王華飛,趙宇鸞,2,楊小飄,趙 佳

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽 550025;2.貴州師范大學(xué) 貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點實驗室培育基地, 貴陽 550025)

0 引 言

改革開放以來,我國城市化水平日益提高,城鎮(zhèn)化率從1978年的17.9%上升至2021年的64.72%[1]?？焖俪擎?zhèn)化背景下,山區(qū)鄉(xiāng)村發(fā)生劇烈變遷與重構(gòu),勞動力析出現(xiàn)象突出,人口、耕地和環(huán)境之間的矛盾日益尖銳[2-3]。具體表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)用地因經(jīng)濟效益減弱而退耕或轉(zhuǎn)為其他用地,土地利用格局發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變,成為山區(qū)鄉(xiāng)村發(fā)展面臨的重大難題[4]。在此背景下,國家發(fā)展和改革委員會要求各級人民政府在制定區(qū)域規(guī)劃時,要充分考慮產(chǎn)業(yè)分布,同時兼顧人、空間、資源以及環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)[5]?！吧a(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”是國土空間規(guī)劃總體要求。目前,已有學(xué)者對生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間(簡稱“三生”空間)概念[6]、分類標(biāo)準(zhǔn)[7-8]、空間優(yōu)化和重構(gòu)[9-10]、格局演變特征[11]及驅(qū)動機制[12]等方面展開較為全面和系統(tǒng)的研究,主要集中在土地利用多功能及區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展等方面[13-14],并將其從農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[15-16]拓展到生態(tài)景觀[17-18]等方向。

梯田作為典型的山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),至今仍發(fā)揮著生產(chǎn)功能,是山區(qū)人民勤勞與智慧的結(jié)晶,更是彌足珍貴的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)[19]。隨著梯田研究的不斷深入,學(xué)者們結(jié)合地理學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、社會學(xué)以及人類學(xué)等多學(xué)科視角對梯田展開詳細研究,發(fā)掘其生產(chǎn)、文化、美學(xué)與生態(tài)等景觀多功能價值[20]。并把主題集中于梯田生態(tài)系統(tǒng)、梯田文化遺產(chǎn)、梯田旅游及梯田景觀可持續(xù)發(fā)展[21-24]等方向,取得大量研究成果。但隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,梯田區(qū)勞動力析出、耕地撂荒、宅基地私搭亂建以及地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等現(xiàn)象凸顯[25],引發(fā)生產(chǎn)空間萎縮、生活空間擁擠和生態(tài)空間惡化等系列問題,如何協(xié)調(diào)“三生”空間穩(wěn)定發(fā)展成為亟待解決的關(guān)鍵性問題。因此,探究梯田區(qū)“三生”空間動態(tài)變化及發(fā)展規(guī)律,對山區(qū)宅基地空間利用、生態(tài)環(huán)境保護及農(nóng)耕文化可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

目前,有關(guān)“三生”空間的研究在評價體系上,學(xué)者重點關(guān)注自然條件、生態(tài)環(huán)境及社會因素,缺乏從人口流動視角進行分析;研究尺度上受空間數(shù)據(jù)獲取的限制,主要集中于全國[8,26]、省域[27-28]和市域[3],對鎮(zhèn)村尺度關(guān)注度較低。而對于梯田的研究,概念性研究較多,定量研究較少,更缺乏從時空變化或地形分布的對比分析研究。本文以清水江河谷南寨梯田片區(qū)為研究對象,運用參與式農(nóng)村評估(Participatory Rural Appraisal,PRA)、地形位分析、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)空間分析等方法,揭示小尺度山區(qū)梯田“三生”空間時空演變特征與格局分析,以期為偏遠山區(qū)鄉(xiāng)村聚落農(nóng)業(yè)景觀的開發(fā)與保護提供參考借鑒。

1 研究區(qū)域概況

清水江發(fā)源于貴州省都勻市谷江鄉(xiāng)西北角,是長江上游重要支系。研究區(qū)位于貴州省黔東南苗族侗族自治州,地處劍河縣東部南寨鎮(zhèn)域范圍內(nèi)(圖1),介于26°59′N—26°71′N、108°73′E—108°84′E之間,海拔高度為368.71～1 200.14 m。該區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),冬暖夏涼,雨量充沛,土壤肥沃,擁有豐富的農(nóng)業(yè)和森林資源,森林覆蓋率達60%以上。區(qū)域內(nèi)共計18個村落,多建于緩坡,梯田主要分布于其下方。由于山峰險峻、溝谷縱橫、地形復(fù)雜,交通不便,區(qū)位相對偏遠,其獨特的民族文化與梯田景觀保存較為完整。片區(qū)是2006年國家第一批非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護項目南寨錫繡的核心區(qū)。片區(qū)中展留村和柳富村同時被列入第二批中國傳統(tǒng)村落名錄。南寨梯田片區(qū)傳統(tǒng)民族文化深厚、民風(fēng)淳樸、民族風(fēng)情濃郁,是我國典型的西南山地少數(shù)民族聚集區(qū)。

圖1 研究區(qū)域概況

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2000年、2005年、2010年和2020年土地利用變更數(shù)據(jù)均來自貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國家重點實驗室培育基地;2000年和2005年未能獲取精度更高的土地利用數(shù)據(jù),通過查閱歷史年鑒并結(jié)合實際調(diào)研,對這2期數(shù)據(jù)進行解譯調(diào)整;2015年數(shù)據(jù)源自91衛(wèi)圖助手軟件下載的歷史遙感影像,使用ENVI5.3軟件對該影像進行遙感目視解譯,再利用2020年土地利用數(shù)據(jù)進行反演,獲取該區(qū)域2015年土地利用數(shù)據(jù)。為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,結(jié)合參與式農(nóng)村評估(PRA)研究法、深度訪談等,獲取有效信息,并對數(shù)據(jù)進行驗證。構(gòu)建了2000年、2005年、2010年、2015年和2020年共5期土地利用變更矢量化數(shù)據(jù)庫。

2.2 研究方法

2.2.1 “三生”空間界定

研究參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)[29],結(jié)合南寨土地利用現(xiàn)狀分析,在充分考慮各類用地功能的前提下,對生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間進行精細劃分,清晰表達每一個地類要素,構(gòu)建合理“三生”空間分類體系(表1)。

2.2.2 地形分級

根據(jù)研究區(qū)數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)數(shù)據(jù),利用ArcGIS計算出坡度與地形位指數(shù),清晰表征不同土地利用類型在各個地形梯度上的分布情況;結(jié)合清水江河谷實際地況,將高程、坡度與地形位按自然斷點法分為6個等級(表2)。

表2 地形因子分級與面積占比

2.2.3 地形位指數(shù)

地形位指數(shù)可描述空間不同坡度與高程相互關(guān)聯(lián)的屬性,對地形的表征能避免單一地形因子對地形特征表述不清晰的問題[30]。計算公式為

(1)

2.2.4 地形分布指數(shù)

地形分布指數(shù)可以清晰表征不同土地利用類型在不同地形梯度上的分布情況,可消除地形梯度分級和土地利用類型所占面積比重差異的影響[32]。計算公式為

(2)

式中:P為地形分布指數(shù);S總為研究區(qū)總面積;Sie為第i種地類在第e級地形梯度內(nèi)的面積;S總i為第i種地類的總面積;Se為第e級梯度的總面積。當(dāng)P>1時,表示i種地類在e級地形梯度上屬于優(yōu)勢分布,P值越大,優(yōu)勢度越高,反之優(yōu)勢度越低。

2.2.5 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

利用轉(zhuǎn)移矩陣模型[33]和弦圖[34]表現(xiàn)“三生”空間用地結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能將土地利用變化的類型轉(zhuǎn)移面積按矩陣或表格形式列出,可作為結(jié)構(gòu)分析與變化方向分析的基礎(chǔ),能夠清晰反映研究初期不同地類轉(zhuǎn)移、流失的方向與研究末期土地利用類型的變化情況。轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)表達式為

(3)

式中:Sij為面積;n為土地利用的類型數(shù);i、j分別為研究初期與末期的土地利用類型。

弦圖能夠清晰表達多個數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。連接圓上任意兩點的線段可以看作不同地類之間的轉(zhuǎn)移線,轉(zhuǎn)移線越寬,表示轉(zhuǎn)移面積越多;轉(zhuǎn)移線越窄,表示轉(zhuǎn)移面積越少。本文利用R語言實現(xiàn)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣在弦圖上可視化,構(gòu)建區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)移軌跡模型,使之清晰表達“三生”空間內(nèi)部相互轉(zhuǎn)換的情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”空間數(shù)量演變特征

研究區(qū)“三生”空間面積與占比變化情況(表3)分析可知,2000—2020年,生產(chǎn)空間面積呈減少趨勢,減少面積為315.244 hm2,面積占比從41.40%下降到36.49%;生活空間面積呈增長趨勢,增長面積為40.945 hm2,增長占比為0.64%;生態(tài)空間面積同樣呈增長趨勢,增長面積為274.299 hm2,占總面積的4.27%。具體來看,2010年之前,生產(chǎn)空間面積呈持續(xù)減少特征,以2005—2010年面積減少幅度最大,減少面積為339.103 hm2;生活與生態(tài)空間面積則均呈持續(xù)擴張?zhí)卣?擴張面積分別為44.121 hm2與327.812 hm2。2010年之后,生產(chǎn)空間面積呈緩緩增加趨勢,其增量并不顯著;生活空間面積呈先減少后擴張的趨勢;而生態(tài)空間面積則呈逐漸收縮趨勢,但其收縮面積較小。

表3 清水江河谷2000—2020年“三生”空間面積及占比

3.2 “三生”空間格局演變特征

結(jié)合“三生”空間分類體系,繪制土地利用現(xiàn)狀分布,見圖2。分別對生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間格局演變特征進行可視化分析。結(jié)果如下:

圖2 清水江河谷2000—2020年“三生”空間分布

(1)清水江河谷生產(chǎn)空間以梯田為主。由圖2可知,清水江河谷生產(chǎn)空間分布在沿江兩岸,呈現(xiàn)大聚集、小分散的階梯式空間分布格局。2000—2005年,生產(chǎn)空間分布變化不顯著,2005—2020年,生產(chǎn)空間收縮態(tài)勢明顯,尤其在東部和南部,生產(chǎn)空間有遠離河流轉(zhuǎn)換為生態(tài)空間的趨勢。究其原因,山區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)營收益低,農(nóng)戶農(nóng)業(yè)收入低,導(dǎo)致生產(chǎn)空間萎縮,同時三板溪水電站建設(shè)導(dǎo)致大量耕地被淹沒,生產(chǎn)空間大幅度萎縮。

(2)生活空間以分散式小斑塊,沿著河谷呈散點分布。2000—2020年,生活空間整體呈由聚集中心向外圍分散擴張的趨勢。其中以2005—2010年擴張態(tài)勢最為劇烈,隨著鄉(xiāng)村生活水平普遍提高,村民占用外圍耕地建房現(xiàn)象日益增多,住宅用地大幅度擴張。2010—2020年,生活空間呈緩緩收縮態(tài)勢。

(3)生態(tài)空間主要聚集于清水江及其周邊低谷地帶。在2000—2020年時段內(nèi),隨著三板溪水電站建設(shè)與農(nóng)業(yè)人口鄉(xiāng)城遷移,生態(tài)空間獲得進一步優(yōu)化,整體向沿江兩岸擴張,與生產(chǎn)空間和生活空間毗鄰時,呈細碎化分布特征。

3.3 “三生”空間地形分布特征

對2000—2020年清水江河谷南寨梯田片區(qū)各地形等級上生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間分布指數(shù)(圖3)進行分析可知,“三生”空間分布格局變化較顯著。整體上,生產(chǎn)空間優(yōu)勢分布區(qū)位于1級和4—6級地形等級上。2010年之前,隨著地形等級遞增,生產(chǎn)空間呈先縮減后增加趨勢,2010年之后,其在低地形梯度帶上的分布優(yōu)勢降低,整體呈現(xiàn)出隨著地形等級增加而擴張的趨勢,至5級時分布優(yōu)勢達到最大。生活空間主要分布在低地形梯度帶。受地形變化影響,其分布隨著地形等級增加呈先增后減狀態(tài),在2級時分布優(yōu)勢最大,但2010年生活空間在1級上擴張,P值更是達到了1.67,究其原因,在該時段內(nèi),水庫移民搬遷建房、危房改造建房和其他占地等,造成在低地形梯度帶上用地增加。生態(tài)空間整體受地形等級的限制性較弱,然而隨著三板溪水電站的竣工,清水江水位上升,其分布呈現(xiàn)出向低地形等級轉(zhuǎn)移的趨勢。整體而言,生產(chǎn)空間分布向中高地形梯度帶轉(zhuǎn)移,生活空間分布向中低地形梯度帶轉(zhuǎn)移,生態(tài)空間分布則呈現(xiàn)出向低地形梯度帶集中的趨勢。

圖3 清水江河谷2000—2020年各地形等級上“三生”空間分布指數(shù)

3.4 “三生”空間轉(zhuǎn)移分析

為了探究“三生”空間內(nèi)部轉(zhuǎn)換,借助式(3),在構(gòu)建面積轉(zhuǎn)移矩陣的前提下繪制弦圖(圖4),對2000—2020年生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間相互轉(zhuǎn)換情況進行可視化分析。2000—2005年,“三生”空間具有較強穩(wěn)定性,其變化量較小,以生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生態(tài)和生活空間為主。2005—2010年,從轉(zhuǎn)移線的寬度和軌跡來看,生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)為生態(tài)空間用地面積最大,為1 187.904 hm2;其次是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間,轉(zhuǎn)移面積為873.860 hm2;生活空間轉(zhuǎn)入量與轉(zhuǎn)出量都較小。2010—2015年,土地利用流動行為較為活躍,但生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間流出與流入的面積大體上呈相互平衡狀態(tài)。2015—2020年,生產(chǎn)、生活空間呈流入行為,生態(tài)空間呈流出行為,流動量均較小,空間穩(wěn)定性較強。整體而言,2000—2020年“三生”空間相互轉(zhuǎn)換行為比較活躍,受山區(qū)人口勞動力流失、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)入不敷出等因素的影響,土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變,以生產(chǎn)空間流出,生活與生態(tài)空間流入行為為主要特征。

圖4 清水江河谷2000—2020年生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間相互轉(zhuǎn)移的可視化弦圖

3.5 驅(qū)動因素分析

3.5.1 自然地理因素

地形特征與氣候變化是影響“三生”空間分布的基礎(chǔ)因素。清水江河谷南寨梯田片區(qū)為丘陵山區(qū),地形崎嶇,平地較少。海拔和坡度對于生活空間影響較為顯著,表現(xiàn)為生活空間多分布于低海拔平緩地帶,于高海拔陡坡區(qū)域則分布較少。而且地處平緩地帶村落的擴展速度比陡坡區(qū)域村落擴展速度要快,說明地形因子對空間類型的轉(zhuǎn)變存在一定影響。從氣候變化上看,由2000—2020年5期年降水量與年平均氣溫變化情況(圖5)可知,年降水量變化幅度較大,年平均氣溫隨著年份增長呈持續(xù)上升趨勢。隨著年平均氣溫逐年升高,水蒸發(fā)量增加,村民用水減少,農(nóng)作物缺乏灌溉用水,梯田出現(xiàn)撂荒現(xiàn)象,導(dǎo)致生產(chǎn)空間減少。

圖5 清水江河谷年降水量和年平均氣溫的變化情況

3.5.2 人口遷移因素

快速城鎮(zhèn)化背景下,人口數(shù)量的變動和行為是影響鄉(xiāng)村空間發(fā)生變化的主要因素之一。根據(jù)2000—2020年南寨鎮(zhèn)勞動力與用地變化趨勢(圖6)可知,南寨鎮(zhèn)勞動力整體呈增長趨勢,生活與生態(tài)空間用地面積也呈增長趨勢,而生產(chǎn)空間面積卻呈減少趨勢,說明受外界非農(nóng)產(chǎn)業(yè)吸引,當(dāng)?shù)貏趧恿Υ罅客膺w。再由抽取的南寨鎮(zhèn)100戶家庭外流勞動力與滯留勞動力年齡對比(表4)分析可知,當(dāng)?shù)赝饬鲃?wù)工勞動力以青壯年為主,務(wù)農(nóng)勞動力以老年人居多,老人農(nóng)業(yè)對遠距離田地耕種較為困難,導(dǎo)致耕地撂荒,生產(chǎn)空間大幅度萎縮。

表4 南寨鎮(zhèn)100戶家庭外流勞動力與滯留勞動力不同年齡段人數(shù)對比

圖6 南寨鎮(zhèn)2000—2020年勞動力變化與用地變化趨勢

3.5.3 政策調(diào)控因素

政府規(guī)劃與調(diào)控是“三生”空間結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵因素。2001年位于清水江中下游三板溪水電站修建,水電站修建對庫區(qū)兩岸“三生”空間產(chǎn)生一定影響,海拔較低的村落實行易地搬遷政策,南寨鎮(zhèn)屬搬遷鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一,大量人口涌入新集鎮(zhèn),集鎮(zhèn)用地擴張,出現(xiàn)占用耕地建設(shè)現(xiàn)象,生產(chǎn)空間萎縮,生活空間擴張;同時投入資金加強庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護,生態(tài)空間擴張。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

梯田區(qū)作為傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的主要載體,探究其用地結(jié)構(gòu)動態(tài)變化與發(fā)展規(guī)律,有利于梯田聚落農(nóng)業(yè)文化景觀的保護與傳承。通過分析清水江河谷南寨梯田片區(qū)2000—2020年“三生”空間時空演變規(guī)律與地形分布特征,得出如下結(jié)論:

(1)從數(shù)量變化特征來看,研究區(qū)主要以生態(tài)空間為主,面積占比60%以上;其次為生產(chǎn)空間占比36%左右,生活空間占比最小,僅為1.2%～1.9%。2000—2020年間,生產(chǎn)空間用地面積大量減少,減少面積為315.244 hm2;生活空間與生態(tài)空間用地面積均增加,增加面積分別為40.945 hm2和274.299 hm2。

(2)從格局演變規(guī)律來看,生產(chǎn)空間主要分布于研究區(qū)東部、南部及西北部呈大聚集、小分散的分布格局,且在南部與東部有收縮趨勢;生活空間呈現(xiàn)由聚落中心向外圍分散擴張的趨勢;生態(tài)空間則主要聚集于沿江兩岸區(qū)域,整體向沿江兩岸分散擴張。

(3)從地形分布特征來看,地形位對研究區(qū)“三生”空間分布變化具有重要影響,生產(chǎn)空間分布優(yōu)勢由低地形梯度轉(zhuǎn)向中高地形梯度;生活空間分布優(yōu)勢主要集中于中低地形梯度上;而生態(tài)空間分布優(yōu)勢轉(zhuǎn)向低地形梯度的趨勢較為顯著。

(4)從面積轉(zhuǎn)移行為來看,生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間之間相互轉(zhuǎn)換的情況較為頻繁。以生產(chǎn)空間面積轉(zhuǎn)出行為最為顯著,生活空間與生態(tài)空間面積均呈轉(zhuǎn)入行為,其中生態(tài)空間轉(zhuǎn)入行為比生活空間要劇烈。

4.2 討 論

本文借鑒已有研究成果,基于2000—2020年土地利用變更數(shù)據(jù),分別從數(shù)量變化特征、格局演變規(guī)律、地形分布特征及面積轉(zhuǎn)移行為4個角度,對清水江河谷南寨梯田片區(qū)“三生”空間進行量化分析,為合理構(gòu)建生產(chǎn)高效、生活宜居和生態(tài)優(yōu)美的空間結(jié)構(gòu)體系提供參考。研究結(jié)果有利于地方政府把握土地利用規(guī)劃方向,并對梯田區(qū)農(nóng)業(yè)文化的可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。但受數(shù)據(jù)獲取的局限性,本文對驅(qū)動機制的分析還不夠全面,并缺少對“三生”空間微觀尺度進行探究,未來需結(jié)合更多社會經(jīng)濟發(fā)展因素,對影響各階段土地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動因子開展更加深入和細致的研究。此外,面對區(qū)域“三生”空間發(fā)展不穩(wěn)定、不協(xié)調(diào)等問題,如何合理構(gòu)建農(nóng)業(yè)發(fā)展體系,優(yōu)化聚落空間結(jié)構(gòu),完善生態(tài)環(huán)境保護政策等舉措,將是進一步研究的重點。