摘 要：以100m×100m柵格為基本單元，建立基于地形、氣候、水文和地被的自然環(huán)境單要素評價模型和自然環(huán)境綜合評價模型，系統(tǒng)評估了穆棱市自然環(huán)境的適宜性與限制性，定量揭示了穆棱市自然環(huán)境的地域類型與空間格局。研究表明：穆棱市地形起伏較小、氣候偏寒、水文條件一般、地被條件區(qū)域差異較大；穆棱市自然環(huán)境以適宜性為主要特征，全區(qū)自然環(huán)境由3/4的適宜區(qū)、1/5的臨界適宜區(qū)和近5%的不適宜區(qū)組成；穆棱市人口分布呈現(xiàn)“沿線集聚”的基本特征，全區(qū)97.5%以上的人口集中在自然環(huán)境適宜地區(qū)，2.5%人口分布在自然環(huán)境臨界適宜地區(qū)，基本無居民點處于不適宜地區(qū)。

關(guān)鍵詞：自然環(huán)境 自然適宜性 GIS 穆棱

中圖分類號：X820 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0148-06

自然環(huán)境是人類生存與發(fā)展的地理基礎(chǔ)。自然環(huán)境的好壞不僅直接關(guān)系到人的身心健康，而且間接影響人類社會進步與文明發(fā)展程度，從根本上制約著區(qū)域人口的集聚水平和分布格局。因此，基于人口分布的區(qū)域自然環(huán)境適宜性評價在自然地理學(xué)領(lǐng)域有著較為廣泛的研究。王素慧等選取植被蓋度為研究對象，對三江源地區(qū)植被蓋度與居民點的關(guān)系做出具體分析[1]，封志明等以地形為研究對象，通過構(gòu)建地形起伏度計算模型，分析了中國地形與人口分布的相關(guān)程度[2]，毛夏等選取拔海高度、建筑密度、道路密度等地理要素，分析了其與深圳城市的人口分布的關(guān)系[3]，李旭東等從貴州典型的喀斯特高原自然環(huán)境的特點出發(fā)，采用相關(guān)分析方法研究貴州高原人口分布與海拔高度以及喀斯特地質(zhì)條件等主要影響因子的相關(guān)關(guān)系[4]，高星等分析了瀾滄江流域的海拔、坡度、坡向、地形起伏度等自然因子對居民點分布的影響[5]。此外，基于氣候適宜性、水資源適宜性及多因子綜合評價的自然環(huán)境適宜性的研究國內(nèi)外亦有不少[6～13]。

自然環(huán)境自然適宜性評價是國家人口發(fā)展功能分區(qū)研究的重要組成部分，國家人口計生委于2005年啟動了國家人口發(fā)展功能區(qū)研究，于2007年10月初，完成了《科學(xué)界定人口發(fā)展功能分區(qū)促進區(qū)域人口與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展》研究報告，2008年4月，在國家人口計生委的統(tǒng)一部署下，各省開展并陸續(xù)完成了省級人口發(fā)展功能區(qū)編制工作。然而，作為對國家人口發(fā)展功能分區(qū)方案的細化和拓展，基于縣市級的人口發(fā)展功能區(qū)規(guī)劃研究尚屬少見?！笆晃濉逼陂g，穆棱市是牡丹江市經(jīng)濟發(fā)展最快的縣市之一，穆棱市經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，帶動了人口與社會經(jīng)濟的全面發(fā)展，也引發(fā)了人口與資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展問題。受穆棱市人口與計劃生育委員會委托，我們在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，開展了縣級人口發(fā)展功能區(qū)規(guī)劃的研究，穆棱市自然環(huán)境自然適宜性評價研究是其重要組成部分。

為了準(zhǔn)確把握穆棱市自然環(huán)境的內(nèi)部差異，研究從自然本底條件出發(fā)，以100m×100m柵格為基本評價單元，運用GIS技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計的方法，從地形、氣候、水文和地被四大方面，建立自然環(huán)境單要素評價模型，定量評價穆棱市自然環(huán)境單要素的分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建自然環(huán)境自然適宜性綜合評價1模型，定量評價穆棱市自然環(huán)境自然適宜性空間格局，為引導(dǎo)人口合理分布、促進人口合理布局，實現(xiàn)人口與資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持和政策建議。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

穆棱市地處我國北部邊疆地區(qū)（圖1），是牡綏地區(qū)國家級重點開發(fā)區(qū)、東北振興產(chǎn)業(yè)帶、哈-牡-綏經(jīng)濟發(fā)展軸、牡丹江市邊境貿(mào)易區(qū)的重要組成部分。穆棱是黑龍江省25個邊境縣（市）之一，轄6鎮(zhèn)2鄉(xiāng)、141個行政村，全市土地總面積6187 km2，占牡丹江市的15.2%；2011年末人口29.6萬，占牡丹江市的11%，人口密度為每平方公里47人，是黑龍江省一個土地遼闊、人口稀少、極富發(fā)展?jié)摿Φ倪吘吵鞘?。穆棱市地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候寒冷。位于長白山脈地區(qū)，低山丘陵廣布。穆棱市水資源豐富，穆棱河由南向北縱貫全市。穆棱市自然環(huán)境受到多要素限制，自然環(huán)境的適宜性和限制性決定了穆棱市人口分布的基本格局。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

研究所需的數(shù)據(jù)主要包括兩類：一是表達區(qū)域自然環(huán)境的地形、氣候、地被和水文數(shù)據(jù)；二是表達區(qū)域人文環(huán)境的人口密度柵格數(shù)據(jù)、居民點分布和行政區(qū)劃的數(shù)據(jù)。涉及到的數(shù)據(jù)分別是表達地形的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）、氣象臺站數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、歸一化地被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)、人口密度柵格數(shù)據(jù)以及穆棱市的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

其中表達地形的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)來源于美國航天飛機用雷達測圖技術(shù)得到的數(shù)字地表高程模型（DSM），通過InSAR干涉技術(shù)得到的DEM，即STRMDEM，將該數(shù)據(jù)進行ALBERS等積圓錐投影（Krasovsky_ 1940_Albers）（標(biāo)準(zhǔn)緯線：25°，47°，中央經(jīng)線：105°，投影原點緯度：0°，單位：米，變換，并進行重采樣后為100m×100m。

穆棱及周邊市縣14個氣象臺站多年逐月溫度、相對濕度、降水等數(shù)據(jù)來自于牡丹江市氣象局，分別采用梯度距離平方反比法和克里格法對溫度和濕度、降水進行插值，獲取了100m×100m柵格數(shù)據(jù)。

土地利用數(shù)據(jù)基于2010年穆棱市LandsatTM遙感影像解譯獲得，空間分辨率為30m×30m，NDVI數(shù)據(jù)源于MODIS植被指數(shù)（MODIS13Q1）數(shù)據(jù)集，時間分辨率為16天，空間分辨率為250m×250m，通過重采樣為100m×100m的空間分辨率。人口密度柵格數(shù)據(jù)由國家科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程—— 地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)提供，柵格尺度為1km×1km。居民點分布和行政區(qū)劃的數(shù)據(jù)來源于穆棱市地形的紙質(zhì)地圖，經(jīng)過掃描、數(shù)字化、投影獲得。

以此為基礎(chǔ)，選取地形起伏度、溫濕指數(shù)、地被指數(shù)和水文指數(shù)四個指標(biāo)進行定量計算和適宜性評價，然后，依據(jù)各指標(biāo)與人口分布的相關(guān)程度賦權(quán)疊加構(gòu)建自然環(huán)境指數(shù)，綜合表達穆棱市人口發(fā)展的自然本底與環(huán)境基礎(chǔ)。工作流程如圖2。

2 穆棱市自然環(huán)境單要素評價

2.1 地形條件及其空間格局

穆棱市地形起伏度計算結(jié)果表明（圖3），穆棱市地形起伏度介于0.25～2.29之間，地形整體起伏不大，且內(nèi)部差異不明顯。從空間分布上看，穆棱市的地形起伏度高值區(qū)集中分布在南部和東北部山區(qū)，共和鄉(xiāng)是穆棱市平均地形起伏度最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穆棱市政府所在的八面通鎮(zhèn)是平均地形起伏度最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

為了厘清穆棱市地形起伏度與其分布面積的關(guān)系，本文繪制了地形起伏度與面積的累計頻率曲線（圖4）。由圖4可知，穆棱市的地形起伏度取值范圍較窄，當(dāng)?shù)匦纹鸱葹?.5，即0.5個基準(zhǔn)山體高度時（相對高差不超過100m），累積頻率不足4%；當(dāng)?shù)匦纹鸱冗_到1.0時，即1個基準(zhǔn)山體高度時（相對高差不超過200m），累積頻率達到55%；而當(dāng)?shù)匦纹鸱冗_到1.5，即1.5個基準(zhǔn)山體高度時（相對高差不超過300m），累積頻率達到95%，說明穆棱市大部分地區(qū)的地形起伏度僅集中在0.5～1.5之間，起伏劇烈區(qū)域極少，地形整體較平坦。

2.2 氣候條件及其時空格局

氣候條件是區(qū)域人居自然環(huán)境的重要組成因子，氣候?qū)θ祟惢顒拥挠绊懲ǔＳ脷夂蜻m宜度來表示，氣候適宜度是以人類機體與近地大氣之間的熱交換原理為基礎(chǔ)，從氣象角度評價人類在不同氣候條件下舒適感的一項生物氣象指標(biāo)。文文采用溫濕指數(shù)作為穆棱市自然環(huán)境氣候適宜性評價的標(biāo)準(zhǔn)[9]。其計算公式為：

THI=1.8t+32-0.55（1-f）（1.8t-26）（2）

式中，t為月均溫（℃）；f是月均空氣相對濕度（%）。

穆棱市溫濕指數(shù)計算結(jié)果表明（圖5）：依據(jù)全年平均值，穆棱市全市范圍的溫濕指數(shù)介于45～50之間，穆棱市氣候整體條件偏冷，內(nèi)部區(qū)域差異不大，總體上呈現(xiàn)由穆棱河向東西兩側(cè)逐漸減小的趨勢。依據(jù)各月溫度和相對濕度的多年平均值，穆棱市各月溫濕指數(shù)如圖6所示，根據(jù)月平均溫濕指數(shù)生理氣候評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)（表2）[9]，每年11月至來年3月，溫濕指數(shù)小于40，氣候極冷，人體感覺極不舒適；4月和10月，溫濕指數(shù)介于45～55之間，氣候偏冷，人體感覺較舒適；5月和9月，溫濕指數(shù)介于55～60之間，氣候清爽，人體感覺舒適；6月、7月和8月，溫濕指數(shù)介于65～70之間，氣候較暖，人體感覺舒適。由此可見，盡管依據(jù)全年平均值，穆棱市整體氣候較舒適，但各月氣候條件差異明顯，每年11月～3月，穆棱市氣候極不舒適，4月～10月穆棱市氣候舒適，適宜人類生活和居住。

2.3 水文條件及其空間格局

2.4 地被條件及其地域特征

穆棱市100m×100m地被指數(shù)計算結(jié)果表明（圖8），穆棱市地被指數(shù)的最高值達到全國最高水平（全國最高值為100），全市近62%的區(qū)域地被指數(shù)大于50。穆棱市地被指數(shù)區(qū)域差異較大，以穆棱鎮(zhèn)中部為界，北部地被指數(shù)較高，南部地被指數(shù)較低，共和鄉(xiāng)團結(jié)水庫周邊也是地被指數(shù)高值集中區(qū)域。就空間分布情況而言，穆棱市自然環(huán)境地被適宜區(qū)總體上呈現(xiàn)明顯的沿穆棱河河谷地段分布的格局。

3 穆棱市自然環(huán)境綜合評價

參考國家人口發(fā)展功能分區(qū)技術(shù)導(dǎo)則及穆棱的自然環(huán)境特征，文章將穆棱市自然環(huán)境適宜性劃分為不適宜地區(qū)、臨界適宜地區(qū)、一般適宜地區(qū)、比較適宜地區(qū)和高度適宜地區(qū)5類，結(jié)果如表3、圖10和圖11所示。具體而言有以下幾方面。

（1）自然環(huán)境不適宜地區(qū)，是指不適合人類長期生活和居住的地區(qū)。穆棱市僅有少量自然環(huán)境不適宜區(qū)，其面積為278.42 km2，僅占穆棱市總面積的4.5%。這些自然環(huán)境不適宜區(qū)主要分布于福祿鄉(xiāng)和共和鄉(xiāng)境內(nèi)，面積分別為135.44 km2和89.73 km2，分別占不適宜地區(qū)的48.7%和32.2%。

（2）自然環(huán)境臨界適宜地區(qū)，是自然環(huán)境適宜與否的過渡區(qū)域。穆棱市自然環(huán)境臨界適宜區(qū)面積為1150.78 km2，占穆棱市總面積的18.6%。穆棱市自然環(huán)境臨界適宜區(qū)主要分布于共和鄉(xiāng)和福祿鄉(xiāng)境內(nèi)，其面積分別為412.37 km2和322.88 km2，分別占臨界適宜地區(qū)的35.8%和28.1%。

（3）自然環(huán)境一般適宜地區(qū)，土地面積2934.49 km2，約占全市總面積的47.43%。自然環(huán)境一般適宜區(qū)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布差別較大，其中共和鄉(xiāng)和穆棱鎮(zhèn)分布較多，面積分別為644.24 km2和642.43 km2，分別占一般適宜地區(qū)總面積的22.0%和21.9%；下城子鎮(zhèn)和馬橋河鎮(zhèn)分布較少，面積分別為208.04 km2和199.85 km2，分別占一般適宜地區(qū)總面積的7.1%和6.8%。

（4）自然環(huán)境比較適宜地區(qū)，土地面積1578.301 km2，約占全市總面積的25.51%。自然環(huán)境比較適宜區(qū)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布差別也較大，其中穆棱鎮(zhèn)和河西鎮(zhèn)分布較多，面積分別為353.76 km2和317.55 km2，分別占比較適宜地區(qū)總面積的22.4%和20.1%；下城子鎮(zhèn)和八面通鎮(zhèn)分布較少，面積分別為94.83 km2和84.44 km2，分別占比較適宜地區(qū)總面積的6.0%和5.4%。

（5）自然環(huán)境高度適宜地區(qū)，土地面積245.01 km2，約占全市總面積的3.96%。主要分布在穆棱市北部的福祿鄉(xiāng)、河西鎮(zhèn)和八面通鎮(zhèn)，面積分別為58.90 km2、51.27 km2和42.50 km2，分別占高度適宜地區(qū)總面積的24.1%、20.9%和17.3%；興源鎮(zhèn)和下城子鎮(zhèn)也分布有較多的高度適宜區(qū)，面積分別為28.88 km2和27.35 km2，分別占高度適宜地區(qū)總面積的11.8%和11.2%。

由上述分析可以看出，穆棱市自然環(huán)境以適宜為主，包括高度適宜區(qū)、比較適宜區(qū)和一般適宜區(qū)三類，總面積4757.80 km2，約占全市總面積的76.9%。

4 穆棱市自然環(huán)境與居民點分布關(guān)系分析

在分析穆棱市自然環(huán)境自然適宜性空間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，本文將評價結(jié)果與穆棱市居民點空間分布數(shù)據(jù)進行了疊加分析，以期揭示自然環(huán)境條件對人口分布的影響。結(jié)果表明自然環(huán)境條件是影響人口分布的重要因素，穆棱市人口明顯集中分布于自然環(huán)境適宜程度較高的地區(qū)。具體而言。

穆棱市322個居民點中，僅有8個居民點分布于自然環(huán)境臨界適宜區(qū)，占居民點總數(shù)的2.5%，這8個居民點分別為南屯子村、五號橋村、自興林場、十文字道班、南金廠、徐家、新八家子和五合；119個居民點分布于自然環(huán)境一般適宜區(qū)，占居民點總數(shù)的37.0%；135個居民點分布于自然環(huán)境比較適宜區(qū)，占居民點總數(shù)的41.9%；60個居民點分布于自然環(huán)境高度適宜區(qū)，占居民點總數(shù)的18.6%。

5 結(jié)論與討論

文中以100m×100m柵格為基本單元，建立基于地形、氣候、水文和地被的自然環(huán)境單要素評價模型，定量計算了穆棱市柵格尺度的地形起伏度、溫濕、水文指數(shù)和地被指數(shù)，評價了基于地形、氣候、水文和地被的單要素自然環(huán)境自然適宜性；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建自然環(huán)境指數(shù)綜合計算模型，全面評價了穆棱市人居自然環(huán)境的適宜性與限制性，定量揭示了穆棱市自然環(huán)境的地域類型與空間格局。主要結(jié)論如下。

（1）穆棱市自然環(huán)境單項因素評價結(jié)果表明：穆棱處于低山丘陵地帶，地形整體起伏不大；氣候條件整體偏寒，全區(qū)11月～3月氣候極冷，人體感覺極不舒適；水文條件一般，整體分布由東向西呈遞增的趨勢；穆棱市地被指數(shù)區(qū)域差異較大，高值集中在沿穆棱河河谷地段。

（2）穆棱市自然環(huán)境以適宜性為主要特征。研究表明，穆棱市自然環(huán)境由3/4的適宜區(qū)、1/5的臨界適宜區(qū)和近5%的不適宜區(qū)組成，適宜性較強。穆棱河兩岸、河谷盆地及平原地帶多屬于自然環(huán)境適宜地區(qū)；臨界適宜地區(qū)和不適宜區(qū)多位于山地丘陵地帶。福祿鄉(xiāng)和共和鄉(xiāng)人居自然環(huán)境居后，馬橋河、河西和八面通鎮(zhèn)為穆棱市自然環(huán)境排名靠前。

（3）穆棱市人口分布呈現(xiàn)“沿線集聚”的基本特征。全區(qū)97.5%以上的人口集中在自然環(huán)境適宜地區(qū)，2.5%人口分布在自然環(huán)境臨界適宜地區(qū)，基本無居民點處于不適宜地區(qū)。

穆棱市自然環(huán)境自然適宜性評價結(jié)果表明，穆棱市自然環(huán)境的適宜性與限制性決定的其人口分布“沿線集聚”基本格局短期內(nèi)難以改變。由此我們認(rèn)為，從人與自然和諧發(fā)展的角度出發(fā)，穆棱市未來的人口發(fā)展應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)自然環(huán)境的適宜性特征，實施差別的人口發(fā)展戰(zhàn)略，促進人口合理分布，引導(dǎo)人口合理布局。具體而言，在自然環(huán)境不適宜地區(qū)，應(yīng)該根據(jù)自然環(huán)境的不宜性和限制性，科學(xué)規(guī)劃“無人區(qū)”，實施圍封轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略，點狀開發(fā)，集中安置，促進自然環(huán)境不適宜地區(qū)的自然保護與生態(tài)恢復(fù)。逐漸撤銷和遷移自然環(huán)境不適宜和臨界適宜區(qū)的村莊，使其向中心村集中，并加快中心村的現(xiàn)代化建設(shè)。倡導(dǎo)并實施土地利用由分散式逐步向“集中式”轉(zhuǎn)移，即“產(chǎn)業(yè)向園區(qū)集中，農(nóng)民住房向城鎮(zhèn)、中心村集中”，首先要鼓勵農(nóng)村人口向建制鎮(zhèn)和中心村遷移，逐步集聚各自然村人口，撤銷偏、小、遠及布局不合理的自然村，合理調(diào)整村莊的總體布局，使單個村莊具備一定的規(guī)模，產(chǎn)生較大的規(guī)模效益，從而更有利于未來的村鎮(zhèn)公用設(shè)施建設(shè)和經(jīng)濟的進一步發(fā)展。

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