安徽鹞落坪自然保护区乡村聚落空间格局特征及其影响因素分析

钱者东，夏 欣，张昊楠，周大庆，高 军

环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)

乡村聚落指乡村地区人类各种形式的居住场所，包括村庄和少量工业企业及商业服务设施，但未达到建制镇标准的乡村集镇。国外关于乡村聚落的研究起步较早，19世纪德国学者首次对乡村聚落进行了较为系统的研究[1]。近年来，国外学者对乡村聚落的研究侧重于聚落的形成与影响因素、结构与形态、景观与环境等方面[2-4]。我国学者对乡村聚落的研究起源于20世纪30年代[5-6]。20世纪80年代，乡村聚落和乡村空间研究开始为众多学者所关注。近年来，随着新农村建设等政策的实施，乡村聚落研究明显升温。目前，国内学者在乡村聚落空间结构、聚落景观、农村居民点整理等方面均有一系列研究成果，运用GIS、RS等方法对乡村聚落的研究日益增多[7-11]。

自然保护区是保护生物多样性，维护国家生态安全最有效的措施之一。鉴于其重要作用，国内外学者在自然保护区生态评价、保护成效、网络体系构建、景观格局变化、保护与开发阈值等方面做了大量研究，取得不少成果[12-18]。但专门针对自然保护区内乡村聚落的研究则比较少见。调查显示，截至2014年，我国407个国家级自然保护区中，374个有乡村聚落分布[19]。从保护区与乡村聚落的相互影响来看，保护区的建立使区内聚落发展，居民生产生活受到限制；而聚落发展、居民活动也给保护区管理和区内生物资源造成一定程度的威胁[20-21]。

当前，生态保护与扶贫脱贫是我国面临的两大重要任务。自然保护区大多位于偏远落后地区，保护与发展矛盾突出。因此，开展自然保护区乡村聚落空间格局特征及影响因素分析，不仅可以探索保护区内聚落分布规律，同时也为今后保护区内聚落整合、结构调整等实践工作提供科学依据。以安徽鹞落坪自然保护区为例，综合运用景观格局指数、空间分析方法，对保护区内乡村聚落空间格局进行研究，定量分析保护区乡村聚落规模、形态及分布特征，探讨其与自然环境、社会经济等因素之间的内在关系，以期为协调生态保护与社区发展提供有益参考。

1 研究区概况

安徽鹞落坪自然保护区位于安徽省岳西县西北部、皖鄂两省交界的大别山腹地，总面积123 km2。保护区建于1991年，1994年晋升为国家级自然保护区，属森林生态系统类型，主要保护对象为大别山区典型的森林生态系统和大别山五针松(Pinusdabeshanensis)、红豆杉(Taxuschinensis)、大鲵(Andriasdavidianus)、安徽麝(Moschusanhuiensis)等珍稀濒危野生动植物。鹞落坪自然保护区实行区乡合一的管理体制，保护区范围即岳西县包家乡行政范围，下辖4个行政村，81个村民组。根据总体规划，全区划分为核心区、缓冲区和实验区3个功能区。其中核心区分为石佛寺—大川岭、麒麟沟、吊罐井、多枝尖等4处，面积21.2 km2。在4个核心区外围设缓冲区，面积28.4 km2。在缓冲区外围设实验区，面积73.4 km2。保护区内分布有居民5 600人，其中核心区、缓冲区内有居民1 330人，占保护区总人口的23.75%。由于该保护区建立时间较早，未开展勘界立标，功能区边界模糊，加之区内乡村建设缺乏规划与引导，导致部分乡村聚落向核心区、缓冲区扩展。因此，选择鹞落坪自然保护区开展乡村聚落空间格局特征及其影响因素研究具有现实意义。

2 数据获取与研究方法

2.1 数据获取

采用安徽省岳西县包家乡2015年资源三号卫星遥感影像(空间分辨率2.1 m)、DEM数据(空间分辨率30 m)、包家乡行政区划图、鹞落坪自然保护区功能区划图、重点保护植物分布图、重点保护动物分布图等作为基础数据，利用ERDAS 9.2软件先对遥感影像进行坐标转换、几何校正等处理，然后在ArcGIS 10.0软件支持下，结合实地调查，借助人机交互目视判别提取鹞落坪自然保护区乡村聚落、道路、河流水系等信息，制作保护区2015年乡村聚落分布图(图1)，再将乡村聚落矢量图转换成GRID格式，采用Fragstats 4.0软件计算聚落相关景观指标。社会经济数据主要来源于岳西县相关年份统计年鉴以及其他相关社会经济统计资料。

2.2 研究方法

2.2.1景观格局指数

研究运用景观生态学方法来描述乡村聚落用地规模、形状及其分布等空间特征。结合鹞落坪自然保护区乡村聚落空间分布特点，综合考虑各景观格局指数的表征含义，把研究区聚落用地看作是具有异质性、斑块性的空间单元，从规模、形态、分布等方面分析乡村聚落空间格局特征。依据聚落斑块的景观生态学意义，选取聚落斑块规模(CA)、斑块数量(NP)、平均斑块面积(MPS)3个指标定量描述乡村聚落规模特征；选取斑块形状指数(MSI)、斑块分维数(MPFD)2个指标描述乡村聚落平面形态特征；选取斑块密度(PD)、平均最小邻近距离(ENN)2个指标描述乡村聚落分布特征。

图1 鹞落坪自然保护区乡村聚落分布图Fig. 1 The distribution of rural settlements in Yaoluoping Nature Reserve

2.2.2空间分析方法

利用ArcGIS软件中的叠置分析、Near距离分析、缓冲分析等方法探讨鹞落坪自然保护区乡村聚落空间格局的影响因素。首先，根据自然保护区功能区划图，提取不同功能分区乡村聚落矢量数据进行相关景观格局指数的计算，分析乡村聚落在不同功能分区的空间分布特征。其次，利用DEM高程模型提取保护区高程、坡度等信息，通过与聚落斑块进行叠置，分析地形因素对乡村聚落分布格局的影响，得出聚落用地的地形选择偏好。再次，在ArcGIS环境下，分别对乡村聚落与河流、道路等要素进行Near距离分析，研究道路、河流对保护区乡村聚落分布格局的影响。

3 乡村聚落空间格局特征

3.1 规模特征

由表1可知，鹞落坪保护区不同功能区聚落分布规模表现出明显差异。实验区乡村聚落面积占保护区聚落总面积的84.76%，聚落斑块数量占保护区聚落斑块总数的78.84%，均明显高于核心区(1.84%、2.34%)与缓冲区(13.39%、18.82%)。实验区单个乡村聚落斑块规模(0.11 hm2)也明显高于核心区(0.08 hm2)与缓冲区(0.08 hm2)。总体上，鹞落坪自然保护区实验区乡村聚落用地面积大，斑块数量多，斑块的平均面积也较大；而核心区、缓冲区聚落面积小，斑块数量少，斑块的平均面积也较小。保护区乡村聚落规模呈现出实验区聚落数量多规模大，而核心区、缓冲区聚落数量少规模小的分异规律。

表1 鹞落坪自然保护区乡村聚落景观格局指数分析Table 1 Analysis of landscape index of rural settlements in Yaoluoping Nature Reserve

对于自然保护区而言，乡村聚落是一种干扰斑块，聚落建设会永久占用部分土地资源，导致自然植被破坏、野生动物栖息地丧失，使保护区内原生性生态系统结构、功能发生变化。从规模上来看，鹞落坪乡村聚落面积仅占保护区总面积的0.73%，核心区、缓冲区、实验区聚落用地分别占各功能分区面积的0.08%、0.42%和1.04%。与之对比，保护区内作为主要保护对象之一的森林生态系统面积比例为84.03%，核心区、缓冲区、实验区森林面积比例分别为94.16%、87.0%和79.23%。因此，对整个保护区而言，森林是景观类型的主体，控制着景观生态格局，维持着保护区生态系统结构与功能的稳定，较好地保存了珍稀濒危物种生境。

3.2 形态特征

斑块形状指数主要反映乡村聚落斑块的复杂程度，指数越大说明聚落的形状越不规则，斑块边界的破碎化程度也越大。由表1可知，各功能分区中，核心区乡村聚落斑块形状指数最大(1.41)，说明核心区的乡村聚落形状最为复杂。实验区乡村聚落斑块形状指数最小(1.30)，表明实验区乡村聚落形状相对较为规则。斑块分维数也能够反映聚落形态的不规则程度，斑块分维数越大，表明乡村聚落破碎化程度越高。由表1可知，各功能分区中，核心区乡村聚落形态的不规则性以及破碎化程度要高于缓冲区和实验区。通过上述分析可知，鹞落坪自然保护区乡村聚落形态呈现出核心区聚落形态复杂，缓冲区其次，实验区相对规则的分异特征。

根据形状和功能的一般原理，斑块形状越复杂，斑块内部与外围环境尤其是能量、物质和生物方面的相互作用越强烈。乡村聚落是一种干扰斑块，与周边森林斑块差异明显，会表现出强烈的边缘效应，在靠近聚落斑块边缘地区生存的动植物受人类干扰影响较大，聚落斑块的不规则程度能够影响周边生物种的发育、扩展和迁移。

与实验区相比，鹞落坪保护区核心区、缓冲区聚落斑块形态较为复杂，导致相同面积规模的聚落斑块，核心区、缓冲区对周边自然生态系统造成的干扰程度较大。尤其是缓冲区内部分乡村聚落距离叶氏隆肛蛙、文县疣螈等珍稀濒危野生动物分布区较近，这些物种对人类活动、噪声、环境污染等比较敏感，聚落斑块将在一定程度上阻碍上述物种的迁徙和交流。因此，虽然核心区、缓冲区乡村聚落规模较小，但其形态复杂，对周边自然生态系统的影响不容忽视。

3.3 分布特征

斑块密度能够反映乡村聚落的空间分布特征，值越大说明乡村聚落的空间分布越密集，反之则分布越稀疏。由表1可知，各功能分区中，实验区乡村聚落斑块最为密集(0.10个·hm-2)，缓冲区次之(0.06个·hm-2)，核心区聚落稀疏(0.01个·hm-2)。平均最小邻近距离能够反映乡村聚落之间空间分布的相互邻近程度，值越小表明乡村聚落空间分布的密集程度越高。各功能分区中，实验区的乡村聚落平均最小邻近距离最小(53.92)，而核心区的平均最小邻近距离最大(79.58)，表明实验区的乡村聚落空间分布密集，而核心区的乡村聚落空间分布较为稀疏。通过上述分析可知，鹞落坪自然保护区乡村聚落分布整体上呈现出实验区聚落分布密集，核心区、缓冲区聚落分布稀疏的特征。

从空间分布上来看，保护区内乡村聚落用地不涉及大别山五针松、红豆杉、香果树、天女花等珍稀濒危野生植物集中分布区，也未占用金钱豹、大鲵、安徽麝等珍稀濒危野生动物重要生境，不会对保护区主要保护对象造成直接影响。但缓冲区内部分聚落距离大别山五针松、香果树、叶氏隆肛蛙、文县疣螈等珍稀濒危野生动植物分布区较近，聚落周边频繁的人类活动会对野生动植物造成干扰，进而影响其正常生存繁衍。

同时，乡村聚落之间物质、能量及人员流动会对沿线自然生态系统产生影响，而核心区和缓冲区受地形、气温等因素的限制，聚落规模小、布局分散且凌乱，聚落之间交流需穿越区内保护状况较好的天然区域，对自然生态系统影响较大，且难于管理，需要对聚落布局进行优化调控。

4 影响因素分析

4.1 地形因素

地形既为聚落提供了存在与发展的空间，又限制着聚落的扩展，是乡村聚落形成和发展的主导因素。选取高程和坡度2个因子探讨鹞落坪保护区地形因素对乡村聚落空间布局的影响。根据保护区地形特征，将海拔高度分为≤600、>600～800、>800～1 000、>1 000～1 200和>1 200 m 5个等级范围，通过与乡村聚落分布图层的叠置分析，得出鹞落坪自然保护区乡村聚落空间格局与海拔高度之间的关系。由表2可知，在规模上，海拔800 m以下区域是保护区内气候最为适宜的区域，聚落斑块规模大数量多；海拔800 m以上，聚落规模呈下降趋势。在形态上，随着高程上升，聚落扩展受地形限制较为明显，斑块形状指数、斑块分维数逐渐增加，斑块形状复杂化趋势明显。在分布上，随着高程上升，聚落斑块集聚程度逐渐下降。

将保护区坡度分为≤8°、>8°～15°、>15°～25°、>25°～35°、>35°这5个级别，分析鹞落坪自然保护区乡村聚落空间格局与坡度之间的关系。由表2可知，在规模上，坡度8°以下地势平缓，是保护区聚落布局最为理想的区域，聚落平均斑块面积大于其他坡度等级；>8°～15°是保护区聚落布局的次理想条件，但由于符合该条件的区域在保护区内面积比例大于8°以下区域，因此该区域聚落总面积和斑块总数占比最高。在形态上，坡度对聚落形态发展的限制作用较为明显，随着坡度增大，斑块形状呈现出不规则、复杂化趋势。在分布上，随着坡度增加，聚落斑块密度逐渐降低，且聚落间的距离逐渐增大，坡度较大区域，聚落分布受地形影响强烈，布局的不稳定性较强，仅零星分布少数聚落斑块。

地形因素是乡村聚落空间分布的基础，地形分异导致保护区内形成小气候，决定了水系的分布和流向，在特定的水热条件下，保护区内土壤、植被发生垂直分异，同时地形也对区域的可开发程度有着重要影响，因而在宏观上决定了乡村聚落的空间格局。

表2 不同地形乡村聚落景观格局指数统计Table 2 Statistics of landscape pattern index of rural settlements in different terrains

4.2 水源因素

水系分布也是影响乡村聚落空间格局的重要因素，对乡村聚落的发展起到十分重要的作用。将鹞落坪保护区乡村聚落与河流水系的最短距离分为≤100、>100～200、>200～500、>500～1 000、>1 000 m 5个级别进行分析，探讨乡村聚落空间格局与水系之间的内在关系。由表3可知，在规模上，50%以上的聚落用地和斑块分布在距河流200 m以内的区域；且距离河流近的聚落斑块平均面积较大；在形态上，除与河流距离>1 000 m区域外，随着距离的增大，聚落斑块形状指数和分维数呈减小趋势，主要由于河流呈带状分布，形态较为不规则，因而靠近河流的聚落斑块形态也较为复杂，与河道距离>1 000 m的区域聚落斑块形态复杂是由于该区域多为山地陡坡，聚落形态受地形制约；在分布上，距河流越远，斑块密度越小，平均最小邻近距离增大，聚落分布越稀疏，保护区乡村聚落具有明显的亲水分布特征。

水是人类生产生活的基本条件之一，聚落的形成和发展与水资源有着密不可分的关系，保护区内乡村聚落一般沿河流呈带状分布，近年来，随着取水技术的进步，一些新的聚落能够在距离水系较远的区域形成和发展。

表3 到水系不同距离的乡村聚落景观格局指数统计Table 3 Statistics of landscape pattern index of rural settlements at different distances to water sources

4.3 区位因素

乡村聚落空间分布具有特殊的区位特点。交通是居民日常生活中获取物质流、能量流和信息流的重要渠道，对乡村聚落空间分布格局形成具有重要影响。将鹞落坪保护区乡村聚落与保护区内道路距离划分为5个等级，即≤100、>100～200、>200～500、>500～1 000、>1 000 m，分析聚落空间格局与交通区位的关系。由表4可知，在规模上，随着距离不断增大，聚落斑块规模、数量以及平均斑块面积均呈下降趋势；在形态上，距离道路近的斑块形状指数和斑块分维数较大，这主要是由于道路往往沿沟谷呈带状分布，在形态上较为曲折，因而道路两旁的聚落斑块边界较为不规则；在分布上，距离道路越近，聚落斑块密度越大，聚落间距离越小，分布越密集，而距离道路越远，聚落分布就稀疏，呈现出明显的交通区位指向特征。道路建设受自然地形条件制约，但也与经济社会发展有关，同时保护区的一些特定政策对区内的开发建设活动起到限制作用。

表4 到道路不同距离的乡村聚落景观格局指数统计Table 4 Statistics of landscape pattern index of rural settlements at different distances to the roads

4.4 社会因素

社会因素是影响乡村聚落空间分布的重要因素，主要通过人口增长、经济发展、政策制度等方面来体现。一般而言，人口增长是乡村聚落空间格局演变的重要驱动力，乡村聚落的建设首先要满足人们的居住需求，人口的增加势必会促使乡村居住用地空间不断向外围拓展。基于SPSS 19.0软件对鹞落坪保护区各功能区人口与乡村聚落面积进行相关性分析，两者相关系数为0.999，表明人口与乡村聚落之间具有显著相关性(P<0.01)。

经济发展水平对乡村聚落空间结构的影响主要表现在2个方面。首先，乡村聚落空间结构总是与产业类型相适应，产业类型是决定乡村聚落空间结构特征的直接因素。鹞落坪保护区以农业经济为主，其所依赖的耕地资源的非集中性和农业劳作半径的有限性，决定了保护区乡村聚落空间分布的分散性。其次，乡村聚落空间结构与经济发展水平相适应，经济发展水平低则限制了聚落的扩展，当经济发展到一定水平后，聚落结构也发生改变。通过对鹞落坪保护区各功能区居民人均纯收入与聚落面积进行相关分析可知，两者相关系数为0.963,呈显著正相关(P<0.01)。

政策制度是乡村聚落演化的外部环境与控制力。政策制度可以通过直接的行政机制作用于空间结构要素，并进一步影响聚落空间分布格局，也可以间接作用于居民行为主体，规范其居住选址行为。对于鹞落坪自然保护区而言，保护区建立后相当长一段时间，区内乡村聚落建设未能得到关注，缺乏统一规划以及建设、管理的相关政策与措施，基本处于盲目、无序的发展状态，乡村聚落布局也较为散乱。近年来，随着生态保护日益受到重视，当地政府开始着手规范保护区内乡村建设，拟在掌握区内聚落空间格局特征的基础上，综合考虑保护对象分布、各功能区定位等因素，确定保护区内聚落用地的适宜性，将核心区、缓冲区内居民逐步迁出，实现区内乡村聚落布局的优化，并大力发展有机种植产业，促进居民增收，以协调保护与发展的矛盾。

5 主要结论

以安徽鹞落坪自然保护区为例，选取合适的景观格局指数，从乡村聚落规模、形态及分布3方面对保护区乡村聚落空间格局特征进行分析与研究，探讨地形、水源、区位、社会等因素对保护区乡村聚落空间格局的影响。

(1)规模方面，实验区聚落数量多规模大，核心区、缓冲区聚落数量少规模小。表明核心区、缓冲区人为干扰程度较低，为保存生态系统的天然状态及珍稀濒危物种生境提供了有利条件，保护政策对乡村聚落发展起到了一定的限制作用。

(2)形态方面，核心区聚落形态复杂，缓冲区次之，实验区相对规则。表明核心区、缓冲区聚落斑块较为杂乱，存在边缘效应，易对周边自然生态系统造成干扰，需要加强规范和引导。

(3)分布方面，实验区聚落分布密集，核心区、缓冲区聚落分布稀疏。表明核心区、缓冲区乡村聚落总体规模虽然较小，但聚落分布稀疏，管理难度较大，聚落之间物质交换、能量流动对沿线自然生态系统具有潜在影响。

(4)影响因素方面，地形、水源、区位、社会等因素对聚落空间格局的影响相互交织。其中，地形因素是乡村聚落形成和发展的主导因素，从宏观上决定聚落的空间格局，保护区内乡村聚落主要分布于海拔800 m以下、坡度15°以下区域。水源和区位因素也是影响乡村聚落格局的重要因素，保护区内乡村聚落主要分布于距河流、道路200 m以内的区域。社会因素既能为聚落形成和发展提供内生动力(人口居住需求)，又能提供现实基础(经济技术水平)，还能直接作用于聚落本身(政策引导)。