基于空间基因的村镇聚落空间谱系构建研究

陈代俊 杨俊宴 史 宜

村镇聚落也叫乡村聚落，指城市建成区以外的所有村庄和集镇[1]，是一个由空间、经济、社会要素相互作用的复杂系统[2]。在中国，地理环境和社会文化等具有普遍的区域差异性，形成了地区差异显著、乡土特色鲜明的乡村景观，而村镇聚落空间形态作为乡村景观的重要组成部分[3]，蕴含着丰富的社会、历史及文化价值，是“乡愁”的主要载体。因此，形成基于对村镇聚落空间形态及所处环境的空间规律认知，不仅是国土空间规划背景下村镇聚落转型重构的迫切需要，也是“因地制宜”塑造村镇聚落特色景观风貌的现实需求。

深入研究不同地域类型村镇聚落的空间特征和形成原因，是客观认知村镇聚落空间生成和发展规律的重要途径。从既有研究来看，不同学科在研究视角和方法上各有侧重。地理学科常借助景观生态学的方法，从宏观角度对村镇聚落的整体空间分布特征展开研究，通过选取景观格局指数量化村镇聚落格局特征，以此揭示不同类型的地域分布规律[4-6]。建筑和规划学科则通过形态类型分析方法，从中微观尺度对村镇聚落的山水格局[7]、聚落边界[8]、街巷空间[9]、建筑肌理[10]等不同空间尺度的聚落内部空间形态特征进行归纳和总结，并揭示不同类型特征形成的原因。而风景园林学则是对聚落空间本身及其外围生产、生态的复合系统进行整体性景观格局的研究[11]，从景观功能形态[12]、景观属性差异[13]等方面揭示聚落景观的类型特征。整体而言，当前对村镇聚落空间形态的类型研究多聚焦于单一尺度展开，对同一地域进行区域、聚落及环境乃至建筑的跨尺度整体性研究较为缺乏。另外，对于村镇聚落形态类型的规律和机制探讨，仍局限于将某一类型在封闭系统内进行孤立的解析，重点关注类型之间的差异性，尚未从群体关联的视角科学认知村镇聚落形态类型的规律和生成逻辑。

但是，聚落空间形态不同尺度的现象和过程之间相互作用、相互影响[14-15]，从单一尺度出发无法精准刻画村镇聚落的形态类型特征。并且，在一定尺度下环境的区域相似性使村镇聚落形态呈现出关联性特征，聚落营建模式也会随着基因的传播现象，通过水系、陆路等交通路线进行跳跃传播，而以差异性为导向的“就类型而论类型”无法实现对村镇聚落形态类型特征规律的全面剖析。

因此，围绕着“面向村镇聚落形态多尺度相互作用特征，如何精准刻画村镇聚落的形态类型，并构建整体性视角的分析框架解析村镇聚落形态类型的关联性和差异性规律”这一问题，根据不同学科的互补性特征，需要综合风景园林学、地理学、建筑学和规划学等多学科的视角开展本文的研究。首先，综合多学科的视角不仅可以从宏观角度理解村镇聚落形态的地带性分布特征及环境成因，系统解析“山水林田居”的整体性景观格局，同时也可以深入剖析聚落内部空间形态要素的特征和组合方式，形成对村镇聚落形态的整体性认知。其次，借助多学科技术手段可以从控制村镇聚落形态特征和景观风貌的基因出发，构建出反映村镇聚落空间基因形成和演化规律的“谱”式结构信息集合，实现村镇聚落形态类型的差异性和关联性解译。

1 村镇聚落空间谱系

谱系关注事物“源”的产生和“流”的变化问题，是事物发展的一个完整系统。其最早来源于生物遗传学，指代不同有机体的遗传关系，通过建立谱系的方式可以洞察基因在机体之间的遗传规律[16]。之后谱系在风景园林学、地理学、建筑学等领域均有不同的应用，研究景观基因的图谱或谱系[17]、建筑的谱系[18]等，其重点均在于通过谱系的研究方法梳理事物的时空动态演化脉络，以及潜在的谱系类型内在联系。

因此，可以借鉴“谱系”的内涵与特征，构建村镇聚落空间谱系，对空间基因信息进行组织与整合，实现景观物质表象下深层结构内涵的透视与解析。其内涵在于通过运用谱系的思维和方法，从广义的尺度剖析村镇聚落空间构成要素的特征及相互关系，从系统发展的角度解析其空间要素特征生成和变化的过程，以及从宏观的地理视角解读不同尺度地域环境特征下聚落群系之间的关联性和差异性规律。

2 村镇聚落空间谱系的空间基因构成

2.1 空间基因与村镇聚落空间谱系

基因是控制生物性状的基本遗传单位，类比生物学基因。近年来，段进院士提出“空间基因”是具有稳定性和在地性的空间组合模式，并创建了空间基因识别提取、解析评价到传承导控的技术体系，将空间形态由封闭的类型研究转向“空间-自然-人文”的互动影响模式中[19]。而村镇聚落空间基因作为乡村人居环境与自然、人文环境长期互动形成的“遗传编码”，对乡土景观风貌起决定作用，既关注稳定而独特的空间组合特征(物质性)，也关注其背后的影响因素和生成逻辑(信息性)。

对空间基因的提取、识别与追踪，对于构建村镇聚落空间谱系，解析村镇聚落形态特征规律具有重要意义。首先，空间基因承载着聚落空间与自然、人文协同演化的基础信息，具有地域特征的标识作用。基于空间基因构建村镇聚落空间谱系，可以精准识别和有效提取村镇聚落特征，实现特征的准确判读与溯源的表达范式，把握村镇聚落空间的在地性特征，从而实现对村镇聚落类型的精准刻画。其次，空间基因在聚落发展演变过程中也遵循生物学基因的遗传规律，会受其环境影响，根据是否会适应新的环境因素而转变成其他的形态模式。解读空间基因的空间扩散过程，可以解析村镇聚落空间形态特征生成和发展的逻辑，精准剖析不同谱系类型之间的内在关联规律。

2.2 基于空间基因的村镇聚落空间谱系研究框架

应对村镇聚落形态复杂性与整体性的特点，建立基于空间基因的村镇聚落空间谱系研究框架。

首先，需要对村镇聚落多尺度形态特征要素进行解析，主要包括以下几方面。1)聚落空间分布：聚落的空间分布取决于地理环境特征，体现了“人-地”耦合关系和环境因应特点。恰当的分布区位不仅是聚落发展的必要条件，也是组成聚落空间结构的重要外部因素[20]。2)聚落边界与环境：边界不仅限定聚落的范围，其形态往往也反映出聚落与其周围环境基质之间的空间关系，表征聚落的发展方向[8]。3)聚落用地结构：聚落用地作为村镇聚落发展的基础性要素，在村镇地域系统中处于关键地位，是社会经济活动的载体[21]。而聚落用地与“山水林田”等的构成关系特征，则可以反映出村镇聚落的内生自然环境要素与外部社会经济因素交互作用的过程与状态。4)聚落街巷网络：从聚落的空间结构来看，街巷网络是最为基础和结构性的要素，构成了聚落内部空间形态的基本骨架[15]。5)聚落建筑与组合：建筑及其组合关系是空间的基本单元，反映了聚落成员在某种共同生活模式下进行的集体建构，无差异结构和均质化肌理是村镇聚落空间构成中最为显著的特征[15]。

其次，在村镇聚落多尺度空间要素特征解析的基础上，对村镇聚落空间形态进行类型划分，并分析不同村镇聚落类型形态要素特征与自然因子、人文因子的关联，剖析多种因素对多尺度村镇聚落空间形态和景观风貌特征的综合影响，从“空间-自然-人文”多系统解译空间基因的构成。

最后，采用空间基因信息编码的方式，实现对村镇聚落基本特征的判读与表达，形成综合反映村镇聚落空间遗传密码的谱系，并以空间基因的生成与发展过程为索引，研究不同地域环境特征下村镇聚落类型之间的差异性和关联性规律，从而为村镇聚落景观风貌的精准保护和规划提供决策支持。

3 基于空间基因的村镇聚落空间谱系构建方法

3.1 村镇聚落空间形态特征的数字化解析

景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息，反映出景观结构组成和空间配置特征[22]。利用景观格局指数可以提高聚落形态特征的描述能力，它表达的是聚落空间形态与聚落环境和功能之间的互动关系，这与空间基因“空间-自然-人文”内生互动发展内涵特征相吻合，对于空间基因的识别提取，以及谱系所表达村镇聚落信息的准确性具有重要意义。因此，空间上可以将村镇聚落看作是景观中的斑块，通过景观格局指数量化分析村镇聚落的宏观空间分布格局、聚落边界与环境特征及聚落的用地结构特征。在中微观尺度，则通过街巷网络密度和建筑密度来解析街巷的整体形态，以及建筑整体的组合关系特征(表1)。

3.2 村镇聚落空间基因的识别提取

村镇聚落空间形态要素在不同环境下形成的景观风貌表征是空间基因认知的基础，从景观风貌表征出发，形成村镇聚落空间基因的认知框架，按照“特征解译-聚类分析-特征因子提取-方差显著性检验-形态类型学校验”的思路，提取村镇聚落空间基因。

首先，在景观格局指数分析等量化村镇聚落形态特征的基础上，采用K-Means聚类方法对村镇聚落进行类型划分。其次，从形态类型学的角度来看，不同的聚落空间形态要素的稳定性不尽相同[23]，研究稳定性更高的形态结构对聚落景观风貌的地域特色传承与保护更具有积极的意义。因此，应根据聚落空间形态中的重要性及成分，通过方差显著性检验提取主要特征因子，并利用形态类型分析方法，根据空间基因的“稳定性”和“独特性”原则进行校验，进而识别村镇聚落空间基因。

3.3 村镇聚落空间基因信息编码与谱系构建

基因是以链状结构存在于生物体中的一种遗传信息结构体，有利于实现遗传信息传递的稳定性和精确度。与生物基因信息的链状结构相类似，村镇聚落空间基因在空间特征因子、自然人文因子的相互作用下，共同构成了一种稳定的空间排列结构，形成了空间基因序列。

借鉴地理信息N级编码理论对村镇聚落空间基因信息进行编码。通过代码编号，可以快速识别村镇聚落空间基因的构成要素，并且能够获取不同空间基因之间的所属类别及其亲疏关系，最终以空间基因序列为线索，形成村镇聚落的空间谱系。

4 重庆永川村镇聚落空间特征识别与类型解析

永川位于长江上游北岸，重庆西部，地处川渝交界处，共辖207个行政村①。本文以永川为例，以期提供一种将空间基因理论应用于村镇聚落空间谱系构建中的实践可能性。

山地聚落作为我国村镇聚落类型谱系的重要组成部分，永川区内山水自然环境特征显著，具有一系列东北-西南走向的紧密褶皱，以及密布于丘陵腹地之中的枝状水网，形成了丘、谷、台、坝等多种山地地貌类型，“城山互契、多维基面、随坡就势”等山地聚落形态特征明显，对于研究山地型村镇聚落空间谱系具有典型性，对我国村镇聚落空间谱系的山地聚落样本研究具有重要价值。

永川自唐置县以来一直是重庆西部和川东南地区重要的商业物资集散地，历经明清移民、辛亥革命、抗日战争、三线建设、改革开放、三峡移民等，聚落空间基因形式演变周期完整，不仅在发展演变过程中保留了传统时期聚落形态的环境因应特征，同时也在发展演变中出现了适应现代需求的聚落空间，对于空间基因的研究及空间谱系的构建具有代表性。

4.1 重庆永川村镇聚落空间特征识别

通过景观格局指数测度，在聚落的空间分布格局上，永川村镇聚落以集聚型的分布模式为主，ANN指数小于1，村镇占比为80.5%，符合西南山地村镇聚落“大分散、小聚居”的典型格局特征(图1)。在聚落边界与环境上，BSI指数呈现明显的多点分布态势，中部城区、场镇中心及其周边地区经济水平较高的聚落，BSI指数值较高且变化大，村镇聚落形态不规则、复杂程度高；而经济水平相对较低的区域，如北部的金龙镇地区，其BSI指数值相对较低且变化较为平缓，聚落形态相对规则简单(图2)。在聚落用地结构上，LSDI指数呈现南北分异格局明显的特征，永川南部的用地结构复杂性要整体高于永川北部地区(图3)。街巷网络密度和建筑密度的大小能较为直观地反映聚落的发展水平。受山地地形因素的影响，永川村镇聚落的街巷网络整体密度相对较低，除中心城区周边村镇区域密度在3km/km2以上外，其余村镇分布区间集中于1～3km/km2。建筑密度与街巷网络密度呈现较大的相关性，除中心城区周边村镇及场镇中心密度较高外，其余村镇聚落密度均较低，建筑密度在10%以上的村镇聚落占比仅3.9%(图4、5)。

图2 形状指数面积加权平均数

图3 用地多样性指数

图4 路网密度

4.2 重庆永川村镇聚落空间类型解析与分布特征

将永川村镇各属性特征值导入SPSS，先对数据进行标准化处理，再通过K-means聚类法进行聚类。结合聚落所处自然环境、地形条件，使用定性分析方法对结果进行检验，最终将村镇聚落划定为图6所示类型，类型分布如图7所示。

图5 建筑密度

图6 不同类型典型聚落图示及分布特征

图7 永川村镇聚落类型分布

5 重庆永川村镇聚落空间基因识别与谱系构建

5.1 重庆永川村镇聚落空间基因识别

根据空间基因的识别路径和方法，进一步提取永川村镇不同类型聚落的空间基因构成。方差分析结果表明，各尺度特征因子均具有显著影响性，因此识别永川村镇聚落的空间基因主要有以下几点(图8)。

5.1.1 平坡型高密指状聚落空间基因

受郊区城镇化的影响，靠近中心城区的聚落融入市镇，人口和经济规模迅速扩大，其聚落空间分布因子呈现被动聚集态势；聚落边界形状因子也呈现由原来的指状向大规模团状发展的趋势；分散的耕地围绕聚落形成“散田绕宅”的用地结构因子；在经济发展和政策规划干预下，不断扩张的聚落呈现秩序性较强的“建构性肌理”。

5.1.2 斜坡型低密带状聚落空间基因

受地形条件等环境的影响，加之城镇化水平较低，其聚落空间分布因子呈顺沿山体走向、无明显集聚趋势的特征；其边界形状因子则相对简单，以无复杂趋势变化的带状为主；聚落通常依山而建，经济结构以传统农业为主，形成“山林和耕地围宅”的用地结构因子；其路网和建筑组合模式则受到地形、山谷风热等环境条件的影响，表现为适应环境的“缘地性”肌理。

5.1.3 陡坡型低密团状聚落空间基因

由于地形起伏较大，建设用地破碎，在仅有的地势平坦地区形成规模较小的聚落中心，其空间分布因子呈点状离散型分布态势，加之经济化水平和交通条件有限，聚落之间无集聚趋势；聚落边界形状因子则表现为相对简单，以无复杂趋势变化的团状为主；可利用耕地资源较少，居民通常根据耕作资源所在区域选择聚居，形成“散宅绕散田”的用地结构因子；路网密度和建筑密度均相对较低，街巷网络以联系性和生产服务性功能为主，建筑组合布局则以家庭或家族为单位零散布局。

5.1.4 缓坡型高密团状聚落空间基因

通常在平整区域形成规模较大的聚落中心，并形成一定的规模化农业，而周围聚落在土地集约利用影响下，其空间分布因子呈现主动聚集态势；聚落空间边界因子也由原来的团状呈现出指状发散的趋势；规模化的耕地空间围绕集聚的聚落进行布局，同最外围山体构成“圈层式”用地布局结构因子；街巷网络因子则以中心聚落为中心，连接周围聚落和产业用地；建筑组合布局因子虽无明显的政策规划干预，但在经济的作用力下仍呈现高密紧凑的团状布局形式。

5.1.5 平坡型高密带状聚落空间基因

由于地势条件和交通条件均有利于工业化的发展，聚落的工企业通常沿道路交通进行布局，吸引周围聚落形成向心或线状集聚，其空间分布因子呈现主动聚集态势；聚落空间边界形状因子由原来的带状呈现出指状的趋势；聚落本身具有规模化的耕地空间，围绕集聚的聚落形成“集田绕宅型”用地结构因子；街巷网络因子呈现枝状树型的特征，主要干道承担区域交通功能，枝状街巷以连接聚落内部功能为主；受到经济发展和政策主导影响，部分区域同样形成了秩序性较强的“建构性肌理”，建筑密度相对较高。

5.2 村镇聚落空间谱系构建与特征解析

通过邓肯多重比较方法，考察比较各类村镇聚落特征指标的均值信息，构建空间基因特征因子的关联关系，进而通过基因编码形成村镇聚落空间谱系，深入解析村镇聚落空间形态类型的差异性特征与关联性规律(图8)。

图8 永川村镇聚落空间谱系

从空间谱系的横向分布结构来看，不同类型村镇聚落存在明显的差异性特征，但是从基因单元的垂直从属结构关系来看，类型之间存有一定的“亲缘关系”，也即局部相似性。如斜坡型低密带状聚落和陡坡型低密团状聚落这2种类型的村镇聚落，尽管受到一定程度的政策经济等外部因素的干扰，但特殊的自然及地形地貌环境条件仍然表现出强大的作用力，表现为以自发适应环境为主的“缘地性”特征。其ANN指数均值分别为0.96和0.93，远高于其他3种类型(0.86、0.89、0.83)；BSI指数(3.14、2.58)则要低于其他3种类型(4.98、4.11、4.39)；而RD指数均值(2.15、1.50)和BD指数均值(0.02、0.01)也同样低于其他3种类型(RD指数均值分别为4.04、2.44、2.46，BD指数均值分别为0.05、0.03、0.03)。但是在用地结构上，斜坡型低密带状聚落的LSDI指数均值(0.62)要远远大于陡坡型低密团状聚落(0.26)。因此，离散型空间分布因子、无倾向的边界形状因子、低密度的枝状树型街巷网络及低密的分散型建筑组合是它们的共同特征，造成两者的显著性差异在于聚落的用地结构。而平坡型高密指状聚落、缓坡型高密团状聚落和平坡型高密带状聚落则基本上都是在政策经济和交通因素等外部强驱动下形成的被动演化，形成有序的均质化趋势和“建构性”特征，具有明显的规划干预痕迹。聚集型的空间分布因子、有倾向的边界扩展因子是三者共同的特征，造成三者的差别在于，平坡型高密指状聚落的街巷网络密度和建筑密度要远高于其他2种类型。

通过进一步解析村镇聚落空间谱系的空间关联耦合规律发现，村镇聚落群系的区域边界具有模糊交错的特征，其空间基因在自然环境条件的影响下，存在多种类型的空间关联耦合规律。如在平行岭谷地形影响下的线型扩展关联特征，因山体地形的阻隔封闭区域内的环绕扩展关联特征，以及地形多变区域的复合扩展关联特征；但是，有些空间基因尽管受到山体和水系的阻隔，也会存在跳跃扩展关联的情况(图9)。

图9 永川村镇聚落空间谱系的空间关联耦合

6 总结与讨论

借助生物学中的谱系概念，本文从空间基因的角度出发，构建村镇聚落空间多尺度特征谱系。具体结论如下：1)综合风景园林学、地理学、建筑学和规划学等多学科的视角和方法，识别永川村镇聚落空间分布、边界与环境、用地结构、街巷网络、建筑与组合多尺度特征，并总结出5种类型，不同类型的形态表征差异明显；2)根据空间基因的识别路径和方法，提取永川村镇不同类型聚落的空间基因构成，识别、解译出空间基因的25项空间特征因子和20项自然人文因子，因子之间的不同组合方式构成不同类型的空间基因；3)通过空间基因特征因子的相似关联关系，以基因编码形式形成永川村镇聚落空间谱系，从基因单元的垂直从属结构和横向分布结构关系分析类型之间的关联性和差异性，并进一步通过村镇聚落空间谱系的空间关联耦合解析发现，永川空间基因在地形因素影响下存在线型扩展、环绕扩展、复合扩展、跳跃扩展的空间关联特征。

基于空间基因构建村镇聚落空间谱系，首先可以快速、准确判别不同尺度视野下村镇聚落的形态类型关键特征及生成机理，为村镇聚落的保护和开发中对于哪些地域特征是需要保留的提供指导意见；其次可以通过空间谱系中类型之间空间基因的关联关系进行提取，基于空间关联耦合规律分析其演化扩散路径，为精细化制定村镇聚落风貌管控及分区策略提供借鉴意义。

本文所构建的空间谱系研究框架是综合风景园林学、地理学、建筑学和规划学等不同学科视野的村镇聚落类型研究的探索性尝试，未来的研究将进一步提升村镇聚落空间形态和景观风貌特征解析的分辨率，并从村镇聚落的经济水平、社会发展、文化构成等不同视角，进行村镇聚落类型谱系的综合划分。另外，将深化提取村镇聚落类型的空间基因及其关联耦合规律，并通过实证探索提出村镇聚落地域特色的具体调控手段和保护途径。

注：文中图片均由作者绘制。

注释：

① 来源：永川区人民政府网(http://www.cqyc.gov.cn)，2022-03-16。