长沙市乡村聚落的形态特征及地域类型划分

2016-01-08朱苏晖谭雪兰朱红梅

湖北农业科学 2015年23期

朱苏晖谭雪兰朱红梅

摘要：通过对2013年长沙市的遥感影像数据进行探索性空间分析和空间韵律测算，分析了长沙市乡村聚落的空间分布、规模分异和形态格局特征，并划分了长沙市124个乡镇形态的地域类型。然后通过构建乡村聚落的形态指标体系，选取6种指标，采用SPSS.17软件的快速聚类的方法，将长沙市各乡镇分为7个地域类型。结果显示，在空间分布上，长沙市乡村聚落集聚密度值由中西部地区向东呈递减式分布。在规模分异上，长沙市乡村聚落呈数量多规模小且差距不大的特征;规模的分布上具有高值集聚随机分布特征，并且主要分布在浏阳市西部地区和宁乡县少数地区。在形态格局上，通过对长沙市东西南北中5条样带的指标测算，发现长沙中部地区的聚落复杂程度高于长沙西部和东部，长沙北部总体低于长沙南部，长沙东部和北部的乡村聚落连接稳定性优于其他地区，长沙东部和南部的乡村聚落的差异性同与其相比较的样带聚落而言都要大，长沙中部和北部的乡村聚落分散指数值较高。

关键词：乡村聚落;形态特征;地域类型;长沙市

中图分类号：P208;K901.8 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）23-6085-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.073

Morphological Characteristics and Regional Types of Rural Settlements in Changsha

ZHU Su-hui，TAN Xue-lan，ZHU Hong-mei

（College of Resources and Environment， Hunan Agruiculture University， Changsha 410128， China）

Abstract： Based on exploratory spatial analysis and spatial rhythm calculation of Remote Sensing Image Data of Changsha in 2013， the morphological characteristics of rural settlements in changsha was analyzed， and the changsha regional types in the form of 124 villages and towns were divided. Finally the city was divided into 7 regional types by constructing the index system of rural settlements， selecting 6 kinds of indexes， and using the method of fast clustering in spss.17. According to the study， it can be found that： in the spatial distribution of rural settlements in Changsha， its rural settlement cluster density decreasing distributed from the central and western regions to the East .In terms of scale， the characteristics of rural settlements in changsha are： large quantity， small scale and little difference. The rural settlement had a high value on the distribution of concentration of random distribution characteristics， and was mainly distributed in the west area of Liuyang and minority areas of Ningxiang county. In the pattern， through the calculation of the index of five transects of Changsha city， it is found the settlement situation in the central area of Changsha was more complex than the western and eastern， and the northern was less complex than the southern; the connection stability of rural settlement in the eastern and northern was better than other areas; the differences of rural settlement in the eastern and southern were larger than other transects; the fragmentation degree of rural settlements in the central and north Changsha was high.

Key words： rural settlement; morphological character; regional types; Changsha city

聚落就是人类为了获取物资生活资料，各单个个体相互聚集成一个具有一定内部关系的群体。乡村聚落亦被称为农村居民点，是一定规模与从事农业生产密切相关的人群，在一定区域范围内集中居住的现象与形态。农村聚居模式是指一定范围内乡村居民与赖以生存的自然、经济因素以及社会文化环境相互作用的结果[1]。第六次人口普查的结果显示，中国仍然有近7.3亿乡村人口居住在农村，占全国总人口的54.82%[2]。不同的生存环境、生产技术和独一无二的地域文化，导致了各乡村聚落不同模式之间的差异，且差异影响着各聚落的分布。因此，有必要根据乡村聚落的区位、规模和形态进行地域类型的划分，了解不同地域类型的乡村聚落分布情况，对之后农村区域的综合发展具有重要的指导作用。

国外以聚落地理学研究为基础，早期研究主要集中在乡村聚落形成、空间分布和发展等方面。20世纪80年代以来，研究的方向主要以聚落的不同类型形成、乡村聚落斑块类型与可视化、规划布局以及社会因素对乡村用地变化影响和城郊乡村的变迁等方面为主[3-7]。研究方法逐步变为定性与定量相结合运用。

国内对于乡村聚落的研究晚于国外。1960年以后对农用地地域类型进行了较为深入的研究，如各系统结构和集约化程度对地区的影响;运用主成分分析和聚落形成驱动因子划分河流流域类型;根据地域类型、岩溶岩划分地域等[8-10]。20世纪90年代以来，随着国家改革和经济的持续增长，探究的焦点转变成对乡村聚落的空废化、农村居民点的空间分布及可持续发展和聚落的布局优化等方面的探讨[11-14]。相对于城市建设规模的研究，中国乡村聚落的空间格局、形态规模及地域类型的研究方法还相对滞后，近年来在研究乡村聚落规模空间方面对遥感技术的引用逐渐成为新的热点，但是研究区域大多为西北部欠发达地区和沿海平原地区，而且缺乏对地域空间运用大尺度研究[15-20]。

长沙市作为一个典型山地-丘陵地区的城市，地貌类型繁多，土地资源有限且乡村聚落用地数量多、规模大，整个区域的类型呈现多样化。特别是2005年以来长株潭一体化区域规划建设的提出促使区域地区农村经济社会的转型，导致了乡村聚落空间变化的加快以及各类型之间差别的扩大。因此，研究该区域乡村聚落的形态特征从而划分不同的地域类型，对乡村聚落的经济发展和社会转型以及土地资源合理利用有着一定的现实意义，可以为长株潭一体化后的长沙市新农村建设提供研究指导与调控依据。

1 研究区概况

长沙市位于湖南省东北部，全市东西长约230 km，南北宽约88 km。地形地貌复杂多样，山地地形分布在北部、南部和西部，而东南部以丘陵为主，东北部则以岗地为主。地处湘中丘陵与洞庭湖冲积平原过渡地带和湘江下游地区，东经111°53′-114°5′，北纬27°51′-28°40′，下辖有6区2县1市（芙蓉区，天心区，开福区，岳麓区，雨花区、望城区及长沙县、宁乡县和浏阳市）[21]。属于亚热带季风湿润气候，气候温和，季节变化明显。年均气温17.2 ℃，年均无霜期275 d，年积温5 457 ℃，年均日照数1 677 d，年降水量1 390 mm。水资源充足，年均地表径流量达808亿m3[22]。截至2013年，长沙市土地总面积为11 815.96 km2，其中农村居民用地面积为982.02 km2，占土地总面积的8.31%;长沙市总人口714.66万人，其中农村人口218.82万人（图1）。

2 研究方法

2.1 数据来源

选取2013年Landsat TM卫星遥感影像以及2009年长沙市1∶50 000地形图为基础，运用Erdas 9.1软件对遥感影像图像先进行坐标配准、几何校正等。参考2009年长沙地区第二次土地大调查后各乡村聚落用地数据结果，根据实地调查对乡村聚落进行解译、矢量化处理，其中最小乡村聚落上图图斑为600 m2。制作2013年长沙市乡村聚落用地矢量分布图，利用ArcGIS对各乡村聚落矢量数据进行栅格化处理，作为本次研究的基本数据。

2.2 研究方法

2.2.1 探索性空间数据分析方法利用ArcGIS空间分析方法中的核密度估计方法和平均最邻近指数分析乡村聚落的分布格局特征。

核密度估计方法属于一种非参数的估计方式，是通过数学计算某一区域要素点到参考位置的距离，在观测点上均匀化，为求出一条光滑的估计曲线。计算公式为：f（x）=■·■K·■。其中，f（x）为位于x位置的密度值;n为观测值;h为光滑参数值;K为kernel函数，x-xi为x位置距第i个观测位置的距离。平均最近相邻指数主要通过计算聚落斑块中点与最邻近点对应的平均距离，并将随机分布模式作为比较标准来判别乡村聚落分布模式是随机、均匀还是集聚分布[23]。即D=■=■。其中，dmin是各聚落点与其最相邻点之间距离的平均值;E（dmin）是聚落点最邻近距离平均值的期望值，即乡村聚落的边缘总长度（用栅格表面数目表示），包括所有乡村聚落边界线和背景边缘。

2.2.2 Geti-Ord G和Getis-Ord Gi* 运用Geti-Ord G来测度全局空间自相关性和Getis-Ord Gi*测度局域的空间自相关性方法分析空间规模分异和簇聚特征。

全局Geti-Ord G是用来检测变量数据在空间分布上是高值簇聚还是低值簇聚。其公式为：G（d）=■（i≠j）。式中，d为距离，Wij（d）是Xi与Xj点之间的距离权重。Xi和Xj分别代表空间要素在空间单元位置i和位置j的检查值;运用Z（G）=[G-E（G）]/■所得值可判断G（d）在空间上是否存在正/负相关性。当G（d）为正则代表存在高值聚集，G（d）为负则表示存在低值聚集，但G（d）并不能判定空间模式的相似性或异质性。

局部Getis-Ord Gi*（“热点”探测）是用来识别部分区域位置上是否存在着数据变量之间的空间异质性，为区划提供依据。用ArcGIS中的热点分析的方法来揭示高值区和低值区。其数学公式为：G*i（d）=■Wij（d）Xj/■Xj。对G*i（d）进行标准化处理[同上式中Z（G）]，其中，E（G）是Getis-Ord Gi*的数学期望，VAR（G）是Getis-Ord Gi*的数学方差。如果Z（G）为正且突出，表明i值的测度值属于高值集聚热点区;相反，若Z（G）为负且明显则表明i值的测度值属于低值集聚冷点区。

2.2.3 空间韵律指数模型运用空间韵律指数模型分析景观空间格局特征。为分析整个长沙市乡村聚落的形态分布差异，按东南西北中5个方位设立样带，分别为长西、长中、长东（南北走向）和长南、长北（东西走向）。每条样带由6 km×6 km的样方组成，东西样带由15个样方组成，南北样带由35个样方组成。通过Fragstats软件引入景观形状指数、蔓延度、斑块面积标准差和分散指数等指标进行计算（图2）。

3 结果分析

3.1 乡村聚落空间分布

运用ArcGIS空间分析模型中平均最近的相邻要素分析模式测度可知，长沙市乡村聚落斑块分布的最邻近指数的最邻近比率为0.87，矫正值Z得分为-113.72，似然值小于1%，由以上数据可知长沙市乡村聚落格局可能是随机产生的结果，且属于集聚分布模式。

通过对乡村聚落几何中心的提取，并采用ArcGIS中核密度估计分析方法，制作出长沙市乡村聚落的密度分布图（图3），并由密度图发现以下特征：①长沙市乡村聚落的总体平均密度为21.14个/km2，分布总体格局呈现中-西部密集，东部稀疏。且研究区乡村聚落的整体分布状况与其复杂的地形地貌类型有着较高的相关性;②长沙市中部地区沿湘江两岸属于高密度聚集区，且密度值高于39.77个/km2，并向东、西两端呈阶梯式稀疏分布;③在望城区西南低山丘陵区和西北滨湖冲积平原地区以东的东城镇苏蓼垸地区、开福区北部的平原湖地——苏托垸地区、宁乡县中部的高岗地区形成了高密度聚集区，平均密度在30.00-55.00个/km2;④长沙市东部地区以浏阳市为主的山地、丘陵地区的乡村聚落点分布相对稀疏，分布密度小于19.65个/km2。

3.2 乡村聚落的规模分异

通过统计各聚落的景观面积，并以此为分析变量，运用频率分布图、高低聚类检验和“热点”分析的方法得出长沙市乡村聚落的数量统计和空间分布特征（图4）。

1）由图4可知，图中用地规模数据位于均值右边的比左边的少，变量值大的数量较少，因此长沙市乡村聚落规模数量分布呈正偏态分布，缺乏对称性;用地规模的面积以低值居多，其中以面积为900 m2的乡村聚落数量最多，而面积为高值的聚落数量较少。说明长沙市乡村聚落的面积规模普遍偏小且规模差距不大。

2）高低聚类检验的结果显示，高值集聚特征是长沙市乡村聚落规模空间分布的特点。观测值G（d）大于期望值E（d），且假设Z（d）为145.733，似然值小于1%，此高聚类格局可能是随机产生的结果。检验结果表明，长沙市乡村聚落的规模分布具有显著的高值集聚特征，即长沙市乡村聚落规模分布具有多个高值集聚区（表1）。

3）通过空间“热点”分析（图5）可以发现：①长沙市浏阳市西部地区和宁乡县西北部以及东北部地区形成乡村聚落规模较大且集中分布的“热点区”;而望城区东部地区、长沙县大部分地区和宁乡县中部地区乡村规模较小，形成了农村聚落聚集的“冷点区”。乡村聚落的规模分异呈现出高低相互间隔结构。②在宁乡县东南部和望城区西部地区、长沙县中部地区，以及浏阳市东部地区为聚落规模次高值分布区域;而次低值地区主要集中分布在浏阳市中部地区。③根据乡村聚落“热点”分析图与密度分布图相比较可以发现，两个分析图有着负相关的特征，即高密度分布的乡村聚落地区呈现小规模集中模式，而低密度分布地区呈现大规模集中模式，形成了两种模式并存的空间特征。

3.3 乡村聚落形态格局特征

选取景观形状指数、蔓延度、斑块面积标准差、分散指数等相关指标，并运用Fragstats景观分析软件对长沙市东、南、西、北、中5个地区的5条样带（3竖2横）进行乡村聚落格局的定量分析。

3.3.1 景观形状指数（LSI）景观形状指数是结合景观面积对景观总边缘长度或边缘密度的标准化度量，反映景观形状的不规则程度（图6）。从样带趋势线图看，长中地区的数值最高且变动幅度大，长西地区数值最平缓，长东地区的数值相较于其余两线最低，这说明长中地区的乡村聚落形状不规则性指数呈“两边高，中间低”态势;而长西地区的乡村聚落形状不规则演化最平稳;长东地区的乡村聚落形状是3个地区中相对最规则的。长中地区在望城区南部的含浦镇和长沙县北部的安沙镇出现了两个形状指数的峰值，说明这两个乡镇聚落的形状的不规则性较高;长东地区在浏阳市大围山镇和达浒乡的形状指数数值最低，表明该区域聚落形状最为规则。通过比较长北和长南两条样带的形状指数，能够观察出长北地区的聚落形状值的变化起伏远高于长南地区，并且在浏阳市地区的南北样带反映的聚落形状指数差别大，浏阳市北部乡村聚落形状较为规则，南部乡村聚落形状的不规则性指数较高。

3.3.2 蔓延度（COHTAGION）蔓延度是指斑块类型在空间分布上的集聚趋势，即斑块聚集成大面积且具有连续性的整体，反映的是聚落斑块的聚合性（图7）。从样带曲线上看，长西地区和长中地区的蔓延度较长东地区更为稳定，蔓延度值稳定在53～64;而长东地区的蔓延度数值变化幅度较大，其中浏阳市北部的官渡镇和南部的荷花办事处乡村聚落连接性较高，但在澄潭江镇北部地区则又相对分散;南北两横样带区域的乡村聚落的蔓延度值相似，其中长北样带望城区茶亭镇北部及新康乡与长南样带浏阳市普迹镇和枨冲镇的连续性较为突出，而长南样带地区的整体连续性略低于长北样带地区。

3.3.3 斑块面积标准差（PSSD）斑块面积标准差是单个斑块的度量值与斑块面积均值之差的平方和除以景观中斑块的总数量再开方，反映聚落间规模的差异大小，斑块度量值与其均值差异值越大，指数值也就越高（图8）。从样带走势图上看，长西和长中两条样带规模差异变化稳定;而长东样带的指数值变化幅度大，长东样带呈现“双峰”状，在浏阳市的南部和北部（官渡镇、淮川乡）规模差异变化大，中间规模指数值稳定且变化小;长中样带规模指数值从南向北缓慢增加，规模差异最大的区域出现在中部地区（开福区），随后又向北逐渐减小，并有小幅波动。以上现象表明，长东样带的乡村聚落规模差异变化浮动大;长中样带比长西样带的规模分异变化值略高;长南样带的指数值变化呈单峰形态，其浏阳市西南地区的普迹镇乡村聚落的斑块面积标准差数值最大;而长北样带的指数值变化从望城区茶（亭镇）新（康乡）地区的最高值向东不断降低，多数聚落地区差异相对偏低。

3.3.4 分散指数（SPLIT）分散指数是整个景观面积的平方（包括内部存在的背景）除以景观中各类斑块面积的平方和，随着景观进一步分化为多个较小斑块，该指标值同时逐渐增大，即反映乡村聚落破碎化程度（图9）。从样带曲线上看，长中样带的破碎度值大致呈凹形，长沙县的安青地区（安沙镇、青山铺镇）与望城区的含浦镇破碎度值最高;长西样带呈现出聚落由南向北破碎化程度逐步升高的特征;而长东样带的破碎度值则是由南向北递减至最低值（官渡镇）之后再向北升高，浏阳市的枨冲镇和荷花办事处地区乡村聚落规模较小，破碎度值较高。长南与长北样带的分散指数均有幅度较大的变化，长南样带有多个高峰值其中最高的两个分别在宁乡县的东花地区（东湖塘镇和花明楼镇），以及长沙县的暮云镇。长北样带的单峰值在长沙县北部地区的北山镇和安沙镇地区。

3.4 乡村聚落形态的地域类型

长沙市处于地形过渡地带，区域内地貌类型多样，从而导致区域类乡村聚落的形态上存在一定的差异性。本研究以长沙市124个乡镇为基本单元，导入斑块密度、景观形状指数、分维数、平均斑块面积、蔓延度和分散指数6个景观格局指标度量。由于各个指标之间具有一定的联系性，引入SPSS.17中的因子分析法来化简指标，其中KMO检验值为0.610（大于0.5），巴特利特球形检验为0.000（小于显著概率0.05），允许进行因子分析。以上述6个景观格局指标为变量，以乡镇为划分单元，利用SPSS.17软件的快速聚类方法，经过局部修正后，将长沙市乡村聚落划分为7种类型，并将结果可视化（图10）。

结果表明，7种乡村聚落地域类型分别为：①低密度散点型。主要分布区在浏阳市东北部和宁乡县西部的山地地区。该区域因地势较高，地形复杂，所以乡村分布零散，常出现独门独户现象，用地规模小，密度低，破碎化程度较高。②低密度团簇型。主要分布在长沙市中心五辖区等地。该区域处于湘、浏阳河二水交汇，地势较平坦，作为长沙市行政和经济中心，耕地相对较少，而乡村大多又建在耕地周围，从而该区域形成小规模的团簇状，分布密度也较低。③中密度条带型。主要分布在宁乡县和浏阳市两县市的中部地区。该区域主要以沿河平原（沩水、浏阳河）为主，聚落靠近沿河流和周边道路的耕地分布，其形状是较为规则的长条带状，聚落分布密度较高。④中密度宽带型。主要分布在浏阳市西南部和望城区西部地区。该区域以低丘陵为主。耕地资源相对丰富，耕作半径大，聚落占地面积较大且分布集中，形状复杂，主要呈宽带状。⑤中高密度小方块型。主要分布在宁乡县东部和长沙县地区。该区域地形低平开阔，聚落多集中分布在田耕附近，村落布局分散，形状简单，但是聚落密度和破碎程度较高。⑥中高密度弧带型。主要分布在宁乡中西部和岳麓区以西的湘江河道弯曲处。该区域地势较平坦，村落分布密度较高，多数聚落沿河堤而建呈弧带状。⑦高密度团簇型。主要分布在开福区北部、望城区东部和长沙县西北部。该区域地处西北滨湖冲积平原和平原湖地。村落聚集分布在公路和河流两侧，用地面积大且呈团块状，聚落分布密集，破碎化程度高。

4 结论

1）从乡村空间分布上看，长沙市乡村聚落的集聚分布格局在空间上有一定的差异性，表现在长沙市乡村聚落集聚密度值由中西部高值地区向东部递减式分布。

2）从乡村规模的数量分异上来看，长沙市乡村聚落的规模数量呈正偏态分布特征。这说明长沙市乡村聚落的面积规模普遍偏小且规模差距不大。从规模的空间分异上看，研究区乡村聚落规模具有明显的空间分异性，高值集聚特征是长沙市乡村聚落规模空间分布的特点，高值聚集区（热点区）主要集中于浏阳市西部地区和宁乡县部分地区。低值聚集区（冷点区）主要分布在长沙县和望城区。

3）从形态格局上看，根据5条样带的指标测算，发现长沙中部地区的聚落复杂程度高于长沙西部和长沙东部，长沙北部总体低于长沙南部;长沙东部和长沙北部的乡村聚落连接稳定性优于其他地区;长沙东部和长沙南部的乡村聚落的差异性同与其相比较的样带聚落而言都要大;长沙中部和北部的乡村聚落分散指数值较高。

4）通过对长沙市124个乡镇引入6种景观格局形态指标度量，采用SPSS.17中快速聚类的方法，将长沙市各乡镇分为7个地域类型：低密度散点型、低密度团簇型、中密度条带型、中密度宽带型、中高密度小方块型、中高密度弧带型和高密度团簇型。

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