地理加权逻辑回归模型精准预测贝宁农民对橙色果肉甘薯的采纳意向

本文通过构建模型，揭示影响贝宁农民采纳橙色果肉甘薯（OFSP）的关键因素及区域差异，为推广提供依据。

　　

摘要

橙色果肉甘薯（OFSP）等生物强化作物在农民中的采用率较低，这仍是粮食安全的主要问题。准确的 OFSP 采用意向预测模型对育种和引进项目至关重要。本研究旨在：（i）综合多种因素，确定贝宁农民对 OFSP 采用意向的关键预测因素；（ii）通过不同的建模方法研究这些预测因素的区域差异。研究使用了包括社会、地理和心理因素在内的多种预测变量，对贝宁不同甘薯产区的采用意向进行建模，并开发和评估了逻辑回归（LR）和地理加权逻辑回归（GWLR）模型。结果显示，GWLR 模型表现显著优于 LR 模型，验证结果达到 94.2% ，而 LR 模型为 87%。GWLR 模型准确识别出中高采用倾向的区域，主要集中在贝宁北部，与观测数据高度吻合。驱动因素存在显著的空间异质性，在不同区域对 OFSP 采用意向的影响各异，相关性从正到负不等。GWLR 模型在阐释各种因素的空间差异方面表现出色，为更可靠地预测 OFSP 采用提供了有前景的途径。

引言

维生素 A 缺乏（VAD）仍然是全球健康的关键问题，在发展中国家，主要影响学龄前儿童和孕妇。贝宁的情况尤为严重，约 66% 的五岁以下儿童受此影响，这一比例远超非洲平均水平。VAD 在贝宁的区域差异明显，北部地区五岁以下儿童患病率约 82%，农村地区患病率普遍超过 70%，孕妇中也有相当比例受到影响。

生物强化是解决 VAD 和其他微量营养素缺乏的有前景的策略，它通过选择性育种、农艺实践和基因改造等方式，提高主食作物的营养含量。橙色果肉甘薯（OFSP）是生物强化的重要成果，食用一定量的 OFSP 可满足五岁以下儿童约 100% 的维生素 A 推荐摄入量，对预防 VAD 有重要作用。

尽管 OFSP 潜力巨大且推广力度大，但农民对其采用率仍低于预期。以往研究主要关注农艺、感官、市场和种子系统等因素，而对心理因素的研究多采用聚合测量，忽略了个体信念成分的具体影响，且常忽视社会环境和农业生态位置的作用。本研究旨在通过整合农民信念和地理信息，弥补这些研究空白，采用地理信息系统（GIS）技术与心理框架相结合的方法，更全面地理解 OFSP 的采用策略。

概念框架和假设

本研究综合技术接受模型（TAM）、创新扩散理论（IDT）和感知创新特征（PCI），全面理解影响贝宁农民采用 OFSP 的因素。

1. 技术接受模型（TAM）：TAM 用于理解个体接受和使用新技术的因素，主要包括感知有用性（PU）和感知易用性（PEOU）。在农业领域，PU 指农民对新农业技术或品种提高作物产量、减少劳动力的认知，PEOU 指农民对使用新技术或系统的难易程度的感受。
2. 创新扩散理论（IDT）和感知创新特征（PCI）：IDT 关注新技术在社会系统中的传播，其决策过程包括知识、说服、决策、实施和确认五个阶段，创新特征影响采用决策。PCI 对 IDT 进行了细化，确定了八个关键特征，包括相对优势、易用性、形象、可见性、兼容性、结果可展示性、自愿性和可试验性。
3. TAM 和 PCI 的整合：TAM 的构建是 PCI 的子集，本研究排除了 PCI 中与 TAM 重复的易用性和相对优势，以及在农业场景中不适用的自愿性。
4. 外部因素对农民采用新技术的影响：外部因素包括农民的社会经济和社会人口特征（如年龄、教育、收入）、农场属性（如农场规模、市场准入、环境条件），这些因素显著影响采用决策。社会人口特征与心理因素相互交织，农场属性也在技术采用中起关键作用。
5. 假设：本研究提出两个假设。一是地理加权逻辑回归（GWLR）模型在预测农业技术采用意向方面比标准逻辑回归（LR）模型表现更好；二是采用预测因素（心理、社会经济和农场特征）对 OFSP 采用意向的影响在地理空间上存在显著差异。

材料和方法

1. 研究区域和抽样方法：研究在贝宁进行，选取五个部门，根据甘薯生产数据、OFSP 引进尝试和 VAD 高风险区域，采用目的抽样法确定部门，再用简单随机抽样选取 17 个市镇，最后通过雪球抽样选取 513 名农民。
2. 数据收集：2021 年 12 月至 2022 年 9 月通过面对面访谈收集数据，问卷基于 TAM 和 IDT 设计，包括社会人口经济信息、甘薯生产相关信息、社会因素、技术接受和创新感知、农场及市场位置等内容，采用 1 - 3 分的李克特量表，主要研究变量为农民采用 OFSP 的意向。
3. 数据分析：数据分析包括变量选择、基础模型构建、GWLR 模型开发、模型评估和验证。变量选择采用多种方法，如分析相关矩阵、计算方差膨胀因子（VIF），并使用 Lasso、Ridge 和向后消除法，通过比较 AICc、BIC 等标准确定最佳变量组合。
4. 逻辑回归模型：采用二元结果模型，将农民采用 OFSP 的意向编码为 1，否则为 0，构建逻辑回归模型，通过对数变换得出采用概率公式。
5. 地理加权逻辑回归模型：GWLR 模型是在标准逻辑回归模型基础上纳入空间位置数据，使用加权最小二乘法计算各坐标点参数，通过选择合适的核函数和带宽，考虑地理因素对采用意向的影响。
6. 模型评估：使用校正的赤池信息准则（AICc）、贝叶斯信息准则（BIC）和负二倍对数似然值（-2LogL）评估模型拟合效果，值越低模型越好。
7. 模型验证：通过平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、受试者工作特征曲线下面积（AUC）等指标评估模型性能，还计算了精度、F1 分数和准确率等指标，使用 R 软件进行模型拟合和验证，ArcGIS 生成地图。

结果

1. 农民社会经济特征：调查中男性占比 87.9%，年龄集中在 31 - 50 岁，多数农民经营 0 - 5 公顷的小农场，41.5% 的农民种植 0.26 - 0.5 公顷的甘薯，家庭规模以 5 - 9 人为主，47.6% 的农民没有接受过正规教育，35.7% 的农民收入处于最低水平。
2. 变量选择和逻辑回归参数估计：变量的 VIF 值均小于 5，表明不存在多重共线性。向后消除法在变量选择中表现最佳，所选变量均具有统计学意义，其中农民信息可靠性（FIR）和水源接近度（WSP）对农民采用意向有负面影响。
3. 地理加权逻辑回归参数估计：变量存在正的空间自相关，除年龄外，其他变量在 GWLR 模型中均表现出非平稳的空间特征。系数分布显示不同区域变量影响存在差异，南部地区空间异质性更为明显。
4. 模型评估：GWLR 模型在拟合和验证阶段均表现出色，AIC、BIC 和 -2LogL 值均低于 LR 模型，ROC 曲线和残差分布也表明 GWLR 模型能更好地捕捉数据模式。
5. 贝宁 OFSP 采用概率的预测：LR 模型预测北部和南部地区均有较高的采用意向概率，GWLR 模型则显示高采用意向区域主要集中在东北部，南部地区分布较为分散。

讨论

与 LR 模型相比，GWLR 模型在拟合和验证结果上有显著改进，能更好地考虑空间变化，其区域特异性增强了预测准确性和实际相关性。研究发现，家庭空间位置和农田资源对农民采用新技术有重要影响，GWLR 模型为干预策略提供了更可靠的依据。

影响 OFSP 采用的因素多样，多数因素有积极影响，但 FIR 和 WSP 有负面影响。FIR 反映了农场内部网络信任的重要性，WSP 则与低地地区的涝灾风险有关。生产启动容易度（PIE）、OFSP 生产兼容性（OPC）、结果可展示性（ResD）、可见性（VIS）、感知健康改善（PHI）、甘薯生产频率（SPF）和甘薯市场准入（SPMA）等因素均对采用意向有积极影响。

不同区域影响因素的作用存在差异，南部地区由于田间距离短，信息交流便利，各因素影响更为显著。研究强调了考虑空间异质性在农业技术采用研究和干预设计中的重要性。

结论

本研究构建 LR 和 GWLR 模型评估贝宁农民对 OFSP 的采用意向，发现关键驱动因素存在显著空间异质性。GWLR 模型预测能力更强，表明在采用研究中考虑空间异质性的重要性，也提示需要针对性的干预策略。研究结果对 OFSP 推广和育种计划具有指导意义，为农业创新采用研究提供了参考框架。

研究局限性

本研究采用综合方法预测新品种采用，但存在一些局限性。三点李克特量表可能无法精确捕捉受访者态度的细微差异，变量选择程序存在对初始条件敏感和可能遗漏非线性关系的问题，513 个观测值的样本量可能影响研究结果的普遍性。