山丘生態保護區鄉村聚落空間分異及格局優化

孟令冉，吳 軍，董霽紅

（1. 中國礦業大學環境與測繪學院，徐州 221116；2. 曲阜師范大學地理與旅游學院，日照 276826；3. 江蘇省資源環境信息工程重點實驗室，徐州 221116）

山丘生態保護區鄉村聚落空間分異及格局優化

孟令冉1,2，吳 軍2，董霽紅1,3※

（1. 中國礦業大學環境與測繪學院，徐州 221116；2. 曲阜師范大學地理與旅游學院，日照 276826；3. 江蘇省資源環境信息工程重點實驗室，徐州 221116）

合理優化鄉村聚落空間格局對區域生態環境保護具有重要意義。該文以山丘生態保護區山東省泗水縣為例，運用最近鄰點統計、空間關聯測度模型、空間韻律測度等方法分析泗水縣鄉村聚落空間分異特征，并從生態保護與建設的視角，運用最小累積阻力模型從森林、水體2個方面構建生態保護格局，探討泗水縣鄉村聚落格局優化方向。結果表明：泗水縣鄉村聚落空間集聚態勢顯著，平均密度在1.6～4個/km2范圍內，呈現出的“南北密，中間疏”的空間分異特征；聚落規模以小型聚落居多，斑塊數量占總數的45.43%，存在低值集聚的冷點區，表現為“中部大，南北小”的分布態勢；鄉村聚落斑塊形狀較為復雜，連續性差，破碎化明顯；聚落主要分布在高程73～250 m、坡度0～5°以及距河流600 m范圍內。通過構建生態保護格局并根據鄉村聚落對森林、水體的影響將其劃分為重點整治型、限制擴張型、適度建設型和優先發展型4種格局優化類型，該研究結果可為生態保護與建設背景下區域鄉村聚落的規劃發展提供依據。

土地利用；鄉村；優化；山丘生態保護區；鄉村聚落；空間分異；格局優化；泗水縣

孟令冉，吳 軍，董霽紅. 山丘生態保護區鄉村聚落空間分異及格局優化[J]. 農業工程學報，2017，33(10)：278－286.

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.037 http://www.tcsae.org

Meng Lingran, Wu Jun, Dong Jihong. Spatial differentiation and layout optimization of rural settlements in hill ecological protection area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 278－286. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.037 http://www.tcsae.org

0 引 言

鄉村聚落是指具有一定規模并與從事農業生產密切相關的人群，在一定地域范圍內集中居住的現象、過程與形態，是鄉村地理學研究的重要領域[1]。受自然社會條件的影響，鄉村聚落在空間規模、結構與形狀等方面分異明顯，研究鄉村聚落分異特征可以揭示鄉村聚落在不同階段的人地關系和發展規律，對于指導鄉村聚落格局優化具有十分重要的意義。同時，鄉村聚落擴張及人口增長導致的生態環境問題愈加凸顯，如何在把握鄉村聚落客觀發展規律的條件下，合理優化鄉村聚落布局，保護生態環境功能不受破壞是鄉村聚落發展研究的關鍵問題。十八大以來，全國積極倡導綠色發展理念，加快推進生態文明建設，新型社區、美麗鄉村建設等為鄉村聚落發展指引了方向，使得鄉村聚落發展過程中生態環境的保護更為重要。

國外學者對鄉村聚落的研究始于19世紀，以鄉村聚落的形成、發展研究為基礎[2]，結合社會學和景觀生態學等觀點[3-4]，研究多集中在鄉村聚落空間格局特征[5-6]、鄉村聚落轉型重構[7-8]、鄉村聚落與人口和經濟的關系等[9]多學科、多元化方面。受“城市中心偏向”的影響，國內學者對鄉村聚落方面的研究起步較晚，早期研究多集中在鄉村聚落地理、聚落區劃等方面[10]。近年來，在社會主義新農村和城鄉一體化建設指引下，鄉村聚落研究更加豐富，在鄉村聚落空間格局[11-12]、鄉村聚落空心化[13-14]、鄉村聚落演化和布局優化[15-17]、鄉村聚落轉型與重構[18-19]以及鄉村聚落的保護與規劃[20-21]等方面取得了較好的成果，研究對象涵蓋了山地、丘陵、平原等典型地貌類型區。在鄉村聚落格局優化方面，學者多采用引力模型、生態位理論和模糊評價模型[22-24]等方法從人口、自然社會等因素方面對鄉村聚落布局適宜性及優化模式進行探討，而從生態保護與建設的視角對山丘生態保護區鄉村聚落的研究很少。

2015年濟寧市被列為全國生態保護與建設示范區，提出了“兩區兩帶”生態保護與建設格局，本文所研究的泗水縣是濟寧市最重要的生態保護與建設區之一，其中一區一帶即為泗水縣“山丘生態保護區”和“泗河生態保護帶”。受泗水縣低山丘陵過渡性地貌的影響，鄉村聚落呈現出較好的過渡性特征，其布局與發展是影響泗水縣生態保護與建設的主要因素。由此，本文運用最近鄰點統計、空間關聯測度模型、空間韻律測度等方法分析了泗水縣鄉村聚落空間分異特征，并從生態保護與建設的視角，運用最小累積阻力模型從森林、水體 2個方面構建生態保護格局，探討鄉村聚落格局優化方向，以期為泗水縣鄉村聚落格局優化提供參考，同時也為生態保護與建設背景下鄉村聚落的規劃發展提供依據。

1 研究區與數據來源

1.1 研究區概況

泗水縣位于山東省中南部，隸屬濟寧市，介于北緯35°28￠～35°48￠，東經 117°05￠～117°35￠之間，轄區總面積1 118.96 km2（圖1）。泗水縣是中國重要的生態功能區，地貌類型豐富，南北為山地丘陵區，占總面積的67.6%，群山環繞，森林密布，共有大小山頭 561座，林地面積占全縣總面積的 13.61%，2015年泗水縣森林覆蓋率達47.8%，居全市首位；中部為河谷平原區，占總面積的32.4%，土壤肥沃，宜耕性強，共計河流 33條，境內總長為 412.4 km，主要以泗河為主。此外，泗水縣境內水庫、山泉眾多，多分布在東部和南部地區，因名泉較多，素有“中國泉鄉”之稱，氣候為暖溫帶季風氣候，年降水量755 mm。社會經濟方面，泗水縣下轄泗河街道、濟河街道、金莊鎮等13個鄉鎮（街道）的591個行政村，常駐人口為54.2萬，為重要的農業生產縣。2015年全縣國內生產總值（GDP）共計157.21億元，人均生產總值（GDP）為288 19元，農村居民人均可支配收入為9 495元，在濟寧市13個縣市區中均處于較低水平，經濟和鄉村聚落發展較為落后。

圖1 泗水縣區位圖Fig.1 Location of Sishui county

1.2 數據來源與處理

本文研究數據包括空間數據和社會經濟數據。空間數據及處理：1）2012年泗水縣1:10 000土地利用變更調查數據：通過人機交互解譯獲取并借助ArcGIS 9.3檢查修正，根據需要采用土地利用二級分類標準將土地利用變更調查數據劃分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設用地及其他用地7大類，通過SQL查詢按地類代碼提取泗水縣鄉村聚落用地、道路、河流等土地利用數據，鄉村聚落即土地利用現狀數據中的村莊（203）。根據點模式分析方法，利用Future to Point模塊提取鄉村聚落質心將其轉化為點狀，河流、道路轉為線性，計算鄉村聚落到河流、道路的最短距離，以300 m為適宜緩沖距離做等間隔5級緩沖區分析。2）30 m分辨率高程、坡度數據通過DEM數據提取（來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站：http://datamirror.csdb.cn數據時期：2012年），結合泗水縣實際及高程與坡度變化特點分別將高程分為73～100，>100～150，>150～200，>200～250，>250～300，>300～569 m六個等級范圍，坡度分為20°，>20°～38.3° 六個等級范圍。社會經濟數據主要來源于濟寧市統計年鑒（2004-2014）、泗水縣統計年鑒（2004-2014）、泗水縣國民經濟和社會發展統計公報（2015）等相關文獻。

2 研究方法

基于土地利用現狀數據，運用最近鄰點統計、核密度估算模型、空間關聯測度模型、空間韻律測度等方法分析泗水縣鄉村聚落空間分異特征，并運用最小累積阻力模型從泗水縣生態保護與建設的視角，從森林、水體2個方面構建生態保護格局，探討泗水縣鄉村聚落格局優化方向，具體如下。

2.1 最近鄰點統計量

最近鄰點統計量即R統計量，其核心思想是將點分布中最近鄰點平均距離的觀測值與假設隨機分布最近鄰點平均距離的期望值進行比較，來判斷點空間分布的集聚或分散特征[25]，計算公式如下：

式中robs為最近鄰點平均距離的觀測值；rexp為假設鄉村聚落隨機分布期望值；di為i鄉村聚落的最近鄰點距離，m；n為鄉村聚落點總數；A為鄉村聚落總面積，m2。雖然R統計量可以判斷鄉村聚落空間集聚或分散特征，但仍然無法衡量鄉村聚落空間分布的集聚或分散程度，一種衡量方法是將觀測值與期望值的差值與最近鄰點平均距離的標準誤差SEr進行比較，計算標準化Z值來衡量，其計算公式如下：

式中標準化Z值及其在假設隨機模式下產生的概率α符合正態分布，當正態分布兩端Z值得分越大或越小（負數）時，α值越小，表示標準化Z值為統計意義上的顯著集聚或離散模式。取置信度為95%時，其標準化Z值的臨界值為1.96和-1.96，當Z>1.96或Z<-1.96時，認為在α=0.05的顯著水平下，所計算出的最近鄰點平均距離的觀測值與假設隨機分布最近鄰點平均距離的期望值之間的差值具有統計顯著性，反之，說明它們之間不存在顯著差異[25]。

2.2 空間關聯測度模型

1）空間聚類檢驗（Getis-Ord General G）

用來檢測鄉村聚落空間規模集聚性質，即是存在高值的集聚特征還是存在低值的集聚特征。計算公式如下：

式中，d為各鄉村聚落中心點之間的距離，m；Wij(d)為以距離規則定義的空間權重；xi和xj分別是i和j區域的觀測值；可對G(d)進行標準化其中，E(G)和var(G)分別為G(d)的期望值和方差，根據Z(G)值可判斷G(d)是否滿足某一指定的顯著性水平以及是存在正的還是負的空間相關性。當G(d)為正，且Z(G)統計顯著時，表示存在高值簇群，當G(d)為負，且Z(G)統計顯著時，表示存在低值簇群[26]。

用來檢驗局部地區是否存在統計顯著的高值和低值，并對探測到“熱點區”和“冷點區”進行可視化顯示。其計算公式為：

2.3 空間韻律測度（spatial metrics）

空間韻律指數可以量化并高度濃縮鄉村聚落的景觀格局信息，展現其結構組成、形態變化及空間配置等特征[27]。本文引入景觀生態學方法，選取斑塊數量（number of patches，NP）、斑塊面積（class area，CA）、平均斑塊面積（mean patch area，AREA_MN）、最大斑塊指數（largest patch index，LPI）、景觀形狀指數（landscape shape index，LSI）、平均斑塊形狀指數（mean shape index，SHAPE_MN）、蔓延度指數（contagion index，CONTAGION）和分離度指數（splitting index，SPLIT）利用Fragstats 3.3計算景觀格局指數值，研究鄉村聚落的空間分異特征。

2.4 最小累積阻力模型（minimum cumulative resistance）

最小累積阻力模型是指從“源”出發到目的地經過不同類型的景觀所克服的最小阻力或者耗費的最小費用，由Knaapen提出[28]經俞孔堅[29]等根據地理信息系統中常用的費用距離修改而來，在土地資源空間格局生態優化[30]、土地空間重構[31]等方面應用廣泛，主要考慮源、距離和景觀基面特征3個方面的因素，其公式如下：

式中MCR為最小累積阻力值，f是一個未知的正函數，反映空間任一點最小累積阻力與其到所有源的距離和介面特征的正相關關系。Dij是指某一質點從源j到某一景觀單元的空間距離；Ri是景觀i對該質點運動的阻力，阻力值根據景觀i對質點的阻礙程度確定。盡管f函數通常是未知的，但Dij×Ri的最小阻力值可以認為是某一點從源出發克服介面阻力到達空間某一點的代價，所以，阻力面可以用來反映某一質點在空間中運動的潛在可能性及趨勢[29]。該模型可通過Arcgis 9.3中的cost-distance模塊實現。

3 鄉村聚落空間分異特征

3.1 鄉村聚落分布集聚，表現為“南北密，中間疏”的分異特征

借助Arcgis 9.3計算2012年泗水縣鄉村聚落R統計量得出：泗水縣鄉村聚落分布的R統計量為0.53，標準化Z值為-58.2，遠小于-1.96，說明泗水縣鄉村聚落整體聚集態勢較為顯著。在空間分布上，借助 Arcgis 9.3中Kernel模塊計算并生成泗水縣鄉村聚落的核密度分布圖（圖2），分析可得：1）泗水縣鄉村聚落密度整體表現為“南北密，中間疏”的空間格局特征，空間分異顯著。2）鄉村聚落平均密度多在1.6～4個/km2范圍內，核心區密度高達28.4個/km2，主要分布在地勢較好，水土條件優越，宜居性較強的南北丘陵河谷、中部縣域城鎮中心邊緣和東部水庫周邊區域，包括泗水縣北部的中冊鎮、高峪鄉、星村鎮、大黃溝鄉和泗水縣南部的圣水峪鄉、泗張鎮和泉林鎮，次密集核心區主要分布在密集核心區周邊及泗水縣中部。3）對比分析，受泗水縣獨特地貌類型的影響，北部和南部低山丘陵區多表現為小斑塊鄉村聚落團簇和散點的兩極化分布。其中海拔最高，地形最為復雜的北部低山區多為散點分布，平均密度多在1.5個/km2以下，丘陵區團簇狀集聚分布明顯，密度多在 7.4～12.6個/km2之間，中部平原區鄉村聚落帶狀分布明顯，平均密度多在1.6～7.3個/km2之間。

圖2 2012年泗水縣鄉村聚落分布核密度估算圖Fig.2 Kernel density estimation for rural settlements of Sishui county in 2012

3.2 鄉村聚落規模懸殊，以小型聚落居多，存在低值集聚的冷點區

從鄉村聚落規模數量特征來看，2012年泗水縣鄉村聚落斑塊數量為1 204個，總面積為9 009.72 hm2，占泗水縣全部面積的8.1%，平均斑塊面積為7.48 hm2。根據郭曉東等對鄉村聚落規模劃分標準[32]，以斑塊面積為依據劃分為獨院聚落、小型聚落、中等聚落和大型聚落 4個等級（表1）可得：泗水縣鄉村聚落以小型聚落居多，斑塊數量占總數的 45.43%，斑塊面積占聚落總面積的6.28%，平均斑塊面積僅為1.03 hm2，獨院聚落斑塊數量和斑塊面積分別占總數的10.05%和0.84%，平均斑塊面積為0.62 hm2，破碎化較為嚴重。從最大斑塊指數來看，大型聚落為鄉村聚落景觀的優勢類型，以23.34%的斑塊數量占據了 79.85%的聚落面積，平均斑塊面積達到25.57 hm2，遠高于其他類型的聚落規模，鄉村聚落規模分異明顯。

表1 泗水縣鄉村聚落規模分類統計Table.1 Classification statistics of rural settlements in Sishui county

從鄉村聚落規模空間分布來看，使用全局空間聚類檢驗（Getis-Ord General G）以聚落斑塊面積為變量測度泗水縣鄉村聚落規模的空間集聚特征，結果表明：泗水縣鄉村聚落斑塊規模存在顯著的低值集聚，即小規模村莊的集群分布。通過空間“熱點”探測（hot spot analysis對低值集聚進行測度，鄉村聚落規模G(d)值（0.0008）小于E(d)值，Z(d)值為-8.19，遠小于-2.58，統計顯著，使用自然斷點分類法（Jenks）將統計量由大到小分為四類，得到鄉村聚落斑塊面積的熱點分布圖（圖3）。

圖3 泗水縣鄉村聚落規模分異“熱點”分布圖Fig.3 Hot spots of rural settlement scale distribution in Sishui county

分析可得：1）泗水縣鄉村聚落小規模冷點區主要分布在北部和南部的低山丘陵區，中部地區為鄉村聚落規模的熱點區，且熱點區面積明顯高于冷點區，鄉村聚落規模呈現出“中部大，南北小”的空間分布特征。2）從鎮域單元看，泗水縣北部中策鎮、高峪鄉和南部泗張鎮海拔較高，河谷發育較好，為鄉村聚落小規模集聚分布的冷點區，沿泗河支流的一致性指向非常顯著；大規模集聚分布的熱點區主要分布在中部河谷平原地區，包括楊柳鎮、泗河街道、濟河街道、星村鎮與大黃溝鄉南部、苗館鎮北部和泉林鎮中部，沿泗河干流的一致性指向非常顯著。3）鄉村聚落規模的“次冷點區”主要分布在“冷點區”周邊以及柘溝鎮、圣水峪鄉和泉林鎮東南部，“次熱點區”主要分布在“熱點區”周邊以及金莊鎮。4）鄉村聚落規模分布與泗水縣鄉村聚落密度分布相比，在空間上表現為明顯的局部負相關，即存在低密度大規模與高密度小規模集聚分布特征。

3.3 鄉村聚落斑塊形狀復雜，連續性差，破碎化明顯

選取景觀形狀指數、平均斑塊形狀指數、蔓延度和分離度指數以鎮域為基本單元，從北向南，自西向東研究泗水縣鄉村聚落形狀的梯度特征（圖4）。

圖4 泗水縣鄉村聚落形狀空間分異Fig.4 Spatial pattern differentiation of rural settlements in Sishui county

分析如下：1）景觀形狀指數（LSI）反映了鄉村聚落斑塊形狀的不規則或復雜程度。分析指數變化可得，泗水縣鄉村聚落景觀形狀指數值總體較高，波動較大，表明泗水縣鄉村聚落形狀較為復雜，穩定性差，且北部和南部低山丘陵區更為復雜，分別在泗中地區的泗河街道和泗南地區的泗張鎮出現最小值和最大值，說明泗河街道鄉村聚落形狀相對較為簡單，泗張鎮最為復雜。2）平均斑塊形狀指數（SHAPE_MN）為鄉村聚落斑塊外部形狀的復雜程度，反映外部活動對鄉村聚落的影響。分析可得，泗水縣鄉村聚外部形狀落整體復雜程度較高。泗中平原區相對于泗北和泗南低山丘陵區鄉村聚落斑塊形狀較為簡單，外部條件對鄉村聚落干擾較大，聚落形狀變化較為劇烈。3）蔓延度指數（CONTAGION）反映了鄉村聚落分布的連續性。從指數值來看，泗中平原地區的蔓延度指數處于85～88的高值范圍內，說明泗中平原地區鄉村聚落的連續性較好；受山地丘陵等地形條件的限制，泗水北部地區蔓延度值波動較大，南部地區蔓延度值自西向東迅速下降，說明泗水南部和北部山地丘陵區鄉村聚落連續性較差。4）分離度指數（SPLIT）反映了鄉村聚落的破碎化程度。從指數變化來看，泗水縣鄉村聚落的破碎化程度較高，各鄉鎮鄉村聚落分離度指數變化很大，大黃溝鄉、濟河街道的指數值遠高于星村鎮、高峪鄉和金莊鎮等。泗南地區分離度指數自西向東不斷增加，破碎化程度逐漸增高，與泗水縣鄉村聚落規模在空間分布上具有較好的局部一致性。

3.4 鄉村聚落隨高程、坡度分布變化強烈，沿河流分布一致性指向顯著

表2 2012年泗水縣鄉村聚落在不同高程、坡度、河流范圍內分布統計Table 2 Summary of rural settlements in different elevation, slope and river buffer zones of Sishui county in 2012

4 鄉村聚落生態保護格局優化

4.1 生態保護格局構建

2012年泗水縣林地面積占全縣總面積的13.61%，僅次于耕地（58.73%），建設用地面積占總面積的12.77%，園地、草地面積均不足總面積的2%，此外，泗水縣河泉眾多，境內河流總長412.4 km，流域面積1 015.54 km2，森林、水體構成了泗水縣重要的“山丘生態保護區”和“泗河生態保護帶”，是影響泗水縣生態保護與建設的最主要因素。基于此，本文從森林和水體 2方面構建鄉村聚落的生態保護格局。參考森林、水體等生態服務價值[33]及鄉村聚落布局優化等相關文獻，結合泗水縣實際情況分別確定森林、水體生態保護源地：1）森林具有重要的空氣和氣候調節的功能，借助Arcgis 9.3對林地進行分類提取，通過Elimate模塊對同地類相鄰圖斑多次融合剔除零星地塊，考慮泗水縣 80%以上鄉村聚落分布在高程200 m和坡度5°以下區域，故選取高程大于200 m、坡度大于 5°以及面積大于 5 hm2的林地和泗水縣國家森林公園作為森林生態保護源；2）水體具有重要的水源涵養功能，選取泗河干支流及較大水庫以及重要的泉湖風景區作為水體生態保護源，水庫包括龍灣套水庫、賀莊水庫、華村水庫、葫蘆套水庫等，泉湖風景區包括泉林泉群風景區和雷澤湖。

針對森林、水體不同生態保護目的，選取不同阻力因子建立阻力面。通過對泗水縣實地調研，道路、坡度與土地利用類型是影響森林覆蓋度的主要因素，鄉村建設和人類活動對森林破壞較為嚴重。泗河流域為重要的文明發源地，鄉村聚落分布集中，道路建設嚴重破壞了水體生態功能的完整性，包括土地利用類型是影響水體生態功能的主要因素。因此，本文選取坡度、道路、土地利用類型作為阻力因子構建泗水縣森林、水體生態保護格局。結合泗水縣實際情況，不同坡度等級和道路緩沖區的阻力系數依據坡度越大，距道路距離越近，對森林、水體阻斷性越強的原則劃分為10～60六個等級，森林、水體不同土地利用類型阻力系數分別根據土地利用類型單位面積空氣、氣候調節和水源涵養功能的生態服務價值及相互轉化穩定程度按比例折算確定[33-34],值越大，越容易轉化，阻力系數越小，并根據泗水縣土地利用類型實際進行修正。計算時，與源相同的土地利用類型阻力系數設為1，不能相互轉化且生態服務價值最差的土地利用類型阻力系數設為100，其他土地利用類型阻力系數介于1～100之間。各影響因子權重根據泗水縣實際情況通過專家打分法獲取（表3）。最后，根據各因子權重進行柵格計算得到森林、水體生態保護格局阻力面。

4.2 鄉村聚落格局優化

借助Arcgis 9.3費用距離模型（cost-distance）計算森林、水體生態保護格局的最小累積阻力面。分析各阻力面柵格空間頻率分布圖可以發現最小累積阻力變化曲線具有明顯的斜率突變，表示最小累積阻力在該點前后類型異質性較大[35]，以此作為分區斷點的依據將 2種生態保護格局劃分為不同生態保護區（圖 5a，5b）。基于縣域整體生態保護的目的，將森林和水體生態保護格局進行疊加得到泗水縣綜合生態保護格局（圖5c），然后與鄉村聚落圖層疊加，根據鄉村聚落在不同類型生態保護區的分布狀況劃分為重點整治型、限制擴張型、適度建設型和優先發展型4種格局優化類型（圖6），統計各優化類型鄉村聚落斑塊數量和面積（表4）并探討鄉村聚落格局優化方向。

表3 泗水縣森林、水體生態保護格局的影響因素、阻力系數與權重Table.3 Influence factor, resistance coefficient, weights of forest and water ecological protect pattern in Sishui county

圖5 泗水縣森林、水體及綜合生態保護格局Fig.5 Forest, water ecological protect pattern and comprehensive protect pattern in Sishui county

圖6 泗水縣鄉村聚落用地布局優化Fig.6 Layput optimization of rural settlements in Sishui county

表4 泗水縣鄉村聚落布局優化統計Table.4 Layout optimization statistical results of rural settlements in Sishui county

1）重點整治型

分布在泗水縣重點生態保護區范圍內的鄉村聚落優化方向為重點治理型，該類型鄉村聚落面積為2 129.45 hm2，占鄉村聚落總面積的23.64%。重點生態保護區是森林、水體的主要源地，鄉村建設和人類活動對森林和水體等自然資源破壞嚴重。從空間分布來看，該類型鄉村聚落與鄉村聚落密度空間分布具有較好的一致性特征。高密度區主要分布在森林重點生態保護區內，為地勢較高、交通不便的山地丘陵區，鄉村聚落規模小，形狀復雜，破碎度高，主要包括中冊鎮、高峪鄉及泗張鎮。低密度區主要分散分布在泗河兩側的水體重點生態保護區內，鄉村聚落規模大，連續性較好。基于生態保護的角度，該區不適宜鄉村聚落的建設與開發，對鄉村聚落建成區應根據聚落實際情況重點治理自然村和空心村，可將泗北泗南低山丘陵區規模小、破碎度高、散點分布的村落向規模較大、地勢平坦、對生態環境破壞較小的聚落集聚區遷移合并。

“互聯網+教育”突破了學習時間、學習地點的限制，隨時隨地可以學習，學生可以根據自己的學習程度，自主規劃和安排學習內容；根據自身情況，安排學習地點，有助于學生進入高效學習的狀態。通過被動學習向自主學習的轉變，真正有效完成學習目標，從而使學習“隨心所欲”。

2）限制擴張型

分布在泗水縣次重點生態保護區內的鄉村聚落優化方向為限制擴張型，該類型鄉村聚落面積為4 017.18 hm2，占鄉村聚落總面積的44.59%。次重點生態保護區位于重點生態保護區的外緣，是生物活動和物質能量循環的重要廊道。該類型鄉村聚落多分布在泗河流域及水庫周邊，是泗水縣鄉村聚落最適宜居住區，鄉村聚落密度較高，規模大，形狀較規則。鄉村聚落擴張和大量的人類活動阻斷了生態系統物質和能量流動，對森林、河流及和生物多樣性造成了破壞。針對該類型鄉村聚落進行優化，應限制區域內鄉村聚落的擴張與用地規模，由于鄉村聚落密度較高，經濟發展水平較好，鄉村聚落布局優化應注重立體發展。可通過新型社區和中心村建設釋放多余的土地，用于加強區內基礎設施建設和生態環境建設，保護周邊森林和水體生態功能，提高居民生活水平和宜居程度。

3）適度建設型

分布在泗水縣一般生態保護區內的鄉村聚落優化方向為適度建設型。該類型鄉村聚落面積為1 991.23 hm2，占鄉村聚落總面積的22.10%，鄉村聚落密集區主要分布在泗水中部的金莊鎮、苗館鎮、泉林鎮及泗水北部中冊鎮和南部的圣水峪鄉。該類型區鄉村聚落分布較為分散，規模分異明顯。對于中部密度較高，規模較大，設施條件較好的聚落，可以作為重點整治型鄉村聚落的中心村和遷并區，北部和南部規模較小、設施較差的村落可對其進行改造，適當擴展其規模，完善配套基礎設施建設。此外，在鄉村聚落建設過程中應注重生態環境的保護，合理布局，適度優化。

4）優先發展型

分布在泗水縣非生態保護區的鄉村聚落優化方向為優先發展型。該類型鄉村聚落面積為871.24 hm2，占鄉村聚落總面積的9.67%，主要以團簇狀集中分布在泗水北部的柘溝鎮、中部的金莊鎮、苗館鎮和南部的圣水峪鄉，在星村鎮北部和泉林鎮、泗張鎮南部有小面積分布。該類型鄉村聚落遠離森林、水體生態源地，不會對生態環境造成嚴重的影響，可作為鄉村聚落的優先發展區域。針對該類型鄉村聚落格局優化，政府可以引導周邊規模小、散點分布的鄉村聚落向該區域集中遷并，擴大鄉村聚落規模，對中部等地勢較好、條件便利地區重點開發與建設，對于北部和南部低山丘陵區，可結合具體實際對鄉村聚落進行規劃整治，將多余土地作為鄉鎮企業用地，促進泗水縣鄉鎮企業發展，提高區域居民生活水平。

5 結論與討論

本文以山丘生態保護區山東省泗水縣為例，運用最近鄰點統計、核密度估算、空間關聯測度模型、空間韻律測度等方法研究泗水縣鄉村聚落的空間分異特征，把握泗水縣鄉村聚落布局特點和發展規律，并運用最小累積阻力模型從泗水縣生態保護與建設的視角，構建森林、水體生態保護格局，探討泗水縣鄉村聚落格局優化方向，結論與討論如下：

1）泗水縣鄉村聚落空間集聚顯著，聚落密度呈現出“南北密，中間疏”的空間分異特征，鄉村聚落平均密度為 1.6～4個/km2，北部和南部低山丘陵區鄉村聚落多以團簇和散點分布，中部地區主要以帶狀分布；聚落規模以小型聚落居多，存在低值集聚的冷點區，聚落規模呈現出“中部大，南北小”的空間分異特征；鄉村聚落形狀復雜，連續性差，破碎度較高，且北部和南部低山丘陵區更為復雜，整體不規則程度自西向東先減弱后增強；鄉村聚落隨高程、坡度分布變化強烈，沿河流分布一致性指向顯著，主要分布在高程73～250 m、坡度0～5°以及距河流600 m范圍內。

2）通過構建森林、水體生態保護格局，將泗水縣鄉村聚落劃分為重點整治型、限制擴張型、適度建設型和優先發展型 4類，探討鄉村聚落格局優化方向。重點整治型應盡量避免鄉村聚落發展，重點治理自然村和空心村，對生態環境破壞較大的聚落采取遷移合并；限制擴張型應注重立體發展，限制聚落擴張，可進行新型社區和中心村建設，完善區內基礎設施；適度建設型可以作為重點整治型鄉村聚落的中心村和遷并區，適當擴展聚落規模；優先發展型可作為周邊小規模聚落集中發展區，也可作為鄉鎮企業發展用地以提高區內居民生活水平。

泗水縣鄉村聚落空間分異特征顯著，與生態保護格局具有較高的不協調性，從生態保護與建設的視角進行格局優化研究，與以往研究方法相比更符合目前綠色發展理念，可以更直觀地反映鄉村聚落分布對生態環境造成的影響，科學指導鄉村聚落格局優化方向，為鄉村聚落格局優化提供新的切入點。需要指出的是本文存在的不足之處：在生態保護格局阻力面構建時，各影響因子權重的設定是在參考已有的研究成果以及泗水縣實際情況的基礎上通過專家打分法取得，不排除存在一定的主觀性因素，這是后續研究中需進一步思考和努力的方向。此外，鄉村聚落布局優化還應結合具體實際，綜合考慮各方面因素，在保護生態、保障發展的前提下適度整治、合理優化。

[1]周國華，賀艷華，唐承麗，等. 中國農村聚居演變的驅動機制及態勢分析[J]. 地理學報，2011，66(4)：515－524.Zhou Guohua, He Yanhua, Tang Chengli, et al. Dynamic mechanism and present situation of rural settlements Evolution in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(4):515－524. (in Chinese with English abstract)

[2]郭曉冬. 黃土丘陵區鄉村聚落發展及其空間結構研究[D].蘭州：蘭州大學.Guo Xiaodong. Research on Rural Settlement Development and Spatial Structure in Loess Hilly Area[D]. Lan Zhou: Lan Zhou University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[3]李立. 鄉村聚落形態、類型與演變：以江南地區為例[M].南京：東南大學出版社，2007.

[4]Forman, R T T. Landscape of settlement: Prehistory to the present[M]. London: Rutledge, 1996.

[5]Peter Bigmore. Rural process-pattern relationships: nomadization,sedentarization and settlement fixation[J]. The Geographical Journal, 1994, 16(1): 98.

[6]Eva Kiss. Rural restructuring in hungary in the period of socio-economic transition[J]. GeoJournal, 2000, 51(3): 221－233.

[7]David L Brown. Post-socialist restructuring and population redistribution in hungary[J]. Rural Sociology, 2005, 70(3):336－359.

[8]Neil M Argent, Peter J Smailes, Trevor Griffin. Tracing the density impulse in rural settlement systems: a quantitative analysis of the factors underlying rural population density across South Eastern Australia[J]. Population & Environment,2005, 27(2): 151－190.

[9]Paul Oldeld. Rural settlement and economic development in Southern Italy: Troia and its contado[J]. Journal of Medieval History, 2009, 31(4): 327－345.

[10]周心琴，張小林. 我國鄉村地理學研究回顧與展望[J]. 經濟地理，2005，25(2)：285－288.Zhou Xinqin, Zhang Xiaolin. Retrospect and expectation of rural geography in China[J]. Economic Geography, 2005,25(2): 285－288. (in Chinese with English abstract)

[11]沈陳華. 丹陽市農村居民點空間分布尺度特征及影響因素分析[J]. 農業工程學報，2012，28(22)：261－268.Shen Chenhua. Spatial distribution scale characteristics of rural settlements and analysis on influencing factors in Danyang city[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012,28 (22): 261－268. (in Chinese with English abstract)

[12]李紅波，張小林，吳江國，等. 蘇南地區鄉村聚落空間格局及其驅動機制[J]. 地理科學，2014，34(4)：439－446.Li Hongbo, Zhang Xiaolin, Wu Jiangguo. Spatial pattern and its driving mechanism of rural settlements in southern Jiangsu[J]. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34 (4): 439－446. (in Chinese with English abstract)

[13]龍花樓，李裕瑞，劉彥隨. 中國空心化村莊演化特征及其動力機制[J]. 地理學報，2009，64(10)：1203－1213.Long Hualou, Li Yurui, Liu Yansui. Analysis of evolutive characteristics and their driving mechanism of hollowing villages in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2009, 64(10):1203－1213. (in Chinese with English abstract)

[14]陳玉福，孫虎，劉彥隨. 中國典型農區空心村綜合整治模式[J]. 地理學報，2010，65(6)：727－735.Chen Yufu, Sun Hu, Liu Yansui. Reconstruction models of hollowed villages in key agricultural regions of China[J].Acta Geographica Sinica, 2010, 65(6): 727－735. (in Chinese with English abstract)

[15]馬利邦，郭曉東，張啟媛. 甘谷縣鄉村聚落時空布局特征及格局優化[J]. 農業工程學報，2012，28(7)：217－225.Ma Libang, Guo Xiaodong, Zhang Qiyuan. Spatio-temporal distribution and optimization of rural settlements in Gangu county of loess hilly area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28 (7): 217－225. (in Chinese with English abstract)

[16]鄭文升，姜玉培，羅靜，等. 平原水鄉鄉村聚落空間分布規律與格局優化：以湖北公安縣為例[J]. 經濟地理，2014，34(11)：120－127.Zheng Wensheng, Jiang Yupei, Luo Jing. The spatial distribution and pattern optimization of rural settlements in plain water area: A case of Gong￠an, Hubei[J]. Economic Geography, 2014, 34(11): 120－127. (in Chinese with English abstract)

[17]李騫國，石培基，劉春芳，等. 黃土丘陵區鄉村聚落時空演變特征及格局優化：以七里河區為例[J]. 經濟地理，2015，35(1)：126－133.Li Qianguo, Shi Peiji, Liu Chunfang. Spatial-temporal evolution characteristic and pattern optimization of rural settlement in the loess hilly region: Take Qilihe district for example[J]. Economic Geography, 2015, 35(1): 126－133.(in Chinese with English abstract)

[18]鄒利林，王建英. 中國農村居民點布局優化研究綜述[J].中國人口·資源與環境，2015，25(4)：59－68.Zhou Lilin, Wang Jianying. Review of research on layout optimization of rural settlements in China[J]. China Population, Resources and Environment, 2015, 25(4): 59－68. (in Chinese with English abstract)

[19]任平，洪步庭，劉寅，等. 基于 RS 與 GIS 的農村居民點空間變化特征與景觀格局影響研究[J]. 生態學報，2014，34(12)：3331－3340.Ren ping, Hong Buting, Liu Yin, el at. A study of spatial evolution characteristics of rural settlements and influences of landscape patterns on their distribution using GIS and RS.Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(12): 3331－3340. (in Chinese with English abstract)

[20]賀艷華，唐承麗，周國華，等. 我國中部地區農村聚居現狀及調控模式研究[J]. 人文地理，2014，(3)：95－102.He Yahua, Tang Chengli, Zhou Guohua. Differentiation characteristics and forming mechanism of rural settlements in Central China[J], Human Geography, 2014(3): 95－102. (in Chinese with English abstract)

[21]席建超，王新歌，孔欽欽，等. 旅游地鄉村聚落演變與土地利用模式：野三坡旅游區三個旅游村落案例研究[J]. 地理學報，2014，69(4)：531－540.Xi Jianchao, Wang Xinge, Kong Qinqin. Spatial morphology evolution of rural settlements induced by tourism: A comparative study of three villages in Yesanpo tourism area[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(4): 531－540. (in Chinese with English abstract)

[22]曲衍波，張鳳榮，姜廣輝，等. 基于生態位的農村居民點用地適宜性評價與分區調控[J]. 農業工程學報，2010，26(11)：290－296.Qu Yanbo, Zhang Fengrong, Jiang Guanghui, et al.Suitability evaluation and subarea control and regulation of rural residential land based on niche[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(11): 290－296. (in Chinese with English abstract)

[23]秦天天，齊偉，李云強，等. 基于生態位的山地農村居民點適宜度評價[J]. 生態學報，2012，32(16)：5175－5183.Qin Tiantian, Qi Wei, Li Yunqiang, et al. Suitability evaluation of rural residential land based on niche theory in mountainous area[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(16):5175－5183. (in Chinese with English abstract)

[24]楊立，郝晉珉，王紹磊，等. 基于空間相互作用的農村居民點用地空間結構優化[J]. 農業工程學報，2011，27(10)：308－315.Yang Li, Hao Jinmin, Wang Shaolei, et al. Spatial structure optimization of rural residential land based on spatial interaction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011,27(10): 308－315. (in Chinese with English abstract)

[25]Wong D，Lee J. ArcView GIS與ArcGIS地理信息統計分析[M]. 上海: 中國財政經濟出版社，2008：224－224.

[26]Getis A, Ord J K. The analysis of spatial association by the use of distance statistics[J]. Geographic Analysis, 1992, 24(3):189－206.

[27]海貝貝，李小建，許家偉. 鞏義市農村居民點空間格局演變及其影響因素[J]. 地理研究，2013，32(12)：2257－2269.Hai Beibei, Li Xiaojian, Xu Jiawei. Spatio-temporal evolution of rural settlements in Gongyi[J]. Geographical Research, 2013, 32(12): 2257－2269. (in Chinese with English abstract)

[28]Knaapen J P, Scheffer M, Harms B. Estimating habitat isolation in landscape planning[J]. Landscape and Urban Plann, 1992, 23(1): 1－16.

[29]俞孔堅，王思思，李迪華，等. 北京市生態安全格局及城市增長預景[J]. 生態學報，2009，29(3)：1189－1204.Yu Kongjian, Wang Sisi, Li Dihua et al. The function of ecological security patterns as an urban growth framework in Beijing[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(3): 1189－1204.(in Chinese with English abstract)

[30]趙筱青，王海波，楊樹華，等. 基于 GIS 支持下的土地資源空間格局生態優化[J]. 生態學報，2009，29(9)：4892－4901.Zhao Xiaoqing, Wang Haibo, Yang Shuhua, et al. GIS based ecological optimization of spatial patterns of land resources[J].Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(9): 4892－4901. (in Chinese with English abstract)

[31]劉孝富，舒儉民，張林波. 最小累積阻力模型在城市土地生態適宜性評價中的應用：以廈門為例[J]. 生態學報，2010，30(2)：421－428.Liu Xiaofu, Shu Jianmin, Zhang Linbo. Research on applying minimal cumulative resistance model in urban land ecological suitability assessment: As an example of Xiamen city[J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(2): 421－428. (in Chinese with English abstract)

[32]郭曉東，馬利邦，張啟媛. 隴中黃土丘陵區鄉村聚落空間分布特征及其基本類型分析：以甘肅省秦安縣為例[J]. 地理科學，2011，31(1)：45－51.Guo Xiaodong, Ma Libang, Zhang Qiyuan. The spatial distribution characteristics and the basic types of rural settlement in loess hilly area: Taking Qin'an county of Gansu province as a case[J]. Scientia Geographica Sinica, 2011, 31(1): 45－51. (in Chinese with English abstract)

[33]謝高地，魯春霞，冷允法，等. 青藏高原生態資產的價值評估[J]. 自然資源學報，2003，18(2)：189－196.Xie Gaodi, Lu Chunxia, Leng Yunfa, et al. Ecological assets valuation of the Tibetan Plateau[J]. Journal of Natural Resources, 2003, 18(2): 189－196. (in Chinese with English abstract)

[34]孫曉芳，岳天祥，范澤孟. 中國土地利用空間格局動態變化模擬：以規劃情景為例[J]. 生態學報，2012，32(20)：6440－6451.Sun Xiaofang, Yue Tianxiang, Fan Zemeng. Simulation of the spatial pattern of land use change in China: The case of planned development scenario. Acta Ecologica Sinica, 2012,32(20): 6440－6451. (in Chinese with English abstract)

[35]文博，劉友兆，夏敏. 基于景觀安全格局的農村居民點用地布局優化[J]. 農業工程學報，2014，30(8)：181－191.Wen Bo, Liu Youzhao, Xia Min. Layout optimization of rural residential land based on theory of landscape security pattern[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014,30(8): 181－191. (in Chinese with English abstract)

Spatial differentiation and layout optimization of rural settlements in hill ecological protection area

Meng Lingran1,2, Wu Jun2, Dong Jihong1,3※
(1.School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou221116,China;2.School of Geography and Tourism, Qufu Normal University, Rizhao276826,China;3.Jiangsu Key Laboratory of Resources and Environmental Information Engineering, Xuzhou221116,China)

Rural settlements are the places of habitation, production and living for rural population. Research on rural settlements can better reveal the formation of rural settlements and the relationship between the life and environment.Nowadays, the ecological environment problems caused by the rural settlement expansion and population growth have become more prominent, and the reasonable optimization of rural settlements layout and the protection of rural settlements ecological environment function are the key issues in the development of rural settlements. To clarify the spatial differentiation characteristics and optimize the layout of rural settlements in hill ecological protection area, this paper took the Sishui County,Shandong Province as a study case, and analyzed the spatial differentiation characteristics by using the nearest neighbor statistics, the spatial correlation measure model and the spatial metrics model; from 2 aspects of forest and water body based on the perspective of ecological protection and construction, the ecological protection pattern was built by using the minimum cumulative resistance model, and the optimization direction of rural settlement in Sishui county was explored. The results showed that: (1) The rural settlements of Sishui County had significant spatial distribution feature of agglomeration with the average density of 1.6-4 settlements per km2; the rural settlements mostly presented the cluster and scatter distribution in the northern and southern hilly areas, and the zonal distribution in the middle plain areas, with the spatial distribution characteristics of “dense in the north and south, sparse in the middle”. (2) The majority of rural settlements in Sishui were small settlements,and the patch quantity accounted for 45.43% of the totality. There existed the rural settlements whose scale also had significantly low concentration characteristics, presenting the distribution situation of “large in the middle, small in the north and south”. (3) The spatial differentiation in shape had obvious characteristics of complexity, poor continuity and fragmentation in Sishui County, and the shape of rural settlements in the middle plain areas had relatively small complexity,good continuity, and fragmentation, which was much more regular than that in the northern and southern hilly areas. (4) For the spatial distribution characteristics of the elevation, slope and river of rural settlements, it was found that the rural settlements were mainly distributed in the elevation of 73-250 m, the slope of 0-5° and the range of 0-600 m away from rivers.Based on the spatial differentiation of rural settlements, the slope, roads and different land use types were selected as the most important impact factors, and the forest and water ecological protection pattern was constructed; 4 types of layout optimization i.e. key remediation, restricting expansion, moderate construction and prior development were divided according to the impact of rural settlements on forest and water, and the construction and development directions of rural settlements were explored.The results of this study can provide the basis for the planning and development of regional rural settlements under the background of ecological protection and construction.

land use; rural areas; optimization; hill ecological protect area; rural settlements; spatial differentiation; layout optimization; Sishui county

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.037

F301.24

A

1002-6819(2017)-10-0278-09

2016-10-01

2017-04-17

國家重點研發計劃課題（2016YFC0501105）

孟令冉，男，山東濟寧人，博士，主要從事鄉村空間演變方面的研究。徐州 中國礦業大學環境與測繪學院，221116。

Email：lingran_meng@163.com

※通信作者：董霽紅，女，山西芮城人，教授，博士生導師，主要從事礦區復墾以及鄉村空間演變方面的研究。徐州 中國礦業大學環境與測繪學院，221116。Email：dongjihong@cumt.edu.cn