洞察力

生态系统服务和损害的主观评价:建立和分析稳健调查量表的方法

• 摘要
• 简介
• 方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

生态系统服务(ES)的概念有助于理解人们从自然中获得的好处。生态系统研究最初由生态学家和经济学家(Costanza et al. 1997, Daily 1997)提出，后来在千年生态系统评估(MEA)中提出，它证明了生态系统的生物物理和货币价值(Chan et al. 2012, Martín-López et al. 2012, Larson et al. 2016);具体而言，生物物理措施已被用于评估生态系统结构和功能如何产生效益(如野生动物栖息地、碳储存)，估值技术(如条件估值和重置成本)估计了生态系统产生的服务的美元价值(Haase et al. 2014)。尽管有大量的研究量化了自然的好处，但更广泛的公众可能不会感知或重视研究人员或决策者认为重要的服务(Larson et al. 2016)。然而，规划师和其他专业人士负责设计和管理景观和生态基础设施，提供多种服务(Lovell和Taylor 2013, Steiner 2014)。这需要了解人们对生态系统服务的主观评价，以便决策者能够沟通、维护和增强生态系统对人类福祉和生态保护的好处(Lovell和Johnston 2009, mcpherson et al. 2016)。

与生态和经济评估相比，很少有研究考察人们对更广泛的生态系统服务的主观判断(Wallace 2007, Kumar和Kumar 2008, Vihervaara等人2010,Chan等人2012,Gómez-Baggethun和Barton 2013, Larson等人2016)。尽管一些调查研究检验了既定价值，即人们赋予服务的重要性(Scholte et al. 2015)，但我们提出了一种不同的方法来评估关于生态系统提供特定服务或有害服务的程度的信念。这种关注很重要，因为人们可能没有意识到生态系统提供的服务，因此可能会忽视或低估它们的价值。正如态度理论所表明的，对生态系统的感知会影响其社会文化价值，以及人们对生态系统的知识和使用(Scholte et al. 2015)。此外，生态系统和景观的属性，以及个人特征和背景因素，可能会影响人们对服务的重视。在本文中，我们的主要目标是论证一种评估生态系统服务和损害感知的稳健方法。为此，我们提出了一种确保调查措施的信度和效度的方法，同时也简要说明了如何分析这些措施，以理解对ES和EDS的不同看法。

生态系统的危害在ES研究中经常被忽略(Lyytimäki和Sipilä 2009, Gómez-Baggethun和Barton 2013, Belaire等人2015,Shackleton等人2016)。尽管定义不同，但生态环境影响的本质是由生态系统属性和功能导致的“对人类福祉的感知或实际负面影响”(Shackleton et al. 2016:590)。伤害可能包括生物或地球物理危害，如动物入侵或洪水，以及害虫等妨害(Lyytimäki et al. 2008, von Döhren和Haase 2015)。在某些情况下，伤害和服务可能是“同一枚硬币的两面”(Shackleton et al. 2016:593)。例如，关于小气候的调节，树木和其他植被可以缓解高温，而缺乏它们会加剧高温。同样，植被覆盖和其他因素可以缓解排水或洪水。至于生物多样性或美学等服务，生态群落和景观特征可以被视为可取或不可取。我们在调查居民对这些类型的ES和EDS的信念的同时(表1)，我们也关注社会文化服务的几个调查问题。我们有意使用社会文化这个术语，而不是简单地使用文化，因为我们评估的一些积极和消极影响超出了ES文献中通常讨论的非物质服务(Milcu et al. 2013)。例如，我们考虑过敏等健康问题，因为植物群落会导致这些疾病。

尽管不是详尽无遗，我们的方法考虑了人们对各种ES和EDS的信念。我们评估的特定服务和不良服务是根据我们合作研究团队的兴趣选择的。它们也反映了我们研究领域的突出问题，包括亚利桑那州凤凰城的城市生态系统。虽然所提供的数据是在干旱的沙漠城市收集的，但ES和EDS与不同的城市及其他城市相关。该方法也可应用于农业和其他情况，但应注意根据特定研究地点的突出问题和利益相关者定制调查问题。

方法

凤凰城地区社会调查(PASS)是亚利桑那州中部-凤凰城长期生态研究(CAP LTER)项目(CAP LTER 2018)的一部分。这项住户调查是在2016-2017年实施的，目的是更好地了解原因、后果、人与人之间的反馈以及一系列生态模式和过程。在本文中，我们分析了一个多项目的问题，衡量居民如何感知他们的当地环境，即社区环境中的ES和EDS。具体来说，我们问调查参与者“你在多大程度上同意或不同意每句话描述了你所在社区的环境?”因为我们对认知信念感兴趣，即认知，调查参与者的回答采用了标准的李克特五分制，从非常不同意到非常同意(中间是中性选项)。提到“你所在社区的环境”，我们明确考虑了“该地区的草、植物和/或树木，以及街道、人行道、露台、门廊、建筑结构以及公园和开放空间。”这一描述有意包括影响城市生态系统服务和有害服务的生态基础设施和已建基础设施(Shackleton等，2016年)。

我们的合作团队主要感兴趣的是研究与野生动物栖息地和生物多样性、土地和雨水管理以及热压力和缓解相关的模式和过程。结果，这些主题体现在被调查者评定的17个变量的描述中(每个调查项目的逐字措辞见表1，西班牙语措辞见附录1)。这些变量捕获了一系列服务(n = 9)和不良服务(n = 8)，用两个或两个以上的调查陈述/变量捕获了主要的相关服务:野生动物和生物多样性的支助服务;雨水和小气候的调节;以及包括美学和娱乐在内的社会文化效益。使用多个变量捕捉不同的ES和EDS增强了调查措施的可靠性(Carmines和Zeller 1979, Spector 1992)。对于几个项目(见表1)，我们采用或略微修改了过去研究中发表的调查陈述(Brown et al. 2012, Larson et al. 2016)。由于过去的调查工作关注的是服务，所以大多数关于不服务的陈述都是新开发的。

威斯康辛大学调查中心在2017年5月至9月期间通过四份独立的邮件进行了问卷调查。该调查提供了激励措施，并且有英语和西班牙语两种版本(尽管没有参与者要求或完成西班牙语版本)。来自人口和地理分布不同的社区的1400个家庭被要求参与。抽样设计是一个随机分层样本的12个目标社区定义的人口普查街区组。这些社区在区域内的位置各不相同，如城市、郊区、边缘地区，并代表了低至高收入地区的范围(图1)。最终回复率为39.4% (n = 496)。关于调查方法的更多细节，请参考(Larson et al. 2017)。

在调查对象中，平均年龄(51岁)和家庭收入(80-10,000美元)与研究社区的人口相似。然而，样本的受教育程度略高，29%的人拥有学士学位，而总人口的这一比例为23%。尽管37%的研究人口是西班牙裔或拉丁裔，但20%的调查样本是这样认为的。考虑到这些差异以及基于社区的样本，在推广结果时必须谨慎。

我们使用三种技术来解决ES和EDS调查措施的效度和信度。首先，为了确定调查项目的措辞是否在逻辑上反映了预期的结构，我们使用专家判断来确认脸的有效性(bernstein 2004)。例如，“提供了各种各样的植物”被设计用来衡量植物多样性的感知，而“它看起来很漂亮”被用来衡量审美价值(表1)。

其次，基于变量间的相互相关性，采用因子分析和主成分提取的方法，识别感知ES和EDS的不同维度。这项技术通常用于调查数据，以评估将变量组合成复合量表的有效性。之所以使用oblimin循环，是因为生态系统服务和有害服务的维度可能彼此相关(Carman 1998, Larson 2009)。对于结果的解释，1及以上的特征值(表2和表3)反映了因子分析中具有统计学意义的维度(Kim and Mueller 1978)。此外，0.5或更高的负荷表明变量强烈负荷特定的因素(Spector 1992)。我们将结果的展示重点放在因子分析输出的旋转模式矩阵上，因为这对于突出显示样本居民对ES和EDS的感知变化的维度是最清晰和信息量最大的。

第三，为了创建反映感知不同维度的可靠调查量表，我们将每个调查参与者对个别变量的回答平均为综合度量(表4)。因素分析主要为这一过程提供信息。这些常用的技术与额外的内部一致性测试(可靠性的一种形式)相结合，以验证变量之间的高度相关性足以反映特定的结构(Spector 1992年)。具体来说，为了确保组合单个变量在统计上是恰当的，我们计算了双变量变量对的斯皮尔曼相关性，其中最小相关性(rho)为0.3表示相关性足够高，足以证明创建复合量表的合理性。对于有三个或更多变量的量表，使用的标准统计检验是Cronbach 's alpha (Carmines and Zeller 1979)，其中值等于或大于0.7表示内部一致性，因此可视为可靠的复合调查量表(Nunnally 1967)。

最后，我们通过(1)比较12个研究社区的整体ES和EDS测量，以及(2)展示特定的ES和EDS量表如何随种族而变化，演示了如何通过分析ES/EDS量表来理解不同人群和地方的感知差异。首先，我们绘制了12个研究社区的综合ES和EDS量表(图1)。我们还进行了方差分析(ANOVA)检验，以确定居民的感知是否因其在城市、郊区或边缘社区的位置而不同(详见图1中的注释)。其次，我们比较了拉美裔/拉丁裔居民(作为研究地区的主要少数群体)是否与其他居民有不同的认知。此外，我们运行了协方差分析(ANCOVA)检验(表5)，以评估西班牙/拉丁裔种族对几个ES/EDS量表的影响(图2)，控制收入。收入变量用11分制来衡量家庭收入，从“2万美元或以下”(1)到“20万美元或以上”(11)，中间增加2万美元。

所有的统计分析都是使用社会科学统计软件包(SPSS) 24版运行的。用SPSS软件计算综合量表。

结果

我们提出了(1)居民对各种服务和不服务的感知的模式(基于描述性统计);(2)(来自因素分析)感知变化以反映不同的不平等/服务的维度;(3)针对特定ES和EDS所建立的复合量表的信度(基于相关性和Cronbach’s alpha检验);最后，(4)ES和EDS的趋势和差异(来自ANOVA和ANCOVA检验)在居住在不同社区、来自不同种族背景和收入水平的人群中分布。

(1)居民如何感知城市环境中当地生态系统的服务和损害?

总体而言，受访者对其社区的评价是积极的，他们大多同意当地环境提供了一系列服务，而不是有害的(表1)。尽管总体上是积极的，但居民的看法差异很大，在我们的调查中测量的个体ES和EDS变量的标准差在1.1-1.3之间。

在评估的九项服务中，每个服务的回应中值都是同意的(4)。平均而言(表1)，受访者对美学评价最高，即外观漂亮，以及生物多样性，即为鸟类提供栖息地。雨水排水、自然外观和植物的多样性也得到了很高的评价。居民认为当地环境提供的ES最少的是阴凉处。在康乐服务中，人们对体育活动的评价最高，其次是社交活动和自然探索。居民对当地环境所提供的娱乐服务的评价差异最大。

在被评估的8个坏处中，回答的中位数从不同意(2)到同意(3)不等。人们对当地环境导致健康问题(如过敏)、吸引有害的害虫和加剧夏季炎热持最消极的态度(表1)。相反，他们往往不同意他们的社区环境导致洪水、犯罪和杂乱的外观。相比之下，杂草和环境污染被认为是适度的。居民们对讨厌的害虫(包括动物和杂草)的看法差异很大。

(2)人们的感知如何反映生态系统服务和损害的不同维度?

我们首先对所有17个ES和EDS变量进行了因子分析，产生了4个因素(附录2)。第一个因素主导了其他因素，解释了数据中39%的方差，相比之下，后续因素的方差为6-9.5%。除了两个变量外，其他变量都对主要因素有显著影响;健康问题和雨水排水是例外。第二、第三和第四个因素(在成分矩阵中)是弱的，大多数变量的负载低于0.4。此外，这个因子分析没有产生一个旋转的模式矩阵。这些结果表明，可以创建包含所有ES和EDS变量的综合量表。相比之下，对ES和EDS变量的因子分析表明，它们可以被视为综合量表，或作为对特定ES和EDS的独特感知(如旋转矩阵表2和表3所示)。

ES变量的因子分析产生了两个不同的因素(表2)，它们被确定为感知的重要子维度。第一种占数据方差的28%，明确强调了自然美学的好处，即看起来自然而美丽，同时还提供了各种植物。第二个因素(占方差的11.5%)独特地体现了当地社区环境的娱乐价值，包括体育活动、自然探索和社交活动的机会。

对于感知的EDS，在产生一个整体因素(在成分矩阵中)和两个不同因素(在旋转的模式矩阵中)方面，因素分析结果与服务相似。后者的显著因素负荷(表3)突出了感知伤害的两个不同的子维度。第一个因素(45.1%的方差解释)捕获了环境风险，包括污染、热和洪水。第二个因素(数据中方差的12.8%)标记为生物干扰，强调杂草、凌乱和有害的害虫。

(3)如何将ES和EDS变量结合起来，形成可靠的调查量表?

基于个体变量的原始意图和表面效度，以及因子分析的结果，我们创建了一些可靠的量表，以反映对特定类型的ES和EDS的不同认知(表4)。首先，创建了两个广泛的调查量表，以反映对生态系统服务和有害服务的总体认知。毫不奇怪，ES和EDS量表高度相关(rho = -0.62, p < 0.01)。

关于社会文化ES和EDS，我们创建了四个量表来捕捉居民的感知(表4)。基于因素和可靠性分析，我们创建了两个感知服务的量表:娱乐效益和自然美景(各包括的变量见表2)。第三个量表部分反映了审美损害，并被标记为环境损害(该量表包括的变量见表3)。最后一个量表反映了人们对犯罪和健康问题等社会问题的看法。

关于支持生物多样性的服务，我们创建了两个量表。标记为理想的生物区系(表4)，第一个包括变量，为鸟类提供栖息地和提供各种植物。第二个标签是“不受欢迎的生物区系”，反映了人们对不受欢迎的害虫/动物和杂草的看法。尽管这些量表中的一些变量被包含在其他量表中，例如自然美和环境危害(见表4)，但我们建立这些更有针对性的量表，因为我们对了解居民对当地环境中的动植物的看法特别感兴趣。

最后，我们创建了三个量表来调节不良服务(表4)。第一个量表代表了从因子分析中产生的环境风险(包含的变量见表3)。考虑到我们的研究团队对热缓解和雨水管理的特殊兴趣，我们创建了两个更狭窄的范围。这些量表被框定为可感知的风险，捕捉了热压力和雨水问题。热应激包括变量，恶化夏季炎热和提供荫凉，其中荫凉变量被反向编码，这样高的值相当于感知热应激。同样，雨水问题包括变量，导致洪水和(反向编码)排水。

(4)不同人群和地区对生态系统服务和服务的感知差异如何?

我们现在演示如何分析可靠的ES/EDS量表与不同人群和地区的关系。首先，邻里比较(图1)清楚地显示了一个趋势，相对于高收入地区的居民，相对低收入地区的居民感知到的服务减少，而不服务增加。当社区按其在城市核心区与城郊和边缘地区的位置进行分组时(详情见图1中的注释)，方差分析检验表明，与边缘社区的居民相比，城郊地区的居民报告的服务水平较低(F = 18.2, p < 0.01)，而提供的服务水平较高(F = 21.6, p < 0.01)(边缘地区与城郊地区的两两比较p < 0.01)。

第二，种族间的差异也很明显。具体来说，西班牙裔/拉丁裔居民(图2)对当地环境中的服务和不服务表达了中立的观点，而其他居民，主要是白人/盎格鲁人居民，认为他们的社区中有大量的服务，很少有不服务。即使在控制收入的情况下，西班牙裔/拉丁裔种族显著解释了感知ES/EDS的差异(表5)。

讨论

我们建立了一个多层面的方法来衡量关于当地城市环境对生态系统服务和损害的贡献程度的看法。该方法包括专家对面部效度的输入和可靠性的统计测试，可以广泛用于建立可靠的调查量表，捕捉各种信仰、价值观和态度。事实证明，这种方法对于理解当地社区中人们对ES和EDS的信念是有用的，此外还可以开发可靠的综合量表，反映对特定的负面/服务的独特看法。此外，综合量表的分析清楚地揭示了感知ES和EDS的趋势，以及它们在不同人群(即基于收入和种族)和地点(即在整个大都市地区的不同地点的社区)之间的显著差异。然而，还需要进行更多的研究，以更充分地理解关于生态系统服务和损害的主观观点，包括总体和与个人特征、景观特征和其他背景因素的关系。

为了将我们的方法应用到其他环境中，研究人员应该根据其研究领域的生物物理和社会文化环境调整所评估的ES和EDS。考虑到我们的数据是在美国西南部一个炎热的沙漠城市生态系统中收集的，我们非常关注美学和娱乐价值以及环境风险，如热应激。然而，在未来的评估中，有必要对所评估的ES和EDS进行修改，以及它们的措辞，以捕捉其他生态系统和环境中的关键问题。例如，在农业或农村环境中，应将粮食、木材和其他对当地生计有重大影响的资源的供应列为基本服务。事实上，先前的研究报告表明，与美学和娱乐等社会文化价值相对重要的工业化社会相比，在欠发达环境下的传统社区，这些供应服务往往更重要(Milcu et al. 2013)。此外，在工业化程度较低的情况下，供应和其他服务往往是生存和文化认同的核心。因此，我们的调查方法应该根据特定地方的当地情况进行修改。

在我们的研究中，我们将ES和EDS分别定义为来自生态系统的积极和消极结果。在某些情况下，例如对于热应激/缓解和洪水/雨水排水，复合调查量表反映了结果的相反方面(Shackleton等，2016年)。这些措施类似于人们对环境风险的认识。然而，对其他ES和EDS的信念反映了态度上的评价，因为一些调查陈述包含了固有的积极或消极形容词，如在评价美学时“美丽”与“凌乱”。在与生物多样性相关的量表中，一个指标反映了支持野生动物栖息地的生物区系，这可能被视为当地环境提供的一项服务，即使个人不重视或不欣赏它。换句话说，尽管我们从环境研究人员的角度将这个规模标记为“理想的生物区系”，但人们可能并不一定认为野生动物栖息地或植物多样性对他们或当地社区的福祉有益。相比之下，“不受欢迎的生物群”量表天生代表了更多的负面判断，因为使用的术语，如“不受欢迎的害虫”和“杂草太多”，把这些变量定义为有害的。这些区别突出了基于调查问题的精确措辞的不同类型的主观评价，从而证明在解释调查措施的含义时需要仔细考虑其表面效度。

与其他类型的ES/EDS相比，跨社会文化ES/EDS还应进行一个重要的区分。也就是说，对社会文化服务，特别是非物质服务的主观判断，对于评估这些服务是否由生态系统提供至关重要，因为它们的价值和意义从根本上取决于人们对它们的想法和感受。相比之下，无论人们是否关心、了解和/或直接受到生态系统服务(或有害服务)的影响，生态系统服务(或有害服务)所体现的更多的物质利益(或风险)都可能存在。因此，我们认为，对任何生态系统服务(或有害服务)的最终估值(或贬值)应考虑居民或利益相关者对它们的看法，以及他们可能如何直接使用或受益于它们(Milcu et al. 2013)。这一观点得到了Scholte等人(2015)的支持，他们确定ES的社会文化价值的框架强调了服务和受益者之间互动的重要性，特别是包括他们所拥有的关于ES的信息以及他们对这些信息的认知和使用。

由于对ES和EDS的感知可能不能反映服务或伤害的实际生物物理传递(Sholte等人2015,Larson等人2016)，与ES和EDS的客观度量相关的感知和其他主观判断(如价值观)的评估是未来研究的一个关键方向。这样的研究可以回答以下问题:人们对源自生态系统的好处(或风险)的认知有多准确?人们在多大程度上重视这些生态系统服务，即重视它们或认为它们是有益的?人类行为，例如娱乐活动，如何反映生态系统的使用收益，这些直接和间接地影响其他感知的ED/EDS?这些问题将在景观配置、植被组成和其他生态系统服务方面得到最有效的探讨，这些服务将影响和受与之交互的人的影响(Sholte et al. 2015)。除了对ES和EDS的生物物理测量和调查外，评价它们的其他有价值的技术包括实地观察、文献研究和定性访谈或焦点小组。

总体而言，采用混合方法的跨学科研究对于推进关于生态系统结构和功能如何影响特定地点或环境下的生态系统服务和有害服务的知识至关重要(Raudsepp-Hearne等人2010,Martín-López等人2012,Mouchet等人2014)。在这里，应该特别考虑人类活动，包括管理制度，如何影响生态系统，以及由此产生的有益和有害的影响。这些信息可以帮助规划者、设计师和其他决策者满足多个环境和社会目标，同时最小化负面结果或它们之间的权衡。

结论

我们提出了一种评估生态系统服务和损害的方法，它强调公众的看法，或者换句话说，是关于当地环境提供ES和EDS的程度的信念。概念和方法的方法通过检查关于生态系统服务和有害服务的信念，补充了现有的生态系统研究。虽然我们评估了亚利桑那州凤凰城城市生态系统的感知，但该方法可以修改为其他生态系统和地方。虽然具体调查项目的包含和措辞应该适应其他研究背景，但用于确保调查措施的有效性和可靠性的方法可以广泛应用于其他研究。将社会调查方法整合到跨学科研究中，将有助于理解人们对生态系统及其结果的想法、感受和行为。反过来，这些知识将促进对社会-生态动力学的认识，同时也为如何增强生态系统服务、同时减少它们之间的伤害的决策提供信息。

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