縣域鄉村景觀脆弱性評價研究
——以哈爾濱縣域為例

于婷婷

袁 青*

冷 紅

鄉村景觀是“鄉村范圍內相互依賴的人文、社會、經濟現象的地域單元”，是反映鄉村人地系統相互作用關系的外在表征和集中體現[1]。面對生態環境變化和快速城鎮化的雙重壓力，中國鄉村景觀出現了明顯的脆弱性，并著重表現在生態環境破敗、土地利用混亂和社會資源失調等問題上[2]。特別是鄉村振興戰略提出后，勞動力、資金、科技等生產要素將不斷向鄉村地區集聚。如何測度鄉村景觀脆弱性，以協調鄉村人地關系、提升人居環境與生態環境的相容性，是新時期鄉村景觀規劃與建設的重要課題。

脆弱性分析與評價能夠解析系統在應對干擾與變化時的易損或脆弱程度[3]。20世紀90年代，國外學者開始將脆弱性研究運用到風景園林學中，并在2003年首度提出景觀脆弱性評價。早期的景觀脆弱性評價來源于環境影響評估，多針對自然景觀本質要素[4]。隨著研究不斷深入，景觀脆弱性評價逐漸轉向對人地系統、社會-生態系統等耦合系統的脆弱性評價，其評價體系也增加了反映土地利用情況和社會經濟發展的相關指標。盡管國內還沒有提出景觀脆弱性評價，但已有學者開展了景觀格局脆弱性評價研究，為本文提出鄉村景觀脆弱性評價研究提供了基礎[5]。

1 鄉村景觀脆弱性概念的提出

1.1 景觀脆弱性

脆弱性最初是指改變相互依存的體系所帶來的代價，用于國際政治分析與評估。由于脆弱性對事物關系的描述與分析極富代表性，很快成為詮釋系統關系的重要科學方法[6]。景觀脆弱性最早是指景觀要素在外界擾動和壓力下不損失能力的相對度量。隨著研究的不斷深入，景觀脆弱性包含的意義更加廣泛，并強調人地環境的重要作用。在查閱大量資料的基礎上，目前學者普遍定義景觀脆弱性為“景觀系統在自然環境和人類活動相互作用時，所表現的敏感性及缺乏適應能力造成破壞的概率”。

1.2 鄉村景觀脆弱性

鄉村景觀脆弱性是筆者基于景觀脆弱性概念提出的，是暴露于自然環境或人類活動擾動下的人地系統，由于自身的敏感性特征和缺乏應對擾動的能力，使鄉村人地系統受到負面影響或損害而呈現相應表征的狀態。從鄉村景觀脆弱性的構建邏輯來說，暴露在擾動下的鄉村人地系統都是脆弱的，但擾動對各系統的影響程度各不相同，這取決于3個要點：1)系統的暴露強度；2)系統自身對擾動的敏感程度；3)系統對擾動的適應及應對能力。因此，鄉村景觀脆弱性概念包含3層含義：1)擾動源包括自然環境變化或人類活動干擾，擾動源可能來自鄉村人地系統外部或系統自身；2)鄉村系統對擾動的反映并不均衡，擾動作用可能會加劇或減弱鄉村景觀的脆弱性狀態；3)鄉村景觀脆弱性實質上描述了擾動過程中的系統特征(包含暴露程度和敏感強度)和適應能力，是一個關于暴露性、敏感性和適應性的函數。

2 縣域鄉村景觀脆弱性評價的理論構建

2.1 研究尺度界定

鄉村景觀是具有多層次性和多尺度性的復雜系統，其脆弱性研究可分為村莊、鎮、縣域、地區、國家和全球等不同尺度。不同尺度的脆弱性載體，其擾動源和脆弱性特征也各有不同[7]。縣域作為地域性和綜合性較為完整的基本區域單元，具有相對均衡的自然資源條件和社會經濟背景，能夠有效展現縣域景觀系統的脆弱性結構和脆弱性程度。因此，本文選擇縣域作為鄉村景觀脆弱性研究尺度。

2.2 縣域鄉村景觀脆弱性維度解析

從概念出發，縣域鄉村景觀脆弱性維度可分解為暴露性、敏感性和適應性。1)“暴露性”是反映縣域鄉村景觀系統受外界擾動程度的參數，暴露風險源主要包括自然環境變遷和人類活動干預，通常暴露性越高，系統脆弱程度也越大。2)“敏感性”是由暴露類型和景觀特征決定，景觀隱性的易損特征在擾動下轉變為顯性，能夠反映特定時間段內縣域鄉村的景觀結構、功能狀況與演變特征。系統的敏感性越高，脆弱性越高。3)“適應性”能夠反映縣域鄉村景觀系統對擾動的適應潛力和應對能力，以及在擾動后的恢復能力。適應性越強，面對同等擾動時，系統的脆弱性越低。

2.3 縣域鄉村景觀脆弱性因子分析

盡管我國廣大村莊“千村千面”，造成村莊景觀脆弱性的核心原因各不相同，但從縣域層面綜合審視鄉村景觀問題，其驅動力多來自于人地系統運行機制的不協調，多體現在生態環境、土地使用和社會經濟的單一或復合因素上(圖1)。

圖1 縣域鄉村景觀脆弱性因子產生邏輯

圖2 縣域鄉村景觀脆弱性因子作用示意

縣域鄉村景觀脆弱性評價能夠從脆弱性因子的產生邏輯出發，分析縣域鄉村人地系統相互關系，通過量化相關因子，確定景觀系統的脆弱源。縣域鄉村景觀脆弱性因子的作用機制存在地域性和時空性：地域性能夠反映鄉村生態系統、土地系統及社會經濟系統在縣域層面的主要問題，進而得到脆弱性主導因子引導下的脆弱性空間分異規律；時空性反映一定時期內，縣域鄉村景觀的脆弱性程度和發展規律，進而為不同目標導向下的鄉村景觀規劃提供科學支持(圖2)。

2.4 縣域鄉村景觀脆弱性評價框架

本文提出鄉村景觀脆弱性評價偏重對鄉村人地系統運行機制的分析，因此其評價框架可以借鑒相對成熟的人地耦合系統評價框架。人地耦合系統脆弱性評價框架的構成方式很多，主要包括暴露-敏感-適應(VDS)、壓力-狀態-響應(PSR)、結構-脅迫、自然-人為等[8]。Polsky等從IPCC對脆弱性的定義出發，將脆弱性分解為暴露程度、敏感性和適應潛力3個維度，并借鑒了美國公共空間計劃整合框架，用層次分析法逐層細化評價指標。該框架流程規范清晰，融合了自然與人文要素的雙重影響，得到國際學者的廣泛認可和應用[9]。

本文借鑒該方法，提出了縣域鄉村景觀脆弱性評價框架。縣域鄉村景觀脆弱性評價包括9個步驟，其中前3步為評價準備基礎資料和相關數據；中間3步為評價主體，包括評價模型構建、指標選取及參數設定；后3步為評價后的預測、實踐和反饋過程，且步驟之間可以置換或迭代(圖3)。

為了進一步檢驗經過響應面設計試驗所獲得的模型及其預測的最佳工藝條件的可靠性，在最佳工藝條件進行驗證試驗，并重復5次，結果及統計分析如表6所示：對于酵母固態發酵551H及552H，驗證試驗結果與預測結果差異性均不顯著（P＞0.05）,因此，模型預測的最佳工藝參數適合實際應用。

3 縣域鄉村景觀脆弱性評價指標體系的建立

3.1 指標篩選原則

景觀脆弱性評價中的指標篩選、權重制定及體系構建等方法對縣域鄉村景觀脆弱性評價體系的建立有重要的借鑒作用。從已有文獻來看，景觀脆弱性評價指標體系建立通常從暴露性、敏感性、適應性3個維度出發，在生態、環境、資源、土地利用、經濟和社會等脆弱性因素中篩選評價指標，提出相應的指標參數，并以專家賦值法、熵值法、標準離差法和CIRTIC法等方法確定權重[10-11]。

在遵循評價指標選取的科學性、系統性、全面性和可得性等基本原則的基礎上，縣域鄉村景觀脆弱性評價指標可以對應借鑒景觀脆弱性指標，具體篩選原則如下。

1)受到氣候變化、環境污染等擾動時，可直接引用景觀脆弱性評價的生態和環境脆弱性的指標，構成縣域鄉村景觀的生態環境脆弱性指標。

2)受到人工建設、土地劃分等擾動時，可參考景觀脆弱性評價的資源脆弱性和土地利用脆弱性指標，并添加反映縣域鄉村地域特色的指標，構成縣域鄉村景觀的土地使用脆弱性指標。縣域鄉村地域特色指標需結合實地調研情況，以遙感圖像為基準劃分鄉村用地中林地、農田、建設用地和水體等土地利用類型，計算其景觀指數以確定最終指標。

3)受到產業轉型、政策變化等擾動時，考慮到研究尺度的差異性，不能直接引用景觀脆弱性評價的經濟和社會等脆弱性指標，但可借鑒其篩選方式：根據縣域人口和社會經濟統計數據構建原始指標，并用多重線性檢測、主成分分析、因子分析等方法降維，篩選縣域鄉村景觀的社會經濟脆弱性評價指標。

3.2 指標體系構建

圖3 縣域鄉村景觀脆弱性評價框架

圖4 縣域鄉村景觀脆弱性評價指標體系

在評價框架的引導下，縣域鄉村景觀評價指標體系由準則層、因素層、指標層和性質層構成。其中，準則層從脆弱性概念出發，分為暴露性、敏感性和適應性三部分。要素層結合前文我國鄉村景觀的主要問題，涵蓋生態環境(土地利用及社會經濟)暴露性、敏感性、適應性等9個部分。遵循指標篩選原則，參考了國家、區域、市域等不同層級的脆弱性評價指標，以及國內外鄉村景觀評價指標，最終確定建立縣域鄉村景觀脆弱性指標篩選模塊[12-13](圖4)。

考慮到地域、氣候和城鎮化程度的差異性，指標層應依據主要擾動源在指標庫中選取相應指標。此外，指標對脆弱性的影響有正負之分：某些指標的增加會提高縣域鄉村景觀脆弱性。本文把這種指標性質稱為正向影響，反之，則稱為負向影響。

3.3 評價方法

脆弱性定量評價具有多種評價方法，較為常見的方法是計算評價系統受損的概率或閾值[14]。本研究選擇計算脆弱性閾值：結合主成分分析和因子分析，先對各因素層的指標運用主成分分析降維，得到各因素層的主因子，進而通過因子旋轉矩陣得到因子荷載，并根據指標權重和脆弱性模型計算鄉村景觀脆弱性閾值。其中，由于指標量綱不同，評價需采用極差標準化法對各指標數據進行無量綱化處理。研究可采用以下公式計算縣域鄉村景觀脆弱性閾值。

縣域單元景觀脆弱性閾值計算：

式中，V代表縣域鄉村景觀脆弱性；E代表暴露性；S代表敏感性；A代表適應性。

縣域單元的暴露性、敏感性和適應性閾值由以下公式得出(以暴露性為例)：

式中，Eik代表縣域單元內景觀暴露性閾值；Bik是暴露性主因子k的加權總和； 是主因子k的方差貢獻率；μ是暴露相關的特殊因子。

式中，Bik是縣域單元內景觀暴露性主因子k的加權總和；Fi是變量值；aik是變量i在因子k上的荷載。

4 實例研究

4.1 研究區域

哈爾濱市是黑龍江的省會及全省政治、經濟、文化中心，也是中國陸地管轄面積最大、戶籍人口居第三位的特大城市，現轄道外區、道里區、南崗區、木蘭縣、賓縣等7縣2市(縣級市)9區。本文選取哈爾濱市為研究區域，把市轄區和縣級市作為縣域單元處理，共計18個縣域單元。

4.2 數據來源

本文主要涉及的空間數據和統計數據。

1)空間數據：地質災害數據來自黑龍江國土資源廳崩滑流地質災害分布圖，高度和坡度數據來源于哈爾濱市DEM數據，土壤退化數據來自全國第三次土壤侵蝕遙感調查結果，土地利用數據由2014年3期哈爾濱遙感圖像(Landsat 8 OLI影響，分辨率30m)處理后計算得來。

表1 暴露性因子特征值、方差貢獻及主因子荷載矩陣

2)統計數據：自然保護區數據來自《2014黑龍江省自然保護區名錄》，污染數據來自《2016年黑龍江環境統計年報》，氣候數據來自哈爾濱氣象站，礦產等資源數據來自《2016黑龍江國土資源公報》，人口數據來源于第六次全國人口普查結果，其他數據來自《哈爾濱統計年鑒2016》。

4.3 評價指標體系

根據哈爾濱18個縣域單元的具體情況，本文構建了哈爾濱縣域鄉村景觀脆弱性評價指標體系，共包含51個指標。為了客觀描述哈爾濱18個縣域單元的鄉村景觀脆弱性狀態，本文運用SPSS 22.0軟件分析并計算其暴露性、敏感性和適應性因子特征值、方差貢獻及主因子荷載矩陣(以暴露性為例，表1)。

在暴露性、敏感性和適應能力因子分析中，無量綱數據通過KMO檢驗，得分分別是0.695、0.710和0.642，均滿足進行主成分分析的前提條件。根據特征值大于1的原則提取暴露性主因子5個、敏感性主因子6個和適應性主因子6個，主成分特征值之和占總方差的累計百分比分別為81.5%、84.5%和80.7%。采用正交旋轉旋轉主因子，得出各因子的荷載矩陣，旋轉后與未旋轉得到的主因子基本一致。

4.4 評價結果

根據評價模型計算哈爾濱18個縣域單元的景觀暴露性、敏感性、適應性和脆弱性閾值，并借助ArcGIS 10.3的自然間斷點分級法將其分為5個等級(圖5)。暴露性評價結果顯示，縣域鄉村景觀暴露性分布與生態基礎環境高度相關，如通河縣、尚志市、五常市等因高農牧或林草交錯用地而暴露性較高。根據敏感性評價結果，巴彥、阿城等縣域由于土地類型的景觀破碎度高、產業類型單一、典型脆弱人口較高而呈現高敏感性。適應性評價結果顯示，依蘭、延壽、木蘭和方正等縣域由于鄉村基礎設施建設不足、污染治理較差、廢棄物利用較低、村民接受教育水平較低，以及醫療資源不足等原因導致適應性較低。根據脆弱性評價結果，哈爾濱縣域鄉村景觀脆弱性存在明顯的空間分異，大致呈現城市轄區縣域單元脆弱性低于其他地區，南部暴露強度較高的縣域脆弱性較北部明顯。

基于縣域鄉村景觀脆弱性評價得出的哈爾濱縣域單元在暴露性、敏感性、適應性和脆弱性上的空間分異，能夠為哈爾濱縣域村鎮規劃提出縣域空間管制原則、確定產業發展與布局、協調城鄉居民建設點、提升縣域基礎設施和社會公共服務設施，以及為生態環境、土地、水資源、自然和歷史文化的保護等方面提供規劃依據。高暴露縣域單元集中在農牧、林草用地交錯的南部組團，縣域村鎮規劃可適當調整轄區內村鎮的土地利用情況，減少建設導致交錯地帶，提升對耕地和水資源的保護。高敏感縣域單元集中在依賴農業發展的南部縣域組團，縣域村鎮規劃可提倡產業多元發展，引入高新企業，吸引中青年及科技人才，降低典型敏感人口比例。低適應縣域單元集中在經濟及社會發展較緩慢的南部縣域組團，縣域村鎮規劃可提出扶持民生工程建設、提升教育及醫療資源的適應性規劃策略。

圖5 哈爾濱市18個縣域單元暴露性、敏感性、適應性和脆弱性評價得分

5 結語

本文建立的縣域鄉村景觀脆弱性評價，從暴露、敏感、適應3個維度構建了脆弱性評價指標體系，分析縣域鄉村景觀系統的脆弱源，計算其脆弱性閾值，并通過其空間分異情況為縣域村鎮規劃中涉及鄉村景觀建設的規劃內容提供科學支撐。從人地協調性角度完善了現行景觀脆弱性評價體系，并為提出針對性更強、統籌調控的縣域鄉村景觀規劃策略奠定堅實基礎。

縣域鄉村景觀脆弱性存在時空分異，空間分異能夠反映縣域單元間景觀的暴露類型、敏感程度和適應潛力差異；時間分異能反映長期自然擾動下的脆弱性變化趨勢和人類活動突發擾動下脆弱性的急劇變化狀態。本研究主要采取靜態研究視角，分析了哈爾濱18個縣域單元的脆弱性空間分異特征，尚未討論其時間分異規律。未來，研究還將進一步探討縣域景觀脆弱性的時空演變規律，并在哈爾濱18個縣域單元做進一步驗證。