三江平原農村居民點時空格局演變
——以富錦市為例

殷嘉迪, 雷國平,2, 樂容潮, 丁 雪, 馬鑫鵬, 楊 歡

(1.東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱 150030; 2.東北大學 土地管理研究所, 沈陽 110819)

三江平原農村居民點時空格局演變
——以富錦市為例

殷嘉迪1, 雷國平1,2, 樂容潮1, 丁 雪1, 馬鑫鵬1, 楊 歡1

(1.東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱 150030; 2.東北大學 土地管理研究所, 沈陽 110819)

科學辨識三江平原農村居民點空間分布變化規律及影響因素對于推進鄉村體系演化具有重要意義。采用空間韻律測度、空間洛倫茲曲線、核密度估計及地理探測器等方法，從規模、分布及形態演變三方面測度2009—2016年富錦市農村居民點空間格局演變特征，探討區位條件、自然環境、農村經濟發展水平與農業生產要素投入及產出效益等影響因素對富錦市農村居民點空間分布的決定力。研究表明：富錦市農村居民點規模演變整體呈現“低密度稀疏分散式”布局，大型斑塊逐漸主導；空間布局理性發展，均衡分布；空間形態穩定性進一步增加。富錦市農村居民點空間分布主要受區位條件和農村經濟發展水平的影響，另外農業生產要素投入及產出效益對農村居民點空間分布也有一定影響，自然環境因素對富錦市農村居民點空間分布影響較小。

農村居民點; 時空格局演變; 地理探測器; 三江平原; 富錦市

隨著工業化與城鎮化的快速推進，城鄉人口流動和社會經濟發展要素不斷交互重組，影響著鄉村地區社會經濟形態和區域空間格局的重構，以傳統鄉村聚落為代表的鄉土世界瀕臨失守。農村居民點作為我國鄉村土地利用的重要組成部分，其空間格局演變與區域社會經濟發展過程具有相似性，同時受地域發展水平及轉型內外推力的影響。農村居民點是社會經濟發展到一定歷史階段的產物，是農業勞動者進行經濟、政治和文化等活動而聚集和定居的場所。開展農村居民點時空格局演化及空間分布影響因素研究對于鄉村用地合理利用及村莊布局優化具有重要意義。

當前，快速城鎮化背景下的農村居民點相關研究已經成為聚落地理學和鄉村地理學的重點研究領域之一[1-2]。眾多學者采用地理綜合分析方法，在省域[3]，區縣[4]，鄉鎮[5]，村域[6]等不同尺度下，對農村居民點變化特征[7-8]，影響因素[9-10]及轉型重構[11-12]等方面進行分析研究。李冬梅等[13]基于空間分析和數理統計方法，分析吉林中部低山丘陵區農村居民點時空演變特征；任國平等[14]運用多元Logistic回歸模型和因子分析法，探究大都市城郊鄉村聚落景觀空間格局特征及影響因素；陳永林等[15]以江南丘陵區的贛南地區為研究區，分析農村居民點空間分布與演化規律并探討其基本模式。但總體來看，研究區域多選在東部發達地區、中部傳統農區及西部生態脆弱區等，而著眼于東北平原地區農村居民點時空格局及空間分布影響因素的研究尚少。

三江平原自建國以來其土地利用/覆被歷經相當復雜的變化過程[16]，沼澤濕地不斷退化，生態環境與社會經濟發展互不協調且矛盾日益突出。富錦市地處三江平原腹地，研究其農村居民點空間布局具有區域典型性和借鑒性。本文依據空間韻律測度、空間洛倫茲曲線、核密度估計及地理探測器等方法，揭示2009—2016年富錦市農村居民點時空格局及空間分布影響因素，探究三江平原農村居民點空間分布變化規律，為濕地退化地區農村居民點布局規劃、推進鄉村體系演化提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

選取黑龍江省富錦市為研究區，富錦市位于松花江下游南岸，地處三江平原腹地，是三江平原糧食主產區，典型的農業大縣(圖1)。富錦市地域自然地理環境與社會經濟發展水平異質性均較小，符合規模化農業生產經營需要，2016年耕地總面積達6 133.33 km2，實現糧食總產量2.05×109kg，商品化率超過90%。富錦市農村居民點總面積114.46 km2，平均斑塊面積0.15 km2，總體呈現農村居民點“大塊化”理性分布特征，其規劃布局順應農業現代化、產業化發展方向，具有區域典型性。富錦市共劃分為兩大區域：地方政府管轄區域(共11個鄉鎮)和國營農場(共6個農場)管轄區域，由于富錦市實行場縣共建管理體制，故本文將政府管轄區域于國營農場管轄區域合并進行研究，探究富錦市農村居民點時空格局演變特征及影響因素。

圖1研究區概況

1.2 數據來源與處理

本文基礎數據主要來源為2009年Landsat 7 TM影像(分辨率15 m)以及2016年Landsat 8 OLI影像(分辨率15 m)，經幾何校正、坐標配準、影像融合后，在GIS10.2軟件支持下，采用人機交互目視判別方法提取富錦市農村居民點信息，并于2016年進行野外抽樣檢查及屬性信息校正，圖斑解譯準確率達91.5%，剔除0.001 km2以下的零星地塊[17](實際為魚塘及耕地看守房、養殖場)，作為本次研究的數據源。統計農村居民點斑塊數量及面積，分析富錦市農村居民點規模、分布及形態演變特征，結合富錦市自然環境、生產狀況及社會經濟發展水平，對農村居民點空間格局變化影響因素進行探測識別。研究所涉及社會經濟數據來源于富錦市歷年統計年鑒及相關部門統計資料。

1.3 研究方法

1.3.1 空間韻律測度 景觀韻律指數即景觀指數，是一種簡單的定量指標，能夠反映結構組成和空間配置的相關特征[18]。在農村居民點規模演變特征方面，依據農村居民點斑塊的景觀生態學意義，選取農村居民點斑塊總面積(Parcel area,PA)，斑塊數量(Number of parcels，NP)，斑塊密度(Patchdensity，PD)，平均斑塊面積(Mean parcel size，MPS)等景觀韻律指數定量描述農村居民點規模演變特征。

1.3.2 空間洛倫茲曲線 利用空間洛倫茲曲線可以測度研究區農村居民點實際分布與其均勻分布的差異狀況[19]。首先求取各研究單元的區位熵，按區位熵的大小，以土地總面積累計百分比為橫坐標，以農村居民點面積累計百分比為縱坐標，繪制坐標點，得到農村居民點空間洛倫茲曲線。曲線越接近絕對均勻線，表明該研究單元分布越均勻；反之，則相對較分散。計算公式如下：

(1)

式中：Q為空間單元i區位熵；A1為空間單元i農村居民點面積；A2為農村居民點總面積；A3為空間單元i總面積；A4為研究區總面積。

1.3.3 核密度估計 核密度估計是屬于非參數密度估計的一種統計方法，是熱點和冷區識別與分析的一種有益的探測性方法[20]。利用核密度函數估計結合GIS空間分析技術剖析農村居民點密度分布的空間特征及局部區域差異，農村居民點分布密集程度與核密度值呈正比。計算公式如下：

(2)

式中：f(x,y)為位于(x,y)位置的密度估計；n為觀測數值；h為帶寬或平滑參數；K為核函數，di為(x,y)位置距第i個觀測位置的距離。

1.3.4 分形維數測度 基于分形理論測度農村居民點空間形態的分維值D、穩定性指數S，探究不同時期農村居民點空間形態演變過程[21]。其中分維值D∈[1,2]，D值越趨近于1，空間形態越趨于簡單的方形，D值越趨近于2，空間形態越復雜。當分維值D=1.5時，表明農村居民點在空間上處于類似布朗運動的隨機運動狀態，即空間結構最不穩定時期。穩定性指數S越大，表示空間形態趨于穩定。計算公式如下：

(3)

S=|1.5-D|

(4)

式中：A為農村居民點斑塊面積；P為農村居民點斑塊周長。

1.3.5 地理空間探測器 運用地理探測器對農村居民點變化動態度的影響因素進行探測識別，通過地理探測器研究方法，分別計算出各影響因素對農村居民點變化動態度的決定力P值[22]。PD,U∈[0,1]，PD,U值越大，說明影響因子對農村居民點空間分布的影響越大，PD,U=0時，表明農村居民點空間分布呈現隨機分布。模型公式如下：

(5)

式中：PD,U是影響因子D對農村居民點分布U的探測力指標；m為nD,i為次一級區域樣本數；n為研究區樣本數； 為農村居民點變化動態度的方差； 為次一級地區方差。綜合考慮富錦市自然環境、生產狀況及社會經濟發展水平，遵照數據可獲性和學理判斷原則，選取指標：坡度、交通通達度、離水源距離、離濕地距離、離耕地距離、離中心城市距離、人均耕地面積、農民人均純收入、糧食單產、農業機械總動力等10個指標，作為影響農村居民點空間分布的地理探測要素變量。

2 農村居民點時空格局特征分析

2.1 農村居民點規模演變特征分析

由表1中可以看出，富錦市農村居民點總面積CA由2009年的120.963 km2減少至2016年的114.464 km2，凈減少量為6.499 km2，年均減少率達到0.77%。與此同時，富錦市農村居民點數量NP由2009年的3 130個減少至2016年的749個，減少幅度為76.07%，年均減少量為340個。該階段富錦市根據《黑龍江省撤并村屯規劃綱要》等文件要求，對“細碎化”的小型農村居民點進行撤并，故農村居民點面積與數量趨于減小且減幅顯著。2009—2016年富錦市農村居民點密度PD由25.876個/km2減少至6.544個/km2，凈減少量為19.332個/km2，農村居民點空間布局由密集向稀疏轉化，最終表現為“低密度稀疏分散式”布局。相較于2009年、2016年富錦市農村居民點平均斑塊面積MPS增加了0.114 km2，增長幅度為292.31%，平均斑塊規模增大，大型斑塊逐漸主導富錦市農村居民點空間布局。整體來看，隨著富錦市農業機械化與現代化的不斷推進，農村居民點在時間尺度上表現出規模與數量不斷較少，斑塊細碎化向斑塊“大塊化”轉化，符合富錦市近10 a經濟發展戰略規劃。

表1 2009與2016年富錦市農村居民點規模演變

2.2 農村居民點分布演變特征分析

從2009年與2016年富錦市農村居民點核密度分布(圖2)中可以看出，2009年富錦市農村居民點絕大部分分布在富錦市東北部及大型農場附近，密度較大的區域主要在創業農場、前進農場、七星農場、紅衛農場、大興農場及富錦鎮、錦山鎮等地區，其他地區農村居民點分布密度均較低。此后經過大規模的農村居民點建設及農場的撤站并點，2016年富錦市農村居民點分布發生較大變化，農村居民點高密度分布區域主要集中在在上街基鎮、富錦鎮、大榆樹鎮、二龍山鎮、錦山鎮、長安鎮及硯山鎮等富錦市西北部地區。黑龍江墾區于2008年提出了“抓城、強工、帶農”的統籌發展方針，把加快城區建設作為帶動城鄉一體化發展的重要戰略措施，推進墾區城鎮化跨越式發展，由此富錦市大興農場對中小型農村居民點進行撤并，僅保留其農業生產功能，故富錦市墾區農村居民點密度對比農區有所減少，各鄉鎮(農場)之間的密度差異進一步縮小。

圖2 2009年與2016年富錦市農村居民點核密度分布

2009年與2016年富錦市農村居民點洛倫茲曲線見圖3。由圖可以看出2016年富錦市農村居民點洛倫茲曲線與絕對均勻線(與橫坐標成45°夾角)較為接近，說明該時點富錦市農村居民點分布較為均勻，即農村居民點在各鄉鎮的面積比例大致相等。相比之下，2009年富錦市農村居民點洛倫茲曲線相對遠離絕對均勻線，說明農村居民點在富錦市分布較為不均衡。說明2009—2016年，富錦市農村居民點空間布局趨于均衡分布，理性發展。

圖3 2009年與2016年富錦市農村居民點洛倫茲曲線

整體來看，富錦市農村居民點分布變化趨勢與富錦市發展路徑具有一致性，2009年富錦市農村居民點布局較為密集散亂，之后隨著產業結構升級轉型、空間布局不斷優化才逐步向分散規則分布轉化。隨著時間發展富錦市農村居民點分布表現為良性的均勻化特征，布局逐步有效推進，農村居民點建設規劃力度不斷增強。

2.3 農村居民點形態演變特征分析

運用SPSS軟件對2009年和2016年富錦市農村居民點周長—面積對數關系進行一元線性回歸，得到富錦市農村居民點周長—面積對數關系線性回歸方程，并通過R顯著性檢驗(R2均在0.91以上)，計算結果見表2。2009—2016年富錦市農村居民點分維值D由1.074下降至1.066，而穩定性指數S由0.426上升至0.434，說明在該階段富錦市農村居民點空間形態未有較大改變，并且有向類似布朗運動的隨機運動狀態趨近的態勢，空間形態較為穩定且復雜性較低。

表2 2009年與2016年富錦市農村居民點分形計算結果

3 農村居民點空間分布影響因素分析

農村居民點變化通常受社會經濟、自然環境和土地管理的三維驅動作用[23]，其本質體現了農民生產、生活與周圍環境的統一。由此本文選取坡度(f1)，交通通達度(f2)，離水源距離(f3)，離濕地距離(f4)，離耕地距離(f5)，離中心城市距離(f6)，人均耕地面積(f7)，農民人均純收入(f8)，糧食單產(f9)，農業機械總動力(f10)等10個指標作為影響2009—2016年富錦市農村居民點空間分布的地理探測要素變量。并結合富錦市實際情況將各指標變量分成5級，通過地理探測器研究方法，分別計算出各要素變量的決定力p值。其中，坡度指標直接在ArcGIS中進行聚類分級為5級，區位條件指標則通過ArcGIS中Euclidean Distance獲得，而對于農村經濟發展水平、農業生產要素投入及產出效益指標則根據富錦市各鄉鎮統計數據獲得。

根據模型計算結果可知，富錦市農村居民點空間格局分布主要受到離中心城市距離、離濕地距離、交通通達度、離水源距離的影響。

表3 各影響因素對農村居民點空間分布的決定力地理探測結果

(1) 區位條件對富錦市農村居民點空間布局有主導作用，隨著富錦市社會經濟的不斷發展，城市擴張現象嚴重，城市周邊地價不斷上漲，導致城市周邊農村居民點數量猛增，故離中心城市距離(0.248)決定力最大。富錦市近年來濕地面積大幅減少，根據2005年出臺的《國務院關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》，富錦市農村居民點選址多在遠離濕地保護區范圍，故離濕地距離(0.200)決定力較大。與此同時，富錦市水田分布眾多，故耕地取水問題使得距水源距離(0.103)也成為影響農村居民點分布的較大決定力，富錦市農村居民點空間布局同時還表現出一定的交通指向性(0.117)。(2) 農業生產要素投入及產出效益對富錦市農村居民點決定力主要體現在農業機械總動力(0.089)，糧食單產(0.050)及人均耕地面積(0.049)方面。由于工業化及城鎮化的不斷推進，近年來富錦市產業結構升級轉型，農業生產不再是決定鄉村經濟狀況的唯一標準，大量農民涌入城市進城務工。由此農業生產要素投入及產出效益對富錦市農村居民點空間布局影響較小。其中農業機械總動力較大，原因是隨著富錦市規模化、現代化農業發展的需要，必然使得農業機械使用量增加。(3) 農村經濟發展水平指農民農業生產所得以及務工所得兩大部分，本文用農民人均純收入(0.093)對農村經濟發展水平進行衡量，大部分農民進城務工后仍將所得用于鄉村房屋建設，故農民人均純收入對農村居民點空間布局決定力較大，并由此衍生了一系列諸如農村空心化等問題。(4) 自然環境因素對富錦市農村居民點空間分布決定力較小，富錦市地勢低平，地貌以平原為主，故坡度(0.005)對農村居民點分布決定力較小。

4 結論與討論

(1) 富錦市農村居民點面積呈現出減少態勢(6.499 km2)，數量大幅減少(2 381個)，農村居民點密度增大(0.114 km2)，規模演變整體呈現“低密度稀疏分散式”布局，大型斑塊逐漸主導富錦市農村居民點空間布局；富錦市農村居民點空間分布由2009年的差異較大的不均衡分布轉變為2016年的較為均衡分布，各鄉鎮(農場)之間的密度差異進一步縮小，理性發展，均衡分布；富錦市農村居民點形態并未有較大改善，空間形態穩定性進一步增加，形態復雜性有所降低。

(2) 根據地理空間探測器模型得到富錦市農村居民點空間分布影響因素，其中區位條件對富錦市農村居民點空間布局有主導作用，主要表現在離中心城市距離(0.248)，離濕地距離(0.200)，交通通達度(0.117)等，另外農村經濟發展水平(0.093)，農業生產要素投入及產出效益對富錦市農村居民點空間分布也具有一定影響，自然環境因素對富錦市農村居民點空間分布決定力較小。

(3) 本文仍存在不足之處：一是農村居民點并不是處在一個封閉的地域單元，對于農村居民點與研究區范圍外的社會經濟交換問題并未考慮，二是基礎數據源不同會導致數據統計結果存在一定差異，但數據精度足以支撐本文整體結論。在后續的研究中會深入挖掘富錦市農村居民點長時間尺度時空演變特征及驅動機制，解構三江平原農村居民點人地關系地域系統發展要素、結構、功能所蘊含的機制，從而為重構濕地退化地區鄉村體系提供借鑒。

[1] 張小林,盛明.中國鄉村地理學研究的重新定向[J].人文地理,2002,17(1):81-84.

[2] Liu Y S, Hu Z C, Li Y H. Process and cause of urban-rural development transformation in the Bohai rim region, China[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014,24(6):1147-1160.

[3] 杜國明,劉彥隨.黑龍江省墾區居民點體系優化分析[J].中國土地科學,2015,29(4):65-71.

[4] 代雍楣,師學義,段文杰.基于分形理論的農村居民點空間分布特征定量研究[J].水土保持研究,2016,23(6):278-283.

[5] 樊天相,楊慶媛,何建,等.重慶丘陵地區農村居民點空間布局優化:以長壽區海棠鎮為例[J].地理研究,2015,34(5):883-894.

[6] 馮應斌,楊慶媛.1980—2012年村域居民點演變特征及其驅動力分析[J].農業工程學報,2016,32(5):280-288.

[7] 馬曉冬,李全林,沈一.江蘇省鄉村聚落的形態分異及地域類型[J].地理學報,2012,67(4):516-525.

[8] 李勝坤,張毅,閆欣,等.竹溪縣農村居民點景觀格局及空間分布特征[J].水土保持研究,2014,21(4):203-207.

[9] 郭曉冬,馬利邦,張啟媛.基于GIS的秦安縣鄉村聚落空間演變特征及其驅動機制研究[J].經濟地理,2012,32(7):56-62.

[10] 朱彬,張小林,馬曉東.蘇北地區鄉村聚落的空間格局及其影響因子分析[J].農業現代化研究,2014,35(4):453-459.

[11] 榮連偉,師學義,李炳意,等.黃土山丘區農村居民點類型劃分與優化策略[J].水土保持研究,2016,23(6):271-277.

[12] 鄭文升,姜玉培,羅靜,等.平原水鄉鄉村聚落空間分布規律與格局優化[J].經濟地理,2014,34(11):120-127.

[13] 李冬梅,王冬艷,李紅,等.吉中低山丘陵區農村居民點時空演變[J].經濟地理,2016,36(5):143-151.

[14] 任國平,劉黎明,付永虎,等.都市郊區鄉村聚落景觀格局特征及影響因素分析[J].農業工程學報,2016,32(2):220-229.

[15] 陳永林,謝炳庚.江南丘陵區鄉村聚落空間演化及重構:以贛南地區為例[J].地理研究,2016,35(1):184-194.

[16] 宋開山,劉殿偉,王宗明,等.1954年以來三江平原土地利用變化及驅動力[J].地理學報,2008,63(1):93-104.

[17] 鄂施璇,雷國平,宋戈.松嫩平原糧食主產區農村居民點格局及影響因素分析[J].農業工程學報,2016,32(18):234-240.

[18] 王曼曼,吳秀芹,吳斌,等.鹽池北部風沙區鄉村聚落空間格局演變分析[J].農業工程學報,2016,32(8):260-270.

[19] 邊靜,何多興,田永中.基于信息熵與空間洛倫茲曲線的土地利用空間結構分析:以重慶市合川區為例[J].水土保持研究,2011,18(5):201-211.

[20] 李騫國,石培基,劉春芳.黃土丘陵區鄉村聚落時空演變特征及格局優化:以七里河區為例[J].經濟地理,2015,35(1):126-133.

[21] 張珂,趙耀龍,付迎春,等.滇池流域1974—2008年土地利用的分形動態[J].資源科學,2013,35(1):232-239.

[22] 楊忍,劉彥隨,龍花樓,等.基于格網的農村居民點用地時空特征及空間指向性的地理要素識別:以環渤海地區為例[J].地理研究,2015,34(6):1077-1087.

[23] 龍花樓,李裕瑞,劉彥隨.中國空心化村莊演化特征及其動力機制[J].地理學報,2009,64(10):1203-1213.

SpatiotemporalEvolutionofRuralSettlementsinSanjiangPlain—ACaseStudyinFujinCity

YIN Jiadi1, LEI Guoping1,2, LE Rongchao1, DING Xue1, MA Xinpeng1, YANG Huan1

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China;2.InstituteofLandManagement,NortheastUniversity,Shenyang110819,China)

It is of great significance to scientifically identify the spatial distribution of rural settlements and its influencing factors in order to optimize the evolution of rural system in Sanjiang Plain. Spatial prosodic measure, spatial Lorenz curve, kernel density estimation and geophysical detector were used in this study. We analyzes the evolution characteristics of rural settlement spatial pattern in Fujin from 2009 to 2016 in three dimensions: scale, distribution and morphological evolution, and discussed the influence factors such as location condition, natural environment, rural economic development level and agricultural production factor input and output benefit on the spatial distribution of rural settlement in Fujin. The results show that the size of rural settlements in Fujin has a "low-density, sparse and decentralized" pattern, and the large-scale patch gradually dominates. Spatial distribution rationally distributed and balanced; spatial form stability further increased. The spatial distribution of rural settlements in Fujin is mainly affected by location conditions and the level of rural economic development. In addition, the input and output of agricultural production factors also have certain influence on the spatial distribution of rural settlement, the spatial distribution of rural settlements in Fujin city is less affected by natural environment factors.

rural settlements; spatial evolution; geogdetector; Sanjiang Plain; Fujin City

F301.24

A

1005-3409(2017)06-0300-05

2016-12-21

2017-01-01

國家自然科學基金(41571165);黑國土科研(201411)

殷嘉迪(1992—),女,河南安陽人,碩士研究生,主要研究方向:土地資源優化配置。E-mail:837696704@qq.com

雷國平(1963—),男,黑龍江青岡人,教授/博導,博士,研究方向:土地資源利用與管理。E-mail:guopinglei@126.com