青藏高原東北部河湟谷地農村居民點布局優化

何建華，賈 寧，李亞靜，覃榮諾，閆 成

（武漢大學資源與環境科學學院，武漢 430079）

0 引 言

伴隨全球城市化快速推進，世界各國的農村在經濟、社會、文化等方面經歷劇烈重構[1-2]，農村衰退與多元發展已成為一個全球性趨勢[3-4]，中國農村所受影響主要體現在農村人口向城市遷徙導致的聚落空心化、人口老齡化、宅基地荒廢化等[5-6]。國家統計局數據顯示，2020年末中國常住人口城鎮化率已突破60%，并且《中國農村發展報告2020》預計到2025年中國城鎮化率將持續增長到65.5%。城鎮化率持續增長的同時，農村常住人口以及農村人居空間的需求將會持續減少[7]，農村“收縮”已成為必然趨勢，注定有一部分農村居民點需要遷移合并。在鄉村振興的新時代背景下，農村被賦予了重要的戰略意義，面對不可回避的農村收縮，合理優化農村居民點空間布局，能夠有效解決農村收縮所帶來的農村用地不斷被掠奪、持續的“空心化”、人居環境破敗等一系列問題[8]，借助農村人居空間的“精明收縮”來促進農村發展的“精明增長”[4]。

近年來，國外農村居民點用地布局的研究主要針對特定情形建立可持續評價指標體系來指導農村居民點的規劃建設，如Garakani等[9]進行洪災后重建，Dikmen[10]基于對個體居住環境滿意度調查進行農村居民點布局優化。國內學者大多將農村居民點的空間演化機制[11-13]、布局影響因素[14]、鄉村宜居性[2]、區位條件評價[15]等作為支撐農村居民點合理布局的依據，借助空間組合特征[16]、引力模型[17-18]、耕作半徑分析[19]、加權 Voronoi圖[20-21]等優化方法對農村居民點進行布局優化，并取得良好的效果。但從已有研究來看，研究區多側重于中東部生態脆弱性較低、自然條件同質性較高的平原和丘陵地區，研究成果主要集中在農村居民點生活和生產空間范疇，而對于生態地位比較重要且生境脆弱的西部高原地區農村居民點的布局優化關注較少，而且目前給予生態考量的農村居民點布局優化研究大多數僅依據農村居民點的內部條件和周圍生態環境差異進行居民點的布局優化，忽視了農村居民點是相互吸引、相互作用的有機整體，缺乏了對農村居民點之間聯系及影響的考慮[22-24]。

河湟谷地位于青藏高原東北部，青藏高原與黃土高原的過渡地帶，該地區自然條件變化強烈，生態系統尤為脆弱，農村居民點不合理發展易對生態環境造成嚴重威脅，因此其內部農村居民點的布局優化必須以生態安全格局穩定為前提[25]。基于此，本文以西寧市大通縣為研究對象，通過構建景觀生態安全格局來確定農村居民點布局優化的生態阻力，并通過構建農村居民點網絡來反映各農村居民點在聚落體系中的地位和作用，根據二者的組合特征識別大通縣農村居民點優化分類，以此確定農村居民點布局優化方案，以期為當地農村人居空間的“精明收縮”提供一定參考和依據，同時為河湟谷地農村居民點布局優化提供新思路。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

青海省西寧市大通縣（101°51′～101°56′E、36°43′～37°23′N）地處青藏高原東北部河湟谷地，祁連山南麓，湟水河上游北川河流域，是青藏高原和黃土高原過渡地帶（圖1）。地勢西北高、東南低，海拔為2 280～4 622 m，屬高原大陸性氣候。截至2019年，大通縣域內幅員面積3 090 km2，其中農村居民點總面積為56.41 km2，占全縣土地總面積的1.83%。全縣共轄20個鄉鎮、289個行政村，域內農村居民點用地布局較為分散，集約度不高，主要分布于地勢較低的東南部，呈現出“大散居、小聚居”的分布特征。同期，大通縣農村人口24.51萬人，農民人均純收入11 279元，全縣人均農村居民點用地面積230.15 m2，超出國家規定的最高標準（150 m2/人）。

1.2 研究數據來源

本文所用的研究數據包括2019大通縣土地利用數據（1∶10 000）、土壤調查數據、NDVI數據、DEM數據、農村居民點間通行時間數據、村莊數據等。其中，土地利用和土壤調查數據由大通縣自然資源和規劃局提供；NDVI數據以來源于資源環境數據云平臺（https://www.resdc.cn）的《中國月100 m植被指數（NDVI）空間分布數據集》；DEM數據來源于地理空間數據云平臺（https://www.gscloud.cn）的30 m分辨率GDEM數據；農村居民點間通行時間數據分別運用高德開發平臺（https://developer.amap.com）中搜索POI和路徑規劃功能爬取；村莊數據來源于2020年7—9月期間課題組的駐村調研數據。

2 研究方法

2.1 研究思路

針對河湟谷地生態地位重要且生境脆弱的特性，同時考慮到農村居民點是相互聯系、相互影響的有機整體，所以其內部農村居民點布局優化要以生態安全格局穩定為前提，以聚落體系空間網絡格局為基礎。因此，為了能夠協同促進區域生態環境安全和農村居民點發展，本文提出一種結合景觀生態安全格局和潛在社會網絡的農村居民點布局優化思路：首先，依據大通縣生態環境特征和其所受威脅等因素，從水土保持、生物多樣性保護、水資源安全保護 3個方面構建景觀生態安全格局，并將其作為約束農村居民點布局優化的基本條件；其次，采用改進的空間引力模型測算各行政村農村居民點之間的“吸引力”，以農村居民點質心為節點、引力為連接邊構建農村居民點網絡，并運用網絡節點中心性分析確定居民點在聚落體系中地位和作用；最后，基于分類推進農村發展的鄉村振興戰略要求，根據綜合景觀生態安全格局和農村居民點網絡節點中心性的組合特征，將研究區內農村居民點劃分為重點發展、潛力優化、控制規模和遷移合并 4種類型，并針對各類型農村居民點提出布局優化調控建議。

2.2 景觀生態安全格局構建

基于大通縣地處河湟谷地的特殊地理位置，農村居民點的用地布局應重點考慮水土流失、生物多樣性破壞以及水環境破壞等生態環境問題。因此，本文從水土保持、生物多樣性保護和水資源安全保護 3個方面構建大通縣農村居民點用地布局的景觀生態安全格局。

2.2.1 源地的確定

針對水土保持、生物多樣性保護以及水資源安全保護的不同目的，分別確定其源地。參考高原地區生態系統服務價值與景觀生態風險評價[26-27]、農村居民點布局適宜性評價的相關文獻[28]，結合大通縣自然環境特征，確定各種保護目的的源地如表1所示。

表1 基于水土保持、生物多樣性保護、水資源安全保護目的的景觀生態安全格局源地Table 1 Source of landscape ecological security pattern based on soil and water conservation, biodiversity conservation and water resources security

2.2.2 阻力面構建

1）基于水土保持目的的景觀生態安全格局阻力面構建

農村居民點的用地布局需要保證其地勢環境的穩定性，若是其地勢環境易催生水土流失，則會引發土地坍塌、泥石流等地質災害，不僅影響周邊居民的生產和生活活動，甚至還會危害到居民的人身及財產安全。參考相關文獻[30]，植被覆蓋度、坡度、土地利用類型和土壤質地是造成水土流失的重要因子，因此，選取這 4個因子構建水土保持安全格局阻力面。依據區域植被覆蓋度越低、坡度越大、土壤質地越輕越易發生水土流失的原則，對不同類別的植被覆蓋度、坡度和土壤質地進行阻力系數的賦值。并參照謝高地等[31]的陸地生態系統單位面積生態服務價值當量研究成果和大通縣自身的自然環境情況，確定不同土地利用類型對水土流失的阻力系數。綜合大通縣自然環境和專家意見，植被覆蓋度、坡度、土地利用類型和土壤質地對于水土流失具有相同的影響，其權重均設為0.25，具體見表2。

表2 水土保持、生物多樣性保護、水資源安全保護影響因素及其阻力系數Table 2 Influencing factors and resistance coefficient of water-soil conservation, biodiversity conservation and water resources security protection

2）基于生物多樣性保護的景觀生態安全格局阻力面構建

保護生物多樣性是維持生態平衡的基礎，而人類活動對野生動植物的遷徙和生存具有一定威脅，過度影響和干預會導致生態系統的失衡，從而危害人類的生活。因此，農村居民點用地布局也應考慮野生動植物棲息地的保護。本文選取植被覆蓋度和土地利用類型作為構建生物多樣性保護安全格局阻力面的阻力因子。植被覆蓋度越高，植被總量則相對較多，生物的活動和遷徙也就相對較容易，生物多樣性保護受到的阻力也就越小。土地利用類型的阻力則是依據生態系統單位面積生態服務當量[31]中生物多樣性服務功能價值排序進行賦值。綜合大通縣自然環境和專家意見，植被覆蓋度和土地利用類型對生物多樣性保護影響的重要性一致，其權重均設為0.5，具體見表2。

3）基于水資源安全保護的景觀生態安全格局阻力面構建

水是一切生命活動的根本，水資源安全直接關系到居民生產、生活和經濟、社會、生態的可持續發展。同時，居民日常的生產、生活活動也難免對其所在地區水資源安全造成一定的影響，處理不當甚至導致水資源的污染和短缺，從而對人類的生存安全構成重大威脅，因此，農村居民點用地布局還要兼顧水資源安全的保護。綜合考慮大通縣地理位置和自然環境及相關專家意見，本文選取植被覆蓋度和土地利用類型作為構建水資源安全格局阻力面的阻力因子，并設置其權重均為0.5。植被覆蓋度越高，水源涵養林也就越豐富，水資源安全保護受到的阻力也就越小。土地利用類型的阻力則是依據生態系統單位面積生態服務當量[31]中氣候調節和水源涵養功能價值排序進行賦值，具體見表2。

2.2.3 景觀生態安全格局構建

本文采用最小累積阻力模型（Minimum Cumulative Resistance，MCR）構建景觀生態安全格局。最小累積阻力模型通過計算物種在景觀阻力面上從源地到目的地所需耗費的最小累積阻力，通過最小累積阻力的大小可以判定源向外擴張的可能性，反映了空間單元與源的連通性。公式如下：

式中f為反映最小累積阻力與到源地的距離及景觀基面特征的正相關關系的未知函數；Dij為從生態源地j到景觀單元i的空間距離；Ri為景觀單元i對源地擴散所造成的阻力。

2.3 農村居民點網絡分析

2.3.1 引力模型及改進

由于不同農村居民點的規模、生產條件、生活條件、區位條件等存在差異，造成不同農村居民點在布局優化過程中具有不同的導向作用，這種導向既反映了農村居民點在聚落體系中的地位和作用，又反應了聚落體系內部村莊之間的相互作用和聯系程度[22]。本文采用引力模型來表征這種導向作用，并對模型中“質量”和“距離”參數加以改進。其中，農村居民點的“質量”從村莊規模、生活條件、生產條件和區位條件四個方面綜合測度；農村居民點間“距離”借助空間可達性將距離這一度量概念轉變為時間成本概念，以最小通行時間成本來表征[32]。

式中PIJ為農村居民點I和J之間的聯系強度，MI和MJ分別為農村居民點I和J的質量，TIJ為農村居民點I到J的最小通行時間成本，G和b為經驗系數，通常G取1，b取2。

1）農村居民點質量測算

按照促進“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的總體要求，參考已有相關研究[22]，綜合大通縣農村居民點的實際情況，遵循系統性、科學性、可操作性等原則，從村莊規模、生活條件、生產條件、區位條件4個方面選取了13個二級指標構建農村居民點質量評價指標體系，并運用層次分析法確定指標的權重，具體見表3。

表3 大通縣農村居民點質量評價指標體系Table 3 Evaluation index system of rural residential area quality in Datong County

2）農村居民點間可達性測度

大通縣域內地類豐富、農村道路網線眾多，且地形起伏度較大，居民外出時會受到地類和地形要素的影響，單純的只考慮空間距離并不能準確表征農村居民點之間的空間可達性。因此，本文基于Python編程，利用高德開發平臺中路徑規劃功能提取農村居民點之間兩兩最小通行時間成本，建立可達性矩陣。

3）農村居民點網絡構建

依據復雜網絡的特性及分析思路，將各個行政村農村居民點抽象為節點，以農村居民點之間的引力強度作為連接邊，構建大通縣全域農村居民點網絡。

2.3.2 網絡節點中心性分析

本文采用社會網絡分析中的度中心性方法。度中心性能夠刻畫網絡中某一節點與其周圍節點相互聯系的程度，是網絡分析中描述節點中心性最直接的度量指標。節點的度中心性越高，說明該節點與周圍節點的聯系程度越大，節點在網絡中就越重要。具體表示為

式中Qm為節點m的節點強度，amn為節點m、n之間連接邊的數量，um為與節點m相鄰的節點的個數。

3 結果與分析

3.1 景觀生態安全格局評價

運用最小累積阻力值的頻率直方圖，以阻力值發生明顯轉折處作為閾值，將最小累積阻力值劃分為 4類，得到大通縣水土保持、生物多樣性保護和水資源安全保護單因子景觀安全格局及綜合景觀生態安全格局，結果如圖2所示。

在單因子景觀安全格局方面，從圖2a水土保持安全格局來看，大通縣水土保持安全水平從中部向四周逐漸降低。其中，低安全水平區域主要集中在西北部坡度大、土壤質地輕、植被覆蓋度相對較低的山區，該類區域較易發生水土流失，不適宜布局農村居民點用地；從圖2b生物多樣性保護安全格局來看，大通縣生物多樣性保護低安全水平區域主要集中在西北部植被覆蓋度較高的生態林地，該類區域生態環境優越，生物資源量豐富，十分適宜動植物生存與繁衍，在農村居民點布局優化時應適當避讓，降低人類活動對野生動植物棲息地的干擾；從圖2c水資源保護安全格局來看，大通縣水資源保護安全水平以低安全水平區域為中心，向外安全水平逐漸提高。其中，低安全水平區域主要集中在縣域內河流、水庫及其周圍地區，該類區域不僅孕育著豐富的物種，還是大通縣淡水資源的基本來源，應避免人類活動景觀的分布與建設對其水環境造成破壞。

在綜合景觀生態安全格局方面，如圖2d所示，大通縣綜合景觀生態安全水平呈現明顯的“西北低、東南高”的空間特征，這種分布態勢與大通縣地形地貌特征較為一致。綜合景觀生態安全格局從低到高 4個等級的安全水平區域分別占大通縣總面積的53.40%、21.35%、15.69%和9.56%。其中，安全水平較低的區域主要分布于西北部坡度較大的山區；安全水平較高的區域主要分布于中部、南部等地勢相對較為平坦的地區，該類區域不僅有中等安全水平區域提供水土流失的緩沖作用，又距離野生動植物的棲息地較遠，而且居民的生產、生活對區域水資源安全的影響也較小，是農村居民點用地布局的理想場所。

3.2 農村居民點網絡分析

以各行政村農村居民點質心為節點，節點間引力強度作為連接邊，構建大通縣農村居民點網絡。在此基礎上，運用式（3）計算網絡節點度中心性，并利用自然斷點法將其分為 4級，然后將節點度中心性分級定位于網絡節點之上，并應用ArcGIS 10.2空間功能實現農村居民點網絡結構圖的可視化表達（圖3）。

由圖3可知，大通縣農村居民點網絡節點度中心性呈現“中高周低”的空間特征，高級節點對低級節點的引力傳遞具有方向性和層級性，并且各級節點之間的引力強度具有嚴重的不均勻分布性，表明各級節點之間聯系程度差異較大，村落空間網絡具有典型的無標度特征。其中，Ⅰ級節點共 15個，其農村居民點面積合計為6.26 km2，占全縣農村居民點總面積的11.09%，主要位于橋頭鎮、城關鎮、塔爾鎮等中部鄉鎮，該類節點在網絡中具有很高的地位和作用，對周圍節點有很強的吸引力和輻射力，是農村居民點網絡中的關鍵節點。Ⅱ級節點99個，其農村居民點面積合計為22.16 km2，占全縣農村居民點總面積的39.29%，主要位于Ⅰ級節點周圍，在網絡中的地位和作用雖弱于Ⅰ級節點，但其局部集聚程度較高，彼此間相互聯系密切，成為農村居民點網絡中的次關鍵節點。Ⅲ級節點共 122個，其農村居民點面積合計為21.08 km2，占全縣農村居民點總面積的37.38%，廣泛分散于整個空間網絡，是高級節點與低級節點交流的“中介”與“橋梁”。Ⅳ級節點 53個，其農村居民點面積合計為6.91 km2，占全縣農村居民點總面積的12.24%，主要位于鄉鎮邊緣，該類節點由于農村居民點發展較為落后，生產、生活與區位等條件較差，導致與周圍節點聯系程度較弱，節點度中心性偏低，在整個農村居民點網絡中處于弱勢地位。由此可見，大通縣農村居民點網絡節點度中心性分布較不均衡，度中心性高的節點較少且分布較為集中，度中心性較低的節點占多數，其農村人居空間還有待實現“精明收縮”。

3.3 農村居民點空間布局優化策略

按照分類推進農村發展的鄉村振興戰略要求，基于農村居民點布局集約化的理念，將景觀生態安全格局評價結果作為約束條件，以不對區域生態環境造成威脅為前提，以生態安全格局穩定、保證可持續發展為原則，結合農村居民點在現有聚落體系空間網絡格局中的地位和作用，將大通縣農村居民點用地劃分為重點發展、潛力優化、控制規模、遷移合并 4種布局優化類型，具體劃分標準見表4，劃分結果見圖4。

表4 大通縣農村居民點布局優化類型劃分Table 4 Classification of rural residential area layout optimization in Datong County

重點發展型農村居民點共計 84個，其農村居民點面積合計為21.00 km2，占全縣農村居民點總面積的37.22%，集中分布于中部的城關鎮、橋頭鎮、塔爾鎮、良教鄉與南部的黃家寨鎮、長寧鎮等鄉鎮。該類型農村居民點在景觀生態安全格局評價中處于安全水平較高的區域，其發展不會對區域生態環境造成較大安全隱患；并且處在農村居民點網絡中的關鍵位置，是農村居民點發展的重點。在今后發展過程中要以“完善功能、健全服務、擴大規模”為導向，一方面主動承接城鎮輻射，通過城鎮帶動實現城鎮化發展，另一方面積極帶動周圍村莊發展，并且預留適度的發展空間來承接遷移合并型村莊人口與產業的轉移。

潛力優化型農村居民點共計 109個，其農村居民點面積合計為21.12 km2，占全縣農村居民點總面積的37.45%，廣泛分散于各個鄉鎮。該類農村居民點的發展受到的生態安全格局約束較小，并且其節點中心性級別較高，在農村居民點網絡中具有一定優勢，發展條件僅次于重點發展型。在今后的發展過程中一方面需要承接重點發展型村莊的輻射帶動，進一步優化其內部用地結構，提高土地集約化利用水平，提升村莊的發展潛力，另一方面還需注重生態環境保護，降低農村發展帶來的生態風險。

控制規模型農村居民點共計66個，其農村居民點面積合計為10.27 km2，占全縣農村居民點總面積的18.20%，主要分布于南部的景陽鎮、長寧鎮與東北部的東峽鎮、朔北鄉及西部的遜讓鄉、多林鎮等鄉鎮。該類型的農村居民點在網絡中節點中心性級別較低，或者農村居民點發展的生態風險較高，在今后發展過程中做到保護與發展并重，以生態安全格局穩定性為前提，嚴格控制農村居民點的無序擴張，盤活村莊內部存量建設空間，實現農村居民點的集約布局與內部發展。

遷移合并型農村居民點共計29個，其農村居民點面積合計為4.02 km2，占全縣農村居民點總面的7.13%，主要分布于寶庫鄉、青山鄉、青林鄉等西北部鄉鎮，該類型農村居民點發展不僅受到較大的生態安全格局約束，還會受到水土流失等生態災害的威脅，并且在農村居民點網絡中節點中心性級別較低，與周圍村莊的聯系程度小，因此將該類農村居民點劃分為遷移合并型，在其今后發展過程中應向周圍生態約束低、吸引力大的重點發展型村莊遷移集中布局，從而保證未來農村居民點發展不會破壞區域的生態安全，同時避免生態問題為農村居民帶來危害，進而促進整個大通縣生態系統綠色發展，實現農村人居空間的“精明收縮”。

4 討 論

在河湟谷地等生態地位重要且生境脆弱的地區，不合理的農村居民點擴張和發展不僅會嚴重威脅到區域的生態環境安全，而且農村居民還會受到生態災害的危害。鑒于此，為了協同促進區域生態環境安全和農村居民點發展，本文提出了一種結合景觀生態安全格局與潛在社會網絡的農村居民點布局優化方法，并以大通縣為例進行實證研究，在生態安全格局穩定前提下基于潛在社會網絡開展農村居民點布局優化，既能維持區域生態平衡和保證生態安全，同時也可以維系聚落體系的潛在社會網絡格局，保持農戶原有的生活習慣，降低遷移農戶搬遷后的環境陌生感，從而實現生境脆弱地區農村人居空間“精明收縮”和農村發展“精明增長”。本文雖然借助最小累積阻力模型和引力模型從景觀格局理論與復雜網絡理論對青藏高原東北部河湟谷地農村居民點布局優化進行了探討，但是仍存在不足，在構建景觀生態安全格局的過程中，阻力系數及不同地類的生態系統服務價值主要是參考已有的研究成果，未對高原地區阻力系數設定的科學性與合理性進行具體探討。此外，由于數據獲取的原因，農村居民點網絡構建是以各行政村農村居民點的質心為節點，未能將研究單元細化至自然村，今后還有待進一步細化和深入研究。

5 結 論

本文針對河湟谷地生態地位重要且生境脆弱的特性，基于生態保護的視角，在景觀生態安全格局穩定前提下借助潛在社會網絡將大通縣農村居民點劃分為重點發展型、潛力優化型、控制規模型和遷移合并型 4種布局優化類型，其面積分別為 21.00 、21.12 、10.27 、4.02 km2，并針對4種類型農村居民點提出以下布局優化策略：重點發展型要以“完善功能、健全服務、擴大規模”為導向，優先向城鎮化發展，并且合理引導周邊遷移合并型的農村居民點向該區域集中；潛力優化型應進一步優化其內部用地結構，提升村莊的發展潛力，同時注重生態環境保護，降低農村發展帶來的生態風險；控制規模型應嚴格控制農村居民點的無序擴張，盤活村莊內部存量建設空間，實現農村居民點的集約布局與內部發展；遷移合并型應向周圍生態約束低、吸引力大的重點發展型村莊遷移集中布局，從而保證農村居民點發展不會破壞區域的生態環境安全，實現零散閑置居民點“精明退出”。