乡村聚落空间演变特征分析

田雅丝，刘艳芳,3，孔雪松，刘格格

（1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079； 2.武汉大学教育部地理信息系统重点实验室，湖北武汉 430079； 3.武汉大学地理空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079）

乡村聚落空间演变特征分析

田雅丝1,2，刘艳芳1,2,3，孔雪松1,2，刘格格1,2

（1.武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079； 2.武汉大学教育部地理信息系统重点实验室，湖北武汉 430079； 3.武汉大学地理空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079）

基于武汉市黄陂区2006和2013年土地变更调查数据，使用空间分析方法和景观格局分析方法，对黄陂区乡村聚落空间格局分布与变化进行深入分析。采用相关分析和逐步回归模型，进一步探讨乡村聚落空间格局演变的驱动力。研究结果表明，2006～2013年黄陂区乡村聚落空间格局发生明显变化。演变特征可以归纳为聚集型、破碎型和连片发展型。通过驱动力分析，黄陂区乡村聚落聚集化与道路建设、农民人均纯收入、地区生产总值、农林牧渔产值、用电量呈显著线性相关，乡村聚落破碎化与土地管理制度、户籍制度等政策相关，同时与农村居民的个人因素有关，乡村聚落连片发展除了与地区社会经济发展水平有关以外，也较大地受到政府调控与地方发展定位的影响。

乡村聚落；空间格局；演变特征；驱动力分析

目前国内外关于乡村聚落变化的研究主要关注于乡村聚落的形态与类型的变化[1-7]、景观格局与驱动机制[8-10]、重构模式[11-13]等方面。乡村聚落分布的零散性和碎片化特征在一定程度上增加了其时空变化分析的难度，已有研究大多局限于一个时间节点上乡村聚落的空间格局与驱动力分析，缺少多时间维度的演化格局与驱动机制分析，在一定程度上影响其分析的全面性和准确性。

鉴于此，本文基于武汉市黄陂区2006和2013年土地变更调查数据，综合采用核密度分析与热点分析方法分析其乡村聚落空间格局演化特征，基于景观格局指数，使用主成分分析方法评价乡村聚落空间演变特征，使用相关分析方法识别乡村聚落空间变化的驱动因素，为政府和规划部门指导乡村聚落空间规划提供依据和决策支持。

1 研究思路与研究方法

1.1 研究思路

使用核密度估计和空间热点探测方法分析黄陂区2006年与2013年乡村聚落空间分布格局，总体上比较乡村聚落的空间格局演变，使用主成分分析方法，在众多景观格局指数中提取能够充分反映两个年份乡村聚落空间分布特征的主成分并进行综合评价，进一步对比分析。选取能够反映黄陂区社会经济发展水平的指标，使用相关分析的方法，找出与乡村聚落空间分布变化相关的因子，确定乡村聚落空间演变的驱动因素。技术路线如图1所示。

图1 技术路线

1.2 研究方法

1）核密度估计。核密度分析主要用于估计位置的密度函数，是非参数检验方法之一。核密度估计的目的是给定数据x1,x2,…,xn，估计该总体的概率密度函数。

核密度估计的公式为：

式中，n为观测数值；h为带宽或平滑参数，K为核函数。

2）热点分析。热点分析用于识别具有统计显著性的高值（热点）和低值（冷点）的空间聚类，以村庄行政单元为统计单元，使用热点分析方法，分析高值要素（乡村聚落数量多的村庄）和低值要素（乡村聚落数量少的村庄）在空间上发生聚类的位置，其计算公式如下：

式中，Wij(d)为以距离规则定义的空间权重；Xj是j区域的观测值，Gi*(d)即为z得分。对于具有显著统计学意义的正的z得分，z得分越高，高值（热点）的聚类就越紧密。对于统计学上的显著性负z得分，z得分越低，低值（冷点）的聚类就越紧密。

3）景观格局分析。常用的景观格局指数之间具有很强的相关性，反映的信息具有很大的交叉性和重复性。齐伟等[14]使用主成分分析的方法，对一组代表性景观格局指数进行降维，从原来众多的变量中筛选出可以充分反映景观格局特征的指标。借鉴此方法，针对乡村聚落计算关于地类的11个常用的景观格局指数：TA（地类面积）、LPI（最大斑块所占面积比例）、MPS（斑块平均大小）、PSCV（斑块面积均方差）、MSI（平均形状指数）、NP（斑块数量）、PD（斑块密度）、LSI（景观形状指数）、COHESION（斑块结合度）、SPLIT（景观分离度）、AI（聚集指数），使用主成分分析方法，提取能够充分反映乡村聚落空间格局信息的指标。

4）驱动力分析。使用Pearson相关系数检验社会经济因子与乡村聚落空间演变指标的相关性，选出具有相关性的因子。Pearson相关系数是统计学中用于度量两个变量X和Y之间的线性相关性大小，其值介于-1与1之间，当相关系数r为1时，表示两个变量完全正相关；当r为-1时，表示两个变量完全负相关，当r为0时，表示两变量间无线性相关性。

2 研究区域与数据来源

黄陂区邻近武汉市，地处武汉市北部，湖北省东部 偏北（114°8'E～114°37'E，30°39'N～31°21'N）。黄陂区面积2 261 km2，2015年，户籍人口112.48万人。本文主要分析黄陂区的15个街道和一个乡镇，共16个研究单元，643个行政村，7 036个农村居民点。

本研究基础空间数据来自于2006年、2013年黄陂区土地利用变更调查图（比例尺1︰10 000），按照第二次土地调查类型提取建制镇与村庄用地，共同组成乡村聚落用地[6,14]，社会经济数据源于2007年与2014年《武汉统计年鉴》、《湖北县域统计年鉴》和《黄陂统计公报》等统计资料。

3 黄陂区乡村聚落格局时空变化特征

3.1 乡村聚落空间分布

1）密度分布特征。黄陂区2006年和2013年乡村聚落空间分布密度特征如图2所示。总体来看，2006年黄陂区乡村聚落空间分布已经形成沿道路密集分布的格局，主要集中在南部和中部道路附近；2013年，黄陂区内道路分布网较2006年更为密集，其新增乡村聚落密集分布于区北部与南部道路沿线。同时，还可以发现以下特征：①2006～2013年，黄陂区乡村聚落总体密度从 2.98 个 /km2增加至 3.78 个 /km2，乡村聚落整体增多，并呈现集聚的态势。②黄陂区乡村聚落分布呈现中线密集、东西稀疏的格局。③2013年，南部的滠口、武湖街道，中部的前川街道以及北部的长轩岭街道、姚家集镇和蔡店乡乡村聚落的空间分布密度明显增大，成为黄陂区乡村聚落的密集分布区。

图2 2006年（左）和2013年（右）黄陂区乡村聚落分布密度图

2）全局空间聚类分析。黄陂区2006年与2013年乡村聚落空间聚类特征如图3所示。总体来看，从2006～2013年，黄陂区乡村聚落聚类低值区范围较小，聚类高值区的空间分布变化较大。主要表现在北部乡村聚落聚集区从显著变为不显著，而南部则出现了显著的乡村聚落高值区。从乡村聚落数量和规模变化来看，从2006～2013年，蔡店乡和姚家集镇新增乡村聚落147个，新增乡村聚落面积1.13 km2。南北横店、滠口和武湖3个街道，新增乡村聚落948个，新增乡村聚落面积44.1 km2。黄陂全区新增乡村聚落1 895个，新增乡村聚落面积71.44 km2。由此可见，南部地区新增的乡村聚落无论数量还是规模都十分显著。北部地区乡村聚落则缓慢发展，与总体相比较，不再表现出明显的聚集特征。而南部三镇乡村聚落快速发展，成为黄陂区新的乡村聚落空间聚集区。

图3 2006年（左）和2013年（右）黄陂区乡村聚落空间聚类“热点”图

3.2 乡村聚落景观格局特征

通过黄陂区2006～2013年乡村聚落空间分布变化研究发现，黄陂区乡村聚落空间分布格局变化较大，空间演变现象显著。为了进一步分析，根据选取的11个景观格局指数，以每个镇为单元计算2006年和2013个景观格局指数，使用主成分分析方法进行降维，两个年份各景观指数在各主成分中的载荷情况基本保持不变，累计贡献率分别为96.174%和94.998%。黄陂区乡村聚落景观格局分析指数因此降维成3个主成分，第一主成分包括的变量有：MPS,NP, PD（负相关）, AI；第二主成分包括的变量有： PSCV，MSI，PD，SPLIT；第三个主成分包括的变量有：LPI, LSI，COHESION，AI。根据这3个主成分各自所表征的乡村聚落空间分布的特征（图4），可将这三种演变特征归纳为聚集型、破碎型和连片型。

图4 乡村聚落演变类型

3.3 黄陂区乡村聚落空间重构的驱动力分析

借鉴已有的研究[15-17]，根据黄陂区的实际情况，选择17个社会经济指标变化量，分别与乡村聚落聚集指数变化、破碎指数变化与连片指数变化量作相关分析。这17个因子包括：X1地方生产总值（元）；X2农民人均纯收入（元）；X3工业总产值（元）；X4农林牧渔产值（元）。X5第一产业从业人员比例（%）；X6第二产业从业人员比例（%）；X7城镇化率（%）；X8户数（户）；X9人均住房面积（m2）；X10单位面积内道路里程（m/m2）；X11镇区平均坡度（°），X12人口密度（人/km2），X13用电量（km h），X14农作物播种面积（亩），X15农作物总产量（吨），X16农作物产出效率（斤/亩），X17耕地面积（亩）。相关分析的结果如表1所示。

表1 黄陂区乡村聚落空间分布格局相关分析

1）乡村聚落空间聚集化。根据乡村聚落空间聚集变化的回归模型，单位面积道路里程具有最高的回归系数，说明其对乡村聚落聚集分布的影响程度最大。根据《武汉统计年鉴》（2007年、2014年），从2006～2013年，黄陂区农林牧渔从业人数比例从47.8% 降为 31.92%；工业从业人数比例从 9.39% 升至15.64% ；建筑业从业人数比例从 22.16% 升至 29.85%，其他非农从业人数比例从20.65%升至22.59%。非农从业人员比例的显著上升（从52.2%到68.08%）说明，黄陂区非农产业特别是工业和建筑业发展迅速，公共道路作为连接地区、输送人流、物流的桥梁，在黄陂区已经成为乡村聚落集聚的重要影响因素。农业重要程度的下降以及本区普遍平坦的地势地形，也使得传统乡村聚落的影响因子例如耕地、坡度[18-20]在本区乡村聚落聚集变化的过程中作用并不显著。除了道路因素，农民人均纯收入对乡村聚落空间聚集也具有比较显著的影响。农民人均纯收入、地方生产总值、农林牧渔产值、用电量都从不同方面表征着一个街道或乡镇的社会经济发展水平，社会经济的发展和进步，为乡村聚落的聚集提供了物质基础，促进了乡村聚落聚集化的空间演变。

2）乡村聚落空间破碎化。乡村聚落的破碎化，是指街道或者乡镇内部在一段时间内出现了许多新的乡村聚落，并且分布零散，并不呈现一定的规律。从2006～2013年，黄陂全区新增乡村聚落1 895个，新增乡村聚落面积71.44 km2。新增乡村聚落的不规则分布导致一些乡镇乡村聚落空间分布的破碎化。刘彦随等学者[21-23]认为，城乡二元结构的分割、宅基地制度的限制、土地管理制度的缺陷等因素是造成出现大量空闲宅基地和闲置土地的因素，导致农村居民点用地不能合理使用，从而造成农村空心化。同时，在快速城镇化、工业化的过程中，大量农村居民涌入城市，但由于户籍制度的限制，农民在城市落户成为问题，使大部分农民保存了城乡二元性，即在城市长期生活和工作，但同时也保留着在农村地区的居住住宅，对乡村聚落的聚集发展存在一定的阻碍。此外，由于“乡愁”、“归属感”等人文情怀的影响，基于养老或未来返乡的考虑，部分农民在城市工作取得一定积蓄以后，也会在家乡修建新的住宅，导致乡村聚落的破碎化发展。

3）乡村聚落空间连片发展。乡村聚落连片发展与地方生产总值、农林牧渔产值和城镇化率的相关性说明，乡村聚落的融合、连片发展与街道或乡镇的整体社会发展水平有关。16个街道或乡镇中，武湖街道和滠口街道的乡村聚落连片发展程度最为明显。从2006～2013年，滠口街道的建制镇面积从8.23 km2升至33.24 km2，武湖街道的建制镇面积从0.42 km2升至13.34 km2。自2005年，武湖街道将全街63个自然湾集并为“两镇四村”，大力建设农业产业园区与工业产业园区，改变了原有单一农业的生产方式，社会经济水平得到显著提升。滠口街道西邻天河国际机场、北靠武汉北铁路编组站、东邻武汉新港，交通地理位置优越，在将农业产业化、现代化的同时，也基于自己的交通区位优势，发展成为辐射中部、影响全国的农产品物流中心。农业产业园的建立、物流集散地的兴建使得滠口街道的乡村聚落快速、集中发展。同时，在武汉市“工业倍增”计划的影响下，大量工业企业进驻，极大地影响了邻近武汉市区的武湖街道和滠口街道的乡村聚落空间分布格局。产业园区的新建，使得大量绵延乡村聚落出现，推动了乡村聚落的连片发展。由此可见，除了社会经济发展基础，政府的调控、地区的发展定位是乡村聚落的连片发展重要驱动力。

4 结 语

通过相关分析和逐步回归分析，结合定性分析，探讨了黄陂区乡村聚落空间演变的驱动因素：①乡村聚落聚集化发展与道路建设、农民人均纯收入、地方生产总值、农林牧渔产值、用电量呈显著线性相关，说明乡村聚落的空间聚集分布受地方社会经济发展水平影响较大；②乡村聚落破碎化受土地制度、户籍制度以及个人情感因素等多方面的影响，乡村聚落连片发展除了与地方社会经济发展水平相关，则与政府调控与地区发展定位有关。

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P274

B

1672-4623（2017）12-0076-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.024

2016-10-13。

国家自然科学基金资助项目（41371429）。

田雅丝，博士研究生，主要从事经济地理和城乡规划方面研究。