曹競(jìng)文，李淑杰，齊魯，杜婉婷，黃夢(mèng)佳

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春130061

0 引言

農(nóng)村居民點(diǎn)用地是中國(guó)農(nóng)村區(qū)域的重要用地類(lèi)型之一，是農(nóng)村人地關(guān)系的表現(xiàn)核心，承載著中國(guó)農(nóng)村人口生產(chǎn)和生活的一系列綜合功能[1--3]。在中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和新農(nóng)村建設(shè)的影響下，隨著人地矛盾的突出，長(zhǎng)期以來(lái)農(nóng)村居民點(diǎn)無(wú)序擴(kuò)張、布局散亂、土地利用低效等問(wèn)題日漸凸顯，農(nóng)村居民點(diǎn)的土地利用成為一個(gè)重要課題[4--6]。

近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)的研究主要偏重于行為科學(xué)和社會(huì)學(xué)，比較關(guān)注社會(huì)因素對(duì)居民點(diǎn)的影響[5]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)更注重提升土地利用效率、潛力和居民點(diǎn)用地集約化的研究，諸多學(xué)者從農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征及其影響因素角度入手，為農(nóng)村居民點(diǎn)高效利用、集約化建設(shè)以及潛力挖潛提供依據(jù)[6，7]。董春等基于Poisson對(duì)數(shù)線性模型對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)居民點(diǎn)分布與地貌類(lèi)型、表土質(zhì)地、年降水量和平均氣溫等地理因子相關(guān)關(guān)系，得出居民點(diǎn)分布影響最大的是年降水量，同時(shí)說(shuō)明以圖斑為單位進(jìn)行分析比以公里網(wǎng)格為單位精度更高[8]；張勰等基于空間自相關(guān)方法研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征及影響因素，將居民點(diǎn)分布特征的影響因素轉(zhuǎn)向自然因素與區(qū)位因素相結(jié)合，得出居民點(diǎn)分離度在空間上分布非隨機(jī)、空間分布差異性明顯，且隨高程升高、坡度增大以及河流、道路距離增大而減小[9]；宋潔華等通過(guò)計(jì)算居民點(diǎn)分布泰森多邊形面積的變異系數(shù)分析縣域整體居民點(diǎn)的空間分布特征，得出結(jié)論該方法能有效地反應(yīng)點(diǎn)狀空間目標(biāo)的空間分布特征[10]。

在農(nóng)村居民點(diǎn)的分布特征研究上，已由公里網(wǎng)格轉(zhuǎn)向以圖斑為單位，目前對(duì)整個(gè)縣域范圍內(nèi)居民點(diǎn)分布特征及影響因素，尤其是自然影響因素的研究已經(jīng)趨于成熟，但針對(duì)村域尺度下的居民點(diǎn)分布特征及其影響因素的相關(guān)研究還是偏少，為此，筆者從村域尺度入手，以ArcGIS為平臺(tái)，以圖斑為單位，以2017年汪清縣各行政村居民點(diǎn)為研究對(duì)象，采用構(gòu)建泰森多邊形的方法，探索汪清縣各行政村居民點(diǎn)空間分布特征，并通過(guò)閱讀文獻(xiàn)，選取一個(gè)影響因子最高的自然因素(地形坡度)和兩個(gè)影響因子較高的區(qū)位因素(居民點(diǎn)與道路距離、居民點(diǎn)與河流距離)，通過(guò)ArcGIS緩沖區(qū)處理，對(duì)比分析農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布影響因素，以期為汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)空間優(yōu)化布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

汪清縣位于吉林省延邊朝鮮族自治州東北部，129°51′～130°56′E、43°06′～44°03′N(xiāo)。南北縱長(zhǎng)108 km，東西橫距152 km，地處長(zhǎng)白山東麓，緊靠東北亞經(jīng)濟(jì)貿(mào)易區(qū)，是吉林省縣級(jí)區(qū)域面積第二大縣?？h內(nèi)低山分布全縣各地，面積634 884 hm2，占全縣總面積的70.4%；中山分布在復(fù)興、春陽(yáng)等地，總面積12 624 hm2，占全縣總面積的1.4%；高原主要分布在復(fù)興、雞冠、羅子溝、大興溝、春陽(yáng)和天橋嶺等地，面積63 130 hm2，占全縣總面積的7%；丘陵分布在百草溝和汪清等地，面積43 507 hm2，占全縣面積的4.8%。汪清縣人民政府駐汪清鎮(zhèn)，轄8個(gè)鎮(zhèn)、1個(gè)鄉(xiāng)：汪清鎮(zhèn)、大興溝鎮(zhèn)、天橋嶺鎮(zhèn)、羅子溝鎮(zhèn)、百草溝鎮(zhèn)、春陽(yáng)鎮(zhèn)、復(fù)興鎮(zhèn)、東光鎮(zhèn)、雞冠鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共計(jì)192個(gè)行政村(圖1)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 研究方法

以居民點(diǎn)為中心構(gòu)建泰森多邊形，通過(guò)對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)的用地比例、平均面積、分布類(lèi)型的研究，確定居民點(diǎn)點(diǎn)集空間分布特征；同時(shí)通過(guò)對(duì)居民點(diǎn)附近的交通條件、河流分布條件及地形坡度條件等因素的研究，分析居民點(diǎn)分布狀況的影響因素。

2.1.1 泰森多邊形

泰森多邊形(又稱(chēng)Voronoi)，是反映空間平面剖分的一種結(jié)果，定義為平面上一個(gè)離散點(diǎn)集P={P1，P2，…，Pn}，由任一點(diǎn)pi構(gòu)成的凸多邊形內(nèi)的任何位置到該多邊形的樣點(diǎn)距離小于該凸多邊形內(nèi)任何位置到任一其他樣點(diǎn)的距離，V(pi)=n{p|d(p,pi)

2.1.2 基于泰森多邊形面積方法

由于泰森多邊形面積隨點(diǎn)集的分布而發(fā)生變化，因此可以用變異系數(shù)Cv值來(lái)衡量凸多邊形面積的相對(duì)變化程度，從而分析樣點(diǎn)的空間分布類(lèi)型。Cv等于泰森多邊形面積的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，其計(jì)算公式：

(1)

Cv=R/S

(2)

式中：R為多邊形面積的標(biāo)準(zhǔn)差；Si為第i個(gè)多邊形的面積；S為多邊形面積的平均值；n為多邊形的個(gè)數(shù)。當(dāng)點(diǎn)集均勻分布在空間中，Voronoi多邊形面積可變性小，Cv值較低；當(dāng)點(diǎn)集密集分布在空間中，Voronoi多邊形面積可變性大，Cv值較高[14，15]。Duvckaerts提出3個(gè)建議值：當(dāng)Cv=57%(包含33%～64%)時(shí)，點(diǎn)集呈隨機(jī)分布；當(dāng)Cv=92%(包含>64%的值)時(shí)，點(diǎn)集呈集群分布；當(dāng)Cv=29%(包含<33%的值)，點(diǎn)集呈均勻分布[16]。

圖1 汪清縣位置示意圖Fig.1 Location of Wangqing county

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文采用的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于汪清縣國(guó)土局提供的2017年汪清縣土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)；汪清縣統(tǒng)計(jì)局提供的2017年統(tǒng)計(jì)年鑒、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒；汪清縣農(nóng)業(yè)局提供的坡度圖；汪清縣水利局、環(huán)保局等相關(guān)部門(mén)提供的交通水域資料等基礎(chǔ)資料。從土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查的地類(lèi)圖斑數(shù)據(jù)中提取出村莊圖斑、河流及公路圖層，將每個(gè)村莊圖斑的質(zhì)心轉(zhuǎn)為帶坐標(biāo)點(diǎn)狀圖層，在ArcGIS中將對(duì)多邊形的研究轉(zhuǎn)化為對(duì)點(diǎn)集的研究，再根據(jù)該點(diǎn)集圖層創(chuàng)建以每個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)為發(fā)生元的泰森多邊形集合，生成汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)的泰森多邊形圖，以各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位計(jì)算Cv值，確定汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)的空間分布類(lèi)型(圖2)。

運(yùn)用ArcGIS對(duì)公路、河流圖層構(gòu)造間隔為500 m的500～3 000 m多環(huán)緩沖區(qū)，按照<500 m、500～1 000 m、1 000～1 500 m、1 500～2 000 m、2 000～2 500 m、2 500～3 000 m 6個(gè)級(jí)別進(jìn)行分類(lèi)，將分類(lèi)結(jié)果與農(nóng)村居民點(diǎn)分布圖進(jìn)行疊加分析，研究汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)的交通、水利因素對(duì)居民點(diǎn)分布的影響。再對(duì)汪清縣坡度圖進(jìn)行處理，與居民點(diǎn)分布圖進(jìn)行疊加分析，研究地形坡度對(duì)汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響。

圖2 汪清縣居民點(diǎn)分布及居民點(diǎn)泰森多邊形圖Fig.2 Residents distribution and Thiessen polygon of residents in Wangqing county

3 結(jié)果與分析

3.1 汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征

根據(jù)汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)Voronoi圖，通過(guò)ArcGIS統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的Cv值，參照Duyckaerts[16]提出的建議值劃分汪清鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)分布類(lèi)型(表1)。

如表1所示，從用地比例來(lái)看，在汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，大興溝鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地比例最大，復(fù)興鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地比例最小；從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)平均面積來(lái)看，大興溝鎮(zhèn)居民點(diǎn)平均面積最大，汪清鎮(zhèn)居民點(diǎn)平均面積最??；從斑塊數(shù)來(lái)看，在汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，東光鎮(zhèn)斑塊個(gè)數(shù)最大，復(fù)興鎮(zhèn)斑塊個(gè)數(shù)最小。復(fù)興鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)用地規(guī)模較小，但是鎮(zhèn)內(nèi)各居民點(diǎn)平均用地面積仍然處于中等水平；東光鎮(zhèn)居民點(diǎn)分布個(gè)數(shù)較多，但用地比例較少，各居民點(diǎn)土地面積較為稀缺；大興溝鎮(zhèn)居民點(diǎn)分布個(gè)數(shù)處于中上等水平，總體用地比例和鎮(zhèn)內(nèi)各居民點(diǎn)平均用地面積均為縣內(nèi)最高，大興溝鎮(zhèn)各居民點(diǎn)土地面積較為寬闊。

由圖3、表1可知，東光鎮(zhèn)、復(fù)興鎮(zhèn)、春陽(yáng)鎮(zhèn)、羅子溝鎮(zhèn)的Cv值高于Cv=64的標(biāo)準(zhǔn)線，屬于集群分布類(lèi)型；百草溝鎮(zhèn)、大興溝鎮(zhèn)、天橋嶺鎮(zhèn)的Cv值高于Cv=33的標(biāo)準(zhǔn)線、低于Cv=64的標(biāo)準(zhǔn)線，屬于隨機(jī)分布類(lèi)型；雞冠鄉(xiāng)鎮(zhèn)、汪清鎮(zhèn)的Cv值低于Cv=33的標(biāo)準(zhǔn)線，屬于均勻分布類(lèi)型(圖4)。從區(qū)位上看，東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)和西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬集群分布，中西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬隨機(jī)分布，正中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬均勻分布，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)空間分布受自然因素和區(qū)位因素的綜合影響，特定的村域環(huán)境決定了其特定的空間分布類(lèi)型。

表1 汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布類(lèi)型表Table 1 Spatial distribution types of rural settlements in every township in Wangqing county

圖3 汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布類(lèi)型Fig.3 Spatial distribution types of rural settlements in every town in Wangqing county

3.2 汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征影響因素

3.2.1 地形坡度對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響

地形地貌是自然環(huán)境的主導(dǎo)因素之一，也是農(nóng)村居民點(diǎn)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，不僅對(duì)于居民點(diǎn)的分布有著很大影響，而且對(duì)于公路、河流的分布都有較大影響[17--19]。地貌平坦寬闊有利于作物的耕種和居民點(diǎn)的建造，汪清縣位于吉林省延邊朝鮮族自治州東北部，屬山區(qū)，低山遍布汪清縣全境，因此地形坡度對(duì)于汪清縣居民點(diǎn)的分布尤為重要(表2)。

表2為汪清縣坡度等級(jí)圖與居民點(diǎn)的疊加分析結(jié)果，汪清縣1級(jí)坡度地區(qū)居民點(diǎn)用地比例最大，約占50.80%，分布546個(gè)居民點(diǎn)，平均面積達(dá)3.89 hm2；5級(jí)坡度地區(qū)居民點(diǎn)用地比例最小，僅占0.16%，分布19個(gè)居民點(diǎn)，平均面積僅0.35 hm2。汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布隨坡度等級(jí)的升高而降低，主要集中在1、2級(jí)坡度地區(qū)，4級(jí)以上坡度區(qū)居民點(diǎn)用地比例不足1%。說(shuō)明不同坡度級(jí)別地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征差異較大，坡度低的地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)分布比較密集，坡度高的居民點(diǎn)分布比較稀疏，由此可見(jiàn)，地形坡度對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的分布影響較大。

圖4 汪清縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)空間分布類(lèi)型圖Fig.4 Spatial distribution pattern of township settlements in Wangqing county

表2汪清縣不同坡度等級(jí)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布情況

Table2SpatialdistributionofruralsettlementsofdifferentslopesinWangqingcounty

坡度等級(jí)用地比例/%平均面積/hm2居民點(diǎn)個(gè)數(shù)/個(gè)150.803.89546237.103.41455311.071.2836240.870.546750.160.3519

3.2.2 交通條件對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響

交通條件是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，方便快捷的交通條件對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有重要影響，農(nóng)村居民點(diǎn)依靠道路交通進(jìn)行產(chǎn)品的對(duì)外運(yùn)輸和生產(chǎn)資料的獲取，因此研究道路交通因素對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分布狀況具有重要意義[17，20]。

表3為汪清縣公路分布情況與居民點(diǎn)疊加分析的結(jié)果，汪清縣距離公路500 m以?xún)?nèi)的居民點(diǎn)數(shù)量明顯高于500 m以外，在0～500 m內(nèi)，居民點(diǎn)用地比例高達(dá)63.50%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)692個(gè)，平均用地面積為2.90 hm2，較為充足；在500～1 000 m內(nèi)，居民點(diǎn)用地比例大幅下降，僅為15.70%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)為172個(gè)，平均面積為2.88 hm2，較為充足；在1 000 m以上，每500 m間隔用地比例相差較小，穩(wěn)定在4.00%±，平均用地面積在2 500～3 000 m內(nèi)較大，達(dá)到4.40 hm2，主要是因?yàn)? 500～3 000 m內(nèi)居民點(diǎn)個(gè)數(shù)較少，僅為49個(gè)。由此可見(jiàn)，汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布隨公路距離的增大而減少，主要集中在距離公路500 m以?xún)?nèi)，說(shuō)明不同公路距離下農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征差異較大，交通條件對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的分布有較大的影響。

表3 汪清縣居民點(diǎn)空間分布隨公路距離變化情況Table 3 Spatial distribution of residential areas in Wangqing county changes with highway distance

3.2.3 河流水域?qū)r(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響

水是人類(lèi)生存不可或缺的物質(zhì)資源，河流是水源的主要來(lái)源，為其流域內(nèi)的居民點(diǎn)提供肥沃的土壤和灌溉水源，與此同時(shí)河流也是物質(zhì)資源運(yùn)輸?shù)闹匾緩?，自古人?lèi)就是瀕水而居，近水而種，因此河流對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的分布有著重要影響[20，21]。

表4為汪清縣河流分布情況與居民點(diǎn)疊加分析的結(jié)果，汪清縣距離河流500 m以?xún)?nèi)的居民點(diǎn)數(shù)量最大，在0～500 m內(nèi)，居民點(diǎn)用地比例高達(dá)51.40%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)679個(gè)，平均用地面積為3.28 hm2，較為充足；在500～1 000 m和1 000～1 500 m內(nèi)，居民點(diǎn)用地比例大幅下降，分別為19.22%和13.19%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)分別為249個(gè)和206個(gè)，平均面積為3.34 hm2和2.77 hm2，較為充足；在1 500～2 000 m內(nèi)，居民點(diǎn)用地比例僅為5.45%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)134個(gè)，平均面積1.76 hm2；在2 000 m以上居民點(diǎn)明顯降低，用地比例已低于2.00%，居民點(diǎn)個(gè)數(shù)也較少。由此可見(jiàn)，汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布隨河流距離的增大而減少較為明顯，主要集中在距離河流500 m以?xún)?nèi)，其次分布在500～1 500 m以?xún)?nèi)，2 000 m以上分布十分稀疏，農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征隨河流距離變化差異較大，因此，河流水域條件對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的分布有較大影響。

表4 汪清縣居民點(diǎn)空間分布隨河流距離變化情況Table 4 Spatial distribution of residential areas in Wangqing county changes with river distance

4 結(jié)論

(1)對(duì)汪清縣農(nóng)村居民點(diǎn)構(gòu)建泰森多邊形，根據(jù)Voronoi圖計(jì)算Cv值，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面分析了農(nóng)村居民點(diǎn)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上的分布類(lèi)型，確定汪清縣東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)和西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于集群分布類(lèi)型；中西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于隨機(jī)分布類(lèi)型；正中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于均勻分布類(lèi)型。結(jié)果表明Cv值是度量點(diǎn)狀目標(biāo)集群度的有效指標(biāo)，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，具有較強(qiáng)的空間尺度效應(yīng)，但是其分類(lèi)界定標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。

(2)對(duì)汪清縣居民點(diǎn)與地形坡度、道路交通緩沖區(qū)、河流水域緩沖區(qū)進(jìn)行疊加分析的結(jié)果顯示。地形坡度、道路交通與河流水域?qū)r(nóng)村居民點(diǎn)均有較大影響。從地形坡度上看，隨坡度的升高，居民點(diǎn)的分布呈降低趨勢(shì)，主要集中在1級(jí)坡度上；從道路交通上看，汪清縣居民點(diǎn)集中分布在500 m以?xún)?nèi)，隨著與公路距離的增大而逐漸降低，1 000 m以外居民點(diǎn)分布較為稀疏；從河流水域上看，汪清縣居民點(diǎn)集中分布在1 000 m內(nèi)，隨著與河流距離的增加，居民點(diǎn)分布密度不斷降低，2 000 m以外居民點(diǎn)分布稀疏。

(3)農(nóng)村居民點(diǎn)的分布受區(qū)位影響嚴(yán)重，既與地形地貌等自然條件息息相關(guān)，同時(shí)也與城鄉(xiāng)發(fā)展?fàn)顩r、交通條件和河流水域等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件有著十分密切的關(guān)系，結(jié)果顯示居民點(diǎn)往往向有利于生產(chǎn)、耕作和生活的區(qū)域集中，為了在有限的土地上更有效地利用條件優(yōu)勢(shì)的居民點(diǎn)用地，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)積極探索農(nóng)村居民點(diǎn)用地向集約化方向發(fā)展的方式，促進(jìn)居民點(diǎn)各類(lèi)資源優(yōu)化配置，提高農(nóng)村居民點(diǎn)的土地利用效率，選擇適宜各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況的發(fā)展模式。