山西省农村居民点空间分布特征及其适宜性评价*

刘立文，段永红※，李丽丽，徐立帅，张 颖，聂文玉

（1.山西农业大学资源环境学院，太谷 030801；2.中国移动（苏州）软件技术有限公司，江苏苏州 215000）

0 引言

农村居民点指的是农村人口居住的聚集地，截止2018年底，农村居民点仍然是中国5.6亿常驻农村人口聚集的主要地区，与此同时，随着经济社会的发展，以及乡村振兴和精准扶贫等一系列政策的实施，我国农村也正在转型发展[1]。长期以来，由于缺乏科学的布局规划和统一的规划管理，农村布局零散、不成规模、形状混乱、侵占耕地、“空废化”以及居民点建设过程中出现的环境破坏和环境污染等问题越来越突出[2-3]。因此如何根据农村居民点的空间分布和适宜性特征来更好地优化农村居民点的布局和推动农村转型发展，提高农村土地资源利用率已经成为中国乃至全世界关于农村居民点未来的研究发展方向[4]。

国外对农村居民点空间分布特征及优化研究较早，主要集中在市区以外的农村地区。他们认为这种农村区域可作为城市的后备支撑地区，对由于急速建设发展城市和城市人口的不断增长，造成的城市拥挤问题，有一定的缓冲作用。此外农村居民住宅的演变受生态环境和社会发展等多方因素影响，需要根据在农村居住地用地需求划定保护区[5-7]。国内学者的研究集中在以提高土地资源利用率为出发点，提高农耕地利用水平。以及从对农耕地保护和土地的挖掘潜力着手，在重视生态因素、土地的可持续利用和考虑当地的土地经济建设基础上,对农村居民点集约化利用进行深入探索。此外在居民点空间格局方向上，主要通过各种自然和社会等因子，针对居民点空间分布密度的影响进行研究[8-10]。如董光龙等以县域为单位，探索华北平原不同主导产业驱动类型农村居民点时空变化，提出农村居民点整理的分类管控施策[11]。周海涛等通过核密度分析等GIS方法对包头市达茂旗居民点空间分布变化及其影响因素分析进行研究，表明居民点空间分布受到自然环境和社会经济影响因素的影响[12]。吕婷婷等通过文献分析法分析对县域农村居民点空间重构进行综述研究，结果表明当前农村居民点分布、演化和空间重构是一个涉及自然、社会和经济等多方面的复杂过程，需要根据不同的区域，不同发展阶段和背景探索县域农村居民点空间重构模式与策略[13]。

基于上述背景，文章以黄土丘陵区东部的山西省为研究区，其中省内山地和丘陵面积达到80%以上，由于其特殊的地形地貌以及生活习性、历史发展、自然变迁等原因，山西省农村居民点布局也呈现出比较分散和稀疏的地理状态，导致农用地资源浪费，很大程度上阻碍了农村地区的良性发展[14-15]。该文试图分析山西省农村居民点空间分布特征，对山西省农村居民点做出适宜性评价，试图找寻合理的农村居民点区位，对山西省农村居民点的优化布局提供科学依据。

1 研究区概况、数据来源及方法

1.1 研究区概况

山西省的总占地面积为15.67万km2，占我国总面积的1.6%。坐落于中国的华北地区，为我国的内陆省份。位于华北盆地西面的黄土高原上，向西和陕西相对；向南与河南相望；向东与河北为邻；向北与内蒙古连接。省域轮廓呈现出东北斜向西南的平行四边形形状。南北间距较长，长约682 km，东西间距较短，宽约385 km。

由于太阳照射、季风环流和地理位置等因素的影响，山西省气候类型为温带大陆性季风气候。特点为四季光照充足、昼夜温差大、南北地区气候差别明显、四季分明等。各个地区年气温平均在4.2～14.2℃，各地年降水量介于358～621mm。降水集中在夏季，受地形地势因素影响较大，约占全年降水量的60%。山西省交通便利，被列为首批国家“公交都市”试点示范城市。“三纵十一横十一环”高速公路网基本成型。

山西省境内东西两面为山地和丘陵隆起，中部地区为一列盆地陷入，分布其中。总体地势地貌被形容为“两山夹一川”。山西省具有山地、丘陵、高原、盆地、台地等复杂多样地貌类型，其中山地、丘陵占80%，高原、盆地、台地等平川河谷占20%。省内大部分地区海拔在1 000 m以上，相比于其东部华北大盆地，山西省呈现出强烈的隆起地势。截止2018 年末，山西省常住人口3 718.34 万人，比2017 年末增加15.99万人，其中，城镇常住人口2 171.88万人，占总人口比重（常住人口城镇化率）为58.41%。

1.2 数据源和数据处理

此项研究数据来源于百度地图和地理空间数据云，通过Geosharp2.0软件获取2018 年8月百度地图中的兴趣点(Points of Interest，POI)，包括农村居民点、县城、公路、河流等数据，再借助空间分析中的缓冲区分析对河流、县城、公路进行缓冲区分析,通过地理空间数据云获取ASTER-GDEM 数据，进而得到海拔和坡度。

因为居民点用地形状多为不规则的多边形，而提取得到的是反映农村居民点地理位置的点坐标，故采用“以点代面”的方法将面集转化为点集来研究。运用ArcGIS软件空间分析技术中的Voronoi 图来计算CV 值，并根据CV值分类标准得到山西省县域农村居民点CV值分布图。

最后使用软件YAAHP 对山西省农村居民点进行适宜性评价，选取河流、海拔、坡度和公路、县城等为评价因子，构建评价指标体系。进行权重确定，进行评价，将山西省农村居民点分为适宜、较适宜、基本适宜和不适宜等4类地区。得到山西省农村居民点的适宜性评价图，由图总结农村居民点分布特征并对山西省农村居民点优化布局提出积极建议。

1.3 研究方法

泰森多边形。泰森多边形面积随点集的分布而发生变化，因此用多边形面积的变异系数CV 值（即泰森多边形面积的标准差与平均值的比）来衡量凸多边形面积的变化程度来评估样点的分布类型[16]。CV 值计算公式为：

当农村居民点空间分布类型为“均匀分布”时，集群内与集群间的多边形面积变化小，CV 值就小；当农村居民点空间分布类型为“聚集分布”时，集群内多边形面积较小，但集群间的多边形面积较大，于是CV 值也大。根据Duyckaerts提出了3个建议值：当CV=57%（包括33%～64%）时，空间分布类型为“随机分布”；当时CV=92%（包括＞64%）时，空间分布类型为“聚集型”；当CV=29%（包括＜33%）时，空间分布类型为“均匀分布”。按照CV 值分类标准，运用ArcGIS 软件计算得到山西省县域农村居民点的CV 值以及CV值分布状况（图1）。

核密度估计。核密度估计是一种非参数的表面密度估计方法，它借助动态单元格来估算空间点位的密度值。核密度估计的方程为：

式（2）中，fn(x)为农村居民点的核密度估计值；n为带宽范围内的点数；k为核函数；x-xi是估计农村居民点x到xi之间的距离；h为带宽。

核密度估计数值与农村居民点的密集程度成正比状态。核密度值越大，其农村居民点分布的越密集；核密度值越小，其农村居民点分布的越稀疏[17]。

邻近性分析法。邻近性分析呈现为较直观的分析管理方式，主要用于规划和管理中心主体和附近距离事物之间的关系。它是ArcGIS 中特有的功能之一，能把相对复杂多样的问题表达的较为直观，对分析策划者来说是非常实用的功能。邻近分析法存在等距缓冲区和等值线两种，该文用到的方法为等距缓冲区分析。在环境因子上选用海拔、坡度、河流、县城、公路等5个因子[18]，并且利用ArcGIS 对这5个因子进行重分类，并由此得出数据来进行统计，用于缓冲区分析，观察这5个自然因子对山西省农村居民点空间分布特征的影响。

层次分析法。层次分析法是将一个复杂且多目标的问题作为一个主体目标，将与主要目标有关的元素分解为目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[19]。其表达式为：

式（3）中，Pij为第ij个栅格的综合适宜性分值；Xij(n)表示第n个评价因子在第ij个栅格的适宜性分值；ij表示栅格处于第i行第j列；Wn表示第n个评价因子的权重。

2 结果分析

2.1 山西省农村居民点聚集度

根据山西省居民点的泰森多边形图（图1a）可知，各居民点斑块面积大小相差不大，在分布上表现为南紧密北疏松。通过计算得出山西省县域农村居民点的CV 值，其中，CV 值最低的是位于山西省北部的怀仁县，CV 值为35.45%，根据分类标准其空间分布类型属于随机分布；位于山西省南部的绛县的CV值为169.77%，是山西省农村居民点聚集度最高的县域，属于集聚分布型。

（1）山西省各县域农村居民点CV 值均大于33%，即不存在空间分布属于“均匀分布”类型的农村居民点。集群分布的村镇占山西省总村镇数的60%以上。

（2）山西省中南部分布着多个农村居民点高聚集区，而省北部的县域农村居民点分布相比之下较为稀疏。

（3）从市级尺度来看，山西省所有市级居民点都为聚集型分布，且聚集程度较高（图1b）。其中，临汾市、运城市和吕梁市的CV 值分别为108.48%、107.32%和104.16%，是农村居民点聚集程度最高的3 个地区。

图1 山西省居民点的泰森多边形图及其各市聚集型分布

2.2 基于核密度估计的山西省农村居民点特征分析

由图2 可看出，山西省北部农村居民点分布比较稀疏且均匀，除此之外，东南西中部都有高密集农村居民点区域。以吕梁市、临汾市、晋城市、运城市、长治市、榆次市和阳泉市的农村居民点较为密集。对比山西省各市的占地面积来说，忻州市占地面积最大，但通过核密度图来看，农村居民点分布较少较稀疏；吕梁市、榆次市、大同市、运城市和临汾市占地面积各占山西省的10.00%左右，其各地农村居民点分布也相对密集，说明相对适宜居住。

图2 山西省农村居民点分布核密度

山西省境内东西两面为山地和丘陵隆起，中部地区为一列盆地陷入，盆地分布其中，总体地势地貌被形容为“两山夹一川”，使得由北向南方向的盆地农村居民点较密集。结合山西省的海拔分布特征可以得出海拔地势低的区域农村居民点较密集，地势相对高耸的区域人烟稀少，这和山西省的地形地貌变化趋势相同[20]。总体上山西省整个省主体轮廓呈现一个“凹”字形，这说明山西省农村居民点空间分布特征受地形地貌影响很大。

2.3 基于邻近性分析居民点在环境因子上空间分布特征

2.3.1 山西省农村居民点在自然环境因子上的空间分布特征

山西省平均海拔为500～1 000 m，由图3a可以看出，大部分农村居民点海拔在500～1 500 m，占山西省农村居民点80.00%以上，与山西省东部华北大盆地相对比，呈现为强烈的隆起形势。这是因为山西省具有山地、丘陵、高原、盆地、台地等复杂多样地貌类型，其中山地、丘陵占80%。农村居民点在不同海拔段体现出明显的变化，总体呈现出，海拔越高的地区对应的农村居民点越少。超过1 500 m 海拔地区居民点空间分布呈现急速下降趋势，2 000 m 上几乎没有居民点分布。居民点相对密集的分布在平坦的地区，海拔相对较高的地区，农村居民点分布少。

图3 山西省农村居民点的自然环境因子下分布

从地形坡度来看，生产农业进行耕作最适宜的坡度带，也是最适合人类居住生活的坡度带15°以下[21]。由图3b 可以看出，几乎79.49%的居民生活15°以下的坡度带里，说明了人们对于居住点的选择，更倾向于自然环境区位好和农业耕种条件相对好的地区。人们活动居住与地形地势分布趋势密不可分，由图3 可以看出，坡度越小，农村居民点越多越密集。坡度在15°以下，海拔在500～1 500 m 的农村居民点最密集，坡度超过25°以上的地区居住的村庄少之又少。

河流对农村居民点的空间分布有重要影响，它具有供应水源、提供水产品、交通运输等重要功能。尤其对于农村居民点来说，河流提供对于种植业的灌溉水源，河流的沉积可以使土壤变得肥沃，有机质变多，如此可以提高农业产量。河流的冲积可以形成冲积盆地，利于耕种，但雨季的河流也可能会带来洪水灾害。所以，在选择农村居民点的区位时，要充分考量水文因素，将自然环境带来的影响做到扬长避短。根据邻近性分析法把河流分为0～5 km、5～10 km、10～15 km、15～20 km、＞20 km 等5 个等级，从图3c 可以看出距离河流越近，农村居民点分布越多，越密集。由图表可以看出密集程度虽然呈缓慢下降趋势，但40.21%的居民点分散在10 km以外的河流周围。河流作为人类活动，居住环境的重要因素，应加强对河流的保护以及开发。

2.3.2 山西省农村居民点在区位环境因子上的空间分布

公路的存在作为现代交通便利的基础，给人们的生活提供了方便和快捷。便利的交通对人们日常的生活和生产都有着极大的影响，人们在居住工作生活的时候会选择交通更便捷，交通区位更中心的地理位置，所以从图4a中可以看出随着缓冲区的距离越远，居民点个数越少，居民点越稀疏。0～10 km的公路缓冲区距离内，农村居民点数量已经占了总体的39.13%，但有更多的农村居民点在距离公路10km 以外，整体上农村居民点主要分布在20 km 以内，同时距离公路20～40 km 的农村居民点也达到了总体农村居民点的28.14%。此外，40 km以外的农村居民点也有7.60%，这说明山西省贫困落后的农村居民点并不在少数。由此结论，可以对加强农村居民点在道路的建设上提出合理可实现的优化交通建议，让贫困落后的农村有机会发展起来。

图4 山西省农村居民点在区位环境因子下分布

县城作为每个农村居民点的小范围的主要聚集地，县城近距离范围内的农村居民点数量多且密集，说明这个地区发展也相对好一些，可以带动村子的经济和人口的生长。从图4b 中可以看出随县城缓冲区的距离不断扩大，农村居民点的数量呈现出下降到平稳的趋势，在距离县城10 km距离以内居民点个数为最大值，占山西省所有农村居民点的28.41%，这说明大部分的农村居民点还是近距离散落在县城周围的。其次，距离县城10～15 km 的距离内，分布的农村居民点也比较多，有23.91%。距离县城20 km 以外的缓冲区内，农村居民点是占比最少的，加起来只有28.19%，和处于最近县城缓冲区地带的农村居民点数量差不多等同。从这些数据可以了解到，大部分山西省农村居民点分布在县城较近的区域，住在相对不便利的村庄的人只有较少一部分。所以怎样合理划归县城中心，把各个分散又偏远的农村居民点聚在一起，形成大的村庄聚集地，坐落县城周边，同时为人们购物生活提供更多保障，成为山西省农村居民点空间规划布局必不可少的一部分。

2.4 山西省居民点空间布局特征的因素分析

运用GeoDetector（地理探测器）的因子探测器和交互探测器来分析区位环境和自然环境因子对山西省农村居民点密度的影响力及其交互影响程度[22]。根据前文的研究，选取居民点分布的和密度为因变量（Y），选取海拔高度（X1）、地形坡度（X2）、河流距离（X3）、公路距离（X4）和县城距离（X5）为自变量，即驱动因素。

由表1因子探测结果可知，山西农村居民点驱动因素q值均处于显著状态，但各个影响因素的解释力q 值具有明显差异，具体排序为海拔高度（X1）＞县城距离（X5）＞地形坡度（X2）＞公路距离（X4）＞河流距离（X3）。海拔高度和县城距离的解释力最高，明显高于其他因素，分别为，0.198 和0.151，表明居民点的聚集性主要受到地形（高程）和周围经济体（县城）的影响，而地形坡度、公路距离、河流距离的解释力q 值均小于0.1，分别为0.063、0.033、0.007，属于低水平驱动因素，其中河流距离的解释力最弱，根据表2可知，海拔高度对河流呈现出增强的趋势，海拔高度高的地区居民点密度低，同时距离河流的距离也近。此外，山西省农村居民点交互作用探测分析（表2）显示，各驱动因素与居民点密度存在交互作用，具有双因子增强或者非线性增强的特征，任意两个因子交互后的解释力明显高于单因子。其中自然环境因子中海拔高度和地形坡度的交互达到了0.227，海拔高度和河流距离的交互为0.210，区位因子中道路距离和县城距离的交互达到了0.165。此外海拔高度和县城距离的交互解释力值最大为0.281，说明山西省的农村居民点分布受到了自然环境和区位因子的共同影响。

表1 山西省农村居民点因子探测分析

表2 山西省农村居民点交互作用探测分析

表3 适宜性等级

2.5 基于层次分析法的农村居民点适宜性评价

2.5.1 适宜性评价相关基础概念

土地适宜性评价的关键性步骤在于评价因素的选择，土地适宜性评价是土地利用的基础，所以是否正确选择影响因子直接关系到评价结果的准确度。此次评价基于前面分析到的海拔、坡度、河流缓冲区、公路缓冲区和县城缓冲区等环境因子对山西省农村居民点进行土地适宜性评价。通过对此适宜性的相关研究，同时基于《土地评价纲要》，对山西省农村居民点用地的适宜性评价分为高度适宜类、适宜类、较适宜类、基本适宜类、不适宜类等5类居民点用地。根据前面的分析结果分析数据对村民点用地构建量化表并进行适宜性评级[23]。

表4 量化评价因子

2.5.2 构造指标权重

利用YAAHP 软件设置农村居民点适宜性为决策目标，控制层要素分别为自然环境因子和区位环境因子，备选方案分别为自然因子下的海拔、坡度、河流；区位因子下的县城和公路。在矩阵值得输入上，根据前文的因素分析，参考自然环境因子稍微重要于区位环境因子，其次是海拔因子稍微比较重要于坡度因子、海拔因子绝对重要于河流因子、坡度因子稍绝对重要于河流因子；县城因子比较重要于公路因子的相对重要顺序。得出要素因子对决策目标的排序权重以及权重数值。具体数值见表5。

2.5.3 农村居民点适宜性评价

根据YAAHP 软件获取的权重分布表格，在ArcGIS 中把海拔、坡度、河流、县城、公路等环境因子进行重分类，对它们进行合理的评级。然后获取它们的空间分布状况，再利用栅格计算器获取山西省农村居民点适宜性分布图4和适宜性空间面积分布表6。图4 和表6 表明山西省总体上是个较适宜居住的大省，适宜居住的农村居民点达到了32.08%。其次，较适宜占比51.60%左右，总的来说，较适宜居住的农村居民点达到了83.68%。不适宜居住的农村居民点只有323 个，占比1.03%。结合山西省总地势是“两山夹一川”情况看，适宜居住的农村居民点几乎分布在山西省东西中部区域的盆地内。

表6 山西省农村居民点适宜性面积空间分布

根据图4 和表7 可知，运城市、临汾市、长治市和晋中市分布相对较多的适宜性农村居民点。较适宜居住的农村居民点也几乎分布在山西省东西两侧的山地和丘陵上，主要集中分布在吕梁市、忻州市、晋中市和长治市。基本适宜居住的农村居民点主要以忻州市为主。其中忻州市农村居民点最多，占比14.57%；阳泉市农村居民点最少，只有3.06%。从表7 中得出，运城市是最适宜居住的城市，适宜居住的农村居民点最多。整合适宜和较适宜居住的农村居民点数据，可以发现吕梁市、长治市、运城市、临汾市和忻州市等是在山西省内相对更适宜居住的城市。由于山西省省内呈现出地域高低起伏的明显特征，结合图4 可以看出不适宜居住的农村居民点几乎集中在山西省北部和东南部，说明海拔、坡度对农村居民点的分布影响非常大。由此可见，山西省的农村居民点主要分布在中部盆地、东西两侧的山地和丘陵上，地势相对平缓，海拔和坡度相对低。

图4 山西省农村居民点适宜性评价

表7 山西省各市农村居民点的适宜性等级分布

3 结论与讨论

该文通过核密度估计、邻近性分析、因素分析和层次分析法对山西省农村居民点空间分布特征及其适宜性进行评价，得出以下结论。

（1）通过核密度图分析，结合山西省总面积占比图、山西省海拔的分布状况，得出农村居民点在山西省南部地区分布密集，具体为东西部相对的中部盆地地区，另外西南部吕梁市和东南部的阳泉市、长治市和晋城市也是人口密集地区。

（2）通过对山西省海拔、坡度、河流、公路、县城等这些自然环境因子综合对山西省农村居民点的空间分布特征的影响和因素分析。得出用地规模上，受海拔和坡度的影响大。随海拔和坡度的增加，农村居民点的分布呈现明显下降的趋势。河流、县城和公路对山西省农村居民点的影响都是随其缓冲区距离的增加，使得农村居民点分布密集程度呈下降趋势。这是除了地形地貌制约村庄发展外，使得农村发展落后的原因。综合来看，地形地貌是构建农村居民点格局的基本条件，同时也严重制约着农村居民点的空间分布特征，

（3）通过对山西省农村居民点的适宜性评价，可以看出山西省整体上是个宜居的省份，83.69%的农村居民点都是可以居住并且条件相对便利一些的。山西省中部盆地地区分布着最多的是适宜的居民点，其次较适宜的居民点分布东西两侧的山地和丘陵上。

通过以上研究结果，对调整山西省农村居民点空间布局规划存有以下展望：对山西省东西两侧海拔坡度较高，地势隆起地区上的适宜居住和较适宜居住的农村居民点进行更合理、更利于居住的空间分布布局。对于不适宜居住和基本适宜居住在高原盆地等超高海拔，区位环境因素非常不方便的农村居民点进行规划搬迁撤离工作，妥善安置人口。对高度适宜居住的农村居民点进行保护合并和发展改善等方式进行优化升级，吸引更多的农村居民点聚集。在此基础上，加强控制规划农村住宅的建设用地和基础设施建设，提高对农村宅基地的规整，贯彻利用国家扶贫政策，促成更多农民走出贫困。通过调整各等级的空间分布规划，进一步缩小农村城市贫富差距、进行资源优化利用、共同加快农村基础设施建设使用的目标、逐渐加快共同富裕的脚步。