基于生態安全格局的農村居民點布局優化研究

邵新娟

摘要：農村居民點潛力評價是進行居民點優化布局的基礎，良好的居民點生態安全水平有利于居民點未來的發展。以伊犁河谷察布查爾錫伯自治縣（下文簡稱為“察縣”）為研究區，結合研究區實際地形特點，綜合應用最小累計阻力模型、GIS空間分析和層次分析法等方法，建立基于水土保持、生物多樣性、風景名勝三個方面的居民點優化生態安全阻力面；并且運用地形、居民點數據、區位影響因素，建立農村居民點優化潛力評價體系，進行察縣農村居民點潛力評價分等；最后利用引力模型計算城鎮引力分值，并結合居民點優化潛力分值及生態安全格局，進行居民點的優化分區。研究結果表明，地勢較陡且距大型水系越近的區域生態安全阻力越大，居民點優化潛力越低。通過初步整治分類，將居民點主要劃分為城鎮化區、重點發展區、內部改造區和遷移并點區，進而對農村居民點優化布局進行合理的引導，為農村居民點的整治優化提供決策支持。

關鍵詞：農村居民點；最小阻力模型；潛力評價；引力模型；布局優化

中圖分類號：K928.5；X171.1 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）17-0099-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.026 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The potential evaluation of rural residential areas is the basis of optimized layout， quantified ecological security level of residential area is conducive to the development of residential areas in the future. Taking the Ili river valley Qapqal xibe autonomous county（this article is referred to as "Cha county"） as the study area， combining with the characteristics of the terrain in the study area， comprehensively applying the minimum cumulative resistance model， GIS spatial analysis and analytic hierarchy process（ahp） method， based on soil and water conservation， biodiversity and scenic spot， the resistance surface to optimize ecological security was established； And by using of topography， settlement data， geographical factors， the optimized potential evaluation system of rural residential areas set up to conduct the rural residential areas potential evaluation grading Qapqal xibe autonomous county； Finally the gravity model is used to calculate gravity score in cities and towns， combing with optimized potential score and ecological security pattern of residential area， the division of residential areas was optimized. Research results showed that， when the topography is steep and nearer to the large drainage， the resistance of regional ecological security was greater， settlement optimization potential lower. Through preliminary remediation and classification， the residential areas was mainly divided into the urbanization area， the key development area， internal transformation area and migration merge area， so the optimized layout of rural residential areas could be reasonably guided， so as to provide decision support for the regulation optimization of rural residential areas.

Key words： rural residential area； the model of least resistance； potential evaluation； gravity model； layout optimization

農村居民點是農村人口居住在一起進行經濟、政治和文化等活動而聚集的定居場所[1，2]。中國長期處于農村居民點的建設缺乏統一規劃和管控的階段，因而引起農村居民點空間布局散亂、集聚能力差的現象，這種現象不利于土地集約利用和城鄉一體化建設。

目前進行居民點優化布局方面的評價案例較多，學者們運用不同的評價方法對不同的研究區進行評價。部分學者針對自然、社會、經濟等方面多重影響因子，確定其權重，運用多因素綜合評價法、SPSS聚類分析、AVC理論、MCR模型等方法，進行農村居民點適宜性評價，并且根據評價結果進行居民點優化分區[3-8]；部分學者運用定量分析、因子分析、可達性計算、景觀格局分析、距離制圖法、加權Voronoi圖、擴展斷裂點模型、最小限制因素等方法判定居民點優化方向，確定優化方案[9-15]。基于以上研究成果來看，對于應用生態安全格局確定居民點優化生態阻力方面的研究較少，為此，本文結合研究區地形特點，運用最小累計阻力模型建立在水土保持、生物多樣性、風景名勝方面的居民點生態安全指數面，計算得出農村居民點建設生態安全綜合阻力面；疊加農村居民點生態安全綜合阻力面及農村居民點優化潛力評價圖，并結合引力模型計算城鎮引力值，確定察布查爾錫伯自治縣（下文簡稱為“蔡縣”）各農村居民點優化分區，并且結合行政界限確定居民點的整治優化方案，為察縣未來移民安置及新增居民點選址提供一定依據和借鑒。

1 研究區概況與數據處理

1.1 研究區概況

察縣位于新疆西天山支脈烏孫山北麓、伊犁河以南遼闊的河谷盆地。地形東窄西寬，南高北低，由東南向西北傾斜。地理位置介于東經80°30′00″-81°45′00″，北緯43°15′00″-43°57′30″之間。

察縣土地總面積364 041.95 hm2（不含兵團面積），轄2鎮、11鄉，5場、1軍分區，2015年末全縣地方常住人口16.73萬人，其中戶籍農業人口11.16萬人，GDP達47.64億元。根據察縣土地利用變更數據庫數據，全縣2015年農村居民點用地8 314.34 hm2，占全縣土地總面積的2.28%，按常住人口計算，人均農村居民點用地高達496.74 m2/人，遠高于國家標準規定的上限，農村居民點整理的理論潛力較大，因此選用該研究區為靶區進行探討。

1.2 數據處理

以察縣農村居民點布局優化為研究對象，研究中用到的數據主要來源于察縣1∶100 000土地利用現狀圖（2015年）、數字高程模型數據DEM、察縣ETM+遙感數據（2015年）、察縣城市總體規劃（2012-2030年）以及察縣土地利用總體規劃（2010-2020年）等。

首先將柵格圖件掃描幾何校正進行矢量化，然后將不同的矢量數據類型利用ArcGIS 9.3統一轉為.shp格式，進而提取本研究所需的數據信息，主要包括農村居民點、建制鎮等面狀要素，交通、水系等線狀要素以及地形高程、坡度等數據；由遙感影像混合像元解譯提取察縣植被覆蓋度。

1.3 研究思路

農村居民點是村鎮人口主要生產、生活的基礎，其受到自然、社會、經濟及生態環境的影響，同時居民點的發展也會對其所在的自然、生態環境進行反饋，所以當前農村居民點的布局優化，必須結合生態安全格局與居民點優化潛力，綜合分析察縣農村居民點布局優化方案。本研究從確定生態安全阻力源及生態安全指數面，研究全縣生態安全格局分布；進行察縣農村居民點的現狀適宜性評價，確定居民點布局優化潛力。

1.4 研究方法

1.4.1 最小累計阻力模型 物種景觀特征的分布可以通過對不同阻力的控制和覆蓋來實現，進而阻力面可以用來反映物種空間的分布變化趨勢，生態安全格局的分布受到來自水土流失、物種多樣性降低、名勝景觀保護等多方面因素的影響，故本文運用最小累計阻力模型（Minimum Cumulative Resistance，簡稱MCR[16，17]）確定生態安全格局，通過生態安全指數面來反映察縣生態風險的潛在性和趨勢。將Knaapen等[16]的最小累計阻力模型結合地理信息系統的費用距離[17，18]，重點考慮源、距離及景觀的基面特征。公式如下：

式中，f是反映空間任意一點最小阻力與到源的距離和景觀基面特征的正相關的未知函數；Dij是指物種從源j到某一點所經過的景觀基面i的空間距離；Ri是景觀i對某物種運動的阻力。

1.4.2 源的確定 本研究選取察縣坡度大于35°和植被覆蓋率小于0.192的區域為水土保持源；將察縣生態保護區及濕地保護區作為生物多樣性保護源；將察縣國家級、省級文物保護單位及國家級、省級旅游風景區作為風景名勝保護源。

1.4.3 多因素綜合評價法 根據選取評價居民點綜合發展實力影響因子，結合察縣實際情況，綜合運用層次分析法及專家打分法確定各評價因子指標及權重，利用加權分值和公式計算，得出每個居民點綜合發展分值，確定每個居民點優化潛力。

1.4.4 引力模型 農村居民點的發展與城鎮的發展具有密切的關系，一般區域城鎮越發達對其鄰近居民點自身的發展具有一定的阻礙，使其往往成為城鎮發展的主要擴展區域。因此在進行農村居民點優化規劃時，要先將受城鎮影響大的居民點劃出，列為城鎮化區，不再進行居民點的整治遷并。本文引入基于牛頓引力的負冪式引力模型[19]，具體公式如下：

式中，Iij為居民點j受到城鎮i的影響引力；Mi、Mj分別為城鎮i與居民點j的影響質量；G為經驗系數，取1；r為城鎮i與居民點j的影響半徑；b為距離摩擦系數，取2。

2 研究區案例研究

2.1 生態安全面及安全系數的建立

2.1.1 水土保持安全指數面 一般居民點的建設都要保證其地勢環境的穩定性。水土流失產生土地利用環境的不穩定，而且嚴重區域極易引發坍塌、山體滑坡等災害，不僅使周邊的居民產生諸多生產、生活的不便，甚至會危害到居民的生命安全，故在居民點的分布區域一定要具有較強水土保持能力。研究表明，水土流失與坡度、土地利用類型、植被覆蓋度等因素具有高度相關性。故選取坡度、土地利用類型、植被覆蓋度及距離伊犁河距離來研究察縣基于居民點建設的水土保持安全格局。一般區域坡度越小，其水土安全分值越高，水土安全穩定性越高；由于不同土地利用類型生態服務功能有所不同，其水土保持效果也不同，一般森林的生態服務價值最高，水土保持能力越高，生態安全分值越高，建設用地生態服務價值最低，生態安全分值最小；植被可以調節氣候、涵養水源、改善土壤成分等，故區域植被覆蓋指數越高，其水土保持能力越高，生態安全分值越高；由于察縣位于伊犁河南岸，察縣的發展與伊犁河具有緊密的聯系，一般距離大型水體一定距離內，河流的侵蝕較為嚴重，水土不穩定，故距離水體較遠的區域其水土相對較穩定，生態安全分值較高。

2.1.2 生物多樣性安全指數面 生物的多樣性是維持自然生態系統平衡的基礎，而人類的生活對野生動植物的生長具有一定的影響，處理不當將造成生態系統的失衡，進而危害整個人類的生活。故居民點建設的選址要保證遠離動植物的生活環境。選取植被覆蓋指數、土地利用類型和距離伊犁河距離來反映區域生物多樣性安全指數。植被覆蓋指數越大，植被總量也就相對較多，動物生活及遷徙都比較容易，物種越復雜，區域生態安全分值越高；不同土地利用類型具有不同的生態服務價值，生態服務價值越高其生態穩定性越高，物種越復雜，生態安全分值越高；由于靠近伊犁河的區域具有較多濕地灘涂區域，這些區域不利于人類的生產生活，但是物種較多，生態安全分值較高。

2.1.3 風景名勝保護安全指數面 與生物多樣性相同，居民的日常生產、生活難免對風景名勝產生影響，為保護自然、人文景觀的原始性，居民點的建設應該遠離風景名勝保護區。一般風景名勝區選址多在自然景觀豐富、河流、湖泊、森林等地。因此選取土地利用類型、植被覆蓋指數建立生態安全指數面。根據有關研究，植被覆蓋指數越高的區域，安全指數越高；根據各地類不同生態服務價值的娛樂價值高低，確定土地利用類型的風景名勝保護指數的高低。

按指標等級劃分9個安全等級分數：1、2、3、4、5、6、7、8、9。

在此基礎上根據察縣居民點分布現狀，結合專家及相關部門的意見運用層次分析法及專家打分法，確定不同生態安全等級指標權重與量化標準，見表1。

2.2 農村居民點優化潛力評價

只有對居民點分布的現狀有清楚的了解，才能制定具有針對性的整治優化方案。根據察縣農村居民點的現狀建立評價體系，來確定農村居民點的優化潛力等級。選取地形、居民點數據、區位影響因素，構建農村居民點優化潛力評價體系。

居民點分布地勢的高低，決定了居民點是否會由于地勢過于陡峭而進行遷移或限制發展，而相較于陡峭的區域，地勢平坦的地區居民點集聚發展的可能性就越大。針對農村居民點的整治優化，其自身現狀數據是確定居民點優化方向的基礎，選定居民點的經濟、人口及用地規模來綜合表示居民點現狀數據，居民點自身條件越優越其發展的可能性越大，整治優化潛力越高。區位因素可以表達現有居民點是否具有繼續發展的潛力，區位條件較好的地區更能吸引居民點在此集聚，區位較差的居民點搬遷的可能性越大。

根據各居民點實際情況，結合當地有關部門及專家意見并且綜合運用變異系數法確定農村居民點現狀優化潛力評價體系權重，見表2。

2.3 居民點整治優化

農村居民點的發展在一定程度上受到城鎮的影響，一般城鎮經濟的發展帶動區域居民收入的提高，進而可以促進農村居民點的發展，但當居民點受城鎮影響因子超過一定限度，會制約居民點的進一步發展，使其并入城鎮區。因此在進行農村居民點整治優化時，要先將受城鎮影響大的居民點劃出，列為城鎮化區，不再進行居民點的整治遷并。

根據有關研究表明[19]，引力模型中的質量M通常與聚落的規模、人口、收入有一定的聯系。選取察縣主要城鎮與居民點的常住人口、建設用地規模及經濟收入為影響因子，通過層次分析法結合有關專家意見確定質量影響因子的權重（表3），影響半徑取居民點與城鎮最近距離，其中有距離值為0的城中村，將其直接劃分為城鎮化區。

未來居民點的發展趨勢是由規模小、分布離散的居民點逐漸向規模較大、連片的區域集聚。將農村居民點現狀優化潛力評價結果與察縣農村居民點生態安全格局面進行疊加分析，并且結合城鎮影響引力計算結果，將察縣農村居民點劃分為城鎮化區、重點發展區、內部改造區、遷移并點區。

2.3.1 城鎮化區 根據城鎮影響引力計算結果將城鎮影響引力值通過量化，運用空間疊加頻率直方圖統計分析，以頻率突變點劃分等級，將受城鎮引力值最大等級的居民點劃為城鎮化區，在該區應不斷提高區域城鎮化水平，降低第一產值的比重，為城鎮進一步的發展打下基礎。

2.3.2 重點發展區 將居民點優化潛力較高且位于生態阻力較小的區域、居民點優化潛力一般但城鎮引力較大的區域、居民點優化潛力中等但其建設生態阻力較小且具有一定用地面積的區域劃為重點發展區，作為未來居民點發展的重點和整治并村的中心區域，重點發展區應加強基礎設施的完善，提高居民生活質量，加速居民點的集聚發展。

2.3.3 內部改造區 將居民點優化潛力一般但其建設生態阻力較小且具有一定面積的區域、居民點優化潛力較好但生態阻力較大的區域劃為內部改造區。內部改造區的居民點應優化其內部用地結構，同時提高基礎設施投入力度，內部發展為主，為居民點優化布局提供支持。

2.3.4 遷移并點區 將居民點優化潛力較差、建設生態阻力較大的區域、用地規模較小的居民點劃為遷移并點區。遷移并點的居民點需根據整治遷并方向進行整理。

3 結果與分析

3.1 生態安全格局

根據生態安全指數因子及其指標權重，通過柵格計算（本文統一采用30×30的柵格進行計算）分別得到各指標安全分值面；運用最小累計阻力模型且結合實際情況，分別得到水土保持安全格局面、生物多樣性保護安全格局面、風景名勝保護安全格局面以及根據相同權重建立的綜合生態安全格局面；最后利用ArcGIS的Reclassify工具將各安全格局面劃分為4個等級，分別為低等生態安全區、中等生態安全區、高等生態安全區、最高生態安全區，見圖1。

從圖1可以看出，察縣北部區域靠近伊犁河、地勢較為平坦，植被密集，故該區域水土保持水平較高；中部區域地勢起伏平緩，遠離伊犁河，主要地類為草地，植被覆蓋率較大，且區域遠離風景名勝、濕地等保護區，所以其居民點的建設綜合生態阻力相對較小，其中生物多樣性保護安全指數最高；察縣南部為天山山麓，地勢變化較大，且多數生態保護區、森林公園分布在此處，故區域居民點優化綜合生態阻力最大，生態安全水平最低，不利于居民點的建設。

3.2 居民點優化潛力評價

在ArcGIS當中對各單因子的分布圖進行疊加分析得到察縣農村居民點優化潛力評價圖層，最后運用上述居民點優化方法且結合實際情況將察縣現有居民點分為最高潛力區、高度潛力區、中度潛力區、低度潛力區4個分區，見圖2。

從圖2可以看出，察縣南部靠近伊犁河較為平坦的地區，交通便利，河流密布并且距察縣縣城較近，利于居民點的建設，農村居民點現狀適宜性最高，優化潛力最大。而察縣中南部地區，由察縣北向南地勢變化不斷加強，主要地類為未利用草地，河流相對減少，且遠離中心城區，對居民的生活和生產有一定的限制，故居民點現狀優化潛力較小。

3.3 居民點布局優化

將農村居民點現狀優化潛力評價結果與察縣農村居民點生態安全格局面進行疊加分析，并且結合城鎮影響引力計算結果，將察縣農村居民點劃分為城鎮化區、重點發展區、內部改造區、遷移并點區，見圖3。

圖3結果表明，居民點重點發展區主要集中在察縣北部平坦的區域，這里居民點優化潛力及生態安全水平均較高，適合居民點的建設，且鄰近察縣縣城經濟中心區，利于居民的生產、生活水平的提高；察縣中南部區域由于遠離經濟中心區域，居民點優化潛力值相較北部低，但總體距離北部的重點發展區較遠，遷并成本較高，而且在區域中大多居民點集聚建設，可以選取其中規模較大，潛力較高的居民點作為主要發展區域，進行居民點遷并優化。

4 小結

結合察縣具體數據，通過針對水土保持、生物多樣性、風景名勝方面來建立生態安全指數面，通過柵格計算得出農村居民點建設生態安全綜合阻力面；運用地形、居民點數據、區位影響因素，建立農村居民點優化潛力評價體系，運用ArcGIS建立察縣農村居民點潛力評價圖；將農村居民點優化生態安全綜合阻力面及農村居民點優化潛力評價圖進行疊加，并結合引力模型計算城鎮引力值，確定察縣各農村居民點優化分區，并且結合行政界限確定居民點的整治優化方案。分析結果如下。

1）根據居民點優化生態安全格局研究，察縣地勢南高北低，全縣多數森林生態保護區分布于地勢較高的山脈區域內，因此該區域對于居民點布局的生態安全阻力最大；而在伊犁河沿岸分布部分濕地保護區及部分公園景區，這些區域不適宜居民點的建設，故其生態安全水平較低，安全阻力較大。

2）根據居民點優化潛力評價，可以看出察縣居民點優化潛力值主要是北高南低，這主要因為察縣地勢南高北低，且北部河網密布，離中心城區較近，交通便利經濟發達，利于居民生產生活，居民點發展潛力較高；而中部面積廣闊，但河網較少，大多居民點都是集中于部分冰川河流附近，且由于遠離經濟發達區域，故總體發展潛力較低。

3）由于察縣居民點優化生態安全水平及居民點優化潛力分布均北高南低，故重點發展區多集中在北部平坦區域，而由于中部土地面積較大，選取區域優化潛力相對較高的居民點作為重點遷并中心，重點發展帶動整體區域的發展。

本文通過對察縣農村居民點優化潛力評價分等、建立綜合生態安全阻力面并且結合城鎮引力分值對居民點進行初步優化分區，為察縣未來居民點的整治優化提供科學依據。由于數據的因素，生態安全指數的確定及農村居民點優化潛力評價考慮的因素等還有待于進一步完善。

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