县域乡村景观脆弱性评价研究——以哈尔滨县域为例

于婷婷

袁 青*

冷 红

乡村景观是“乡村范围内相互依赖的人文、社会、经济现象的地域单元”，是反映乡村人地系统相互作用关系的外在表征和集中体现[1]。面对生态环境变化和快速城镇化的双重压力，中国乡村景观出现了明显的脆弱性，并着重表现在生态环境破败、土地利用混乱和社会资源失调等问题上[2]。特别是乡村振兴战略提出后，劳动力、资金、科技等生产要素将不断向乡村地区集聚。如何测度乡村景观脆弱性，以协调乡村人地关系、提升人居环境与生态环境的相容性，是新时期乡村景观规划与建设的重要课题。

脆弱性分析与评价能够解析系统在应对干扰与变化时的易损或脆弱程度[3]。20世纪90年代，国外学者开始将脆弱性研究运用到风景园林学中，并在2003年首度提出景观脆弱性评价。早期的景观脆弱性评价来源于环境影响评估，多针对自然景观本质要素[4]。随着研究不断深入，景观脆弱性评价逐渐转向对人地系统、社会-生态系统等耦合系统的脆弱性评价，其评价体系也增加了反映土地利用情况和社会经济发展的相关指标。尽管国内还没有提出景观脆弱性评价，但已有学者开展了景观格局脆弱性评价研究，为本文提出乡村景观脆弱性评价研究提供了基础[5]。

1 乡村景观脆弱性概念的提出

1.1 景观脆弱性

脆弱性最初是指改变相互依存的体系所带来的代价，用于国际政治分析与评估。由于脆弱性对事物关系的描述与分析极富代表性，很快成为诠释系统关系的重要科学方法[6]。景观脆弱性最早是指景观要素在外界扰动和压力下不损失能力的相对度量。随着研究的不断深入，景观脆弱性包含的意义更加广泛，并强调人地环境的重要作用。在查阅大量资料的基础上，目前学者普遍定义景观脆弱性为“景观系统在自然环境和人类活动相互作用时，所表现的敏感性及缺乏适应能力造成破坏的概率”。

1.2 乡村景观脆弱性

乡村景观脆弱性是笔者基于景观脆弱性概念提出的，是暴露于自然环境或人类活动扰动下的人地系统，由于自身的敏感性特征和缺乏应对扰动的能力，使乡村人地系统受到负面影响或损害而呈现相应表征的状态。从乡村景观脆弱性的构建逻辑来说，暴露在扰动下的乡村人地系统都是脆弱的，但扰动对各系统的影响程度各不相同，这取决于3个要点：1)系统的暴露强度；2)系统自身对扰动的敏感程度；3)系统对扰动的适应及应对能力。因此，乡村景观脆弱性概念包含3层含义：1)扰动源包括自然环境变化或人类活动干扰，扰动源可能来自乡村人地系统外部或系统自身；2)乡村系统对扰动的反映并不均衡，扰动作用可能会加剧或减弱乡村景观的脆弱性状态；3)乡村景观脆弱性实质上描述了扰动过程中的系统特征(包含暴露程度和敏感强度)和适应能力，是一个关于暴露性、敏感性和适应性的函数。

2 县域乡村景观脆弱性评价的理论构建

2.1 研究尺度界定

乡村景观是具有多层次性和多尺度性的复杂系统，其脆弱性研究可分为村庄、镇、县域、地区、国家和全球等不同尺度。不同尺度的脆弱性载体，其扰动源和脆弱性特征也各有不同[7]。县域作为地域性和综合性较为完整的基本区域单元，具有相对均衡的自然资源条件和社会经济背景，能够有效展现县域景观系统的脆弱性结构和脆弱性程度。因此，本文选择县域作为乡村景观脆弱性研究尺度。

2.2 县域乡村景观脆弱性维度解析

从概念出发，县域乡村景观脆弱性维度可分解为暴露性、敏感性和适应性。1)“暴露性”是反映县域乡村景观系统受外界扰动程度的参数，暴露风险源主要包括自然环境变迁和人类活动干预，通常暴露性越高，系统脆弱程度也越大。2)“敏感性”是由暴露类型和景观特征决定，景观隐性的易损特征在扰动下转变为显性，能够反映特定时间段内县域乡村的景观结构、功能状况与演变特征。系统的敏感性越高，脆弱性越高。3)“适应性”能够反映县域乡村景观系统对扰动的适应潜力和应对能力，以及在扰动后的恢复能力。适应性越强，面对同等扰动时，系统的脆弱性越低。

2.3 县域乡村景观脆弱性因子分析

尽管我国广大村庄“千村千面”，造成村庄景观脆弱性的核心原因各不相同，但从县域层面综合审视乡村景观问题，其驱动力多来自于人地系统运行机制的不协调，多体现在生态环境、土地使用和社会经济的单一或复合因素上(图1)。

图1 县域乡村景观脆弱性因子产生逻辑

图2 县域乡村景观脆弱性因子作用示意

县域乡村景观脆弱性评价能够从脆弱性因子的产生逻辑出发，分析县域乡村人地系统相互关系，通过量化相关因子，确定景观系统的脆弱源。县域乡村景观脆弱性因子的作用机制存在地域性和时空性：地域性能够反映乡村生态系统、土地系统及社会经济系统在县域层面的主要问题，进而得到脆弱性主导因子引导下的脆弱性空间分异规律；时空性反映一定时期内，县域乡村景观的脆弱性程度和发展规律，进而为不同目标导向下的乡村景观规划提供科学支持(图2)。

2.4 县域乡村景观脆弱性评价框架

本文提出乡村景观脆弱性评价偏重对乡村人地系统运行机制的分析，因此其评价框架可以借鉴相对成熟的人地耦合系统评价框架。人地耦合系统脆弱性评价框架的构成方式很多，主要包括暴露-敏感-适应(VDS)、压力-状态-响应(PSR)、结构-胁迫、自然-人为等[8]。Polsky等从IPCC对脆弱性的定义出发，将脆弱性分解为暴露程度、敏感性和适应潜力3个维度，并借鉴了美国公共空间计划整合框架，用层次分析法逐层细化评价指标。该框架流程规范清晰，融合了自然与人文要素的双重影响，得到国际学者的广泛认可和应用[9]。

本文借鉴该方法，提出了县域乡村景观脆弱性评价框架。县域乡村景观脆弱性评价包括9个步骤，其中前3步为评价准备基础资料和相关数据；中间3步为评价主体，包括评价模型构建、指标选取及参数设定；后3步为评价后的预测、实践和反馈过程，且步骤之间可以置换或迭代(图3)。

为了进一步检验经过响应面设计试验所获得的模型及其预测的最佳工艺条件的可靠性，在最佳工艺条件进行验证试验，并重复5次，结果及统计分析如表6所示：对于酵母固态发酵551H及552H，验证试验结果与预测结果差异性均不显著（P＞0.05）,因此，模型预测的最佳工艺参数适合实际应用。

3 县域乡村景观脆弱性评价指标体系的建立

3.1 指标筛选原则

景观脆弱性评价中的指标筛选、权重制定及体系构建等方法对县域乡村景观脆弱性评价体系的建立有重要的借鉴作用。从已有文献来看，景观脆弱性评价指标体系建立通常从暴露性、敏感性、适应性3个维度出发，在生态、环境、资源、土地利用、经济和社会等脆弱性因素中筛选评价指标，提出相应的指标参数，并以专家赋值法、熵值法、标准离差法和CIRTIC法等方法确定权重[10-11]。

在遵循评价指标选取的科学性、系统性、全面性和可得性等基本原则的基础上，县域乡村景观脆弱性评价指标可以对应借鉴景观脆弱性指标，具体筛选原则如下。

1)受到气候变化、环境污染等扰动时，可直接引用景观脆弱性评价的生态和环境脆弱性的指标，构成县域乡村景观的生态环境脆弱性指标。

2)受到人工建设、土地划分等扰动时，可参考景观脆弱性评价的资源脆弱性和土地利用脆弱性指标，并添加反映县域乡村地域特色的指标，构成县域乡村景观的土地使用脆弱性指标。县域乡村地域特色指标需结合实地调研情况，以遥感图像为基准划分乡村用地中林地、农田、建设用地和水体等土地利用类型，计算其景观指数以确定最终指标。

3)受到产业转型、政策变化等扰动时，考虑到研究尺度的差异性，不能直接引用景观脆弱性评价的经济和社会等脆弱性指标，但可借鉴其筛选方式：根据县域人口和社会经济统计数据构建原始指标，并用多重线性检测、主成分分析、因子分析等方法降维，筛选县域乡村景观的社会经济脆弱性评价指标。

3.2 指标体系构建

图3 县域乡村景观脆弱性评价框架

图4 县域乡村景观脆弱性评价指标体系

在评价框架的引导下，县域乡村景观评价指标体系由准则层、因素层、指标层和性质层构成。其中，准则层从脆弱性概念出发，分为暴露性、敏感性和适应性三部分。要素层结合前文我国乡村景观的主要问题，涵盖生态环境(土地利用及社会经济)暴露性、敏感性、适应性等9个部分。遵循指标筛选原则，参考了国家、区域、市域等不同层级的脆弱性评价指标，以及国内外乡村景观评价指标，最终确定建立县域乡村景观脆弱性指标筛选模块[12-13](图4)。

考虑到地域、气候和城镇化程度的差异性，指标层应依据主要扰动源在指标库中选取相应指标。此外，指标对脆弱性的影响有正负之分：某些指标的增加会提高县域乡村景观脆弱性。本文把这种指标性质称为正向影响，反之，则称为负向影响。

3.3 评价方法

脆弱性定量评价具有多种评价方法，较为常见的方法是计算评价系统受损的概率或阈值[14]。本研究选择计算脆弱性阈值：结合主成分分析和因子分析，先对各因素层的指标运用主成分分析降维，得到各因素层的主因子，进而通过因子旋转矩阵得到因子荷载，并根据指标权重和脆弱性模型计算乡村景观脆弱性阈值。其中，由于指标量纲不同，评价需采用极差标准化法对各指标数据进行无量纲化处理。研究可采用以下公式计算县域乡村景观脆弱性阈值。

县域单元景观脆弱性阈值计算：

式中，V代表县域乡村景观脆弱性；E代表暴露性；S代表敏感性；A代表适应性。

县域单元的暴露性、敏感性和适应性阈值由以下公式得出(以暴露性为例)：

式中，Eik代表县域单元内景观暴露性阈值；Bik是暴露性主因子k的加权总和； 是主因子k的方差贡献率；μ是暴露相关的特殊因子。

式中，Bik是县域单元内景观暴露性主因子k的加权总和；Fi是变量值；aik是变量i在因子k上的荷载。

4 实例研究

4.1 研究区域

哈尔滨市是黑龙江的省会及全省政治、经济、文化中心，也是中国陆地管辖面积最大、户籍人口居第三位的特大城市，现辖道外区、道里区、南岗区、木兰县、宾县等7县2市(县级市)9区。本文选取哈尔滨市为研究区域，把市辖区和县级市作为县域单元处理，共计18个县域单元。

4.2 数据来源

本文主要涉及的空间数据和统计数据。

1)空间数据：地质灾害数据来自黑龙江国土资源厅崩滑流地质灾害分布图，高度和坡度数据来源于哈尔滨市DEM数据，土壤退化数据来自全国第三次土壤侵蚀遥感调查结果，土地利用数据由2014年3期哈尔滨遥感图像(Landsat 8 OLI影响，分辨率30m)处理后计算得来。

表1 暴露性因子特征值、方差贡献及主因子荷载矩阵

2)统计数据：自然保护区数据来自《2014黑龙江省自然保护区名录》，污染数据来自《2016年黑龙江环境统计年报》，气候数据来自哈尔滨气象站，矿产等资源数据来自《2016黑龙江国土资源公报》，人口数据来源于第六次全国人口普查结果，其他数据来自《哈尔滨统计年鉴2016》。

4.3 评价指标体系

根据哈尔滨18个县域单元的具体情况，本文构建了哈尔滨县域乡村景观脆弱性评价指标体系，共包含51个指标。为了客观描述哈尔滨18个县域单元的乡村景观脆弱性状态，本文运用SPSS 22.0软件分析并计算其暴露性、敏感性和适应性因子特征值、方差贡献及主因子荷载矩阵(以暴露性为例，表1)。

在暴露性、敏感性和适应能力因子分析中，无量纲数据通过KMO检验，得分分别是0.695、0.710和0.642，均满足进行主成分分析的前提条件。根据特征值大于1的原则提取暴露性主因子5个、敏感性主因子6个和适应性主因子6个，主成分特征值之和占总方差的累计百分比分别为81.5%、84.5%和80.7%。采用正交旋转旋转主因子，得出各因子的荷载矩阵，旋转后与未旋转得到的主因子基本一致。

4.4 评价结果

根据评价模型计算哈尔滨18个县域单元的景观暴露性、敏感性、适应性和脆弱性阈值，并借助ArcGIS 10.3的自然间断点分级法将其分为5个等级(图5)。暴露性评价结果显示，县域乡村景观暴露性分布与生态基础环境高度相关，如通河县、尚志市、五常市等因高农牧或林草交错用地而暴露性较高。根据敏感性评价结果，巴彦、阿城等县域由于土地类型的景观破碎度高、产业类型单一、典型脆弱人口较高而呈现高敏感性。适应性评价结果显示，依兰、延寿、木兰和方正等县域由于乡村基础设施建设不足、污染治理较差、废弃物利用较低、村民接受教育水平较低，以及医疗资源不足等原因导致适应性较低。根据脆弱性评价结果，哈尔滨县域乡村景观脆弱性存在明显的空间分异，大致呈现城市辖区县域单元脆弱性低于其他地区，南部暴露强度较高的县域脆弱性较北部明显。

基于县域乡村景观脆弱性评价得出的哈尔滨县域单元在暴露性、敏感性、适应性和脆弱性上的空间分异，能够为哈尔滨县域村镇规划提出县域空间管制原则、确定产业发展与布局、协调城乡居民建设点、提升县域基础设施和社会公共服务设施，以及为生态环境、土地、水资源、自然和历史文化的保护等方面提供规划依据。高暴露县域单元集中在农牧、林草用地交错的南部组团，县域村镇规划可适当调整辖区内村镇的土地利用情况，减少建设导致交错地带，提升对耕地和水资源的保护。高敏感县域单元集中在依赖农业发展的南部县域组团，县域村镇规划可提倡产业多元发展，引入高新企业，吸引中青年及科技人才，降低典型敏感人口比例。低适应县域单元集中在经济及社会发展较缓慢的南部县域组团，县域村镇规划可提出扶持民生工程建设、提升教育及医疗资源的适应性规划策略。

图5 哈尔滨市18个县域单元暴露性、敏感性、适应性和脆弱性评价得分

5 结语

本文建立的县域乡村景观脆弱性评价，从暴露、敏感、适应3个维度构建了脆弱性评价指标体系，分析县域乡村景观系统的脆弱源，计算其脆弱性阈值，并通过其空间分异情况为县域村镇规划中涉及乡村景观建设的规划内容提供科学支撑。从人地协调性角度完善了现行景观脆弱性评价体系，并为提出针对性更强、统筹调控的县域乡村景观规划策略奠定坚实基础。

县域乡村景观脆弱性存在时空分异，空间分异能够反映县域单元间景观的暴露类型、敏感程度和适应潜力差异；时间分异能反映长期自然扰动下的脆弱性变化趋势和人类活动突发扰动下脆弱性的急剧变化状态。本研究主要采取静态研究视角，分析了哈尔滨18个县域单元的脆弱性空间分异特征，尚未讨论其时间分异规律。未来，研究还将进一步探讨县域景观脆弱性的时空演变规律，并在哈尔滨18个县域单元做进一步验证。