復雜適應條件下鄉村景觀空間分析的理論基礎與指標體系

李明++徐建剛

摘要：探討復雜適應條件下鄉村景觀的人文內涵，認為鄉村景觀本質上屬于文化景觀的范疇，并以此為基礎構建基于物質性與非物質性特征的鄉村景觀分類框架。在前人的研究基礎上，針對鄉村空間的復雜性和影響因子的多樣性，探討鄉村景觀的地理信息系統（GIS）空間分析手段，構建以空間可達性、敏感性、空間網絡格局分析為基礎的鄉村景觀評價指標體系，并指出下一步研究的工作重心。

關鍵詞：鄉村景觀；復雜適應系統；地理信息系統；可達性；敏感性；空間網絡

中圖分類號： F301.23；TU982.29文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0186-04

收稿日期：2014-08-12

基金項目：國家自然科學基金（編號：51278239）。

作者簡介：李明（1977—），男，江蘇南京人，博士研究生，研究方向為城市與區域規劃方法、城市與區域空間分析模型。E-mail：573567882@qq.com。

通信作者：徐建剛，教授，博士生導師，研究方向為城市與區域規劃方法、數字城市與規劃、城市與區域空間分析模型、城市GIS應用開發等。E-mail：xjg12@sina.com。從地域的角度看，鄉村景觀是“鄉村”地區的“景觀”，是一種由自然環境、經濟和社會三大系統形成的復合景觀系統，具有明顯的田園特征[1]。從時間演進的角度看，鄉村景觀是歷史過程中不同文化時期人類對于自然環境干擾的記錄[2]。鄉村景觀作為一個有機整體，在外象上表現為景觀的地域環境和地域特征，在內涵上折射出地域民俗與社會經濟情況、地域藝術與文化等多方面的內容，同時其在每一個側面又包括各種不同的層次和諸多的因素。

長期以來，城鄉規劃領域存在重城市、輕農村的二元觀點。2008年城鄉規劃法正式實施，旨在加強城鄉規劃管理，協調城鄉土地整理，促進城鄉經濟社會全面協調可持續發展。然而，在城鄉統籌的目標驅使下，我國鄉村的城市化和休閑化趨勢也日益明顯，極易導致鄉村景觀風貌的同質化。在“鄉土中國”邁向“城市中國”的巨變中，這種同質化現象正受到越來越多的關注，針對性的研究方法與解決方案也不斷涌現出來。從復合景觀系統的定性到定量的綜合集成法[3]的角度看，基于地理信息系統（GIS）的空間分析方法總體上是對鄉村景觀空間異質性研究的有效途徑，對促進良性城鄉統籌與可持續發展起重要作用。但是，目前針對我國鄉村景觀的GIS空間分析方法仍存在一些局限：（1）由于學科視角與應用出發點不同，學界對鄉村景觀的相關分類體系尚未達成一致，導致其空間分析方法和評價指標往往大相徑庭，迄今未形成完整通用的評價體系；（2）我國的鄉村景觀研究工作起步較晚，GIS空間分析與評價的內容多以自然生態要素為主，人文要素的內容較少；（3）有限的人文領域的空間分析成果更多集中在遺產保護領域，并集中于中小尺度的案例，并未形成一個具有普適意義、跨尺度的架構，導致鄉村景觀空間分析理論的孤立與研究對象的不完整。

近年來復雜性科學與城鄉規劃學科領域的交叉研究成果不斷涌現。圣塔菲研究所代表人物之一的Holland于 1996 年提出的復雜適應（complex adaptive system，CAS）理論[4]，是對這種人文關照下的城鄉空間復雜性特性的宏觀描述。從這個角度來看，我國的鄉村景觀研究應重點考察人類個體與鄉村環境的相互作用機理，強調在景觀系統內部要素的自適應行為。因此，基于地理信息系統的鄉村景觀空間分析不應僅僅是對鄉村發展結果的被動研究，而應是一種對人與空間環境的相互作用與聯系的探究模式。以此為目標，本研究立足于整體性鄉村空間，建立了在“互適應”觀點下的鄉村景觀特征分類框架，此基礎上還構建了以空間可達性、敏感性、空間網絡格局為主要內容的三大類鄉村景觀空間分析的指標集，希望可以推動我國鄉村景觀資源的整體性評價、有機性保護和有效利用，并實現對城鄉規劃領域內鄉村景觀空間營建與保護的客觀控制。

1復雜適應條件下鄉村景觀空間分析的理論基礎

1.1鄉村景觀的內涵與類型

Holland的“適應性造就復雜性”的描述[4]，是對人類主體與物質客體相互適應所形成的復雜性特性的宏觀描述。鄉村景觀是各種復雜的物理、生物和社會因子相互作用的結果，在這種相互作用的機制下，人與環境的相互適應造就了鄉村景觀的復雜性特征。傳統上看，景觀可以大致分為自然景觀、文化景觀兩類，其中文化景觀是人類把自己的某些思想形態或觀念意識同自然景觀相結合產生的一種復合景觀。從人與環境的相互適應觀點看，鄉村景觀是由大量相互作用的人與景物的單元構成的、物質與心理互動的系統，反映了人對自然環境的改造，是“附加在自然景觀之上的各種人類活動形態，是任何特定時間內形成一地基本特征的自然和人文因素的復合體，并因人類的作用而不斷變化，反映了人類文化與自然環境相互影響、相互作用的關系和結果[5]”。因此，鄉村景觀本質上屬于文化景觀的范疇。

從可視的角度來看，鄉村景觀可以分為物質性和非物質性兩大類[6]。如果將這種分類關系體現在鄉村中，物質性的鄉村景觀包含了空間環境、人的行為、建筑聚落等因素，強調的是人對環境的直接感知；而非物質的鄉村景觀則包含了基于文化和社會的特征，強調的是人與生存環境之間的一種精神聯系。在李和平等的研究基礎上[7]，將我國常見的鄉村景觀類型歸納如下（表1）。

1.2鄉村景觀的GIS空間分析工具

對鄉村進行研究的前提，是承認他是由多個自然系統與人文系統構成的異質性區域。伴隨著復雜性科學、生態學理論與人文研究領域的相互滲透，在對景觀所進行的異質性分析過程中，出現了使用“關系”“格局”“過程”“尺度”等詞匯來描述鄉村景觀及其變化關系。可以這樣描述：人類主體與景物客體的相互適應過程產生鄉村景觀格局，鄉村景觀格局又作用于主客體的相互適應過程，人類與景觀要素又在不同的空間尺度下呈現出不同的關系類型[8]。從文本意義上看，“關系”“格局”“尺度”等詞匯都具有強烈的空間概念，因此空間角度的研究對鄉村景觀整體性評價的意義不言而喻。endprint

就國內外的研究來看，定量化的空間研究大體可歸結為空間相互影響分析、空間統計和格局分析、空間過程模擬分析、空間運籌等[9]。空間分析的目的是從鄉村景觀的空間位置、聯系等方面對其做出定量的描述，因此，對景觀空間相互影響的研究尤其重要，要求利用狀態變量和影響因素之間的關系類比建立數學模型，以實測數據回歸分析獲得參數，并在此基礎上進行分析與預測。而在建立景觀空間聯系的過程中，隨著地理信息系統理論、空間數據庫理論的長足發展，各種空間定量分析工具為不同尺度的鄉村景觀空間檢索與模擬研究提供了可能；地理信息系統與獨立空間分析軟件包的結合使用，不僅可以被用來采集和處理數據，還可以用來進行復雜性科學研究中通常采用的自下而上的空間分析和空間模擬，并形成各類專題圖紙[10]。經過用戶長期實踐檢驗，有一些通用的分析手法（如空間疊加分析、緩沖區分析等）被認為發展的較為成熟，并以此為基礎衍生出空間可達性分析、敏感性分析、空間網絡格局分析等對鄉村景觀評價至關重要的3大工具包。

1.3鄉村景觀的多指標綜合評價方法

進行鄉村景觀空間分析的基礎，是多指標綜合評價理論與方法。多指標綜合評價是指：為了得到一個綜合指標，需要將標的物的指標信息加以匯集，并以此為依據綜合反映標的物物情況。隨著各學科領域的相互滲透，多指標綜合評價的方法體系也在不斷豐富。目前國內外綜合評價方法眾多，以權重賦值的方式，可以分為主觀賦權評價法和客觀賦權評價法：2種。其中主觀賦權評價法比較多采用定性方法，如層次分析法、模糊綜合評判法等；而客觀賦權評價法是依照指標間的關系以及各項指標的變異程度來確定權重，比如灰色關聯度法與主成分分析法等。

在復雜適應理論中，“層次”是其重要觀點。對鄉村景觀的層次結構進行定性與定量綜合集成研究來看，采用專家咨詢的多指標綜合評價法（即層次分析法）可以取得比較好的效果。該方法以系統化、層次化的觀點分析評價物，量化專家經驗，是一種簡便、靈活、利于操作的決策方法。層次分析法的基本原理是：先把復雜的鄉村景觀評價問題中的各個指標分解為若干個有序層次，每一層次中的鄉村景觀元素具有大致相等的地位，同時在層次之間建立有序的遞階關系；由評估專家組或決策者按照指標考核的內容進行單項指標打分，并通過計算確定指標的評分值；用多目標線性加權函數的方法計算綜合評價結果。其函數表達式為

Y=∑mi=1（∑nj=1Ij·Rj）·Wi。（1）

式中：Y為總得分（即綜合評價）；Ij為某單項指標的現狀可達性評分；Rj為某單項指標在該層次下的權重；Wi為項目層的權重。

2復雜適應條件下鄉村景觀空間分析方法與評價指標體系

2.1可達性分析與評價指標體系

在復雜適應系統理論中，有適應能力的個體需要與環境進行交流，這種交流一方面體現在作為“人”的主體抵達具體目標的難易程度，另一方面體現在作為“景物”的客體克服距離障礙與主體進行空間交流的難易程度。這兩方面的因素導致了空間可達性分析成為鄉村景觀GIS空間分析的重要內容。將鄉村景觀的空間可達性被認為是人克服距離、旅行時間和費用等阻力到達一個設施或活動場所的愿望和能力的定量表達[11]。

出于鄉村景觀不同層次的可達性應用需求，涉及到的影響因素及其制約度也不盡相同，綜合看有如下3個層次空間可達性評價的應用：（1）僅涉及交通因素的評價方法，其可達性的度量計算簡單且易于理解，常用的如距離法；（2）涉及到交通因素與土地使用因素的評價方法，包括重力模型法、頻率法、累積機會法等，是目前應用較為廣泛的可達性評價方法；（3）不但考慮交通與土地利用因素，還涉及到時間因素以及個體差異的評價方法，這是可達性應用的最高層次，如時空法和效用法等[12]。在評價工具上，借助于GIS技術構建的鄉村景觀可達性評價的框架性平臺，可以較好地解決空間可達性系列指標的尺度界定與數據精度的難點，更有利于不同研究區的橫向比較。

基于鄉村景觀空間可達性評價的內涵特征與數據來源特點，出于評價指標的易獲取、易于進行空間分析與計算的要求，本研究基于復雜適應理論的“層次”觀點，選取了以土地利用干擾、交通系統導入為基礎、宏觀與微觀2個指標層面的空間可達性評價指標體系（表2）。表2鄉村景觀空間可達性評價指標體系

項目層因素層指標層（宏觀）指標層（宏觀指標細分為微觀指標）土地利用干擾角度的可達性評價建設用地因素農村居民點建設用地、區域交通設施用地、區域公共設施用地等指標集村莊建設用地、鄉建設用地、城鎮建設用地、獨立建設用地等指標集非建設用地因素水域指標集、農林用地指標集、其他類型非建設用地指標集自然水域、水庫、坑塘溝渠、濕地、農地、林地等指標集交通系統導入角度的可達性評價交通系統強度因素交通覆蓋程度、路網密度等指標集各級公路網密度、村村通道路密度、鐵路網密度等指標集交通準入程度因素交通樞紐節點分布、交通障礙節點、農村居民出行選擇等指標集交通區內外銜接度、交通站點輻射度指標集、交通發生與分布、機非交通選擇難易度等指標集

2.2敏感性分析與評價指標體系

復雜適應系統理論中的主客體關聯原則與鄉村景觀敏感性分析原則一致。由于鄉村景觀與人類活動密切相關，景觀的自然與人文復合的特性體現出人與景觀相互作用以及人對景觀認知的過程中景觀處在一個極易發生變化并呈現在景觀及其環境系統中的特征[13]，在這個意義上，基于復雜適應性原理的鄉村景觀敏感性評價方法至少涉及3個方面，分別是生態敏感性評價、視覺敏感度評價、人文聚落環境的敏感性評價。

在生態敏感性評價方面，在不損失或不降低景觀環境質量情況下，關鍵在于生態因子對外界壓力或變化的適應能力[14]。目前已有不少學者從生態系統的特點入手，把生態敏感性評價作為各類城鄉規劃的基礎，并形成多個生態環境敏感性區劃成果[14-16]。對于鄉村景觀視覺敏感性評價，是以景觀感知者移位換景的角度對景觀環境的視覺敏感性進行的評價，是從確定并建立單項評價因素及其權重，并進行視覺敏感性多指標綜合評價、形成評價圖的過程[17]。對于人文聚落敏感性評價，目前的研究主要集中于具有歷史與現代特征的構筑物的現狀評價，以及人的活動對環境的進入程度、干擾評價方面。在技術平臺方面，以空間數據庫為基礎的軟件，為鄉村景觀敏感性評價提供了操作平臺[18-19]。endprint

與國外研究相比，目前我國景觀敏感性評價研究主要以GIS軟件平臺上的物質性生態敏感性為主，而涉及到復雜適應系統中人為主體的視覺敏感性與聚落環境敏感性評價內容尚不多見。在既有的研究成果中，由于學者視角與出發點不同，其評價指標體系往往大相徑庭，迄今未形成完整的評價指標體系。本研究歸納基于人與環境互適應過程中的生態、視覺、鄉村聚落三大類敏感性評價指標體系（表3）。

2.3空間網絡格局分析與評價指標體系

各種自然生態網絡、人文網絡、緩沖區網絡是區域性景觀空間中廣泛存在的3種空間網絡，它們既相互交織又相對獨立，共同構建了區域性景觀的整體性特征[20]，在景觀尺度上構建和發展自然與人文要素網絡被認為是改善區域鄉村景觀資源價值的一種極其有效的方法。

從復雜適應系統理論的視角來看，有適應能力的人類主體與景觀客體都是主動的，其存在不僅僅是為了實現系統所交給的某一項任務或功能，而且還有自身的目標或取向。在這個意義上，景觀系統中的自然與人文要素網絡不但能按照某種固定方式作出反應，還能在與環境交互中“成長”或“進化”，空間網絡主動性演化成為鄉村景觀系統進化的基本動因。因此，對鄉村景觀空間網絡格局的分析將涉及到2個方面的含義：一是充分利用在鄉村景觀空間中廣泛存在的關鍵局部，使其在維護鄉村景觀整體性的健康性和安全性過程中起關鍵性作用，并在此基礎上形成對鄉村景觀廊道形成潛力評估；二是由于各種影響斑塊連通性的阻力因子普遍存在并且異常復雜，在很大程度上制約鄉村景觀網絡的形成，因此要對限制鄉村景觀廊道形成的阻力因素進行評估。

從目前研究來看，越來越多的學者以景觀廊道整合潛力與阻力作為構建景觀網絡格局評價指標體系構建的要素。其中，鄉村景觀網絡及其廊道形成潛力評估的重點在于，在識別鄉村景觀關鍵節點的基礎上，針對以河道、水渠、濕地為代表的自然廊道和以公路、鐵路為代表的人工廊道進行景觀引導、景觀過渡能力測度，并形成廊道整合潛力綜合評價，促成景觀斑塊連通與整體保護[21]。對景觀廊道形成阻力評估的重點是：承認景觀要素遷移的阻力主要來自于人為的干擾，并出于對評價指標的可量、可比的要求，將人類的土地利用方式作為干擾強度的主要區分方式，并在宏觀層面和微觀層面分類量化，以此作為對鄉村景觀阻力的評價指標。本研究試圖在眾多的評價因子中，在綜合前人的研究成果上，建立的鄉村景觀空間網絡格局評價指標體系（表4）。

3結論

當前我國鄉村景觀資源正面臨著巨大的擾動和深刻的轉型，作為傳統農業大國，中國鄉村景觀的復雜變遷不可能是從“傳統”到“現代”的單向過渡，其中必定充滿著矛盾沖突與復雜的結構轉換。從城鄉規劃學科領域中，針對發展過程中的復雜、差異、非平衡現象是近幾年國際的一個研究熱點。在復雜性科學基礎之上建立起有效的鄉村景觀空間分析手段與評價指標體系，不但可以充分整合自然與人文、傳統與現代的鄉村景觀元素，還可以在對區域性農業空間肌理進行價值的梳理，推進鄉村景觀系統的完整保護與開發。基于這個目的，本研究在復雜適應性理論的框架下，針對主體（人）與客體（景觀）相互關聯的特征，梳理了鄉村景觀的物質與非物質分類特征，并闡述了鄉村景觀的GIS空間分析方法，并從空間可達性、敏感性、空間網絡格局3個方面構建了操作性較強的分析與評價的指標體系。

本研究的理論探索為鄉村景觀研究與復雜性科學研究提供了新的思路，接下來的工作是基于GIS技術平臺，進一步確立鄉村景觀空間分析的模型體系和評價指標的度量標準，并通過實證研究完善空間可達性、敏感性、空間網絡格局的空間分析與評價的具體應用方法，為鄉村景觀資源的保護、管理和規劃提供科學依據，促進城鄉規劃的良性運作與區域空間的可持續發展。

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