乡村景观单元识别与认知的空间生态智慧——以南京市牌坊社区为例

陈照方 王云才＊

1 研究背景：生态智慧视角下的乡村景观空间解构与重组

1.1 乡村景观空间解构与重组的核心内涵与科学途径

景观是由景观要素有机组成的复杂系统，是含有等级结构和独立功能特性、明显视觉特征及明确边界的可辨识地理实体[1]。乡村是一个空间地域系统[2]，乡村的形成与发展是生态智慧落地的表现，是人与环境长期互动积累后的结果[3]。生态智慧是一种运用生态知识、原理和规律，从事利于人类可持续发展行为的能力[4]。同时，生态智慧也是一种特殊形式的生态领域知识，依托生态实践为人类社会带来福祉，启发和指导人类“在特定的环境中以正确的方式做正确的事”[5]。通过考察具有生态实践智慧的人，学习和研究具有代表性和典型性的生态实践案例，获得卓越的技能并将其应用在新的社会生态实践中[6]。空间智慧代表着以空间实体作为实践对象产生的科学方法与策略[7]，在生态智慧的视角下认知、分析和运用空间智慧需要研究者和实践者充分理解景观空间内在的构成逻辑与组织规律，形成可学习与可实践的空间生态智慧。

乡村景观空间的解构与重组是基于景观生态系统的整体性、分异性与结构性[8-9]展开的，其中，景观空间解构是揭示景观空间机理的重要方法，通过逆向分解揭示空间内部的结构、形态、机理与功能之间的复杂关系[10]；景观空间重组则是按照景观空间组织规律生成多尺度复合空间的过程。通过景观空间的解构与重组，研究者可以发现特色的景观单元和空间逻辑关系[11]，挖掘和提取乡村空间生态智慧，从而获得和掌握乡村生态实践的“知识”与“能力”。因此，乡村景观单元是乡村空间生态智慧的核心载体和地方生态实践的基本对象，构建乡村景观单元体系是实现乡村景观空间解构与重组的关键技术手段与科学途径。

1.2 乡村景观单元理论的研究进展

单元（unit）是现代科学技术体系常用的基本概念[12]，是指拥有相对独立地位与功能的自成系统[13]。景观单元是依据地表景观客观物理状态进行异质性划分时所使用的基本单位，每个单元都存在不同于其他单元的可识别特征[14]，是地域中基本景观单元的综合[15]。与景观单元概念密切相关的是生态单元，它指的是具有一定结构和功能的生命单元[16]。每个生态单元都含有自身的生态特点并承载相应的生态功能，它与周边空间在功能、构成及形态等方面存在明显差异，同时又保持密切联系和动态变化过程[17]。生态单元可以被看作是一个特定尺度下环境条件一致的景观单元[18]。对比来看，景观单元体现出更高的要素复合性、特征多样性与尺度嵌套性，生态单元则更加强调自身功能的独立性和稳定性。

近年来，以空间单元（景观单元、生态单元、风景单元等）作为研究视角与切入点的文献出现在城镇景观[19-22]、自然景观[23-24]、村落景观[13,25-27]、公园与风景区[14,28]等相关研究领域中。生态单元制图已成为各类规划与评价研究的基础方法与工具[29]。它与土地利用/覆盖分类和景观生态分类制图是有明显区别的[18]，生态单元制图更加强调单元生态功能的独立性和与外部环境的关联性，更为关注土地与景观生态系统的格局形态与结构的相似性和分异性，有效指导了中大尺度景观系统的空间划分，推动了这一尺度上的相关科学研究与工程实践。相比之下，景观单元制图的相关研究与应用较为稀少，当面对乡村景观空间这一“小”和“杂”的特殊对象时，精细化的单元识别与划分显得尤为困难，导致后续的科学研究难以依托明确的空间对象开展。图式语言理论的兴起为景观单元研究带来重要契机。作为景观地方性表达和空间机理研究与应用的实践工具[10]，图式语言结合景观空间的尺度特性（单一景观尺度、复合景观尺度与整体景观尺度）提出整体景观空间由基本空间单元、复合空间单元和复杂空间单元3种类型空间构成[11]，完成了景观空间描述与分析中由景观要素到空间单元的对象转化，为景观空间单元的认知与表达提供了新的视角与方法。

1.3 乡村景观单元体系构建的意义与逻辑框架

风景园林作为一门工程实践学科，其核心是借助相关科学原理与规律，以空间营造为目的建立的可实施和可实践的知识体系和技能[4]。景观单元体系的建立可以促使景观空间尺度内在化与秩序化，解决了传统生态规划分析中所面临的将生态性空间化的技术难题，使风景园林规划设计的对象从单体要素转向单元空间，关注视角从环境单因子的影响转向多因子的复合作用关系，帮助研究者与实践者深入理解景观空间由局部到整体转换中的拼接与嵌套关系，从而充分利用生态知识与空间规律引导未来的景观行动。因此，构建乡村景观单元体系是乡村景观研究与实践的重要基础与必然需求。本研究尝试在生态智慧的视角下，借助图式语言中对景观单元构成的理论指导，提出一套兼具功能性与结构性的多尺度乡村景观空间单元体系构建逻辑（图1），并立足于村域尺度，首先对乡村景观基本空间单元进行定义、分类、识别和制图，完成乡村景观空间的解构；再根据基本单元的多维特征与组织规律对其进行重组；最后基于复合空间单元景观绩效的测度评价，形成乡村空间生态智慧的深入解读与景观单元的科学认知，以期作为乡村生态实践的启发与引导。

1 乡村景观空间单元体系构建的逻辑框架Logical framework for construction of rural landscape space unit system

2 空间解构：乡村景观基本空间单元的识别与分类

2.1 乡村景观基本空间单元的定义

在乡村景观环境中，土地的功能作用与形态肌理是依托各类基本空间单元形成的，基本空间单元在整体乡村景观空间中承担最基本的生态、生产和生活功能，是在内部构成和外化形态上与邻近空间具有一定分异性的最小尺度单元，是乡村景观空间中不可再分割的基本单位。每个基本空间单元都是独立且完整的空间实体，由单一或复合的景观要素构成。景观空间是一个具有等级性和秩序性的有机整体，因此由景观要素所构成的景观空间单元中同样存在主从秩序：核心要素发挥着最主要的景观功能，而附属要素支撑和协同核心要素产生相应的辅助功能，它们共同形成一种较为稳定的空间关系、结构与秩序。此外，景观基本空间单元具备自身独立的景观特征和相对连续的景观边界，它是景观空间异质性在微观尺度上的具体体现。

2.2 乡村景观基本空间单元的识别方法

乡村景观要素是乡村景观构成的物质基础，决定了景观环境的语境特征[30]，具有明确、稳定和匀质的外化物理特征。近年来，利用深度卷积神经网络模型对遥感影像地图进行语义分割被广泛应用于景观覆被和土地利用制图中[31]。其中U-Net模型[32]因其清晰的结构和在小样本数据集上的优异表现而广受好评[33]。但景观空间单元有时并非由单一要素所组成，往往包含多个要素类型，其整体特征的不稳定性导致语义分割技术难以直接完成景观单元的识别与划定，需要借助景观界面的识别共同完成。

生态界面是中小尺度空间上的带状空间实体，是相对均质且具有自己特定的结构、功能和等级的转换区域[34]。由此可见，景观界面是一条具有自身稳定特征的“带”，起到了过渡与衔接的作用，具有一定的共享性。在图像深度学习算法中，边缘检测模型通过学习数字图像中梯度变化的特征提取对象的边缘。双向级联边缘检测网络（bi-directional cascade network for perceptual edge detection,BDCN）模型[35]采用基于可视化几何组网络模型（visual geometry group network, VGG）的轻量型网络结构，可在不同层进行多尺度训练并提取不同尺度的边缘，有利于不规则且缺失区域生成合理的边缘[36]。由于单元划分必须最终落实在明确且共轭的边界上，而部分景观界面并非是完整且连续的，因此需要对其合理地简化与完善，同时结合实地调研进行人工校正。综上，笔者提出乡村景观基本空间单元识别的技术路径（图2）。

2 乡村景观基本空间单元识别技术路径Technology path for identification of basic spatial units of rural landscape

2.3 南京市牌坊社区景观基本空间单元的识别与分类

牌坊社区位于南京市江宁街道东南部，占地面积8.2 km2，辖区有20个自然村，总人口为2 154人，是中国最美休闲乡村黄龙岘茶文化生态旅游村的所在地。牌坊社区是典型的丘陵山区乡村，景观资源类型丰富，景观特征也较为多样。聚落四周茶山、竹海、松林环绕，环境优美，人文景观与自然景观融合度较高，蕴含了当地人民在社区营建历史中形成的极具地方性的独特生态智慧，具有较高的研究价值与借鉴意义。

研究使用ArcGIS Pro 2.8中的深度学习—像素分类模块对天地图遥感影像数据（0.25 m分辨率）进行识别，得到牌坊社区景观要素分布（图3）与景观单元界面（图4-1）；使用模型构建器对景观界面进行批量化图形矢量处理，生成牌坊社区的景观基本空间单元边界线（图4-2）。最后结合实地的调研对单元边界线进行统一校正，共得到3 426个景观基本空间单元（图5）。牌坊社区的景观要素类型共分为：建筑物、硬质场地、道路、裸地、农田、种植茶园、种植果园、蔬菜大棚、水体、草地花卉、灌木林、常绿林与落叶林13种类型。从要素的空间分布来看：村域西部以农田要素为主，聚落与坑塘散布其中；中部和东南部有两处较大的水体，分别为牌坊水库与晏公湖水库；中部与东部的乡村聚落两侧为成片的茶园；中东部南北两侧是连续的丘陵山林。通过对单元内主要的景观要素类型的统计，把牌坊社区的景观基本空间单元划分为14个空间类型：建筑单元、公共空间单元、道路交通单元、农田单元、果蔬种植单元、茶园种植单元、水库单元、湖泊单元、河流单元、坑塘单元、草地花卉单元、灌木单元、森林单元与裸地单元。

3 南京市牌坊社区景观要素分布Distribution of landscape elements in Nanjing Paifang rural community

4 南京市牌坊社区景观基本空间单元界面与边界Interfaces and boundaries of basic landscape space units in Nanjing Paifang rural community

5 南京市牌坊社区景观基本空间单元类型分布Distribution of types of basic landscape space units in Nanjing Paifang rural community

3 空间重组：乡村景观基本空间单元的特征提取与空间组合

3.1 乡村景观基本空间单元的组合逻辑与方法

乡村景观空间的组合与生成具有一定的规律性，拥有相似景观特征的空间单元在一定尺度下会产生较强的依赖与关联。在景观空间单元组合的过程中不仅需要考虑景观覆被的一致性，还需考虑单元间景观特征的相似性。而单一特征指标难以反映乡村景观空间的复杂性和多重性，需要构建多维度的乡村景观基本空间单元特征指标，实现对单元的综合特征提取。同时，跨尺度的单元重组需要对其空间尺度与空间关系进行限定和约束。重组后的单元由于尺度跃迁使其在功能与效用上获得了一定程度的完善与提升，呈现出更加显著的复合属性，为研究者提供了一个更加完整的空间观察与分析视窗。

空间聚类分析是依据空间对象的属性信息对其进行相似性分类的定量方法，是空间数据挖掘领域中的重要分支[37]。空间聚类可以结合空间单元的多维特征变量，通过设置空间关系约束规则，实现其在一定尺度内的空间聚合。这样的组合方式能够很好地按照景观空间组织规律进行执行，直观地呈现出单元间的相似性、关联性与差异性，提升单元组合的科学性和可行性，是实现景观空间重组的有效技术手段。

3.2 南京市牌坊社区景观基本空间单元的空间聚类分析

本研究结合乡村景观特征研究的相关文献[38-40]，选取单元主要景观功能类型、核心景观要素面积占比、单元形态分形维数、高程、坡度、植被覆盖度、土壤侵蚀力、距主要道路距离与距大型水体距离9项特征指标作为空间聚类分析的变量。结合牌坊社区基本空间单元的尺度大小，将空间聚类的分组数设置为600个，空间约束关系为邻近共边，使用ArcGIS 10.8中空间统计工具—分组分析工具执行空间聚类；使用消除工具将部分未成组的碎片型单元进行邻近融合，最终生成569个景观复合空间单元（图6）。依据复合单元内的基本空间单元功能的统计将牌坊社区的复合空间单元划分为6个功能类型：人居生活单元、农田生产单元、种植园生产单元、水体生态单元、灌草地生态单元、林地生态单元。从空间重组的结果来看：面积较大的基本单元吸收了相邻面积较小的单元，成为拥有主导型功能的景观复合空间单元（大型林地、水体空间）；具有相似功能类型且形态相近的单元呈现出较强的联结性，拼接形成鲜明的土地肌理（农田与聚落组合空间）；功能不同但具有相似环境条件的基本单元组合成为嵌套型或咬合型单元组合。此外，大型复合单元中常会出现“孤岛型”单元，它们与周边环境差异较大，拥有相对独立的生态过程与功能。可见，空间聚类的结果直接体现了景观单元在空间组织上的基本规律，依据研究区域的景观特征选取聚类变量指标尤为关键，不同尺度层次的景观单元组合具有不同的意义和分析视角，研究者可根据特定的研究需求经由多次尝试和推敲不断调整和完善。

6 南京市牌坊社区景观复合空间单元类型分布Distribution of types of composite landscape space units in Nanjing Paifang rural community

4 空间认知：基于空间生态智慧的景观空间绩效评价与塑造

4.1 南京市牌坊社区景观复合空间单元的景观绩效评价

景观空间绩效评价有助于设计师确认空间价值、发现空间问题，进而促进景观空间的发展与保护[41]，是揭示不同类型空间的景观功能效用、获取乡村景观空间生态智慧、启发和引导乡村生态实践的科学依据。乡村景观是各类空间相互联系、相互渗透又相互区别的完整结构体系[42]，需要针对不同功能类型选取相应的绩效评价指标。当前乡村景观空间的绩效评价研究较少[43]，本研究参考乡村景观的功能[44-45]、质量[46]、文化服务能力[47]、风貌与吸引力[48-49]相关评价的研究成果，结合案例地主要的景观特征，针对生活空间、生产空间与生态空间3种基本类型选取了15个景观绩效评价指标（表1），以景观复合空间单元作为制图单元展开测度与评价，最终得到牌坊社区景观绩效评价图（图7、8），以此作为牌坊社区景观空间生态智慧认知与景观塑造引导的主要依据。

7 南京市牌坊社区景观复合空间单元单项绩效评价Single performance evaluation of composite landscape space units in Nanjing Paifang rural community7-1 聚落生活空间绩效评价Performance evaluation of settlement living space7-2农业生产空间绩效评价Performance evaluation of agriculture production space7-3 自然生态空间绩效评价Performance evaluation of natural ecological space

表1 南京市牌坊社区景观复合空间单元绩效评价指标体系Tab. 1 Index system for performance evaluation of composite landscape space units in Nanjing Paifang rural community

4.2 南京市牌坊社区的景观空间生态智慧认知对景观塑造的引导

通过景观空间绩效评价可以对当地高效的景观空间组合进行提取与解读，分析和总结优秀的乡村景观空间模式与重要影响因子，充分理解和学习乡村空间生态智慧。总体来说，牌坊社区的景观空间具有较高的景观丰富性与独特性：山-水-茶-村相互融合的空间模式带来丰富的格局变化，田-塘-林-村相互串联的空间模式也体现出独特的空间构成。这正是地方生态智慧的集中体现，同时也为乡村景观塑造带来新的启发与引导，具体体现在以下3个方面。

1）牌坊社区东西2个区域的聚落生活空间在内部组织与构成方式上呈现出较大差异。西部建筑聚落散布于农业生产空间之中，部分建筑被林地围合。聚落生活空间绩效较高的景观单元往往同时具有较好的景观绿化率和适中的建筑密度，这表明在平坦连续的农田景观基底上，聚落、植被及水体相互耦合协调对景观空间绩效有较好的提升。而社区东部的聚落由大型公路串联，整体呈现出较好的交通便利性，因此其路网密度与公共空间服务面积占比较高。与此同时，由于这些聚落空间背靠山体绿林，与茶园水体相互交融，具有良好的视觉审美价值，成为聚落生活空间中绩效最高的景观单元。可见，在山地景观的乡村聚落设计中应重点关注建筑及场地与自然环境的有机协调与融合，合理的建筑布局可以带来土地利用效率的提升，在大面积的生产空间中，紧凑型的建设空间可以提升农田耕作效率，同时形成更加鲜明的土地肌理。

2）牌坊社区西部以农田生产为主，中东部则以茶园生产为主。西部农田生产空间绩效较高的单元往往具有较高的香浓均匀度，且农田斑块边缘密度适中，拥有较高的防护林带密度和一定面积的坑塘水面。东部茶园生产空间绩效较高的单元往往沿山体坡度纵向排布，具有更高的斑块边缘密度和香浓均匀度，与邻近的建筑聚落形成了“山茶人家”的诗意景象。可见，对于地势相对平坦的农田生产空间，较高的香浓均匀度与斑块边缘密度意味着农田斑块的完整性较强，防护林带与坑塘起到一定的辅助作用。而坡地茶园的生产耕作受到重力影响，斑块边缘密度的升高使得茶田肌理愈发鲜明。因此，在农业生产空间的景观塑造上应注意尽量保护内部形态肌理较为完整的均匀型农田空间，通过设置坑塘水系与防护林网进一步提升生产与生态功能的协同效应，顺应地形地势种植的园地应减少人为的破坏与干扰，维护其独特鲜明的整体风貌。

8 南京市牌坊社区三生空间综合绩效评价Comprehensive performance evaluation of living-production-ecological space in Nanjing Paifang rural community

3）牌坊社区南北两侧的山体林地、湖泊与中部的大型水库形成强大的生态核心与屏障。其中，山林单元发挥了重要的水源涵养功能，中大型水库和湖泊能够有效地调节水量，缓解山体径流带来的山洪压力。丰富的山水格局具有较高的视觉审美价值，形成景观优势度较高的自然风貌。西北部河流的水岸生态系统较为完整，局部与坑塘相连形成连续的蓝绿生境。此外，建筑聚落外围的小型绿心和绿带具有较高的多样性，成为绩效较高的小型生境单元。由此可见，大型自然景观要素往往是形成乡村地区风貌的主要因素，它们相互联结形成特定的山水景观格局，共同发挥重要的生态服务功能，具有较高的生态价值与能力。但小型的优质生境空间也不可被取代，它们成为生活空间与生产空间的优质缓冲过渡区域，是极具地方特色的景观空间图式样本。

5 结语

风景园林学科认知、分析与表达的对象更多是景观空间实体，将景观物理环境进行系统的单元化解构与重组是风景园林理论通往实践的重要基础和关键环节。随着数字信息技术的发展，利用高精度多源数据对空间单元进行多重智能识别和数据挖掘是未来景观空间性研究的必然趋势。本研究提出的乡村景观单元识别技术与认知方法是笔者在面向中小尺度乡村景观空间精细化识别与测度研究中所做的尝试与突破，该技术方法兼具一定的普适性和典型性：乡村景观单元体系构建的逻辑符合乡村景观空间构成与生成的科学规律；不同的深度学习模型在识别不同空间对象时体现出各自的应用优势，可以结合不同的地域环境创建和扩充具有代表性和广泛性的景观要素与景观单元边界样本，提升深度学习模型的训练质量和识别精度；依据地方景观特征与空间类型构建的乡村景观绩效评价指标体系能够更加科学合理地测度完整而明确的空间单元，使乡村空间生态智慧呈现出“可辨识”“可解读”“可学习”“可运用”的实践意义，为后续的乡村景观研究与实践提供有效的科学指导与技术支撑。

图表来源(Sources of Figures and Table)：

文中图表均由作者整理绘制，卫星遥感影像来自天地图（2021年1月14日）。