晉中地區鄉村聚落景觀的空間形態及類型研究★

王 怡，劉黎明，黃鈺雯

(1.中國農業大學園藝學院,北京 100193;2.中國農業大學土地科學與技術學院,北京 100193; 3.復旦大學歷史地理研究中心,上海 200433)

0 引言

隨著城鎮化、工業化深入推進,我國原本區域差異明顯的鄉村景觀逐漸趨同,鄉村聚落景觀正在失去與地區自然脈絡的緊密聯系,隨時間積累下來的景觀形態特征日漸消逝,鄉村聚落景觀空間的無序擴張、粗放布局等不合理現象十分普遍[1-2]。而受地形地貌、地理區位、資源稟賦等影響,山地丘陵區鄉村聚落景觀較平原區發展更為困難,空間形態無序化、破碎化發展問題突出,類型復雜多樣,在現代化過程中更受學界關切。為解決上述問題,有必要對過往以城鎮為主導的聚落景觀研究進行再平衡,注重人地互動下所產生的空間形態特征與差異,強調鄉村聚落空間重構是促進山地丘陵區居住空間集約高效的主要抓手,是鄉村生產、生活空間重構研究的重要組成部分[2-3]。如何因地制宜認知鄉村聚落景觀空間形態特征,尋求其差異性,提出相應的優化方向,進而有效推動區域鄉村聚落空間重構,是各地亟需解決的問題。

目前,鄉村聚落景觀空間形態特征的識別[4-5]、適應性演變[6-7]、優化與重構[8-9]等研究內容受到廣泛關注,側重在地區、流域、省、市、縣等層面上的研究。研究者早期多關注鄉村聚落景觀位置分布單一要素[10],難以深度刻畫其形態特征,據此劃分的類型亦較為寬泛,后多結合密度、布局、區位、規模、形狀等指標[11-12]認知研究區鄉村聚落景觀空間形態特征,且通過K-means聚類法[13]、多維組合矩陣法[14]、系統聚類法[15]等進行類型劃分。研究單元多選擇較小的斑塊[5]、格網[16]或較大的行政區域[17],研究對象多關注典型地帶和經濟較為發達的東部地區,地區研究不平衡[15,18-20]。總體而言,鄉村聚落景觀空間形態領域的研究內容、研究單元日益多元化,但對于山地丘陵區的相關研究仍有待豐富。

山西省晉中地區是典型的北方山地丘陵區,目前其鄉村聚落景觀形態的研究對象主要聚焦于少數傳統聚落或歷史文化名村[21-22],鮮有對一般性鄉村聚落景觀空間形態進行系統解析,不利于對其鄉村聚落空間重構進行整體性調控指導。因此,本研究以晉中地區為研究區,以鄉鎮為研究單元,運用景觀指數、探索性空間分析、空間變差函數和聚類分析方法,基于密度-規模-形狀[12,23]實現宏觀層面對晉中地區鄉村聚落景觀形態特征的識別與類型的劃分,為其分類分區布局優化調控和發展提供參考。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

晉中地區位于山西省中部,包括太原、晉中、呂梁和陽泉四市(見圖1)。研究區以中海拔、小起伏地形為主,地貌類型多樣,太行山、呂梁山位于東西兩側,中部為太原盆地,跨黃河、海河兩大流域。鄉村聚落景觀適應于山地、丘陵、河流等自然環境以及晉文化、鄉村振興等人文政策影響發展至今,仍是晉中地區鄉村人口生活的重要場所,其空間形態特征具有多樣性、復雜性,是研究山地丘陵區鄉村聚落景觀空間形態特征的典型區域。截至2021年,研究區共有5 998個行政村和1 406個社區,去除無鄉村聚落景觀分布的鄉鎮,最終獲取400個鄉鎮為有效研究單元。

1.2 數據來源及處理

本研究使用的數據主要來源如下:1)土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心(https://www.resdc.cn/),從中獲取鄉村聚落圖斑、坐標等空間信息數據,用于形態特征的可視化表達及數字化分析;2)河流水系、道路數據來源于Open Street Map(https://www.openstreetmap.org/),以鄉鎮單元提取并計算相應的水網密度、路網密度;3)地形數據來源于地理空間數據云平臺(https://www. gscloud.cn/),分辨率30 m,基于此進行坡度、高程等的分析。相關數據均采用WGS84地理坐標系。

2 研究方法

本研究以鄉鎮行政區劃提取相關數據,按照“形態特征表征-形態類型劃分-形態類型特征解析”的思路對鄉村聚落景觀形態特征進行剖析。借助Fragstats 4.2,ArcGIS 10.7,GS+9.0和SPSS 27.0軟件,篩選處理研究區土地利用、數字高程、河流水系等多元數據,基于密度-規模-形狀實現對鄉村聚落景觀形態特征的數字化、可視化表達及類型劃分,最后參考相關自然地理、社會人文等因素在各類型內部分出更為相似的子類型,并針對存在問題提出各子類型未來優化方向。

聚落景觀的空間形態解析采用了景觀指數的表征指標,包括斑塊水平上的斑塊數量(NP)、斑塊面積(CA)、面積加權分維數(FRAC_AM)和景觀形狀指數(LSI),這些指標能表達聚落空間形態與聚落環境和功能之間的互動關系,空間上可以將聚落看作是景觀中的斑塊[24];選用了平均最近鄰指數(Average Nearest Neighbor,ANN)、核密度估計法(Kernel Density Estimation,KDE)和熱點分析(Getis-Ord Gi*)等探索性空間數據分析方法,計算公式見文獻[14,20,25];利用景觀形狀指數的空間變差函數進一步分析鄉村聚落景觀形狀特征[26]。

聚落景觀的空間形態類型劃分應用了K-means聚類法,并以輪廓系數法科學確定K值[27],且以非參數檢驗對各變量在K類中是否存在差異進行檢驗。

3 結果與分析

3.1 聚落景觀空間形態特征表征

3.1.1 密度

晉中地區鄉村聚落景觀空間布局的平均最近鄰指數為0.71,且p值小于0.01,Z值得分為-42.35,表明研究區鄉村聚落景觀呈集聚分布。進一步通過ArcGIS平臺進行核密度分析,并運用自然斷點法將其劃分為5個等級(見圖2)。

整體來看,晉中地區鄉村聚落景觀在中部最為集聚,東北部次之,西部和東南部密集程度低,即以中部盆地為核心集聚向東西兩側逐漸分散,且受自然環境、資源稟賦、城鎮化等的影響,存在多點中心、帶狀集聚的特征。中部的高密度值區沿東北-西南呈帶狀分布,該區域是重要的糧食產區太原盆地,邊緣分布有臺地并以斷崖與兩側山地相接,密度值向兩側發展逐漸降低。其他高值區多散布在各鄉鎮,鄰市縣主要城區處及東西兩側山地丘陵地帶則多為低值區。由于鄰城區鄉村聚落多受強烈的城鎮化影響而逐漸向城鎮聚落發展,使得從各城區向外鄉村聚落景觀核密度值均呈階梯狀增高態勢,而水系周邊歷來是鄉村聚落景觀選址偏好所在,故多呈現由高值向低值遞減趨勢。

3.1.2 規模

以鄉鎮單元內鄉村聚落景觀斑塊面積反映規模特征,借冷熱點工具進行統計并運用自然斷點法將獲得的Gi*ZScore值劃分為5個等級(見圖3),據此發現,鄉村聚落景觀規模表現為由中部盆地向東西兩側逐漸減小。大規模的鄉村聚落景觀集中分布在研究區中部,總體地勢平坦、資源豐富,歷來是晉中地區富饒之地,適宜聚落的生長,僅有秀水鎮、李家莊鄉散布于研究區東側。小規模的鄉村聚落景觀分布則較為分散,北側太原市城區周邊鄉鎮多受城鎮擴張影響致使鄉村聚落景觀規模較小;而西側呂梁市是典型的黃土高原地貌,鄉村聚落景觀大多規模較小。

3.1.3 形狀

各鄉鎮鄉村聚落景觀斑塊面積加權分維數值基本接近于1,表明研究區鄉村聚落景觀總體上形狀特征較為規整,而景觀形狀指數方面存在較大差異。參考前人研究[28],以各鄉鎮景觀形狀指數作為區域變量賦予各鄉鎮單元的幾何中心點,分別計算實驗變差函數并通過不同模型對數據進行擬合,通過比較相關參數,最終選擇擬合度最佳的線性模型表達景觀形狀指數的空間特征(見圖4,表1)。結果顯示,塊金系數小于25%,表明研究區鄉村聚落景觀的形狀分布屬于強空間自相關,說明主要受結構性因素(水系、地形等)影響產生空間分異,而隨機因素(政策、城鎮化等)對空間分異的貢獻僅14.3%。進一步觀察到變程值高達155 919.959 m,表明研究區鄉村聚落景觀形狀分布呈現一定的集中性特征。深入分析可知,翠峰鎮、張莊鎮、樂平鎮、孟家坪鄉、大寨鎮的景觀形狀指數高于10,表明其形狀復雜程度高。但僅孟家坪鄉屬呂梁市,其余高指數鄉鎮均位于晉中、陽泉兩市。

3.2 聚落景觀空間形態類型識別

為體現地區內部鄉村聚落景觀空間形態的差異性,進一步開展鄉村聚落景觀空間形態類型的識別,該過程不僅需考慮聚落自身特征,還應結合所處地區外在環境。參照相關研究[29-31],對研究區高程、坡度、地形起伏度進行等級劃分(見圖5(a)—圖5(c)),參照土地利用分類標準繪制土地利用類型圖(見圖5(d)),運用自然斷點法將水網、路網密度劃分為5個等級(見圖5(e),圖5(f))。其中由于晉中地區黃土丘陵溝壑廣布、水資源短缺,不利于路網的鋪設,主要道路多沿河谷布置,故絕大部分鄉鎮單元水網密度和道路密度為低密度,不具有顯著差異性,但鄰近河流道路處均有鄉村聚落景觀選址于此。

表1 晉中地區鄉村聚落景觀形狀指數半變異函數理論模型及參數

模型變程a/m塊金值C0基臺值C0+C塊金系數C0/C0+C決定系數R2殘差RRS線性模型155 919.9593.6734.2860.1430.5150.464球狀模型12 100.0000.0104.0330.9980.3860.587指數模型13 800.0000.2804.0430.9310.4080.566高斯模型10 565.5100.4604.0340.8860.3860.587

3.2.1 空間形態指標聚類結果

首先選取斑塊數量、斑塊面積和景觀形狀指數數字化表征鄉村聚落景觀“密度-規模-形狀”的形態特征(見圖6(a)—圖6(c)),運用K-means聚類方法對自身空間形態特征結果進行聚類,且結合輪廓系數法確定K值取2時聚類效果最好,后對聚類結果進行Mann-Whitney U非參數檢驗可知,三變量p值均小于0.05,即三變量在兩類型中均表現出顯著性差異,說明聚類結果合理。由此,依據“密度+規模+形狀”的命名方式,將晉中地區鄉村聚落景觀分為低密度小規模簡單型(Ⅰ)和高密度大規模復雜型(Ⅱ)兩類(見圖6(d))。

3.2.2 空間形態類型的劃分

兩類型內部以上述地區外在環境分出更為相似的子類型。低密度小規模簡單型(Ⅰ)細分為遠城區-起伏地形-斜陡坡(Ⅰ-1)和鄰城區-平坦地形-平緩坡(Ⅰ-2),高密度大規模復雜型(Ⅱ)細分為近城區-平坦地形-平緩坡(Ⅱ-1)和近城區-起伏地形-斜陡坡(Ⅱ-2)。最終鄉鎮單元下鄉村聚落景觀類型如表2所示,類型分布如圖7所示。

3.3 聚落景觀空間形態類型解析和優化方向

3.3.1 低密度小規模簡單型(類型Ⅰ)

類型Ⅰ聚落景觀形狀更為簡單,密度較低,空間分布較為松散,規模較小,共包含228個鄉鎮單元,主要分布在太原、呂梁兩市。

表2 晉中地區鄉村聚落景觀空間形態類型

1)遠城區-起伏地形-斜陡坡(子類型Ⅰ-1)。子類型Ⅰ-1位于地貌復雜、地形起伏、用地破碎化區域,坡度多為15°～35°,地形起伏度多為70 m～200 m,共153個鄉鎮單元。鄉村聚落景觀因受黃土地形地貌牽引而難以向外擴張,多深藏于丘陵溝壑之中,或靠近各水系呈帶狀延伸,或依賴于僅有的平坦地區維持生機,斑塊多呈小規模點狀、帶狀離散型分布。同時,該子類型遠離各城鎮區,城鎮化水平較低,加之地形、資源限制,交通、經濟發展舉步維艱,聚落之間連通性較差,少有聚集趨勢,故以圪塔上鄉、磧口鎮等為典型地受自然環境影響呈小規模離散分布的空間特征。未來該子類型一方面應開展土地整治工作以有序組織土地利用,加強道路、水電等基礎設施配置以促進聚落之間的聯系,另一方面可將規模過小、地處偏遠、發展潛力較差的聚落搬遷合并至規模較大、交通便利、資源豐富的聚落處,并對置換出來的土地進行復墾還耕還林,引導鄉村聚落景觀由全域離散趨向局部集聚。

2)鄰城區-地形平坦-平緩坡(子類型Ⅰ-2)。歷史上山西省境內的重要城鎮均沿河流選址建設,如太原市主城區、晉中市榆次、太谷、祁縣、平遙、介休和呂梁市文水、汾陽、孝義等城區皆選址于汾河及其支流一側,陽泉市的母親河桃河自西向東穿過其城區,呂梁市主城區、柳林縣城區沿三川河及其支流而建。子類型Ⅰ-2便鄰研究區各城鎮分布,坡度多為0°～15°,地形起伏度多為0 m～70 m,共75個鄉鎮單元。其很大程度受城鎮化影響,經濟規模快速提升,但同時城鄉發展差距使得鄉村人口大量流失,城鎮嚴重擠壓其生長空間,耕地已然不再是該區人們賴以生存的唯一資源,呈多元化生計模式,因此以昭馀鎮、杏花村鎮等緊鄰各城區的鄉村聚落景觀多呈規模小且形狀簡單的特征。未來該子類型可強化城鎮輻射帶動作用,推動一二三產業融合創新,不斷與城鎮發展接軌,在引導空間形態發展的過程中,部分鄉村聚落用地可轉化為城鎮聚落用地,堅持有序、適度轉化原則,兼顧原本鄉村特色的保留。

3.3.2 高密度大規模復雜型(類型Ⅱ)

類型Ⅱ聚落景觀形狀更為凹凸曲折,密度較高,空間分布較為集聚,規模較大,共包含172個鄉鎮單元,主要分布在陽泉、晉中兩市。

1)近城區-地形平坦-平緩坡(子類型Ⅱ-1)。子類型Ⅱ-1位于研究區平整地帶,坡度多為0°～15°,地形起伏度多為0 ～70 m,尤其在太原盆地及周邊河谷灘涂等地形成規模較大的集聚中心,共46個鄉鎮單元。該區域鄉村聚落景觀受自然地理環境約束較小,與子類型Ⅰ-2保持合理間距,近城鎮的區位優勢使其城鎮化水平較高,但仍可以鄉村聚落景觀風貌發展,加之優渥的水系、耕地資源,其多呈高密大規模布局,斑塊多為團塊狀或帶狀傾向于團塊狀集聚型分布。未來該子類型可大力發展農業,發揮菜籃子作用,同時積極引導資源環境可承載的特色產業發展,吸納更多人才,擴大聚落規模,借地理優勢、產業優勢強化聚落之間的聯系,放大集聚發展優勢,傳承鄉土文化,促進城鄉一體化發展。

2)近城區-起伏地形-斜陡坡(子類型Ⅱ-2)。子類型Ⅱ-2位于地形起伏較大、地貌過渡帶,坡度多為15°～35°,地形起伏度多為70 m～500 m,共126個鄉鎮單元。該區域鄉村聚落景觀多選址于坡度適宜處,周圍環繞山體,或靠近河流、耕地,或在山林地帶有限的平整區棲居,用地較緊張,整體呈高密緊湊布局。受限于地形地貌,形狀較為復雜,且城鎮輻射力度弱于子類型Ⅱ-1,但環繞于城區周邊的地理區位及資源優勢仍推動其整體呈現規模大、集聚態勢,如平遙縣段村鎮、岳壁鄉、介休市綿山鎮等。未來該子類型需重視對自然資源的適應性管理,其雖不宜向外擴大規模但可提高內部土地利用率,在盡量維持空間形態現狀的同時提高居民生活質量。

4 結論與討論

本研究以鄉鎮為單元,基于鄉村聚落景觀自身空間形態特征認知,結合外在自然地理、社會人文等因素對晉中地區鄉村聚落景觀形態類型進行了科學劃分與解析,并提出各類型未來發展方向,豐富了對晉中地區一般性鄉村聚落景觀的研究,反映了晉中地區整體鄉村聚落景觀空間形態特征,主要結論如下:

1)基于密度-規模-形狀識別晉中地區鄉村聚落景觀空間形態特征。借助Fragstats,ArcGIS和GS+平臺形成鄉村聚落景觀形態特征識別與類型劃分分析的數字化圖像基礎,晉中地區鄉村聚落景觀密度存在多點中心、帶狀集聚的特征,規模呈中部向東西兩側逐漸減小的特征,東側形狀復雜程度高于西側。

2)晉中地區存在兩類、四子類鄉村聚落景觀空間形態類型。兩類分別是低密度小規模簡單型(Ⅰ)和高密度大規模復雜型(Ⅱ),類型Ⅰ細分為遠城區-起伏地形-斜陡坡型和鄰城區-平坦地形-平緩坡型,類型Ⅱ細分為近城區-平坦地形-平緩坡型和近城區-起伏地形-斜陡坡型。晉中地區鄉村聚落景觀形態特征雖因自然地理、社會人文而異,但均具有依山就勢、擇水而居、毗鄰農田、因地制宜的聚居理念,是晉中地區人民理想人居的不同表現形態。

本研究僅在宏觀尺度上靜態剖析了晉中地區鄉村聚落景觀空間形態,無法客觀反映其動態演變,亦未在微觀尺度上進行深入探討,一定程度上影響對空間重構、形態調控的整體性指導作用。后續將進一步關注晉中地區鄉村聚落景觀在長時間序列的演變規律及機理,加強不同類型之間差異性、驅動機制的研究,研究視角將轉向微觀層面,結合對各類型典型單元的實地調研,切實提出針對性的、可操作的鄉村聚落景觀空間重構對策。