安徽鹞落坪国家级自然保护区乡村聚落空间演变驱动机制分析

钱者东，曹 晓，陈 皓，吕莹莹，高 军，张昊楠

(生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042)

自1956年建立第一处自然保护区以来，经过60多年的发展与建设，我国已基本形成类型比较齐全、布局基本合理、功能相对完善的自然保护区体系[1]。在取得成绩的同时，我国的自然保护区建设也存在着一些问题。由于在相当长一段时间内我国实行的是抢救式保护措施，强调自然保护区数量的发展和被保护面积的扩大，致使不少乡村聚落被划入自然保护区。调查显示，全国407个国家级自然保护区中，374个保护区内分布有乡村聚落[2]。在严格的保护政策下，自然保护区内乡村聚落发展空间与条件受到限制，造成一些保护区人地关系紧张、社区矛盾不断[3-5]。然而我国的国情决定了乡村聚落在自然保护区内将长期存在，因此，开展保护区乡村聚落空间演变驱动机制研究对促进保护区内乡村经济社会协调发展、实现乡村振兴具有十分重要的意义。

过去针对自然保护区的研究多集中在生物多样性保护方面[6-10]，对保护区内乡村聚落的研究则比较少见。国外曾有学者分析了美国黄石国家公园的聚落空间格局、扩张速率和驱动力[11]。近年来，随着我国生态环境保护、精准脱贫攻坚战的开展以及新农村建设、乡村振兴等国家战略的实施，国内学者开始注意到自然保护区内的乡村聚落问题，对高黎贡山自然保护区乡村聚落分布特征、茂兰自然保护区聚落空间分布与演变特点、云南普者黑自然保护区聚落空间布局、珠江源自然保护区乡村聚落空间分异及形态演变等进行了研究[12-15]。

相对而言，目前对自然保护区乡村聚落空间演变驱动因素进行定量分析的研究仍较少。鉴于此，笔者以安徽鹞落坪国家级自然保护区(以下简称“鹞落坪保护区”)为例，综合运用GIS空间分析技术、景观格局指数、核密度以及多元线性回归模型，研究1999—2019年鹞落坪保护区乡村聚落景观格局演变规律和空间集聚趋势，并结合研究区自然地理条件、社会经济特征，定量分析各驱动因素与聚落变化的关系，厘清保护区乡村聚落空间演变驱动机制，以期为查明自然保护区人地关系动态状况，做好自然保护区社区发展与管理、土地整治、新农村建设等提供参考。

1 研究区概况

鹞落坪保护区位于安徽省岳西县，北与安徽省霍山县接壤，西与湖北省英山县毗邻，属大别山主峰分水岭主段，总面积123.0 km2。其中核心区分为石佛寺—大川岭、麒麟沟、吊罐井、多枝尖4处，面积21.2 km2；4处核心区外围均设缓冲区，面积28.4 km2；其余为实验区，面积73.4 km2(图1)。保护区始建于1991年，1994年晋升为国家级自然保护区，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)、勺鸡(Pucrasiamacrolopha)等珍稀濒危野生动植物。鹞落坪保护区实行“区乡合一”的管理体制，保护区范围即岳西县包家乡行政区划范围，下辖9个自然村，居民约5 600人。保护区建立前当地以林业经济为主，乡村聚落布局较为分散，保护区建立后进行了产业结构调整，主要发展有机种植和生态旅游，农村小城镇建设加快，聚落空间结构发生改变。因此，以鹞落坪为例，开展自然保护区乡村聚落空间演变驱动机制分析具有现实意义。

图1 研究区示意图Fig.1 Schematic diagram of the study area

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

数据来源包括岳西县包家乡1999年SPOT1遥感影像(空间分辨率10 m)、2009年SPOT5遥感影像(空间分辨率2.5 m)、2019年资源三号遥感影像(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、鹞落坪保护区功能区划图、岳西县相关年份统计年鉴以及实地调研数据。

利用ENVI 5.3软件对遥感影像进行坐标转换、几何校正等处理，然后在ArcGIS 10.4软件支持下，借助人机交互目视判别提取鹞落坪保护区乡村聚落、道路、河流水系等信息，制作保护区1999、2009、2019年3期乡村聚落分布图。

2.2 研究方法

2.2.1景观格局指数

景观格局指数是高度浓缩的景观信息，是反映景观结构组成、空间配置特征的简单量化指标[16]。采用Fragstats 4.0软件计算聚落相关景观指标，选取乡村聚落斑块面积(CA)、斑块数量(NP)、平均斑块面积(MPS)、斑块密度(PD)、斑块形状指数(MSI)、斑块分维数(MPFD)等指标分析保护区内乡村聚落演变差异，反映其结构组成及空间特征。

2.2.2核密度分析

核密度分析是一种非参数的表面密度计算方法，可用于分析乡村聚落的空间分布趋势，核密度值越高，乡村聚落分布密度越大。该方法中搜索半径是比较重要的参数[17]，基于前人研究成果并结合该研究需要，设置搜索半径为30 m。

2.2.3聚落演变驱动力分析

为分析不同时段乡村聚落演变主导驱动力，在参考已有研究基础上[18-21]，根据研究区域数据的可获取性和代表性，分别从自然地理、社会经济等方面选取驱动因子，采用逐步回归分析方法建立多元线性回归模型[22]，利用回归模型中驱动因子的标准化回归系数评价驱动因子的作用力大小。

3 结果与分析

3.1 乡村聚落景观格局演变特征

从图2和表1可以看出，1999—2019年鹞落坪保护区乡村聚落面积呈增加趋势，净增加32.56 hm2，年均增长1.63 hm2。

图2 1999—2019年鹞落坪国家级自然保护区的乡村聚落分布Fig.2 Distribution of rural settlements of the Reserve from 1999 to 2019

表1 1999—2019年鹞落坪国家级自然保护区乡村聚落景观格局指数

其中，1999—2009年乡村聚落净增加15.41 hm2，占增加总量的47.33%;2009—2019年聚落增加17.15 hm2，占增加总量的52.67%。20 a来，保护区聚落斑块数量从712增加到898个，尤以2009—2019年增幅最为突出，达111个，占增加总量的59.68%。平均斑块面积由0.08增加到0.10 hm2·个-1，聚落的平均规模呈增加趋势。20 a来保护区聚落斑块密度由0.06增加到0.07个·hm-2，其中1999和2009年斑块密度相当，说明这一时期聚落边界扩展主导了聚落面积增长，2009—2019年斑块密度略有增加，说明这段时间新建聚落数量的增加主导了聚落面积增长。保护区聚落斑块形状指数由1999年的1.32增长到2019年的1.36，聚落斑块分维数由1999年的1.08增加到2019年的1.10，说明保护区聚落形态整体上向复杂化的不规则状态转变。

从功能分区来看，20 a来实验区聚落面积保持在保护区聚落总面积的80%以上，聚落斑块数量占聚落斑块总数的75%以上。相比较而言，核心区聚落面积和聚落斑块数量均较少，不到保护区总数的3%。实验区聚落用地净增量和增长率明显高于核心区和缓冲区。实验区单个乡村聚落斑块规模也明显高于核心区与缓冲区。各功能分区中，核心区聚落斑块形状指数最大，说明核心区的乡村聚落形状最为复杂，不规则程度要高于缓冲区和实验区。

3.2 乡村聚落时空分布趋势

基于Kernel方法分别制作1999、2009和2019年鹞落坪保护区乡村聚落分布的核密度图(图3)。从图3可以看出，3个时期乡村聚落核密度的空间分布格局基本一致，乡村聚落空间分布的道路、水系和海拔指向性较为明显，主要集中在保护区北部包家河沿线，呈现北密南疏的空间特征。1999年乡村聚落斑块的高密度区数量较少，主要位于包家河沿线的包家村、红山村、川岭村以及马槽河沿线的美丽村等村庄。2009年乡村聚落空间分布在原有基础上出现了多核化的趋势，除原有的包家村、红山村、川岭村高密度区面积有所增加以外，锁山村、石佛村、鹞落村等村庄的乡村聚落斑块明显增加，形成新的高密度区。高密度区的增加与这些地区的交通条件改善有关。2019年包家河沿线红山村、包家村、川岭村3个村庄的高密度区逐渐连成一片，这主要是受乡政府所在地建成区空间扩展的影响，接近乡政府所在地的部分聚落斑块因建成区边界扩展而被侵蚀，被建成区范围覆盖。此外，保护区最北部的锁山村得益于海拔、交通、土地资源等相对优势，高密度区进一步扩展。而保护区中部的美丽村高密度区变得分散，聚落集聚程度有下降的趋势。

从功能分区来看，20 a来扩展和增加的高密度区除红山村少部分区域涉及缓冲区以外，其余均位于保护区的实验区。而美丽村集聚程度呈下降趋势的高密度区均位于保护区的缓冲区内，这可能与自然保护区实施的生态保护政策有关。

图3 1999—2019年鹞落坪国家级自然保护区乡村聚落分布的核密度Fig.3 The kernel density of rural settlements distribution of the Reserve from 1999 to 2019

3.3 乡村聚落演变驱动机制分析

乡村聚落演变是区域自然、社会等多方面因素共同作用的结果。针对区域特点，综合考虑数据的代表性和可获取性，选取海拔(X1)、坡度(X2)、坡向(X3)、距河流距离(X4)、人口(X5)、国内生产总值(X6)、居民收入(X7)、距道路距离(X8)8项指标建立乡村聚落景观演变的驱动指标体系。各指标含义如表2所示。

表2 鹞落坪国家级自然保护区乡村聚落演变的驱动因子

基于1999—2009和2009—2019年2个时段分别建立以新增聚落为因变量Y，以8个驱动因子数据为自变量X的聚落演变“自然-社会”驱动力模型，进行不同时段保护区乡村聚落演变“自然-社会”驱动因素分析。由于只能获得村落层面的社会经济数据，自变量以2个研究时段鹞落坪保护区9个自然村(m)的“自然-社会”指标(q)数据(xi)建立9×8原始指标矩阵，即X=(xi)m×q。采用极值法对原始指标数据进行无量纲化处理，并采用逐步回归分析法建立多元线性回归模型。即

Y=αi+βi1Xi1+βi2Xi2+…+βi8Xi8。

(1)

式(1)中，Yi为某一研究时段内第i村新增乡村聚落面积；Xi1，Xi2，…，Xi8分别为某一研究时段内第i村新增乡村聚落海拔、坡度、坡向、距河流距离、人口、国内生产总值、人均收入、距道路距离8个自变量；αi为模型中的常数项；βi1，βi2，…，βi8分别为上述模型中自变量的待估参数项。

根据建立的多元线性回归模型和鹞落坪保护区2个研究时段新增聚落驱动指标数据，使用SPSS 19.0软件对模型进行参数估计，得到其标准化回归系数值(表3)。从鹞落坪保护区20 a来新增聚落演变的自然地理条件驱动因子来看，自1999年以来，鹞落坪保护区新增聚落面积与海拔因子呈负相关，即海拔越高，新增聚落面积越小。而坡度、坡向、距河流距离代表微观地形条件因子，不同因子对鹞落坪新增聚落驱动力的作用方向及大小在时间尺度上表现各异。其中，坡度、坡向因子在1999—2009年与新增聚落面积呈正相关,在2009—2019年呈负相关;距河流距离则在1999—2009年与新增聚落面积呈负相关，在2009—2019年呈正相关。因此，从保护区20 a来不同时段新增聚落斑块自然地理条件驱动因子来看，代表宏观地理环境条件的海拔因子与新增聚落面积呈负相关，而坡度、坡向、距河流距离等微观地形条件因子可能更多地与保护区政策、基础设施建设水平等社会人文因子耦合，共同作用于聚落选址过程。

表3 鹞落坪国家级自然保护区不同时段新增聚落驱动因子的标准化回归系数

从鹞落坪保护区新增聚落社会经济驱动因子来看，人均收入增长、国内生产总值增长是驱动乡村聚落增加的主要人文因素。自1999年以来，鹞落坪保护区新增聚落面积与人均收入增长、国内生产总值增长呈正相关，说明随着经济发展、收入增加，扩建甚至新建住宅、建设文化广场等可能导致乡村聚落扩展。从距道路距离来看，其在1999—2009年与新增聚落面积呈正相关，且相关系数相对较大，2009—2019年则呈负相关，但相关系数较小，说明交通条件仍是新增聚落的驱动力之一。研究发现，20 a来鹞落坪保护区新增聚落面积与人口增长呈负相关。通过调查分析，发现主要存在3种情况：一是生活水平提高导致村民期望更大的居住面积，甚至出现“建新不拆旧”“一户多宅”现象；二是农村家庭结构由单核心向多核心转变，年轻人成家后通常会再建新宅；三是部分村民通过升学、就业等方式进城定居，但仍保留着农村宅基地，一些住宅实际处于闲置状态。

通过对鹞落坪保护区20 a来乡村聚落演变自然地理条件、社会经济条件等驱动因素的分析，笔者认为，2000—2010年，随着经济发展、收入增加，村民住房环境改善需求强烈，兴起建房热；2010年后，在新农村建设驱动下，乡村建房热继续保持，但与此同时，自然保护区生态保护政策对核心区、缓冲区内聚落扩张起到了限制作用。在乡村聚落空间演变方面，受地质条件、高程等宏观地理条件影响，乡村聚落空间选址具有低海拔分布倾向；同时，新增聚落的微地形环境与区位条件、当地乡村文化等因素成为建房选址的重要空间参考因素(图4)。

图4 鹞落坪国家级自然保护区乡村聚落演变驱动机制Fig.4 Driving mechanism of rural settlements evolution of the Reserve

4 讨论与结论

自然保护区乡村聚落分布具有一定特殊性，自然条件、社会经济因素与生态保护政策叠加对保护区内聚落空间演化产生特殊影响。该研究运用GIS空间分析技术、景观格局指数、核密度、多元线性回归等方法，分析鹞落坪保护区1999—2019年乡村聚落时空演变特征，得出以下结论：

1999—2019年，保护区聚落总面积、斑块数量、单个斑块规模均呈增加趋势，聚落形态整体上向复杂化、不规则状态转变。从功能分区来看，保护区内乡村聚落绝大部分位于实验区，核心区、缓冲区聚落分布较少。研究时段内实验区聚落净增量和增长率明显高于核心区和缓冲区，实验区单个聚落斑块规模也明显高于核心区与缓冲区，核心区聚落斑块不规则程度高于缓冲区和实验区。

保护区乡村聚落分布整体上呈北密南疏的特征，道路、水系和海拔指向性较为明显。1999—2009年，乡村聚落分布在原有基础上呈多核化趋势，聚落斑块明显增加，形成多个新的高密度区。2009—2019年，乡政府所在地周边原先分离的高密度区逐渐连成一片；而保护区中部的高密度区变得分散，聚落集聚程度有下降趋势。从功能分区来看，20 a来扩展和增加的高密度区基本位于实验区，而集聚程度呈下降趋势的高密度区均位于缓冲区。

从保护区乡村聚落演变的自然地理、社会经济条件等驱动因素来看，代表宏观地理环境条件的海拔因子与新增聚落面积呈负相关，聚落选址具有低海拔分布倾向。经济发展及收入增加是驱动乡村聚落增加的主要社会经济因素，随着收入增加，村民居住环境改善需求越来越强烈。同时，坡度、距河流距离等微观地形因子与交通条件、生态保护政策、新农村建设等社会人文因子成为聚落选址的重要空间参考因素。此外，研究发现保护区内存在农村居民点闲置、聚落用地粗放等问题，亟需合理规划和有效管控，部分废弃宅基地应考虑采取土地整治与生态修复措施，恢复保护区内自然生态空间。

该研究系统分析了鹞落坪保护区乡村聚落空间分布及演化的特征和驱动因素，以期为研究区域今后的乡村建设和生态保护提供参考，促进自然保护区人地关系协调发展。需要指出的是，研究过程中人均收入、国内生产总值等社会经济数据只能以村域为单位，缺乏以保护区各功能分区为统计口径的数据，保护区生态移民等政策因素对聚落分布的影响目前尚无法量化，这些都有待今后开展进一步的研究。