基于地理探測的生態系統服務影響關系分析

萬巨影

（遼寧師范大學，遼寧 大連 116029）

生態系統服務影響因素分析旨在針對某一特定領域對生態系統服務影響機制進行深入探討，研究生態系統服務與社會經濟的紐帶關系。在國外學者研究內容中，通常將生態環境作為一個封閉系統，對于生態系統服務功能較為完善的森林，考慮因素一般為森林生態系統服務價值供給量與災害性因子等；針對于耕地類型研究中，側重點通常在于如何給予更好的決策內容為耕地生態系統創造更多價值。國內研究的大部分研究側重點將生態系統與人視為一個整體，在進行生態環境要素測算與梳理時，往往會加入人為擾動因素及社會因素等。利用一個或多個時間段對某一區域進行時空演變規律的結果進行因素分析，常用于分析各要素與生態系統服務的方法包括多因素對比分析、問卷模型結合模式、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計方法，被廣泛應用于各類影響因素研究中。生態系統服務影響機制的研究模式逐漸完善，無論是單因素或多因素，確定符合實況的研究指標，對于不同領域或區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系統服務價值，運用動態當量法與地理探測器相結合，探究影響樂山市生態系統服務價值變化的主導因素。研究影響因素分布情況離不開空間分布狀況，地理加權回歸可反映自變量隨距離變化對因變量作用程度強弱。可實現生態系統服務價值空間分布的可視化，已有結果顯示，將傳統回歸模型與地理加權回歸模型結合得出研究結果更可靠。耿甜偉等人針對陜西省生態系統服務價值時空演變規律，結合傳統回歸模型與地理加權回歸，并對兩種方法得出結果進行討論，得出地理加權回歸模型處理數據更穩定，擬合程度更優。

1 研究方法

1.1 文獻整理法

結合文獻閱讀網站對生態系統服務影響機制相關文獻進行整理與歸納。結合國內外研究現狀，對生態系統服務進行系統了解，為文章結構提供借鑒作用。結合中英文論文對生態系統服務的研究結果梳理出與該文研究內容的相關的信息，為文章的構思與撰寫奠定基礎。

1.2 空間計量模型應用

了解生態系統服務價值空間聚集與分布情況，以自然、社會經濟等因素為因變量，運用地理探測器對影響生態系統服務價值變化因素進行細致探討，得出不同驅動因素對生態系統服務價值變化的解釋程度。

2 地理探測器

地理探測器作為一種空間統計工具，目前廣泛應用于生態系統與地理環境要素相關研究。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部的方差與總方差之間關系，從而得出各要素對因變量的空間驅動力程度，公式見下式。

式中q統計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代表全區生態系統服務價值單元，σb2和σ2分別為層b和全區生態系統服務價值的方差。

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對生態系統服務價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，能否增加亦減弱對生態系統服務的解釋作用。交互探測器主要識別生態系統服務價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系統服務價值產生影響，通過增加或減弱交互程度來影響因子對生態系統服務價值的解釋力。交互探測結果顯示，雙因子交互作用對生態系統服務價值的影響大于單因子對其影響程度，故影響遼西北地區生態系統服務價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/農村居民收入分別與第一產業增加值、人工育林面積交互類型為非線性增強型，第一產業產值與人工育林面積之間交互作用為非線性增強型，其余各項因子交互作用均為雙因子增強型，表明造成遼西北地區影響生態系統服務價值空間分異是由雙因子或多因子共同作用的結果。其中，人為擾動程度與其他各項因子交互作用對生態系統服務價值影響程度最強，解釋力均達到55%以上，q值最高達到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系統服務價值解釋程度較高，q值最高達到0.9以上。水網密度、植被覆蓋、土地墾殖率與其他各項因子交互作用也表現出較強影響力，q值最高達到0.8以上。多組交互數據結果顯示，研究區內雙因子交互作用對生態系統服務價值變化影響程度更顯著。

表1 遼西北地區ESV空間分異驅動因素結果

（4）風險探測器：一般用來判別不同區域的屬性均值是否有明顯差別，用t統計量檢驗。因子探測顯示不同影響因素對生態系統服務價值空間影響解釋力各不相同，遼西北地區生態系統服務價值空間分異驅動因素排序為人為擾動程度（0.551）>土地墾殖率（0.184）>年均降雨量（0.154）>第一產業增加值（0.109）>城鎮/農村居民收入（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）>水網密度（0.048）>城鎮化程度（0.033）>坡度（0.0001）>人口數量（0.001）。遼西北地區生態系統服務價值變化受多個因素影響，是多重因素共同作用的結果。聚集性因子q值最高可達到55.1%，人為擾動程度對生態系統服務價值影響最顯著；土地墾殖率、年均降雨量對生態系統服務價值解釋程度均達到15%以上，對生態系統服務價值變化具有顯著影響；第一產業產值、城鎮/農村居民收入、人工育林面積對生態系統服務價值影響程度均在10%左右；高程、平均氣溫、GDP、植被覆蓋程度對生態系統服務價值影響程度均在5%左右，對生態系統服務價值解釋程度較弱；水網密度、城鎮化率、坡度、人口數量對生態系統服務價值解釋程度均小于5%，說明這些因子在一定程度上影響著生態系統服務價值，但作用程度較弱。

3 生態探測器

生態探測器由Y（顯著差異）和X（不存在顯著差異）表示兩兩變量之間關系。探測結果顯示，遼西北地區生態系統服務價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ESV影響因子的生態探測結果

研究區耕地面積占地較高，意味著人類擾動次數與程度均高于其他區域，人類活動對生態系統干擾影響大幅提升，因此，對于遼西北地區土地利用進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濟要素較自然要素對生態系統服務影響較高，因此相關部門應加大對人類活動范圍及程度進行適當管理，合理管控人為開墾與開發土地，加大宏觀管控力度，保障生態系統可持續發展。