基于MCR模型的村庄“三生空间”格局优化研究

郑 洋, 郝润梅, 吴晓光, 王 考

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院, 呼和浩特 010022; 2.内蒙古自治区土地整治中心, 呼和浩特 010020)

集生活、生产、生态功能于一体的村庄，既是乡村人地关系的核心也是乡村发展的载体[1]，不同的地域风情、历史传承、风俗习惯及社会经济发展条件，形成了独具特色的村庄自然与人文风貌。我国西部多数传统的村庄空间布局是依自然环境特征长期形成，缺少规划引导和约束，规模小、布局分散，土地利用效率低，人居环境体验感差，生态环境提升空间大[2]。随着城乡一体化进程的加快，促使传统村庄空间布局向多元化方向转变[3]。近年来，众多学者对村庄空间格局优化进行了积极的探索，如从空间布局视角，研究村庄空间格局的影响因素及其相互关系[4-7]，从村庄类型划分视角，研究村庄内部特征的基础上提出优化建议等[8-10]。随着“三生空间”理念的深入，村域“三生空间”的研究逐渐成为研究的热点，研究方法也更倾向于定量研究[11-13]，如多因子分析法[4]、空间分析法[7]、和实证研究法等[8]。最小累积阻力模型(minimum Cumulative Resistance，简称MCR模型)能够反映各要素的空间转移趋势[14]，多应用于农村居民点布局适宜性分区[15-16]、生态安全格局的构建及优化[17-18]及土地适宜性评价等[19]方面。根据空间适宜性评价划定村庄“三生空间”能够体现村域空间特征，提升“三生空间”协调发展度[20]。总体来看，当前小尺度、定量化研究村庄“三生空间”成果相对较少。

本文以内蒙古和林格尔县迭力素村为例，采用GIS软件空间分析功能和MCR模型分析方法确定村庄的空间适宜性分区，辅以实地调研与村民参与等方式最终优化确定村域“三生空间”，并结合内外影响因素提出优化建议，以期为该村及类似村庄规划编制提供可借鉴的理论与实践依据。

1 研究区概况

迭力素村位于内蒙古呼和浩特市和林格尔县县境西南端，土地总面积2 129.26 hm2。该村地处土默川平原东南边缘，地势平坦，村域自西北向东南逐渐由平原向丘陵过渡；属中温带半干旱大陆性季风气候。粮食种植是该村的主产业，主要以玉米、土豆及小杂粮等为主，但多风少雨的季节性气候特征对农业生产造成了一定影响。全村户籍人口801人，集中分布在3个居民点上，和托公路在村域西北部过境，为该村经济发展带来一定便利，村庄内部公共服务及基础设施建设较差，宅基地布局杂乱且闲置现象普遍，空闲地多。人居环境亟待改善，2018年该村被呼和浩特市列为“农村人居环境整治”首批试点村。

据2018年土地利用现状调查统计结果，农用地占绝对优势，以耕地和林地为主，其中耕地占土地总面积的48.17%，耕地质量状况良好；林地和草地分布在村域东南丘陵山地上；建设用地基本以农村居民点为主；未利用地相对较少。

2 数据来源与数据处理

2.1 数据来源

本文采用“高分二号”遥感影像解译结果和地理空间数据云30 m×30 m的DEM数据综合获得研究区土地利用现状数据，采用实地调查和乡、村两级年度统计上报数据获得研究区社会经济相关数据。

2.2 研究方法与数据处理

2.2.1 最小累积阻力模型 最小累积阻力模型最初于1992年由荷兰生态学家Knaapen所提出，最小累积阻力模型其本质在于由源点抵达目标所在地所需克服的阻力的最小值，体现的是一种可达性[21]。国内学者修正后多用于农村居民点布局适宜性[15-16]及生态安全格局构建等[17-18]研究中，计算公式为：

(1)

本文运用ArcGIS 10.4提取迭力素生活和生态源地，借助缓冲区分析(Buffer)、栅格计算器(Map Algebra)及重分类(Reclass)等工具得出最小累积阻力面。通过计算建设扩张最小累积阻力与生态扩张最小累积阻力的差值，确定阈值划分空间适宜区，进而优化“三生空间”布局[22]。

MCR差值=MCR生态-MCR建设

(2)

式中:MCR差值为生态扩张最小累积阻力与建设扩张最小累积阻力的差值;MCR生态为生态扩张最小累积阻力值;MCR建设为建设扩张最小累积阻力值。

当MCR差值<0，表示生态用地较建设用地更易扩张，该范围内划为生态空间适宜性较好；当MCR差值>0，表示建设用地较生态用地地更易扩张，该范围内划为生活空间适宜性较好；当MCR差值=0时，表示建设与生态适宜性相当，即生态与建设的过渡区。

2.2.2 “源”的提取 MCR模型中的“源”具有内部均一性和外部扩张能力相似性、要素吸引能力突出性、相对目标重要性等特征，是模型应用的关键[15,23]。根据模型对“源”选取的要求和研究区实际情况，本文选择3个居民点(迭力素、塔克和曹老八窑)作为生活扩张“源”，共计3块图斑，总面积为70.51 hm2，占迭力素村土地面积的3.28%。其中，迭力素村作为村委会所在地，是人口主要聚集地和活动中心，对各要素集聚较其余居民点而言有着较强的吸引力。选取林地、水域作为生态扩张“源”，共计46块图斑，总面积为296.53 hm2，占迭力素村土地面积的12.55%。两类“源”分布见图1。

图1 迭力素村生活源地与生态源地分布

2.2.3 阻力面的构建 从生态效益角度分析，生活用地与生态用地之间存在着竞争关系[21]，这种竞争关系呈现相互抑制、此消彼长的态势。不同要素对生活与生态用地扩张阻力不同，构建同一阻力评价体系并对两个扩张过程赋予相反分值，可以强化生活与生态用地扩张阻力间的衔接性。本研究从自然环境、区位条件以及土地资源类型等方面选取4个阻力因子，参照相关资料文献[22-23]确定各阻力因子的分级及分值，并采用层次分析法确定权重，详见表1。

表1 迭力素村生活扩张阻力因子和生态扩张阻力因子及权重

运用ArcGIS中栅格计算器(Raster Calculator)获得1 m×1 m大小栅格单元的生活用地综合扩张阻力面和生态用地综合扩张阻力面，通过成本距离(Cost Rsster)模块得出生活与生态的最小累积阻力面，见图2。

图2 迭力素村生活与生态用地扩张最小累积阻力面空间布局

2.2.4 最小累积阻力差值计算 根据生活与生态最小累积阻力表面值的计算结果，参照有关学者对空间分区的研究成果，以生态、生活扩张的最小来累积阻力差值作为空间分区依据[22,24]。运用ArcGIS中数学分析(Map Algebra)模块计算得出两者的差值，即-5 889.85≤生态与生活最小累积阻力面差值≤4 180.56，其中，MCR差值≤0表明生态适应性较强，MCR差值≥0表明建设适宜程度好。

3 结果与分析

3.1 基于MCR模型的“三生空间”适宜性评价

3.1.1 最小累积阻力面差值分区 以最小累积阻力面差值计算结果为依据，参照相关文献空间适宜性分区情况[22,24]及迭力素村庄发展定位，将空间适宜性分区划分为5类，分别为生态保护区、生态优化区、禁止开发区、限制开发区和适宜开发区。其中，生态保护区为生态源地集聚区，建设阻力最大，村域生态最佳区；生态优化区中建设阻力值较高，生态服务价值潜力大，能够为生态环境优化提供空间；禁止开发区中生态与建设扩张阻力差值区间均为负值，建设适宜性较差，应避免开展建设活动；限制开发区中建设阻力值显著降低，可适当开展村庄建设，但为控制村庄建设用地规模无序扩张，应尽量减少占用；适宜开发区中建设阻力最小，是优化居民点用地的核心区。各分区差值及面积统计见表2。

表2 迭力素村适宜区分区结果

3.1.2 “三生空间”适宜性分区结果与分析 统计各适宜性分区面积显示，生态保护区面积仅占11.83%，生态最适宜区偏小，村域生态稳定性易受外界环境影响。生态优化区与禁止开发区面积占比分别为26.93%和27.17%，共计54.10%，总体规模偏大。其中，生态优化区所处最小累积阻力差值区间为负值，说明该范围内生态适宜性高，生态质量提升空间大。禁止开发区面积占比最大且最小累积阻力差值为负值，生态适宜性稍好。限制开发区占比为20.39%，最小累计阻力差值区间涵盖正、负值，表明该区域内既适宜建设开发又适宜生态保护，但参照生态优先原则，应开展对生态环境有涵养作用的生产作业活动；适宜开发区面积占比为13.68%，规模偏小且阻力差值区间均为正值，建设适宜性强，是村民生活的主要聚集地。

从空间分布上看，详见图3，空间适宜性分区表现为圈层分布，生态适宜性由四周向中心逐步减弱。生态保护区分布于村域四周，规模小、分散式分布，南部区域整体多于北部；生态优化区毗邻生态保护区，空间分布不均匀，倾向于东南侧；禁止开发区呈“闭合”布局，南侧区域稍高于北侧；限制开发区在东南侧有延伸，且有居民点分布于其中；适宜开发区位于迭力素村中心，含两个农村居民点，建设适宜性强。

图3 迭力素村“三生空间”适宜性评价结果

3.2 “三生空间”格局优化

按照空间适宜性、功能主导性重要性及生态敏感性原则，根据MCR模型模拟结果，结合村土地利用现状及村庄发展定位，对迭力素“三生空间”格局进行优化，优化结果见图4，“三生空间”土地利用现状详见表3。

表3 迭力素村“三生空间”土地利用现状面积及占比

图4 迭力素村“三生空间”格局优化结果

将生态保护区确定为生态空间，由于生态保护区中对生态涵养作用较强的林地分布范围广、数量大，约占57.51%，为迭力素村生态最适宜区，因此，生态保护区直接确定为生态空间。

将生态优化区、限制开发区及禁止开发区确定为生产空间。生态优化区是功能交叉区域，生态优化区中林地与耕地数量上占比相近，兼具生态与生产双重功能，同时，迭力素村主要是以农业生产和农业经济为主，因此，生态优化区宜划入生产空间；禁止开发区中耕地数量优势明显占56.89%，且拥有耕地数量为各适宜性分区中数量最多，生产功能表现突出，定为生产空间较为合理；限制开发区中虽有农村居民点分布其中，但耕地数量比重大为70.90%，建设活动开展受限，生产功能为其主导，因此宜划入生产空间。

将适宜开发区确定为生活空间。适宜开发区中农村居民点集中分布，各配套设施建设稍良好，是村民生活主要集聚地。且建设用地面积大，建设适宜性强，因此，宜划入生活空间。

3.3 “三生空间”优化路径

迭力素村是典型的传统农业型村庄，远离中心城区，村庄转型动力不足，发展缺少契机，结合迭力素村自然、社会、经济、区位等条件，将“以现代化农业为主，打造集生产生活生态于一体的田园村庄”为其村庄发展定位，空间布局趋于“生态空间功能化，生产空间规模化，生活空间品质化”，实现“生产高效、生活舒适、生态宜居”的目标，推动乡村振兴目标的实现。

3.3.1 生态空间重功能 迭力素村生态适宜区以“散、小”为特征，为有效保护现有生态空间应重视生态用地的保护。依照生态保护区土地利用现状特征分析，林地空间布局上或与耕地相毗邻，或散乱分布于耕地中，易受到外界因素的影响。因此，为防止现有林地规模的不减少，应强化村委会监管职能，保障现有生态性用地规模的不下降，并积极开展宣传教育活动，强化村民对生态重要性的理解，为生态空间的保护奠定基础。

以村域为研究对象时，各空间功能交叉性及多样性更加凸显。适当扩张村域生态用地规模，提高生态功能空间占比，一定程度上有助于村域生态环境的改善。具体做法为：生态优化区中可加强集中成片林的保护；禁止开发区及限制开发区中可增设农田防护林，稳固农田生态系统；适宜开发区中可于房前屋后布设绿植，于道路两侧增设林带，改善村民生活环境。

3.3.2 生产空间重规模 经实地调查结果显示，迭力素村人口结构中老龄人口(男性>60岁，女性>55岁)占比高达34.98%，而主要劳动力(18～60岁男性)占比仅为31.88%，表明该村人口老龄化现象严重且劳动力不足，对农业发展造成限制，耕地未能得到充分利用。因此，生产空间的优化应以整理为主，开展“一个统一、两个差别”的优化路径。

“一个统一”指目标统一，即耕地质量及产能的提升，可依托于政府扶持，开展土地综合整治工程，打破田块空间限制，增加有效耕地面积；布设完善的渠道设施，为灌溉提供便利；修建网格化的田间道路，为机械化作业开展提供条件，整体推动向农业现代化村庄转型。“两个差异”指生态优化区内着重注意现有生态用地规模的不减少，避免以生态用地反补耕地现象的发生；禁止开发区与限制开发区中应以增加耕地产能作为主要目标，以尽量不占或少占生态性用地为管控标准，最大限度的提升耕地利用效率。

3.3.3 生活空间重品质 根据迭力素村空间适宜性分区结果，迭力素和曹老八窑分布于适宜开发区，建设适宜性较好，而塔克位于限制开发区，建设适宜性稍差。因此，迭力素村生活空间优化方向以“归并和挖潜”为主。首先，为提升塔克村民生活质量，应开展整村搬迁工程，将塔克村、迭力素和曹老八窑进行整合，一方面，较大规模的农村居民点有利于各项资源的集中，更适宜于完善的公共服务设施的建设，有利用提升村民生活便利程度。另一方面，单个居民能够避免各项配套基础设施的重复建设，加强资源的高效利用。其次，归并后的农村居民点应以人居环境整治为主，优化宅基地空间布局，合理新修村内道路、扩充绿化用地占比；充分利用地上地下空间，地上加强输电工程建设，地下完善给排水工程建设；充分参考村民意见，加强公共服务设施建设，完善村内各项配套设施。

4 结 论

(1) MCR模型模拟结果显示，迭力素行政村空间适宜性呈明显的圈层分布，中心圈建设适宜性最佳，生态适宜性自内向外逐步增强，外层生态适宜性为村域内最佳，空间整体适宜状况符合迭力素村实际情况。

(2) 空间适宜性分区结果显示，迭力素村生态保护区生态状况最佳但规模最小且分布零散；生态优化区与禁止开发区生态适宜性稍好、分布广泛且集中连片；限制开发区介于生态与建设适宜性临界点两侧，整体生态阻力稍高于建设阻力；适宜开发区位于村域中心，建设适宜性强，是村民居住集聚区。

(3) 根据适宜性分区结果及其土地利用现状情况分析，生态保护区中林地为主，生态功能显著，宜划归为生态空间。生态优化区、禁止开发区及限制开发区分布范围大且耕地数量突出、生产功能明显，宜划归为生产空间。适宜开发区内含村委会所在地，各公共服务设施集中且和托路在其西侧贯穿、对外沟通便利，宜划归为生活空间。

(4) 统筹村域内外环境条件，分析现有“三生空间”特征，提出生态空间功能化，强调现有生态用地保护的同时适当提升生态用地整体比重；生产空间规模化，以整理为主线，改良生产环境，推进农业现代化进程；生活空间品质化，强化村庄综合整治，改善村民人居环境，提升村民生活幸福感。