陳宗峰，李裕瑞，劉彥隨,2※

（1. 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3. 中國(guó)科學(xué)院精準(zhǔn)扶貧評(píng)估研究中心，北京 100101）

黃土丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)村聚落分布格局特征與類型

陳宗峰1，李裕瑞2,3，劉彥隨1,2※

（1. 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3. 中國(guó)科學(xué)院精準(zhǔn)扶貧評(píng)估研究中心，北京 100101）

為了進(jìn)一步深化鄉(xiāng)村聚落微觀研究，為新時(shí)期新農(nóng)村建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐，該文利用延安市寶塔區(qū)2015年Google earth遙感影像，運(yùn)用探索性空間數(shù)據(jù)分析模型與格網(wǎng)分析法，定量分析了延安市寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分異特征，并基于多維組合特征劃分了鄉(xiāng)村聚落類型。結(jié)果表明：1）鄉(xiāng)村聚落空間整體上呈集聚分布模式，且分布密度北高南低，密度大于 5個(gè)/km2的聚落斑塊，主要在橋溝鎮(zhèn)和川口鄉(xiāng)以北；聚落規(guī)模存在高值集聚特征，空間分布呈“Y”型結(jié)構(gòu)；鄉(xiāng)村聚落分布隨高程、坡度變化呈正態(tài)分布，且81.42%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最臨近道路距離小于500 m，59.7%的鄉(xiāng)村聚落斑塊耕作半徑為700～800 m；聚落形狀指數(shù)受不同等級(jí)道路影響較大，高值區(qū)主要沿國(guó)道和省道分布，低值區(qū)主要分布在三、四級(jí)油路和砂石路。2）蟠龍川樣帶內(nèi)聚落格局特征受地形與耕地資源影響較大，210國(guó)道沿線聚落格局受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響較大。3）基于多維特征組合矩陣將鄉(xiāng)村聚落布局劃分為 9類，小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-集中分布和小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-離散分布是主要問(wèn)題區(qū)。鄉(xiāng)村聚落優(yōu)化應(yīng)立足于不同類型、因地制宜、分區(qū)推進(jìn)，主要問(wèn)題區(qū)實(shí)施優(yōu)先整治戰(zhàn)略，保障生態(tài)安全。關(guān)鍵詞：土地利用；農(nóng)村地區(qū)；模型；鄉(xiāng)村聚落；類型劃分；生態(tài)安全；黃土丘陵溝壑區(qū)；延安市

0 引 言

鄉(xiāng)村聚落既是鄉(xiāng)村地理學(xué)的主要研究對(duì)象，也是人地關(guān)系地域系統(tǒng)的重要研究領(lǐng)域，鄉(xiāng)村聚落的“三生”空間是區(qū)域生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間的重要組成部分[1-3]。囿于城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)，中國(guó)城鄉(xiāng)發(fā)展差距持續(xù)擴(kuò)大，大量農(nóng)村勞動(dòng)力非農(nóng)化轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致鄉(xiāng)村地區(qū)人地分離問(wèn)題日益突出、農(nóng)村空心化加劇、鄉(xiāng)村自我發(fā)展能力下降等問(wèn)題。鄉(xiāng)村發(fā)展的可持續(xù)性在于城鄉(xiāng)之間要素的平等交換及其優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村的功能契合、空間融合[4]，而鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新型村鎮(zhèn)建設(shè)格局構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。因此，優(yōu)化鄉(xiāng)村聚落的空間格局，整合鄉(xiāng)村要素資源已成為城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)型新時(shí)期進(jìn)一步加快城鄉(xiāng)發(fā)展一體化的重要途徑。目前，中國(guó)相關(guān)研究主要以東部平原、山區(qū)以及中西部河谷地區(qū)為主[5-8]，并在鄉(xiāng)村聚落的空間形態(tài)與類型劃分、聚落的空廢化、聚落格局演變規(guī)律與機(jī)制、聚落空間重構(gòu)等方面取得較多研究成果[9-15]。隨著GIS技術(shù)和景觀科學(xué)的發(fā)展，基于 GIS的空間分析、景觀生態(tài)學(xué)分析和地理建模等方法也逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代鄉(xiāng)村地理研究[16-19]。然而，已有研究的特點(diǎn)是多以較大的行政區(qū)（縣、市）為空間單元，其精度不夠高，在一定程度上弱化了鄉(xiāng)村聚落空間分布的地域環(huán)境依賴性，同時(shí)類型劃分也多依據(jù)規(guī)模和形態(tài)等單一信息，難以準(zhǔn)確地識(shí)別出鄉(xiāng)村聚落的問(wèn)題區(qū)域。

總體而言，立足于黃土丘陵溝壑區(qū)這一典型區(qū)域背景的鄉(xiāng)村聚落微觀研究仍顯不足，難以適應(yīng)新時(shí)期黃土高原人地關(guān)系轉(zhuǎn)型和新農(nóng)村建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需要。鄉(xiāng)村聚落格局與類型研究，是新型城鎮(zhèn)化背景下村鎮(zhèn)建設(shè)格局優(yōu)化的基礎(chǔ)支撐。本文以地處黃土丘陵溝壑區(qū)的延安市寶塔區(qū)為研究對(duì)象，利用2015年鄉(xiāng)村聚落圖斑數(shù)據(jù)，在地理格網(wǎng)[20]分析的基礎(chǔ)上，從聚落空間分布、聚落規(guī)模、聚落區(qū)位和聚落形態(tài)等 4個(gè)方面分析了鄉(xiāng)村聚落空間格局特征，應(yīng)用多維特征組合矩陣進(jìn)行聚落類型劃分與問(wèn)題診斷，以全面把握區(qū)域鄉(xiāng)村聚落格局特征與類型，為黃土高原生態(tài)安全保障、新農(nóng)村建設(shè)和村鎮(zhèn)格局優(yōu)化布局提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本文選取了地處黃土丘陵溝壑區(qū)的延安市寶塔區(qū)為研究區(qū)域（圖1），土地總面積為3 556 km2，地形東北、東南高，中部隆起，全境平均海拔898.5 m。屬暖溫帶氣候，年均降水量500 mm左右，多集中在6～9月，且強(qiáng)度大，多暴雨；年均氣溫9.4 ℃，年無(wú)霜期170～186 d，一年一熟有余，兩熟不足，農(nóng)業(yè)種植以玉米、豆類和薯類為主。寶塔區(qū)總?cè)丝?0萬(wàn)人，共管轄11鎮(zhèn)5鄉(xiāng)，3個(gè)街道辦事處，611個(gè)行政村，38個(gè)城鄉(xiāng)社區(qū)。2015年全區(qū)國(guó)民生產(chǎn)總值為269.40億元，固定資產(chǎn)投資320.83億元，農(nóng)村人均純收入達(dá)到1 0485元。

圖1 延安市寶塔區(qū)區(qū)位Fig.1 Location of Yanan City

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文基于Google earth高清遙感影像，經(jīng)過(guò)幾何校正、坐標(biāo)配準(zhǔn)、目視解譯和矢量化處理等獲得寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落圖斑、耕地圖斑、交通道路、河流等要素?cái)?shù)據(jù)。其中，鄉(xiāng)村聚落圖斑為土地利用現(xiàn)狀分類中的建制鎮(zhèn)（編碼202）和村莊（編碼203），耕地圖斑為土地利用現(xiàn)狀分類中的水田（011）、水澆地（012）和旱地（013），最小上圖面積為100 m2。由于偏遠(yuǎn)溝道內(nèi)鄉(xiāng)村聚落分布散而規(guī)模小未能達(dá)到最小上圖面積，以及寶塔城區(qū)北部削山造城，部分村域未能獲得聚落圖斑數(shù)據(jù)。1:5萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站（http：//datamrror.csdb.cn）。在 ArcGIS10.2平臺(tái)支持下，基于DEM數(shù)據(jù)獲取研究區(qū)高程圖和坡度圖。

1.3 研究方法

首先將遙感解譯獲得的鄉(xiāng)村聚落斑塊，與格網(wǎng)化處理（500 m×500 m）后的寶塔區(qū)格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊置，將聚落信息定義到每個(gè)地理格網(wǎng)中，運(yùn)用平均最鄰近指數(shù)、全局空間聚類檢驗(yàn)和空間熱點(diǎn)分析等方法分析了寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布特征與規(guī)模特征。通過(guò)地理統(tǒng)計(jì)分析、緩沖區(qū)分析等方法分析道路、河流、耕地、高程和坡度等要素與鄉(xiāng)村聚落的空間關(guān)系特征。之后運(yùn)用空間樣帶分析法，分析了典型溝域內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的空間變化特征。最后，基于多維組合矩陣對(duì)寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落類型進(jìn)行劃分。

1.3.1 平均最鄰近指數(shù)（average nearest neighbor, ANN）

平均最鄰近指數(shù)通過(guò)計(jì)算出鄉(xiāng)村聚落中心點(diǎn)與其最近鄰聚落中心點(diǎn)之間的平均距離，再與假設(shè)隨機(jī)分布的期望平均距離進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)計(jì)算結(jié)果，判斷鄉(xiāng)村聚落的分布模式。平均最鄰近指數(shù)數(shù)值分布在[-1,1]之間，結(jié)果越接近1說(shuō)明分布越離散，反之越集聚[21-22]。

1.3.2 全局空間聚類檢驗(yàn)（Getis-Ord General G）

全局性聚類校驗(yàn)是從全局角度檢測(cè)變量的空間分布模式，用以判斷變量是高值集聚還是低值集聚[23-24]。要求空間單元的變量為正值，其表達(dá)式為

式中d為距離，m；wij(d)為以距離規(guī)則定義的權(quán)重；xi和xj分別是i和j區(qū)域的觀測(cè)值；標(biāo)準(zhǔn)化G(d)后可得，Z(G)=(G(d)-E(G))/√var(G)，其中E(G)和var(G)分別為G(d)的期望值和方差。G(d)的顯著性水平以及空間相關(guān)性可通過(guò)Z(G)值進(jìn)行判斷。如果G(d)為正，且Z(G)統(tǒng)計(jì)顯著時(shí)，則說(shuō)明變量存在空間集聚，且為高值簇群，如果G(d)為負(fù)值，且Z(G)統(tǒng)計(jì)顯著時(shí)，則說(shuō)明變量存在低值簇群。

1.3.3 空間“熱點(diǎn)”探測(cè)（Getis-Ord Gi*）

Getis-Ord Gi*則是從局部地區(qū)來(lái)檢測(cè)變量是否存在統(tǒng)計(jì)顯著的高值和低值，并將研究區(qū)的“熱點(diǎn)區(qū)”和“冷點(diǎn)區(qū)”進(jìn)行可視化表達(dá)。其計(jì)算式為

與上式相同，對(duì)Gi*(d)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得Z(Gi*)。其中，E(Gi*)和var(Gi*)分別為Gi*(d)的數(shù)學(xué)期望和方差。如果Z(Gi*)為正值，而且統(tǒng)計(jì)顯著，則說(shuō)明位置i周圍屬于高值集聚的熱點(diǎn)區(qū)；如果Z(Gi*)為負(fù)，而且統(tǒng)計(jì)顯著，則說(shuō)明位置i周圍屬于低值集聚的冷點(diǎn)區(qū)[25]。

1.3.4 類型劃分

鄉(xiāng)村聚落分布格局與類型劃分是聚落優(yōu)化配置的基礎(chǔ)。因此本文以聚落格局優(yōu)化為導(dǎo)向，以識(shí)別鄉(xiāng)村聚落空間布局問(wèn)題區(qū)為目標(biāo)，選取鄉(xiāng)村聚落集聚度、規(guī)模和區(qū)位三維特征進(jìn)行類型劃分（表 1），進(jìn)而識(shí)別出丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)村聚落小而散，聚落區(qū)位不適宜等主要問(wèn)題區(qū)域。

表1 類型劃分指標(biāo)體系Table 1 Indicators system of type division

通過(guò)最鄰近指數(shù)來(lái)刻畫村域范圍內(nèi)鄉(xiāng)村聚落斑塊的集聚程度；用聚落面積、聚落面積占比、平均斑塊面積來(lái)刻畫聚落規(guī)模特征；用交通通達(dá)度、城鎮(zhèn)鄰近度、地勢(shì)優(yōu)劣度和耕作半徑來(lái)刻畫區(qū)位優(yōu)劣情況。各項(xiàng)指標(biāo)在極值標(biāo)準(zhǔn)化后，通過(guò)幾何平均法計(jì)算得到布局、規(guī)模和區(qū)位的指標(biāo)值，并將規(guī)模指數(shù)分為大、中、小 3級(jí)，區(qū)位指數(shù)分為優(yōu)勢(shì)區(qū)、劣勢(shì)區(qū)，布局分為集聚分布、離散分布。最后通過(guò)“3-2-2”指標(biāo)組合矩陣進(jìn)行類型劃分，理論上有12種類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄉(xiāng)村聚落空間分布特征

本文運(yùn)用平均最鄰近指數(shù)（ANN）和鄉(xiāng)村聚落斑塊密度 2個(gè)指標(biāo)，從鄉(xiāng)村聚落空間分布的離散程度與空間密度2個(gè)方面來(lái)揭示寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布特征。

1）平均最鄰近指數(shù)（ANN）計(jì)算結(jié)果為0.83，說(shuō)明寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布屬于集聚分布模式；而且對(duì)應(yīng)的P值小于0.01，Z得分為標(biāo)準(zhǔn)差的8.56倍，置信度為99%，這說(shuō)明該聚類模式是隨機(jī)產(chǎn)生的可能性只有1%或者更小。寶塔區(qū)是黃土高原典型丘陵溝壑區(qū)，鄉(xiāng)村聚落多分布在溝道低緩地帶，整體上看呈條帶分布，這也說(shuō)明ANN分析結(jié)果與實(shí)際聚落分布情況相符。

2）密度分布具有較大的地域差異性。根據(jù)圖2a，表2可以發(fā)現(xiàn)寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落密度有以下特征：①寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊平均密度為2.1個(gè)/km2，屬較高密度類型[26]。②寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊密度空間差異顯著，密度大于 5個(gè)/km2的聚落斑塊，主要分布在橋溝鎮(zhèn)和川口鄉(xiāng)以北；寶塔區(qū)南部鄉(xiāng)村聚落密度相對(duì)較低。③高密度區(qū)多遠(yuǎn)離主要交通干線，寶塔區(qū)聚落密度大于8個(gè)/km2的地區(qū)多分布在遠(yuǎn)離國(guó)道、主要公路的偏遠(yuǎn)溝道內(nèi)。這是主要是由于偏遠(yuǎn)溝道內(nèi)鄉(xiāng)村聚落斑塊多以單戶散亂空間小集聚分布特征導(dǎo)致。

圖2 寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落密度、規(guī)模、交通及形態(tài)指數(shù)空間分布Fig.2 Spatial distribution of density, size, traffic and shape index of rural settlements in Baota District

表2 聚落密度大于5個(gè)·km-2的格網(wǎng)數(shù)量統(tǒng)計(jì)Table 2 Grid number statistic of settlements density greater than 5 個(gè)·km-2

2.2 鄉(xiāng)村聚落規(guī)模特征

將鄉(xiāng)村聚落斑塊與寶塔區(qū)格網(wǎng)圖層（500 m×500 m）進(jìn)行空間疊置，以格網(wǎng)化的聚落斑塊面積為分析變量，通過(guò)全局性空間聚類校驗(yàn)（Getis-Ord General G）、空間“熱點(diǎn)”探測(cè)（Getis-Ord Gi*）的方法對(duì)寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落規(guī)模特征進(jìn)行分析。

另外，借助專門的辦公軟件，醫(yī)院的5家分院跟本部的檢查預(yù)約通道基本打通。宣姝姝指出，天臺(tái)分院目前沒(méi)有部分大型儀器設(shè)備，如3.0MRI，如果患者要求到本部來(lái)做大型檢查，醫(yī)生在辦公軟件上發(fā)起檢查申請(qǐng)，預(yù)約中心處理好以后將信息反饋給他們。然后，這些轉(zhuǎn)診患者按照預(yù)約時(shí)間到醫(yī)院，現(xiàn)場(chǎng)交費(fèi)就可以進(jìn)行檢查，讓基層患者享受便捷就醫(yī)的實(shí)惠。

1）根據(jù)全局性空間聚類分析（Getis-Ord General G）的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落規(guī)模具有高值集聚的空間分布特征。Z(d)和P(d)用來(lái)表明聚落集聚特征是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著性，G(d)值可反應(yīng)該集聚是高值集聚還是低值集聚。由于Z(d)值為75.57，P(d)值小于0.01，說(shuō)明寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間集聚特征具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。同時(shí)，G(d)值為 0.000 006，E(d)值為 0.000 001 即G(d)值大于期望值E(d)，說(shuō)明分布具有高值集聚特征。

2）鄉(xiāng)村聚落規(guī)模的地域分布呈現(xiàn)出“Y”型結(jié)構(gòu)。通過(guò)空間“熱點(diǎn)”探測(cè)的可視化（圖 2b），可以發(fā)現(xiàn)，①寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落規(guī)模高值區(qū)主要分布在寶塔城區(qū)及其周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)，呈現(xiàn)出“Y”型空間結(jié)構(gòu)，且高值集聚的空間格局較為明顯。寶塔區(qū)南部的南泥灣鎮(zhèn)、麻洞川鄉(xiāng)和臨鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村聚落規(guī)模高值區(qū)相對(duì)分散，呈現(xiàn)出空間點(diǎn)狀分布。②鄉(xiāng)村聚落次高值區(qū)主要分布在高值區(qū)的邊緣地帶，如河莊坪鎮(zhèn)、青化砭鎮(zhèn)、南泥灣鎮(zhèn)和麻洞川鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，無(wú)空間集聚特征。

聚落規(guī)模高值區(qū)“Y”型空間結(jié)構(gòu)的形成主要有兩方面原因。從自然地理?xiàng)l件來(lái)看，該地區(qū)為延河與南川河交匯處，是典型河谷地貌。該地區(qū)地勢(shì)平坦，為聚落大規(guī)模集中分布提供了優(yōu)越的自然條件。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，該地區(qū)為延安市市政府所在地，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中心以及勞動(dòng)力、資本、科技等要素匯集地。因此，在自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的雙輪驅(qū)動(dòng)下，寶塔城區(qū)及其周邊成為大規(guī)模鄉(xiāng)村聚落集聚區(qū)，聚落規(guī)模熱點(diǎn)分析呈現(xiàn)出“Y”型結(jié)構(gòu)。

2.3 鄉(xiāng)村聚落區(qū)位特征

鄉(xiāng)村聚落的區(qū)位分布特征既包括聚落分布的地勢(shì)優(yōu)劣情況，也體現(xiàn)在聚落的交通通達(dá)度、城鎮(zhèn)臨近度以及耕作的便利程度。聚落分布的地勢(shì)優(yōu)劣度主要通過(guò)鄉(xiāng)村聚落的高程和坡度分布進(jìn)行表達(dá)。

1）鄉(xiāng)村聚落斑塊正態(tài)分布特征顯著。從寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊的高程和坡度統(tǒng)計(jì)特征來(lái)看（圖 3），鄉(xiāng)村聚落主要分布在高程為955～1 164 m之間，坡度為5°～23°之間，且鄉(xiāng)村聚落的高程和坡度頻率分布具有正態(tài)分布特征。①鄉(xiāng)村聚落高程頻率統(tǒng)計(jì)的偏斜系數(shù)（Skewness）為0.461 12，略大于0，峰值系數(shù)（Kurtosis）為3.064 5，接近于3，中值為1 054略小于均值1 058.5，說(shuō)明寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落高程頻率統(tǒng)計(jì)具有正態(tài)分布特征，且僅有極少數(shù)低值數(shù)據(jù)集簇分布。②鄉(xiāng)村聚落坡度頻率統(tǒng)計(jì)的偏斜系數(shù)(Skewness)為0.514 26，峰值系數(shù)（Kurtosis）為 3.042 4，中值和均值分別為13.721和14.3，說(shuō)明寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落坡度頻率統(tǒng)計(jì)也具有正態(tài)分布特征。

圖3 寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落高程、坡度頻率統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Frequency statistic of elevation and slope of rural settlements in Baota District

2）寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落布局具有較強(qiáng)的交通指向性。①交通通達(dá)度用于表達(dá)鄉(xiāng)村聚落所處位置的交通便捷性，寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊平均最鄰近道路距離為 356.34 m。81.42%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最臨近道路距離小于 500 m，6.68%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最鄰近道路距離為500～1 000 m，5.01%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最鄰近道路距離為1 000～1 500 m，3.30%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最鄰近道路距離為1 500～2 000 m，3.6%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最鄰近道路距離大于2 000 m，且大于2 000 m的鄉(xiāng)村聚落主要分布在溝道內(nèi)部，平均高程為1 089 m，坡度為 15.35°，均大于總平均值 1 058 m 和14.34°，說(shuō)明鄉(xiāng)村聚落布局具有較強(qiáng)的交通指向性（圖2c,圖 2d）。

3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是農(nóng)民收入的主要來(lái)源，耕地資源的空間格局影響著鄉(xiāng)村聚落的空間分布[27-28]。耕作半徑則是刻畫耕地與鄉(xiāng)村聚落空間關(guān)系的有效指標(biāo)。寶塔區(qū)村域平均面積為4.7 km2，可將其看作半徑為1 225 m的圓。因此，以鄉(xiāng)村聚落圖斑為中心，以1 225 m為分析半徑，統(tǒng)計(jì)計(jì)算每個(gè)聚落圖斑質(zhì)點(diǎn)到相鄰耕地圖斑質(zhì)點(diǎn)的平均距離，該平均距離作為耕作半徑。結(jié)果顯示，寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落的耕作半徑均值為 752.36 m，耕作半徑為 700～800 m的鄉(xiāng)村聚落數(shù)量占總聚落數(shù)量的59.7%，耕作半徑為 800～900 m的鄉(xiāng)村聚落占20.2%，耕作半徑為600～700 m的鄉(xiāng)村聚落占17.3%，其余部分僅占2.8%（圖4），說(shuō)明寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布受耕地資源格局影響較大，且該地區(qū)耕作半徑主要為700～800 m。

2.4 鄉(xiāng)村聚落形態(tài)特征

鄉(xiāng)村聚落形態(tài)內(nèi)容主要包括聚落的形狀指數(shù)和分維數(shù)[29]，聚落斑塊形狀指數(shù)越大說(shuō)明其形狀越復(fù)雜，斑塊分維數(shù)的高低用來(lái)描述斑塊結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度和破碎程度。本文主要采用格網(wǎng)內(nèi)農(nóng)村聚落斑塊的加權(quán)平均形狀指數(shù)和分維數(shù)2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

圖4 耕作半徑與鄉(xiāng)村聚落數(shù)量關(guān)系圖Fig.4 Relation between farming radius and rural settlements

由圖2e，圖2f可知，①寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊形態(tài)特征空間差異顯著，受不同等級(jí)道路影響較大，且鄉(xiāng)村聚落斑塊形狀指數(shù)和分維數(shù)分別分布于 0.50～4.12和0.51～1.21之間，總體上鄉(xiāng)村聚落斑塊形態(tài)特征復(fù)雜性相對(duì)較低。形狀指數(shù)和分維數(shù)高值區(qū)主要沿國(guó)道和省道分布，低值區(qū)主要分布在三、四級(jí)油路和砂石路，說(shuō)明寶塔區(qū)國(guó)道和省道附近的鄉(xiāng)村聚落斑塊形狀復(fù)雜度要比低級(jí)道路附近的高。這主要是由于國(guó)道和省道附近鄉(xiāng)村聚落相對(duì)較為集聚，聚落斑塊面積大，但是受溝道地形限制，鄉(xiāng)村聚落主要呈長(zhǎng)條狀分布；低級(jí)道路附近鄉(xiāng)村聚落集聚性較弱，鄉(xiāng)村聚落多以單戶或幾戶規(guī)模分布，聚落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此形狀指數(shù)相對(duì)較低。②寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落分維數(shù)與形態(tài)指數(shù)具較強(qiáng)的正相關(guān)性，其線性相關(guān)系數(shù)為0.827，且在0.01水平（雙側(cè)檢驗(yàn)）上顯著。

2.5 典型溝域鄉(xiāng)村聚落特征分析

黃土丘陵溝壑區(qū)溝壑縱橫，居民的生產(chǎn)生活主要集中在溝域系統(tǒng)中，且溝域交通條件對(duì)聚落間的要素流動(dòng)具有較大影響。因此選取蟠龍川流域與 210國(guó)道作為研究對(duì)象，對(duì)寶塔區(qū)溝域及國(guó)道沿線鄉(xiāng)村聚落空間特征進(jìn)行分析。蟠龍川流域樣區(qū)為 1公里格網(wǎng)，從溝口開(kāi)始編號(hào)，共41個(gè)樣方；210國(guó)道主要經(jīng)過(guò)延河流域，聚落面積較大，樣方設(shè)為2 km×2 km，從南向北編號(hào)，共35個(gè)樣方（圖1）。

蟠龍川溝域內(nèi)，鄉(xiāng)村聚落規(guī)模呈現(xiàn)出多中心性，即多個(gè)大規(guī)模中心樣點(diǎn)，這些樣點(diǎn)一般是鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地，且具有等距特征，一般為12 km出現(xiàn)一個(gè)大規(guī)模中心樣點(diǎn)。單從中心樣點(diǎn)聚落規(guī)模分析，隨著距溝口距離的增加，聚落規(guī)模整體呈減小趨勢(shì)。聚落密度沒(méi)有明顯的多中心性，總體呈減小趨勢(shì)。聚落形狀指數(shù)在距離溝口 15 km范圍內(nèi)差異不大，隨著距離增加聚落形狀指數(shù)呈現(xiàn)出與聚落規(guī)模相似的變化趨勢(shì)（圖 5）。主要原在于溝域系統(tǒng)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落格局特征受地形因素影響較大。適宜聚落分布的緩坡地規(guī)模由溝口向溝內(nèi)呈現(xiàn)逐漸減少趨勢(shì)，因此聚落規(guī)模與密度整體上逐漸減小，溝域內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在樣點(diǎn)聚落圖斑受地形限制而呈長(zhǎng)條分布。近10多年來(lái)，該區(qū)域退耕還林（草）工程取得巨大成效，但溝域內(nèi)坡耕地大量減少帶來(lái)農(nóng)戶口糧田銳減和糧食短缺新問(wèn)題，為此實(shí)施了治溝造地土地整治工程[30]，促使農(nóng)戶生計(jì)資本及其結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)型[31]，大量農(nóng)戶會(huì)逐漸向溝道中心集聚或向外遷移，這是影響溝域系統(tǒng)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落分布格局變化的主要因素。

圖5 鄉(xiāng)村聚落樣帶分析Fig.5 Belt transect analysis of rural settlemnets

210國(guó)道沿線鄉(xiāng)村聚落規(guī)模高值區(qū)主要有市中心輻射帶高值區(qū)（柳林-市區(qū)-川口-李渠-姚店）和甘谷驛高值區(qū)，且前者明顯高于后者。聚落密度高值區(qū)主要分布在兩個(gè)規(guī)模高值區(qū)之間，規(guī)模高值區(qū)的聚落斑塊密度相對(duì)其他樣點(diǎn)較小。整條樣帶的聚落形狀指數(shù)普遍較高且空間差異性不大，多分布在 1.5～2.0之間。這主要是由于優(yōu)越的交通環(huán)境為地區(qū)之間人口、資金等要素流動(dòng)創(chuàng)造了條件，地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異成為鄉(xiāng)村聚落格局差異的主要原因。

2.6 鄉(xiāng)村聚落布局分類及問(wèn)題診斷

在鄉(xiāng)村聚落格網(wǎng)分析的基礎(chǔ)上，以寶塔區(qū) 629個(gè)行政村為對(duì)象，基于規(guī)模-區(qū)位-布局三維特征，采用組合矩陣方法進(jìn)行分類，共得到9種組合類型（圖6，表3）。

圖6 寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落類型劃分Fig.6 Regional types of rural settlements in Baota District

大規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-集中分布（large scale-advantage location-aggregation distribution，LS-AL-AD）和大規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-離散分布（large scale-advantage location-discrete distribution，LS-AL-DD）2種類型主要分布在市中心鄰接的柳林鎮(zhèn)、棗園鎮(zhèn)、川口鄉(xiāng)以及李渠鎮(zhèn)和甘谷驛鎮(zhèn)，共包含50個(gè)行政村。這兩種類型的鄉(xiāng)村聚落斑塊規(guī)模較大，所處海拔較低，同時(shí)有 210國(guó)道和省道經(jīng)過(guò)，交通便捷，是理想的鄉(xiāng)村聚落布局模式。

中規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-集中分布（medium scale - advantage location - aggregation distribution，MS-AL-AD）和中規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-離散分布（medium scale-advantage locationdiscrete distribution，MS-AL-DD）這2種類型主要分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在村域，共包含122個(gè)行政村。該2種類型村域的平均聚落斑塊面積一般在10 000～20 000 m2，海拔在1 000 m左右，有省道或縣道經(jīng)過(guò)，交通條件相對(duì)較好，鄉(xiāng)村聚落布局較為理想。

中規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-離散分布（medium scale-disadvantage location-discrete distribution，MS-DL-DD）類型僅包括4個(gè)行政村，分別是柳林鎮(zhèn)后孔家溝村、萬(wàn)花山鄉(xiāng)方莊村、河莊坪鎮(zhèn)田塔村和李渠鎮(zhèn)張興莊村。該類型雖然有較好的規(guī)模優(yōu)勢(shì)但主要問(wèn)題在于交通不便，且分布較為離散。后孔家溝村和方莊村主要問(wèn)題在于居民生活用地交通不便，田塔村和張興莊村主要問(wèn)題在于生產(chǎn)用地交通不便。因此該類型村域的主要優(yōu)化途徑在于加強(qiáng)交通條件建設(shè)，為居民的生產(chǎn)生活提供便利條件，促進(jìn)村鎮(zhèn)之間的要素流通。

表3 不同鄉(xiāng)村聚落類型區(qū)的基本特征Table 3 Basic characteristic of different rural settlements regions

小規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-集中分布（small scale-advantage location- aggregation distribution，SS-AL-AD）和小規(guī)模-優(yōu)勢(shì)區(qū)-離散分布（small scale-advantage location-discrete distribution，SS-AL-DD）共包括207個(gè)行政村，這2種類型村域主要分布在鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地的周邊村域，且距主要交通干線較近，有較好的交通條件。但是主要問(wèn)題在于聚落斑塊小而多。相對(duì)較為集中的村域有40個(gè)，該類型村域可作為中心村優(yōu)選的對(duì)象，優(yōu)化重點(diǎn)在于居民點(diǎn)的整合及相應(yīng)公共設(shè)施的配套。聚落斑塊分布較為離散的村域有 167個(gè)，該類型優(yōu)化重點(diǎn)在于村域內(nèi)或者多個(gè)村域間的居民點(diǎn)空間整合。

小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-集中分布（small scale-disadvantage location-aggregation distribution，SS-DL-AD）和小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-離散分布（small scale-disadvantage locationdiscrete distribution，SS-DL-DD）是鄉(xiāng)村聚落格局中最不理想的2種類型，共涉及166個(gè)村域。該2種類型的主要為題在于聚落斑塊規(guī)模小，且交通區(qū)位條件差，多分布在距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的深溝內(nèi)。自身自然資源條件的限制是導(dǎo)致該類型村域聚落布局不合理的根本，同時(shí)城鄉(xiāng)發(fā)展差距加劇了該類型區(qū)人口、資金等要素的外流，鄉(xiāng)村處于逆向發(fā)展?fàn)顟B(tài)。該類型村域的優(yōu)化途徑在于居民點(diǎn)搬遷移居，同時(shí)為新的移居點(diǎn)提供便利的交通和基礎(chǔ)設(shè)施條件。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

本文運(yùn)用探索性空間數(shù)據(jù)分析模型和地理格網(wǎng)分析方法分析了黃土丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布特征、規(guī)模特征、區(qū)位特征、形態(tài)特征以及典型溝域系統(tǒng)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的變化特征，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了鄉(xiāng)村聚落類型劃分和問(wèn)題診斷，得出出以下主要結(jié)論：

1）鄉(xiāng)村聚落在空間分布、規(guī)模、區(qū)位和形態(tài)上均呈現(xiàn)出明顯的空間差異性。鄉(xiāng)村聚落空間整體上呈集聚分布模式，且密度分布北高南低，密度大于 5個(gè)/km2的聚落斑塊，主要分布在橋溝鎮(zhèn)和川口鄉(xiāng)以北。同時(shí)，在自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙重影響下，聚落規(guī)模存在高值集聚特征，空間分布呈“Y”型結(jié)構(gòu)。區(qū)位方面，鄉(xiāng)村聚落分布隨高程、坡度變化呈正態(tài)分布，且81.42%的鄉(xiāng)村聚落斑塊最臨近道路距離小于500 m，59.7%的鄉(xiāng)村聚落斑塊耕作半徑為700～800 m。聚落形狀指數(shù)受不同等級(jí)道路影響較大，高值區(qū)主要沿國(guó)道和省道分布，低值區(qū)主要分布在三、四級(jí)油路和砂石路。

2）蟠龍川樣帶和210國(guó)道樣帶分別代表黃土丘陵區(qū)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主和以非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的 2種典型溝道系統(tǒng)。地形地貌條件以及耕地資源是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導(dǎo)的溝域系統(tǒng)鄉(xiāng)村聚落分布的主控因素，退耕還林之后，農(nóng)戶口糧田大量減少，同時(shí)農(nóng)戶生計(jì)資本及其結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，因而大量農(nóng)戶走出深溝，鄉(xiāng)村聚落分布格局也因此改變。210國(guó)道沿線主要屬于非農(nóng)業(yè)主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)類型，其地勢(shì)較為平坦，同時(shí)交通發(fā)達(dá)便于勞動(dòng)力、資本等要素流動(dòng)，因而社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)聚落分布格局的影響更大。

3）鄉(xiāng)村聚落具有多維特性，從單個(gè)聚落來(lái)看，具有規(guī)模、形狀、區(qū)位等特性，而從多個(gè)個(gè)體來(lái)看，具有密度和離散度等特性。鄉(xiāng)村聚落類型劃分不僅是類型的歸并，更要發(fā)現(xiàn)聚落分布所存在的問(wèn)題，以便更有效的為鄉(xiāng)村聚落整治提供科學(xué)指導(dǎo)。本文從聚落規(guī)模、區(qū)位、布局3個(gè)維度將寶塔區(qū)鄉(xiāng)村聚落劃分為9種類型，小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-集中分布和小規(guī)模-劣勢(shì)區(qū)-離散分布是鄉(xiāng)村聚落優(yōu)化的重點(diǎn)區(qū)域，地方政府應(yīng)根據(jù)不同類型，因地制宜、有序開(kāi)展村莊整治與建設(shè)規(guī)劃。

3.2 討 論

本文基于地理格網(wǎng)分析了黃土丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間格局，突破了以往主要以行政單元為研究對(duì)象的局限性，實(shí)現(xiàn)了精確刻畫自然地理要素對(duì)鄉(xiāng)村聚落空間分布格局影響機(jī)理解析，對(duì)進(jìn)一步深化鄉(xiāng)村聚落微觀研究，推動(dòng)村鎮(zhèn)格局優(yōu)化研究具有一定的參考價(jià)值。村鎮(zhèn)空間格局優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文僅就村域尺度鄉(xiāng)村聚落的空間布局特征與類型劃分，以及存在問(wèn)題進(jìn)行初步探討，而在鄉(xiāng)村聚落的演化機(jī)制、地域類型、結(jié)構(gòu)效率等方面研究還有待完善。囿于我國(guó)村鎮(zhèn)格局的地域差異性和多樣性，今后還需加強(qiáng)不同類型區(qū)村鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)差異性、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及空間優(yōu)化配置問(wèn)題探討，為區(qū)域生態(tài)安全保障、新農(nóng)村建設(shè)和村鎮(zhèn)空間格局優(yōu)化決策提供支撐。

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Distribution pattern characteristic and type classification of rural settlements in loess hilly-gully region

Chen Zongfeng1, Li Yurui2,3, Liu Yansui1,2※
(1. Faculty of Geographical Sciences,Beijing Normal University,Beijing100875,China;2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,China;3.Center for Assessment and Research on Targeted Poverty Alleviation,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,China)

Rural settlements constitute the spatial area of region’s production, livelihood and ecology. Therefore, it is necessary to study rural settlements’ spatial distribution pattern for optimizing the town-villages construction pattern. In this paper, we aimed to improve the microcosmic study of rural settlements and provided theoretical support for the construction of new harmonioussocial society in the countryside. Based on the Google earth satellite images of Baota District in Yanan city in 2015, we obtained the rural settlements feature, arable land feature, road feature, and the river feature after geometric correction, coordinate registration, visual interpretation and vectorization. Then we conducted a quantitative analysis of the rural settlements’ spatial distribution differentiation in Baota District using exploratory spatial data analysis model and geography grids analysis method, and identified the regional types basing on multi-dimensional characteristics. The results showedthat, 1) in the spatial distribution aspect, rural settlements in Baota District were characterized by obvious cluster spatial distribution mode, which was shown in the variable density of rural settlements. The density of rural settlements in northern area was higher than that in southern area, and the density higher than five per square kilometers mainly distributed in the north area of Qiaogou town and Chuankou town. In the scale aspect, rural settlements in Baota District showed an obvious spatial cluster distribution mode, and were in a “Y” structure. In the location aspect, rural settlements presented a normal distribution pattern along with the variations of elevation and slope. In the shape aspect, rural settlements had a low complexity in shape and most were stripe type. The shape index was also infected by the road level. The high shape index value distributed along the national level road and provincial level road, the low shape index value distributed along the lower level road; 2) the location of rural settlements closely related to the transportation, 81.42% of the rural settlements were approaching the main road less than 500m. And the location of rural settlements was also affected by the arable land, 59.7% of the rural settlements’farming radius distributed between 700 and 800 meters; 3) the characteristics of the rural settlements distribution pattern in the typical ditch area were influenced by the topographic factors, and the variation of rural settlements scale showed a multi-center characteristic. The distribution pattern of the rural settlements along the National HighwayNo. 210 was greatly affected by economic factors; and 4) based on the multidimensional feature combination matrix, the rural settlements were divided into nine types. The small scale-disadvantage location-aggregation distribution and small scale-disadvantage location-discrete distribution were the main problem areas. The spatial optimization of town-village was a complex and systematic engineering,and it was the first step to analyze the spatial distribution pattern of different area for rural settlements remediation and town-village spatial structure optimization. These results showed that rural settlements optimization should be based on different types, according to local conditions, and the main problem area should be the priority; the multi-center and equidistant distribution characteristics of gully settlements could be used to guide the rural settlements optimization and protect the security of ecology.

land use; rural areas; models; rural settlements; type classification; ecological security; loess hilly-gully region;Yanan City

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.036

F301.24

A

1002-6819(2017)-14-0266-09

陳宗峰，李裕瑞，劉彥隨. 黃土丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)村聚落分布格局特征與類型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(14)：266－274.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.036 http://www.tcsae.org

Chen Zongfeng, Li Yurui, Liu Yansui. Distribution pattern characteristic and type classification of rural settlements in loess hilly-gully region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14):266－274. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.14.036 http://www.tcsae.org

2016-12-24

2017-07-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFC0504701）

陳宗峰，男，山東臨沂人，博士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩门c城鄉(xiāng)發(fā)展。北京 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，100875。

Email：chenzf@mail.bnu.edu.cn

※通信作者：劉彥隨，男，漢族，陜西綏德人，研究員，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，主要從事土地利用和城鄉(xiāng)發(fā)展研究。北京 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，100875。Email：liuys@igsnrr.ac.cn