Interactions between ecosystem services and land use in France: A spatial statistical analysis - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Frontiers in Environmental Science Year : 2022

Interactions between ecosystem services and land use in France: A spatial statistical analysis

Interactions entre les services écosystémiques et l'utilisation des terres en France : une analyse statistique spatiale

Abstract

The provision of ecosystem services (ESs) is driven by land use and biophysical conditions and is thus intrinsically linked to space. Large-scale ES models, developed to inform policy makers on ES drivers, do not usually consider spatial autocorrelation that could be inherent to the distribution of these ESs or to the modeling process. The objective of this study is to estimate the drivers of ecosystem services in France using statistical models and show how taking into account spatial autocorrelation improves the predictive quality of these models. We study six regulating ESs (habitat quality index, water retention index, topsoil organic matter, carbon storage, soil erosion control, and nitrogen oxide deposition velocity) and three provisioning ESs (crop production, grazing livestock density, and timber removal). For each of these ESs, we estimated and compared five spatial statistical models to investigate the best specification (using statistical tests and goodness-of-fit metrics). Our results show that (1) taking into account spatial autocorrelation improves the predictive accuracy of all ES models (Δ R 2 ranging from 0.13 to 0.58); (2) land use and biophysical variables (weather and soil texture) are significant drivers of most ESs; (3) forest was the most balanced land use for provision of a diversity of ESs compared to other land uses (agriculture, pasture, urban, and others); (4) Urban area is the worst land use for provision of most ESs. Our findings imply that further studies need to consider spatial autocorrelation of ESs in land use change and optimization scenario simulations.
La fourniture de services écosystémiques (SE) est déterminée par l'utilisation des terres et les conditions biophysiques et est donc intrinsèquement liée à l'espace. Les modèles d'ES à grande échelle, développés pour informer les décideurs politiques sur les moteurs des ES, ne prennent généralement pas en compte l'autocorrélation spatiale qui pourrait être inhérente à la distribution de ces ES ou au processus de modélisation. L'objectif de cette étude est d'estimer les moteurs des services écosystémiques en France en utilisant des modèles statistiques et de montrer comment la prise en compte de l'autocorrélation spatiale améliore la qualité prédictive de ces modèles. Nous étudions six SE régulateurs (indice de qualité de l'habitat, indice de rétention d'eau, matière organique de la couche arable, stockage du carbone, contrôle de l'érosion du sol et vitesse de dépôt des oxydes d'azote) et trois SE fournisseurs (production végétale, densité du bétail de pâturage et prélèvement de bois). Pour chacun de ces SE, nous avons estimé et comparé cinq modèles statistiques spatiaux afin d'étudier la meilleure spécification (en utilisant des tests statistiques et des mesures d'adéquation). Nos résultats montrent que (1) la prise en compte de l'autocorrélation spatiale améliore la précision prédictive de tous les modèles d'ES (Δ R 2 allant de 0,13 à 0,58) ; (2) l'utilisation des terres et les variables biophysiques (météo et texture du sol) sont des facteurs significatifs de la plupart des ES ; (3) la forêt était l'utilisation des terres la plus équilibrée pour la fourniture d'une diversité d'ES par rapport aux autres utilisations des terres (agriculture, pâturage, urbain et autres) ; (4) la zone urbaine est la pire utilisation des terres pour la fourniture de la plupart des ES. Nos résultats impliquent que d'autres études doivent prendre en compte l'autocorrélation spatiale des SE dans les simulations de scénarios de changement d'affectation des sols et d'optimisation.

Dates and versions

hal-03890135 , version 1 (08-12-2022)

Identifiers

Cite

Issam-Ali Moindjié, Corentin Pinsard, Francesco Accatino, Raja Chakir. Interactions between ecosystem services and land use in France: A spatial statistical analysis. Frontiers in Environmental Science, 2022, 10, pp.954655. ⟨10.3389/fenvs.2022.954655⟩. ⟨hal-03890135⟩
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