山丘生态保护区乡村聚落空间分异及格局优化

孟令冉，吴 军，董霁红

（1. 中国矿业大学环境与测绘学院，徐州 221116；2. 曲阜师范大学地理与旅游学院，日照 276826；3. 江苏省资源环境信息工程重点实验室，徐州 221116）

山丘生态保护区乡村聚落空间分异及格局优化

孟令冉1,2，吴 军2，董霁红1,3※

（1. 中国矿业大学环境与测绘学院，徐州 221116；2. 曲阜师范大学地理与旅游学院，日照 276826；3. 江苏省资源环境信息工程重点实验室，徐州 221116）

合理优化乡村聚落空间格局对区域生态环境保护具有重要意义。该文以山丘生态保护区山东省泗水县为例，运用最近邻点统计、空间关联测度模型、空间韵律测度等方法分析泗水县乡村聚落空间分异特征，并从生态保护与建设的视角，运用最小累积阻力模型从森林、水体2个方面构建生态保护格局，探讨泗水县乡村聚落格局优化方向。结果表明：泗水县乡村聚落空间集聚态势显著，平均密度在1.6～4个/km2范围内，呈现出的“南北密，中间疏”的空间分异特征；聚落规模以小型聚落居多，斑块数量占总数的45.43%，存在低值集聚的冷点区，表现为“中部大，南北小”的分布态势；乡村聚落斑块形状较为复杂，连续性差，破碎化明显；聚落主要分布在高程73～250 m、坡度0～5°以及距河流600 m范围内。通过构建生态保护格局并根据乡村聚落对森林、水体的影响将其划分为重点整治型、限制扩张型、适度建设型和优先发展型4种格局优化类型，该研究结果可为生态保护与建设背景下区域乡村聚落的规划发展提供依据。

土地利用；乡村；优化；山丘生态保护区；乡村聚落；空间分异；格局优化；泗水县

孟令冉，吴 军，董霁红. 山丘生态保护区乡村聚落空间分异及格局优化[J]. 农业工程学报，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

乡村聚落是指具有一定规模并与从事农业生产密切相关的人群，在一定地域范围内集中居住的现象、过程与形态，是乡村地理学研究的重要领域[1]。受自然社会条件的影响，乡村聚落在空间规模、结构与形状等方面分异明显，研究乡村聚落分异特征可以揭示乡村聚落在不同阶段的人地关系和发展规律，对于指导乡村聚落格局优化具有十分重要的意义。同时，乡村聚落扩张及人口增长导致的生态环境问题愈加凸显，如何在把握乡村聚落客观发展规律的条件下，合理优化乡村聚落布局，保护生态环境功能不受破坏是乡村聚落发展研究的关键问题。十八大以来，全国积极倡导绿色发展理念，加快推进生态文明建设，新型社区、美丽乡村建设等为乡村聚落发展指引了方向，使得乡村聚落发展过程中生态环境的保护更为重要。

国外学者对乡村聚落的研究始于19世纪，以乡村聚落的形成、发展研究为基础[2]，结合社会学和景观生态学等观点[3-4]，研究多集中在乡村聚落空间格局特征[5-6]、乡村聚落转型重构[7-8]、乡村聚落与人口和经济的关系等[9]多学科、多元化方面。受“城市中心偏向”的影响，国内学者对乡村聚落方面的研究起步较晚，早期研究多集中在乡村聚落地理、聚落区划等方面[10]。近年来，在社会主义新农村和城乡一体化建设指引下，乡村聚落研究更加丰富，在乡村聚落空间格局[11-12]、乡村聚落空心化[13-14]、乡村聚落演化和布局优化[15-17]、乡村聚落转型与重构[18-19]以及乡村聚落的保护与规划[20-21]等方面取得了较好的成果，研究对象涵盖了山地、丘陵、平原等典型地貌类型区。在乡村聚落格局优化方面，学者多采用引力模型、生态位理论和模糊评价模型[22-24]等方法从人口、自然社会等因素方面对乡村聚落布局适宜性及优化模式进行探讨，而从生态保护与建设的视角对山丘生态保护区乡村聚落的研究很少。

2015年济宁市被列为全国生态保护与建设示范区，提出了“两区两带”生态保护与建设格局，本文所研究的泗水县是济宁市最重要的生态保护与建设区之一，其中一区一带即为泗水县“山丘生态保护区”和“泗河生态保护带”。受泗水县低山丘陵过渡性地貌的影响，乡村聚落呈现出较好的过渡性特征，其布局与发展是影响泗水县生态保护与建设的主要因素。由此，本文运用最近邻点统计、空间关联测度模型、空间韵律测度等方法分析了泗水县乡村聚落空间分异特征，并从生态保护与建设的视角，运用最小累积阻力模型从森林、水体 2个方面构建生态保护格局，探讨乡村聚落格局优化方向，以期为泗水县乡村聚落格局优化提供参考，同时也为生态保护与建设背景下乡村聚落的规划发展提供依据。

1 研究区与数据来源

1.1 研究区概况

泗水县位于山东省中南部，隶属济宁市，介于北纬35°28¢～35°48¢，东经 117°05¢～117°35¢之间，辖区总面积1 118.96 km2（图1）。泗水县是中国重要的生态功能区，地貌类型丰富，南北为山地丘陵区，占总面积的67.6%，群山环绕，森林密布，共有大小山头 561座，林地面积占全县总面积的 13.61%，2015年泗水县森林覆盖率达47.8%，居全市首位；中部为河谷平原区，占总面积的32.4%，土壤肥沃，宜耕性强，共计河流 33条，境内总长为 412.4 km，主要以泗河为主。此外，泗水县境内水库、山泉众多，多分布在东部和南部地区，因名泉较多，素有“中国泉乡”之称，气候为暖温带季风气候，年降水量755 mm。社会经济方面，泗水县下辖泗河街道、济河街道、金庄镇等13个乡镇（街道）的591个行政村，常驻人口为54.2万，为重要的农业生产县。2015年全县国内生产总值（GDP）共计157.21亿元，人均生产总值（GDP）为288 19元，农村居民人均可支配收入为9 495元，在济宁市13个县市区中均处于较低水平，经济和乡村聚落发展较为落后。

图1 泗水县区位图Fig.1 Location of Sishui county

1.2 数据来源与处理

本文研究数据包括空间数据和社会经济数据。空间数据及处理：1）2012年泗水县1:10 000土地利用变更调查数据：通过人机交互解译获取并借助ArcGIS 9.3检查修正，根据需要采用土地利用二级分类标准将土地利用变更调查数据划分为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地及其他用地7大类，通过SQL查询按地类代码提取泗水县乡村聚落用地、道路、河流等土地利用数据，乡村聚落即土地利用现状数据中的村庄（203）。根据点模式分析方法，利用Future to Point模块提取乡村聚落质心将其转化为点状，河流、道路转为线性，计算乡村聚落到河流、道路的最短距离，以300 m为适宜缓冲距离做等间隔5级缓冲区分析。2）30 m分辨率高程、坡度数据通过DEM数据提取（来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站：http://datamirror.csdb.cn数据时期：2012年），结合泗水县实际及高程与坡度变化特点分别将高程分为73～100，>100～150，>150～200，>200～250，>250～300，>300～569 m六个等级范围，坡度分为20°，>20°～38.3° 六个等级范围。社会经济数据主要来源于济宁市统计年鉴（2004-2014）、泗水县统计年鉴（2004-2014）、泗水县国民经济和社会发展统计公报（2015）等相关文献。

2 研究方法

基于土地利用现状数据，运用最近邻点统计、核密度估算模型、空间关联测度模型、空间韵律测度等方法分析泗水县乡村聚落空间分异特征，并运用最小累积阻力模型从泗水县生态保护与建设的视角，从森林、水体2个方面构建生态保护格局，探讨泗水县乡村聚落格局优化方向，具体如下。

2.1 最近邻点统计量

最近邻点统计量即R统计量，其核心思想是将点分布中最近邻点平均距离的观测值与假设随机分布最近邻点平均距离的期望值进行比较，来判断点空间分布的集聚或分散特征[25]，计算公式如下：

式中robs为最近邻点平均距离的观测值；rexp为假设乡村聚落随机分布期望值；di为i乡村聚落的最近邻点距离，m；n为乡村聚落点总数；A为乡村聚落总面积，m2。虽然R统计量可以判断乡村聚落空间集聚或分散特征，但仍然无法衡量乡村聚落空间分布的集聚或分散程度，一种衡量方法是将观测值与期望值的差值与最近邻点平均距离的标准误差SEr进行比较，计算标准化Z值来衡量，其计算公式如下：

式中标准化Z值及其在假设随机模式下产生的概率α符合正态分布，当正态分布两端Z值得分越大或越小（负数）时，α值越小，表示标准化Z值为统计意义上的显著集聚或离散模式。取置信度为95%时，其标准化Z值的临界值为1.96和-1.96，当Z>1.96或Z<-1.96时，认为在α=0.05的显著水平下，所计算出的最近邻点平均距离的观测值与假设随机分布最近邻点平均距离的期望值之间的差值具有统计显著性，反之，说明它们之间不存在显著差异[25]。

2.2 空间关联测度模型

1）空间聚类检验（Getis-Ord General G）

用来检测乡村聚落空间规模集聚性质，即是存在高值的集聚特征还是存在低值的集聚特征。计算公式如下：

式中，d为各乡村聚落中心点之间的距离，m；Wij(d)为以距离规则定义的空间权重；xi和xj分别是i和j区域的观测值；可对G(d)进行标准化其中，E(G)和var(G)分别为G(d)的期望值和方差，根据Z(G)值可判断G(d)是否满足某一指定的显著性水平以及是存在正的还是负的空间相关性。当G(d)为正，且Z(G)统计显著时，表示存在高值簇群，当G(d)为负，且Z(G)统计显著时，表示存在低值簇群[26]。

用来检验局部地区是否存在统计显著的高值和低值，并对探测到“热点区”和“冷点区”进行可视化显示。其计算公式为：

2.3 空间韵律测度（spatial metrics）

空间韵律指数可以量化并高度浓缩乡村聚落的景观格局信息，展现其结构组成、形态变化及空间配置等特征[27]。本文引入景观生态学方法，选取斑块数量（number of patches，NP）、斑块面积（class area，CA）、平均斑块面积（mean patch area，AREA_MN）、最大斑块指数（largest patch index，LPI）、景观形状指数（landscape shape index，LSI）、平均斑块形状指数（mean shape index，SHAPE_MN）、蔓延度指数（contagion index，CONTAGION）和分离度指数（splitting index，SPLIT）利用Fragstats 3.3计算景观格局指数值，研究乡村聚落的空间分异特征。

2.4 最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance）

最小累积阻力模型是指从“源”出发到目的地经过不同类型的景观所克服的最小阻力或者耗费的最小费用，由Knaapen提出[28]经俞孔坚[29]等根据地理信息系统中常用的费用距离修改而来，在土地资源空间格局生态优化[30]、土地空间重构[31]等方面应用广泛，主要考虑源、距离和景观基面特征3个方面的因素，其公式如下：

式中MCR为最小累积阻力值，f是一个未知的正函数，反映空间任一点最小累积阻力与其到所有源的距离和介面特征的正相关关系。Dij是指某一质点从源j到某一景观单元的空间距离；Ri是景观i对该质点运动的阻力，阻力值根据景观i对质点的阻碍程度确定。尽管f函数通常是未知的，但Dij×Ri的最小阻力值可以认为是某一点从源出发克服介面阻力到达空间某一点的代价，所以，阻力面可以用来反映某一质点在空间中运动的潜在可能性及趋势[29]。该模型可通过Arcgis 9.3中的cost-distance模块实现。

3 乡村聚落空间分异特征

3.1 乡村聚落分布集聚，表现为“南北密，中间疏”的分异特征

借助Arcgis 9.3计算2012年泗水县乡村聚落R统计量得出：泗水县乡村聚落分布的R统计量为0.53，标准化Z值为-58.2，远小于-1.96，说明泗水县乡村聚落整体聚集态势较为显著。在空间分布上，借助 Arcgis 9.3中Kernel模块计算并生成泗水县乡村聚落的核密度分布图（图2），分析可得：1）泗水县乡村聚落密度整体表现为“南北密，中间疏”的空间格局特征，空间分异显著。2）乡村聚落平均密度多在1.6～4个/km2范围内，核心区密度高达28.4个/km2，主要分布在地势较好，水土条件优越，宜居性较强的南北丘陵河谷、中部县域城镇中心边缘和东部水库周边区域，包括泗水县北部的中册镇、高峪乡、星村镇、大黄沟乡和泗水县南部的圣水峪乡、泗张镇和泉林镇，次密集核心区主要分布在密集核心区周边及泗水县中部。3）对比分析，受泗水县独特地貌类型的影响，北部和南部低山丘陵区多表现为小斑块乡村聚落团簇和散点的两极化分布。其中海拔最高，地形最为复杂的北部低山区多为散点分布，平均密度多在1.5个/km2以下，丘陵区团簇状集聚分布明显，密度多在 7.4～12.6个/km2之间，中部平原区乡村聚落带状分布明显，平均密度多在1.6～7.3个/km2之间。

图2 2012年泗水县乡村聚落分布核密度估算图Fig.2 Kernel density estimation for rural settlements of Sishui county in 2012

3.2 乡村聚落规模悬殊，以小型聚落居多，存在低值集聚的冷点区

从乡村聚落规模数量特征来看，2012年泗水县乡村聚落斑块数量为1 204个，总面积为9 009.72 hm2，占泗水县全部面积的8.1%，平均斑块面积为7.48 hm2。根据郭晓东等对乡村聚落规模划分标准[32]，以斑块面积为依据划分为独院聚落、小型聚落、中等聚落和大型聚落 4个等级（表1）可得：泗水县乡村聚落以小型聚落居多，斑块数量占总数的 45.43%，斑块面积占聚落总面积的6.28%，平均斑块面积仅为1.03 hm2，独院聚落斑块数量和斑块面积分别占总数的10.05%和0.84%，平均斑块面积为0.62 hm2，破碎化较为严重。从最大斑块指数来看，大型聚落为乡村聚落景观的优势类型，以23.34%的斑块数量占据了 79.85%的聚落面积，平均斑块面积达到25.57 hm2，远高于其他类型的聚落规模，乡村聚落规模分异明显。

表1 泗水县乡村聚落规模分类统计Table.1 Classification statistics of rural settlements in Sishui county

从乡村聚落规模空间分布来看，使用全局空间聚类检验（Getis-Ord General G）以聚落斑块面积为变量测度泗水县乡村聚落规模的空间集聚特征，结果表明：泗水县乡村聚落斑块规模存在显著的低值集聚，即小规模村庄的集群分布。通过空间“热点”探测（hot spot analysis对低值集聚进行测度，乡村聚落规模G(d)值（0.0008）小于E(d)值，Z(d)值为-8.19，远小于-2.58，统计显著，使用自然断点分类法（Jenks）将统计量由大到小分为四类，得到乡村聚落斑块面积的热点分布图（图3）。

图3 泗水县乡村聚落规模分异“热点”分布图Fig.3 Hot spots of rural settlement scale distribution in Sishui county

分析可得：1）泗水县乡村聚落小规模冷点区主要分布在北部和南部的低山丘陵区，中部地区为乡村聚落规模的热点区，且热点区面积明显高于冷点区，乡村聚落规模呈现出“中部大，南北小”的空间分布特征。2）从镇域单元看，泗水县北部中策镇、高峪乡和南部泗张镇海拔较高，河谷发育较好，为乡村聚落小规模集聚分布的冷点区，沿泗河支流的一致性指向非常显著；大规模集聚分布的热点区主要分布在中部河谷平原地区，包括杨柳镇、泗河街道、济河街道、星村镇与大黄沟乡南部、苗馆镇北部和泉林镇中部，沿泗河干流的一致性指向非常显著。3）乡村聚落规模的“次冷点区”主要分布在“冷点区”周边以及柘沟镇、圣水峪乡和泉林镇东南部，“次热点区”主要分布在“热点区”周边以及金庄镇。4）乡村聚落规模分布与泗水县乡村聚落密度分布相比，在空间上表现为明显的局部负相关，即存在低密度大规模与高密度小规模集聚分布特征。

3.3 乡村聚落斑块形状复杂，连续性差，破碎化明显

选取景观形状指数、平均斑块形状指数、蔓延度和分离度指数以镇域为基本单元，从北向南，自西向东研究泗水县乡村聚落形状的梯度特征（图4）。

图4 泗水县乡村聚落形状空间分异Fig.4 Spatial pattern differentiation of rural settlements in Sishui county

分析如下：1）景观形状指数（LSI）反映了乡村聚落斑块形状的不规则或复杂程度。分析指数变化可得，泗水县乡村聚落景观形状指数值总体较高，波动较大，表明泗水县乡村聚落形状较为复杂，稳定性差，且北部和南部低山丘陵区更为复杂，分别在泗中地区的泗河街道和泗南地区的泗张镇出现最小值和最大值，说明泗河街道乡村聚落形状相对较为简单，泗张镇最为复杂。2）平均斑块形状指数（SHAPE_MN）为乡村聚落斑块外部形状的复杂程度，反映外部活动对乡村聚落的影响。分析可得，泗水县乡村聚外部形状落整体复杂程度较高。泗中平原区相对于泗北和泗南低山丘陵区乡村聚落斑块形状较为简单，外部条件对乡村聚落干扰较大，聚落形状变化较为剧烈。3）蔓延度指数（CONTAGION）反映了乡村聚落分布的连续性。从指数值来看，泗中平原地区的蔓延度指数处于85～88的高值范围内，说明泗中平原地区乡村聚落的连续性较好；受山地丘陵等地形条件的限制，泗水北部地区蔓延度值波动较大，南部地区蔓延度值自西向东迅速下降，说明泗水南部和北部山地丘陵区乡村聚落连续性较差。4）分离度指数（SPLIT）反映了乡村聚落的破碎化程度。从指数变化来看，泗水县乡村聚落的破碎化程度较高，各乡镇乡村聚落分离度指数变化很大，大黄沟乡、济河街道的指数值远高于星村镇、高峪乡和金庄镇等。泗南地区分离度指数自西向东不断增加，破碎化程度逐渐增高，与泗水县乡村聚落规模在空间分布上具有较好的局部一致性。

3.4 乡村聚落随高程、坡度分布变化强烈，沿河流分布一致性指向显著

表2 2012年泗水县乡村聚落在不同高程、坡度、河流范围内分布统计Table 2 Summary of rural settlements in different elevation, slope and river buffer zones of Sishui county in 2012

4 乡村聚落生态保护格局优化

4.1 生态保护格局构建

2012年泗水县林地面积占全县总面积的13.61%，仅次于耕地（58.73%），建设用地面积占总面积的12.77%，园地、草地面积均不足总面积的2%，此外，泗水县河泉众多，境内河流总长412.4 km，流域面积1 015.54 km2，森林、水体构成了泗水县重要的“山丘生态保护区”和“泗河生态保护带”，是影响泗水县生态保护与建设的最主要因素。基于此，本文从森林和水体 2方面构建乡村聚落的生态保护格局。参考森林、水体等生态服务价值[33]及乡村聚落布局优化等相关文献，结合泗水县实际情况分别确定森林、水体生态保护源地：1）森林具有重要的空气和气候调节的功能，借助Arcgis 9.3对林地进行分类提取，通过Elimate模块对同地类相邻图斑多次融合剔除零星地块，考虑泗水县 80%以上乡村聚落分布在高程200 m和坡度5°以下区域，故选取高程大于200 m、坡度大于 5°以及面积大于 5 hm2的林地和泗水县国家森林公园作为森林生态保护源；2）水体具有重要的水源涵养功能，选取泗河干支流及较大水库以及重要的泉湖风景区作为水体生态保护源，水库包括龙湾套水库、贺庄水库、华村水库、葫芦套水库等，泉湖风景区包括泉林泉群风景区和雷泽湖。

针对森林、水体不同生态保护目的，选取不同阻力因子建立阻力面。通过对泗水县实地调研，道路、坡度与土地利用类型是影响森林覆盖度的主要因素，乡村建设和人类活动对森林破坏较为严重。泗河流域为重要的文明发源地，乡村聚落分布集中，道路建设严重破坏了水体生态功能的完整性，包括土地利用类型是影响水体生态功能的主要因素。因此，本文选取坡度、道路、土地利用类型作为阻力因子构建泗水县森林、水体生态保护格局。结合泗水县实际情况，不同坡度等级和道路缓冲区的阻力系数依据坡度越大，距道路距离越近，对森林、水体阻断性越强的原则划分为10～60六个等级，森林、水体不同土地利用类型阻力系数分别根据土地利用类型单位面积空气、气候调节和水源涵养功能的生态服务价值及相互转化稳定程度按比例折算确定[33-34],值越大，越容易转化，阻力系数越小，并根据泗水县土地利用类型实际进行修正。计算时，与源相同的土地利用类型阻力系数设为1，不能相互转化且生态服务价值最差的土地利用类型阻力系数设为100，其他土地利用类型阻力系数介于1～100之间。各影响因子权重根据泗水县实际情况通过专家打分法获取（表3）。最后，根据各因子权重进行栅格计算得到森林、水体生态保护格局阻力面。

4.2 乡村聚落格局优化

借助Arcgis 9.3费用距离模型（cost-distance）计算森林、水体生态保护格局的最小累积阻力面。分析各阻力面栅格空间频率分布图可以发现最小累积阻力变化曲线具有明显的斜率突变，表示最小累积阻力在该点前后类型异质性较大[35]，以此作为分区断点的依据将 2种生态保护格局划分为不同生态保护区（图 5a，5b）。基于县域整体生态保护的目的，将森林和水体生态保护格局进行叠加得到泗水县综合生态保护格局（图5c），然后与乡村聚落图层叠加，根据乡村聚落在不同类型生态保护区的分布状况划分为重点整治型、限制扩张型、适度建设型和优先发展型4种格局优化类型（图6），统计各优化类型乡村聚落斑块数量和面积（表4）并探讨乡村聚落格局优化方向。

表3 泗水县森林、水体生态保护格局的影响因素、阻力系数与权重Table.3 Influence factor, resistance coefficient, weights of forest and water ecological protect pattern in Sishui county

图5 泗水县森林、水体及综合生态保护格局Fig.5 Forest, water ecological protect pattern and comprehensive protect pattern in Sishui county

图6 泗水县乡村聚落用地布局优化Fig.6 Layput optimization of rural settlements in Sishui county

表4 泗水县乡村聚落布局优化统计Table.4 Layout optimization statistical results of rural settlements in Sishui county

1）重点整治型

分布在泗水县重点生态保护区范围内的乡村聚落优化方向为重点治理型，该类型乡村聚落面积为2 129.45 hm2，占乡村聚落总面积的23.64%。重点生态保护区是森林、水体的主要源地，乡村建设和人类活动对森林和水体等自然资源破坏严重。从空间分布来看，该类型乡村聚落与乡村聚落密度空间分布具有较好的一致性特征。高密度区主要分布在森林重点生态保护区内，为地势较高、交通不便的山地丘陵区，乡村聚落规模小，形状复杂，破碎度高，主要包括中册镇、高峪乡及泗张镇。低密度区主要分散分布在泗河两侧的水体重点生态保护区内，乡村聚落规模大，连续性较好。基于生态保护的角度，该区不适宜乡村聚落的建设与开发，对乡村聚落建成区应根据聚落实际情况重点治理自然村和空心村，可将泗北泗南低山丘陵区规模小、破碎度高、散点分布的村落向规模较大、地势平坦、对生态环境破坏较小的聚落集聚区迁移合并。

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2）限制扩张型

分布在泗水县次重点生态保护区内的乡村聚落优化方向为限制扩张型，该类型乡村聚落面积为4 017.18 hm2，占乡村聚落总面积的44.59%。次重点生态保护区位于重点生态保护区的外缘，是生物活动和物质能量循环的重要廊道。该类型乡村聚落多分布在泗河流域及水库周边，是泗水县乡村聚落最适宜居住区，乡村聚落密度较高，规模大，形状较规则。乡村聚落扩张和大量的人类活动阻断了生态系统物质和能量流动，对森林、河流及和生物多样性造成了破坏。针对该类型乡村聚落进行优化，应限制区域内乡村聚落的扩张与用地规模，由于乡村聚落密度较高，经济发展水平较好，乡村聚落布局优化应注重立体发展。可通过新型社区和中心村建设释放多余的土地，用于加强区内基础设施建设和生态环境建设，保护周边森林和水体生态功能，提高居民生活水平和宜居程度。

3）适度建设型

分布在泗水县一般生态保护区内的乡村聚落优化方向为适度建设型。该类型乡村聚落面积为1 991.23 hm2，占乡村聚落总面积的22.10%，乡村聚落密集区主要分布在泗水中部的金庄镇、苗馆镇、泉林镇及泗水北部中册镇和南部的圣水峪乡。该类型区乡村聚落分布较为分散，规模分异明显。对于中部密度较高，规模较大，设施条件较好的聚落，可以作为重点整治型乡村聚落的中心村和迁并区，北部和南部规模较小、设施较差的村落可对其进行改造，适当扩展其规模，完善配套基础设施建设。此外，在乡村聚落建设过程中应注重生态环境的保护，合理布局，适度优化。

4）优先发展型

分布在泗水县非生态保护区的乡村聚落优化方向为优先发展型。该类型乡村聚落面积为871.24 hm2，占乡村聚落总面积的9.67%，主要以团簇状集中分布在泗水北部的柘沟镇、中部的金庄镇、苗馆镇和南部的圣水峪乡，在星村镇北部和泉林镇、泗张镇南部有小面积分布。该类型乡村聚落远离森林、水体生态源地，不会对生态环境造成严重的影响，可作为乡村聚落的优先发展区域。针对该类型乡村聚落格局优化，政府可以引导周边规模小、散点分布的乡村聚落向该区域集中迁并，扩大乡村聚落规模，对中部等地势较好、条件便利地区重点开发与建设，对于北部和南部低山丘陵区，可结合具体实际对乡村聚落进行规划整治，将多余土地作为乡镇企业用地，促进泗水县乡镇企业发展，提高区域居民生活水平。

5 结论与讨论

本文以山丘生态保护区山东省泗水县为例，运用最近邻点统计、核密度估算、空间关联测度模型、空间韵律测度等方法研究泗水县乡村聚落的空间分异特征，把握泗水县乡村聚落布局特点和发展规律，并运用最小累积阻力模型从泗水县生态保护与建设的视角，构建森林、水体生态保护格局，探讨泗水县乡村聚落格局优化方向，结论与讨论如下：

1）泗水县乡村聚落空间集聚显著，聚落密度呈现出“南北密，中间疏”的空间分异特征，乡村聚落平均密度为 1.6～4个/km2，北部和南部低山丘陵区乡村聚落多以团簇和散点分布，中部地区主要以带状分布；聚落规模以小型聚落居多，存在低值集聚的冷点区，聚落规模呈现出“中部大，南北小”的空间分异特征；乡村聚落形状复杂，连续性差，破碎度较高，且北部和南部低山丘陵区更为复杂，整体不规则程度自西向东先减弱后增强；乡村聚落随高程、坡度分布变化强烈，沿河流分布一致性指向显著，主要分布在高程73～250 m、坡度0～5°以及距河流600 m范围内。

2）通过构建森林、水体生态保护格局，将泗水县乡村聚落划分为重点整治型、限制扩张型、适度建设型和优先发展型 4类，探讨乡村聚落格局优化方向。重点整治型应尽量避免乡村聚落发展，重点治理自然村和空心村，对生态环境破坏较大的聚落采取迁移合并；限制扩张型应注重立体发展，限制聚落扩张，可进行新型社区和中心村建设，完善区内基础设施；适度建设型可以作为重点整治型乡村聚落的中心村和迁并区，适当扩展聚落规模；优先发展型可作为周边小规模聚落集中发展区，也可作为乡镇企业发展用地以提高区内居民生活水平。

泗水县乡村聚落空间分异特征显著，与生态保护格局具有较高的不协调性，从生态保护与建设的视角进行格局优化研究，与以往研究方法相比更符合目前绿色发展理念，可以更直观地反映乡村聚落分布对生态环境造成的影响，科学指导乡村聚落格局优化方向，为乡村聚落格局优化提供新的切入点。需要指出的是本文存在的不足之处：在生态保护格局阻力面构建时，各影响因子权重的设定是在参考已有的研究成果以及泗水县实际情况的基础上通过专家打分法取得，不排除存在一定的主观性因素，这是后续研究中需进一步思考和努力的方向。此外，乡村聚落布局优化还应结合具体实际，综合考虑各方面因素，在保护生态、保障发展的前提下适度整治、合理优化。

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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

国家重点研发计划课题（2016YFC0501105）

孟令冉，男，山东济宁人，博士，主要从事乡村空间演变方面的研究。徐州 中国矿业大学环境与测绘学院，221116。

Email：lingran_meng@163.com

※通信作者：董霁红，女，山西芮城人，教授，博士生导师，主要从事矿区复垦以及乡村空间演变方面的研究。徐州 中国矿业大学环境与测绘学院，221116。Email：dongjihong@cumt.edu.cn