喀斯特槽谷區近50年鄉村聚落時空格局演化

徐志榮,趙翠薇

(1.貴州師范大學 地理與環境科學學院,貴陽 550025;2.貴州師范大學 貴州省山地資源與環境遙感應用重點實驗室,貴陽 550025)

鄉村聚落指從事農業生產密切相關的人群，在一定地域范圍內集中居住的現象、過程與形態，包括農村的單家獨院、村莊和鄉村集鎮[1-2]。隨著我國工業化、城鎮化水平快速提升，城鄉人口流動、資源配置重組加速，鄉村社會發生劇烈變遷，“農村空心化、農業邊緣化、農民老齡化”等新三農問題凸顯，嚴重阻礙區域可持續發展，推動城鄉融合、實現鄉村振興上升到國家戰略。未來相當長的時期內鄉村聚落仍然是農民生產生活的主要場所[3]，優化鄉村聚落空間格局是鄉村振興的基礎，探究鄉村聚落時空演化規律及驅動機制成為關注熱點。

國外鄉村聚落研究起源于19世紀初期，主要集中在聚落演變及驅動機制[4-5]、空間重構[6]、聚落景觀生態等方面[7]，涉及多尺度研究[8]。國內鄉村聚落早期研究集中在鄉村聚落規劃、鄉村農業生產發展[9]，后轉向鄉村聚落空間格局演變[10]、類型劃分[11]、布局優化[12]，研究方法由定性描述向定量分析轉變[13-14]，加強GIS技術運用[15]，突出人文因素對聚落演化的影響[16-17]，形成省[18]、市[19]、縣[20]、鎮[21]、村[22]的研究體系。貴州鄉村聚落研究發現，喀斯特峰叢洼地區域土地生產能力差異是聚落呈規模小、分布分散的主要原因[23]，西部少數民族村寨的空間分布受高程、坡度、坡向、地形起伏度的影響[24]，4個典型巖溶區內聚落格局受到耕地、地形、道路的影響，演化存在集聚與均勻兩種分布趨勢[25]，中部峰叢洼地區聚落“外密中疏”的空間格局不斷強化[26]，中部白水河谷地區，聚落數量增加、規模增大，沿河、沿道路、向河谷平地發展[27]，茂蘭喀斯特自然保護區聚落規模增加，聚集度經歷減弱到增強的過程[28]。貴州自然地理條件復雜，縣域自然背景和社會經濟條件差異大，已有研究多關注中西部地區，對東部關注較少。

喀斯特槽谷是西南喀斯特地區一種常見的喀斯特地貌類型，斷面呈U形,縱向延伸呈槽狀[29]。印江縣位于黔東北巖溶槽谷區，巖溶區面積占比為44.50%，壩子少，山地多。2000年前，交通不便、工業基礎差，經濟基礎薄弱，是傳統的農業縣；隨著經濟發展及國家政策、資金支持，城市化進程加快，從農業社會逐步向工業社會轉變，鄉村聚落格局發生較大變化。將1960年、2000年、2017年作為研究時點，借助ArcGIS平臺，分析印江縣鄉村聚落規模、空間分布及總體演化特征，探討自然因素和人文因素對聚落演化的影響，為山地新型城鎮化、鄉村振興等政策制定提供參考。

1 研究區概況

印江縣位于貴州省東北部，介于108°17′52″—108°48′18″E，27°35′19″—28°20′32″N，處于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，境內有梵凈山、大圣墩、大坡梁子、峨嶺關等山脈，地勢由東南向西北傾斜，中高山及中山、中低山、低山相間分布，喀斯特地貌是主要地貌形態，北部的道路和河網密度高于南部。南北長83.6 km，東西寬49.4 km，總面積1 968.20 km2，海拔介于358～2 466 m，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，年均氣溫15～16.8℃，降水量1 057～1 258 mm。2017年，下轄17個鄉鎮(街道)，374個村(居、社區)，戶籍人口45.11萬,常住人口28.72萬，城鎮化率為44.5%，地區生產總值為95.37億元。

2 數據與方法

2.1 數據來源及處理

研究需要3個部分數據：(1) 聚落數據，1960年聚落斑塊由1∶1萬地形圖矢量化得到；2000年聚落斑塊首先解譯TM遙感影像(分辨率為30 m)，后對應谷歌高清歷史影像目視提取；提取第二次土地變更調查數據庫(1∶1萬)中的村莊數據作為2017年聚落斑塊。(2) 30 m分辨率的DEM數據源于地理空間數據云平臺，獲取高程、坡度、地形起伏度等信息。(3) 社會經濟數據源于《印江縣志》和《印江統計年鑒》。為避免數據來源不一致產生的誤差，將涉及的空間數據統一為Xian_1980_3_Degree_GK_Zone_36坐標系。

2.2 研究方法

2.2.1 空間韻律指數 該指數定量反映聚落的景觀格局信息，表征形態、結構、變化及空間配置等特征[30]，選取斑塊個數、斑塊面積、平均斑塊面積、斑塊密度及重心分布進行分析。

重心分布(Xt,Yt)刻畫鄉村聚落斑塊幾何重心的空間分布及其隨時間的移動情況[31]：

(1)

(2)

式中：Xt，Yt分別表示第t年鄉村聚落斑塊分布重心的經緯度坐標；ati表示第i個聚落斑塊在第t年的面積(hm2)。Xi，Yi分別表示第i個聚落斑塊幾何重心的經緯度坐標。

2.2.2 核密度估計 是一種估計概率密度函數的非參數方法，可計算聚落斑塊的空間分布密度，值越大斑塊越密集[32]：

(3)

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

2.2.3 平均最鄰近指數 該指數可判斷鄉村聚落斑塊空間分布模式[20]：

(4)

式中：Do是每個鄉村聚落點與其最鄰近點的觀測平均值；De是假設隨機模式下鄉村聚落點的期望平均距離；d為距離；n為聚落點總數；A為研究區面積。如果ANN>1，趨向于隨機分布；反之為集聚分布模式。

2.2.4 空間關聯測度模型 運用全局聚類檢驗和空間“熱點”探測，揭示鄉村聚落的空間關聯特征[11]。

(1) 全局空間聚類檢驗。全局性聚類檢驗是從全局角度檢測斑塊面積是高值聚集還是低值聚集。其表達式為：

(5)

(2) 空間“熱點”探測。Getis-OrdGi*從局部地區來檢測斑塊面積是否存在統計顯著的高值和低值，并將結果進行可視化表達。其表達式為：

(6)

(7)

與上式相同，對Gi*(d)進行標準化處理得到Z(Gi*)。其中E(Gi*)和var(Gi*)分別為Gi*(d)的數學期望和方差。如果Z(Gi*)為正值，且統計顯著，則說明位置i周圍屬于高值集聚的熱點區。如果Z(Gi*)為負，且統計顯著，則說明位置i周圍屬于低值集聚的冷點區。

3 結果與分析

3.1 鄉村聚落變化總體特征

1960—2017年總體變化特征為(表1)：(1) 鄉村聚落斑塊個數和面積顯著增加，斑塊數增加1 843個，面積增加2 271.41 hm2，增幅分別為83.89%和37.12%。1960—2000年和2000—2017年兩個階段相比，后一個階段增長速度加快，斑塊數年變化率分別為3.19%和6.65%，規模年變化率分別為0.54%和1.18%。(2) 由大規模、低密度向小規模、高密度演化。斑塊平均面積由10.87 hm2下降到2.79 hm2，降低8.08 hm2；斑塊密度由0.18個/km2增加到1.12個/km2,增加0.94個/km2。(3) 印江縣3個時期的聚落重心都位于縣域中部的郎溪鎮(圖1)，1960—2000年向東南遷移3.69 km，在于人口增長，引發人地矛盾,符合鄉村聚落向東擴展的變化過程；2000—2017年向西南遷移1.27 km，與縣城位于西南并在區域內發揮增長極作用有關。

表1 1960-2017年印江縣鄉村聚落規模變化

圖1 印江縣聚落重心轉移路徑

3.2 鄉村聚落空間分布特征

利用ArcGIS 10.2提取聚落斑塊質心點，以2 km為搜索半徑，制作鄉村聚落空間分布核密度圖(圖2)。3個時期都存在高密度聚集區，高密度區范圍增加，由西向東擴展，也有零星集聚，最大值由1.62個/km2增至7.06個/km2，后降低為5.34個/km2，高值區多位于海拔較低、地勢平坦、城鎮周邊及道路經過處。核密度格局差異較大，呈多核分布，1960—2000年，核密度分布由西密東疏演變為北密南疏，向北向東擴展明顯，北部地區自然條件好，地勢低，平地較多，河流密集,東部旅游資源豐富，2003年梵凈山旅游開發后，推動聚落發展。2000—2017年，高值區范圍擴大，形成高密度區分散分布格局，此時段內，印江縣生產總值年均增速為17.13%，經濟發展引起聚落在各鄉鎮快速擴展。

圖2 印江縣鄉村聚落分布核密度

3個時期的ANN指數值均小于1(表2)，表明1960年、2000年、2017年鄉村聚落為空間集聚分布，斑塊個數增加較快,且向東擴張，使得ANN值變小,聚集程度有所提高。標準化z值小于-1.96，反映聚集態勢較為顯著，顯著性水平p值均小于0.01，置信度為99%。

表2 1960-2017年印江縣鄉村聚落分布的ANN

3.3 鄉村聚落規模特征

以斑塊面積為變量分析聚落斑塊規模全局聚類特征，G(d)值反映區域內是高值集聚還是低值集聚，Z(G)值說明聚落集聚特征是否具有統計學上顯著性。由表3可知，3個時期的觀測值G(d)均大于期望值E(G)，鄉村聚落規模具有高值集聚的空間分布特征，Z(G)值為3.41，6.72，6.81，說明鄉村聚落空間集聚特征具有統計學上的顯著性。

表3 印江縣高/低聚類指數

以斑塊面積為統計屬性繪制鄉村聚落冷熱點空間分布格局圖(圖3)。每個點表示聚落斑塊質心，將其標準化Z值劃分為低值(<-2)、次低值(-2～-0.5)、中值(-0.5～0.5)、次高值(0.5～2)、高值(>2)5個等級，高值、次高值為“熱點區”，低值、次低值為“冷點區”，不同飽和度顏色為不同統計顯著級別，中值為隨機分布區。(1) 1960年，“熱點區”斑塊數為130，主要分布在龍津街道、中興街道、杉樹鎮及板溪鎮，具有連續性，“冷點區”斑塊數為144，主要分布在縣域北部、中部和南部的部分區域。(2) 2000年，“熱點區”斑塊數為266，主要分布在天堂鎮、木黃鎮、楊柳鎮及縣政府周圍區域，分散分布，“冷點區”斑塊數為463。1960—2000年，熱點區空間分布范圍擴大且分布集中，冷點區在原有范圍內顯著增加，并向東發展，分布分散。(3) 2017年，“熱點區”斑塊數為540，“冷點區”斑塊數為985，2000—2017年，熱點區范圍擴大，主要分布在板溪鎮和合水鎮，冷點區呈團狀密集分布，北部部分區域由冷點區轉換為熱點區。地形，縣城所在地，斑塊個數增加等因素共同導致1960—2017年冷點區位置基本不變而熱點區范圍擴大。(4) 對比核密度圖(圖2)和冷熱點分布圖(圖3)，鄉村聚落存在“小規模高密度”和“大規模低密度”特征，前者更顯著。

圖3 印江縣鄉村聚落熱點分布空間格局

3.4 影響因素分析

鄉村聚落空間格局受到環境、社會經濟發展狀況、歷史淵源、文化習俗及突發性因素(如戰爭、災害)的影響[33-34]。

3.4.1 自然因素

(1) 地形影響。區域自然地理背景是鄉村聚落形成和發展的基礎，地形是制約山區鄉村聚落分布的重要因素,印江縣東南部地勢較高起伏度大，西北地勢較為平坦，水土條件好。根據地貌劃分方法，將研究區劃分為丘陵(200～500 m)、低山(500～1 000 m)、中山(1 000～3 500 m),地形起伏度劃分為平坦起伏(0～20 m)、微起伏(20～75)、小起伏(75～200 m)、中起伏(200～600 m),坡度劃分為0°～6°，6°～15°，15°～25°，25°～35°、>35°。疊加矢量圖層與鄉村聚落數據，統計不同級別的聚落面積(表4)。

表4 1960-2017年不同地形條件下印江縣聚落面積

低山指向性明顯。3個時期聚落主要分布在低山區，聚落面積占總面積的比例約為90%，聚落面積不斷增加。丘陵區聚落面積增加385.6 hm2，占比提高4.37%。中山區聚落面積小，變化不大，占比持續下降。

低地形起伏度指向性明顯。聚落主要分布在平坦區和微起伏區，兩者之和占聚落總面積的95%以上，平坦起伏區和微起伏區的聚落面積持續增加，為1 136.3 hm2，1 149.81 hm2。小起伏區聚落面積小且占比持續降低，中起伏區均沒有聚落分布。

低坡度(0°～15°)指向性明顯。3個時期聚落面積為2 384.28 hm2、3 771.01 hm2，4 418.30 hm2，占比為61.97%，73.99%，72.21%，增加2 034.02 hm2，是總增加面積的89.55%。15°～25°區域聚落面積先降后增，增加259.62 hm2。25°以上區域聚落面積變化不大占比小。

1960—2017年，地形的限制作用趨于減弱，聚落向起伏度較大、坡度較大的區域擴展。

(2) 河流影響。對印江縣主要河流以500 m為間隔創建多環緩沖區，與鄉村聚落圖層進行疊加，統計不同距離緩沖區的聚落面積(圖4)。隨緩沖區距離增加，聚落面積均呈下降趨勢。距道路越近，聚落規模增加越大，0～500 m之間，三個時期聚落面積分別為607.85 hm2，1 760.64 hm2，1 897.34 hm2，1960—2017年增加1 289.49 hm2。500～3 000 m之間，1960—2017年聚落面積增加686.2 hm2，3 000 m以上聚落面積變化小。鄉村聚落空間演化近水性特征明顯。河流提供飲用水和灌溉用水，2010年后，車家河、印江河、洋溪河開發為旅游區，沿河經濟發展導致鄉村聚落擴張，河流集聚作用增強。

圖4 1960-2017年印江縣不同河流緩沖區的鄉村聚落分布

(3) 巖溶區影響。印江縣巖溶地貌面積占總面積的44.50%，3個時期巖溶區聚落面積分別為1398.85 hm2，2189.61 hm2，2463.26 hm2，占比分別為36.36%，42.96%，40.26%，2000年占比最高。巖溶區內聚落面積增加1 064.41 hm2，占增加面積的46.86%，主要在1960—2000年增加，面積和比例分別為790.76 hm2，74.29%。說明巖溶區對鄉村聚落發展的約束力增強，隨著重視生態境保護，政府對生態脆弱區實施生態移民等政策，聚落向非巖溶區擴展。

3.4.2 人文因素

(1) 道路影響。對印江縣主要道路以500 m為間隔創建多環緩沖區，與鄉村聚落圖層進行疊加，統計不同距離緩沖區的聚落面積(圖5)。距道路越近，聚落面積增加越大，0～500 m之間，三個時期聚落面積分別為1 551.37 hm2，2 885.78 hm2，3 206.53 hm2，1960—2017年增加1 655.16 hm2，500～1 000 m之間，1960—2017年聚落面積增加218.62 hm2。其余各緩沖區聚落面積小變化微弱，印江縣鄉村聚落分布具有明顯的臨路性，利于物質和信息交流，加強和城鎮的聯系。

圖5 1960-2017年印江縣不同道路緩沖區的鄉村聚落分布

河流和道路緩沖區下，聚落面積累計占比首次達到90%分別對應3 000～3 500 m及2 000～2 500 m范圍，反映印江縣鄉村聚落臨路性比近水性更突出，道路對鄉村聚落演化的影響更大。

(2) 人口和經濟影響。人口是構成社會的基本要素，其變化對聚落演化有直接推動作用。1960年印江縣農業人口為19.37萬人，2017年農村戶籍為35.69萬人。山區耕地資源較少，聚落集中分布在耕作半徑范圍內，超過耕地人口承載力后，部分村民向條件較差的地區搬遷，聚落面積、個數增加。

聚落規模和經濟發展呈正相關，鄉村經濟加速發展，村民增加收入，改變居住環境的意愿強烈。按當年價計算，兩個時段內，印江縣GDP年均增長率為9.86%和17.13%，人均GDP從1960年的75.31元提高至2017年的21 141.65元，相應的鄉村聚落面積年均增長率為0.71%和1.08%。經濟發展推動基礎設施建設，高速公路G56經過羅場鄉及峨嶺街道，省道S304和S303經過木黃、合水、郎溪、纏溪等鄉鎮，均有核密度高值區分布，基礎設施建設對聚落發展的吸引力較大。

2000年前，農業是印江農戶主要的生計方式和生活來源，經濟發展緩慢，住房主要滿足基本的生存需求，農村人口增加直接導致聚落規模增大。2000年后，印江三次產業結構從71.04∶13.92∶15.04調整為27.83∶18.64∶53.54，二三產業發展較快，村民改善性住房建設是聚落面積快速增加的原因(圖6)。

圖6 印江縣GDP及人口增長

(3) 重大歷史事件影響。在某些時間點發生的事件對聚落格局演化產生重要影響，該類型事件可稱為重大歷史事件。

20世紀70年代以來國家開實施計劃生育。印江縣人口增長速率顯著降低，1960—2000年,印江縣人口年均增長率為20.5‰,2000—2017年為7.9‰。1978年，國家實行改革開放政策，1992年后市場經濟不斷深入，區域經濟發展水平差距加大，吸引山區農業人口大量外出務工。印江縣打工潮在90年代末達到高峰，打工經濟增加收入，為鄉村聚落發展提供資本。

1984年國家出臺政策引導地方進行鄉鎮合并促進鄉村發展。印江縣2000年的行政區劃為一鎮七區，2017年調整為三街道十三鎮一鄉，建設形成木黃鎮、天堂鎮、纏溪鎮及合水鎮等中心鎮，中心鎮經濟條件較好，政策支持力度大,基礎設施較完善，吸引鄉村聚落建設，擴大聚落面積。

自然災害對聚落發展產生抑制作用。1960—2017年，印江縣共有14次影響較大的水災，1976年中興街道大田村發生四級地震。1996年巖口山體滑坡造成堰塞湖。自然災害損壞房屋，破環居住環境和生產環境，影響災區的聚落發展，不改變印江縣鄉村聚落格局演化趨勢。

2006年國家提出新農村建設后，印江縣被確立為全國農村社區建設第二批試驗縣，得到資金支持，通過興修基礎設施和發展特色小城鎮建設推動城鄉一體化，帶動鄉村聚落發展。增減掛鉤及易地扶貧搬遷等政策加速聚落演化，據統計，印江縣共搬遷26 022人，均搬遷至縣城，影響遷出地鄉村聚落的格局和規模形態。

4 結論與討論

4.1 結 論

(1) 1960—2017年,印江縣人文條件促使鄉村聚落數量和面積顯著增加，受到自然條件的限制，聚落由西向東擴展，其中，2000—2017年變化突出。

(2) 印江縣鄉村聚落數量增加約6倍，面積增加約1.5倍，空間分布和規模分布均呈現聚集特征。聚落斑塊核密度高值增大，高值區形成分散分布的格局，聚落斑塊規模熱點區和冷點區具有團狀分布特征，縣域西北部以熱點區為主，東南部以冷點區為主。聚落密度分布和規模分布呈負相關，小規模低密度特征突出。

(3) 人口增長及經濟發展為聚落演化提供內生動力，是聚落演變的心理和物質基礎，直接影響聚落擴展方向和規模。道路是聚落聚集發展的加速器。計劃生育、行政區劃調整、災害與鄉村發展政策是推動聚落演變發展的外在推力，通過干擾內生動力的發展作用于聚落演化，影響具有有限性。

(4) 自然條件影響聚落演化的空間格局特征，聚落在地貌低山區、坡度0°～15°區及微地形起伏度區分布面積比重大，是聚落規模增加的主要區域。聚落分布具有近水性，在0～500 m分布增加最多。特殊地貌對聚落分布有約束作用，促使聚落向聚集演化。

4.2 討 論

(1) 影響鄉村聚落演化的自然和人文因素在不同階段發揮主導作用，分析了各因素對鄉村聚落格局演化的影響，可進一步定量探討不同階段各因素對聚落演化的解釋力，印江縣有17個鄉鎮級行政區，各行政范圍的鄉村聚落演化特點及驅動機制值得關注。

(2) 鄉村聚落格局時空演化是土地利用轉型的一種類型，與經濟發展階段相對應。早期，印江縣村莊選址處于自然狀態，較少受到外部條件的干擾。隨著生產力水平提高，村民經濟收入增加，村莊逐步擴展，村莊景觀和物質形態發生變化。城市化進程加快引導村莊朝多功能發展，對鄉村地域結構及村莊功能有深刻影響。基于此，把印江縣鄉村聚落演化劃分為3個階段：1960—1990年為農業為主階段，第一產業緩慢發展，生產以自給自足為主，人口增長較快，聚落空間格局受自然因素影響；1990—2000年為過渡階段，農業生產效率提高，二三產業加快發展，出現剩余勞動力。聚落向道路擴展，交通便利處形成區域中心。強化城市聯系；2000—2017年為工業化初期，以二三產業為主，聚落功能及產業多樣化。聚落新建與消亡并存，城市一體化進程加快。

(3) 喀斯特槽谷區鄉村聚落經過農業社會的自由式發展，出現空心化及廢棄化問題，應順應鄉村振興戰略，把村莊分為城鎮融合型、區域中心型、就地發展性、遷并發展型和保護發展型，因地制宜，針對不同類型的村莊制定差別化的振興策略和途徑，控制非石漠化區域和潛在石漠化區域的聚落擴展。