丘陵區農村居民點空間格局特征及布局優化
——以江蘇省句容市為例

張榮天

(揚州大學，江蘇揚州 225009)

農村居民點是居民以農業為主要經濟活動的聚落形態，是國內外鄉村地理學重要的研究對象[1]。Kohl首次對農村聚落展開系統化闡述及研究[2]，隨后Demangeon等分別實證解析了法國、德國等國農村居民點的空間分布格局特征[3-4]。20世紀60年代后，國外關于居民點研究開始出現社會、文化轉向，例如Cater等以社會學視角剖析了區域農村居民點的空間格局特征[5-6]。國內關于農村居民點的研究起步較晚，以下重點從研究內容、方法及地域等方面展開綜述：(1)研究內容上，早期重點關注農村居民點、農業區劃及農業土地利用等[7]，隨著我國城鎮化、城鄉統籌發展進程加快，關于農村聚落演化[8]、農村空心化[9]及農村聚落優化調控[10]研究日益增多；(2)研究方法上，“3S”技術[11]、數學模型[12]及景觀格局指數[13]等在農村居民點空間格局分布規律研究中得到充分應用，但總體而言，當前關于農村居民點定量研究仍相對不足；(3)研究地域上，目前研究既涉及到我國東部發達地區[14-15]，也涉及到中西部欠發達地區[16-17]；另外，對于我國典型丘陵區農村聚落的研究有所涉及[18-19]。江蘇省句容市土地利用類型復雜多樣，林地景觀面積占市域土地總面積的12%，是我國東部典型丘陵地區之一。筆者基于GIS空間分析平臺，整合多種數學方法與空間模型，選擇句容市(圖1)作為丘陵地區典型案例，深入分析我國丘陵區農村居民點空間分布格局特征，并在此基礎上提出丘陵區農村居民點布局優化模式，以期為我國丘陵區農村居民點整治規劃及空間重構提供參考。

1　研究方法及數據來源

1.1　研究方法

1.1.1R統計量R統計量最早由Clark提出，1960年Dacey將R統計量引入地理學研究中，核心思想是將各點間最小距離與最近鄰點之間的距離進行比較，得出點空間分布特征，可以有效揭示觀測模式與隨機模式的聚集或分散的基本特征[20]。理論公式如下：

(1)

式中：robs為最近鄰點平均距離觀測值；rexp為最近鄰點平均距離期望值；di為i農村居民點最近鄰點距離；n為農村居民點總數；A為研究區域面積。若R>1，表明觀測模式比隨機模式分散；若R<1，表明觀測模式比隨機模式聚集。

1.1.2Kernel核密度Kernel核密度是非參數密度估計的一種統計法，其基本原理：通過對區域中要素點建立平滑圓形表面，基于數學函數計算要素點到參考位置的距離，并對參考位置的所有表面值進行求和，最后建立這些點的峰值來創建平滑連續表面[21]。理論公式如下：

(2)

式中，f(x，y)為(x，y)位置的密度估計；n為觀測值；h為平滑參數；K為核函數；di為(x，y)位置距第i個觀測位置的距離。

1.1.3空間韻律指數空間韻律指數是景觀生態學中重要的分析指標，可反映景觀結構組成和空間配置某些特征[10]。本研究重點選取了平均斑塊面積(MPS)、斑塊面積標準差(PSSD)、形狀指數(SHAPE)、分維指數(FRAC)等空間韻律指數來反映丘陵區農村居民點景觀空間分布及演變特征(表1)[22-23]。

表1　空間韻律指數與內涵

1.1.4加權Voronoi圖采用Voronoi圖變異系數Cv值對丘陵區農村居民點空間分布類型進行探討，本研究將Voronoi圖定義為給定平面上點集S={p1，p2，…，pn}，通過如下公式進行分割[24]：

Ti=x：d(x,pi)

(3)

式中：d為歐式距離；x為集合Ti中的元素。Voronoi圖是對平面的一種剖分，在任意一個凸Voronoi多邊形中，任意一個內點到該凸多邊形的發生點pi的距離都小于該點到其他任何發生點pj的距離。其中，變異系數Cv值是Voronoi多邊形面積的標準差與平均值比值，主要用來衡量空間變化程度。理論公式如下[25]：

Cv=標準差/平均值×100%。

(4)

理論上，Cv大于64%時，表明呈現集群空間分布；Cv在33%～64%時，表明呈現出隨機空間分布；Cv小于33%時，表明呈現出均勻空間分布。

1.2　數據來源

本研究數據來源于江蘇省句容市2014年度土地利用變更基礎數據，結合句容市研究區域土地利用實際特征，采用國家土地利用二級分類標準，將句容市土地利用現狀數據劃分為9大基本類型；并基于ArcGIS 10.2軟件平臺，將句容市農村居民點空間矢量數據單獨提取出來，形成句容市農村居民點空間分布格局(圖2)。

2　丘陵區農村居民點空間格局特征

2.1　農村居民點R統計量分析

基于ArcGIS 10.2分析軟件，首先提取出句容市面狀農村居民點質心將其轉為點狀格式；其次，利用GIS中的Near工具分別計算出句容市各農村居民點之間的最近空間距離；最后，根據R統計量相應理論公式分別計算出句容市各鄉鎮的農村居民點的觀測值、期望值、R統計量和標準化Z值等具體分析指標(表2)。

表2　句容市農村居民點分布的最近鄰點統計量

由表2可以看出：(1)總體上，句容市農村居民點的R統計量均小于1，標準化Z值均小于-1.96，表明句容市農村居民點空間分布聚集態勢均較為顯著，呈現出“集聚型”空間分布格局。(2)對比句容市各鄉鎮的R統計量，其中寶華鎮、下蜀鎮、茅山風景區等R統計量更趨近于0，說明這幾個鄉鎮的農村居民點空間分布集聚態勢更顯著，產生這種差異主要歸結于句容市丘陵地貌景觀主要分布在市域北部地區(下蜀鎮、寶華鎮等)及茅山風景區域之內，下蜀鎮、寶華鎮及茅山風景區的林地景觀面積較大，分別占其鎮域總面積的 20.45%、30.26%、44.24%，導致句容市北部地區鄉鎮受地形地貌條件的制約，滿足農村居民點生產、生活條件的空間十分有限，其農村居民點空間布局呈相對集聚的態勢。

2.2　農村居民點Kernel核密度分析

R統計量指標揭示了句容市農村居民點整體屬于集聚分布模式，這主要是從宏觀上剖析農村居民點空間分布基本特征；但由于微自然環境不同，農村居民點空間分布存在一定差異，還需要進一步揭示更微觀層面上的句容市農村居民點空間分布格局特征。鑒于此，基于ArcGIS 10.2分析軟件，將句容市農村居民點矢量數據轉換成柵格數據，運用Kernel核密度分析法生成句容市農村居民點密度分布圖，并通過GIS軟件中的Jenks自然斷裂點法將句容市農村居民點密度劃分為5個等級區：低密度區(<0.419個/km2)，次低密度區(0.419～0.966個/km2)，中密度區(0.967～1.513個/km2)，次高密度區(1.514～2.205個/km2)，高密度區(>2.205個/km2)，并輸出句容市農村居民點空間分布Kernel核密度圖(圖3)。

通過圖3可知：(1)總體上，句容市農村居民點空間分布的總體密度大致為3.28個/km2，說明整體上該市屬于農村居民點空間分布密集區域，這與研究區地理特征關聯密切；另外，句容市農村居民點空間密度分布呈現出顯著的“南密北疏”特征。(2)句容市農村居民點空間分布低密度區主要分布在寶華鎮、下蜀鎮、茅山風景區；次低密度區主要分布在邊城鎮、白兔鎮；中密度區主要分布在黃梅鎮、郭莊鎮；次高密度區主要分布在后白鎮、天王鎮；高密度區主要分布在華陽鎮、茅山鎮。句容市北部鄉鎮分布著大量林地景觀，如句容林場、寶華山國家森林公園，導致其農村居民點分布相對稀疏；而南部鄉鎮整體上地勢平坦，經濟發展水平較高，農村居民均勻分布程度較高。

2.3　農村居民點空間韻律指數分析

通過平均斑塊面積(MPS)、最大斑塊指數(LPI)、分維指數(FRAC)、形狀指數(SHAPE)等空間韻律指數來分析句容市農村居民點空間分布規律。句容市華陽鎮、白兔鎮及后白鎮等鄉鎮農村居民點平均斑塊面積(MPS)較大，數值在[5.18，7.02]之間變化；寶華鎮、下蜀鎮等鄉鎮農村居民點平均斑塊面積較小，數值在[2.35，3.28]之間波動。另外，句容市中部及南部鄉鎮LPI值較大，數值在[0.24，0.54]之間變化；句容市北部地區的寶華鎮、下蜀鎮等鄉鎮最大斑塊LPI值相對較小，數值在[0.06，0.14]之間變化(表3)，表明句容市中部、南部地區農村居民點規模較大，而北部地區農村居民點規模較小。

句容市農村居民點形態分布規則程度也呈現“南北分異”特征，即句容市中部、南部鄉鎮農村居民點空間分布形態較規則，而北部鄉鎮農村居民點空間分布形態相對疏散。整體上，句容市各鄉鎮的農村居民點斑塊分維數FRAC數值在[1.01，1.18]之間波動；句容市中部及南部地區華陽鎮、白兔鎮、后白鎮及天王鎮等鄉鎮的農村居民點斑塊分維數FRAC值較小，數值在[1.01，1.07]之間變化；而句容北部地區下蜀鎮、寶華鎮等鄉鎮農村居民點分維數FRAC值則較大，數值在[1.15，1.18]之間變化，表明句容市北部鄉鎮農村居民點形態不規則性程度要高于中部及南部地區鄉鎮。另外，句容市北部地區下蜀鎮、寶華鎮等鄉鎮農村居民點形狀指數SHAPE值則相對較大，數值在[1.67，1.78]之間變化；而句容市南部地區天王鎮、郭莊鎮、后天鎮等鄉鎮農村居民點形狀指數SHAPE值則相對較小，數值在[1.05，1.22]范圍波動(表3)，通過形狀指數SHAPE進一步論證了句容市農村居民點空間分布呈“南北分異”的基本特征。

表3　句容市農村居民點空間韻律指數

3　丘陵區農村居民點布局優化研究

基于ArcGIS 10.2軟件Weighted Voronoi Diagram擴展分析模塊，將句容市農村居民點生成無權重的普通Voronoi，再將農村居民點區位條件分值平方根為權重值，進一步得到農村居民點的加權Voronoi圖，以此作為丘陵區農村居民點空間布局優化調整的基本依據。另外，結合句容市丘陵區地域的實際特征，將句容市農村居民點布局優化劃分為城鎮轉化型、重點發展型、保留發展型、優先整治型等4種類型。

3.1　城鎮轉化型

通過ArcGIS 10.2軟件鄰域分析中緩沖區分析，將位于建制鎮2.5 km臨近區范圍內農村居民點劃為城鎮轉化型，這一類型農村居民點數量為366個，總面積為32.65 hm2，占句容市總面積27.21%。該類型是指分布在縣城、中心鎮邊緣及主要交通干線附近的農村聚落。優化布局具體思路：將靠近句容市建成區或中心鎮區的農村居民點納入城鎮規劃體系中，積極引導農村居民點用地向城鎮居民小區類型轉變，加大交通等基礎設施建設，強調內部用地的功能分區，形成全方位、多層次的用地格局。

3.2　重點發展型

將距離建制鎮范圍超過2.5 km，影響范圍超過60 hm2，且區位條件為優等級、較優等級農村居民點界定為重點發展型，這一類型農村居民點數量為447個，總面積為35.88 hm2，占句容市總面積29.91%。該模式主要是指距離城鎮中心較遠、規模較大、交通區位及經濟發展水平較好的農村聚落。優化布局思路：將句容市各鄉鎮規模較小、條件差的農村居民點就近搬遷至中心村，重點進行市域范圍內的中心村建設；并完善各中心村的基礎及公共服務設施，立足各中心村資源優勢，發展及壯大特色產業，吸引周邊小自然村向中心村集聚。

3.3　限制發展型

除城鎮轉化型和重點發展型以外，將其他區位條件為優、較優和一般等級且空間影響范圍<60 hm2的農村居民點予以保留，但控制其規模發展，不宜進行擴建，這一類型農村居民點數量為349個，總面積為28.09 hm2，占句容市總面積23.41%。優化布局具體思路：在原有農村居民點空間格局穩定的前提下，對該類型農村居民點進行復建及合理開發，通過推進農村居民點整治建設、充分挖掘村莊的內部用地潛力，并實現村莊尤其是空心村用地有效“減肥”，提升丘陵區農村居民點用地集約利用水平。

3.4　異地搬遷型

除上面3個優化類型外，其余均為異地搬遷型，這一類型農村居民點數量為296個，總面積為23.36 hm2，占句容市總面積19.47%。這一類型農村居民點多位于市域居民點適宜性等級較差的地區，耕地資源短缺、交通不便利及村民多外出務工。優化布局具體思路：逐步進行異地遷移，可采取城鎮安置、中心村安置、小村并入大村及建設獨立新村等多途徑進行搬迀；另外，對置換出來的老宅基地采取復墾還林、還耕等措施，不斷改善市域生態環境；同時，要注意處理好搬遷后農民的生計、就業以及社會保障等問題。

4　結論與討論

本研究基于GIS空間分析平臺，綜合運用R統計量、Kernel核密度、空間韻律指數及Voronoi圖等方法，以句容市為例，對我國丘陵區農村居民點空間格局及布局優化進行了探討。結論如下：句容市農村居民點分布的R統計量小于1，空間分布表現為集聚分布，并且市域北部鄉鎮集聚程度高于南部鄉鎮；通過農村居民點Kernel核密度分析得到句容市農村居民點空間密度分布呈“南密北疏”特征；通過空間韻律指數分析得到句容市農村居民點形態、規模分布規則程度也呈“南北分異”特征，句容市南部鄉鎮農村居民點形態規則程度要高于北部鄉鎮。結合農村居民點區位分布特征，基于加權Voronoi圖，將句容市農村居民點布局劃分為4種模式：農村城鎮化型、重點發展型、限制發展型、整體搬遷型，其中城鎮轉化型占27.21%、重點發展型占29.91%、限制發展型占 23.41%、異地搬遷型占19.47%；并針對這4種模式提出具體優化策略及建議。

需要指出的是，筆者僅研究了丘陵區農村居民點現狀空間格局特征，忽視了長時間尺度農村居民點空間格局演化規律分析，因此長時間尺度丘陵區農村居民點格局演化及其驅動機理需要深入研究；只初步分析了丘陵區典型地句容市的農村居民點特征，在今后研究中，可開展丘陵區不同地域農村居民點空間格局及優化調控對比性研究。

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