基于景观安全格局的黄海区域农村居民点空间布局优化——以辽宁大连普兰店区为例

曲 明, 周蕴薇, 曹福存,2, 李晓军

(1.东北林业大学, 哈尔滨 150040; 2.大连工业大学, 辽宁 大连 116034;3.吉林农业大学, 长春 130118; 4.广州地理研究所, 广州 510070)

农村居民点合理布局是新型城镇化建设及城乡融合发展的重要保障，也是农村土地综合整治的基石。目前国内农村居民点布局优化研究侧重于时空演化及其驱动机制[1-2]、空间优化配置及机制研究[3-5]、区位评价等[1-4]。近些年来，景观安全格局理论引起了学者们的广泛关注，已被运用生态保护规划[6]、农村土地整治[5-7]、城乡区域景观安全格局构建等[7-8]方面，这些为农村居民点优化布局的生态用地保护研究提供了重要理论和技术借鉴。但关于构建沿海水资源保护的农村居民点的景观安全格局较少。现有研究对象涉及山区、丘陵和平原等不同地形地貌类型村庄，沿海区域农村居民点研究仅有东部沿海区域[9]和山东半岛[10]区域，而目前关于黄海区域辽东半岛的农村居民点研究相对较少。本文选取典型的极为敏感的生态脆弱区为黄海区域辽东半岛大连普兰店沿海农村居民点，从实践操作层面探讨沿海区域丘陵平原区土地资源优化配置和合理开发利用。基于景观安全格局视角，本文从大连普兰店沿海区域的水土保持、生物多样性保护和水资源保护3个视角，利用最小累计阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型构建沿海区域景观生态安全格局，通过对景观生态安全格局分布图与其农村居民点进行叠加，提出不同景观生态安全格局水平下的沿海区域居民点布局整治优化途径，以期为濒临黄海区域的城乡融合发展和土地资源集约化提供参考。

1 研究区概况与数据来源

普兰店位于辽东半岛中南部东侧，地势北高南低、西高东低，海岸线总长约187 km，濒临渤海黄海两海。属于温带季风气候区，四季分明，年平均气温9.7℃，年均降水量约为635～920 mm。本文选取普兰店南部沿黄海的杨树房街道、皮口街道和城子坦街道作为研究区(图1)，但结合陆域生态功能性，研究区的岛屿不考虑在内，其地理坐标位于东经112°10′56″—112°34′31″E、北纬39°19′10″—39°38′58″N。区域内地势从北和西北部向南和东南部降低，南部盐田和滩涂面积约为167.45 km2，境内的大沙河、清水河、赞子河和碧流河等河流穿越村庄最终汇入黄海。交通便利，沈大铁路、丹大快速铁路、丹大高速公路201国道和滨海路在境内横跨东西，南部的皮口港为大陆进入长山群岛中部的主要港口，也是一个集客运、货运和渔业为一体的综合性港口。2017年研究区下辖3个街道、19个社区，18个行政村，总人口约17.06万人，其中农业人口为8.95万人。其行政区总面积约为574.86 km2，耕地面积约为243.05 km2，农业主要以玉米、水稻和花生为主，果树以桃和苹果为主，南部临海区域以海水养殖业和海洋捕捞业为主。研究区农村居民点面积为31.59 km2，占土地总面积的5.49%。

图1 区域位置及研究区土地利用类型

本研究数据主要包括3个街道的2015年1∶1万土地利用现状图(国土资源管理部门提供的)，2015年林班现状分布图，城镇规划(2010—2030年),2018年普兰店区统计年鉴。数字高程模型DEM和NDVI数据均采用中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http:∥www.gscloud.cn)的30 m分辨率GDEM数据和MODIS月合成产品。

2 研究方法

2.1 研究框架

依据普兰店沿海区域生态环境特征和物种多样性及其受威胁因素等，本文通过水土保持[11-12]、生物多样性保护[11-13]和水资源安全保护性[13-14]划分生态源地，选取坡度、土地利用类型和植被覆盖度等因子作为生态约束条件建立阻力面，利用MCR模型计算生态源地的最小累计阻力面构建其景观生态安全格局。在此基础上，本研究结合现有农村居民点格局提出其优化布局模式。

本研究利用MCR模型构建景观安全格局，它是计算从生态源地经过不同阻力的景观所克服的最小阻力或成本耗费最小的距离[15]。该模型已广泛应用于城镇土地空间重构[7-12]、农村居民点布局优化[3-5]、土地资源空间格局生态优化等[13-14]方面。MCR模型最早由Knaapen等提出[15]，并结合地理信息系统中的成本距离(cost-distance)[6-16]，主要考虑源、距离和景观基面特征。公式如下:

式中:Dij为物种从源j到景观单元i的空间距离Ri为景观单元i对某种运动过程的阻力;f为反映空间任意一点最小阻力与到源的距离和景观基面特征的正相关的未知函数。该模型可以通过ArcGIS软件中的成本加权(Cost-Weighted)工具实现。

2.2 研究区景观安全格局构建

2.2.1 源的确定 一般来说，生态源地是景观生态安全质量最佳的核心地带，它的选取要保证生态系统服务的可持续性、能量与物质流通性好、水源涵养功能强等方面[16]。鉴于研究区南部有近29.13%面积为滩涂和盐田的滨海湿地，参考滨海湿地生态服务及评价[17]、农村居民点用地布局和适应性评价的相关文献[3-5]，本文选取生态林地、水体和滨海湿地作为景观生态安全格局分析的生态源地。针对水土保持、生物多样性保护和水资源保护的不同目的，结合研究区自然环境特征，确定各种保护目的的源地。在研究区坡度按照>25°，>15°～25°，>6°～15°，>2°～6°，≤2°的5个等级，以及植被覆盖度分成0.343，0.527，0.649，0.728共4个断点5个等级的基础上，考虑研究区平均坡度约为2.6°，水土保持生态源地选取大于15°和植被覆盖度小于0.343的区域作为源。根据普兰店沿海街道实地调查，大量动植物集中在北部、西北部丘陵区植被覆盖度大区域，还有水域及滨海盐田滩涂湿地生物多样性也很丰富[17]，因此面积>2 hm2的生态林、河流和滨海盐田滩涂湿地作为研究区生物多样性保护源。水资源安全保护不仅是维持自然生态系统结构、功能和过程并提升生态恢复力，也是促进人居环境改善的重要制约因素[17-18]。依据区域内水体空间格局和相关文献[5-18]，本文选择河流、水库及沟渠、水田、滨海盐田和滩涂等水体分布为水资源安全保护源。

2.2.2 阻力面的构建 根据不同的保护目的，建立不同的阻力面。水土保持在区域侵蚀控制及生态安全维持方面具有重要作用，也是生态系统提供的重要调节服务之一。水土流失严重会引起山体滑坡、土地塌陷、洪水泛滥等自然灾害从而对局部城乡居民点的人身及财产安全造成隐患。而坡度、土地利用类型和植被覆盖度是影响和造成水土流失重要因子[11-14]，因此，水土保持单因子景观安全格局阻力面选取坡度、土地利用类型和植被覆盖度作为阻力因子，并依据专家意见，这3个阻力面阻力系数是基本相同的。依据坡度越大或植被覆盖度越低均越易发生水土流水，对不同类型坡度和植被覆盖度的阻力系数赋值，具体内容见表1。为了保证评价结果的统一，景观安全格局阻力面以坡度为参照均分为5个等级。参照谢高地等[19]研究的陆地生态系统单位面积生态服务价值当量和研究区自然情况，水源涵养、土壤形成与保护是水土流水主要涵盖的生态服务价值，本文确定了不同土地利用类型对水土流水的阻力系数。

表1 水土保持影响要素及其阻力系数

农村居民点用地布局不仅要考虑生境较好的区域，还有兼顾野生动物栖息地保护，以达到区域内生物多样性保护的目的。生物多样性服务功能高的区域能提供较好的生境，因此生物多样性保护的阻力因子选取植被覆盖度和土地利用类型。结合研究区自然环境和专家意见，植被覆盖度和土地利用类型对生物多样性保护影响同样重要，其权重均设为0.5。一般植被覆盖度越高，生态系统服务价值就越高[20]，也是影响该区域生物多样性的重要因素之一。而不同的土地利用类型保持生物资源的能力不同，参考谢高地等研究的生物多样性服务价值[19]，得到不同土地利用类型的生物多样性保护阻力系数，见表2。

作为生命之源、生产之要、生态之基的水资源，其不可替代性和稀缺性已影响了经济、社会和生态发展[18]。综合考虑沿海区域入海口河流和滨海滩涂及相关专家意见，本文选取植被覆盖度和土地利用类型作为水资源保护的阻力因子，并设置其阻力系数均为0.5，最终得到水资源保护阻力面。研究区植被覆盖度越大的区域，水源涵养林也丰富，水资源保护受到的阻力越小。土地利用类型方面的阻力依据生态系统单位面积生态服务当量中水源涵养、气体调节、气候调节和生物多样性保护的功能价值排序进行赋值，具体见表2。

表2 生物多样性和水资源保护影响要素及其阻力系数

3 结果与分析

3.1 研究区单因子景观安全格局分析

依据景观安全格局理论与方法，以阻力值发生明显突变处作为阈值，本文采用自然断点法将最小累计阻力值重新分为4类，得出研究区的水土保持、生物多样性保护和水资源保护的单因子景观安全格局和综合景观安全格局，其结果见图2和表3。

单因子水土保持安全格局从低到高4个等级分区分别占区域总面积的51.04%，24.81%，16.77%，7.38%。从图2A可知，水土保持低安全水平区域集中在南部及东南大片的盐田与滩涂，以及城子坦街道北部和西部山区、皮口街道中南部、杨树房街道西部等呈块状或带状集聚，坡度相对较大、植被覆盖度小、岩石风化大的区域。除了盐田滩涂外，这些区域大多为沿海丘陵区、具有一定坡度，植被覆盖度低，土地利用类型为抗侵蚀力较弱的耕地、草地、园地及建设用地等，水土流失非常容易发生。较低安全水平区域处于低安全水平区的外层，主要分布在城子坦街道东北部、皮口街道西北部和杨树房街道北部，水土流失容易发生。中等安全水平区集中在城子坦街道中部、皮口街道西北部和中南部、杨树房中北部，地势相对平坦，不易发生水土流失等地质灾害，比较适合农村居民点用地布局。高安全水平区域主要分布在沿海平原区的城子坦街道中部、皮口中南部和中东部，是比较理想的农村居民点的栖息地。为提升整体水土保持安全水平，丘陵山区继续采取封山育林、荒山造林、退耕还林等措施提高植被覆盖度，改善地表径流，减少水土流失。

生物多样性保护安全格局从低到高4个等级的安全水平区域面积分别占区域总面积的67.09%，22.94%，8.21%和1.76%。低安全水平区域主要位于东部城子坦街道、碧流河社区和金山村、西部杨树房社区和清水河村、南部盐田和滩涂、北部城子坦街道郑沟村和下吴村、中部皮口街道的大岭和赞子河村等区域。这些区域除了南部盐田和滩涂外，水涵养林、水土保持林、沿海护路林和护岸林等植被覆盖率高、生态环境优越，是生物生存与繁衍的栖息地，生物多样性也丰富。但随着新农村建设和城镇一体化发展，该区生态环境因人类高强度活动极易遭到破坏，进而影响到生物多样性。生物多样性的较低安全水平区域为低安全水平区的生物栖息地提供了缓冲区，集中在城子坦街道中东部、皮口街道的西北部和杨树房街道北部。中度安全和高安全区域集中分布在城子坦街道中南部、皮口街道东南部和中南部、杨树房街道中北部，该区域以农用地和建设用地为主要土地利用类型，比较满足人类生产生活需要的栖息地标准，因此可以作为农村居民点的布局。

水资源保护安全格局从低到高4个等级的安全水平区域面积分别占区域总面积的56.21%，24.24%，14.84%和4.71%。低安全水平区域集中分布在研究区的东部、南部和西南部、皮口街道中南部和西部以及街道行政分界处，因碧流河、清水河和大沙河自北向南穿过研究区最终汇入黄海，也是街道的行政分界线。该区域均处于河流下游，水体面积占其“源”地的20.59%，且生物多样性丰富，但河流洪涝引发的自然灾害，不适应人类活动景观的分布与建设。水资源安全保护较低安全水平区域以低安全水平为中心，向外依次为中等安全水平和高安全水平区域。中等安全和高安全区域集中分布在城子坦街道中南部、皮口街道中南部、杨树房街道西北部，该区域以建设用地和农用地为主要土地利用类型，比较适应农村居民点的布局。随水资源保护安全等级的提高，造成水资源安全能力的逐渐减弱。此外，研究区城子坦街道东部碧流河、皮口街道中部赞子河、穿越皮口街道与杨树房街道的清水河、杨树房街道西部大沙河和大高屯水库等区域是研究区重要的饮用水水源地，禁止非法占用河道、采砂采矿等行为，严禁向水体及河道排污，实施农村生活污水处理工程以及推进农业生产清洁化，严格保证饮用水源的生态安全。

3.2 研究区综合景观安全格局分析

利用水土保持、生物多样性保护和水资源保护等3种安全格局按照同等重要性进行叠加并利用自然断点分析法重分类后，得到普兰店沿海区域农村居民点综合景观安全格局(图2D和表3)。结果表明，综合景观安全格局中高安全区与中等安全区面积合计为202.68 km2，面积比重为36.99%，主要分布于城子坦街道中南部和东北部、皮口街道中南部和东北部、杨树房街道东部等区域，这与该区域以建设用地和农用地有很大关联。低与较低安全区面积合计为345.18 km2，面积比重为63.01%，主要分布于南部沿海滩涂和盐田、城子坦街道东部和西北部、皮口街道西北部和中东部、杨树房街道西部等区域，该区域大都处于低山和低丘缓坡区或河谷地带，林地资源分布相对集中，生物多样性和水资源安全保护功能突出。这种分布态势与研究区地形地貌特征较为一致。

图2 普兰店区沿海区域用地布局景观安全格局评价

表3 普兰店区沿海区域景观安全格局不同等级的面积对比 km2

3.3 研究区农村居民点用地布局优化方式及策略

参考相关文献研究[5-8]，景观安全格局越高的区域内农村居民点，其自然条件优势也相对较高。根据图2的研究区综合景观安全格局与图1的研究区农村居民点现状进行叠加，结合普兰店区空间发展规划，本文将农村居民点用地划分为重点建设型、适度建设型、控制扩展型和迁移合并型4种布局优化方式。研究区3个街道的农村居民点用地布局面积的统计结果，见图3。

图3 景观安全格局等级下各街道农村居民点用地面积特征

(1) 重点建设型。该区域的农村居民点用地处于综合景观安全格局中高安全水平状态，其用地优化方向为重点建设型。此类型农村居民点占总农村居民点用地规模的20.72%，面积共计654.55 hm2;空间整体分布不均，主要集中在城子坦街道中南部的碧流河社区西北、大卢社区北部和东北部、金厂社区中部及东老滩社区中北部，皮口街道中南部和北部、新海社区北部、石固社区北部和东南部、三官村中部、大尹村西北部，杨树房街道中东部李家村中部和河西村东南部。其中城子坦街道农村居民点所占比重最大，占高安全水平区的农村居民总面积的48.30%。这些区域地势平坦、沿海冲积平原等自然条件优越，离国道和省道较近的便利交通，适合人类的生活生产活动，因而可作为农村居民点布局的重点建设区域。对于离建制镇比较近的重点建设农村居民点，采取政府引导、村民动员的组织模式，在依靠城镇现有的基础公共服务设施，促进区域内农村居民点城镇化发展。离建制镇较远的规模较大、连片的重点建设的农村居民点，在节约集约用地前提下建设现代化的农村社区，完善配套相应的基础公共服务设施，并接纳规模小、分布离散的迁移合并农村居民点，逐渐转变村民生活方式，推进农村人口城镇化。

(2) 适度建设型。该区域的农村居民点用地处于中等安全水平状态，其用地优化方向为适度建设型。该类型农村居民点占总的农村居民点用地规模39.69%，面积共计1 254.22 hm2，主要分布在研究区中部和西北部，比较分散。该区域地势相对平坦，交通便利、农业资源与水文资源也丰富，基础公共服务设施相对完善，给农村的生活和生产提供了有力条件。在政府和村民共同参与、土地利用集约前提下，注重水资源保护、生物多样性保护和水土保持，合理规划村庄用地的建设，进一步完善日常生活的基础设施及配套农业生产，为农业产业化发展创造条件。

(3) 控制扩展型。该区域的农村居民点用地处于较低安全水平状态，其用地优化方向为控制扩展型。此类型农村居民点面积共计1 057.10 hm2，占总的农村居民点用地规模33.46%，主要集中在城子坦街道中北部和中南部、皮口街道西北部和东北部、杨树房街道中北部。该区域农村居民点一部分是北部的低丘缓坡区，地质灾害易发区，农业生产条件受到限制多。另一部分是靠近河流或坑塘水面的农村居民点，为了保护水资源安全和生物多样性丰富，减少或者不再安排该区域内的建设用地报批。这类农村居民点建议控制其发展规模，不盲目向外扩展，通过整治废弃或闲置居民点，加强其内部的生态基础设施建设，保护生态环境，促进人与自然和谐相处。

(4) 迁移合并型。该区域的农村居民点用地处于低安全水平状态，其用地优化方向为迁移合并型。此类型农村居民点面积共计193.74 hm2，占总农村居民点用地规模的6.13%，主要分布在城子坦街道东老滩南部、碧流河东南部和渔业村南部，皮口街道中东部和南部，杨树房街道西北和中南部。该区域农村居民点一部分为西北低丘区域坡度大的区域，交通不便，受地质灾害等因素影响的不适宜居住环境，通过就近迁移到交通便利、生活条件较好的重点建设区或适度发展区，也能够提升农村民的生产和生活水平。还有一部分位于南部入海口区域或河流的生态保护范围内的居民点，为保护水资源的良好生态环境，这些农村居民点直接迁入邻近适度建设型或重点建设型的居民点内。

4 结 论

(1) 普兰店沿海区域农村居民点综合景观安全格局近2/3区域处于低安全水平与较低安全水平，低安全水平区占比最高，为36.59%，集中分布在南部入海口、盐田和滩涂;较低安全水平区占研究区总面积的26.41%，集中分布在东北部和西部;中等安全水平区占研究区总面积的25.02%，集中分布在较低生态安全水平外围;高安全水平区占比最低，为11.98%，集中分布研究区中东部和中北部。

(2) 普兰店沿海区域2015年的农村居民点用地主要集中在中等安全水平和高安全水平范围内，占研究区农村居民点用地总规模的60.41%;这与各个农村居民点由于地形地貌、植被覆盖度以及与水源距离远近等因素影响，造成水土保持、生物多样性保护和水资源保护景观安全水平的不同。

(3) 根据综合景观安全格局和农村居民点用地现状，将研究区的农村居民点用地分为重点建设型、适度建设型、控制扩展型和迁移合并型4种布局优化方式，并提出相应的建设发展策略。重点建设型农村居民点依靠交通便利和距离城镇近的特征进一步推进城镇化建设，以及在节约集约用地前提下建设现代化的农村社区，并吸引周边规模小、分布离散居民点的聚集;适度建设型的农村居民点在完善日常生活的基础设施及配套农业生产设施基础上，在建设开发过程中应注重水土保持、生物多样性保护和水资源保护;控制扩展型农村居民点应注重农村居民点间空闲地改造和基础设施建设，不盲目向外扩展，保护水土环境;迁移合并型居民点根据水资源保护，设立禁止建设区，就近迁移到交通便利、生活条件较好的重点建设区或适度建设区集中安置。

利用景观安全格局理论和累计最小阻力模型对普兰店区沿海农村居民点用地优化布局进行了探讨，思路和丰富可为其他近海区域农村居民点景观生态安全格局构建提供借鉴。而本文的阻力系数与生态系统服务价值指标确定是参考已有的研究成果构建景观安全格局阻力面，但未对沿海区域农村居民点的阻力系数设定的合理性和科学性进行详细探讨，这也是今后还需待进一步深入研究。