基于GIS的農(nóng)村居民點(diǎn)分布格局及與地形因子關(guān)系分析
——以韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)為例

江海斌， 陳秀玲 ， 陳世發(fā)

(1.韶關(guān)市國土資源技術(shù)中心，廣東 韶關(guān) 512026；2.韶關(guān)學(xué)院 旅游與地理學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005)

近年來，很多學(xué)者對(duì)各種地域類型的城鄉(xiāng)居民點(diǎn)分布特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，涵蓋了農(nóng)村居民點(diǎn)分布格局、分布演變、影響因素等領(lǐng)域，農(nóng)村居民點(diǎn)的分布格局影響農(nóng)戶活動(dòng)的范圍，甚至一定程度上影響農(nóng)戶生計(jì)行為。農(nóng)村居民點(diǎn)作為一種重要的土地利用類型，其空間分布與地形地貌要素具有高度的耦合性[1-3]，地形因子是農(nóng)村居民點(diǎn)分布的重要影響因素，而丘陵山區(qū)其影響更為明顯[4]。地形坡度與海拔是影響農(nóng)村居民點(diǎn)分布的主要自然因素[5]，馬小娥等[6]學(xué)者從景觀格局的角度研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間格局，曾遠(yuǎn)文等[7]學(xué)者采用景觀生態(tài)學(xué)中的斑塊個(gè)數(shù)、斑塊總面積、距離指數(shù)、面積指數(shù)和居民點(diǎn)分散度研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間布局特征，并對(duì)影響居民點(diǎn)空間分布的各個(gè)因素進(jìn)行疊加分析。樂容潮等[8]學(xué)者研究表明農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊較簡單，復(fù)雜性較低，呈隨機(jī)、均勻、聚集3種狀態(tài)分布，農(nóng)村居民點(diǎn)分布密度較低。而研究居民點(diǎn)格局的影響因素也是研究的熱點(diǎn)，張勰等[9]學(xué)者采用空間自相關(guān)分析與緩沖區(qū)疊加分析方法分析農(nóng)村居民點(diǎn)與地形坡度、高度的關(guān)系；徐州等[10]學(xué)者研究不同高程、坡度、坡向、地形起伏度、坡度變率和高程變異系數(shù)等地形因子的農(nóng)村居民點(diǎn)的分布特征，周霖等[11]學(xué)者以重慶市萬州區(qū)為例，借助ArcGIS、GeoDa、Fragstats軟件，分析研究區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布、規(guī)模和形態(tài)，離城鎮(zhèn)、河流、交通近的區(qū)域居民點(diǎn)分布多，形狀指標(biāo)也較大。

但是，對(duì)于低山丘陵地區(qū)，且地處城郊地帶的農(nóng)村居民點(diǎn)分布的格局與地形因子的研究相對(duì)缺乏。韶關(guān)位于粵北山區(qū)，地貌形態(tài)決定土地利用的重要自然因素是地形地貌。韶關(guān)市城鎮(zhèn)化水平卻比較低，地形復(fù)雜，地勢(shì)起伏大，本文以韶關(guān)市城郊地帶的曲江區(qū)大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)為研究對(duì)象，運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)與Fragstats4.2景觀格局軟件，綜合分析韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的分布格局及其地形影響因子，為粵北地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)分布規(guī)劃及農(nóng)戶生計(jì)研究提供可行的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大塘鎮(zhèn)位于韶關(guān)市區(qū)的東部，介于113°37′E、24°40′N，面積為175 km2(圖1)。東接曲江區(qū)的楓灣、小坑等鎮(zhèn)，西臨湞江區(qū)的新韶鎮(zhèn)，與韶關(guān)市教育功能區(qū)韶關(guān)學(xué)院等學(xué)校相接，南臨曲江區(qū)的馬壩、沙溪等鎮(zhèn)，在韶鋼集團(tuán)旁邊，北靠仁化縣大橋鎮(zhèn)，距離韶贛高速公路的出口只有6 km，該鎮(zhèn)距市區(qū)中心11 km。一直都有著韶關(guān)重鎮(zhèn)、“東大門”的稱號(hào)。大塘鎮(zhèn)地貌特點(diǎn)是以丘陵山地為主，地勢(shì)較平緩，整體東高西低，南高北低，呈東南-西北的傾向，屬亞熱帶季風(fēng)型氣候區(qū)，是顯著的濕熱和干冷氣候，濕度大，無霜期長的特點(diǎn)。研究區(qū)海拔處于66.2～707.17 m之間，平均海拔164.2 m，坡度范圍為0°～67.94°，平均坡度為14.21°，土地利用復(fù)雜多樣，主要以林地為主。

圖1研究區(qū)地理位置及居民點(diǎn)分布

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)資料包括韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)1∶10 000的行政區(qū)劃圖、大塘鎮(zhèn)地形圖以及韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)遙感影像圖和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，利用GIS軟件追蹤等高線進(jìn)行矢量化形成區(qū)域等高線，再將其轉(zhuǎn)化為DEM圖，以DEM圖為基礎(chǔ)，提取出研究區(qū)坡度、坡向、高度的數(shù)據(jù)。農(nóng)村居民點(diǎn)的提取，以2017年大塘鎮(zhèn)影像圖為基礎(chǔ)，對(duì)影像圖進(jìn)行處理，目視解譯大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)分布，并結(jié)合實(shí)地野外調(diào)查得出居民點(diǎn)分布圖。

2.2 研究方法

2.2.1 GIS與RS技術(shù)方法 利用韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)行政區(qū)界，居民點(diǎn)分布圖以及研究區(qū)DEM圖等數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析技術(shù)提取研究區(qū)的高程、坡度、坡向等地形因子，同時(shí)以大塘鎮(zhèn)影像圖為基礎(chǔ)，勾勒出居民點(diǎn)分布情況，運(yùn)用空間查詢與空間疊置等方法，綜合研究農(nóng)村居民點(diǎn)分布與地形因子之間的關(guān)系。

2.2.2 景觀生態(tài)學(xué)方法 將韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)的居民點(diǎn)作為一種景觀，利用景觀格局分析的方法分析居民點(diǎn)分布格局。大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)的景觀格局指數(shù)采用景觀格局分析軟件Fragstats 4.2進(jìn)行。斑塊數(shù)量(NP)反映大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)的斑塊總數(shù)、斑塊總面積(TA)為所有居民點(diǎn)的面積之和，而平均斑塊密度(MPS)則揭示居民點(diǎn)平均斑塊面積，這3個(gè)指數(shù)反映大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)格局破碎化程度。最大斑塊指數(shù)(LPI)為大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)最大斑塊面積比例，可以反映大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)形態(tài)的優(yōu)勢(shì)度，一般取值為0～100之間；景觀形狀指數(shù)(LSI)反映大塘鎮(zhèn)斑塊類型的離散程度(≥1)

平均斑塊黏合度(CONTIG_MN)是反映居民點(diǎn)之間的連通性，黏合度越大，連通性越好。蔓延度指數(shù)(CONTAG)為景觀水平指數(shù)，反映居民點(diǎn)分散與集中程度，分散度低，則具有較高的蔓延度。散布與并列指數(shù)(IJI)表示各居民點(diǎn)斑塊的鄰接程度。聚合度(AI)為斑塊類型的聚集程度，取值為0～100之間。分割度(DIVISION)反映居民點(diǎn)被分割的破碎程度。分離度(SPLIT)反映大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)的個(gè)體分布的分離程度，在普遍運(yùn)用面積比率的同時(shí)還考慮了居民點(diǎn)斑塊數(shù)量。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)為居民點(diǎn)斑塊在大塘鎮(zhèn)出現(xiàn)的頻率。香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)反映大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)分布均勻程度的指標(biāo)，分布極其均勻時(shí)，其指數(shù)為1。

3 結(jié)果與分析

3.1 大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的景觀格局特征

研究平均斑塊總面積為551.5 hm2，斑塊數(shù)量為515個(gè)，而平均斑塊密度為1.07 hm2·個(gè)-1。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)最大斑塊指數(shù)為1.86，斑塊之間的差異程度相對(duì)較低，而景觀形狀指數(shù)為23.99，居民分布離散，平均斑塊黏合度為0.16，蔓延度指數(shù)為58.30，而散布與并列指數(shù)為38.86，居民點(diǎn)的分割度為0.99，居民點(diǎn)分布相對(duì)較為破碎，而分離度則為220.12，居民點(diǎn)分布相對(duì)分離。而香農(nóng)多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)分別為5.76和0.93，農(nóng)村居民點(diǎn)在大塘鎮(zhèn)分布相對(duì)較為均勻，在大塘鎮(zhèn)的大部分區(qū)域均有居民點(diǎn)的分布，居民點(diǎn)分布聚合程度一般，聚合度為67.63。

3.2 農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布形態(tài)

韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)地形多為低山丘陵地區(qū)，大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分布不均衡，主要的分布形態(tài)為點(diǎn)狀分布(圖1)。這主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)地勢(shì)崎嶇不平，并不適合集中連片的居民點(diǎn)建設(shè)。除地形原因外，居民點(diǎn)分布還受河流、道路及距市中心范圍遠(yuǎn)近等因素影響。

近年來由于基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，對(duì)外交流的加強(qiáng)，為了方便出行，更多農(nóng)民選擇在公路兩旁新建房屋，因此居民點(diǎn)分布在道路網(wǎng)密集的區(qū)域相對(duì)密集。從圖1可以看出，韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)集中分布于道路兩側(cè)，呈現(xiàn)點(diǎn)狀分散分布。以點(diǎn)狀分布為主的農(nóng)村居民點(diǎn)分布，使研究區(qū)居民點(diǎn)的分布呈現(xiàn)出面積小而分散的特征。同時(shí)，道路的分布也主要集中于地勢(shì)相對(duì)平緩，人口分布密度相對(duì)較大的區(qū)域，兩者也呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.3 大塘鎮(zhèn)居民點(diǎn)分布與地形因子的關(guān)系

3.3.1 居民點(diǎn)分布與地形高度的關(guān)系 在低山丘陵區(qū)，農(nóng)村居民點(diǎn)建在高低不同的區(qū)域，從而形成錯(cuò)落復(fù)雜，高低不一的居民點(diǎn)。利用大塘鎮(zhèn)DEM提取高度(圖2A)，同時(shí)對(duì)海拔高度進(jìn)行重分類，由于在高程250 m以上的區(qū)域，無居民點(diǎn)的分布，故而單列為一級(jí)，在250 m以下的區(qū)域，結(jié)合GIS的自然間斷法進(jìn)行分類，在150 m以下的區(qū)域，每隔30 m設(shè)置高程分級(jí)，而150～250 m高程，每隔50 m設(shè)置高程分級(jí)，共設(shè)置6個(gè)高程級(jí)別。

A

B

C

研究區(qū)的農(nóng)村居民點(diǎn)高程分布統(tǒng)計(jì)分析見圖3。由圖3可以看出，韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)分布與高程地形因子總體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，即海拔高度越高，居民點(diǎn)分布數(shù)量越少，海拔高度越低，居民點(diǎn)分布數(shù)量越多，在海拔高度120 m以下的區(qū)域，高程級(jí)所占全部高程級(jí)的比重為44.31%，但居民點(diǎn)分布的比重高達(dá)87.41%，而在海拔高度超過150 m的區(qū)域面積為40.98%，但居民點(diǎn)分布比重僅僅為2.38%。研究區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)主要集中于海拔相對(duì)較低的地區(qū)，由于該區(qū)海拔較高的地區(qū)大多為山區(qū)丘陵，山高坡陡的地區(qū)并不利于發(fā)展農(nóng)業(yè)與居住建設(shè)，同時(shí)該地區(qū)的基礎(chǔ)生活設(shè)施建設(shè)修建難度大且利用率低。

圖3 韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)不同高程級(jí)的居民點(diǎn)分布比重

3.3.2 居民點(diǎn)分布與地形坡度的關(guān)系 本次研究在柵格DEM上提取坡度數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行重分類(圖2B)。坡度分級(jí)結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和國際地理學(xué)會(huì)對(duì)于坡度劃分標(biāo)準(zhǔn)，將坡度劃分為7個(gè)等級(jí)，具體為0°～2°(極緩坡)，2°～5°(緩坡)，5°～8°(中等坡)，8°～15°(斜坡)，15°～25°(陡坡)，25°～35°(急坡)，35°～90°(險(xiǎn)坡)，為此研究區(qū)坡度分級(jí)共劃分為7級(jí)[12]，研究區(qū)坡度分布圖見圖2B，并對(duì)不同坡度的居民點(diǎn)分布比重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖4)。

圖4 韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)不同坡度的居民點(diǎn)分布比重

從圖4可以看出：研究區(qū)坡度面積比例最大的是陡坡，其次是斜坡。斜坡及其以上坡度級(jí)別(>8°)的分布面積共占研究區(qū)的61.92%，說明研究區(qū)坡度大，地勢(shì)起伏大。居民點(diǎn)的分布隨坡度的增大而迅速降低，坡度變化對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)分布影響明顯。居民點(diǎn)面積比重最大的區(qū)域?yàn)闃O緩坡區(qū)，其次為緩坡區(qū)，兩者占全部居民點(diǎn)分布比重的71.45%，而極緩坡區(qū)與緩坡區(qū)的坡度級(jí)的面積占全部坡度面積29.96%，由此看出，居民點(diǎn)的分布主要集中于極緩坡與緩坡區(qū)域。而在坡度15°以上的區(qū)域的面積高達(dá)43.52%，而居民點(diǎn)分布面積僅僅為3.11%。大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)分布隨坡度增加而減小。大部分農(nóng)村居民點(diǎn)都選擇居住在地勢(shì)平緩的區(qū)域，坡度平緩有利于節(jié)約建筑成本。

3.3.3 農(nóng)村居民點(diǎn)分布與坡向的關(guān)系 根據(jù)DEM圖提取的坡向，并且進(jìn)行重分類(圖2C)，并將坡向分為平地、北坡、東北坡、東坡、東南坡、南坡、西南坡、西坡和西北坡等坡向。研究區(qū)韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)各個(gè)坡向的農(nóng)村居民點(diǎn)均有分布。農(nóng)村居民點(diǎn)，在各個(gè)坡向分布相對(duì)均勻。

研究區(qū)的農(nóng)村居民點(diǎn)坡度分布統(tǒng)計(jì)分析見圖5，西北坡和西坡的坡向比重最大，分別占到全部坡向比重的13.72%和13.30%，但兩者的居民點(diǎn)則低于坡向比重，分別為13.17%和12.62%。而居民點(diǎn)分布比重最大的坡向?yàn)槲髂掀隆⒛掀潞蜄|南坡，均高于該坡向級(jí)別的坡向分布比重。

圖5 韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)不同坡向的居民點(diǎn)分布比重

從圖5還可以看出，居民點(diǎn)分布比重高于所對(duì)應(yīng)坡向分布比重級(jí)別分別為平地、東南坡、南坡和西南坡；而北坡、東北坡、西坡和西北坡則低于坡向分布比重；而東坡則兩者相差無幾。

這與研究區(qū)的位置位于北回歸線以北，南坡能接受較為充裕的陽光，陰坡接受到的陽光相對(duì)較少，說明農(nóng)村居民選址建房傾向于選擇坐北朝南，由于陽坡面朝南方，受陽光直射的時(shí)間就比其他坡向長，這有利于房屋采光及農(nóng)作物生長。

4 結(jié)論

以韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)為例，運(yùn)用Fragstats軟件和GIS軟件，研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布格局與地形因子的關(guān)系，其研究結(jié)論如下：

4.1 韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊之間的差異程度相對(duì)較低，居民點(diǎn)分布離散，居民點(diǎn)分布聚合程度較低。

4.2 韶關(guān)市大塘鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分布不均衡，主要的分布形態(tài)為點(diǎn)狀分布，分布分散，受地形、道路及距市中心范圍遠(yuǎn)近等因素影響。

4.3 農(nóng)村居民點(diǎn)主要集中于海拔相對(duì)較低的地區(qū)；居民點(diǎn)分布隨坡度增加而減小；南坡、東南坡與西南坡的居民點(diǎn)分布比重高于北坡、東北坡和西北坡。居民點(diǎn)絕大多數(shù)分布于海拔低，地形平坦的地區(qū)，這有利于發(fā)展農(nóng)耕、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，且稍集中于向陽區(qū)，以便農(nóng)耕與采光。