山西沿黄乡村聚落时空演化及其驱动力分析

白 雪，赵 蓉，安祥生

（1.太原师范学院 地理科学学院，山西 晋中 030619；2.太原师范学院，山西 晋中 030619）

一、引言

乡村聚落为乡村人口居住和生产生活的场所，是乡村地域空间的人口聚居点，农村居民与周围自然、经济、社会、文化环境相互作用的现象与过程和结果[1-5]。对于生态脆弱的黄河流域来说，其乡村发展问题更加复杂，发展的形势更加的严峻。国际上对于乡村聚落的研究始于19 世纪20 年代，其研究的内容主要包含乡村聚落空间分布、聚落形态与分类、聚落景观以及聚落演化等。20 世纪30 年代国内乡村聚落研究学者不断兴起，学者们对不同区域乡村聚落格局、演变及影响机制进行了多尺度研究[6-9]。在国家尺度上，集中和分散是乡村聚落空间演变的基本形式，不同的地域受到不同自然环境因素的影响，在区域尺度上，研究者以不同地域类型区为例，集中在乡村聚落空间格局及其动力机制分析。经济发达地区的乡村聚落集聚特征十分明显，呈现出“面状”格局；欠发达地区的乡村聚落受到城镇化发展的影响较大，表现为“线状”格局较多。对于生态脆弱的地区，乡村聚落发展规模、集聚程度的影响因素极其复杂，因此，对于生态脆弱区的乡村聚落研究尤为必要。山西省沿黄地区是典型的生态环境脆弱区，为实现黄河流域高质量发展，对于该区域的研究具有典型意义。故以山西省沿黄19 个县为研究对象，借助已有的理论基础和方法技术相结合，深入研究山西省沿黄地区乡村聚落的时空演化特征及其驱动力分析，以期丰富乡村地理学在生态环境脆弱区和欠发达地区的研究内容。

本文主要基于卫星影像目视解译数据，主要运用空间分析方法及景观格局指数揭示山西沿黄地区乡村聚落的时空演化，借助地理探测器从自然和人文两个要素识别其驱动力，为实现黄河流域高质量发展、乡村脱贫与乡村振兴的有效衔接提供参考。

二、研究区概况与研究方法

（一）研究区概况

黄河流域范围广阔，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9 个省区。流域面积752 443km2。研究区为黄河流域山西段沿黄区，坐落位于山西省西侧，黄河边上，其中包括：河曲县、偏关县、保德县、兴县、临县、柳林县、石楼县、永和县、大宁县、吉县、乡宁县、河津市、万荣县、临猗县、永济市、芮城县、平陆县、夏县、垣曲县等19 个县（市）全域，国土面积约2.97 万平方公里，2020 年常住人口为548 万人、地区生产总值1 807.55 亿元，人均生产总值为79.91 万元，是山西省重要的生态环境脆弱区和待发展地区，同时也是山西省重点扶贫成果巩固区域以及实现黄河流域高质量发展重点关注地区。

（二）数据来源

本研究考虑数据的可获得性，将2000—2019 年作为研究的时间范围，2010 年作为中间的时间节点。时间节点的选择考虑了研究对象社会经济发展状况。研究用到了大量定量和定性数据。空间数据来自于中国科学研究院资源环境数据云平台，包含2000 年、2010 年和2019 年土地利用数据、30mASTERGDEM 高程数据。遥感影像数据是利用BIGMAP 软件在线下载所得，影像级别为16 的分辨率。交通数据来源于全国道路网。人口数据、社会经济数据来源于山西统计局提供的《山西省统计年鉴》及全国第七次人口普查数据。由于村落实际统计数据的不易获取性，所以在进行后续分析时均采用解译后的斑块数据。

（三）研究方法

1.核密度分析。核密度分析是一种非参数的表面密度计算，用于分析乡村聚落空间分布密度大小。其计算公式如下：

式中：f（x，y）是（x，y）位置的核密度值；n是乡村聚落斑块数；h是带宽；i是核函数；di是（x，y）位置距第i个观察点的距离。核密度值越高，说明乡村聚落空间分布密度越高，反之越小。

2.莫兰指数（Moran's I）。Moran's I 指数表示空间范围内要素的聚散程度。本文运用Moran's I 来反映乡村聚落分布的空间全局自相关程度，计算公式为：

3.景观格局指数。景观格局指数来源于景观生态学，它能够反映聚落斑块的结构组织和空间格局等。选取斑块面积（CA）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块占景观面积比（LIP）、景观形状指数（LSI）、平均斑块形状指数（SHAPE-MN）、蔓延度（CONTAG）7 个指标来衡量乡村聚落的特征。

4.地理探测器。地理探测器是探测空间分异性，以及揭示其背后驱动力的一组统计学方法。其核心思想是基于这样的假设：如果某个自变量对某个因变量有重要影响，那么自变量和因变量的空间分布应该具有相似性[10-11]。

表1 景观格局指数及含义

三、乡村聚落时空演化及影响因素

（一）时空演化特征

聚落的空间特征是指聚落的规模、密度以及集聚等基本特征在空间上的表征，而这些特征都会受自然地理条件、自然灾害、社会经济发展水平和国家对于乡村建设的具体政策的影响。分析聚落整体时空演化趋势，就是从宏观方面整体掌握研究区域的空间变化特征，本文从规模、密度和形态三个方面分析沿黄乡村聚落的整体变化趋势，以期对山西沿黄区乡村聚落的发展演化形成直观的认识。

1.总体规模较小、集聚分异显著。2000—2019 年增加和减少的斑块遍布于整个区域，以增加的斑块为主，主要集中在流域北段的保德县、临县、柳林县、吉县、乡宁县和流域南段的万荣县、临猗县、芮城县、平陆县中；减少的斑块大多分布在流域北段各县，以临县最为突出；流域南段大多是不变的聚落斑块。2000—2010 年期间，大致以不变的斑块为主，依然是增加的斑块远多于减少的斑块，是乡村聚落发展较快的十年，运城盆地为高集聚区，忻州河保偏区域为次高集聚区。2010—2019 年期间，集聚分布与前十年大致相同，流域南段新增斑块相较于前十年表现稀疏，流域北段的吕梁山地区增加和减少的斑块相对活跃，同时也说明黄土丘陵区的乡村聚落存在不稳定性。小规模的乡村聚落大幅减少且主要分布在北段，而中等规模和较大规模的乡村聚落有所增加且主要分布在地势低平区和交通河流周围。沿黄乡村聚落由小规模集聚转为大中小规模乡村聚落混合集聚，较大规模的乡村聚落逐渐增多，但总体规模依旧偏小。

2.“北疏南密”分布特征。山西沿黄区整体乡村聚落分布差异性显著，呈现出“北疏南密”的分布，新增的高密度区也在增加。整体密度变化较小，大部分区域以低密度变化为主。2000 年整体乡村聚落核心密度范围为（0～0.33）个/km2；2010 年增长到0.37 个/km2，2019年减少至0.36 个/km2。运城河津万荣临猗县一直为高密度区，由于地形平坦人口稠密，农业生产条件良好且气温降水适宜，临猗县为典型的平川县。2000—2019 年乡村聚落分布高值与低值区域总体变化不大。但2000 年高值区仅分布在万荣县、临猗县和永济市，由于运城市盐湖区、临猗县和夏县一体化发展的原因，自2010 年开始向芮城县平陆县以及夏县西北部延伸，呈环状分布。低值区一直集中分布在临汾三县，大宁县吉县乡宁县人口总数较少，人口密度低是主要原因，因此该区域的乡村聚落分布呈现出低密度状态。

3.形态演化由简向繁。运用景观格局指数软件，选取了景观形状指数（LSI）、平均斑块形状指数（SHAPEMN）、蔓延度（CONTAG）等指标对山西沿黄地区乡村聚落斑块形态演化进行分析。从表2 可以看出2000—2019 年，景观形状指数不断增大，由2000年的83.88 增加至2019 年的92.26，增长幅度较大，说明整体上沿黄地区乡村聚落的形状特征由简单向复杂在演化，反映出乡村聚落亟待规整化。平均斑块形状指数（SHAPE-MN）反映乡村聚落受外部活动的影响程度。2000—2019 年间，山西沿黄地区平均斑块形状指数整体差异较小，2000 年为1.49，2010年为1.46，2019 年为1.51，说明在将近20 年的时间里乡村聚落受外部活动的影响小，与该地区的地貌形态相关，但是也有增长的趋势。蔓延度指数（CONTAG）是用来表示乡村聚落的连续性。2000—2019 年，蔓延度指数处在51～53 范围内，2000 年的蔓延度指数差异小说明其乡村聚落的连续性较好，2000—2019年蔓延度指数是呈现出不断增大的趋势。

表2 山西沿黄2000—2019 年乡村聚落规模变化

（二）影响因素分析

乡村聚落的分布及演化都受到多种因素的共同作用，一般分为自然地理环境因素和人文社会环境因素[12]，各类影响因素对乡村聚落的分布及演化作用强度有差异性。根据山西沿黄区相关资料可知，山西沿黄区早期乡村聚落的形成主要受地形、水文等影响，近年来，重大工程项目建设、精准扶贫等政策对乡村聚落产生突发性影响。所以借鉴前人的研究成果，结合山西省沿黄区区域性特征，从地理环境和社会经济两个方面选取指标要素进行分析。

将沿黄区划分为100m×100m栅格单元并进行二值化，有村落分布的栅格赋值1，无村落分布的栅格赋值0，运用ArcGIS 10.3 的非监督离散方法—自然断点法对8 个探测因子原始数据进行离散化和类型化处理，由高至低分为5 个等级后作为自变量导入至地理探测器，利用地理探测器识别各要素对沿黄区乡村聚落空间分布的影响力。得出影响因子的影响力值和因子解释力值，通过显著性检验，即p valaue小于0.1。其中q值越趋于1，则影响力越大。山西沿黄乡村聚落主要影响因子解释力探测结果如表3 所示。

表3 山西沿黄乡村聚落主要影响因子解释力探测结果

从表3 可见，各因子对沿黄区乡村聚落分布都有不同程度的影响作用，q值从大到小排序依次为高程（X2）、路网密度（X8）、城乡居民收入比（X5）、人口密度（X6）、坡度（X1）、地形起伏度（X3）、人均GDP（X7）、距河流最邻近距离（X4）。由此得出，山西沿黄乡村聚落空间分布主要受到高程、路网密度、坡度、城乡居民收入比和人口密度等要素的影响。由于沿黄区特殊地理位置，北段和南段差异性较大，北段海拔高度高，以山地为主，乡村聚落数量较少；南段海拔高度低，以盆地为主，乡村聚落数量多，因此探测结果高程因子作用力极其显著。同时也说明乡村聚落的空间分布极其不均衡。路网密度排在第二位，路网密度越高，乡村聚落数量越大越聚集，说明乡村聚落主要沿道路分布，交通网络密集区也是村落分布密集区。交通网络完善程度直接影响乡村聚落地理可达性，决定乡村对外交往可能性。城乡居民收入比是衡量城乡收入差距的，属于经济因素，城乡居民收入差距越大的地区说明该区域经济发展水平和城乡一体化发展水平较低，从而导致了地区经济对乡村辐射作用小，无法带动乡村经济的发展，因此，乡村聚落集聚主要还是从事农业生产，乡村的非农产业无法接收到城市资本、技术和资源等要素，乡村经济发展缓慢。人口密度决定了乡村聚落的规模，人是聚落形成的根本。人口越稠密的地区乡村聚落集聚越显著，聚落规模也较大，呈片状集聚；人口稀疏的地区，乡村聚落集聚程度较低，规模较小，大多呈点状集聚。

交互探测器是判断影响因子之间是否存在相互作用的方法，即2 个因子共同作用时，是否会增强或减弱对因变量的解释力。识别山西沿黄区乡村聚落分布影响因素的交互作用程度，结果如表4所示。

表4 山西沿黄区乡村聚落影响因素交互作用探测结果

由表4 可知，影响因素交互作用整体上表现为增强型，表明沿黄区乡村聚落空间分布受多种因素共同影响，在完善乡村聚落合理布局中，同时对多种影响因素进行改进提升所产生的影响高于仅提高单因子的影响。X1∩X2（坡度与高程交互作用）、X1∩X3（坡度与地形起伏度交互作用）、X1∩X5（坡度与城乡居民收入比交互作用）、X1∩X6（坡度与人口密度交互作用）、X1∩X8（坡度与路网密度交互作用）、X2∩X3（高程与地形起伏度交互作用）、X2∩X5（高程与城乡居民收入交互作用）、X2∩X6（高程与人口密度交互作用）、X2∩X8（高程与路网密度交互作用）、X3∩X5（地形起伏度与城乡居民收入比交互作用）、X3∩X6（地形起伏度与人口密度比交互作用）、X3∩X8（地形起伏度与路网密度交互作用）、X4∩X8（距河流最邻近距离与路网密度交互作用）、X5∩X6（城乡居民收入比与人口密度交互作用）、X5∩X8（城乡居民收入比与路网密度交互作用）、X6∩X8（人口密度与路网密度交互作用）、X7∩X8（人均GDP 与路网密度交互作用）为双因子增强型，乡村聚落分布受多因子综合作用影响较大交互作用影响力大于0.1 的有19 个，占交互总量的68%。X2∩X7（高程与人均GDP 交互作用）最强，影响力最大，其次是X2∩X5（高程与城乡居民收入比交互作用）以及X2∩X4（高程与距河流最邻近距离交互作用），表明在完善乡村聚落优化布局的过程中需要着重考虑到一个重要的前提经济发展，经济发展是促进沿黄区乡村聚落优化的一个重要支撑。河流对乡村聚落的形成和发展起着关键作用，由于地形制约无法改变，因此最大限度发挥有利的资源来带动乡村聚落的合理规划。同时，交互作用影响力大于0.1 的19 个交互作用形式中高程（X2）是交互最频繁的影响因子，其他因子与其交互作用后达到较大值，是重要的复合影响因素，同时也说明山西沿黄区特殊的地理位置对乡村聚落发展有很大的制约性。

四、结论与讨论

山西沿黄乡村聚落整体时空演化变化较小，以不均衡的集聚分布为主。首先，演化过程中受到高程的影响大于其他因子，在运城盆地较为显著，海拔越低地形越平坦，乡村聚落数量、面积就越大；乡村聚落沿道路和河流集聚特征明显，在吕梁山段呈现出沿交通线条带状分布；其次是人口与经济因素。可以看出，自然环境与地理条件依然是主控因子，交通因素发挥着重要的导向作用。目前沿黄区的乡村聚落呈现出极其不均衡的分布态势，随着国家乡村振兴政策的不断推进，乡村聚落的发展将得到完善。未来乡村聚落空间优化和发展，应着重加强交通线的合理规划布局以及完善基础设施，以加强人文经济社会影响因素弥补和突破自然环境因素造成的先天局限性，促进城乡要素流动共享，推动城乡一体化和融合发展。本文在进行驱动力分析时，未将目前乡村政策制度纳入进行量化分析，是未来研究需要进一步注重和完善的地方。山西沿黄区域生态环境脆弱，城乡发展差距较大，是实现乡村振兴和城乡可持续发展的重点关注区域，需要更深入的进行综合研究，为未来乡村聚落合理化布局提供思路，以便有针对性提出更好的发展途径。