基于“三生空間”協調的農村居民點布局優化研究

劉 鵬, 陳榮蓉, 楊朝現, 信桂新, 王金捷

(西南大學 資源環境學院, 重慶 400716)

基于“三生空間”協調的農村居民點布局優化研究

劉 鵬, 陳榮蓉, 楊朝現, 信桂新, 王金捷

(西南大學 資源環境學院, 重慶 400716)

開展農村居民點布局優化研究，對集約利用土地資源、重塑村落景觀格局具有重要的現實意義。選取典型丘陵區重慶市榮昌區河包鎮為研究區，以農村居民點“共生斑塊”為研究單元，基于“三生空間”協調理念，研究了農村居民點布局優化的策略和方向。結果表明：(1) 基于共生關系建立農村居民點“共生斑塊”更加符合丘陵區的實際情況。將研究區相距50 m以內的農村居民點斑塊進行合并處理后，其數量由2 584個減少到1 047個，實現了具有共生關系的農村居民點斑塊一體化。(2) 依據“三生空間”協調理念，對農村居民點“共生斑塊”等級進行評價，其在空間上呈現出由內向外的差序格局，根據斑塊等級、斑塊規模、三生空間協調度、城鎮規劃，采取“城鎮化、重點建設、規模管控、遷移合并”的差異化布局優化策略。(3) 將重點建設型居民點中的優勢斑塊作為發生元，生成加權Voronoi圖，可指導全鎮農村居民點空間格局趨于合理化。研究認為，“三生空間”協調理念與空間分析工具的有機結合，既完成了農村居民點布局優化，又維持了其空間結構的穩定，有助于實現鄉村轉型與鄉土文化傳承。

農村居民點; 布局優化; 三生空間; 協調度; 加權Voronoi圖

人類社會長期農耕文明發展所形成的農村居民點不僅僅是作為農戶生產、生活的棲息場所，也是鄉村人地關系的一種表達。區域農村居民點聚集程度和空間結構不僅反映了區域的生產關系與社會文化，而且決定了農村土地利用系統的功能結構與綜合效益。近年來，受農村人口大量向城市轉移、鄉村社會轉型發展等諸多因素的影響，一些學者基于人地協調發展和鄉村空間重構的視角，對農村居民點開展了大量的研究。有的學者結合區域地形地貌[1-3]、區位條件[4-6]，圍繞農村居民點演化機制[7-10]、時空特征[11-14]、布局影響因素[15-16]等方面開展了相關研究，并取得了相應的研究成果；也有部分學者借鑒相關學科理論(諸如共生理論[17]、點軸理論[18]、區位勢理論[19]等)圍繞農村居民點格局的形成與優化過程開展了一系列研究，其研究結果豐富了關于農村居民點的理論體系。梳理現有研究成果不難發現，針對農村居民點研究多集中在地形分異性較小的北方平原區，而對地形條件復雜的南方丘陵區關注較少。同時，其研究也多集中在農村居民點的生活空間范疇。農村居民點作為農戶適應生產、生活需求而在一定環境空間下形成的重要場所，其所處的生產、生活和生態空間的優越性及協調性直接決定了鄉村人居環境的優劣程度。基于此，本文選取典型丘陵區重慶市榮昌區河包鎮的農村居民點為研究對象，基于“三生空間”協調理念，在對現狀農村居民點開展評價的基礎上，尋求適應鄉村轉型發展、集約節約利用土地資源的農村居民點布局優化途徑，以期研究結果能為丘陵區農村居民點規劃提供參考和借鑒。

1 研究區概況

河包鎮位于重慶市榮昌區東北部，位于東經105°28′—105°38′、北緯29°30′—29°36′，轄區總面積6 609.4 hm2，境內海拔介于364～465 m，地勢南低北高，起伏不大，屬典型的丘陵地貌區(圖1)。區域內以傳統農業種養殖業和農副產品加工業為主，是典型的以傳統農業生產為主的代表。2015年，全鎮總人口4.42萬人，其中農業人口3.76萬人，非農業人口0.66萬人；下轄3個村民委員會、3個居民委員會共73個自然村；糧食播種面積0.42萬hm2，糧食產量2.30萬t；地區生產總值4.31億元，農民人均收入0.8萬元。全鎮農村居民點總面積為830.44 hm2，共有農戶12 766戶。其中，1～2戶的農村居民點有1 098個，3～5戶的農村居民點有902個，6～10戶的農村居民點有820個。在空間格局上，農村居民點用地比重大，分布混亂、零散，且不成規模，并存在大量的空心村和閑置用地，農村居民點布局優化潛力巨大。

圖1 研究區位置與農村居民點分布

2 數據與方法

2.1 數據來源

本研究采用的基礎數據主要有研究區土地利用現狀(2015年)、城鎮規劃(2009—2030)、數字高程(DEM)、遙感影像(30 m×30 m)、社會經濟統計、農用地分等定級以及實地調查數據。

在土地利用現狀數據庫中利用ArcGIS軟件提取屬性為農村居民點的圖斑，并剔除面積小于0.01 hm2的圖斑，然后通過在同期遙感影像資料上疊加，將擁有共同邊界的農村居民點圖斑以及被道路溝渠等分割的斑塊進行合并處理。經過預處理后，獲得研究區2015年農村居民點斑塊共有2 584個，斑塊總面積為829.95 hm2，最大斑塊面積為8.22 hm2，最小斑塊面積為0.02 hm2，斑塊平均面積0.32 hm2。

2.2 研究方法

2.2.1 農村居民點斑塊合并處理 丘陵地區農村居民點斑塊規模小且布局散亂，有著“大散居，小聚居”的空間分布特征[8]。由于地形地貌的限制，農戶不能毗鄰而居，便形成了丘陵區特有的小聚居格局。在此區域內的農村居民點斑塊間雖存在一定的空間隔離，卻相距不遠，它們有著建立在血緣、地緣基礎上的密切聯系，是具有共同利益和目標的共同體[17]。因此，研究單元不應是空間上孤立的“原始斑塊”，而應是具有共生關系的“共生斑塊”。通過實地調查訪問，配合現場觀測和圖上核準，發現居住在相距50 m以內的農戶在生產生活上具有更為密切的聯系。運用ArcGIS緩沖工具對農村居民點斑塊進行25 m緩沖區分析，將緩沖區有重疊的斑塊合并成一個整體，其規模為原始斑塊面積之和，且形狀和位置均與原始斑塊保持一致(圖2)。

2.2.2 農村居民點斑塊等級評價 本研究遵循評價指標的地域性、合理性、獨立性、可獲取性等原則，充分考慮農戶對生產空間適宜、生活空間便利、生態空間優美的現實需求，選取15個評價指標，構建綜合評價指標體系(表1)。

A 原始斑塊 B 緩沖后斑塊 C 合并后斑塊

圖2農村居民點斑塊合并處理過程

(1) 生產空間。生產空間是農戶增產增收的資源載體。集中連片的高質量農用地、發達的農村道路網絡、高效的灌排設施等，有利于農業生產要素的整合與生產效率的提升，并加快農業現代化進程。本研究選取耕地面積、園地面積、農用地等級、農村道路長度、溝渠長度共5個指標表示生產空間。由于以上數據無法直接從土地利用現狀數據庫中獲取，只能統計到村民小組層面上。因此，除農用地等級采取直接賦值外，其余指標均按照農村居民點斑塊面積與村民小組內農村居民點斑塊總面積的比值進行分配。

(2) 生活空間。生活空間是農戶居住質量的基本保障。在農村地區，持續穩定的收入來源是生活水平得以保障的經濟基礎，而良好的區位條件可降低農戶與社會交易的機會成本。本研究選取人均年收入、離醫院最近距離、離學校最近距離、離交通主干道最近距離、離建制鎮最近距離共5指標表示生活空間。其中，人均年收入數據以村民小組為統計單位，并賦值到對應的農村居民點斑塊上，其余指標則通過空間分析工具進行測算。

(3) 生態空間。生態空間是農戶生產生活的發展基礎。山清水秀算是對生態鄉村的最好詮釋，表現出林盤、草地、水系等自然因素對鄉村生態景觀的塑造。考慮丘陵區的特殊性，地形地貌也是構成生態環境不可或缺的一部分。本研究選取林地面積、草地面積、水源面積、地形位指數、坡向共5個指標表示生態空間。其中，地形位指數由坡度和高程組合而成，能有效反映地形條件。坡向決定了農村居民點的光照環境，其分為陽坡、偏陽坡、偏陰坡、陰坡[20]。

通過特爾斐法確定各項指標權重，并對指標進行0～1標準化處理，如式(1),(2)，最后運用多因素綜合評價法計算農村居民點斑塊綜合分值，見式(3)。

(1)

(2)

(3)

式中：x1，x2分別表示正向指標和負向指標標準化后的分值；c表示指標的屬性值；cmin，cmax分別表示指標的最小屬性值和最大屬性值；F為研究單元的綜合分值；wi為第i個評價指標的權重；xi為第i個評價指標標準化后的分值；n為指標數目。

表1 斑塊等級評價指標體系

根據綜合分值的大小，將農村居民點斑塊分為3個等級，從高到低分別為Ⅰ級斑塊、Ⅱ級斑塊、Ⅲ級斑塊。等級越高，其相對重要程度越大，對周邊農村居民點的吸引力越強，越適合農戶居住，反之亦然。

2.2.3 三生空間協調度測算及布局優化策略 運用公式(3)分別計算農村居民點斑塊生產空間、生活空間和生態空間的評價分值，并在此基礎上，利用函數(4)，(5)進一步計算三生空間協調度。

(4)

(5)

基于丘陵區農村居民點利用特征和布局優化取向，圍繞劣勢斑塊向優勢斑塊遷移合并，以及嚴格管控其他斑塊擴張的目標，依據“集中為主，分散為輔，散中有聚”的原則[16]，并考慮城鎮規劃范圍內的農村居民點就地城鎮化的處置思路[21]，本文提出了城鎮化、重點建設、規模管控、遷移合并4種布局優化策略。

2.2.4 農村居民點斑塊布局優化 Voronoi圖是一種空間分割方法，常規的Voronoi圖僅考慮距離遠近這一因素[22]，卻忽視了發生元的差異。而加權Voronoi圖賦予了發生元不同的權重，考慮了自然社會因素的影響，實現了在各發生元差別明顯情況下新的空間剖分[23]。選取恰當的發生元，以發生元綜合分值的平方根為權重，生成加權Voronoi圖，引導農村居民點布局優化。

3 結果與分析

3.1 農村居民點斑塊等級評價

河包鎮農村居民點斑塊通過前期合并處理后，其斑塊數量由原始的2 584個減少到1 047個，平均斑塊面積由0.32 hm2增加到0.79 hm2，最大斑塊面積由8.22 hm2增加到13.46 hm2，最小斑塊面積由0.02 hm2增加到0.03 hm2。可以看出，合并處理使斑塊數量減半、斑塊平均規模加倍，有效實現了具有共生關系的農村居民點斑塊一體化。

圖3農村居民點斑塊綜合分值

從農村居民點斑塊綜合分值的測算結果來看(圖3)，最大分值為73.64，最小分值為11.86，平均分值為29.11。在1 047個農村居民點斑塊中，綜合分值主要集中在16～44，斑塊數量有993個，占總數的94.84%。運用ArcGIS中Nature breaks(自然斷裂點)法，將河包鎮農村居民點斑塊分成Ⅰ級斑塊、Ⅱ級斑

塊、Ⅲ級斑塊3個等級，其綜合分值分別處于36.85～73.65，26.55～36.85，11.86～26.55之間(圖4)。Ⅰ級斑塊主要集中在白塔社區及其周邊一定范圍，共計312.86 hm2。由于鎮政府辦公所在地和城鎮建設區均位于白塔社區，該區域及其周邊的農村居民點在生產空間、生活空間及生態空間上更具優越性。Ⅱ級斑塊則較為均勻地分布在白塔社區外圍的各個社區及村域內，共計315.39 hm2。該等級農村居民點生產空間和生態空間良好，但由于距離城區相對較遠而導致生活空間欠佳。Ⅲ級斑塊主要分布在靠近鎮界的邊緣區域，共計201.7 hm2。該等級農村居民點自然地理環境較差、農戶收入水平偏低、基礎設施相對缺乏，其生產空間、生活空間和生態空間均受到一定的限制。總體看來，農村居民點斑塊在空間上呈現出由內向外的差序格局。

圖4農村居民點斑塊等級分布

3.2 農村居民點斑塊布局優化策略選擇與安排

為科學合理地選擇農村居民點斑塊布局優化策略，根據斑塊等級、斑塊規模、三生空間協調度、城鎮規劃，并參考河包鎮土地整治規劃中關于農村居民點整治相關技術標準，制定出相應布局優化策略的選擇規則(表2)與實施安排。

表2 農村居民點斑塊布局優化策略選擇規則

(1) 城鎮化。城鎮化型居民點位于城鎮規劃范圍內，其區位條件優越，受城市帶動顯著。在高度協調區域發展規劃的前提下，將其有計劃、有步驟在納入城鎮管理體系，提升鄉村產業水平，完善基礎設施配套，并通過合理調整土地產權，采取就地城鎮化。

(2) 重點建設。重點建設型居民點生產空間適宜，生活空間便利，生態空間優美，三生空間協調發展，對周邊農村居民點具有較大的吸引力。考慮其主要負責接納遷移合并型居民點，需在合理的空間范圍內進行重組與優化布局，并進一步完善農村居民點周邊的基礎設施配套與公共服務體系，實現鄉村資源有效整合與高效利用。

(3) 規模管控。規模管控型居民點三生空間綜合條件較為優越，容納了全鎮絕大多數農戶，但其外延式擴張迅速，集聚度較低，一定程度上加大了農村基礎設施和環境改善的成本。在對其進行布局優化的過程中，應將外部控制與內部挖潛相結合，注重農村居民點間空閑地改造，減少土地資源的閑置與浪費，同時防止農村居民點無序擴張占用優質耕地，提升農村土地集約節約利用水平。

(4) 遷移合并。遷移合并型居民點居住環境較差，且在空間格局上相對孤立，與周邊農村居民點鮮有往來，共生關系網絡薄弱，不適合農戶居住。因此，應在充分尊重農戶意愿的前提下，將其適度有序遷至居住環境較好、三生空間協調發展的聚居地，提升農戶生產、生活及生態水平。

3.3 基于加權Voronoi圖的農村居民點斑塊布局優化

全鎮共有30個重點建設型居民點斑塊，主要集中在白塔社區為主的鎮中區域。由于其分布不均，若將全部重點建設型居民點斑塊作為加權Voronoi圖的發生元，勢必導致鎮中區域發生元之間過渡競爭，使得公共資源得不到高效利用。結合河包鎮區域發展規劃，本研究在全鎮重點建設型居民點斑塊中，選取13個優勢斑塊作為發生元，運用ArcGIS中的拓展工具Weighted Voronoi生成加權Voronoi圖，劃分出優勢斑塊在空間上的影響范圍(圖5)。

每個發生元都有各自獨立的勢力范圍，實現了對全鎮較為均勻的空間剖分。通過遷移合并型居民點不斷向發生元集中，實現鄉村社會資源合理流動與優化配置，且遷并距離均控制在2.5 km以內，是一種較為溫和的布局優化方式。同時，作為發生元的農村居民點斑塊將進一步集約化、規模化、中心化，使得更多的農戶能夠分享其優越的公共資源，從而獲得較大的社會經濟效益。

根據《重慶市土地管理》規定的宅基地新建標準，并考慮宅基地附屬設施占地和公共設施占地，擬按60 m2/人的農村居民點占地標準，在優勢斑塊附近的適宜位置進行新建或擴建。布局優化落實后，全鎮農村居民點斑塊的基礎景觀狀況得到大幅改善(表3)，農村居民點斑塊總面積由829.95 hm2減少到704.12 hm2，可為城鎮建設提供大量用地指標；斑塊個數由1 048個減少到648個，對相對孤立的弱勢斑塊完成了遷移合并；斑塊密度由1.26個/hm2減少到0.92個/hm2，斑塊細碎程度顯著降低。

圖5 農村居民點斑塊布局優化

布局優化斑塊總面積/hm2斑塊個數/個斑塊密度/(個·hm-2)布局優化前829.9510481.26布局優化后704.126480.92變化值125.834000.34

4 結 論

(1) 相比單個農村居民點斑塊，將合并處理后的農村居民點“共生斑塊”作為研究單元，更加符合丘陵區的實際情況。宏觀上，丘陵區農村居民點斑塊普遍細碎、散亂，但在局地微觀尺度上又相對集中，且相互聯系緊密。將研究區相距50 m以內的農村居民點斑塊進行合并處理后，其數量由2 584個減少到1 047個，平均面積由0.32 hm2增加到0.79 hm2，實現了具有共生關系的農村居民點斑塊一體化。

(2) 基于農村居民點“共生斑塊”綜合分值測算結果，劃分出Ⅰ級斑塊、Ⅱ級斑塊、Ⅲ級斑塊3個等級，其在空間上呈現出由內向外的差序格局。根據斑塊等級、斑塊規模、三生空間協調度、城鎮規劃，采取了差異化的布局優化策略，包括城鎮化、重點建設、規模管控、遷移合并，保證了布局優化策略在選擇上的科學性及實施中的可行性。

(3) 從重點建設型居民點中選取恰當的發生元，生成加權Voronoi圖，可較為直觀地刻畫出農村居民點布局優化方向，使其空間格局趨于合理化。同時，相對于農村居民點整治中的大拆大建，這是一種較為溫和的布局優化方式，既實現了農村居民點結構與功能的重構，促進了鄉村轉型，又維持了農村居民點在空間結構上的穩定，保證了鄉土文化的留存與延續。

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StudyonLayoutOptimizationofRuralSettlementsBasedonCoordinationofProduction,LivingandEcologySpace

LIU Peng, CHEN Rongrong, YANG Chaoxian, XIN Guixin, WANG Jinjie

(CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China)

Research on optimization of rural settlement patterns has practical significance for intensive use of rural land resources and reshaping rural landscape. We selected Hebao Town, Rongchang District, Chongqing municipality as a case study. This town is located in typical hilly area. The ‘symbiotic patch’ of merged rural residential land was chosen as a unit for analysis. Based on the principle of coordinating production, living and ecology spaces (called as the three spaces hereafter), the strategies and directions of optimization of rural settlement patterns were investigated. The results indicated that: (1) the research unit of ‘symbiotic patches’ of rural residential land was appropriate because it took symbiotic relationship into account regarding the real situation of hilly areas; after rural residential patches within 50 meters buffer were merged into big ones, the number of patches decreased from 2 584 to 1 047, which showed that rural residential patches with symbiotic relationship came into integration; (2) in terms of the coordination concept of the three spaces, the grades of ‘symbiotic patches’ of rural residential land were also evaluated, the spatial pattern of grading map showed a gradient change from inside to outside; according to patch level, patch scale, coordination degree of the three spaces and town planning, different strategies of optimization of rural residential patches were proposed, which included urbanization, main construction, scale control and migration merge; (3) the weighted Voronoi diagram was generated by large settlement patches in the type of main construction, which would be reasonable to guide the pattern of rural settlements based on the diagram. In summary, this study suggested that combination of coordination concept of the three spaces and spatial analysis tools was workable because the combination was helpful to optimize the pattern of rural settlement patterns, maintain the stability of overall spatial pattern, and promote rural transformation and preservation of local culture.

rural settlement; layout optimization; production, living and ecological spaces; coordination degree; weighted Voronoi diagram

2016-05-29

：2016-06-16

中央高校基本科研業務費專項資金“農村土地整治對局地景觀格局的影響研究”(XDJK2013C070)

劉鵬(1992—),男,重慶北碚人,碩士研究生,主要從事土地利用與綜合整治研究。E-mail:1015956331@qq.com

陳榮蓉(1974—),女,四川安岳人,副教授,博士,主要從事土地利用與綜合整治、土地經濟與政策等方面的研究。E-mail:chenrr@swu.edu.cn

F301.2

：A

：1005-3409(2017)02-0283-06