基于MCR模型的村莊“三生空間”格局優化研究

鄭 洋, 郝潤梅, 吳曉光, 王 考

(1.內蒙古師范大學 地理科學學院, 呼和浩特 010022; 2.內蒙古自治區土地整治中心, 呼和浩特 010020)

集生活、生產、生態功能于一體的村莊，既是鄉村人地關系的核心也是鄉村發展的載體[1]，不同的地域風情、歷史傳承、風俗習慣及社會經濟發展條件，形成了獨具特色的村莊自然與人文風貌。我國西部多數傳統的村莊空間布局是依自然環境特征長期形成，缺少規劃引導和約束，規模小、布局分散，土地利用效率低，人居環境體驗感差，生態環境提升空間大[2]。隨著城鄉一體化進程的加快，促使傳統村莊空間布局向多元化方向轉變[3]。近年來，眾多學者對村莊空間格局優化進行了積極的探索，如從空間布局視角，研究村莊空間格局的影響因素及其相互關系[4-7]，從村莊類型劃分視角，研究村莊內部特征的基礎上提出優化建議等[8-10]。隨著“三生空間”理念的深入，村域“三生空間”的研究逐漸成為研究的熱點，研究方法也更傾向于定量研究[11-13]，如多因子分析法[4]、空間分析法[7]、和實證研究法等[8]。最小累積阻力模型(minimum Cumulative Resistance，簡稱MCR模型)能夠反映各要素的空間轉移趨勢[14]，多應用于農村居民點布局適宜性分區[15-16]、生態安全格局的構建及優化[17-18]及土地適宜性評價等[19]方面。根據空間適宜性評價劃定村莊“三生空間”能夠體現村域空間特征，提升“三生空間”協調發展度[20]。總體來看，當前小尺度、定量化研究村莊“三生空間”成果相對較少。

本文以內蒙古和林格爾縣迭力素村為例，采用GIS軟件空間分析功能和MCR模型分析方法確定村莊的空間適宜性分區，輔以實地調研與村民參與等方式最終優化確定村域“三生空間”，并結合內外影響因素提出優化建議，以期為該村及類似村莊規劃編制提供可借鑒的理論與實踐依據。

1 研究區概況

迭力素村位于內蒙古呼和浩特市和林格爾縣縣境西南端，土地總面積2 129.26 hm2。該村地處土默川平原東南邊緣，地勢平坦，村域自西北向東南逐漸由平原向丘陵過渡；屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候。糧食種植是該村的主產業，主要以玉米、土豆及小雜糧等為主，但多風少雨的季節性氣候特征對農業生產造成了一定影響。全村戶籍人口801人，集中分布在3個居民點上，和托公路在村域西北部過境，為該村經濟發展帶來一定便利，村莊內部公共服務及基礎設施建設較差，宅基地布局雜亂且閑置現象普遍，空閑地多。人居環境亟待改善，2018年該村被呼和浩特市列為“農村人居環境整治”首批試點村。

據2018年土地利用現狀調查統計結果，農用地占絕對優勢，以耕地和林地為主，其中耕地占土地總面積的48.17%，耕地質量狀況良好；林地和草地分布在村域東南丘陵山地上；建設用地基本以農村居民點為主；未利用地相對較少。

2 數據來源與數據處理

2.1 數據來源

本文采用“高分二號”遙感影像解譯結果和地理空間數據云30 m×30 m的DEM數據綜合獲得研究區土地利用現狀數據，采用實地調查和鄉、村兩級年度統計上報數據獲得研究區社會經濟相關數據。

2.2 研究方法與數據處理

2.2.1 最小累積阻力模型 最小累積阻力模型最初于1992年由荷蘭生態學家Knaapen所提出，最小累積阻力模型其本質在于由源點抵達目標所在地所需克服的阻力的最小值，體現的是一種可達性[21]。國內學者修正后多用于農村居民點布局適宜性[15-16]及生態安全格局構建等[17-18]研究中，計算公式為：

(1)

本文運用ArcGIS 10.4提取迭力素生活和生態源地，借助緩沖區分析(Buffer)、柵格計算器(Map Algebra)及重分類(Reclass)等工具得出最小累積阻力面。通過計算建設擴張最小累積阻力與生態擴張最小累積阻力的差值，確定閾值劃分空間適宜區，進而優化“三生空間”布局[22]。

MCR差值=MCR生態-MCR建設

(2)

式中:MCR差值為生態擴張最小累積阻力與建設擴張最小累積阻力的差值;MCR生態為生態擴張最小累積阻力值;MCR建設為建設擴張最小累積阻力值。

當MCR差值<0，表示生態用地較建設用地更易擴張，該范圍內劃為生態空間適宜性較好；當MCR差值>0，表示建設用地較生態用地地更易擴張，該范圍內劃為生活空間適宜性較好；當MCR差值=0時，表示建設與生態適宜性相當，即生態與建設的過渡區。

2.2.2 “源”的提取 MCR模型中的“源”具有內部均一性和外部擴張能力相似性、要素吸引能力突出性、相對目標重要性等特征，是模型應用的關鍵[15,23]。根據模型對“源”選取的要求和研究區實際情況，本文選擇3個居民點(迭力素、塔克和曹老八窯)作為生活擴張“源”，共計3塊圖斑，總面積為70.51 hm2，占迭力素村土地面積的3.28%。其中，迭力素村作為村委會所在地，是人口主要聚集地和活動中心，對各要素集聚較其余居民點而言有著較強的吸引力。選取林地、水域作為生態擴張“源”，共計46塊圖斑，總面積為296.53 hm2，占迭力素村土地面積的12.55%。兩類“源”分布見圖1。

圖1 迭力素村生活源地與生態源地分布

2.2.3 阻力面的構建 從生態效益角度分析，生活用地與生態用地之間存在著競爭關系[21]，這種競爭關系呈現相互抑制、此消彼長的態勢。不同要素對生活與生態用地擴張阻力不同，構建同一阻力評價體系并對兩個擴張過程賦予相反分值，可以強化生活與生態用地擴張阻力間的銜接性。本研究從自然環境、區位條件以及土地資源類型等方面選取4個阻力因子，參照相關資料文獻[22-23]確定各阻力因子的分級及分值，并采用層次分析法確定權重，詳見表1。

表1 迭力素村生活擴張阻力因子和生態擴張阻力因子及權重

運用ArcGIS中柵格計算器(Raster Calculator)獲得1 m×1 m大小柵格單元的生活用地綜合擴張阻力面和生態用地綜合擴張阻力面，通過成本距離(Cost Rsster)模塊得出生活與生態的最小累積阻力面，見圖2。

圖2 迭力素村生活與生態用地擴張最小累積阻力面空間布局

2.2.4 最小累積阻力差值計算 根據生活與生態最小累積阻力表面值的計算結果，參照有關學者對空間分區的研究成果，以生態、生活擴張的最小來累積阻力差值作為空間分區依據[22,24]。運用ArcGIS中數學分析(Map Algebra)模塊計算得出兩者的差值，即-5 889.85≤生態與生活最小累積阻力面差值≤4 180.56，其中，MCR差值≤0表明生態適應性較強，MCR差值≥0表明建設適宜程度好。

3 結果與分析

3.1 基于MCR模型的“三生空間”適宜性評價

3.1.1 最小累積阻力面差值分區 以最小累積阻力面差值計算結果為依據，參照相關文獻空間適宜性分區情況[22,24]及迭力素村莊發展定位，將空間適宜性分區劃分為5類，分別為生態保護區、生態優化區、禁止開發區、限制開發區和適宜開發區。其中，生態保護區為生態源地集聚區，建設阻力最大，村域生態最佳區；生態優化區中建設阻力值較高，生態服務價值潛力大，能夠為生態環境優化提供空間；禁止開發區中生態與建設擴張阻力差值區間均為負值，建設適宜性較差，應避免開展建設活動；限制開發區中建設阻力值顯著降低，可適當開展村莊建設，但為控制村莊建設用地規模無序擴張，應盡量減少占用；適宜開發區中建設阻力最小，是優化居民點用地的核心區。各分區差值及面積統計見表2。

表2 迭力素村適宜區分區結果

3.1.2 “三生空間”適宜性分區結果與分析 統計各適宜性分區面積顯示，生態保護區面積僅占11.83%，生態最適宜區偏小，村域生態穩定性易受外界環境影響。生態優化區與禁止開發區面積占比分別為26.93%和27.17%，共計54.10%，總體規模偏大。其中，生態優化區所處最小累積阻力差值區間為負值，說明該范圍內生態適宜性高，生態質量提升空間大。禁止開發區面積占比最大且最小累積阻力差值為負值，生態適宜性稍好。限制開發區占比為20.39%，最小累計阻力差值區間涵蓋正、負值，表明該區域內既適宜建設開發又適宜生態保護，但參照生態優先原則，應開展對生態環境有涵養作用的生產作業活動；適宜開發區面積占比為13.68%，規模偏小且阻力差值區間均為正值，建設適宜性強，是村民生活的主要聚集地。

從空間分布上看，詳見圖3，空間適宜性分區表現為圈層分布，生態適宜性由四周向中心逐步減弱。生態保護區分布于村域四周，規模小、分散式分布，南部區域整體多于北部；生態優化區毗鄰生態保護區，空間分布不均勻，傾向于東南側；禁止開發區呈“閉合”布局，南側區域稍高于北側；限制開發區在東南側有延伸，且有居民點分布于其中；適宜開發區位于迭力素村中心，含兩個農村居民點，建設適宜性強。

圖3 迭力素村“三生空間”適宜性評價結果

3.2 “三生空間”格局優化

按照空間適宜性、功能主導性重要性及生態敏感性原則，根據MCR模型模擬結果，結合村土地利用現狀及村莊發展定位，對迭力素“三生空間”格局進行優化，優化結果見圖4，“三生空間”土地利用現狀詳見表3。

表3 迭力素村“三生空間”土地利用現狀面積及占比

圖4 迭力素村“三生空間”格局優化結果

將生態保護區確定為生態空間，由于生態保護區中對生態涵養作用較強的林地分布范圍廣、數量大，約占57.51%，為迭力素村生態最適宜區，因此，生態保護區直接確定為生態空間。

將生態優化區、限制開發區及禁止開發區確定為生產空間。生態優化區是功能交叉區域，生態優化區中林地與耕地數量上占比相近，兼具生態與生產雙重功能，同時，迭力素村主要是以農業生產和農業經濟為主，因此，生態優化區宜劃入生產空間；禁止開發區中耕地數量優勢明顯占56.89%，且擁有耕地數量為各適宜性分區中數量最多，生產功能表現突出，定為生產空間較為合理；限制開發區中雖有農村居民點分布其中，但耕地數量比重大為70.90%，建設活動開展受限，生產功能為其主導，因此宜劃入生產空間。

將適宜開發區確定為生活空間。適宜開發區中農村居民點集中分布，各配套設施建設稍良好，是村民生活主要集聚地。且建設用地面積大，建設適宜性強，因此，宜劃入生活空間。

3.3 “三生空間”優化路徑

迭力素村是典型的傳統農業型村莊，遠離中心城區，村莊轉型動力不足，發展缺少契機，結合迭力素村自然、社會、經濟、區位等條件，將“以現代化農業為主，打造集生產生活生態于一體的田園村莊”為其村莊發展定位，空間布局趨于“生態空間功能化，生產空間規模化，生活空間品質化”，實現“生產高效、生活舒適、生態宜居”的目標，推動鄉村振興目標的實現。

3.3.1 生態空間重功能 迭力素村生態適宜區以“散、小”為特征，為有效保護現有生態空間應重視生態用地的保護。依照生態保護區土地利用現狀特征分析，林地空間布局上或與耕地相毗鄰，或散亂分布于耕地中，易受到外界因素的影響。因此，為防止現有林地規模的不減少，應強化村委會監管職能，保障現有生態性用地規模的不下降，并積極開展宣傳教育活動，強化村民對生態重要性的理解，為生態空間的保護奠定基礎。

以村域為研究對象時，各空間功能交叉性及多樣性更加凸顯。適當擴張村域生態用地規模，提高生態功能空間占比，一定程度上有助于村域生態環境的改善。具體做法為：生態優化區中可加強集中成片林的保護；禁止開發區及限制開發區中可增設農田防護林，穩固農田生態系統；適宜開發區中可于房前屋后布設綠植，于道路兩側增設林帶，改善村民生活環境。

3.3.2 生產空間重規模 經實地調查結果顯示，迭力素村人口結構中老齡人口(男性>60歲，女性>55歲)占比高達34.98%，而主要勞動力(18～60歲男性)占比僅為31.88%，表明該村人口老齡化現象嚴重且勞動力不足，對農業發展造成限制，耕地未能得到充分利用。因此，生產空間的優化應以整理為主，開展“一個統一、兩個差別”的優化路徑。

“一個統一”指目標統一，即耕地質量及產能的提升，可依托于政府扶持，開展土地綜合整治工程，打破田塊空間限制，增加有效耕地面積；布設完善的渠道設施，為灌溉提供便利；修建網格化的田間道路，為機械化作業開展提供條件，整體推動向農業現代化村莊轉型。“兩個差異”指生態優化區內著重注意現有生態用地規模的不減少，避免以生態用地反補耕地現象的發生；禁止開發區與限制開發區中應以增加耕地產能作為主要目標，以盡量不占或少占生態性用地為管控標準，最大限度的提升耕地利用效率。

3.3.3 生活空間重品質 根據迭力素村空間適宜性分區結果，迭力素和曹老八窯分布于適宜開發區，建設適宜性較好，而塔克位于限制開發區，建設適宜性稍差。因此，迭力素村生活空間優化方向以“歸并和挖潛”為主。首先，為提升塔克村民生活質量，應開展整村搬遷工程，將塔克村、迭力素和曹老八窯進行整合，一方面，較大規模的農村居民點有利于各項資源的集中，更適宜于完善的公共服務設施的建設，有利用提升村民生活便利程度。另一方面，單個居民能夠避免各項配套基礎設施的重復建設，加強資源的高效利用。其次，歸并后的農村居民點應以人居環境整治為主，優化宅基地空間布局，合理新修村內道路、擴充綠化用地占比；充分利用地上地下空間，地上加強輸電工程建設，地下完善給排水工程建設；充分參考村民意見，加強公共服務設施建設，完善村內各項配套設施。

4 結 論

(1) MCR模型模擬結果顯示，迭力素行政村空間適宜性呈明顯的圈層分布，中心圈建設適宜性最佳，生態適宜性自內向外逐步增強，外層生態適宜性為村域內最佳，空間整體適宜狀況符合迭力素村實際情況。

(2) 空間適宜性分區結果顯示，迭力素村生態保護區生態狀況最佳但規模最小且分布零散；生態優化區與禁止開發區生態適宜性稍好、分布廣泛且集中連片；限制開發區介于生態與建設適宜性臨界點兩側，整體生態阻力稍高于建設阻力；適宜開發區位于村域中心，建設適宜性強，是村民居住集聚區。

(3) 根據適宜性分區結果及其土地利用現狀情況分析，生態保護區中林地為主，生態功能顯著，宜劃歸為生態空間。生態優化區、禁止開發區及限制開發區分布范圍大且耕地數量突出、生產功能明顯，宜劃歸為生產空間。適宜開發區內含村委會所在地，各公共服務設施集中且和托路在其西側貫穿、對外溝通便利，宜劃歸為生活空間。

(4) 統籌村域內外環境條件，分析現有“三生空間”特征，提出生態空間功能化，強調現有生態用地保護的同時適當提升生態用地整體比重；生產空間規模化，以整理為主線，改良生產環境，推進農業現代化進程；生活空間品質化，強化村莊綜合整治，改善村民人居環境，提升村民生活幸福感。