基于景觀安全格局的黃海區域農村居民點空間布局優化
——以遼寧大連普蘭店區為例

曲 明, 周蘊薇, 曹福存,2, 李曉軍

(1.東北林業大學, 哈爾濱 150040; 2.大連工業大學, 遼寧 大連 116034;3.吉林農業大學, 長春 130118; 4.廣州地理研究所, 廣州 510070)

農村居民點合理布局是新型城鎮化建設及城鄉融合發展的重要保障，也是農村土地綜合整治的基石。目前國內農村居民點布局優化研究側重于時空演化及其驅動機制[1-2]、空間優化配置及機制研究[3-5]、區位評價等[1-4]。近些年來，景觀安全格局理論引起了學者們的廣泛關注，已被運用生態保護規劃[6]、農村土地整治[5-7]、城鄉區域景觀安全格局構建等[7-8]方面，這些為農村居民點優化布局的生態用地保護研究提供了重要理論和技術借鑒。但關于構建沿海水資源保護的農村居民點的景觀安全格局較少。現有研究對象涉及山區、丘陵和平原等不同地形地貌類型村莊，沿海區域農村居民點研究僅有東部沿海區域[9]和山東半島[10]區域，而目前關于黃海區域遼東半島的農村居民點研究相對較少。本文選取典型的極為敏感的生態脆弱區為黃海區域遼東半島大連普蘭店沿海農村居民點，從實踐操作層面探討沿海區域丘陵平原區土地資源優化配置和合理開發利用。基于景觀安全格局視角，本文從大連普蘭店沿海區域的水土保持、生物多樣性保護和水資源保護3個視角，利用最小累計阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型構建沿海區域景觀生態安全格局，通過對景觀生態安全格局分布圖與其農村居民點進行疊加，提出不同景觀生態安全格局水平下的沿海區域居民點布局整治優化途徑，以期為瀕臨黃海區域的城鄉融合發展和土地資源集約化提供參考。

1 研究區概況與數據來源

普蘭店位于遼東半島中南部東側，地勢北高南低、西高東低，海岸線總長約187 km，瀕臨渤海黃海兩海。屬于溫帶季風氣候區，四季分明，年平均氣溫9.7℃，年均降水量約為635～920 mm。本文選取普蘭店南部沿黃海的楊樹房街道、皮口街道和城子坦街道作為研究區(圖1)，但結合陸域生態功能性，研究區的島嶼不考慮在內，其地理坐標位于東經112°10′56″—112°34′31″E、北緯39°19′10″—39°38′58″N。區域內地勢從北和西北部向南和東南部降低，南部鹽田和灘涂面積約為167.45 km2，境內的大沙河、清水河、贊子河和碧流河等河流穿越村莊最終匯入黃海。交通便利，沈大鐵路、丹大快速鐵路、丹大高速公路201國道和濱海路在境內橫跨東西，南部的皮口港為大陸進入長山群島中部的主要港口，也是一個集客運、貨運和漁業為一體的綜合性港口。2017年研究區下轄3個街道、19個社區，18個行政村，總人口約17.06萬人，其中農業人口為8.95萬人。其行政區總面積約為574.86 km2，耕地面積約為243.05 km2，農業主要以玉米、水稻和花生為主，果樹以桃和蘋果為主，南部臨海區域以海水養殖業和海洋捕撈業為主。研究區農村居民點面積為31.59 km2，占土地總面積的5.49%。

圖1 區域位置及研究區土地利用類型

本研究數據主要包括3個街道的2015年1∶1萬土地利用現狀圖(國土資源管理部門提供的)，2015年林班現狀分布圖，城鎮規劃(2010—2030年),2018年普蘭店區統計年鑒。數字高程模型DEM和NDVI數據均采用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:∥www.gscloud.cn)的30 m分辨率GDEM數據和MODIS月合成產品。

2 研究方法

2.1 研究框架

依據普蘭店沿海區域生態環境特征和物種多樣性及其受威脅因素等，本文通過水土保持[11-12]、生物多樣性保護[11-13]和水資源安全保護性[13-14]劃分生態源地，選取坡度、土地利用類型和植被覆蓋度等因子作為生態約束條件建立阻力面，利用MCR模型計算生態源地的最小累計阻力面構建其景觀生態安全格局。在此基礎上，本研究結合現有農村居民點格局提出其優化布局模式。

本研究利用MCR模型構建景觀安全格局，它是計算從生態源地經過不同阻力的景觀所克服的最小阻力或成本耗費最小的距離[15]。該模型已廣泛應用于城鎮土地空間重構[7-12]、農村居民點布局優化[3-5]、土地資源空間格局生態優化等[13-14]方面。MCR模型最早由Knaapen等提出[15]，并結合地理信息系統中的成本距離(cost-distance)[6-16]，主要考慮源、距離和景觀基面特征。公式如下:

式中:Dij為物種從源j到景觀單元i的空間距離Ri為景觀單元i對某種運動過程的阻力;f為反映空間任意一點最小阻力與到源的距離和景觀基面特征的正相關的未知函數。該模型可以通過ArcGIS軟件中的成本加權(Cost-Weighted)工具實現。

2.2 研究區景觀安全格局構建

2.2.1 源的確定 一般來說，生態源地是景觀生態安全質量最佳的核心地帶，它的選取要保證生態系統服務的可持續性、能量與物質流通性好、水源涵養功能強等方面[16]。鑒于研究區南部有近29.13%面積為灘涂和鹽田的濱海濕地，參考濱海濕地生態服務及評價[17]、農村居民點用地布局和適應性評價的相關文獻[3-5]，本文選取生態林地、水體和濱海濕地作為景觀生態安全格局分析的生態源地。針對水土保持、生物多樣性保護和水資源保護的不同目的，結合研究區自然環境特征，確定各種保護目的的源地。在研究區坡度按照>25°，>15°～25°，>6°～15°，>2°～6°，≤2°的5個等級，以及植被覆蓋度分成0.343，0.527，0.649，0.728共4個斷點5個等級的基礎上，考慮研究區平均坡度約為2.6°，水土保持生態源地選取大于15°和植被覆蓋度小于0.343的區域作為源。根據普蘭店沿海街道實地調查，大量動植物集中在北部、西北部丘陵區植被覆蓋度大區域，還有水域及濱海鹽田灘涂濕地生物多樣性也很豐富[17]，因此面積>2 hm2的生態林、河流和濱海鹽田灘涂濕地作為研究區生物多樣性保護源。水資源安全保護不僅是維持自然生態系統結構、功能和過程并提升生態恢復力，也是促進人居環境改善的重要制約因素[17-18]。依據區域內水體空間格局和相關文獻[5-18]，本文選擇河流、水庫及溝渠、水田、濱海鹽田和灘涂等水體分布為水資源安全保護源。

2.2.2 阻力面的構建 根據不同的保護目的，建立不同的阻力面。水土保持在區域侵蝕控制及生態安全維持方面具有重要作用，也是生態系統提供的重要調節服務之一。水土流失嚴重會引起山體滑坡、土地塌陷、洪水泛濫等自然災害從而對局部城鄉居民點的人身及財產安全造成隱患。而坡度、土地利用類型和植被覆蓋度是影響和造成水土流失重要因子[11-14]，因此，水土保持單因子景觀安全格局阻力面選取坡度、土地利用類型和植被覆蓋度作為阻力因子，并依據專家意見，這3個阻力面阻力系數是基本相同的。依據坡度越大或植被覆蓋度越低均越易發生水土流水，對不同類型坡度和植被覆蓋度的阻力系數賦值，具體內容見表1。為了保證評價結果的統一，景觀安全格局阻力面以坡度為參照均分為5個等級。參照謝高地等[19]研究的陸地生態系統單位面積生態服務價值當量和研究區自然情況，水源涵養、土壤形成與保護是水土流水主要涵蓋的生態服務價值，本文確定了不同土地利用類型對水土流水的阻力系數。

表1 水土保持影響要素及其阻力系數

農村居民點用地布局不僅要考慮生境較好的區域，還有兼顧野生動物棲息地保護，以達到區域內生物多樣性保護的目的。生物多樣性服務功能高的區域能提供較好的生境，因此生物多樣性保護的阻力因子選取植被覆蓋度和土地利用類型。結合研究區自然環境和專家意見，植被覆蓋度和土地利用類型對生物多樣性保護影響同樣重要，其權重均設為0.5。一般植被覆蓋度越高，生態系統服務價值就越高[20]，也是影響該區域生物多樣性的重要因素之一。而不同的土地利用類型保持生物資源的能力不同，參考謝高地等研究的生物多樣性服務價值[19]，得到不同土地利用類型的生物多樣性保護阻力系數，見表2。

作為生命之源、生產之要、生態之基的水資源，其不可替代性和稀缺性已影響了經濟、社會和生態發展[18]。綜合考慮沿海區域入海口河流和濱海灘涂及相關專家意見，本文選取植被覆蓋度和土地利用類型作為水資源保護的阻力因子，并設置其阻力系數均為0.5，最終得到水資源保護阻力面。研究區植被覆蓋度越大的區域，水源涵養林也豐富，水資源保護受到的阻力越小。土地利用類型方面的阻力依據生態系統單位面積生態服務當量中水源涵養、氣體調節、氣候調節和生物多樣性保護的功能價值排序進行賦值，具體見表2。

表2 生物多樣性和水資源保護影響要素及其阻力系數

3 結果與分析

3.1 研究區單因子景觀安全格局分析

依據景觀安全格局理論與方法，以阻力值發生明顯突變處作為閾值，本文采用自然斷點法將最小累計阻力值重新分為4類，得出研究區的水土保持、生物多樣性保護和水資源保護的單因子景觀安全格局和綜合景觀安全格局，其結果見圖2和表3。

單因子水土保持安全格局從低到高4個等級分區分別占區域總面積的51.04%，24.81%，16.77%，7.38%。從圖2A可知，水土保持低安全水平區域集中在南部及東南大片的鹽田與灘涂，以及城子坦街道北部和西部山區、皮口街道中南部、楊樹房街道西部等呈塊狀或帶狀集聚，坡度相對較大、植被覆蓋度小、巖石風化大的區域。除了鹽田灘涂外，這些區域大多為沿海丘陵區、具有一定坡度，植被覆蓋度低，土地利用類型為抗侵蝕力較弱的耕地、草地、園地及建設用地等，水土流失非常容易發生。較低安全水平區域處于低安全水平區的外層，主要分布在城子坦街道東北部、皮口街道西北部和楊樹房街道北部，水土流失容易發生。中等安全水平區集中在城子坦街道中部、皮口街道西北部和中南部、楊樹房中北部，地勢相對平坦，不易發生水土流失等地質災害，比較適合農村居民點用地布局。高安全水平區域主要分布在沿海平原區的城子坦街道中部、皮口中南部和中東部，是比較理想的農村居民點的棲息地。為提升整體水土保持安全水平，丘陵山區繼續采取封山育林、荒山造林、退耕還林等措施提高植被覆蓋度，改善地表徑流，減少水土流失。

生物多樣性保護安全格局從低到高4個等級的安全水平區域面積分別占區域總面積的67.09%，22.94%，8.21%和1.76%。低安全水平區域主要位于東部城子坦街道、碧流河社區和金山村、西部楊樹房社區和清水河村、南部鹽田和灘涂、北部城子坦街道鄭溝村和下吳村、中部皮口街道的大嶺和贊子河村等區域。這些區域除了南部鹽田和灘涂外，水涵養林、水土保持林、沿海護路林和護岸林等植被覆蓋率高、生態環境優越，是生物生存與繁衍的棲息地，生物多樣性也豐富。但隨著新農村建設和城鎮一體化發展，該區生態環境因人類高強度活動極易遭到破壞，進而影響到生物多樣性。生物多樣性的較低安全水平區域為低安全水平區的生物棲息地提供了緩沖區，集中在城子坦街道中東部、皮口街道的西北部和楊樹房街道北部。中度安全和高安全區域集中分布在城子坦街道中南部、皮口街道東南部和中南部、楊樹房街道中北部，該區域以農用地和建設用地為主要土地利用類型，比較滿足人類生產生活需要的棲息地標準，因此可以作為農村居民點的布局。

水資源保護安全格局從低到高4個等級的安全水平區域面積分別占區域總面積的56.21%，24.24%，14.84%和4.71%。低安全水平區域集中分布在研究區的東部、南部和西南部、皮口街道中南部和西部以及街道行政分界處，因碧流河、清水河和大沙河自北向南穿過研究區最終匯入黃海，也是街道的行政分界線。該區域均處于河流下游，水體面積占其“源”地的20.59%，且生物多樣性豐富，但河流洪澇引發的自然災害，不適應人類活動景觀的分布與建設。水資源安全保護較低安全水平區域以低安全水平為中心，向外依次為中等安全水平和高安全水平區域。中等安全和高安全區域集中分布在城子坦街道中南部、皮口街道中南部、楊樹房街道西北部，該區域以建設用地和農用地為主要土地利用類型，比較適應農村居民點的布局。隨水資源保護安全等級的提高，造成水資源安全能力的逐漸減弱。此外，研究區城子坦街道東部碧流河、皮口街道中部贊子河、穿越皮口街道與楊樹房街道的清水河、楊樹房街道西部大沙河和大高屯水庫等區域是研究區重要的飲用水水源地，禁止非法占用河道、采砂采礦等行為，嚴禁向水體及河道排污，實施農村生活污水處理工程以及推進農業生產清潔化，嚴格保證飲用水源的生態安全。

3.2 研究區綜合景觀安全格局分析

利用水土保持、生物多樣性保護和水資源保護等3種安全格局按照同等重要性進行疊加并利用自然斷點分析法重分類后，得到普蘭店沿海區域農村居民點綜合景觀安全格局(圖2D和表3)。結果表明，綜合景觀安全格局中高安全區與中等安全區面積合計為202.68 km2，面積比重為36.99%，主要分布于城子坦街道中南部和東北部、皮口街道中南部和東北部、楊樹房街道東部等區域，這與該區域以建設用地和農用地有很大關聯。低與較低安全區面積合計為345.18 km2，面積比重為63.01%，主要分布于南部沿海灘涂和鹽田、城子坦街道東部和西北部、皮口街道西北部和中東部、楊樹房街道西部等區域，該區域大都處于低山和低丘緩坡區或河谷地帶，林地資源分布相對集中，生物多樣性和水資源安全保護功能突出。這種分布態勢與研究區地形地貌特征較為一致。

圖2 普蘭店區沿海區域用地布局景觀安全格局評價

表3 普蘭店區沿海區域景觀安全格局不同等級的面積對比 km2

3.3 研究區農村居民點用地布局優化方式及策略

參考相關文獻研究[5-8]，景觀安全格局越高的區域內農村居民點，其自然條件優勢也相對較高。根據圖2的研究區綜合景觀安全格局與圖1的研究區農村居民點現狀進行疊加，結合普蘭店區空間發展規劃，本文將農村居民點用地劃分為重點建設型、適度建設型、控制擴展型和遷移合并型4種布局優化方式。研究區3個街道的農村居民點用地布局面積的統計結果，見圖3。

圖3 景觀安全格局等級下各街道農村居民點用地面積特征

(1) 重點建設型。該區域的農村居民點用地處于綜合景觀安全格局中高安全水平狀態，其用地優化方向為重點建設型。此類型農村居民點占總農村居民點用地規模的20.72%，面積共計654.55 hm2;空間整體分布不均，主要集中在城子坦街道中南部的碧流河社區西北、大盧社區北部和東北部、金廠社區中部及東老灘社區中北部，皮口街道中南部和北部、新海社區北部、石固社區北部和東南部、三官村中部、大尹村西北部，楊樹房街道中東部李家村中部和河西村東南部。其中城子坦街道農村居民點所占比重最大，占高安全水平區的農村居民總面積的48.30%。這些區域地勢平坦、沿海沖積平原等自然條件優越，離國道和省道較近的便利交通，適合人類的生活生產活動，因而可作為農村居民點布局的重點建設區域。對于離建制鎮比較近的重點建設農村居民點，采取政府引導、村民動員的組織模式，在依靠城鎮現有的基礎公共服務設施，促進區域內農村居民點城鎮化發展。離建制鎮較遠的規模較大、連片的重點建設的農村居民點，在節約集約用地前提下建設現代化的農村社區，完善配套相應的基礎公共服務設施，并接納規模小、分布離散的遷移合并農村居民點，逐漸轉變村民生活方式，推進農村人口城鎮化。

(2) 適度建設型。該區域的農村居民點用地處于中等安全水平狀態，其用地優化方向為適度建設型。該類型農村居民點占總的農村居民點用地規模39.69%，面積共計1 254.22 hm2，主要分布在研究區中部和西北部，比較分散。該區域地勢相對平坦，交通便利、農業資源與水文資源也豐富，基礎公共服務設施相對完善，給農村的生活和生產提供了有力條件。在政府和村民共同參與、土地利用集約前提下，注重水資源保護、生物多樣性保護和水土保持，合理規劃村莊用地的建設，進一步完善日常生活的基礎設施及配套農業生產，為農業產業化發展創造條件。

(3) 控制擴展型。該區域的農村居民點用地處于較低安全水平狀態，其用地優化方向為控制擴展型。此類型農村居民點面積共計1 057.10 hm2，占總的農村居民點用地規模33.46%，主要集中在城子坦街道中北部和中南部、皮口街道西北部和東北部、楊樹房街道中北部。該區域農村居民點一部分是北部的低丘緩坡區，地質災害易發區，農業生產條件受到限制多。另一部分是靠近河流或坑塘水面的農村居民點，為了保護水資源安全和生物多樣性豐富，減少或者不再安排該區域內的建設用地報批。這類農村居民點建議控制其發展規模，不盲目向外擴展，通過整治廢棄或閑置居民點，加強其內部的生態基礎設施建設，保護生態環境，促進人與自然和諧相處。

(4) 遷移合并型。該區域的農村居民點用地處于低安全水平狀態，其用地優化方向為遷移合并型。此類型農村居民點面積共計193.74 hm2，占總農村居民點用地規模的6.13%，主要分布在城子坦街道東老灘南部、碧流河東南部和漁業村南部，皮口街道中東部和南部，楊樹房街道西北和中南部。該區域農村居民點一部分為西北低丘區域坡度大的區域，交通不便，受地質災害等因素影響的不適宜居住環境，通過就近遷移到交通便利、生活條件較好的重點建設區或適度發展區，也能夠提升農村民的生產和生活水平。還有一部分位于南部入海口區域或河流的生態保護范圍內的居民點，為保護水資源的良好生態環境，這些農村居民點直接遷入鄰近適度建設型或重點建設型的居民點內。

4 結 論

(1) 普蘭店沿海區域農村居民點綜合景觀安全格局近2/3區域處于低安全水平與較低安全水平，低安全水平區占比最高，為36.59%，集中分布在南部入海口、鹽田和灘涂;較低安全水平區占研究區總面積的26.41%，集中分布在東北部和西部;中等安全水平區占研究區總面積的25.02%，集中分布在較低生態安全水平外圍;高安全水平區占比最低，為11.98%，集中分布研究區中東部和中北部。

(2) 普蘭店沿海區域2015年的農村居民點用地主要集中在中等安全水平和高安全水平范圍內，占研究區農村居民點用地總規模的60.41%;這與各個農村居民點由于地形地貌、植被覆蓋度以及與水源距離遠近等因素影響，造成水土保持、生物多樣性保護和水資源保護景觀安全水平的不同。

(3) 根據綜合景觀安全格局和農村居民點用地現狀，將研究區的農村居民點用地分為重點建設型、適度建設型、控制擴展型和遷移合并型4種布局優化方式，并提出相應的建設發展策略。重點建設型農村居民點依靠交通便利和距離城鎮近的特征進一步推進城鎮化建設，以及在節約集約用地前提下建設現代化的農村社區，并吸引周邊規模小、分布離散居民點的聚集;適度建設型的農村居民點在完善日常生活的基礎設施及配套農業生產設施基礎上，在建設開發過程中應注重水土保持、生物多樣性保護和水資源保護;控制擴展型農村居民點應注重農村居民點間空閑地改造和基礎設施建設，不盲目向外擴展，保護水土環境;遷移合并型居民點根據水資源保護，設立禁止建設區，就近遷移到交通便利、生活條件較好的重點建設區或適度建設區集中安置。

利用景觀安全格局理論和累計最小阻力模型對普蘭店區沿海農村居民點用地優化布局進行了探討，思路和豐富可為其他近海區域農村居民點景觀生態安全格局構建提供借鑒。而本文的阻力系數與生態系統服務價值指標確定是參考已有的研究成果構建景觀安全格局阻力面，但未對沿海區域農村居民點的阻力系數設定的合理性和科學性進行詳細探討，這也是今后還需待進一步深入研究。