劉立文，段永紅※，李麗麗，徐立帥，張 穎，聶文玉

（1.山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院，太谷 030801；2.中國移動（蘇州）軟件技術有限公司，江蘇蘇州 215000）

0 引言

農村居民點指的是農村人口居住的聚集地，截止2018年底，農村居民點仍然是中國5.6億常駐農村人口聚集的主要地區(qū)，與此同時，隨著經濟社會的發(fā)展，以及鄉(xiāng)村振興和精準扶貧等一系列政策的實施，我國農村也正在轉型發(fā)展[1]。長期以來，由于缺乏科學的布局規(guī)劃和統(tǒng)一的規(guī)劃管理，農村布局零散、不成規(guī)模、形狀混亂、侵占耕地、“空廢化”以及居民點建設過程中出現的環(huán)境破壞和環(huán)境污染等問題越來越突出[2-3]。因此如何根據農村居民點的空間分布和適宜性特征來更好地優(yōu)化農村居民點的布局和推動農村轉型發(fā)展，提高農村土地資源利用率已經成為中國乃至全世界關于農村居民點未來的研究發(fā)展方向[4]。

國外對農村居民點空間分布特征及優(yōu)化研究較早，主要集中在市區(qū)以外的農村地區(qū)。他們認為這種農村區(qū)域可作為城市的后備支撐地區(qū)，對由于急速建設發(fā)展城市和城市人口的不斷增長，造成的城市擁擠問題，有一定的緩沖作用。此外農村居民住宅的演變受生態(tài)環(huán)境和社會發(fā)展等多方因素影響，需要根據在農村居住地用地需求劃定保護區(qū)[5-7]。國內學者的研究集中在以提高土地資源利用率為出發(fā)點，提高農耕地利用水平。以及從對農耕地保護和土地的挖掘潛力著手，在重視生態(tài)因素、土地的可持續(xù)利用和考慮當地的土地經濟建設基礎上,對農村居民點集約化利用進行深入探索。此外在居民點空間格局方向上，主要通過各種自然和社會等因子，針對居民點空間分布密度的影響進行研究[8-10]。如董光龍等以縣域為單位，探索華北平原不同主導產業(yè)驅動類型農村居民點時空變化，提出農村居民點整理的分類管控施策[11]。周海濤等通過核密度分析等GIS方法對包頭市達茂旗居民點空間分布變化及其影響因素分析進行研究，表明居民點空間分布受到自然環(huán)境和社會經濟影響因素的影響[12]。呂婷婷等通過文獻分析法分析對縣域農村居民點空間重構進行綜述研究，結果表明當前農村居民點分布、演化和空間重構是一個涉及自然、社會和經濟等多方面的復雜過程，需要根據不同的區(qū)域，不同發(fā)展階段和背景探索縣域農村居民點空間重構模式與策略[13]。

基于上述背景，文章以黃土丘陵區(qū)東部的山西省為研究區(qū)，其中省內山地和丘陵面積達到80%以上，由于其特殊的地形地貌以及生活習性、歷史發(fā)展、自然變遷等原因，山西省農村居民點布局也呈現出比較分散和稀疏的地理狀態(tài)，導致農用地資源浪費，很大程度上阻礙了農村地區(qū)的良性發(fā)展[14-15]。該文試圖分析山西省農村居民點空間分布特征，對山西省農村居民點做出適宜性評價，試圖找尋合理的農村居民點區(qū)位，對山西省農村居民點的優(yōu)化布局提供科學依據。

1 研究區(qū)概況、數據來源及方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省的總占地面積為15.67萬km2，占我國總面積的1.6%。坐落于中國的華北地區(qū)，為我國的內陸省份。位于華北盆地西面的黃土高原上，向西和陜西相對；向南與河南相望；向東與河北為鄰；向北與內蒙古連接。省域輪廓呈現出東北斜向西南的平行四邊形形狀。南北間距較長，長約682 km，東西間距較短，寬約385 km。

由于太陽照射、季風環(huán)流和地理位置等因素的影響，山西省氣候類型為溫帶大陸性季風氣候。特點為四季光照充足、晝夜溫差大、南北地區(qū)氣候差別明顯、四季分明等。各個地區(qū)年氣溫平均在4.2～14.2℃，各地年降水量介于358～621mm。降水集中在夏季，受地形地勢因素影響較大，約占全年降水量的60%。山西省交通便利，被列為首批國家“公交都市”試點示范城市?！叭v十一橫十一環(huán)”高速公路網基本成型。

山西省境內東西兩面為山地和丘陵隆起，中部地區(qū)為一列盆地陷入，分布其中?？傮w地勢地貌被形容為“兩山夾一川”。山西省具有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等復雜多樣地貌類型，其中山地、丘陵占80%，高原、盆地、臺地等平川河谷占20%。省內大部分地區(qū)海拔在1 000 m以上，相比于其東部華北大盆地，山西省呈現出強烈的隆起地勢。截止2018 年末，山西省常住人口3 718.34 萬人，比2017 年末增加15.99萬人，其中，城鎮(zhèn)常住人口2 171.88萬人，占總人口比重（常住人口城鎮(zhèn)化率）為58.41%。

1.2 數據源和數據處理

此項研究數據來源于百度地圖和地理空間數據云，通過Geosharp2.0軟件獲取2018 年8月百度地圖中的興趣點(Points of Interest，POI)，包括農村居民點、縣城、公路、河流等數據，再借助空間分析中的緩沖區(qū)分析對河流、縣城、公路進行緩沖區(qū)分析,通過地理空間數據云獲取ASTER-GDEM 數據，進而得到海拔和坡度。

因為居民點用地形狀多為不規(guī)則的多邊形，而提取得到的是反映農村居民點地理位置的點坐標，故采用“以點代面”的方法將面集轉化為點集來研究。運用ArcGIS軟件空間分析技術中的Voronoi 圖來計算CV 值，并根據CV值分類標準得到山西省縣域農村居民點CV值分布圖。

最后使用軟件YAAHP 對山西省農村居民點進行適宜性評價，選取河流、海拔、坡度和公路、縣城等為評價因子，構建評價指標體系。進行權重確定，進行評價，將山西省農村居民點分為適宜、較適宜、基本適宜和不適宜等4類地區(qū)。得到山西省農村居民點的適宜性評價圖，由圖總結農村居民點分布特征并對山西省農村居民點優(yōu)化布局提出積極建議。

1.3 研究方法

泰森多邊形。泰森多邊形面積隨點集的分布而發(fā)生變化，因此用多邊形面積的變異系數CV 值（即泰森多邊形面積的標準差與平均值的比）來衡量凸多邊形面積的變化程度來評估樣點的分布類型[16]。CV 值計算公式為：

當農村居民點空間分布類型為“均勻分布”時，集群內與集群間的多邊形面積變化小，CV 值就??；當農村居民點空間分布類型為“聚集分布”時，集群內多邊形面積較小，但集群間的多邊形面積較大，于是CV 值也大。根據Duyckaerts提出了3個建議值：當CV=57%（包括33%～64%）時，空間分布類型為“隨機分布”；當時CV=92%（包括＞64%）時，空間分布類型為“聚集型”；當CV=29%（包括＜33%）時，空間分布類型為“均勻分布”。按照CV 值分類標準，運用ArcGIS 軟件計算得到山西省縣域農村居民點的CV 值以及CV值分布狀況（圖1）。

核密度估計。核密度估計是一種非參數的表面密度估計方法，它借助動態(tài)單元格來估算空間點位的密度值。核密度估計的方程為：

式（2）中，fn(x)為農村居民點的核密度估計值；n為帶寬范圍內的點數；k為核函數；x-xi是估計農村居民點x到xi之間的距離；h為帶寬。

核密度估計數值與農村居民點的密集程度成正比狀態(tài)。核密度值越大，其農村居民點分布的越密集；核密度值越小，其農村居民點分布的越稀疏[17]。

鄰近性分析法。鄰近性分析呈現為較直觀的分析管理方式，主要用于規(guī)劃和管理中心主體和附近距離事物之間的關系。它是ArcGIS 中特有的功能之一，能把相對復雜多樣的問題表達的較為直觀，對分析策劃者來說是非常實用的功能。鄰近分析法存在等距緩沖區(qū)和等值線兩種，該文用到的方法為等距緩沖區(qū)分析。在環(huán)境因子上選用海拔、坡度、河流、縣城、公路等5個因子[18]，并且利用ArcGIS 對這5個因子進行重分類，并由此得出數據來進行統(tǒng)計，用于緩沖區(qū)分析，觀察這5個自然因子對山西省農村居民點空間分布特征的影響。

層次分析法。層次分析法是將一個復雜且多目標的問題作為一個主體目標，將與主要目標有關的元素分解為目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法[19]。其表達式為：

式（3）中，Pij為第ij個柵格的綜合適宜性分值；Xij(n)表示第n個評價因子在第ij個柵格的適宜性分值；ij表示柵格處于第i行第j列；Wn表示第n個評價因子的權重。

2 結果分析

2.1 山西省農村居民點聚集度

根據山西省居民點的泰森多邊形圖（圖1a）可知，各居民點斑塊面積大小相差不大，在分布上表現為南緊密北疏松。通過計算得出山西省縣域農村居民點的CV 值，其中，CV 值最低的是位于山西省北部的懷仁縣，CV 值為35.45%，根據分類標準其空間分布類型屬于隨機分布；位于山西省南部的絳縣的CV值為169.77%，是山西省農村居民點聚集度最高的縣域，屬于集聚分布型。

（1）山西省各縣域農村居民點CV 值均大于33%，即不存在空間分布屬于“均勻分布”類型的農村居民點。集群分布的村鎮(zhèn)占山西省總村鎮(zhèn)數的60%以上。

（2）山西省中南部分布著多個農村居民點高聚集區(qū)，而省北部的縣域農村居民點分布相比之下較為稀疏。

（3）從市級尺度來看，山西省所有市級居民點都為聚集型分布，且聚集程度較高（圖1b）。其中，臨汾市、運城市和呂梁市的CV 值分別為108.48%、107.32%和104.16%，是農村居民點聚集程度最高的3 個地區(qū)。

圖1 山西省居民點的泰森多邊形圖及其各市聚集型分布

2.2 基于核密度估計的山西省農村居民點特征分析

由圖2 可看出，山西省北部農村居民點分布比較稀疏且均勻，除此之外，東南西中部都有高密集農村居民點區(qū)域。以呂梁市、臨汾市、晉城市、運城市、長治市、榆次市和陽泉市的農村居民點較為密集。對比山西省各市的占地面積來說，忻州市占地面積最大，但通過核密度圖來看，農村居民點分布較少較稀疏；呂梁市、榆次市、大同市、運城市和臨汾市占地面積各占山西省的10.00%左右，其各地農村居民點分布也相對密集，說明相對適宜居住。

圖2 山西省農村居民點分布核密度

山西省境內東西兩面為山地和丘陵隆起，中部地區(qū)為一列盆地陷入，盆地分布其中，總體地勢地貌被形容為“兩山夾一川”，使得由北向南方向的盆地農村居民點較密集。結合山西省的海拔分布特征可以得出海拔地勢低的區(qū)域農村居民點較密集，地勢相對高聳的區(qū)域人煙稀少，這和山西省的地形地貌變化趨勢相同[20]?？傮w上山西省整個省主體輪廓呈現一個“凹”字形，這說明山西省農村居民點空間分布特征受地形地貌影響很大。

2.3 基于鄰近性分析居民點在環(huán)境因子上空間分布特征

2.3.1 山西省農村居民點在自然環(huán)境因子上的空間分布特征

山西省平均海拔為500～1 000 m，由圖3a可以看出，大部分農村居民點海拔在500～1 500 m，占山西省農村居民點80.00%以上，與山西省東部華北大盆地相對比，呈現為強烈的隆起形勢。這是因為山西省具有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等復雜多樣地貌類型，其中山地、丘陵占80%。農村居民點在不同海拔段體現出明顯的變化，總體呈現出，海拔越高的地區(qū)對應的農村居民點越少。超過1 500 m 海拔地區(qū)居民點空間分布呈現急速下降趨勢，2 000 m 上幾乎沒有居民點分布。居民點相對密集的分布在平坦的地區(qū)，海拔相對較高的地區(qū)，農村居民點分布少。

圖3 山西省農村居民點的自然環(huán)境因子下分布

從地形坡度來看，生產農業(yè)進行耕作最適宜的坡度帶，也是最適合人類居住生活的坡度帶15°以下[21]。由圖3b 可以看出，幾乎79.49%的居民生活15°以下的坡度帶里，說明了人們對于居住點的選擇，更傾向于自然環(huán)境區(qū)位好和農業(yè)耕種條件相對好的地區(qū)。人們活動居住與地形地勢分布趨勢密不可分，由圖3 可以看出，坡度越小，農村居民點越多越密集。坡度在15°以下，海拔在500～1 500 m 的農村居民點最密集，坡度超過25°以上的地區(qū)居住的村莊少之又少。

河流對農村居民點的空間分布有重要影響，它具有供應水源、提供水產品、交通運輸等重要功能。尤其對于農村居民點來說，河流提供對于種植業(yè)的灌溉水源，河流的沉積可以使土壤變得肥沃，有機質變多，如此可以提高農業(yè)產量。河流的沖積可以形成沖積盆地，利于耕種，但雨季的河流也可能會帶來洪水災害。所以，在選擇農村居民點的區(qū)位時，要充分考量水文因素，將自然環(huán)境帶來的影響做到揚長避短。根據鄰近性分析法把河流分為0～5 km、5～10 km、10～15 km、15～20 km、＞20 km 等5 個等級，從圖3c 可以看出距離河流越近，農村居民點分布越多，越密集。由圖表可以看出密集程度雖然呈緩慢下降趨勢，但40.21%的居民點分散在10 km以外的河流周圍。河流作為人類活動，居住環(huán)境的重要因素，應加強對河流的保護以及開發(fā)。

2.3.2 山西省農村居民點在區(qū)位環(huán)境因子上的空間分布

公路的存在作為現代交通便利的基礎，給人們的生活提供了方便和快捷。便利的交通對人們日常的生活和生產都有著極大的影響，人們在居住工作生活的時候會選擇交通更便捷，交通區(qū)位更中心的地理位置，所以從圖4a中可以看出隨著緩沖區(qū)的距離越遠，居民點個數越少，居民點越稀疏。0～10 km的公路緩沖區(qū)距離內，農村居民點數量已經占了總體的39.13%，但有更多的農村居民點在距離公路10km 以外，整體上農村居民點主要分布在20 km 以內，同時距離公路20～40 km 的農村居民點也達到了總體農村居民點的28.14%。此外，40 km以外的農村居民點也有7.60%，這說明山西省貧困落后的農村居民點并不在少數。由此結論，可以對加強農村居民點在道路的建設上提出合理可實現的優(yōu)化交通建議，讓貧困落后的農村有機會發(fā)展起來。

圖4 山西省農村居民點在區(qū)位環(huán)境因子下分布

縣城作為每個農村居民點的小范圍的主要聚集地，縣城近距離范圍內的農村居民點數量多且密集，說明這個地區(qū)發(fā)展也相對好一些，可以帶動村子的經濟和人口的生長。從圖4b 中可以看出隨縣城緩沖區(qū)的距離不斷擴大，農村居民點的數量呈現出下降到平穩(wěn)的趨勢，在距離縣城10 km距離以內居民點個數為最大值，占山西省所有農村居民點的28.41%，這說明大部分的農村居民點還是近距離散落在縣城周圍的。其次，距離縣城10～15 km 的距離內，分布的農村居民點也比較多，有23.91%。距離縣城20 km 以外的緩沖區(qū)內，農村居民點是占比最少的，加起來只有28.19%，和處于最近縣城緩沖區(qū)地帶的農村居民點數量差不多等同。從這些數據可以了解到，大部分山西省農村居民點分布在縣城較近的區(qū)域，住在相對不便利的村莊的人只有較少一部分。所以怎樣合理劃歸縣城中心，把各個分散又偏遠的農村居民點聚在一起，形成大的村莊聚集地，坐落縣城周邊，同時為人們購物生活提供更多保障，成為山西省農村居民點空間規(guī)劃布局必不可少的一部分。

2.4 山西省居民點空間布局特征的因素分析

運用GeoDetector（地理探測器）的因子探測器和交互探測器來分析區(qū)位環(huán)境和自然環(huán)境因子對山西省農村居民點密度的影響力及其交互影響程度[22]。根據前文的研究，選取居民點分布的和密度為因變量（Y），選取海拔高度（X1）、地形坡度（X2）、河流距離（X3）、公路距離（X4）和縣城距離（X5）為自變量，即驅動因素。

由表1因子探測結果可知，山西農村居民點驅動因素q值均處于顯著狀態(tài)，但各個影響因素的解釋力q 值具有明顯差異，具體排序為海拔高度（X1）＞縣城距離（X5）＞地形坡度（X2）＞公路距離（X4）＞河流距離（X3）。海拔高度和縣城距離的解釋力最高，明顯高于其他因素，分別為，0.198 和0.151，表明居民點的聚集性主要受到地形（高程）和周圍經濟體（縣城）的影響，而地形坡度、公路距離、河流距離的解釋力q 值均小于0.1，分別為0.063、0.033、0.007，屬于低水平驅動因素，其中河流距離的解釋力最弱，根據表2可知，海拔高度對河流呈現出增強的趨勢，海拔高度高的地區(qū)居民點密度低，同時距離河流的距離也近。此外，山西省農村居民點交互作用探測分析（表2）顯示，各驅動因素與居民點密度存在交互作用，具有雙因子增強或者非線性增強的特征，任意兩個因子交互后的解釋力明顯高于單因子。其中自然環(huán)境因子中海拔高度和地形坡度的交互達到了0.227，海拔高度和河流距離的交互為0.210，區(qū)位因子中道路距離和縣城距離的交互達到了0.165。此外海拔高度和縣城距離的交互解釋力值最大為0.281，說明山西省的農村居民點分布受到了自然環(huán)境和區(qū)位因子的共同影響。

表1 山西省農村居民點因子探測分析

表2 山西省農村居民點交互作用探測分析

表3 適宜性等級

2.5 基于層次分析法的農村居民點適宜性評價

2.5.1 適宜性評價相關基礎概念

土地適宜性評價的關鍵性步驟在于評價因素的選擇，土地適宜性評價是土地利用的基礎，所以是否正確選擇影響因子直接關系到評價結果的準確度。此次評價基于前面分析到的海拔、坡度、河流緩沖區(qū)、公路緩沖區(qū)和縣城緩沖區(qū)等環(huán)境因子對山西省農村居民點進行土地適宜性評價。通過對此適宜性的相關研究，同時基于《土地評價綱要》，對山西省農村居民點用地的適宜性評價分為高度適宜類、適宜類、較適宜類、基本適宜類、不適宜類等5類居民點用地。根據前面的分析結果分析數據對村民點用地構建量化表并進行適宜性評級[23]。

表4 量化評價因子

2.5.2 構造指標權重

利用YAAHP 軟件設置農村居民點適宜性為決策目標，控制層要素分別為自然環(huán)境因子和區(qū)位環(huán)境因子，備選方案分別為自然因子下的海拔、坡度、河流；區(qū)位因子下的縣城和公路。在矩陣值得輸入上，根據前文的因素分析，參考自然環(huán)境因子稍微重要于區(qū)位環(huán)境因子，其次是海拔因子稍微比較重要于坡度因子、海拔因子絕對重要于河流因子、坡度因子稍絕對重要于河流因子；縣城因子比較重要于公路因子的相對重要順序。得出要素因子對決策目標的排序權重以及權重數值。具體數值見表5。

2.5.3 農村居民點適宜性評價

根據YAAHP 軟件獲取的權重分布表格，在ArcGIS 中把海拔、坡度、河流、縣城、公路等環(huán)境因子進行重分類，對它們進行合理的評級。然后獲取它們的空間分布狀況，再利用柵格計算器獲取山西省農村居民點適宜性分布圖4和適宜性空間面積分布表6。圖4 和表6 表明山西省總體上是個較適宜居住的大省，適宜居住的農村居民點達到了32.08%。其次，較適宜占比51.60%左右，總的來說，較適宜居住的農村居民點達到了83.68%。不適宜居住的農村居民點只有323 個，占比1.03%。結合山西省總地勢是“兩山夾一川”情況看，適宜居住的農村居民點幾乎分布在山西省東西中部區(qū)域的盆地內。

表6 山西省農村居民點適宜性面積空間分布

根據圖4 和表7 可知，運城市、臨汾市、長治市和晉中市分布相對較多的適宜性農村居民點。較適宜居住的農村居民點也幾乎分布在山西省東西兩側的山地和丘陵上，主要集中分布在呂梁市、忻州市、晉中市和長治市?；具m宜居住的農村居民點主要以忻州市為主。其中忻州市農村居民點最多，占比14.57%；陽泉市農村居民點最少，只有3.06%。從表7 中得出，運城市是最適宜居住的城市，適宜居住的農村居民點最多。整合適宜和較適宜居住的農村居民點數據，可以發(fā)現呂梁市、長治市、運城市、臨汾市和忻州市等是在山西省內相對更適宜居住的城市。由于山西省省內呈現出地域高低起伏的明顯特征，結合圖4 可以看出不適宜居住的農村居民點幾乎集中在山西省北部和東南部，說明海拔、坡度對農村居民點的分布影響非常大。由此可見，山西省的農村居民點主要分布在中部盆地、東西兩側的山地和丘陵上，地勢相對平緩，海拔和坡度相對低。

圖4 山西省農村居民點適宜性評價

表7 山西省各市農村居民點的適宜性等級分布

3 結論與討論

該文通過核密度估計、鄰近性分析、因素分析和層次分析法對山西省農村居民點空間分布特征及其適宜性進行評價，得出以下結論。

（1）通過核密度圖分析，結合山西省總面積占比圖、山西省海拔的分布狀況，得出農村居民點在山西省南部地區(qū)分布密集，具體為東西部相對的中部盆地地區(qū)，另外西南部呂梁市和東南部的陽泉市、長治市和晉城市也是人口密集地區(qū)。

（2）通過對山西省海拔、坡度、河流、公路、縣城等這些自然環(huán)境因子綜合對山西省農村居民點的空間分布特征的影響和因素分析。得出用地規(guī)模上，受海拔和坡度的影響大。隨海拔和坡度的增加，農村居民點的分布呈現明顯下降的趨勢。河流、縣城和公路對山西省農村居民點的影響都是隨其緩沖區(qū)距離的增加，使得農村居民點分布密集程度呈下降趨勢。這是除了地形地貌制約村莊發(fā)展外，使得農村發(fā)展落后的原因。綜合來看，地形地貌是構建農村居民點格局的基本條件，同時也嚴重制約著農村居民點的空間分布特征，

（3）通過對山西省農村居民點的適宜性評價，可以看出山西省整體上是個宜居的省份，83.69%的農村居民點都是可以居住并且條件相對便利一些的。山西省中部盆地地區(qū)分布著最多的是適宜的居民點，其次較適宜的居民點分布東西兩側的山地和丘陵上。

通過以上研究結果，對調整山西省農村居民點空間布局規(guī)劃存有以下展望：對山西省東西兩側海拔坡度較高，地勢隆起地區(qū)上的適宜居住和較適宜居住的農村居民點進行更合理、更利于居住的空間分布布局。對于不適宜居住和基本適宜居住在高原盆地等超高海拔，區(qū)位環(huán)境因素非常不方便的農村居民點進行規(guī)劃搬遷撤離工作，妥善安置人口。對高度適宜居住的農村居民點進行保護合并和發(fā)展改善等方式進行優(yōu)化升級，吸引更多的農村居民點聚集。在此基礎上，加強控制規(guī)劃農村住宅的建設用地和基礎設施建設，提高對農村宅基地的規(guī)整，貫徹利用國家扶貧政策，促成更多農民走出貧困。通過調整各等級的空間分布規(guī)劃，進一步縮小農村城市貧富差距、進行資源優(yōu)化利用、共同加快農村基礎設施建設使用的目標、逐漸加快共同富裕的腳步。