基于ESDA的吉林省生态效益空间分析

谷国锋，王 坤

（1．东北师范大学 城市与环境科学学院，吉林 长春 130024；

2．青岛理工大学 琴岛学院，山东 青岛 266001）

基于ESDA的吉林省生态效益空间分析

谷国锋1，王 坤2

（1．东北师范大学 城市与环境科学学院，吉林 长春 130024；

2．青岛理工大学 琴岛学院，山东 青岛 266001）

生态系统具有巨大的生态效益，生态效益评估及生态补偿问题，逐渐成为研究的新热点。笔者利用ESDA和GIS技术，揭示了吉林省市县生态效益分布规律，同时结合经济社会综合发展指数进行聚类分析，描述了吉林省生态经济社会系统发展状况，并提出相关的生态补偿建议。研究表明：吉林省市县生态效益价值是可观的；吉林省市县生态效益Moran's I为0．05，Z值为2．9，说明其存在明显的正相关，具有明显的全局空间集聚现象。LISA分析和Moran散点图等局部空间自相关分析，都说明了生态效益表现为正的空间自相关，并且显著性很强；吉林省市县生态经济社会系统集聚分析结果，揭示出生态补偿区划类型，同时为出台相关的生态补偿政策提供了依据。

空间自相关；ESDA；生态效益；Moran's I；显著性

近年来，生态效益研究和生态补偿研究引起了国内外学者的广泛关注。许多学者基于全球、国家和省市等尺度，对生态系统生态效益评价做了大量研究，并以此为依据提出了相关的生态补偿措施［1－4］［5］113－120。探索性空间数据分析（Exploratory Spatial Data Analysis，ESDA）作为一种“数据驱动”的分析方法，是利用统计学原理和图形图表相结合对空间数据的性质进行分析、鉴别，用以引导确定性模型的结构和解法的一种技术。

本文主要采用Moran's I、空间联系的局部指标（Local Indicators of Spatial Association，LISA）和Moran散点图等分析方法。

Global Moran's I反映的是空间邻接或邻近的区域单元属性值的相似程度。其计算公式如下：

如果Moran's指数I（d）大于零，则区域变量在空间分布上呈现正的空间自相关性；小于零，为负相关；等于零，表明不存在空间相关性。

检验统计量为标准化Z值，当Z值为零时，观测值呈独立随机分布；当Z值为正且显著时，表明存在正的空间自相关，也就是说相似的观测值（高值或低值）趋于空间集聚；反之为负。

空间联系的局部指标（LISA）包括局部Moran's指数和局部Geary's指数，用于反映一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相关程度。正的局部Moran指数Ii值表示该区域单元周围相似值（高值或低值）的空间集聚，负的Ii值则表示非相似值的空间集聚。Moran散点图常用来研究局部的空间不稳定性，对空间滞后因子（Wz，z）数据进行了可视化的二维图示。

本文基于吉林省的行政区划，以经数字化合并的40个市县为研究对象，通过SPSS、ArcView软件平台为支撑，采用上述的全局空间自相关和局部空间自相关统计方法，包括LISA分析、Moran指数、局部Moran散点图，聚类分析等有效地认识了吉林省市县生态系统、社会经济系统的空间分布特征，揭示了空间结构的联系，认识了其内在规律性。

一、吉林省市县生态效益价值评价

（一）指标选取

本文生态效益价值评估指标主要包括：吉林省各市县的森林、水、耕地、草地和沼泽的面积；经济社会系统发展水平指标主要包括：吉林省市县农业技术人员、图书总藏量、医院卫生院床位数、人均生产总值、人均财政收入和人均住房面积等。

（二）数据来源

数据资料来自《吉林省统计年鉴2008》、《吉林省情》、《中国沼泽志》等，空间分析尺度为吉林省所辖的经数字化合并后的40个市县。

（三）吉林省市县生态系统效益总价值

本文采用谢高地等学者的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表，并结合国内外学者提出的生态系统服务功能价值计量模型［5］113－120［6］等，对吉林省市县生态系统服务功能进行评估计价。经计算，吉林省市县生态系统总价值如表1所示。

表1 吉林省市县生态系统效益总价值 （单位：万元）

二、吉林省市县生态效益价值的ESDA分析

（一）全局空间自相关分析

利用Arcmap软件的Morans I功能模块，分别对经合并处理的吉林省40个市县生态系统总生态效益进行全局空间自相关分析。如图1所示：

图1 吉林省生态系统总效益

图1结果显示，生态系统总的生态效益Moran's I为0．05，Z值为2．9。说明吉林省生态效益存在明显的正相关，具有明显的全局空间集聚现象，即具有较高的生态效益的地区和同是较高的生态效益的地区相邻，或是具有较低的生态效益的地区和同是较低的生态效益的地区相邻。

（二）局部空间自相关分析

1．LISA分析

利用ArcMap软件的Anselin Local Morans I功能模块，对吉林省市县生态系统总的生态效益进行LISA分析。如表2所示：

表2 吉林省市县生态系统生态效益局部Moran指数

利用表2的数据信息，对LmiInvDst的值做显著性水平图，得到如图2的集聚显示图。

图2 吉林省生态效益局部空间自相关分析

通过图2的LISA分析的数值以及显著图分析，说明通化县、柳河县、梅河口市、辉南县、延吉市、东丰县、磐石市、东辽县、伊通县、九台市、永吉县、图们市、龙井市、德惠市、集安市、桦甸市、榆树市、汪清县、靖宇县、蛟河市、舒兰市、梨树县、公主岭市、农安县、通榆县生态效益价值的LISA值为正值，即说明生态效益相似值（高值或低值）存在空间集聚现象；其余各市县LISA值为负值，即说明生态效益不相似值（高值和低值或低值和高值）存在空间集聚现象。

2．Moran散点图

LISA分析及其水平显著图，显示了LISA显著性地区，不同颜色标识使分析结果一目了然。局部空间自相关分析，能反映观测值的高值或低值是否存在局部空间集聚，刻画区域空间单元对全局空间自相关的贡献。本文采用Anselin设计的Geoda软件，利用Queen（公共边或公共点的空间单元均视为邻居）邻接矩阵作为空间权重矩阵进行分析。

图3反映了各市县所在的象限和与趋势线的距离。如果散点分布距趋势线的点较远，则相关关系微弱；反之如果较近，且分布较集中，则趋同趋势显著。对于总的生态系统生态效益而言，大安市、镇赉县、长白县、抚松县、安图县、敦化市、通榆县等市县处于HH型；洮南市、乾安县、临江县、前郭县、双辽市、和龙市、靖宇县、长岭县等市县处于LH型；其余市县处于LL型。

通过上述结果分析可知，各生态系统效益价值处于HH型和LL型的市县，具有显著的趋同性。因此，在生态区划和出台相关生态补偿政策时，可采取相同的措施。

图3 吉林省生态系统总效益散点图及其对应市县分布情况

3．吉林省市县生态经济社会系统集聚分析

通过对经济社会系统发展水平指标主成分分析后，计算得出吉林省市县经济社会综合发展指数，如表3所示。

表3 吉林省市县经济社会综合发展指数表

图4 吉林省生态系统生态效益

图5 吉林省经济社会系统发展水平

基于GIS对吉林省市县生态系统经济效益和社会经济系统做聚类分析，如图4、图5所示，生态系统经济效益从高到低依次以Ⅰ—Ⅴ分为五类；社会经济指标从高到低依次以1—5分为五类。

由此可知：抚松县、长白县为Ⅰ2；大安市、安图县为Ⅰ3；镇赉县为Ⅰ4；长岭县为Ⅰ5；敦化市为Ⅱ2；通榆县为Ⅱ3；乾安县、前郭县为Ⅲ2；蛟河市为Ⅲ4；舒兰市为Ⅲ5；珲春市为Ⅳ2；桦甸市、靖宇县、汪清县、桦甸市、靖宇县、汪清县、和龙市、和龙市为Ⅳ3；柳河县为Ⅳ4；延吉市为Ⅴ1；图们市为Ⅴ2；九台市、磐石市、辉南县、通化县、临江县、集安市为Ⅴ3；洮南市、农安县、公主岭市、双辽市、德惠市、梨树县、永吉县、东丰县、梅河口市、龙井市为Ⅴ4；扶余县、榆树市、伊通县、东辽县为Ⅴ5。

三、基本结论

1．吉林省市县生态效益价值是可观的；吉林省市县生态效益Moran's I为0．05，Z值为2．9。说明吉林省生态效益存在明显的正相关，具有明显的全局空间集聚现象。LISA分析与Moran散点图等局部空间自相关分析，表明吉林省市县生态效益表现为正的空间自相关，并且显著性很强。

2．吉林省市县生态经济社会系统集聚分析结果表明：

长岭县属于生态效益价值最大类，经济社会条件最差，应为重点被补偿区域，即要加大其他区域所提供的补偿资金在本区域的投入力度；

镇赉县、大安市、安图县属于生态效益价值最大类，社会经济条件较差，应为次重点补偿区域；

通榆县、舒兰市、蛟河市生态效益价值较大，但经济社会条件较差，应为主要的补偿区域；

长白县、抚松县属于生态效益价值最大类，社会经济条件较好，属于可通过当地地方自我调节补偿资金的区域；

洮南市、扶余县、农安县、公主岭市、双辽市、榆树市、德惠市、九台市、伊通县、梨树县、永吉县、磐石市、东辽县、东丰县、梅河口市、辉南县、柳河县、通化县、龙井市、临江县、集安市等生态效益价值与社会经济条件较差，这类区域在加强自身生态建设的同时，必须不断提高经济社会发展水平；

延吉市、图们市生态效益价值最差，但社会经济条件相对较好，这类区域应该在加强自身生态建设的同时，要向其他区域提供一定的资金投入，以支持其他区域的生态建设与发展；

珲春市、桦甸市、靖宇县、汪清县、和龙市为生态效益价值较差但社会经济条件尚可，这类区域应该加强自身生态建设，在增加地方自我调节补偿资金的同时还要兼顾其他区域在本区域的投入资金；

乾安县、前郭县、敦化市为生态效益较好或尚可，经济社会条件处于较好的地区，此类区域要在自我调节补偿资金流动的同时，保持生态建设。

［1］潘竟虎，张佳龙，张勇．甘肃省区域经济空间差异的ESDA－GIS分析［J］．西北师范大学学报：自然科学版，2006，42（6）：83－91．

［2］鲁凤．区域经济差异的空间统计分析［D］．上海：华东师范大学，2004：34－36．

［3］蒲英霞，葛莹，马荣华等．基于ESDA的区域经济空间差异分析［J］．地理研究，2005，24（6）：965－974．

［4］中国21世纪议程管理中心可持续发展战略研究组．生态补偿：国际经验与中国实践［M］．北京：社会科学文献出版社，2007：36－38．

［5］Ouyang zh－Y，Wang R－S，etal．Ecological Niche Suitablity Model and Its Application in Land Suitability Assessment［J］．Acta Ecol Sin，1996，16（2）：113－120．

［6］Xue D－Y．Economic Valuation of Biodiversity A Case Study on Changbaishan Mountain Biosphere Reserve in Notheast China［M］．Beijing：China Environmental Science Press，1997．

The Spatial Analysis of Ecological Benefits in Jilin Province Based on ESDA

GU Guo－feng1，WANG Kun2
（1．College of Urban Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；
2．Qindao College，Qingdao Technological University，Qingdao 266001，China）

Ecosystems have great eco－efficiency，the research of the assessment of eco－efficiency and the question of ecological compensation have gradually become the new hot spot．In this paper，we used the technology of ESDA and GIS，revealed distribution rules of the eco－efficiency of ecosystems in Jilin Province，combined with cluster analysis of economic and social developments，described the situation of ecological，economic and social system of the cities and counties in Jilin Province，and put forward proposals about how to compensate．Conclusions are drawn as follows：Firstly，the total value of the ecological benefits are enormous for cities and counties in Jilin Province．Secondly，the value of Moran's I index of ecological benefits is 0．05，Z value is 2．9in Jilin Province．It showed that are an obvious positive correlation，a clear spatial overall concentration phenomenon in Jilin Province．Local spatial autocorrelation analysis，whether LISA analysis or Moran scatter，suggested that ecological benefits performed highly significant and spatial autocorrelation for 40cities and counties in Jilin Province．Thirdly，the results revealed the ecological compensation division，as well as the basis of eco－compensation related policies from the concentration analysis for ecological，economic and social systems in Jilin Province．

Spatial Autocorrelation；ESDA；Eco－efficiency；Moran's I；Significance

F062．1

A

1001－6201（2011）06－0040－06

2011－05－24

教育部人文社会科学研究规划基金项目（11YJA790034）；吉林省科技发展计划（20110639）。

谷国锋（1966－），男，吉林农安人，东北师范大学城市与环境科学学院副教授，博士；王坤（1982－），女，山东诸城人，青岛理工大学琴岛学院，硕士。

［责任编辑：秦卫波］