基于空間基因的村鎮聚落空間譜系構建研究

陳代俊 楊俊宴 史 宜

村鎮聚落也叫鄉村聚落，指城市建成區以外的所有村莊和集鎮[1]，是一個由空間、經濟、社會要素相互作用的復雜系統[2]。在中國，地理環境和社會文化等具有普遍的區域差異性，形成了地區差異顯著、鄉土特色鮮明的鄉村景觀，而村鎮聚落空間形態作為鄉村景觀的重要組成部分[3]，蘊含著豐富的社會、歷史及文化價值，是“鄉愁”的主要載體。因此，形成基于對村鎮聚落空間形態及所處環境的空間規律認知，不僅是國土空間規劃背景下村鎮聚落轉型重構的迫切需要，也是“因地制宜”塑造村鎮聚落特色景觀風貌的現實需求。

深入研究不同地域類型村鎮聚落的空間特征和形成原因，是客觀認知村鎮聚落空間生成和發展規律的重要途徑。從既有研究來看，不同學科在研究視角和方法上各有側重。地理學科常借助景觀生態學的方法，從宏觀角度對村鎮聚落的整體空間分布特征展開研究，通過選取景觀格局指數量化村鎮聚落格局特征，以此揭示不同類型的地域分布規律[4-6]。建筑和規劃學科則通過形態類型分析方法，從中微觀尺度對村鎮聚落的山水格局[7]、聚落邊界[8]、街巷空間[9]、建筑肌理[10]等不同空間尺度的聚落內部空間形態特征進行歸納和總結，并揭示不同類型特征形成的原因。而風景園林學則是對聚落空間本身及其外圍生產、生態的復合系統進行整體性景觀格局的研究[11]，從景觀功能形態[12]、景觀屬性差異[13]等方面揭示聚落景觀的類型特征。整體而言，當前對村鎮聚落空間形態的類型研究多聚焦于單一尺度展開，對同一地域進行區域、聚落及環境乃至建筑的跨尺度整體性研究較為缺乏。另外，對于村鎮聚落形態類型的規律和機制探討，仍局限于將某一類型在封閉系統內進行孤立的解析，重點關注類型之間的差異性，尚未從群體關聯的視角科學認知村鎮聚落形態類型的規律和生成邏輯。

但是，聚落空間形態不同尺度的現象和過程之間相互作用、相互影響[14-15]，從單一尺度出發無法精準刻畫村鎮聚落的形態類型特征。并且，在一定尺度下環境的區域相似性使村鎮聚落形態呈現出關聯性特征，聚落營建模式也會隨著基因的傳播現象，通過水系、陸路等交通路線進行跳躍傳播，而以差異性為導向的“就類型而論類型”無法實現對村鎮聚落形態類型特征規律的全面剖析。

因此，圍繞著“面向村鎮聚落形態多尺度相互作用特征，如何精準刻畫村鎮聚落的形態類型，并構建整體性視角的分析框架解析村鎮聚落形態類型的關聯性和差異性規律”這一問題，根據不同學科的互補性特征，需要綜合風景園林學、地理學、建筑學和規劃學等多學科的視角開展本文的研究。首先，綜合多學科的視角不僅可以從宏觀角度理解村鎮聚落形態的地帶性分布特征及環境成因，系統解析“山水林田居”的整體性景觀格局，同時也可以深入剖析聚落內部空間形態要素的特征和組合方式，形成對村鎮聚落形態的整體性認知。其次，借助多學科技術手段可以從控制村鎮聚落形態特征和景觀風貌的基因出發，構建出反映村鎮聚落空間基因形成和演化規律的“譜”式結構信息集合，實現村鎮聚落形態類型的差異性和關聯性解譯。

1 村鎮聚落空間譜系

譜系關注事物“源”的產生和“流”的變化問題，是事物發展的一個完整系統。其最早來源于生物遺傳學，指代不同有機體的遺傳關系，通過建立譜系的方式可以洞察基因在機體之間的遺傳規律[16]。之后譜系在風景園林學、地理學、建筑學等領域均有不同的應用，研究景觀基因的圖譜或譜系[17]、建筑的譜系[18]等，其重點均在于通過譜系的研究方法梳理事物的時空動態演化脈絡，以及潛在的譜系類型內在聯系。

因此，可以借鑒“譜系”的內涵與特征，構建村鎮聚落空間譜系，對空間基因信息進行組織與整合，實現景觀物質表象下深層結構內涵的透視與解析。其內涵在于通過運用譜系的思維和方法，從廣義的尺度剖析村鎮聚落空間構成要素的特征及相互關系，從系統發展的角度解析其空間要素特征生成和變化的過程，以及從宏觀的地理視角解讀不同尺度地域環境特征下聚落群系之間的關聯性和差異性規律。

2 村鎮聚落空間譜系的空間基因構成

2.1 空間基因與村鎮聚落空間譜系

基因是控制生物性狀的基本遺傳單位，類比生物學基因。近年來，段進院士提出“空間基因”是具有穩定性和在地性的空間組合模式，并創建了空間基因識別提取、解析評價到傳承導控的技術體系，將空間形態由封閉的類型研究轉向“空間-自然-人文”的互動影響模式中[19]。而村鎮聚落空間基因作為鄉村人居環境與自然、人文環境長期互動形成的“遺傳編碼”，對鄉土景觀風貌起決定作用，既關注穩定而獨特的空間組合特征(物質性)，也關注其背后的影響因素和生成邏輯(信息性)。

對空間基因的提取、識別與追蹤，對于構建村鎮聚落空間譜系，解析村鎮聚落形態特征規律具有重要意義。首先，空間基因承載著聚落空間與自然、人文協同演化的基礎信息，具有地域特征的標識作用。基于空間基因構建村鎮聚落空間譜系，可以精準識別和有效提取村鎮聚落特征，實現特征的準確判讀與溯源的表達范式，把握村鎮聚落空間的在地性特征，從而實現對村鎮聚落類型的精準刻畫。其次，空間基因在聚落發展演變過程中也遵循生物學基因的遺傳規律，會受其環境影響，根據是否會適應新的環境因素而轉變成其他的形態模式。解讀空間基因的空間擴散過程，可以解析村鎮聚落空間形態特征生成和發展的邏輯，精準剖析不同譜系類型之間的內在關聯規律。

2.2 基于空間基因的村鎮聚落空間譜系研究框架

應對村鎮聚落形態復雜性與整體性的特點，建立基于空間基因的村鎮聚落空間譜系研究框架。

首先，需要對村鎮聚落多尺度形態特征要素進行解析，主要包括以下幾方面。1)聚落空間分布：聚落的空間分布取決于地理環境特征，體現了“人-地”耦合關系和環境因應特點。恰當的分布區位不僅是聚落發展的必要條件，也是組成聚落空間結構的重要外部因素[20]。2)聚落邊界與環境：邊界不僅限定聚落的范圍，其形態往往也反映出聚落與其周圍環境基質之間的空間關系，表征聚落的發展方向[8]。3)聚落用地結構：聚落用地作為村鎮聚落發展的基礎性要素，在村鎮地域系統中處于關鍵地位，是社會經濟活動的載體[21]。而聚落用地與“山水林田”等的構成關系特征，則可以反映出村鎮聚落的內生自然環境要素與外部社會經濟因素交互作用的過程與狀態。4)聚落街巷網絡：從聚落的空間結構來看，街巷網絡是最為基礎和結構性的要素，構成了聚落內部空間形態的基本骨架[15]。5)聚落建筑與組合：建筑及其組合關系是空間的基本單元，反映了聚落成員在某種共同生活模式下進行的集體建構，無差異結構和均質化肌理是村鎮聚落空間構成中最為顯著的特征[15]。

其次，在村鎮聚落多尺度空間要素特征解析的基礎上，對村鎮聚落空間形態進行類型劃分，并分析不同村鎮聚落類型形態要素特征與自然因子、人文因子的關聯，剖析多種因素對多尺度村鎮聚落空間形態和景觀風貌特征的綜合影響，從“空間-自然-人文”多系統解譯空間基因的構成。

最后，采用空間基因信息編碼的方式，實現對村鎮聚落基本特征的判讀與表達，形成綜合反映村鎮聚落空間遺傳密碼的譜系，并以空間基因的生成與發展過程為索引，研究不同地域環境特征下村鎮聚落類型之間的差異性和關聯性規律，從而為村鎮聚落景觀風貌的精準保護和規劃提供決策支持。

3 基于空間基因的村鎮聚落空間譜系構建方法

3.1 村鎮聚落空間形態特征的數字化解析

景觀格局指數能夠高度濃縮景觀格局信息，反映出景觀結構組成和空間配置特征[22]。利用景觀格局指數可以提高聚落形態特征的描述能力，它表達的是聚落空間形態與聚落環境和功能之間的互動關系，這與空間基因“空間-自然-人文”內生互動發展內涵特征相吻合，對于空間基因的識別提取，以及譜系所表達村鎮聚落信息的準確性具有重要意義。因此，空間上可以將村鎮聚落看作是景觀中的斑塊，通過景觀格局指數量化分析村鎮聚落的宏觀空間分布格局、聚落邊界與環境特征及聚落的用地結構特征。在中微觀尺度，則通過街巷網絡密度和建筑密度來解析街巷的整體形態，以及建筑整體的組合關系特征(表1)。

3.2 村鎮聚落空間基因的識別提取

村鎮聚落空間形態要素在不同環境下形成的景觀風貌表征是空間基因認知的基礎，從景觀風貌表征出發，形成村鎮聚落空間基因的認知框架，按照“特征解譯-聚類分析-特征因子提取-方差顯著性檢驗-形態類型學校驗”的思路，提取村鎮聚落空間基因。

首先，在景觀格局指數分析等量化村鎮聚落形態特征的基礎上，采用K-Means聚類方法對村鎮聚落進行類型劃分。其次，從形態類型學的角度來看，不同的聚落空間形態要素的穩定性不盡相同[23]，研究穩定性更高的形態結構對聚落景觀風貌的地域特色傳承與保護更具有積極的意義。因此，應根據聚落空間形態中的重要性及成分，通過方差顯著性檢驗提取主要特征因子，并利用形態類型分析方法，根據空間基因的“穩定性”和“獨特性”原則進行校驗，進而識別村鎮聚落空間基因。

3.3 村鎮聚落空間基因信息編碼與譜系構建

基因是以鏈狀結構存在于生物體中的一種遺傳信息結構體，有利于實現遺傳信息傳遞的穩定性和精確度。與生物基因信息的鏈狀結構相類似，村鎮聚落空間基因在空間特征因子、自然人文因子的相互作用下，共同構成了一種穩定的空間排列結構，形成了空間基因序列。

借鑒地理信息N級編碼理論對村鎮聚落空間基因信息進行編碼。通過代碼編號，可以快速識別村鎮聚落空間基因的構成要素，并且能夠獲取不同空間基因之間的所屬類別及其親疏關系，最終以空間基因序列為線索，形成村鎮聚落的空間譜系。

4 重慶永川村鎮聚落空間特征識別與類型解析

永川位于長江上游北岸，重慶西部，地處川渝交界處，共轄207個行政村①。本文以永川為例，以期提供一種將空間基因理論應用于村鎮聚落空間譜系構建中的實踐可能性。

山地聚落作為我國村鎮聚落類型譜系的重要組成部分，永川區內山水自然環境特征顯著，具有一系列東北-西南走向的緊密褶皺，以及密布于丘陵腹地之中的枝狀水網，形成了丘、谷、臺、壩等多種山地地貌類型，“城山互契、多維基面、隨坡就勢”等山地聚落形態特征明顯，對于研究山地型村鎮聚落空間譜系具有典型性，對我國村鎮聚落空間譜系的山地聚落樣本研究具有重要價值。

永川自唐置縣以來一直是重慶西部和川東南地區重要的商業物資集散地，歷經明清移民、辛亥革命、抗日戰爭、三線建設、改革開放、三峽移民等，聚落空間基因形式演變周期完整，不僅在發展演變過程中保留了傳統時期聚落形態的環境因應特征，同時也在發展演變中出現了適應現代需求的聚落空間，對于空間基因的研究及空間譜系的構建具有代表性。

4.1 重慶永川村鎮聚落空間特征識別

通過景觀格局指數測度，在聚落的空間分布格局上，永川村鎮聚落以集聚型的分布模式為主，ANN指數小于1，村鎮占比為80.5%，符合西南山地村鎮聚落“大分散、小聚居”的典型格局特征(圖1)。在聚落邊界與環境上，BSI指數呈現明顯的多點分布態勢，中部城區、場鎮中心及其周邊地區經濟水平較高的聚落，BSI指數值較高且變化大，村鎮聚落形態不規則、復雜程度高；而經濟水平相對較低的區域，如北部的金龍鎮地區，其BSI指數值相對較低且變化較為平緩，聚落形態相對規則簡單(圖2)。在聚落用地結構上，LSDI指數呈現南北分異格局明顯的特征，永川南部的用地結構復雜性要整體高于永川北部地區(圖3)。街巷網絡密度和建筑密度的大小能較為直觀地反映聚落的發展水平。受山地地形因素的影響，永川村鎮聚落的街巷網絡整體密度相對較低，除中心城區周邊村鎮區域密度在3km/km2以上外，其余村鎮分布區間集中于1～3km/km2。建筑密度與街巷網絡密度呈現較大的相關性，除中心城區周邊村鎮及場鎮中心密度較高外，其余村鎮聚落密度均較低，建筑密度在10%以上的村鎮聚落占比僅3.9%(圖4、5)。

圖2 形狀指數面積加權平均數

圖3 用地多樣性指數

圖4 路網密度

4.2 重慶永川村鎮聚落空間類型解析與分布特征

將永川村鎮各屬性特征值導入SPSS，先對數據進行標準化處理，再通過K-means聚類法進行聚類。結合聚落所處自然環境、地形條件，使用定性分析方法對結果進行檢驗，最終將村鎮聚落劃定為圖6所示類型，類型分布如圖7所示。

圖5 建筑密度

圖6 不同類型典型聚落圖示及分布特征

圖7 永川村鎮聚落類型分布

5 重慶永川村鎮聚落空間基因識別與譜系構建

5.1 重慶永川村鎮聚落空間基因識別

根據空間基因的識別路徑和方法，進一步提取永川村鎮不同類型聚落的空間基因構成。方差分析結果表明，各尺度特征因子均具有顯著影響性，因此識別永川村鎮聚落的空間基因主要有以下幾點(圖8)。

5.1.1 平坡型高密指狀聚落空間基因

受郊區城鎮化的影響，靠近中心城區的聚落融入市鎮，人口和經濟規模迅速擴大，其聚落空間分布因子呈現被動聚集態勢；聚落邊界形狀因子也呈現由原來的指狀向大規模團狀發展的趨勢；分散的耕地圍繞聚落形成“散田繞宅”的用地結構因子；在經濟發展和政策規劃干預下，不斷擴張的聚落呈現秩序性較強的“建構性肌理”。

5.1.2 斜坡型低密帶狀聚落空間基因

受地形條件等環境的影響，加之城鎮化水平較低，其聚落空間分布因子呈順沿山體走向、無明顯集聚趨勢的特征；其邊界形狀因子則相對簡單，以無復雜趨勢變化的帶狀為主；聚落通常依山而建，經濟結構以傳統農業為主，形成“山林和耕地圍宅”的用地結構因子；其路網和建筑組合模式則受到地形、山谷風熱等環境條件的影響，表現為適應環境的“緣地性”肌理。

5.1.3 陡坡型低密團狀聚落空間基因

由于地形起伏較大，建設用地破碎，在僅有的地勢平坦地區形成規模較小的聚落中心，其空間分布因子呈點狀離散型分布態勢，加之經濟化水平和交通條件有限，聚落之間無集聚趨勢；聚落邊界形狀因子則表現為相對簡單，以無復雜趨勢變化的團狀為主；可利用耕地資源較少，居民通常根據耕作資源所在區域選擇聚居，形成“散宅繞散田”的用地結構因子；路網密度和建筑密度均相對較低，街巷網絡以聯系性和生產服務性功能為主，建筑組合布局則以家庭或家族為單位零散布局。

5.1.4 緩坡型高密團狀聚落空間基因

通常在平整區域形成規模較大的聚落中心，并形成一定的規模化農業，而周圍聚落在土地集約利用影響下，其空間分布因子呈現主動聚集態勢；聚落空間邊界因子也由原來的團狀呈現出指狀發散的趨勢；規模化的耕地空間圍繞集聚的聚落進行布局，同最外圍山體構成“圈層式”用地布局結構因子；街巷網絡因子則以中心聚落為中心，連接周圍聚落和產業用地；建筑組合布局因子雖無明顯的政策規劃干預，但在經濟的作用力下仍呈現高密緊湊的團狀布局形式。

5.1.5 平坡型高密帶狀聚落空間基因

由于地勢條件和交通條件均有利于工業化的發展，聚落的工企業通常沿道路交通進行布局，吸引周圍聚落形成向心或線狀集聚，其空間分布因子呈現主動聚集態勢；聚落空間邊界形狀因子由原來的帶狀呈現出指狀的趨勢；聚落本身具有規模化的耕地空間，圍繞集聚的聚落形成“集田繞宅型”用地結構因子；街巷網絡因子呈現枝狀樹型的特征，主要干道承擔區域交通功能，枝狀街巷以連接聚落內部功能為主；受到經濟發展和政策主導影響，部分區域同樣形成了秩序性較強的“建構性肌理”，建筑密度相對較高。

5.2 村鎮聚落空間譜系構建與特征解析

通過鄧肯多重比較方法，考察比較各類村鎮聚落特征指標的均值信息，構建空間基因特征因子的關聯關系，進而通過基因編碼形成村鎮聚落空間譜系，深入解析村鎮聚落空間形態類型的差異性特征與關聯性規律(圖8)。

圖8 永川村鎮聚落空間譜系

從空間譜系的橫向分布結構來看，不同類型村鎮聚落存在明顯的差異性特征，但是從基因單元的垂直從屬結構關系來看，類型之間存有一定的“親緣關系”，也即局部相似性。如斜坡型低密帶狀聚落和陡坡型低密團狀聚落這2種類型的村鎮聚落，盡管受到一定程度的政策經濟等外部因素的干擾，但特殊的自然及地形地貌環境條件仍然表現出強大的作用力，表現為以自發適應環境為主的“緣地性”特征。其ANN指數均值分別為0.96和0.93，遠高于其他3種類型(0.86、0.89、0.83)；BSI指數(3.14、2.58)則要低于其他3種類型(4.98、4.11、4.39)；而RD指數均值(2.15、1.50)和BD指數均值(0.02、0.01)也同樣低于其他3種類型(RD指數均值分別為4.04、2.44、2.46，BD指數均值分別為0.05、0.03、0.03)。但是在用地結構上，斜坡型低密帶狀聚落的LSDI指數均值(0.62)要遠遠大于陡坡型低密團狀聚落(0.26)。因此，離散型空間分布因子、無傾向的邊界形狀因子、低密度的枝狀樹型街巷網絡及低密的分散型建筑組合是它們的共同特征，造成兩者的顯著性差異在于聚落的用地結構。而平坡型高密指狀聚落、緩坡型高密團狀聚落和平坡型高密帶狀聚落則基本上都是在政策經濟和交通因素等外部強驅動下形成的被動演化，形成有序的均質化趨勢和“建構性”特征，具有明顯的規劃干預痕跡。聚集型的空間分布因子、有傾向的邊界擴展因子是三者共同的特征，造成三者的差別在于，平坡型高密指狀聚落的街巷網絡密度和建筑密度要遠高于其他2種類型。

通過進一步解析村鎮聚落空間譜系的空間關聯耦合規律發現，村鎮聚落群系的區域邊界具有模糊交錯的特征，其空間基因在自然環境條件的影響下，存在多種類型的空間關聯耦合規律。如在平行嶺谷地形影響下的線型擴展關聯特征，因山體地形的阻隔封閉區域內的環繞擴展關聯特征，以及地形多變區域的復合擴展關聯特征；但是，有些空間基因盡管受到山體和水系的阻隔，也會存在跳躍擴展關聯的情況(圖9)。

圖9 永川村鎮聚落空間譜系的空間關聯耦合

6 總結與討論

借助生物學中的譜系概念，本文從空間基因的角度出發，構建村鎮聚落空間多尺度特征譜系。具體結論如下：1)綜合風景園林學、地理學、建筑學和規劃學等多學科的視角和方法，識別永川村鎮聚落空間分布、邊界與環境、用地結構、街巷網絡、建筑與組合多尺度特征，并總結出5種類型，不同類型的形態表征差異明顯；2)根據空間基因的識別路徑和方法，提取永川村鎮不同類型聚落的空間基因構成，識別、解譯出空間基因的25項空間特征因子和20項自然人文因子，因子之間的不同組合方式構成不同類型的空間基因；3)通過空間基因特征因子的相似關聯關系，以基因編碼形式形成永川村鎮聚落空間譜系，從基因單元的垂直從屬結構和橫向分布結構關系分析類型之間的關聯性和差異性，并進一步通過村鎮聚落空間譜系的空間關聯耦合解析發現，永川空間基因在地形因素影響下存在線型擴展、環繞擴展、復合擴展、跳躍擴展的空間關聯特征。

基于空間基因構建村鎮聚落空間譜系，首先可以快速、準確判別不同尺度視野下村鎮聚落的形態類型關鍵特征及生成機理，為村鎮聚落的保護和開發中對于哪些地域特征是需要保留的提供指導意見；其次可以通過空間譜系中類型之間空間基因的關聯關系進行提取，基于空間關聯耦合規律分析其演化擴散路徑，為精細化制定村鎮聚落風貌管控及分區策略提供借鑒意義。

本文所構建的空間譜系研究框架是綜合風景園林學、地理學、建筑學和規劃學等不同學科視野的村鎮聚落類型研究的探索性嘗試，未來的研究將進一步提升村鎮聚落空間形態和景觀風貌特征解析的分辨率，并從村鎮聚落的經濟水平、社會發展、文化構成等不同視角，進行村鎮聚落類型譜系的綜合劃分。另外，將深化提取村鎮聚落類型的空間基因及其關聯耦合規律，并通過實證探索提出村鎮聚落地域特色的具體調控手段和保護途徑。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

① 來源：永川區人民政府網(http://www.cqyc.gov.cn)，2022-03-16。