qū)域土壤呈現(xiàn)顯著的垂直地帶性分布特點，隨著海拔由高到低，土壤類型依次為高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土、灰褐土、栗鈣土和山地森林土[27]。生物多樣性豐富，區(qū)內有69種國家重點保護動物。

1.2數(shù)據(jù)來源

本研究選取2000年、2005年、2010年、2015年、2020年5期數(shù)據(jù)進行研究探討。三江源地區(qū)及行政區(qū)邊界、土地利用數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)均來源于中國科學院環(huán)境與數(shù)據(jù)中心；人口密度數(shù)據(jù)來源于橡樹嶺國家實驗室；氣象數(shù)據(jù)、蒸散數(shù)據(jù)均來源于國家系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心；土壤數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農組織的世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）土壤數(shù)據(jù)集；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云；土壤濕度數(shù)據(jù)來源于國家青藏高原科學數(shù)據(jù)中心；人工林數(shù)據(jù)集來源于北京大學郭慶華課題組發(fā)布的中國植被數(shù)據(jù)產品集v1.0；年末牲畜存欄量數(shù)據(jù)來源于青海省統(tǒng)計局編制的青海統(tǒng)計年鑒；水庫建設成本和單位水庫清淤工程費用參考《青海省市政工程計價定額》（2020版）；碳交易價格參考全國碳市場信息網；化肥價格參考農資網。

2研究方法

2.1VES評估方法

2.2空間聚集特征分析

空間自相關是較常用的評估空間聚集規(guī)律的方法，可有效反映空間上某一單元的某一屬性值與其相鄰單元的空間相關程度。本研究采用常用的全局莫蘭指數(shù)反映網格單元的空間相關性及相關性大小[31]。局部空間自相關指標是從局部空間上判斷聚合或離散情況，通過測度某一單元的屬性值與相鄰單元的相關程度，來研究其空間聚集結構，進而分析動態(tài)的空間分異規(guī)律。

2.3空間杜賓模型

空間計量模型主要包括空間自相關模型、空間誤差模型和空間杜賓模型3種，其中，空間杜賓模型可以同時揭示相鄰區(qū)域的VES與影響因素對研究區(qū)域VES的影響，還可以在特定條件下退化為空間自相關模型與空間誤差模型，較其他兩種模型更適用于全面考察不同類型影響因素對VES的影響[32-33]。三江源地區(qū)VES影響因素見表1。本研究選取7類自然及人為因素進行綜合研究。其中，用年均氣溫和年均降水量來反映氣候因素，用植被覆蓋度表征植被因素，用土壤濕度表征土壤因素，用地均GDP表征經濟因素，用人口密度表征人口因素，用放牧強度表征人類活動因素，用植樹造林面積表征生態(tài)保護因素。

3結果與分析

3.1三江源地區(qū)土地利用變化特征

江源地區(qū)有195.57 km2的草地、15.14 km2的耕地轉化為建設用地，建設用地面積有所增加。未利用地面積明顯減少，其中有21 503.10 km2的未利用地轉化為草地，也有一部分轉化為建設用地，這與禁牧封育、草畜平衡管理等荒漠化治理措施有關。

從空間分布來看（見圖2），三江源地區(qū)土地利用類型以草地為主，占研究區(qū)總面積的比例大于67%，其次是水域和林地，約占研究區(qū)總面積的10％，而耕地和建設用地面積占比較小，不足1%，這與三江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱和不允許有大規(guī)模的土地開發(fā)利用有關。草地在三江源大部分地區(qū)均有分布，未利用地主要分布在三江源地區(qū)西北部，水域主要在三江源地區(qū)圖22000—2020年三江源地區(qū)土地利用類型空間分布

東北部和西部的一些區(qū)域呈零散分布，林地在三江源地區(qū)西南部和東部零散分布，耕地和建設用地集中分布于三江源地區(qū)東北部。

3.2三江源地區(qū)縣域VES分析

表3為2000—2020年三江源縣域VES變化情況。由表3可知，2000—2020年三江源地區(qū)VES總體增加，不同縣域呈現(xiàn)不同的變化趨勢，12個縣域呈現(xiàn)負增長趨勢，7個縣域呈現(xiàn)增加趨勢。其中，治多縣增幅最大，由2000年的1 064.40億元增長至2020年的1 325.46億元，增幅達24.53%；河南蒙古族自治縣降幅最大，由2000年的198.20億元減少至2020年的149.80億元，降幅為24.42%。

利用ArcGIS軟件，采用自然斷點法將三江源地區(qū)VES劃分為5個等級，即高、較高、一般、低、較低。圖3為三江源縣域VES空間分布。由圖3可知：VES等級較高的縣域數(shù)量在20 a中介于2～4個之間；VES等級一般的縣較多，2000年包括稱多縣、瑪多縣和達日縣等6個，到2020年數(shù)量保持不變；VES等級較低的縣域主要為興海縣和甘德縣等；VES等級低的縣域較少，為2～4個，其中貴南縣和同德縣的VES在20 a間均為低。總體來看，VES呈現(xiàn)“西高東低”的空間分布特征，等級一般的縣域較多，等級高的縣域數(shù)量有所減少。

3.3三江源地區(qū)VES聚類分析

表4為2000—2020年三江源地區(qū)VES空間顯著性檢驗結果。由表4可知，2000年、2005年、2010年、2015年、2020年莫蘭指數(shù)分別為0.773 5、0.649 8、0.644 5、0.625 8、0.712 3，且p值均小于0.05，Z統(tǒng)計量均大于1.96，通過顯著性檢驗。這說明三江源地區(qū)VES存在空間正相關性，隨著時間推移，莫蘭指數(shù)呈U形，說明三江源地區(qū)VES的空間相關性先逐漸減弱后增強。從VES空間分異特征看（見圖4），VES僅有高-高和低-低2種聚集類型，且在20 a間未發(fā)生明顯變化，表明20 a間三江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境一直保持較好的狀態(tài)，三江源地區(qū)VES存在正向的空間溢出效應。高-高空間聚集類型主要分布在研究區(qū)西部的格爾木市、治多縣、雜多縣等，低-低空間聚集類型主要分布在研究區(qū)東部的河南蒙古族自治縣、澤庫縣、同德縣。圖42000—2020年三江源地區(qū)VES空間分異特征

3.4三江源地區(qū)VES影響因素分析

3.4.1模型選擇與檢驗

由于三江源地區(qū)VES存在空間正相關性，因此將空間因素納入考量可以更好地解釋VES的影響因素及其空間效應。表5為模型擬合效果。由表5可知，與多元線性回歸模型（MLR）擬合結果相比，引入空間權重矩陣后的空間杜賓模型（SDM）擬合結果的赤池信息量準則（AIC）值和貝葉斯信息準則（BIC）值均出現(xiàn)明顯的下降，而采取了個體固定效應后的模型（SDM_i）擬合結果的AIC值和BIC值進一步下降，說明模型擬合度得到了進一步改善。因此，本研究采取個體固定效應的空間杜賓模型進行進一步分析。

為檢驗模型的適用性，通過LR檢驗和Wald檢驗判斷空間杜賓模型、空間自相關模型和空間誤差模型是否存在顯著性差異。結果表明，LR檢驗與Wald檢驗的數(shù)值均大于0，且在1%的顯著性水平下否定原假設，故可使用空間杜賓模型來分析三江源地區(qū)VES的影響因素。

3.4.2模型效應分解

空間杜賓模型將各影響因素對VES的影響分解為直接效應、間接效應與總效應，其中：直接效應反映特定影響因素對本區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響；間接效應即空間溢出效應，反映該影響因素對周邊地區(qū)VES的影響；總效應反映該影響因素對三江源地區(qū)VES的影響，結果見表6。

由表6可知，從自然因素來看，氣溫和降水因素對三江源地區(qū)VES的直接效應、間接效應和總效應均較小，且均不顯著。這說明在研究期內氣候變化對VES的影響相對較小。植被覆蓋度對VES的直接效應、間接效應和總效應均為正，遠大于氣溫和降水的效應，間接效應估計系數(shù)0.84和總效應估計系數(shù)1.13均在1%的水平上顯著。土壤濕度對VES的直接效應、間接效應和總效應均為正，土壤充當生物圈與大氣圈之間的紐帶，地表環(huán)境的干濕程度可通過土壤濕度變化直接反映，土壤濕度不足會導致干旱，光合作用受阻，使得VES降低。

從人為因素來看，地均GDP直接效應、間接效應和總效應均為正，且直接效應估計系數(shù)0.01在5%的水平上顯著，經濟發(fā)展水平的提高意味著縣域擁有更為充足的資金用于生態(tài)系統(tǒng)保護與修復，從而提高VES。放牧強度的直接效應估計系數(shù)-1.11和總效應估計系數(shù)-0.39在1%的水平上均顯著為負，但間接效應估計系數(shù)0.84顯著為正，過度放牧損耗植被，損害了草原生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與恢復能力，還導致土壤密度增大和構造破損，使得土壤透水性與保水能力皆有所下降。植樹造林面積直接效應估計系數(shù)0.01和總效應估計系數(shù)0.03在5%的水平上均顯著。植樹造林或森林恢復是增加陸地碳匯、減緩氣候變化的有效手段，在國家碳達峰碳中和戰(zhàn)略中起著重要作用。

4討論

4.1評價方法

本研究考慮到不同VES計算的合理性與適宜性，基于改進的單位面積價值當量因子法對三江源地區(qū)生物多樣性價值與氣候調節(jié)價值進行評估。該方法與市場替代技術、市場模擬技術等其他手段相較，評估全面，操作簡捷，廣泛應用于區(qū)域、國家及全球范圍內VES評估[34]。基于InVEST模型對三江源地區(qū)產水價值、土壤保持價值以及碳儲量價值進行評估，需求數(shù)據(jù)少、運行速度快、評估精度高，可使多目標、多情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務評估得到廣泛應用。本研究評估VES所選取的指標僅包含產水價值、土壤保持價值、碳儲量價值、生物多樣性價值和氣候調節(jié)價值5種，不夠全面，可能難以全面衡量三江源地區(qū)的VES。此外，對于VES的評估，采用目前常用的模型或公式，缺少實測數(shù)據(jù)進行驗證；部分數(shù)據(jù)難以獲取或缺失，采用估算的方法進行衡量，會導致結果與現(xiàn)實狀況存在一定誤差，未來應結合實測數(shù)據(jù)對模型進行修正。

4.2演化特征

三江源地區(qū)VES變化可以分為3個階段：2000—2005年增加，2005—2015年減少，2015—2020年增加。研究區(qū)整體VES變化與生態(tài)修復工程和人類活動息息相關，植被覆蓋度和流域內土地利用等生態(tài)要素都對VES有一定的影響[35]。2000年，天然林資源保護工程正式全面啟動，在2000—2005年實施效果顯著，VES有明顯的增加；2005—2015年，過度放牧引發(fā)生態(tài)惡化，水域縮小，經濟增速加快，VES指標呈現(xiàn)下降趨勢；2015—2020年，隨著退耕還林工程建設、三江源自然保護區(qū)建設項目實施及生態(tài)文明政策出臺，草地逐漸恢復，VES不斷提升。綜合來看，20 a間，三江源地區(qū)在生態(tài)保護、生態(tài)文明建設上所做出的努力使VES得到了明顯提升。

4.3基于影響因素分析的VES提升建議

1）三江源地區(qū)應加強對森林、草原、耕地和水域的保護，提升植被覆蓋度，提升區(qū)域總體VES水平。因此，應繼續(xù)實施天然林保護工程，開展森林保育和修復，增加森林蓄積量；切實加強耕地保護，嚴守耕地紅線，完善耕地占補平衡制度，堅持“以補定占”；加強草原和濕地的生態(tài)保護和修復，提升草原綜合植被覆蓋度，嚴格控制占用濕地，構建濕地綜合保護體系。

2）三江源地區(qū)土地利用類型以草地為主，放牧活動是草地生態(tài)系統(tǒng)主要的人類活動之一。合理的放牧活動能夠促進草原生物量增多、生物多樣性增加；不合理的放牧活動影響生態(tài)環(huán)境的自我調節(jié)能力，進而引發(fā)草地生物量、生物多樣性減少等問題，使得草地生態(tài)系統(tǒng)功能退化，生產力下降。因此，需要采取合理放牧、建設人工草地、圍欄封育、補播等措施對生態(tài)進行保護。

5結論

1）2000—2020年三江源地區(qū)土地利用發(fā)生較大變化，耕地、草地、水域和建設用地面積不斷擴大，林地和未利用地面積縮小。研究區(qū)以草地為主，其次是水域和林地，耕地和建設用地面積占比較小。

2）研究期間三江源地區(qū)VES總體增加，其中治多縣增幅最大、河南蒙古族自治縣降幅最大。VES等級呈現(xiàn)“西高東低”的空間分布特征，等級一般的縣域較多，等級好的縣域數(shù)量有所減少。

3）考慮空間因素的情況下，地均GDP和植樹造林均有正向的直接效應，放牧強度有負向的直接效應；植被覆蓋度和放牧強度均有正向的空間溢出效應；植被覆蓋度、地均GDP和植樹造林均有正向的總效應，放牧強度有負向的總效應。

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（責任編輯 楊傲秋）