洞察力,一个特殊的功能的一部分探索反馈耦合的人类和自然系统(陈氏)

森林生态之间的反馈的混合方法分析城市化和持久性

• 文摘
• 介绍
• 背景
  • 结合城市生态和土地利用转换的研究
  • 分析决策影响森林的持久性
• 研究区域
  • 在夏洛特地区社会和策略设置
• 方法
  • 地主的调查
  • 生态字段数据
  • 景观环境和空间变量的发展
  • 决策树分析和愿意出售建模
• 结果
  • 区域分析
  • 分析参与者的网络
  • 主成分和聚类分析的林地所有者的态度
  • 愿意卖模型
• 讨论和结论
  • 政策的应用程序和工具
  • 发展途径
  • 城市森林所有者的不同的角色
• 对这篇文章
• 确认
• 文献引用

介绍

随着城市扩张加速世界各地,人均土地面积已扩大开发(联合国2007)。预计到2030年,发展中国家城市三在程度上,与整体密度减少,尽管人口增加一倍(联合国2005)。在美国,最近的研究已经证明,数组转换的森林和农田建造低密度环境的可持续性和韧性破坏当地生态系统和他们提供的资源(Maestas等。2003年,布朗et al . 2005年,汉森等。2005年,Radeloff et al . 2005年,伯克et al . 2006年),以及使城市更加生态均匀(皮科特et al . 2011年)。此外,森林和农田的弱网络,持续沿着urban-exurban梯度,与受损生态系统功能越来越分散,而田园同行。虽然许多美国大都会地区正在积极规划未来的增长模式,这些影响似乎加速很少拥抱替代期货城市增长的迹象(尤因et al . 2002年)。

尽管如此,遗迹森林补丁,景观模式,继续重视作为至关重要的存储库的文化实践,自然遗产和生物多样性的避难所,和清洁空气的重要提供者,水,和开放空间(麦克唐奈1990年皮科特,Bolund和Hunhammar 1999)。对于许多城市和郊区居民,城市森林的存在和未开发的空间提供了一个基本的生活质量组件(Bolund Hunhammar 1999, 2004年Chiesura Tyrvainen et al . 2007年)。

尽管这些重要功能,令人惊讶的是对森林的生态影响因素持久性城市化地区。超过一半的林地在快速城市化美国东南部nonindustrial私人森林(NIPF)由个人和家庭的态度和动机向自然服务他们的土地生产不是很清楚(巴特勒和Leatherberry 2004)。Nonindustrial私人森林所有者的态度,特别是那些影响的决定持有或将森林的边境城市扩张,带来深远的影响在夏洛特(NC)地区。更好的理解是强大的人口结构、技术和经济力量推动绿色用地转换的发展(尤因et al . 2002年)。这些转换增长,给城市结构(Anas et al . 1998年,格莱泽和Kohlhase 2004)的主题是和众多的研究领域,包括城市经济学、城市地理学和区域科学。

鉴于城市化继续扩张,研究人员现在正在呼吁当代城市化研究多学科方法能够弥合与生态通知快速变化的城市生态系统的规划和管理(DeFries et al . 2012年)。我们现在几个发现国家科学基金会的城市长期研究领域(ULTRA-Ex)探索性项目旨在研究森林的持久性北卡罗来纳夏洛特大都会地区(美国),众多的一个例子,在美国快速城市化地区。

我们使用混合方法研究森林属性之间的反馈方法,景观配置、文化动态,如林地所有者环境态度和感觉的地方,和森林政策激励机制,以便更好地理解地主景观结构出现的决策过程。通过专注于近端位置森林转换的问题,我们希望了解是否观察到持久性的城市森林文化怪癖或建议而不是土地覆盖的动态平衡。我们测试的假设私人地主的偏爱出售森林地区主要是由人类和生态条件的内在价值不是由经济因素。

非市场价值是出了名的困难表示在自然资源和环境经济学。研究设计的独特之处在于,我们解决都市森林持久性人口在城乡和梯度使用一个独特的个性化的调查设计,丰富更符合实际的调查结果。提供必要的数据,我们开发和管理一个小说的调查林地地主沿着城市梯度(一群缺乏研究的人口),收集站点和通用数据所有者的决策流程和熟悉他们的土地,入侵植物的意识与森林有关的收入,市场价值和偏好出售。家庭经济效用评价和土地市场已经超出了本研究的范围。这些调查数据是空间与并发快速生物评估的结果,其中包括“木材巡航”,估计现场建筑用材的市场价值。最后,位置景观上下文变量生成并发和历史多光谱和航空遥感数据。我们统计利用这些丰富的数据揭示复杂和通常的土地之间的非线性关系,景观,价值观,和林地所有者愿意出售。

背景

结合城市生态和土地利用转换的研究

组成的一个巨大的文学作品在多个领域已经建立了有用的框架来理解和研究土地利用变化决定和随之而来的城市增长(Agarwal et al . 2002年,Schaldach 2008年祭祀,欧文et al . 2009年,BenDor et al . 2011年)。我们延长这一过程的框架的融合经济、生态、和城市规划的角度,现存的人居模式是一系列的产品个别土地流转决策,结合大规模生产和长期影响社会和环境影响。

补丁的自然土地覆盖是提供一系列的生态系统服务,支持人类福祉。东南部风景,变化的基本单位和所有权归因于人类的机构是包裹,和包裹的交叉所有权模式和自然补丁林地资产,产生供应、管理和支持服务。因此决定转换或保留这些资产的基本过程生成景观模式和改变生态系统功能。决定本身是依赖因素的层次结构,和方法评估实体决策被广泛研究,包括位置选择理论(Isard 1956),博弈论(Fudenberg和•1983),和分析公共共享(奥斯特罗姆1990)。

新自由主义经济理论允许市场合适的地租的价值;虽然非市场估值已经研究了几十年(霍特林1947年,马西斯et al . 2003年),直到最近,非市场或土地价值缺失的市场受到考试的生态系统。最重要的是价值相等的方法,否则捕获许多丢失的水过滤和碳封存等市场。开发领域的生态经济学(Costanza et al . 1997年,每日1997人,是2005年),支付意愿(WTP)估值促进生态系统服务和自然资本投入的使用在经济、utilitarian-based决策框架,如成本效益分析(CBA)。然而value-equivalency方法有显著的缺点。最重要的是很难在货币化的文化价值观可能影响土地所有者的行为。

在以市场为导向的和不均匀增长的地区,个别城市背后的森林残留物的持久性边境可能的表现(1)市场时机,(2)地主抵抗,或(3)替代的估值“最高和最佳利用”(HBU;Dotzour et al . 1990年)明确认为大自然的好处除了经济效用,从而创建电阻转换。在区域范围内,这种转化为城市森林系统的应变能力。如果第三例是正确的,普遍的效用函数,它把个人和生态的内在价值,是一个重要修正案理性经济决定论认为推动城市土地消费模式和可能表明有影响力的人与环境之间的反馈不被HBU通常理解。

尽管大量的工作,研究尚未产生全面的理解层次和级联因素描述之间的动态交互和反馈制度,生态系统和人类影响土地开发机构。在缺乏全面回顾和预测机制的分析这些因素,决策者和由此产生的土地使用政策往往离开不科学,缺乏选择。

现在的证据表明,土地使用政策中创建这个真空不足管理可持续增长和缺乏有效的激励系统所必需的影响变化(伯克等。2006年,BenDor和柯南道尔2009)。当我们考虑这些政策工具/模型通知,同样重要的是观察,随着现代土地利用变化模型技术上已经变得更加复杂,一些合并的行为丰富微程序级的核心社会和经济决策过程。这已经成为一个重要的限制因子的改进模型的理论和实证能力(韦斯特维尔特介绍et al . 2011年)。

为了更好地理解复杂的生态系统,综合分析是极度需要桥梁常见的微观和宏观方法之间脱节在人类环境相互作用的研究(2000年Naveh,温和et al . 2002年,2003年NSF,沃伦2005)。尽管“macrostructural”方法常常批评忽视人的主体性和机构,Scoones(1999:493)认为,微观方面研究,主导生态研究,未能充分说明“制度和政治过程调解机构跨多个尺度和结构之间的关系的过程中,环境和社会改变。”

此外,社会、经济和政治过程不是通常与生态系统动力学耦合紧密。生态环境是异构的,迭代由非线性动态系统,不确定的生物物理力量与社会经济过程动态交互。Scoones(1999:490)敦促创新方法的发展,“把环境过程的动态结构分析与理解人类机构环境变换,作为一个结构化的方法。”

观看这些方法在面对呼吁multiscalar,跨学科的视角对生态问题(皮科特et al . 1997年,拉链et al . 2000),表明需要一个结构化的综合理论从社会学(吉登斯1986年)和层次理论生态学(1973年帕蒂,艾伦和霍克斯特拉1993)。这个合成概念上桥梁生态和制度流程,同时也考虑到当地的生态因子之间的联系和微程序级的社会学分析个人决策有关土地利用(沃伦2005)。镜像,新兴的“可持续性科学,”于一体的生态系统和机构的过程,在多个尺度,评价也越来越需要概念框架和分析方法,促进共享生物社会的词汇表和措施(格罗夫和伯奇1997)。

分析决策影响森林的持久性

构建一个多层次框架理解社会和生态因子之间的反馈影响持久性和森林质量,我们介绍两个相互竞争的假设:

(1)森林地主愿意出售主要是基于住房租金和土地优惠和/或木材收入达到或超出土地的开发价值。土地所有者不愿意出售当收入达到或超过认为开发土地的价值。

(2)林地的生态资产,如森林质量、生物多样性、或流行的魅力树种影响业主愿意出售。相反,有害入侵葡萄树和灌木的存在妨碍了森林的持久性。

有层次的相互关联的因素,影响生态和人类内在的,外在的,开发森林风景沿着urban-exurban梯度值。我们的第一个假设是基于基本的微观经济学理论,它认为理性的个人效用最大化决策(萨尔瓦多2008)。然而,我们通常观察森林持久性尽管发展价值超过森林产品收入,即。外在价值。在这种情况下,经典微观经济学理论认为,一个地主的土地效用另外包含非货币、生态、和nonecological价值估算土地本身,即。内在价值,它是由多级结构的组合值(Wang和Wolverton 2002)。这种内在价值的土地是基于(1)土地的生态特征,如森林和土壤质量、植物物种的多样性,和入侵物种的患病率(法伯et al . 2002年,Polasky et al . 2005年),以及(2)在人类的维度,如个人经历与土地、家庭传统和特殊的象征意义(Pred 1984, Stedman 2003年,威廉姆斯和Vaske 2003)。

重要的是要注意,固有土地估价通常是主观的和广泛的影响周围社区的文化,例如,土地伦理;政策,例如,应用美国濒危物种法案,国家保护法律、当地限制发展;和/或自然和建筑环境地理位置,例如,视域范围,靠近道路。协议配置,即城市形式,也可能通过其影响森林质量的影响(1)补丁的大小和程度的碎片,(2)连续性的阶段,(3)通量disturbance-tolerant入侵物种在一个景观。

森林的外在价值通常表示以各种方式,包括森林产品市场和更广泛的经济过程在国家和国际范围内,这是受到自然和建筑的地理环境的影响,例如,地理的可访问性,和公共政策,如税收抵免等目前使用的估值(PUV),即符合条件的土地征税工作在当前农业的价值观,没有市场价值。另一方面,房地产的价值很大程度上取决于其设施,包括那些自然、交通走廊、就业、以及其他形式的发展。这些因素,调制通过更高层次的市场力量,发展压力的形式不断上涨的土地值未开发的土地上,特别是在遗迹森林在城市化的前沿。

研究区域

本研究针对大都会地区周围的夏洛特,北卡罗莱纳(图1)。six-county研究区域位于山麓脚下的蓝岭山脉地形学的省,占地796489公顷。最著名的田园自然和农业景观,夏洛特也快速增长的“Char-lanta”大都市的一部分,美国的第三大大型地域在北卡罗来纳州的罗利,庞大到亚特兰大,乔治亚州(佛罗里达et al . 2008年)。我们集中我们的工作在城市,农村梯度,从中心城市的辐射,包括夏洛特和梅克伦堡县东部,市区部分地区的五个县东部的大都会地区(Cabarrus Iredell,罗文,Stanley)和联盟县)。

自1980年代中期以来,移民归因于气候,强劲的就业市场,区域设施区域的人口翻了一番。这些增长和发展的趋势预计将持续到经济复苏;的14-county Charlotte-Mecklenburg大都市统计区预计将增长50%,到2030年增加了120万人(北卡州立人口Office 2011)。

在夏洛特的快速成长阶段,在过去的几十年里,在不相交的发展已经蔓延到整个地区,低密度模式密集的现代网络驱动的高速公路和一些自然壁垒建设。最近在该地区的人类足迹的研究揭示了令人震惊的结果,人均土地消费已经从1976 - 2006年和显著增加将导致额外的损失~ 280000公顷的森林和农业用地2030年在最近的趋势(图2;Meentemeyer et al . 2013年)。

这一时期也看到商业和房地产市场在应对人口增长、扩张规划条例的相对缺乏,和一些物理约束,导致城市化地区增加了近60% (Meentemeyer et al . 2013年)。像其他城市大型地域,夏洛特已经失去了,并且继续输,巨大的树树冠绿地的发展,然而美国森林(2010)的一项研究发现,46%的夏洛特仍然森林与城市树冠,这一比例与亚特兰大为27%(2002年美国森林),纳什维尔(格雷厄姆和Hanou 2010) 29%,和格林斯博罗的38% (Cusimano et al . 2009年)。骄傲在夏洛特的识别为“树”的城市铅市议会在2011年采取树树冠的目标到2050年的50%(夏洛特市议会2011)。

在夏洛特地区社会和策略设置

发展在夏洛特的产物是一个复杂的生态系统。虽然似乎越来越感兴趣开放空间保存和绿色发展,北卡罗莱纳的文化气候仍然强烈专用私有产权意识形态。因此,县、市定期雇佣几个规划工具,包括临时建筑延期偿还,足够的公共设施条例,和分区(奥特和阅读2006),最后被经常调整土地所有者的意愿在面对高发展的压力。此外,最近的研究表明,在夏洛特地区土地使用政策是不足以管理可持续的增长(2010年维持夏洛特,城市土地研究所2010年,2011年)。

然而,在许多美国城市地区,尽管缺乏相关政策和规划机制,还有持续的夏洛特对开放空间的需求。最近的证据表明,公众情绪与非托管增长比以往任何时候都更强(CCOG 2011一个,b);例如,尽管经济下滑,2008年11月投票的选民有针对性的专门为发行6000万美元债券收购开放空间的进一步发展在该地区(博拉克2008)。此外,在此期间,Cabarrus县(见图1)委员实际上建立了一个由不同意延长城市增长边界东部农村公共事业的一部分。

最近的经济研究表明需要理解层次的复杂性影响持久性和夏洛特的自然景观质量。例如,现在计量经济分析表明,夏洛特地区开放空间的存在,尤其是绿色廊道,增加相邻不动产的价值大大(坎贝尔和梦露2007)。Charlotte-Mecklenburg县据估计,税收收入将超过每年600000美元后,提议建立一个卡托巴河附近跟踪系统。然而,尽管公共开放空间作为一个正常的好,即。,positive income elasticity of demand, municipalities in North Carolina experiencing the most rapid growth tend to have the least open space per capita (Wang et al. 2012).

城市森林的地理山麓演示了一个新兴的和动态的城市生态发展的复杂与边境外的大森林。林地所有者有面临当地人口增长加速,增加土地需求和市场,和其他因素影响他们的使用和享受他们的土地,同时增加他们的机会出售(2013年;痒,北卡罗来纳大学夏洛特城市学院2013)。然而,他们对土地和位置感是共享的态度和文化习俗,这是深深扎根于当地社区的集体历史。这些社会结构已经被哈佛(1981)认为南方文化的核心,即。,the ‘Old South’, although recent immigration from other U.S. regions and from overseas has brought conflicting views on these issues, while recentering the debate on environmental conservation in some local communities.

决定将林地转化为发展新格局的重要行为模式出现,和私人土地所有者必须不断权衡不断变化的市场,政策,和当地的地域文化和生态系统提供的服务和设施的土地。我们的目标是研究人为夏洛特快速城市化地区土地转换揭示动态反馈特征和影响森林私人控股的持久性。

方法

人类和生态的内在影响因素决定周围森林的持久性是出了名的难以量化的自然资源和环境经济学。我们探讨了维数导致决策,保护或开发森林夏洛特地区使用收集的数据在三个互补的方法。研究设计是独一无二的,我们解决都市森林持久性人口在城乡和梯度使用一个独特的个性化的调查设计,丰富的更符合实际的调查结果。

首先,我们收集的数据对个人内在和外在森林价值观通过显示偏好调查给地主,记录样本的决策过程的私有林地资产位于整个urban-exurban夏洛特大都会地区的梯度。第二,我们测量了生态资产和可销售木材的林地资产中指定的值显示偏好使用田间小区和包裹调查调查。第三,我们量化每个林地的景观背景下举行的马赛克区域土地覆盖使用遥感数据和地理空间分析。一旦收集和汇总,地标数据覆盖的地主反应,生物物理和资源特点,结合景观形成一个丰富的数据集映射到检查森林的持久性或转换影响因素。

地主的调查

从国家科学基金会(NSF)资助城市长期研究探索(ULTRA-EX)资助和指导协调组织的社区合作伙伴,即。,local organizations, including nongovernmental organizations, cooperative extensions, and local governments (see list in acknowledgements section), we developed a revealed preference survey to administer to a sample of NIPF owners along an urban to rural gradient. The region of interest ranged from uptown Charlotte, i.e., the city center city, into five counties in the eastern part of the metropolitan region (see Fig. 1). This extent was selected to include a balanced population of urban and rural NIPF owners with a minimum of 2 ha (about 5 acres) of contiguous forestlands, primarily mixed evergreen-deciduous and pine plantation types. In anticipation of a site-based forest assessment, a two hectare minimum was chosen to ensure a focus on forests rather than clusters of trees within landscaped areas and to minimize ecological edge effects (McDonald and Urban 2006). We located qualifying woodland owners using an overlay of regional forest canopy (details below) and public parcel data within a GIS. Addresses were extracted from the parcel data and 2500 invitations to participate were mailed using the program pseudonym “Piedmont Landscapes in Transition,” a move recommended by stakeholders to counter perceived antigovernment sentiment. Signed consent forms were required before admittance into the program, this was followed by disclosure of the project’s scope, identity of the research group, potential harms, and guarantee of confidentiality; the document also granted access to lands to conduct an ecological assessment and timber cruise. In return, participants were provided a summary of ecological assets found on site, an estimate of the value of their standing timber, and a US$10 gift card to a local hardware store.

承认林地所有者被邮寄47-question显示偏好调查,其中包括清晰的地图所持股份,并要求报告他们的管理动机和目标在过去24个月为特定的林地在地图上高亮显示。像全国林地所有者调查(nwo),我们使用术语“林地”而不是“森林”或其他术语指的森林部分NIPF的财产(巴特勒和Leatherberry 2004, 2012年美国林务局一个)。探索的问题:

• 个人或政党的性质使管理决策;
• 采办、任期和年度探视;
• 管理实践;
• 参与激励/保护计划;
• 的重要性因素导致的决定继续或出售;
• 估计土地和木材价值;和
• 土地和木材收入。

此外,具体问题在调查评估森林林地所有者的态度价值观总的来说,位置感与指定的森林举行,相关的因素和连通性性质(附录1)。

探索的多样性NIPF所有者的态度和通知我们在抽样偏差的程度表现出自我选择造成的,我们要求参与者应对语句仿照布朗et al。(2002),“我林地价值,因为……”,展示他们的选择的好处可能的重要性,包括美学、供应、休闲机会,支持和维护服务,生物多样性、精神、历史、和治疗。反应集中在特定的态度将揭示方向性和样本大小的偏见,而平衡或平衡集群是象征代表范围的值。

地主态度类型学分类在两个步骤后Majumdar et al .(2008)推荐的方法使用SPSS统计软件21.0版(2012年IBM公司)。首先,反应是减少的维度和转换使用主成分分析(PCA)和方差极大旋转。第二,使用病房探索性分析的最小方差法确定集群的数量会有效地捕获在林地所有者的同质性的范围值。饱和的立方聚类准则值被用来估计一个适当的数字(Sarle 1983)。然后我们使用组件分数集群地主到nonhierarchal使用k - means类型学方法。类似的方法被用来分类林地所有者动机在美国东南部(Majumdar et al . 2008年)。为愿意出售开发响应数据建模(见下文),受访者所使用的Likert-type评分设置端点,例如,完整的分歧,完整的协议,因此被视为相等间隔的数据。在假设检验中,这些分数填充预测变量(上市和附录1中描述)。

评估的多维概念”的地方,“我们修改一项调查乔根森和Stedman(2006)和允许参与者报告他们的协议,一系列的语句对森林资产和地方发展。生成的调查态度变量解决森林,自然植被和发展,以及身份的主要构造、依恋和依赖(约根森Stedman 2001, 2006;附录1)。像森林态度价值观,位置感数据Likert-type和认为是相等的时间间隔。我们使用PCA凝结多个变量响应为假设检验因子得分。变量生成包括“附件”、“依赖”的身份,“态度林地,”“态度保留原生植被,”和“态度发展”(附录1)。

生态字段数据

为了更好地理解个体森林片段质量,我们开发了一个森林评估协议基于标准市场测量技术和美国林务局的森林库存分析(FIA;美国林务局2012b)协议。数据收集来自同一森林残留物中指定显示偏好调查,包括木材卷可销售资产和生物量的估计,本机木本植物多样性的措施,入侵植物覆盖的估计。次要情节测量树招聘、土壤条件和丰富的入侵木本植物和葡萄。

为每个森林资产调查,我们建立了3 - 10 0.04公顷圆形情节和测量了胸径(DBH,或阀杆直径1.4米)的所有本地和外来木本植物胸径超过12.7厘米,包括葡萄。在避免边界与其他土地覆盖,例如,农田,密度范围从0.8到1.25块每公顷。核心样本主导或共显性的树木在每个情节被用来估计最高年龄的立场,和源干细胞再生的评估类型和配置内的阴谋。从这些数据,我们计算(1)丰富的本地和非本地的树木,伍迪干灌木丛,和葡萄品种,(2)的生物量上层和下层植被树使用了协议(1996年美国林务局),和(3)丰富的梯度地区的魅力和市场之间的属Quercus和松果体。

森林外在价值

建筑用材的市场价值在评估资产评估首先估计林分水平使用GIS尺寸重量,然后合成权重乘以立木价值价格特有物种和产品(即目的。纸浆生产或锯木材)。这个立木价值值方法认为物种、大小和质量的收获的树木,以及隐含的提取和运输成本(联合国et al . 2005年)。在GIS中,我们进行了线性外推plot-level维卷基础使用面积和森林覆盖类型林分水平确定在我们地区的映射(见下文)。在南山麓森林产品的价值主要取决于需求的家具建材行业,家具行业,和纸浆和造纸市场(NCIOF和中色非矿2003),和估值是基于市场价格的调查(哈里斯et al . 2011年)。

景观环境和空间变量的发展

1996 - 2011年区域映射

基础数据的本地和区域景观被NIPFs主要来自生物物理遥感数据。我们绘制森林的树冠和结算模式在该地区在1996年和2011年之间通过历史陆地卫星图像的分析。使用土壤植被不透水的材质(VIS)片叶子陆地卫星图像处理(李和Lanthrop 2005年Gluch Ridd 2010 Meentemeyer et al . 2013年),我们分类图像从1996年开始,2006年和2011年为一个模式设计为该地区,其中包括开发、农业、森林和不安但植被“结算管理”类别的分辨率0.09公顷(辛格et al . 2012年)。总体分类精度为1996、2006和2011年地图产品是84%,84%,和90%,分别。对于我们的参与者林地所有者代表,我们另外绘制森林覆盖类型photo-interpreted从2010年国家农业图像程序(简要)图像至少4 m²单元的映射。

发展空间变量

预期建模的影响假设landscape-oriented预测对地主决定出售,我们组装空间变量的集合来自区域映射工作,以及GIS数据集从合作者和政府对该地区来源或通过内部发展。使用这些数据集,我们开发了一套空间变量(见附件1),这为他们的潜力进行评估统计解释观察到的景观格局的变化。

如果我们假设林地所有者高度意识到自己的森林在土地覆盖的马赛克的立场,然后不断重设施和麻烦伴随变化在当地地域文化和生态系统服务价值提供了他们的土地。虽然显示偏好调查专门探测态度发展和改变性格的农村风景,我们还看了看地理环境在两公里的参与者。例如,靠近现有的开发,特别是已被证明在其他研究中高度暗示未来在该地区森林转换,与先前的研究概念化这个动态的发展的压力或积极的反馈循环,即。,更多的发展带来更多的发展(Meentemeyer et al . 2013年)。我们假设最近的发展,本质上的时刻或动量城市化的前沿,也可能是重要的。发展和农业“压力”是空间变量来自区域景观配置的地图(附录1)。这些变量被用来估计的影响周围的土地覆盖像素分类为森林,包括那些持有目标进行分析。在每种情况下,细胞的发展压力我是由:

(1)

在这状态_k是一个二进制变量指示是否k^th邻近的细胞是一个转换土地类别,例如,发展,最近的农场或转换,(1)或森林(0);d_本土知识之间的距离吗k^th邻近细胞和当前细胞我,α系数控制邻近的细胞和细胞之间的距离的影响我;和n_我相邻细胞的数量在一个特定的范围内对细胞我。假设的影响邻近细胞对当前细胞是distance-decayed开发,开发压力在一个森林的细胞是一个函数的周边开发的细胞,这些细胞和细胞之间的距离。另一个假设的预测,“动量”,使用开发压力算法来估计的影响新转换现存的景观在指定的时间间隔。在这种情况下,目标状态输入细胞之间的转换t和t + 1。我们测试了感兴趣的三个阶段中确定的历史映射:1996年到2006年,一段时间的快速增长;2006年到2011年,与大萧条时期大致相似;和1996 - 2011年,整个研究期间。

决策树分析和愿意出售建模

我们使用决策树模型来测试我们的假设和研究之间的关系愿意出售和51内在和外在变量由显示偏好调查,生态评估、景观环境分析(见附件1),决策和分类树的非参数方法探索复杂系统(戴维森等。2009年,海因et al . 2011年)并提供另一种广义线性模型(GLM),因为他们的能力描述层次结构和非线性关系和公开预测变量之间的交互(Michaelsen et al . 1994年)。

决策树模型适合用JMP统计软件(SAS研究所2012年)通过递归分区响应变量为越来越均匀基于临界阈值在连续或子集分类预测变量。基于树模型可以以图形方式显示,发展独立变量的二元分裂导致最后预测节点(见图3)。预计值两端节点所有观察结果的平均值,流经该节点的树。

K-fold交叉验证过程被用来评估模型的预测能力。K-Fold随机交叉验证分区原始数据K子集(K = 10, 90%的数据被用于训练和测试)为10%,每一个地方K子集用于验证模型适用于其他数据(拟合的K模型)。模型给最好的验证数据是选为最终的模型。推荐此方法对于小数据集,因为它使有效的利用有限的数据量(Michaelsen et al . 1994年)。发达树模型“修剪”是一个吝啬的解决方案,最大化R²和分类精度(也用JMP统计软件)。

结果

区域分析

的遥感分析研究区域作为一个整体显示nonindustrial私人森林(NIPF)所有者控制53592公顷或研究中38.7%的森林面积和nonwater景观总数的14.3%(见图4)。这些森林组成几乎8000控股平均大小为6.7公顷(16.6英亩)。这些估计的可靠性不同的县,法律所有权特征不是均匀报道的数据,和私人木材销售,表明收入流,不是公共信息。鉴于这种警告,我们估计,78%的是2011年由NIPFs下8.3公顷(20英亩),因此没有资格获得该州的主要森林激励计划,目前使用的估值(图5),北卡罗来纳州的部门收入(2014:3)定义为:“…土地的价值目前用作农业用地,园艺土地、林地仅仅基于其生产能力平均收入和假设的管理水平。属性为目前使用限定值分类评估其目前使用价值,而不是它的市场价值”。

分析参与者的网络

我们收到143同意协议参与该项目,收益率5.7%的反应率。这种低反应速率可能反映了该地区的反政府情绪,以及所涉及的事实研究同意协议参与两项调查和授权访问人员参观和评估他们的土地。最终,126年林地所有者完成并返回显示偏好调查。其中,86收到生态现场评估在6个月内接受调查,留下40没有评估由于物流的限制。站接收生态领域评估小(7.4公顷)相比,126年的样品(10.8公顷),但比该地区作为一个整体(6.7公顷),和39.5%的一部分农场或牧场。

虽然在该地区多中心结算模式(图3),参与者的位置站了展览基于地理上的倾向。一些参与者被夏洛特附近发现的核心。预计,夏洛特站靠近中央商务区(CBD)平均体积比较小,经验丰富的开发压力比大进一步从城市核心(图5)。站规模的地区增加降低开发压力,这往往是进一步从CBD。

区域映射显示转换的森林和农业土地开发大幅放缓从1996 - 2006年的高峰期,最有可能在2008年的经济衰退。平均每年11.1公顷转换在一个800米距离,包含一个2 km²移动窗口,从林分中心。这个每年都会在2006年和2011年下降到1.0公顷。尽管这空间增长的下降,很大程度上是由于转向公寓和公寓发展,移民进入该地区不断增加的人口到64387年的6个县(5%)在2006年和2011年之间(北卡州立人口Office 2011),也许表明潜在需求的发展,可能会出现经济复苏。

大多数的研究参与者被白人(99%),男性(67%),平均年龄64和平均24年的土地使用权。这些数据符合国家nwo的数据(巴特勒et al . 2007年)。然而,样本超过nwo国家平均程度的教育完成后,即,23。4% with graduate education or higher within the Charlotte region, and in average household income, i.e., US$140,000 in our study area vs. US$100,000 nationally, perhaps reflecting broad socioeconomic effects associated with proximity to a major city (Glaeser et al. 1995). Stands ranged from 2 ha (5 acres) to 78 ha (193 acres), with a mean of 10.8 ha (26.7 acres) and a median of 6.3 ha (15.68 acres) and on average, woodland owners controlled three stands that were each greater than 2.0 ha.

我们要求被试估计他们的土地和建筑用材的现金价值,没有木材,估计他们的木材的现金价值。林地所有者的一个小子集合并后的土地和木材价值估计在83569美元每公顷(sd n = 23日合86726美元),每公顷土地仅在48185美元(n = 5, sd49989美元)。作为比较的基础,工业timberland销售在东南部平均每公顷不到5000美元在2000 - 2010年(哈里斯et al . 2011年)。在这项研究中,我们没有估计参与者土地的开发价值。有限的数据收集从林地所有者(n = 2)发现他们的建筑用材,平均每公顷67212美元(sd79676美元)。在比较中,我们使用数据从我们的森林评估、适销的卷,估计平均建筑用材价值3715美元每公顷(n = 85, sd1870美元)。

然后我们检查的患病率NIPFs产生收入的使用他们的森林土地包括税收减免。71受访者,任何类型的30%产生收入,主要来自木材销售,放牧牲畜,和狩猎的让步。贡献的这些活动范围从家庭收入的0.5%到90%,中值为4%。只有三个地主家庭收入贡献> 5%列表。另外,79%不积极管理他们的土地。六个林地所有者(2.4%)有一个永久保护地役权的部分土地,但大多数不使用,或资格,避税。百分之二十三的森林土地在北卡罗来纳州⁏年代PUV程序;百分之四十六是不录取,百分之三十一是没有意识到如果他们录取(“不知道”)。我们估计,基于一个8.3公顷(20英亩)参与规模阈值,超过三分之二的“不知道”回答没有资格报名。从这个分析调查结果,大约70%的参与者支付全额房产税土地资产没有生成补偿收入。

126名参与者中,21%表示积极参与土地市场,要么出售或正在考虑出售在12个月内。其中,80%的人从未出售土地,2009 - 2011年,只有5%出售土地。另外79%目前没有出售的意图。超过50%的参与者不跟踪当地的房地产市场。我们发现27%的积极管理他们的森林表示愿意出售,相比那些不管理的20%。

当要求列出因素的重要性,他们决定出售使用Likert-type规模从1,“不重要”,5,“非常重要”,受访者(n = 7)排名”提供买家拒绝太好了”(平均分4.25),“担心能力支付房产税”(平均分4.0),“开发附近的土地减少的农村人物”(平均分3.8),和“急需现金”(平均分3.6)面临的主要问题。不重要的问题包括“太多工作要保持树木繁茂的土地”,“从捐赠税收优惠资格的非营利组织,“和其他一些小问题(“其他”)。

我们的最初反应率低5.7%显示自我选择偏差的可能性,这引发了担忧的态度和经验是否采样组的代表地区的城市NIPFs作为一个整体。这种类型的偏见是很难弥补的因果推论统计,降低程度的反应。更重要的是,它可能会质疑我们的喜好来调查的结果,即(1)主要是对销售和样本组(2)内在价值土地。然而,一定程度的信心样本证实PCA分析林地所有者值时发现了一个多维反应,随后聚类分析展示了一系列的动机。

主成分和聚类分析的林地所有者的态度

林地所有者展出一系列观点关于森林在一般情况下,我们使用聚类方法解释。参与者(n = 118,8排除不完全反应)回应Likert-type规模从1,“不重要”,5,“非常重要”(表1),主成分分析表明,两个态度因素(表2)归类为“认知”和“情感”(米勒1989年,引用约根森和Stedman 2006)占总响应方差的72%。可分解性的变量是证实了Kaiser-Meyer-Olkin (KMO)值为0.86。

认知和情感类别从组件解释得分系数矩阵,这反映了因素之间的相关性和响应变量。认知态度利用信念和认知为林地所有者取得指定的成果,如森林提供的经济效益或建立一个分代的遗产。森林围绕的感觉和情绪情感态度方面的好处,如美学,维持生命服务,和生物多样性。认知和情感结构并不是相互排斥的,可以以复杂的方式相互影响所反映的精神和文化/历史组件分数(更深入这方面的文献见约根森和Stedman 2006)。

组件然后用于集群的地主到四个无类型学表示使用k - means方法如图6所示。1型(n = 11)举行了一次大范围的值,但在他们的反应更加保守,得分的所有问题。2型(n = 6)没有列出的响应值森林,或者偶然的林地所有者也漠不关心。类型3,最大的群体,(n = 68)表示整体的角度来看,评价支持和规范服务和供应的木材(响应B,参见图7)以及文化方面如精神、历史、治疗、和遗留服务(反应C、f i)。类型4 (n = 33)关注森林提供的生态系统服务,将高价值的栖息地供应(A)、生物多样性(E)和调节服务,例如水和空气的净化(D)。这种分析揭示了一系列效用偏好,而不仅仅是那些声音是关于景观保护的林地所有者和/或环境保护论。这确实类型学可以提高我们的信心,反应广泛代表了不同的林地所有者在该地区。

愿意卖模型

我们建造了一个回归树模型来理解区域的贡献,地方、和个人内在和外在林地所有者值决定持有或卖出立即年(图3)。86年土地所有者的位置生态数据,24%(21)表示愿意出售基于对调查问题的回答“你的梦想是什么树木繁茂的土地从现在开始的12个月?”,“是你的土地目前卖吗?”、“你今天卖这片土地如果有人提供你价格你估计。”

考虑到分类反应变量”愿意出售,“我们使用了K-fold交叉验证方法选择最后一个分类树的正确分类率88% (k = 0.6245)。图3说明了变量之间的非线性相互作用导致的决定出售或持有。这个模型数据占总方差的47.8%,与适合稍低的5折数据组(平均0.474 R²= 10子集)。逻辑回归模型也为分析开发但有近20%降低模型适合(最大Nagelkerke R²= 0.283)和分类精度低5%(正确分类率83.3%,k = 0.445),并且不会进一步讨论。

5 46的主要从池中预测变量包括位置感态度保留植被、森林资产规模,周围的压力程度的发展网站,网站访问的频率,主人自然的连通性。影响的程度的变量对模型如图7所示。这些预测是不相关的(最大r < 0.22)除了位置感态度保留原生植被和连通性性质(r = 0.49)。我们还测试了业主的关系态度保留原生植被和生态资产的土地,寻找小的解释方差(R²< 0.17)中15生态变量的治疗。

第一根节点的分割是基于林地地主“地方感”的态度保留原生植物,用因子值> -0.687分裂被申请人集团到72年林地所有者愿意出售的概率是18%,和因子值< -0.687 (n = 14)愿意出售的概率为55%。更高的因子值反映了积极的位置响应三个语句:“我喜欢保持尽可能自然树木繁茂的土地,”“我不喜欢打扰我树木繁茂的土地上的自然植被,”和“我喜欢有很多的自然植被在树木繁茂的土地。”

林地所有者与积极的态度得分保留原生植被被分割基于森林大小,与小网站所有者< 13.5公顷(n = 44)不太可能出售,形成一个终端节点,和业主更大的森林站点更容易出售(n = 28)。开发压力变量对整个模型的贡献最大(图3)。开发林地所有者之间的压力> 14.576大森林导致60%的概率愿意出售。地区的发展压力增加,所有者与高探视包括生活在财产通常持有土地;低探视通常表示愿意出售。

14林地植被态度分值较低的主人被分为两个终端节点基于连通性的自然因子值。其中,三分之一的主人连通性较低分数可能愿意出售,而所有林地所有者与较高的连通性分数表示愿意出售。五个林地所有者的连通性指数有88%的概率更高愿意出售。高连通性自然因素值代表积极应对三种语句推广到所有的森林,森林不仅拥有者:“我觉得自然是我的一部分,”“我得到更满意的访问比其他地区,自然”,“我发现很多我的生活是围绕享受自然。“有趣的是,88%的人重视他们的连通性的性质,但也有低分数保留其土地上的原生植被,表现出偏爱出售。

讨论和结论

努力促进公共健康和可持续性快速城市化地区通常阻碍我们有限的理解复杂的生态,multiscalar,往往相互矛盾的因素影响持久性的自然景观。我们的研究结果揭示了普遍规模较小、持续的林地附近城市边界的背后,它的特点是业主不愿出售。森林的持久性在这些领域带来了一个有吸引力的土地覆盖和城市森林对城市和地区的夏洛特,北卡罗莱纳是公认的。尽管这些城市林地所有者的动机千差万别,我们对业主的样本的分析发现,经济因素如创收木材收获和土地的让步或税收优惠没有入选的决定保留森林,至少在短期内。

实地生态价值观,如生物量、多样性,或侵入性植物,也没有找到影响偏好出售。我们推测,林地所有者的生物资产,如年龄,平均胸径,各种上层,或者流行的魅力Quercus物种会影响他们愿意出售。同样,我们认为存在有害入侵葡萄树和灌木等金银花种虫害可能证明妨碍了森林的持久性。这两个假设都支持。

政策的应用程序和工具

业主决策被反馈的结构特征包括位置感值的保留原生植被、森林资产的规模,相对连通性的所有者性质,“压力”发展归因于景观环境、和行为品质,这样已经多久地主参观了他们的土地。由于缺乏预测意义在特定场地的经济和生态价值,继续坚持大森林资产很可能依赖于位置感态度之间的关系,所有者探视和发展压力。鉴于该地区缺少政策工具来管理发展的增长,从而发展压力,该地区土地覆盖目前享有的马赛克是远离安全。

可用的政策工具,我们估计,不到22%的当前林地土地所有者在该地区有资格获得PUV税收优惠,因为他们的不到20英亩的连续的林分。全国林地下10英亩(~ 4公顷)不是由nwo采样(2012年美国林务局一个),因此弱势的国家数据。政策,在这种情况下,不太可能为城市森林所有权配置模式,并不是旨在激励持续森林持久性。这些结果表明,政策旨在促进林地在北卡罗来纳州,主要通过PUV折扣,不相关城市林地所有者的控股太小,不足以满足当前程序的指导方针。如果支持进一步的研究,这些研究结果有重要影响的城市森林系统的弹性,为他们指出需要建立政策和项目,鼓励节约型管理实践和税收激励小林地资产的所有者在发展的前沿。

发展途径

使用分类树用图形说明了非线性和互动途径出售的意愿。城市森林的最直接路径持久性林地所有者之间存在积极的态度保留其土地上的原生植物和小森林。这些老板表现出的概率是82%不愿意出售。相反的,表现出最高的路径的概率愿意出售在林地所有者用积极态度保留原生植物(参见图7),大森林控股moderate-to-high发展压力,花较少的时间在他们的土地。这些业主有90%的机会愿意出售。如果我们检查森林的影响大小,林地所有者具有类似态度分数和大控股五倍出售和附近表现出对低水平的发展。持有的5.45公顷大小可能相关适用性阈值最小尺寸的发展,的值是松散的一项研究证实Cabarrus县,发现新补丁的开发平均为3.8公顷(sd9.60)在1996年和2006年之间(Meentemeyer et al . 2013年)。如果是这种情况,那么所有者可能劝阻卖小控股,因为低需求。

大森林可能相对更大的需求,但愿意出售由开发压力和态度保留原生植物。发展压力强大的贡献这个模型信号的动态反馈回路,存在的发展吸引了更多发展(Meentemeyer et al . 2013年),和“临界点”的标识值为14.58时表示压力相对较低的水平可能促进运动到替代稳定状态,从“森林”到“发展”。

通过什么过程开发压力影响地主和吸引更多的开发?出现的越来越多的周边发展可能改变林地的所有者的感知他们的森林。位置感的角色价值观和态度行为承诺特定的地理位置是建立(约根森Stedman 2006年,布朗和雷蒙德2007)和高度分摊模型。使用显示偏好数据,我们测试了林地的价值观之间的关系对原生植被和发展压力,发现弱负相关(r = -0.216)。尽管超出当前我们研究的范围,这些结果鼓励纵向调查,看看发展压力随时间和空间的作用以及新开发的距离如何影响地方的价值观和探视。

这分析还揭示了之间的联系业主态度保留原生植物,他们倾向于维持或转换他们的森林。缺乏解释的关系(R²< 0.17)生物资产和态度之间保留原生植物也许是指示性的解偶联之间的林地所有者和他们的土地上的生态资产,表明高森林值(表1)报道可能被更广泛的环境背景条件,社会规范,或经验超出了他们的土地。这一发现提供强大的力量支持通过环境教育项目,维持保护。应该进一步检验这一假设,也许与偏好的一项调查,相比我们的喜好来调查。

经济因素也不是愿意出售的预测。虽然很少(30%)林地所有者产生任何形式的收入通过木材或nontimber产品的销售,如狩猎或放牧或土地的让步,那些并没有显示出额外的偏好出售或保持他们的土地。同样,其土地上的建筑用材总额没有贡献模型。森林和土地所有者在该地区获得一定数量的联邦、州、及地方激励计划,每一个都有不同的标准,不会在本研究评估。一些在我们的样例都报名参加了一个激励计划,和那些PUV税收评估显示,没有额外的意愿持续下去。

从概念上讲,我们使用的空间显式方法有潜力桥宏观和微观方面分析了链接的结果(建模反应;即决定不开发)和独立变量通过一个共同的单位,林地控股,增长模式出现。事实上,这种方法可以减少复杂性通过直接关注地主森林持久性暴露水平分析和量化forest-landowner反馈。

我们假设的存在额外的反馈循环,损失的森林减少的地方价值观,逐渐导致林地所有者访问他们的森林较少;这种情况代表的组合因素,我们展示了增加愿意出售。事件的销售表现,新开发现存森林站增加了压力和周期延续。

城市森林所有者的不同的角色

有不同的城市nonindustrial私人森林(U-NIPF)业主集团不同于NIPF所有者作为一个整体?如果采样组确实是代表,那么U-NIPF所有者不同于农村同行不仅在他们的位置,而且在他们的学位教育、森林资产,规模和不强调经济因素,如木材销售收入或土地。使用nwo数据,巴特勒et al .(2007)报告说,41%的家庭森林所有者全国商业收获的树木,和23%的人从事土地市场。这与30%和21%,分别在我们参与者U-NIPFs。虽然家庭森林由巴特勒和Leatherberry之间存在分歧(2004)和NIPF的定义和U-NIPF用在这项研究中,这些群体具有可比性。

因为他们的患病率在城市边界,U-NIPFs占据了一个特殊的位置在景观(1)缓冲的进步发展,(2)作为管家剩下的地区的生态系统功能,和(3)产生大量城市居住的邻居所依赖的生态系统服务。该地区的潜在回到城市扩张率从1996年到2006年可能会产生额外损失的森林站将延续开发压力周期,需要城市雨水管理进行大量投资基础设施和其他类型的并行工程替代城市与森林生态系统服务了。

尽管许多林地所有者卖给开发人员或开发自己的土地,U-NIPFs比前几代,把nonutilitarian富裕,并经常深入个人和特质,值未开发的土地。我们的工作表明,这些值往往使他们保留土地,尽管支付财产税nonincome生成土地,经历损失农村人物作为邻国出售或搬走了,和持久的必要的更改在长期的管理实践,例如,控制燃烧,造成邻近郊区的新邻居。大数量的城市和城市远郊的林地由U-NIPFs控制,那些重视他们的文化、精神和内在价值,似乎矛盾的功利主义经济结构和传统测量机制,如最高和最佳使用(HBU)原则。在未来的研究中,使用微级,林地owner-centric量化的方法提出了允许内在维度的价值(“失踪的市场”)由林地所有者支付占土地收入的差别,费用,和先前的投资回报时地主不把森林。

在接下来的二十年里,许多当前NIPF夏洛特地区林地将易手woodland-owner社区年龄。做这些森林庄园的继承人共享相同的值作为上一代的地方吗?如果是这样,我们可能期望一个广阔的森林弹性系统作为一个整体。如果不是,然而,它可能是必要的地区的县,城市,城镇,促进积极的行动,例如,越来越多的鼓励PUV政策,购买土地,城市森林恢复,保证维护地区的土地覆盖特征和稳定的供应和管理城市居民所依赖的生态系统服务。

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