丘陵区农村居民点空间格局特征及布局优化——以江苏省句容市为例

张荣天

(扬州大学，江苏扬州 225009)

农村居民点是居民以农业为主要经济活动的聚落形态，是国内外乡村地理学重要的研究对象[1]。Kohl首次对农村聚落展开系统化阐述及研究[2]，随后Demangeon等分别实证解析了法国、德国等国农村居民点的空间分布格局特征[3-4]。20世纪60年代后，国外关于居民点研究开始出现社会、文化转向，例如Cater等以社会学视角剖析了区域农村居民点的空间格局特征[5-6]。国内关于农村居民点的研究起步较晚，以下重点从研究内容、方法及地域等方面展开综述：(1)研究内容上，早期重点关注农村居民点、农业区划及农业土地利用等[7]，随着我国城镇化、城乡统筹发展进程加快，关于农村聚落演化[8]、农村空心化[9]及农村聚落优化调控[10]研究日益增多；(2)研究方法上，“3S”技术[11]、数学模型[12]及景观格局指数[13]等在农村居民点空间格局分布规律研究中得到充分应用，但总体而言，当前关于农村居民点定量研究仍相对不足；(3)研究地域上，目前研究既涉及到我国东部发达地区[14-15]，也涉及到中西部欠发达地区[16-17]；另外，对于我国典型丘陵区农村聚落的研究有所涉及[18-19]。江苏省句容市土地利用类型复杂多样，林地景观面积占市域土地总面积的12%，是我国东部典型丘陵地区之一。笔者基于GIS空间分析平台，整合多种数学方法与空间模型，选择句容市(图1)作为丘陵地区典型案例，深入分析我国丘陵区农村居民点空间分布格局特征，并在此基础上提出丘陵区农村居民点布局优化模式，以期为我国丘陵区农村居民点整治规划及空间重构提供参考。

1　研究方法及数据来源

1.1　研究方法

1.1.1R统计量R统计量最早由Clark提出，1960年Dacey将R统计量引入地理学研究中，核心思想是将各点间最小距离与最近邻点之间的距离进行比较，得出点空间分布特征，可以有效揭示观测模式与随机模式的聚集或分散的基本特征[20]。理论公式如下：

(1)

式中：robs为最近邻点平均距离观测值；rexp为最近邻点平均距离期望值；di为i农村居民点最近邻点距离；n为农村居民点总数；A为研究区域面积。若R>1，表明观测模式比随机模式分散；若R<1，表明观测模式比随机模式聚集。

1.1.2Kernel核密度Kernel核密度是非参数密度估计的一种统计法，其基本原理：通过对区域中要素点建立平滑圆形表面，基于数学函数计算要素点到参考位置的距离，并对参考位置的所有表面值进行求和，最后建立这些点的峰值来创建平滑连续表面[21]。理论公式如下：

(2)

式中，f(x，y)为(x，y)位置的密度估计；n为观测值；h为平滑参数；K为核函数；di为(x，y)位置距第i个观测位置的距离。

1.1.3空间韵律指数空间韵律指数是景观生态学中重要的分析指标，可反映景观结构组成和空间配置某些特征[10]。本研究重点选取了平均斑块面积(MPS)、斑块面积标准差(PSSD)、形状指数(SHAPE)、分维指数(FRAC)等空间韵律指数来反映丘陵区农村居民点景观空间分布及演变特征(表1)[22-23]。

表1　空间韵律指数与内涵

1.1.4加权Voronoi图采用Voronoi图变异系数Cv值对丘陵区农村居民点空间分布类型进行探讨，本研究将Voronoi图定义为给定平面上点集S={p1，p2，…，pn}，通过如下公式进行分割[24]：

Ti=x：d(x,pi)

(3)

式中：d为欧式距离；x为集合Ti中的元素。Voronoi图是对平面的一种剖分，在任意一个凸Voronoi多边形中，任意一个内点到该凸多边形的发生点pi的距离都小于该点到其他任何发生点pj的距离。其中，变异系数Cv值是Voronoi多边形面积的标准差与平均值比值，主要用来衡量空间变化程度。理论公式如下[25]：

Cv=标准差/平均值×100%。

(4)

理论上，Cv大于64%时，表明呈现集群空间分布；Cv在33%～64%时，表明呈现出随机空间分布；Cv小于33%时，表明呈现出均匀空间分布。

1.2　数据来源

本研究数据来源于江苏省句容市2014年度土地利用变更基础数据，结合句容市研究区域土地利用实际特征，采用国家土地利用二级分类标准，将句容市土地利用现状数据划分为9大基本类型；并基于ArcGIS 10.2软件平台，将句容市农村居民点空间矢量数据单独提取出来，形成句容市农村居民点空间分布格局(图2)。

2　丘陵区农村居民点空间格局特征

2.1　农村居民点R统计量分析

基于ArcGIS 10.2分析软件，首先提取出句容市面状农村居民点质心将其转为点状格式；其次，利用GIS中的Near工具分别计算出句容市各农村居民点之间的最近空间距离；最后，根据R统计量相应理论公式分别计算出句容市各乡镇的农村居民点的观测值、期望值、R统计量和标准化Z值等具体分析指标(表2)。

表2　句容市农村居民点分布的最近邻点统计量

由表2可以看出：(1)总体上，句容市农村居民点的R统计量均小于1，标准化Z值均小于-1.96，表明句容市农村居民点空间分布聚集态势均较为显著，呈现出“集聚型”空间分布格局。(2)对比句容市各乡镇的R统计量，其中宝华镇、下蜀镇、茅山风景区等R统计量更趋近于0，说明这几个乡镇的农村居民点空间分布集聚态势更显著，产生这种差异主要归结于句容市丘陵地貌景观主要分布在市域北部地区(下蜀镇、宝华镇等)及茅山风景区域之内，下蜀镇、宝华镇及茅山风景区的林地景观面积较大，分别占其镇域总面积的 20.45%、30.26%、44.24%，导致句容市北部地区乡镇受地形地貌条件的制约，满足农村居民点生产、生活条件的空间十分有限，其农村居民点空间布局呈相对集聚的态势。

2.2　农村居民点Kernel核密度分析

R统计量指标揭示了句容市农村居民点整体属于集聚分布模式，这主要是从宏观上剖析农村居民点空间分布基本特征；但由于微自然环境不同，农村居民点空间分布存在一定差异，还需要进一步揭示更微观层面上的句容市农村居民点空间分布格局特征。鉴于此，基于ArcGIS 10.2分析软件，将句容市农村居民点矢量数据转换成栅格数据，运用Kernel核密度分析法生成句容市农村居民点密度分布图，并通过GIS软件中的Jenks自然断裂点法将句容市农村居民点密度划分为5个等级区：低密度区(<0.419个/km2)，次低密度区(0.419～0.966个/km2)，中密度区(0.967～1.513个/km2)，次高密度区(1.514～2.205个/km2)，高密度区(>2.205个/km2)，并输出句容市农村居民点空间分布Kernel核密度图(图3)。

通过图3可知：(1)总体上，句容市农村居民点空间分布的总体密度大致为3.28个/km2，说明整体上该市属于农村居民点空间分布密集区域，这与研究区地理特征关联密切；另外，句容市农村居民点空间密度分布呈现出显著的“南密北疏”特征。(2)句容市农村居民点空间分布低密度区主要分布在宝华镇、下蜀镇、茅山风景区；次低密度区主要分布在边城镇、白兔镇；中密度区主要分布在黄梅镇、郭庄镇；次高密度区主要分布在后白镇、天王镇；高密度区主要分布在华阳镇、茅山镇。句容市北部乡镇分布着大量林地景观，如句容林场、宝华山国家森林公园，导致其农村居民点分布相对稀疏；而南部乡镇整体上地势平坦，经济发展水平较高，农村居民均匀分布程度较高。

2.3　农村居民点空间韵律指数分析

通过平均斑块面积(MPS)、最大斑块指数(LPI)、分维指数(FRAC)、形状指数(SHAPE)等空间韵律指数来分析句容市农村居民点空间分布规律。句容市华阳镇、白兔镇及后白镇等乡镇农村居民点平均斑块面积(MPS)较大，数值在[5.18，7.02]之间变化；宝华镇、下蜀镇等乡镇农村居民点平均斑块面积较小，数值在[2.35，3.28]之间波动。另外，句容市中部及南部乡镇LPI值较大，数值在[0.24，0.54]之间变化；句容市北部地区的宝华镇、下蜀镇等乡镇最大斑块LPI值相对较小，数值在[0.06，0.14]之间变化(表3)，表明句容市中部、南部地区农村居民点规模较大，而北部地区农村居民点规模较小。

句容市农村居民点形态分布规则程度也呈现“南北分异”特征，即句容市中部、南部乡镇农村居民点空间分布形态较规则，而北部乡镇农村居民点空间分布形态相对疏散。整体上，句容市各乡镇的农村居民点斑块分维数FRAC数值在[1.01，1.18]之间波动；句容市中部及南部地区华阳镇、白兔镇、后白镇及天王镇等乡镇的农村居民点斑块分维数FRAC值较小，数值在[1.01，1.07]之间变化；而句容北部地区下蜀镇、宝华镇等乡镇农村居民点分维数FRAC值则较大，数值在[1.15，1.18]之间变化，表明句容市北部乡镇农村居民点形态不规则性程度要高于中部及南部地区乡镇。另外，句容市北部地区下蜀镇、宝华镇等乡镇农村居民点形状指数SHAPE值则相对较大，数值在[1.67，1.78]之间变化；而句容市南部地区天王镇、郭庄镇、后天镇等乡镇农村居民点形状指数SHAPE值则相对较小，数值在[1.05，1.22]范围波动(表3)，通过形状指数SHAPE进一步论证了句容市农村居民点空间分布呈“南北分异”的基本特征。

表3　句容市农村居民点空间韵律指数

3　丘陵区农村居民点布局优化研究

基于ArcGIS 10.2软件Weighted Voronoi Diagram扩展分析模块，将句容市农村居民点生成无权重的普通Voronoi，再将农村居民点区位条件分值平方根为权重值，进一步得到农村居民点的加权Voronoi图，以此作为丘陵区农村居民点空间布局优化调整的基本依据。另外，结合句容市丘陵区地域的实际特征，将句容市农村居民点布局优化划分为城镇转化型、重点发展型、保留发展型、优先整治型等4种类型。

3.1　城镇转化型

通过ArcGIS 10.2软件邻域分析中缓冲区分析，将位于建制镇2.5 km临近区范围内农村居民点划为城镇转化型，这一类型农村居民点数量为366个，总面积为32.65 hm2，占句容市总面积27.21%。该类型是指分布在县城、中心镇边缘及主要交通干线附近的农村聚落。优化布局具体思路：将靠近句容市建成区或中心镇区的农村居民点纳入城镇规划体系中，积极引导农村居民点用地向城镇居民小区类型转变，加大交通等基础设施建设，强调内部用地的功能分区，形成全方位、多层次的用地格局。

3.2　重点发展型

将距离建制镇范围超过2.5 km，影响范围超过60 hm2，且区位条件为优等级、较优等级农村居民点界定为重点发展型，这一类型农村居民点数量为447个，总面积为35.88 hm2，占句容市总面积29.91%。该模式主要是指距离城镇中心较远、规模较大、交通区位及经济发展水平较好的农村聚落。优化布局思路：将句容市各乡镇规模较小、条件差的农村居民点就近搬迁至中心村，重点进行市域范围内的中心村建设；并完善各中心村的基础及公共服务设施，立足各中心村资源优势，发展及壮大特色产业，吸引周边小自然村向中心村集聚。

3.3　限制发展型

除城镇转化型和重点发展型以外，将其他区位条件为优、较优和一般等级且空间影响范围<60 hm2的农村居民点予以保留，但控制其规模发展，不宜进行扩建，这一类型农村居民点数量为349个，总面积为28.09 hm2，占句容市总面积23.41%。优化布局具体思路：在原有农村居民点空间格局稳定的前提下，对该类型农村居民点进行复建及合理开发，通过推进农村居民点整治建设、充分挖掘村庄的内部用地潜力，并实现村庄尤其是空心村用地有效“减肥”，提升丘陵区农村居民点用地集约利用水平。

3.4　异地搬迁型

除上面3个优化类型外，其余均为异地搬迁型，这一类型农村居民点数量为296个，总面积为23.36 hm2，占句容市总面积19.47%。这一类型农村居民点多位于市域居民点适宜性等级较差的地区，耕地资源短缺、交通不便利及村民多外出务工。优化布局具体思路：逐步进行异地迁移，可采取城镇安置、中心村安置、小村并入大村及建设独立新村等多途径进行搬迀；另外，对置换出来的老宅基地采取复垦还林、还耕等措施，不断改善市域生态环境；同时，要注意处理好搬迁后农民的生计、就业以及社会保障等问题。

4　结论与讨论

本研究基于GIS空间分析平台，综合运用R统计量、Kernel核密度、空间韵律指数及Voronoi图等方法，以句容市为例，对我国丘陵区农村居民点空间格局及布局优化进行了探讨。结论如下：句容市农村居民点分布的R统计量小于1，空间分布表现为集聚分布，并且市域北部乡镇集聚程度高于南部乡镇；通过农村居民点Kernel核密度分析得到句容市农村居民点空间密度分布呈“南密北疏”特征；通过空间韵律指数分析得到句容市农村居民点形态、规模分布规则程度也呈“南北分异”特征，句容市南部乡镇农村居民点形态规则程度要高于北部乡镇。结合农村居民点区位分布特征，基于加权Voronoi图，将句容市农村居民点布局划分为4种模式：农村城镇化型、重点发展型、限制发展型、整体搬迁型，其中城镇转化型占27.21%、重点发展型占29.91%、限制发展型占 23.41%、异地搬迁型占19.47%；并针对这4种模式提出具体优化策略及建议。

需要指出的是，笔者仅研究了丘陵区农村居民点现状空间格局特征，忽视了长时间尺度农村居民点空间格局演化规律分析，因此长时间尺度丘陵区农村居民点格局演化及其驱动机理需要深入研究；只初步分析了丘陵区典型地句容市的农村居民点特征，在今后研究中，可开展丘陵区不同地域农村居民点空间格局及优化调控对比性研究。

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