Page 38 - 《华中农业大学学报）》2024年第6期
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               本研究基于 IPAT 理论 I=PAT，从人口、经济、技术                    西、甘肃和青海等省（自治区），由于黄土土质疏松、
               3个方面选取了 6个影响因素作为因变量。人口方面                         植被易受破坏，生态环境本底脆弱，加之降雨集中，
               选取人口密度（D POP ）以反映人类活动密集程度，城                      黄土高原 2017年的土壤侵蚀总量达 3.34亿 t，其中耕
               镇化率（R URB ）以反映城镇化水平；经济方面选取人                      地和裸地造成的土壤侵蚀分别占土壤侵蚀总量的
               均地区生产总值（P GRP ）以反映当前经济发展水平，地                     44.69% 和 27.56%。黄淮海平原是中国的第一粮仓，
               区生产总值的增长率（G GRP ）以反映经济发展水平的                      该地区农业活动密集且耕层较浅，造成的土壤侵蚀
               动 态 变 化 ；技 术 方 面 选 取 人 均 农 业 机 械 总 动 力           量为3.13亿 t，其中耕地土壤侵蚀占88.23%（图1）。
              （P AGM ）反映人均农机水平和农业集约化强度，复种                           使用 Moran’s I 指数计算中国各地级市的土壤
               指数（T MUI ）反映耕地的密集化程度。式（6）中，因变                    侵蚀速率的空间自相关性，其全局 Moran’s I 指数为
               量 y i 在本研究中为中国各地级市平均土壤侵蚀速                        0.53，标准化检验 Z（I）值为 28.78（P=0.00 ），表明
                                                                                                     ***
               率。MGWR 模型的核函数和带宽选择准则延续                           各地级市土壤侵蚀速率集聚状态明显。为进一步确
               GWR 模型，本研究分别采用常用的二次核函数和赤                         定空间集聚地区，本研究进一步根据各地级市土壤
               池 信 息 准 则（akaike  information  criterion，AICc），
                                                                侵蚀速率计算局部 Moran’s I 指数，并绘制了其 LI⁃
               AICc取值越低代表模型的模拟效果越好。与广义加
                                                                SA 聚集分布图（图 1B）。结果表明，中国土壤侵蚀速
               性 模 型 类 似  ［29］ ，MGWR 模 型 采 用 后 退 拟 合 算 法
                                                                率的“高-高”集聚主要分布在西藏和东北地区；而
                                   ［19］
              （back-fitting algorithm） 对各个平滑项进行拟合。
                                                               “低-低”集聚主要分布在东南部沿海地区。中国各地
               首先以 GWR 模型对各系数的估计作为初始设置，得
                                                                级市土壤侵蚀速率的空间特征表明其呈现显著的空
               到初始设置下的预测值与真实值之间的残差。然后
                                                                间正相关性，因此使用传统的全局模型探索土壤侵
               根据 GWR 模型将该残差加上当前的 β b w ，k ( μ i ，v i ) x k
                                                                蚀速率的社会经济驱动因素时会忽略数据本身的空
               与第 1 个自变量 x 0 进行回归，寻找 x 0 的最优带宽，之
                                                                间自相关性，而多尺度地理加权回归模型不仅基于
               后依次更新参数直至获得所有自变量的最优带宽，
                                                                局部回归的思想，并且考虑了各因素之间驱动过程
               最终完成多尺度的地理加权回归。
                                                                的尺度效应差异，可以较好地处理各地级市与驱动
               2 结果与分析                                          因素间的空间非平稳关系。
                                                                2.2 多尺度地理加权回归结果分析
               2.1 中国土壤侵蚀模数空间分布特征
                                                                    为探究不同社会经济因素影响下中国各地级市
                   中国在 2017 年土壤侵蚀估算总量达 29.22 亿 t，
                                                                土壤侵蚀速率在空间分布上存在的差异，本研究选
               其平均土壤侵蚀速率约为 4.64 t/hm 。全国土壤侵
                                                2
                                                                用多尺度地理加权回归模型分析其驱动因素的空间
               蚀格局呈现高度的空间异质性，侵蚀量的热点地区
                                                                差异，共选取了 6个社会经济变量探究不同社会经济
               主要集中在中国“黑河-腾冲线”附近及其以西。西部
                                                                因素影响下中国各地级市土壤侵蚀速率的空间差
               地区面积广袤导致其尽管侵蚀速率较低但土壤侵蚀
                                                                异。为了避免不同变量之间相互影响造成潜在的结
               量较高，其中新疆和西藏 2个自治区土壤侵蚀总量分
                                                                果偏差，本研究首先使用方差膨胀因子（VIF）对选取
               别为 1.57 亿 t 和 3.45 亿 t，裸地上土壤侵蚀量的比例
               分别高达 90.68% 和 91.53%，这一比例在青海也达                   的社会经济指标进行共线性检验（表 2），VIF 值大于
               到 74.19%。其次是东北地区，东北是世界三大黑土                       7.5的情况下通常表明解释变量存在冗余。表 2 中各
               区之一，主要分布在黑龙江、辽宁、吉林和内蒙古等                          变量的 VIF 值均远小于 7.5，表明本研究中模型不存
               省份，黑土拥有深厚的腐殖质层且富含有机质，是中                          在共线性问题。
               国主要的商品粮生产基地。不合理的耕作方式以及                               相较于全局回归模型，基于局部平滑思想的
               持续的开垦导致东北黑土区耕地土壤侵蚀严重，达                           GWR 模型和 MGWR 模型均更加适用于解释本研究
               5.25亿 t，占该地区土壤侵蚀总量的 72.91%。位于西                   选取的 6 个社会经济变量对各地级市土壤侵蚀速率
               南部的云南、贵州和四川等地区地势陡峭且经常遭                           驱动作用的空间异质性问题。然而通过对比拟合结
                                                                                               2
               受降雨冲刷，土壤侵蚀程度剧烈，土壤侵蚀量达 4.83                       果，发现 MGWR 模型的拟合优度 R 达到 0.87，略高
               亿 t，其中造成耕地 3.16 亿 t 土壤侵蚀，占该地区土壤                  于 GWR模型的 0.86。尽管 2个模型从拟合优度来看
               侵蚀总量的 65.44%。黄土高原横跨山西、宁夏、陕                       差距较小，但 MGWR 模型的 AICc 值和残差平方和
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