基于生態位模型的岷江上游典型縣域鄉村聚落用地適宜性評價

劉春艷，張繼飛

（1.貴州省農業科技信息研究所，貴陽 550006；2.中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所，成都 610041）

0 引 言

鄉村聚落是由房屋、道路、綠地及其他生產生活設施等要素構成的具有一定空間結構和功能、自然和人文屬性的鄉村居民點[1]，是鄉村經濟發展的重要載體。隨著城市化進程的不斷推進，鄉村聚落不斷涌現出城市化村、專業化村、空心村等多種重構形式，同時也伴生著居民點布局無序、土地利用效率不高、人地矛盾尖銳、生態環境惡化等問題，嚴重制約著鄉村全面發展以及城鄉統籌協調。《鄉村振興戰略規劃（2018—2022年）》明確指出要“堅持人口資源環境相均衡、經濟社會生態效益相統一，優化鄉村生產生活生態空間”。如何有效優化鄉村聚落空間用地和調控其功能組織，是鄉村統籌規劃與布局的前提，也是當前鄉村發展研究和鄉村振興戰略實施的重點領域。針對土地適宜性評價研究，最早由美國學者麥克哈格開發了用于適宜性分析的“千層餅”模型[2]。國內學者早期開展土地適宜性研究，主要以定性分析為主；隨著 GIS技術的日益成熟，學者們利用層次分析和限制系數評價模型[3]、木桶原理法則和線性加權求和法[4]、最小累積阻力模型[5]、多要素空間疊置分析法[6]、自組織神經網絡[7]等方法和模型，基于研究導向選取不同維度指標對用地適宜性開展積極探討，取得一系列富有參考價值的學術成果。然而，空間尺度問題在此過程卻被有意或無意地忽略了。作為人地關系的基本單元[8]并受自然、經濟、社會等發展規律綜合制約，鄉村聚落顯然存在自然與人文稟賦相互作用之下的地理尺度效應。在地學及生態學研究中，理解在何種尺度下開展研究才能準確刻畫和認知特定地理現象或景觀類型是需要重點解決的問題[9]。景觀生態學中，空間尺度一般用粒度和幅度表達，景觀格局中最佳分析粒度即針對某一景觀類型的最佳尺度[10]。在以柵格數據為基礎的空間分析中，由于存在所謂“可塑性面積單元問題”[11]，空間最佳尺度分析成為確保所選柵格單元能準確、有效反映地理景觀對象特征的必要手段和關鍵步驟[12-13]。當前，不少學者利用景觀指數開展了區域粒度效應分析，以得到特定景觀類型的適宜尺度[10,14-15]，或將遙感、GIS與景觀指數法相結合，綜合粒度效應分析和信息損失評價，探討特定地物的最佳分析尺度[12,16]。但在已有建設用地適宜性評價中，大多直接基于數據源的柵格尺度開展研究，鮮有關注最佳空間尺度問題[17-19]。探討鄉村聚落用地的空間尺度性不僅能更好地刻畫和揭示其在空間上的屬性特征，亦能為鄉村地域空間上的國土空間優化實踐提供尺度依據。因此，本研究首先探討了鄉村聚落的最佳分析尺度，為接下來的聚落空間用地適宜性評價提供有效性保證。

一般而言，鄉村聚落的空間布局模式與人類發展需求密切相關。但考慮到人類的短期趨利性并顧及區域的長遠發展，人類活動所覆蓋的空間范圍并非完全適于鄉村聚落布局。從聚落建設用地適宜性角度出發，借鑒生態位適宜度表征現實生境條件與物種需求條件之間的適宜程度這一內涵[20]，對鄉村聚落進行空間用地適宜性評價，將人類需求與自然資源條件的匹配程度進行關聯分析，以確定鄉村聚落發展的空間適宜位置。目前，不少學者從生態位視角探討了高標準基本農田建設適宜性評價[21]、耕地整治優先度及模式研究[22]、基塘利用適宜度評價[23]，這些研究成果為土地利用合理布局及優化提供了理論支撐，也為鄉村聚落用地適宜性評價提供了參考。

鑒于目前鄉村聚落研究對空間尺度的關注不足，本文嘗試以岷江上游典型鄉村聚落為對象，借鑒景觀生態學指標定量刻畫聚落用地的最佳空間尺度，并在最佳尺度下開展鄉村聚落用地的適宜性評估。岷江上游鄉村聚落大多位于地質結構復雜、山地災害頻發地帶，其自然生態脆弱、經濟社會水平滯后等負面發展背景相互交織，是四川省實現全面小康及鄉村振興發展的難點區域。理縣位于岷江上游重要支流雜谷腦河流域，自新石器時代起就有人類在此生息繁衍，歷經長期的人-環境相互作用、尤其近幾十年的高強度森林及水電資源開發之后，岷江上游鄉村聚落系統的空間形態、結構與功能既呈現出與地域環境相適應的一面，又不可避免存在著人地關系矛盾緊張甚至局地尖銳化的現實。在此背景下，深入分析岷江上游典型區鄉村聚落用地的適宜性特征與格局，能為鄉村聚落乃至國土空間的重構優化提供科技支撐，并為因地制宜開展鄉村振興行動提供空間依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

理縣位于四川盆地西北部、青藏高原東緣，地處長江上游重要支流岷江上游地帶，地理位置介于102°32′46″E～103°30′30″E，30°54′43″N～31°12′12″N 之間。理縣國土面積為4 313.42 km2，與岷江上游一級支流雜谷腦河小流域（流域面積4 629 km2）基本重疊，轄13個鄉（鎮）、81個行政村，雜谷腦鎮系縣人民政府駐地（圖1）。地質結構屬龍門山斷裂帶中段，地形地貌復雜，是典型的中高山峽谷地貌區。處于全國地震活躍區，境內泥石流、滑坡和崩塌等地質災害頻發，是受地質災害威脅嚴重的典型區縣之一。理縣在2008年汶川地震中遭受重創，尤其是鄉村聚落受到較大影響。以理縣為研究區具有一定代表性，可為類似西南山地鄉村聚落空間用地的優化及布局提供借鑒。

1.2 數據來源及處理

研究數據主要包括遙感影像、NDVI、土壤侵蝕、社會經濟、土地利用等多元異構信息，具體來源及處理方式如下：2017年空間分辨率2 m的遙感數據來自Google Earth；2017空間分辨率30 m 的Landsat8 TM影像及數字高程模型均來自地理空間數據云網站（http://www.gscloud.cn/）；2017年NDVI及2015年地質災害危險性分區數據來源于中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所；土壤侵蝕數據來源于1995年水利部基于遙感影像解譯的土壤侵蝕調查數據衍生得到的1 km柵格數據；社會經濟數據來自理縣2017年統計年鑒。基于理縣土地利用總體規劃（2006—2020年）及相關文本資料，將城鎮及工礦建設用地（含建制鎮、采礦用地、獨立工礦區和獨立建設用地）單獨提取出來，并以 2017年GoogleEarth遙感數據為底圖、TM影像特征為輔助提取所有聚落用地（包括城市聚落及鄉村聚落用地）與城鎮及工礦建設用地進行疊加，剔除重合部分后得到 2017年鄉村聚落用地。

1.3 研究方法

借鑒鄉村地理學、景觀生態學及生態位等理論，綜合遙感影像、社會經濟統計、土地利用現狀等多源數據，采取景觀格局分析、GIS空間分析等研究手段，以鄉村聚落這一景觀類型的尺度研究入手，通過景觀格局指數定量分析獲取理縣鄉村聚落用地的最佳空間尺度；結合區域實際，選取代表指標構建評價指標體系，借鑒生態位適宜度模型開展鄉村聚落用地適宜性評估。

1.3.1 景觀格局指數的選取及分析

針對鄉村聚落這一景觀類型，從斑塊類型水平、景觀水平 2個層次選取斑塊個數、斑塊密度、平均斑塊面積、形狀指數、最大斑塊指數、結合度指數等 8個典型指數（表1）。利用ArcGIS軟件將鄉村聚落矢量數據轉換為GRID柵格數據，步長10 m，0～200 m范圍內得到20種空間粒度下的柵格數據，利用Fragstats4.2軟件進行景觀格局指數計算，并進行粒度響應分析[11]。

表1 主要景觀格局指數及其生態學意義Table 1 Main landscape pattern indices and their ecological meaning

1.3.2 指標體系及評價模型構建

1）指標體系構建。鄉村聚落是兼具生產、生活和生態等多功能的復合生態系統，構建評價指標體系時應遵循系統性、代表性、可操作性等原則[24]。考慮該區域鄉村聚落用地的安全性、方便性等需求，從自然-生態、生產和生活3個維度選取13個指標，建立評價指標體系。利用 AHP法分別賦予準則層中自然-生態條件、生產條件、生活條件以0.47、0.23、0.3的權重，并進一步確定各指標權重（表2）。

表2 理縣鄉村聚落用地適宜性評價指標體系Table 2 The evaluation index system of land suitability for rural settlements in Li County

自然-生態條件指標用以反映自然因素對鄉村聚落選擇與建設的限制性、水土資源保障性及居住適宜性。鄉村聚落用地應規避重要生態保護區（如水源地、自然保護區等）、自然災害頻發區等，因此將地質災害、地形起伏度、地形位、植被覆蓋指數、土壤侵蝕納入評價指標體系。生產條件指標的選取重點從鄉村聚落發展及農村居民生存的支撐性資源角度來考量。理縣農業人口為總人口的 75%左右，目前農業發展以生態農業為主。根據統計資料及實地調研情況，理縣農村的農業收入大部分來源于經濟果林收益。因此，選取從業人口規模、耕地規模、水果園種植面積比例和財政收入作為評價指標。生活條件指標的選取主要考慮了農村居民生活的便利性和宜居性視角，此處以地理區位、交通便利度及人口聚集效應 3個方面進行表征，并具體選擇用水便捷性、鄉鎮中心可達性、路網密度和人口密度作為評價指標。

2）生態位適宜度評價模型。基于生態位適宜度反映現實生境與物種需求條件之間適宜程度的實際內涵，將鄉村聚落視為現實生境，將所選取的各指標視為現實生境（鄉村聚落）所需的各種自然、社會和經濟條件。生態位適宜度理論認為鄉村聚落所需各種條件表現出的適宜程度不同，因此引入生態位綜合適宜度評價模型[25]對所選取的各指標進行分析與量化。具體分析步驟為：1）獲取各指標實測值，得到各指標現實生態位；2）量化分析各指標得到需求生態位，計算各自的生態位適宜度值；3）考慮區域用地限制性，對限制條件進行量化分析后確定不適宜臨界值；4）借鑒式（1）中的評價模型開展鄉村聚落用地適宜性評價。

式中Xs為鄉村聚落用地綜合生態位適宜度指數；Xi為每一個柵格單元第i個指標的鄉村聚落用地生態位適宜度值；Wi為第i個指標的權重；n為評價指標個數。

根據式（1），對各指標需求生態位進行量化分析：當指標條件不滿足或不能完全滿足需求時，生態位適宜度為0；完全滿足時則為1。不同指標根據性質不同采取不同的量化方式（表3）。

表3 評價指標量化方式Table 3 Quantificative methods for evaluation indexes

根據謝爾福德限制性定律[25]，部分現狀條件存在絕對限制性，如禁建區、水源保護區以及海拔高和坡度大的區域不能作為居民用地，需對區域限制性條件進行量化分析。根據理縣土地利用總體規劃（2006—2020年）可知，其建設用地管制分區中含有禁止建設區（主要包含生態環境安全控制區、自然與文化遺產保護區），此外境內分布有米亞羅自然保護區、畢棚溝風景區和孟屯河風景區等重點生態保護區，以及部分生態環境安全控制區，不適宜于鄉村聚落布局。其中，生態環境安全控制區主要分布于古爾溝鎮、米亞羅鎮、上孟鄉等境內。利用ArcGIS對理縣土地利用總體規劃圖進行矯正，將禁止建設區矢量化后進行柵格處理，將其對應的區域界定為不適宜區。此外考慮水源地生態敏感性以及保護性，利用ArcGIS分別對主干、支流兩側作200 m、50 m的緩沖區分析，將緩沖區界定為不適宜區；地形指標中將海拔大于3 000 m、坡度大于30°區域界定為不適宜區。

2 結果與分析

2.1 鄉村聚落用地的空間最佳尺度

基于景觀格局指數的粒度響應分析，綜合 8個景觀指數的粒度拐點確定適宜尺度域，進而確定最佳分析尺度。景觀指數隨粒度變化的第一尺度域是確定粒度大小及景觀格局分析的適宜取值范圍[14,16]。在第一尺度域選擇中等偏大的粒度能較完整地體現比例尺的特征信息，同時又能提高數據的計算效率，避免冗余工作量[14]。綜合8個景觀指數的第一尺度域（表4），得到理縣鄉村聚落景觀格局分析的適宜尺度范圍為 50～60 m，最終得到最佳分析尺度為60 m。

表4 各景觀格局指數的適宜尺度（粒度）范圍Table 4 The appropriate grain size of each landscape indices

2.2 鄉村聚落空間用地適宜性評價

采用式（1）進行理縣鄉村聚落用地適宜性綜合評價，將指標體系中的各指標與存在絕對限制條件的指標分別量化后進行空間疊加分析，得到鄉村聚落用地適宜分布區域（圖2）。

利用ArcGIS自然斷裂點法將鄉村聚落用地綜合評價結果劃分為4個等級（表5），可知理縣適宜鄉村聚落用地布局面積僅占區域總面積的4.58%。其中，高度適宜區面積最大，主要分布在雜谷腦鎮、桃坪鄉及通化鄉等鄉鎮中部，以及薛城鎮南部、甘堡鄉東南部等區域；中度適宜區面積次之，主要分布在甘堡鄉、上孟鄉、下孟鄉和古爾溝鎮等鄉鎮中部腹地及樸頭鄉北部；低度適宜區面積最小，主要分布在下孟鄉境內、浦溪鄉西北部和夾壁鄉東北部（圖3）。

表5 理縣鄉村聚落用地不同適宜區分布Table 5 Distribution of suitable areas for rural settlements in Li County

根據各鄉鎮聚落用地適宜性評價結果可知（表6）：高度適宜區中，薛城鎮占該縣國土面積的0.68%，其次為雜谷腦鎮、通化鄉和桃坪鄉，皆在0.30%以上。其中薛城鎮為理縣 4大建制鎮之一，是周邊地區的經濟中心及物資集散地，也是藏羌文化走廊的重要節點，鄉村集鎮吸引力強；雜谷腦鎮為縣人民政府駐地，具有明顯的地理區位優勢，城鎮對周邊鄉村地區吸引力強；桃坪鄉境內的桃坪羌寨是世界上保存最完整、且仍在使用的碉樓，也是羌族建筑群落的典型代表，該鄉鎮羌族人口占總人口的 90%以上，是典型的羌族聚居區，鄉村人口較為聚集。

表6 理縣各鄉鎮鄉村聚落用地適宜性分區統計Table 6 Regional statistics of suitability of rural settlements in each township in Li County

中度適宜區中，上孟鄉和甘堡鄉所占面積比例大，分別為 0.27%、0.23%，兩者的高度適宜區比例分別為0.16%、0.21%，皆以中度和高度適宜區為主。其中上孟鄉為嘉絨藏族聚居鄉，藏族人口占全鄉總人口的 90%以上，為鄉村人口主要聚集區之一。甘堡鄉與雜谷腦鎮相鄰，受其城鎮中心輻射作用較大，同時也是理縣至馬爾康百里藏羌文化走廊的中心地段，發展潛力較大，以中度以上適宜區為主。

低度適宜區中，下孟鄉和夾壁鄉占全縣面積比例較大，分別為 0.12%、0.11%。下孟鄉中度適宜區比例為0.16%，夾壁鄉僅為0.03%。

從鄉鎮整體空間分布來看，高度適宜區主要分布在理縣東部，大部分處于雜谷腦河流域下游，具有相對優越的自然資源條件，國道 317由東向西貫穿全境，地理區位優勢明顯；中度適宜區主要分布在理縣中部以及北部，受周邊建制鎮的影響較大。中度和高度適宜區占比約4.06%。

2.3 不同適宜性分區調控對策

1）高度適宜區。理縣鄉村聚落用地高度適宜區面積為109 km2，主要分布在薛城鎮、雜谷腦鎮、通化鄉和桃坪鄉等區域，皆位于國道 317附近，交通區位優越。其中雜谷腦鎮為理縣綠色產業集中發展核心規劃區之一，水電資源豐沛、運輸條件便利，在高（水電）載能產業、農畜產品深加工等方面潛力大。薛城鎮藏羌文化歷史悠久，是紅色旅游資源富集區，還是上孟、下孟、蒲溪等鄉鎮的經濟中心和農副產品集散地，經濟發展水平相對較高。高度適宜區具備較好的區位、經濟、自然與文化資源條件，亦具有一定工業與市場基礎，基礎設施較為完備，鄉村發展功能相對齊全，是實現鄉村振興的主要陣地。主鎮區周邊低度適宜及不適宜區的鄉村聚落應就近向中、高度適宜區發展，發揮中、高度適宜區國土空間的最大效能，同時加強古鎮古村落保護，科學制定鄉村振興發展規劃，推進一二三產業融合發展，走綠色、高質量發展之路。

2）中度適宜區。理縣鄉村聚落用地中度適宜區面積為66.14 km2，主要分布于上孟鄉、甘堡鄉，其次為下孟鄉、通化鄉、樸頭鄉及古爾溝鎮。空間上大部處于河流及公路沿線，自然資源、區位條件等具有相對比較優勢。未來發展應突出區域特色產業優勢，如上孟鄉的冰葡萄、甘堡鄉的沙棘果、通化鄉的中藥材、古爾溝鎮的旅游業等。適當調整區域產業結構，強化相應配套設施，打造“一鎮一業”發展格局，以特色產業振興為基點，發展現代農業、助推鄉村振興。同時還應整合、盤活存量土地資源，促進集約化、規模化利用。

3）低度適宜區。理縣鄉村聚落用地低度適宜區面積為22.25 km2，主要分布在下孟鄉、夾壁鄉及蒲溪鄉。該區域生產條件相對落后，發展后勁不足，可維持發展現狀，減少基礎設施及其他改造投入，不再新增鄉村聚落建設用地，逐步減少聚落用地規模，推動人口向雜谷腦鎮、薛城鎮等區域集聚。對于產業發展基礎條件差、自然資源底子薄弱區域，可整村遷至周邊更適區域，謀求更理想的生存發展環境。

4）不適宜區。理縣鄉村聚落用地不適宜區面積為4 116.03 km2，主要位于水源保護區、地災危險性高和極高地區、重點生態保護區以及海拔3 000 m、坡度30°以上區域。滑坡、泥石流等地質災害多發，且地形陡峭、生態環境惡劣，基礎設施建設與配套難度大、成本高，難以維系長期發展。該區域現有鄉村聚落用地應盡快遷移至鄰近更高適宜度的村落或鎮區，同時應加強對水源地、自然保護區及生態環境安全控制區的保護力度，嚴禁各種廢棄物及污水入河，保障生態系統健康良性循環。

3 結 論

本文以岷江上游理縣為研究區，在農村居民點現狀分布的基礎上，通過將景觀生態學中的景觀指數量化表征、生態位理論中的生態位適宜度模型及 GIS空間分析等多種方法結合，定量刻畫分析了理縣鄉村聚落用地的空間尺度及適宜性，得到以下結論：

1）從鄉村聚落斑塊類型水平和景觀水平選取8個景觀指數，分別解析8類景觀指數在20種空間粒度下的響應變化，綜合第一尺度域表現得出適宜尺度范圍為 50～60 m，進而得到最佳分析尺度為60 m。

2）基于60 m最佳分析尺度的鄉村聚落用地適宜性評價，得出理縣適宜鄉村聚落布局的土地面積僅占區域總面積的4.58%，中度及以上適宜區主要集中分布在理縣東部及東北部鄉鎮，大部分處于雜谷腦河流域下游以及317國道沿線附近，具有自然資源與地理區位的相對優勢條件。

3）根據理縣各鄉鎮鄉村聚落用地適宜性分區結果可知，高度適宜區在區位便利性、文化影響力、集鎮吸引力等方面具有明顯優勢，是鄉村人口的主要聚集區。而中度適宜區處于文化走廊的中心地段，受城鎮輻射帶動，較具發展潛力，成為鄉村聚落用地的次級適宜區。

鄉村聚落是一個復雜的人文地域景觀類型，具有不斷發展演化的動態特征，其研究屬性亦呈現跨學科、多元化特征，涉及較廣泛的學科理論范疇。本文綜合運用鄉村地理學、景觀生態學、生態位及空間分析等理論、模型和手段進行初步探討，可為鄉村聚落用地適宜性評價及優化提供新的視角和思路。開展山區鄉村聚落用地適宜性評價涉及較多繁雜因素，未來需在指標的精細化、動態性等方面持續完善，例如，結合鄉村振興戰略的現實要求，如何妥善考量工商企業、公共服務設施等用地類型對鄉村聚落用地適宜性評價的內在影響，值得深入探究。此外，研究區為典型的地質災害多發區，對其開展不同時間序列及地震前后用地適宜性評價研究值得進一步探討，這既是人與自然相互作用、相互影響這一地理學經典命題的應有之義，又是多災山地鄉村聚落空間韌性研究等新領域的基礎性科學問題。