新賓縣鄉村聚落景觀格局對于水源涵養的影響

齊 麗，李 娜

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，西安 710075； 3.陜西省土地整治工程技術研究中心，西安 710075； 4.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西西安 710075； 5.北京華源厚土土地整理規劃設計有限公司，北京 100193)

0 引言

鄉村聚落即農村居民點是人類最主要的聚居形式，與周圍社會經濟、自然環境存在著相互作用和人地互動的足跡，其布局、形態和規模在歷史變遷中經歷了若干重大變化[1-3]。雖然我國城鎮化水平有了很大的提高，但農業人口基數龐大，在今后相當長一段時間內，鄉村聚落用地仍是我國城鄉建設用地的重要組成部分，仍是農村人口聚居的主要形式。中國大部分地區鄉村聚落布局沒有整體上的規劃，用地缺乏有效監督管理，導致空間布局分散零落、雜亂無序，并且長期處于農民的自發選擇狀態。特別在山區中的鄉村聚落，由于傳統文化和自然環境限制，為便于耕作生產，鄉村聚落呈“滿天星”式的散落布局。這樣的布局形式不僅使農民出行較為困難，而且會給山區的自然生態環境，特別是山區的水源涵養功能帶來負面影響。

遼東山區是指遼寧東部32個縣(市、區)的山地丘陵區，包括本溪市、撫順全境，鞍山、鐵嶺、丹東等市的山區丘陵縣(市)區。該區是遼河平原區的主要水源涵養區以及綠色屏障區，提供了全省83%的水資源。遼東山區不但要滿足目前人們對生產生活的需求，而且要為遼寧省未來經濟的發展提供生態保障與水資源。遼寧省第三次土壤侵蝕遙感普查結果表明，遼東山區土壤侵蝕面積為1 626.27km2，占全區總面積的25.2%，占全省土壤侵蝕總面積的35%[4]。由此表明，遼東山區水源涵養功能還存在潛在的威脅。新賓縣作為遼東山區重要的水源涵養區之一，是渾河的發源地，屬于山區，居民活動頻繁。因此，不僅要從增加自然植被涵養水源來考慮，也應考慮鄉村聚落布局引發的人類活動對于水源涵養的不利影響，文章通過對新賓縣鄉村聚落分布特征、景觀格局和土壤侵蝕特征進行分析，從獨特的鄉村聚落景觀格局視角探討水源涵養區鄉村聚落景觀格局演變對水源涵養功能影響，為生態保護區域的鄉村聚落布局優化提供科學依據，促進區域性水源涵養。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

新賓滿族自治縣東和吉林省通化市為鄰，南和桓仁滿族自治縣、本溪市搭界，西和撫順市毗壤，北和清原滿族自治縣相鄰。位于北緯41°14′10″～41°58′50″，東經124°15′56″～125°27′46″之間，地勢由東北向西南傾斜。地表水資源豐富，年均降雨量780mm，總量達14.4億m3。新賓地貌類型屬于構造侵蝕的中低山區，以長白山系龍崗山脈為主體，境內峰巒疊嶂，山丘起伏，平均海拔492m，其中，蘇子河出口最低處海拔123.8m，鋼山最高海拔1 346.7m，相對高差1 208.4m。地勢由東北向西南傾斜，地面坡度3～8°。

圖1 新賓縣區位

1.2 研究方法

1.2.1 RS和GIS方法

應用ENVI軟件[5]和ArcGIS對SPOT數據以及Landsat數據進行信息提取和分類，選擇融合分類、監督分類、分區分類和目視解譯法相結合。以研究區的土地利用數據為基礎，在GIS技術的支持下進行疊加分析，再運用Fragstats進行鄉村聚落景觀格局的進一步分析。

1.2.2 數理統計方法

應用回歸檢驗與相關分析，應用spss軟件將土壤侵蝕情況分別與鄉村聚落規模、人口密度進行相關性分析。

1.2.3 景觀指數法

景觀格局指數是高度濃縮的景觀格局信息，是反映景觀結構組成、空間配置特征的簡單量化指標[6-8]。依據研究的目的以及研究的特點，選擇幾個具有代表性的景觀指數對新賓縣的鄉村聚落景觀格局進行分析。依據研究區特點及研究目的，選取幾個景觀指數，對新賓縣鄉村聚落景觀格局進行分析。該文中所選取的景觀指數是在斑塊水平下的，主要有：斑塊個數(NP)、斑塊總面積(TA)、面積加權平均斑塊分維數(AWMPFD)、斑塊密度(PD)、平均斑塊面積(MPS)、分散度(RC)。利用Fragstats3.3計算景觀指數，首先在setting run parameter中設置參數，然后選取景觀指數，最后執行(excute)運算，得到結果。

2 數據來源與數據預處理

2.1 數據來源

數據來源于新賓縣1992年、2001年、2010年Landsat5TM數據、新賓縣社會經濟數據、新賓縣1： 10 000土地利用現狀圖和1： 10 000地形圖為基礎數據，其中遙感數據主要是利用3、4波段數據。

2.2 數據預處理

2.2.1 研究區域的剪裁

首先，將3、4波段影像圖導入到ENVI4.5中。其次，選擇Overlay菜單中的Vectors選項，將研究區域的邊界疊加到影像上。再后，在Vector Parameters對話框中的File菜單中，打開Export Active Layer to ROIs選項選擇Convert all vectors to one ROI。再后，在Tools菜單中選擇Region of Interest中的ROI Tool。在其對話框中選擇File中的Subset Data via ROIs選項，并將Background Value設為0，然后保存在一個新的文件夾中。其他兩期數據采用同樣方法處理。

2.2.2 計算NDVI值和植被覆蓋度(VFC)

在計算NDVI值之前需要將3、4波段影像圖進行壓縮，使其壓縮到一個圖層中，具體的操作過程為：在ENVI4.5中打開3、4波段影像圖，選擇Basic Tools中的Layer Stacking，此時出現了Layer Stacking Parameters的對話框，點擊Import Files按鈕將3、4波段影像圖輸出，然后命名輸出結果并保存在一個固定的文件夾中。

利用NDVI值，通過公式計VFC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)算植被覆蓋率。

2.2.3 制作坡度圖和土壤侵蝕圖

將DEM數據利用Arcgis的空間分析工具獲取坡度圖。

根據表1的土壤侵蝕指標，在envi中利用決策樹得到土壤侵蝕圖。

表1 水利部土壤侵蝕指標

被蓋度(%)坡度<5°5～8°8～15°15～25°25～35°>35°>75微度微度微度微度微度微度60～75微度輕度輕度輕度中度中度45～60微度輕度輕度中度中度強度30～45微度輕度中度中度強度極強度<30微度中度中度強度極強度劇烈

2.2.4 鄉村聚落數據處理

結合Arcmap3.3中overlay模塊將鄉村聚落屬性數據與高程、坡度等相關屬性數據疊加，對鄉村聚落空間分布特征進行統計、計算[9]。鄉村聚落人口數利用統計數據，結合實地調查獲得。

根據鄉村聚落的疏密度，考慮到鄉村聚落之間的距離與相互影響度，對鄉村聚落進行緩沖分析，以1 000m距離基準，建立緩沖區，每個緩沖區內的鄉村聚落形成一個復合圖斑，視為同一鄉村聚落單元。

將復合后的鄉村聚落單元與不同距離范圍(1 000～2 000 m、2 000～3 000 m、3 000 m)的土壤侵蝕情況進行空間疊加分析，得出4個距離段的侵蝕狀況。

圖2 1992年土壤侵蝕 圖3 2001年土壤侵蝕

圖4 2010年土壤侵蝕 圖5 1992年各緩沖區土壤侵蝕

圖6 2001年各緩沖區土壤侵蝕 圖7 2010年各緩沖區土壤侵蝕

3 結果與分析

3.1 新賓縣鄉村聚落數量結構分析

分析可知， 2010年末，新賓縣共有農村人口21.980 5萬人，鄉村聚落總面積6 705.7hm2，人均建設用地面積305m2/人。超出《村鎮規劃標準》(GB50188-93)規定的150m2/人，因此，新賓縣鄉村聚落用地集約度不夠，有很大的整理潛力，鄉村聚落圖斑個數2 803個。鄉村聚落面積最大的鄉鎮是永陵鎮，為939.88hm2，其次是新賓鎮，為732.88hm2，鄉村聚落面積最小的鄉鎮是響水河子鄉，為207.32hm2。人均面積最大的鄉鎮是木奇鎮，為431.3m2/人，最小的是旺清門鎮，為227.32m2/人。人口數最多的為永陵鎮，為2.785 4萬人； 人口數最少的是紅升鄉，為7 464人。鄉村聚落圖斑在圖上表現為單體存在，不連片的。圖斑破碎化比較嚴重，呈現散居狀態，布局比較分散。

3.2 鄉村聚落空間分布景觀指數分析

表2 新賓縣各鄉鎮鄉村聚落用地景觀指數

行政單位斑塊個數(個)斑塊總面積(hm2)平均斑塊面積(hm2/個)斑塊密度(個/hm2)分散度面積加權平均斑塊分維數北四平鄉1092362.170.463.981.136 9大四平鎮1724872.830.352.341.128 2紅廟子鄉1353872.870.353.781.141 9紅升鄉1052112.010.53.561.137 8木奇鎮3496891.970.512.691.119 8南雜木鎮1474513.070.331.981.116 8平頂山鎮1704972.920.342.541.136 8上夾河鎮1804112.280.442.781.140 8旺清門鎮1483322.240.452.021.126 5葦子峪鎮1393802.730.372.431.124 7下夾河鎮1153463.010.333.061.129 6響水河子鄉972072.130.473.231.130 9新賓鎮3097332.370.421.731.089 5永陵鎮4739401.990.51.561.103 4榆樹鄉1553972.560.394.121.138 3新賓縣2 8036 7062.390.422.421.132 7

從斑塊個數來說永陵鎮斑塊個數最多，為473個，表明其破碎度較高； 斑塊個數最少的是響水河子鄉，為97個，表明其鄉村聚落較完整。從斑塊總面積來說永陵鎮斑塊總面積最大為940hm2； 斑塊總面積最小的是響水河子鄉，為207hm2。從平均斑塊面積來說，南雜木鎮平均斑塊面積最大，為3.07hm2/個，這說明其鄉村聚落的平均用地規模大； 木奇鎮平均斑塊面積最小，為1.97hm2/個，說明其平均用地規模小。從斑塊密度來說，木奇鎮斑塊密度最大，為0.51個/hm2，這說明木奇鎮的破碎化程度較高； 南雜木鎮和下夾河鎮斑塊密度最小，為0.33個/hm2，這說明南雜木鎮和下夾河鎮較完整。從分散度來說，北四平鄉分散度最大，為3.98，這說明北四平鄉鄉村聚落分布較分散； 永陵鎮分散度最小，這說明永陵鎮鄉村聚落分布的較密集。其主要原因是在農村自給自足的經濟形勢下，為了獲得生存所需糧食，農民必須擁有一定數量的耕地，尤其是在遼東山區耕地資源稀少，為了耕作的方便，農村居民點分散分布是必然的形式。鄉村聚落分散度較小的鄉鎮包括永陵鎮、新賓鎮和南雜木鎮，這些鄉鎮位于主要河流及其支流的谷底，地勢較低，并且平坦的地方。在一定程度上鄉村聚落分散度是人類活動強度對于景觀結構影響的反映，通常人工景觀平均斑塊面積較小，斑塊個數也少，因而分離度越大，呈分散分布，而自然景觀和半自然景觀分離較小，主要是同類斑塊距離短或集中連片。

相關研究表明，作為人工斑塊的鄉村聚落，其穩定性較大、分維數小，形成的斑塊不容易發生變化，這就導致其周圍自然斑塊景觀異質性的增加，分維數大于人工斑塊，景觀趨于不穩定狀態。面積加權平均斑塊分維數，代表了在一定的研究尺度上土地利用斑塊邊緣的復雜程度，一般處于1～2之間，數值越接近1，反映了斑塊的自我相似性越強，簡單長短軸比值越小、斑塊的形狀也越規則，斑塊的外形接近于圓形或者是正方形，這說明受人為干擾的程度越大，因為通過人類干擾所形成的斑塊通常形狀較為規則，因而易于出現相似的斑塊形狀。AWMPFD數值越大，那么長短軸比值越大，斑塊的形狀也就越復雜，斑塊的幾何形狀越狹長，受到的干擾也越小[10-11]。新賓縣各鄉鎮鄉村聚落面積加權平均斑塊分維數均在1.16以下，接近于1，這是因為鄉村聚落斑塊屬于人工景觀斑塊，斑塊外形較為規則，接近于方形，穩定性較強。新賓鎮的面積加權平均斑塊分維數最小，為1.103 4； 紅廟子鄉AWMPFD最大，是1.141 9。各鄉村鄉鎮AWMPFD均低于1.5，表明這些鄉村鄉鎮聚落景觀沒有處于一種類似于布朗運動的隨機狀態，即一種不穩定狀態，而是處于一種穩定狀態。

3.3 水源涵養與鄉村聚落分布相關性分析

水源涵養評價指標有土層平均厚度、土地面積等一系列指標，所以該文選擇土壤侵蝕情況來反映研究區水源涵養狀況。

3.3.1 新賓縣土壤侵蝕現狀分析

表3 2010年鄉村聚落1 000m以內各地類土壤侵蝕情況

hm2

表4 3個時間段不同距離土壤侵蝕情況

從表3可以看出，目前來說，耕地侵蝕最嚴重，總侵蝕面積為3.776 873萬hm2，其中劇烈侵蝕為472.75hm2，占侵蝕耕地面積的1.25%，耕地中中度侵蝕面積為1.863 405萬hm2，所占比例最大為49.33%。侵蝕程度最輕的是未利用地，這就意味著必須采取措施去治理水土侵蝕，若治理良好那么這么大比例的侵蝕土地將會好轉，轉化為輕度侵蝕土地； 若不重視起來，那么大面積的耕地將面臨著很難逆轉的極強甚至是劇烈侵蝕，這對我們的糧食安全將是一個巨大的危害。從總的侵蝕面積上來看，僅次于耕地的是林地，面積為3 457.33hm2，這是因為新賓縣地處遼東山區，林地覆蓋率較大。基數過大再加上人為的干擾這就造成了侵蝕面積僅次于耕地。對于新賓縣特殊的地理位置而言，保護水土也就意味著保護林地。

3.3.2 土壤侵蝕與鄉村聚落距離的關系

3個時段， 2001年土壤侵蝕最嚴重，侵蝕率為57%； 2010年的土壤侵蝕情況最輕，侵蝕率為39.87%。介于中間的1992年土壤侵蝕率為55.34%。從1 000m緩沖區以內來看，同樣是2001年侵蝕情況最嚴重，侵蝕為39.06%(表4)。

3個時間段的土壤侵蝕情況，都是隨著距離鄉村聚落距離的增加而呈現逐級遞減的關系，這說明鄉村聚落的分布對于土壤侵蝕有一定的影響。以2010年為例，在1 000m以內侵蝕率為21.26%， 1 000～2 000m侵蝕率為16.59%，這是因為人類活動需要依賴于土地進行，而在距離鄉村聚落越近的地方，人類的活動強度越大，所以侵蝕情況也就越嚴重。

3.3.3 土壤侵蝕與人口密度的關系

表5 新賓縣不同地塊土壤侵蝕情況

地塊12345678910侵蝕面積(m2)45 587.5620 420.79135.06309.1376.741 216.6466.18105.2814783.55人口密度(個/m2)1.193 90.921 80.085 30.475 10.576 90.647 90.397 50.669 80.412 90.503 5地塊11121314151617181920侵蝕面積(m2)164.56779.4115 372.25237.97156.59292.57112.8888.73222.2147.67人口密度(個/m2)0.597 80.616 20.5590.093 20.793 50.574 20.144 30.283 60.555 10.026 4地塊21222324252627282930侵蝕面積(m2)25.047.314.386.085.458.850.5646.4219.4447.38人口密度(個/m2)0.866 50.009 30.009 20.009 30.009 10.008 60.008 90.0090.0090.018 1

應用Arcgis9.3將新賓縣的圖斑復合成33個復合圖斑，剔除其中3個異樣圖斑，通過spss16.0對其進行相關性和回歸分析，置信度(單側)為0.01 時，人口密度與侵蝕面積相關性是顯著的，并且呈正相關。這是因為人類的活動，例如耕作，砍伐等都加劇了水土的流失，使得侵蝕面積加大。在保護水土的時候，必須要考慮到人為影響。

3.3.4 土壤侵蝕情況與鄉村聚落規模的關系

表6 非參數相關系數分析

人口密度侵蝕面積人口密度相關系數1.0000.734??Sig.(單側)0.000N3030相關系數0.734??1.000侵蝕面積Sig.(單側)0.000N3030

同理，利用spss16.0軟件，對土壤侵蝕情況和鄉

村聚落規模進行相關性分析。結果表明土壤侵蝕情況與鄉村聚落規模高度相關，且為正相關，這意味著鄉村聚落規模越大侵蝕情況越嚴重。所以，鄉村聚落應確定合理規模以防止水土流失。

將鄉村聚落規模與劇烈侵蝕占侵蝕面積百分比即侵蝕等級應用spss16.0進行相關性分析，侵蝕強度與聚落規模不相關，這就說明鄉村聚落規模越大，侵蝕情況越嚴重，但是侵蝕強度不一定劇烈。

4 結論與建議

從鄉村聚落本身的特征來講，隨著海拔升高，鄉村聚落面積逐漸減少，其中高程在121～345m的鄉村聚落面積最大，占鄉村聚落總面積的50.33%。而海拔在734m以上的鄉村聚落面積為0.00%。從整個鄉村聚落范圍內不同海拔高度鄉村聚落面積的統計可以看出，隨著海拔高度的增加，鄉村聚落的規模越來越小。從坡度分析的結果得知，新賓縣的鄉村聚落主要分布在0～5°的平地和8～15°的緩坡地上，其鄉村聚落面積分別占了全縣鄉村聚落總面積的21.25%和28.55%，但在坡度大于15°地區仍有數量不少的農民居住，這就增強了生態治理的難度。對于這樣的鄉村聚落可以進行生態移民，即分區域、分步驟、分類別、有重點的縮減人類活動，將處于不適合人類居住的地區居民遷移出來。

從景觀格局[12]分析角度來看，由于新賓縣地處遼東山區，受各種自然與社會要素的影響，特別是受長期自給自足的生活方式以及地形因素造成人均耕地不足的約束。新賓縣鄉村聚落呈現出平均斑塊面積較小、斑塊數多、人均用地面積超標、平均斑塊分維數小、大部分鄉鎮規模較小、斑塊具有一定的穩定性，分散度較大的景觀格局。正是鄉村聚落這種“天女散花”式的景觀格局和新賓縣作為人工景觀斑塊具有穩定性，讓人類對四周自然生態環境干擾面積不斷擴大，自然景觀斑塊的細碎化也必然加劇，從而造成小區域內土壤侵蝕的加劇和生態環境的破壞。

此外，研究區土壤侵蝕情況與鄉村聚落規模、人口密度在置信度為0.01時相關性顯著，并且呈正相關，侵蝕強度與聚落規模不相關。這就說明鄉村聚落規模越大，侵蝕情況越嚴重，但是侵蝕強度不一定劇烈，且人類活動會加劇侵蝕面積擴大。所以，鄉村聚落分布要到達一個合理的規模才能使經濟效益、生態效益最大化。同時，研究發現土壤侵蝕情況隨著距離的增加呈現出遞減的趨勢，這是因為人類活動需要依賴于土地進行，而在距離鄉村聚落越近的地方，人類的活動強度越大，所以侵蝕情況也就越嚴重。

鄉村聚落空間分布特征體現了不同生產力水平下人類生產、生活及其與周圍環境的關系，鄉村聚落景觀格局及其動態變化影響到眾多環境因子，例如水土涵養情況、地形等。怎樣才能改變新賓縣甚至整個遼東山區現在的鄉村聚落景觀格局與空間分布，使其生態環境保護處于一個最合理的狀態呢？其中最有效的途徑之一就是在研究鄉村聚落景觀格局及其分布特征的基礎上，即生態移民。