福建南靖土楼空间分布及环境适宜性评价

周芷秀，袁莹，黄莉，曾婕，周沿海，李霄鹤*

（1.福建农林大学 风景园林与艺术学院，福建 福州 350100；2.海峡美丽乡村人居环境研究中心，福建 福州 350002）

人居环境是人类赖以生存和发展的所处环境.随着科技蓬勃发展，传统农耕逐渐被工业化替代，导致村落人口流失，经济衰弱、千村一面等系列问题冲击着传统村落人居环境[1].除此之外，我国大部分传统村落还出现了基础设施欠缺、公共基础设施不足、人居条件欠佳等问题.2021 年，《第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》明确指出，将乡村建设摆在社会主义现代化建设的重要位置.继续实施乡村人居环境整治五年行动计划，推进乡村人居环境整治.因此，有效改善人居环境，切实解决人居环境所映射的相关问题，对促进乡村社会经济的发展和乡村振兴战略的实现，具有重要的现实意义.

近年来，不同学科对传统村落景观的空间特征、开发保护及人居环境评价等展开诸多研究，并取得有益结论.其中，地理学结合ArcGIS利用其时空综合优势，对不同地理尺度下人居环境适宜性进行综合定量研究.学者们逐渐将重点转移至村落的可持续发展，并与生态学、环境心理学、地理学及建筑学等结合研究.国外研究主要集中在传统村落的空间分布[2]、人居社会特征[3]以及景观保护和可持续发展[4-5]等方面.相较国外，千年农耕文化为国内传统村落研究提供了更大空间.早在1990年，殷永达[6]、刘沛林等[7]学者就对传统村落就进行了初探.2012年我国第一批传统村落名录的公布后，针对传统村落的研究急剧增长，研究内容也逐渐丰富，如传统村落空间形态的探究[8]、维护与利用[9-10]、人居环境适宜性[11]、公共空间变迁与旅游开发和影响[12-14].随着大数据时代的到来，学者结合地理学的理论与方法，从不同研究视角，通过多时空综合分析，对传统村落的空间分布与重构、环境因素、景观格局及开发保护等展开研究[15-16].研究层面从国家到省区再细化至市域层次；研究方法包括基于栅格数据的空间叠加分析，采用DEM 提取地形因子、坡度与坡向及空间自相关分析、温湿指数分析和空间建模等数据.目前，国内外学者的研究大部分择取市域及以上的范围进行，针对市域以下范围进行内在机制和数理分析的相对较少；对“人居环境”和“传统村落”的研究较多，以建筑为切入点的则相对较少；借助交互技术对地理空间数据中隐含的时空、动态、关联等进行的探索较多，从点、线、面进行多维、多层次可视化分析的则凤毛麟角.基于此，本文以市域以下的福建省漳州市南靖县南靖土楼所在村落的6 个乡镇（以下简称土楼村落）为例，借助地理信息系统，以土楼建筑为切入点，通过所在村落的自然环境因子数据模型，对土楼村落空间的人居环境适宜性进行数据可视化分析，构建人居环境指数表征人居环境的适宜性，揭示其地理资源的空间分布规律，以期为土楼村落的乡村振兴和可持续发展提供参考，为人文旅游资源、继承和发扬提供科学依据.

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

广义上的南靖土楼指坐落于华安县、漳浦县、南靖县等偏向山区的土楼，狭义上是指位于南靖县的土楼.南靖“两群两楼”（河坑土楼群、田螺坑土楼群、怀远楼、和贵楼）等20 座土楼于2008 年7 月被正式纳入《世界遗产名录》[17]，因依山傍水、群聚而居及历史悠久被誉为“神话般的山区建筑”.南靖土楼按其乡镇行政区划分，大部分建造选址于书洋、梅林两镇，小部分位于南坑、和溪、船场和奎洋.

1.2 数据来源与预处理

1.2.1 数据来源 南靖县乡镇级行政区划分和30 m×30 m 栅格大小的DEM 数据来自2020 年国家统计局和NASA美国国家航空航天局；南靖县村落地理空间分布、路网及土地利用现状数据来自2020年国家地球系统科学数据中心；气象数据来源于2020 年国家气象数据中心，区站号59124，中心经纬度分别为117.38°、24.52°；土楼位置点由2020年百度地图数据爬取.

1.2.2 数据预处理 基于ENVI软件的归一化对水域面积进行估算，以30×30像元作为人居环境基础数据库，运用ArcGIS10.5进行辐射定标、大气校正、投影变换、影像裁剪等预处理，减少数据误差.

1.3 研究方法

1.3.1 土楼村落空间分布特征分析 本研究主要从以下4方面来分析土楼村落空间分布特征.

1）核密度分析法.选取67 座代表型土楼，利用ArcGIS 计算点、线要素测量指定领域范围内的单位密度，直观表示该区域内的空间集散分布状况[18]对土楼分布的主要6个乡镇进行核密度估计.计算所得数值越大，表明其核密度越高.其表达式为

式（1）中：Ks为地点s处的核密度估计值，个∕km2；n为样本数，个；r为带宽；Φ（dij∕r）为点i与点j间距离的权重.

2）河网缓冲分析.利用ArcGIS在水资源领域的实际应用整合水文数据[19]，将提取的水文数据与土楼POI进行距离比对参照.

3）路网缓冲分析[20].针对地表空间异质性对研究区进行各层级的路网数据整合分析，根据土楼分布实况构建道路层级的缓冲区.

4）土地利用占比分析[21].土地变化能更直观地表现人类居住及活动空间变化.通过对一级土地利用类型进行分级赋值，结合土楼空间聚落点进行土地利用类型分析.

1.3.2 人居环境适宜性评价方法 传统村落的人居环境是环境-空间-社会系统的综合体现，也是传统农耕文化的活标本.植被、地形、水文与气候是影响人居环境适宜性的一系列决定性因素[22].本文对这4个生态指标进行模型构建与数据可视化分析，综合数据进行分级评价.其HEL 模型研究路线如图1所示.

图1 研究技术路线

人居环境适宜性各类评价指标的具体情况如图2所示.

图2 人居环境适宜性各类评价指标情况

1）地形起伏度模型.地形起伏度指区域内最高与最低海拔的差值，可有效反映该区域内的地貌特征.本文的地形起伏度模型按照牛文元[23]等学者提出的数据公式，其表达式为

式(2)中：RDLS为地形起伏度；Hmax和Hmin分别表示该研究区的最高与最低海拔值（单位：m）；A为区域总面积（单位：km2）；A1为区域内的平地面积（单位：km2）.本文为南靖土楼村落的人居环境自然评价，确定1 km×1 km 像元为基本的评价单元，即A取值为1 km2.借用封志明等[24]的研究，将中国基准山体高度拟定为海拔高差500 m.此外，参考郝慧梅等[25]研究的地形起伏度划分类型，将坡度小于5°的区域视为平地，建立地形起伏度模型，具体如图2(a)所示.

2）地被指数模型[26].在ENVI 软件内运算出源数据的波段，提取归一化植被指数NDVI，然后去除异常值、提取阈值和ROY，构建地被指数模型可以较好地表现出土楼村落地面绿色植物的分布.其计算式为

式（3）中：Li为土地利用类型的权重；LCI为地被指数；N表示NDVI；i对应该区域内的第Ⅰ种土地利用类型，i=1,2,…,5依次指土地利用类型中的耕地、林地、草地、水域、建设用地[27].建立的地被指数模型具体如图2(b)所示.

3）温湿度指数模型.该模型由俄国学者Thom 于1959年在The Discomfort Index 一书中论及温湿度对人体舒适度影响时提出，其计算公式为

式(4)中：THI为温湿指数；t为月平均气温，℃；T为月平均华氏温度，℉；f为月平均空气相对湿度，%.按照中国气象局规定的标准，通过GIS的Calculate 功能得到土楼村落的温湿指数，建立的温湿度指数模型具体如图2(c)所示.

4）水文指数模型.水文指数对经济、地理环境、居住方式、人口、历史变迁等都有不同程度的影响，因此是人居环境适宜性评价的主要指标之一[28].引用封志明等[22]提出的数据模型，其表达式为

式(5)中：WRI为水文指数；ρ和Wa分别表示归一化的年均水量和水域面积；β和α表示水域面积与年均降水量的比例权重.本文参考郝慧梅等[24]的研究，根据南靖县实际情况，α取值0.5，β取值0.5.其水文指数模型如图2(d)所示.

5）人居环境指数模型.基于环境因子适宜度评价[29]，按照中国自然环境差异界定出8 个自然区，针对土楼村落地理方位进行加权计算.其表达式为

式(6)中：HEL表人居环境指数，其值介于0～100之间；χ、δ、ε、φ分别为对应数据指数标准化后的权重；N表示消除量纲对数据进行归一化，NRDLS、NTHI、NWRI、NLCI分别为归一化的地形起伏度、温湿指数、水文指数及地被指数.

2 实验结果与分析

2.1 土楼空间分布格局

土楼空间分布格局如图3所示.

图3 土楼空间分布格局

2.1.1 村落核密度和土楼POI 通过对土楼POI 进行数据可视化，运用ArcGIS 中Kernel density 绘制出如图3(a)所示的土楼村落的核密度分布图.从中可见，南靖土楼并非分布于村落聚集度最高的区域，而主要分布在村落核密度为0.412 0～1.156 9 个∕km2的区域内.

村落核密度在1.157～1.903 个∕km2的区域范围内，拥有土楼6 座；在0.724～1.157 个∕km2的区域范围内拥有土楼25 座；在0.142～0.411 个∕km2范围内拥有土楼37 座；在0～0.142 个∕km2范围内土楼仅有1 座.究其原因，乃是土楼居民迁徙时间后于先民所致.先移民者占据较平原地区，建造院落式民居，形成诸多村落，此时土楼较少；后移民者陆续迁徙至此，为维护家族团结，抵御外界，开始在缓坡处兴建土楼，形成村落，因而密度较高.因土楼建造条件的限制，山区缓坡地带达到饱和后，后移民者只能在更偏远的山区建造土楼，但因交通、汲水、耕田等便利性不足，该区域内的生存环境较差，所以遗留数量少，形成低密度区.

2.1.2 流域水系空间分析 基于DEM 数据，经地形分析、水向判别、汇流累计量，设定阈值为1 000，提取水系信息后进行栅格矢量化，按照Strahler 法对其河网分级，绘制如图3（b）所示的土楼村楼河网分布图.利用D8 算法提取4 级水系，其中一级水系843 条，共计270 849 m；二级水系481 条，共计132 722 m；三级水系278条，共计67 848 m；四级水系182条，共计57 744 m.

南靖土楼选址大部分随河网分布，通过对河网进行缓冲向导，构建4 层缓冲区圆环，间距100 m，经计算，缓冲区在0～100 m 区域内，南靖土楼有47 座之多，占本文录入总体的68.12%；缓冲区在100～200 m 区域内，南靖土楼共17 座，占本文录入总体的24.63%；缓冲区在200～300 m 区域内，南靖土楼只有3 座，占本文录入总体的4.34%；缓冲区在300～400 m 之间，南靖土楼仅有2 座，占本文录入总体的2.90%.追根溯源，主要是因为土楼营造时，需各类建筑原料与水资源进行不同比例的调和.除此之外，距河网远近也直接影响生活生产的各项需要，如日常需耗、农业种植、防火防灾等，所以河网缓冲区越远，土楼数量也就越少.在生态方面，河网周围的植被长势更加优良且种类繁多，对整个土楼的生存环境有着良好的导向性.河网蓄水能力因河网分级越多而逐渐下降，土楼水资源需求更难满足需求，土楼建造量也就越少.

2.1.3 路网缓冲区分析 采用最小距离法、吸引力指数和缓冲区分析法，基于不同交通路网及南靖土楼实况，因此通过土楼POI 和道路缓冲区进行空间链接，对市级二区道路（本文所选土楼大部分建造选址更接近市级二区道路）进行分析，其分布点如图3（c）所示.

通过对市级二区道路进行缓冲向导，构建间距为200 m 的4 级缓冲区路网.缓冲距离在0～200 m 区域内，土楼占据38座之多，占本文录入总体的55.07%；缓冲距离在200～400 m区域内，共有土楼16座，占本文录入总体的23.19%；缓冲距离在400～600 m 区域内，土楼共计10 座，占本文录入总体的14.49%；缓冲距离＞600 m，土楼仅有5 座，占本文录入总体的7.25%.即便南靖土楼的游览已路线化，但因受交通便利性影响，游客首选书洋和梅林两镇知名度较高、规模较大且可达性较强的土楼，这使得南靖土楼的保护与维护呈现“阶级化”.土楼因路网等级不同而带来完全不等的发展程度，也因距路网远近存在较大差异.知名度高且可达性强的土楼，在当地政府保护规划的指导下，多对当地的社会、环境、文化资源进行了整合，以借助旅游业热潮和互联网传播，综合路网资源的最佳配置和价值利用，实现文脉传承、对外交流、资源交互的融合发展.

2.1.4 土地利用类型占比分析 因土楼原居民多为老人，所携带的通讯系统无法提供定位行动轨迹，在此情况下，寻访50多座土楼原居民，主要对其劳作耕地与所居地之间的距离进行测量后取其均值，构建以1 000 m为半径的3级缓冲区.针对土地利用的开发程度，对耕地、林地、建筑用地、水域、其他用地5类土地利用类型设定指数分级，其指数分别为5、4、3、2、1.

土地利用类型占比情况如表1所示.由表1可知：林地占比最高，达到54.49%，说明该区域森林覆盖面积、森林涵养水源、生态安全能力及生态保育功能越强.居于第二位的是耕地面积，占22.31%.耕地面积的大小从侧面说明土楼村落的人口承载资源条件及土地本身的支撑能力，其占比说明当地土地生产条件可以保障土楼所在村落居民的基本生活条件.水域占比最低，仅占0.82%，说明该土楼所在区域蓄水能力相对薄弱.

表1 土地利用类型占比情况

2.2 土楼村落人居环境适宜性空间差异分析

土楼村落的人居环境指数及分布情况如图4 所示.由图4 可知，人居环境指数为8～75，高值区主要分布在研究区北部，具有从北向南逐渐递减的趋势.因地理环境、气候条件、人文脉络和历史沿革各有不同，土楼作为客家主要的居住模式，融防卫与集居于一体，结合当地其他相对低矮民居，构成大小不一、和而不同的各个村落.随着旅游业的大力推进，南靖土楼在对外开放中，其文化稳定性和环境适宜性皆受到不同程度的冲击.为此，如何有效维护南靖土楼及周边环境的可持续发展就成了重中之重.借助乡镇行政区划分并结合地理特征，以镇级行政边界划分，通过ArcGIS中的分区统计工具，将人居环境指数（图4（a））分区统计得到每个乡镇的平均指数，按照适宜性分级指数分为高度适宜区、较高适宜区和一般适宜区3类（图4（b））.

图4 人居环境指数及分布

土楼村落人居环境适宜性评价结果如表2所示.

表2 土楼村落人居环境适宜性评价统计

续表2

从表2 可见，一般适宜区面积为348.36 km2，占研究区域总面积的34.59%.该区域村落数量为229个，土楼却多达43 座.空间上集中分布在书洋镇和南坑镇，植被覆盖率差异较大，其归一化植被覆盖率从0 至0.5 皆有分布，村落较多的区域植被覆盖率相对较低.客家人主要聚居于赣东南、闽西南及粤东，土楼的建造材料多就地取材，是未经煅烧且极具黏性和韧性的生土，采用古老简单的大墙夯筑技术.元朝元统年间，先后迁徙而来的大部分客家人聚居于梅林、书洋两个镇，部分宗亲散居于其他乡镇.较高适宜区面积为485.94 km2，占研究区域总面积的48.25%，占比最高.该区域村落数量高，达304 个，而土楼则相对较少，只有24座.土楼集中分布在船场镇、梅林镇和奎洋镇.该区域多处于地势平缓地带，其归一化植被覆盖率从0～0.49皆有分布，林木茂盛.因研究地范围较小，所以从北至南的温湿指数和水文指数都变化不大，其温湿指数差距最大也仅为0.76.高度适宜区面积为172.80 km2，占研究区总面积的17.16%，占比最小.该区域有100个村落，土楼却仅有2座，主要分布在和溪镇.该区域内的植被覆盖率、温湿指数和水文指数相对最高，但因该区域内的道路可达性太低，河网分级太高，生活生产的必要因素无法达成人居的生存标准，所以该区域的村落数量和土楼相对也最少.

3 结论

本文利用土楼村落的地形、植被、水文、温湿，以及土楼位置点数据，通过ArcGIS得到的相关数据可视化图表，并对其土楼村落分布进行空间特征分析，得到以下3点结论及建议.

1）南靖土楼村落的分布密集区主要在梅林镇和书洋镇，村落也有明显的聚散现象，而土楼是在村落核密度相对较低的区域.这一现象与戴志坚在《福建客家土楼形态探索》客家人僻居山区不谋而合，说明客家在迁徙定居的历史阶段中，并未在较为肥沃的区域定居繁衍，但其土楼建设选址也依旧将水源、道路及周围耕地作为主要考虑因素.有关部门应针对土楼村落现有基础设施进行优化及升级，如道路拓宽、墙体修复、建筑修缮、供水水塔增加、电网扩容、电线埋地等；对其缺失的基础设施进行增补，如排水系统部署、医疗卫生设施设立、警务处设立、公共停车场建立等；拓宽传统村落公共空间，实现基础设施与村民生活需求、产业需求的配套发展.

2）人居环境受地形、地被、水文和温湿等自然因素的综合影响.市域及以上人居环境评价的主要限制因子包含降水、植被、水文条件，但南靖土楼村落研究地范围较小，地形起伏、水文指数和温湿指数也没太大起伏变化，导致影响较大的主要是6类土地利用率及地被指数的叠加作用.受山脉水系的影响，村落主要分布在东南和北部，而土楼主要分布在偏西部的梅林镇和书洋镇.方莉莉[30]等学者也提及，因旅游业的兴起及土楼人生活方式的改变，导致部分土楼“空心化”严重，以致于土楼地域化文化流失，人居环境逐渐恶化.在此情况下，建立国家级传统村落古民居建筑保护与传承研学基地，对于土楼村落的可持续发展就显得尤为重要.除此之外，还应针对土楼独特文化，挖掘土楼民居家庭故事，为重要的土楼建筑测绘、画图与建档，以为土楼活化利用提供数据参考.

3）绿色、公平的发展理念，要求传统村落从人文层面不断加强人居环境品质.因此，应在经济发展基础之上，辅以其他措施引导人文环境提升的同时，更加注重地脉文脉的可持续发展.土楼村落应建立长效机制，完善相应服务功能与管理水平，并将各村落特有的农耕产品对外推广，打造独具土楼特色的产业品牌，促进农业与旅游经济协调发展.

本研究从点到面，立足整体，按照行政区划分区域，分析福建南靖土楼空间分布及环境适宜性，可为土楼村落的水土保持、生态自然修复工程提供数据支撑.