魯含情,朱麗霞,王宏志,李仁東,劉承良
(1.華中師范大學城市與環(huán)境科學學院,湖北 武漢430079;2.中國科學院測量與地球物理研究所,湖北 武漢430077)
農(nóng)村居民點作為農(nóng)村人口生產(chǎn)和生活等綜合功能的承載體,是農(nóng)村土地利用的重要組成部分,居民點的分布特征反映了與自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、歷史習慣、居民心理因素的相互作用.隨著新農(nóng)村建設的展開,農(nóng)村居民點的整理活動也相應開展,這將對農(nóng)村經(jīng)濟、基礎設施、公共服務等發(fā)展產(chǎn)生深遠影響.通過研究農(nóng)村居民點分布現(xiàn)狀與農(nóng)村人居環(huán)境現(xiàn)狀,并探討二者的關系,對于指導農(nóng)村居民點規(guī)劃、提升農(nóng)村人居環(huán)境、促進城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展都具有重要意義.
目前雖有不少學者從農(nóng)村人居環(huán)境的發(fā)展規(guī)律、鄉(xiāng)村外部環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展與農(nóng)村人居環(huán)境建設等方面對農(nóng)村人居環(huán)境進行研究[1-9],也有大量文獻對農(nóng)村居民點的空間分布格局、形成與演變機制進行了探討[10-17],但是從農(nóng)村居民點的分布現(xiàn)狀出發(fā),探討農(nóng)村居民點人居環(huán)境的研究并不多見.農(nóng)村居民點的分布是形成農(nóng)村居住環(huán)境的基礎條件,也是影響農(nóng)村人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要方面.湖北省仙桃市地處江漢平原腹地,緊靠中國中部特大城市武漢,是武漢城市圈兩翼中心城市,也是仙洪新農(nóng)村建設試驗區(qū)之一.全市現(xiàn)有15個鎮(zhèn),3個街道辦事處,4個省級工業(yè)園,639個居委會,4 644個村民小組,總面積2 538km2,2010年人口150萬,其中農(nóng)業(yè)人口116萬人;農(nóng)村居民點用地總面積約為332.92km2,人均農(nóng)村居民點用地約287m2.研究快速發(fā)展中的仙桃市農(nóng)村居民點分布特征及其與人居環(huán)境之間的關系,可以折射出城鄉(xiāng)一體化發(fā)展對于農(nóng)村人居環(huán)境所產(chǎn)生的影響,為農(nóng)村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供一定的借鑒和思考.
本文中所需要的農(nóng)村居民點及相關數(shù)據(jù)主要來源于:①仙桃市2010年土地利用現(xiàn)狀圖(1∶100 000);②仙桃市道路交通等級圖;③仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政界線圖與行政村、自然村分布現(xiàn)狀圖.研究所涉及的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自《仙桃市統(tǒng)計年鑒》(2010).以農(nóng)村聚落地理學和人居環(huán)境理論為指導,借助GIS技術,實現(xiàn)仙桃市空間屬性數(shù)據(jù)的處理工作,并在此基礎上,對該地區(qū)農(nóng)村居民點分布現(xiàn)狀與農(nóng)村人居環(huán)境現(xiàn)狀進行分析,主要步驟:第一,利用spss軟件分析影響仙桃市農(nóng)村居民點分布的因素;第二,從2010年仙桃市土地利用圖上提取相關信息,主要包括城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點用地、河流、耕地信息,將其與仙桃市交通數(shù)據(jù)信息疊加,結合農(nóng)村統(tǒng)計年鑒相關數(shù)據(jù),建立仙桃市農(nóng)村居民點屬性數(shù)據(jù)庫;第三,利用GIS空間分析、統(tǒng)計分析等方法,歸納總結仙桃市農(nóng)村居民點分布特征;第四,運用熵值法分析仙桃市農(nóng)村居民點人居環(huán)境現(xiàn)狀.
2.1 規(guī)模特征 從農(nóng)村居民點用地規(guī)模來看(圖1),各鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異明顯,農(nóng)村居民點用地面積最大為西流河鎮(zhèn)(29.83km2),最小為沔城回族鎮(zhèn)(4.84km2);而人均農(nóng)村居民點用地面積除西流河鎮(zhèn)(1.91km2)最大外,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人均農(nóng)村居民點用地面積差異不大,均在0.07~0.21km2之間.
圖1 仙桃市各鎮(zhèn)農(nóng)村居民點用地與人均農(nóng)村居民點用地分異
2.2 斑塊數(shù)量與規(guī)模 從農(nóng)村居民點景觀特征來看(表1),仙桃市農(nóng)村居民點規(guī)模小、數(shù)量多,且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點居住用地相似性較低.2010年仙桃市農(nóng)村居民點斑塊有932個,平均面積約為0.31km2,低于平均面積的斑塊數(shù)量有728個,農(nóng)村居民點斑塊面積差異較大,最大農(nóng)村居民點斑塊面積5.34km2,最小農(nóng)村居民點斑塊面積為0.02km2.農(nóng)村居民點斑塊數(shù)量最多的是剅河鎮(zhèn),有96個,農(nóng)村居民點斑塊數(shù)量最少的是龍華山街道,有22個;斑塊面積最大的是西流河鎮(zhèn),約有29.38km2,斑塊面積最小的是沔城鎮(zhèn),僅為4.84km2.
2.3 斑塊特征 仙桃市各鎮(zhèn)農(nóng)村居民點斑塊分離度指數(shù)、破裂化指數(shù)均較高,而斑塊密度偏低,表明農(nóng)村居民點分布的集散程度具有很大的不均衡性;各鎮(zhèn)農(nóng)村居民點斑塊的面緣比均小于1,表明農(nóng)村居民點斑塊形狀復雜,邊界效應明顯.
表1 仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點景觀指數(shù)
表2 仙桃市農(nóng)村居民點用地影響因素相關系數(shù)及主成分載荷
3.1 影響農(nóng)村居民點特征的因素 農(nóng)村居民點用地面積的制約因素可以分為內(nèi)部驅動力和外部驅動力.內(nèi)部驅動力也稱自然驅動力,影響相對恒定,如氣候、地形、土壤、區(qū)位條件等;外部驅動力即社會經(jīng)濟驅動力,在一定時間尺度內(nèi)影響農(nóng)村居民點用地面積和分布特征,如經(jīng)濟發(fā)展、技術進步、風俗習慣及相關發(fā)展政策等[7].因此,本文中在定量分析時,選取自然與社會經(jīng)濟因素兩方面指標:耕地面積(X1)、河流水系面積(X2)、斑塊密度(X3)、有效灌溉面積(X4)、公路里程(X5)、中小學數(shù)量(X6)、萬人高中生人數(shù)(X7)、農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力(X8)、遷出人口(X9)農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值(X10)、工業(yè)產(chǎn)值(X11)、固定資產(chǎn)投資(X12).利用spss16.0軟件對選取出來的12個指標的原始值進行相關分和主成分分析,得出仙桃市農(nóng)村居民點用地面積與各指標的相關性系數(shù)和主成分載荷(表2).結果表明仙桃市農(nóng)村居民點用地與耕地面積(X1)、河流水系面積(X2)、有效灌溉面積(X4)、公路里程(X5)、中小學數(shù)量(X6)、農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力(X8)、固定資產(chǎn)投資(X12)這7個因子相關性較為顯著,相關系數(shù)均在0.7以上.第一主成分在耕地面積(X1)、河流水系面積(X2)、農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力(X8)上有較大載荷,可稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境因子;第二主成分在有效灌溉面積(X4)、公路里程(X5)上有較大載荷,可稱為基礎設施因子;第三主成分在中小學數(shù)量(X6)上有較大載荷,可稱為公共服務因子.
3.2 不同影響因素的作用效應 根據(jù)上述分析結果,參考相關學者對平原地區(qū)農(nóng)村居民點用地影響因素的研究,本文中以仙桃市18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的水系(代表農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境)、交通干線(代表基礎設施)、公共服務村(小學所在村,代表公共服務)為中心,以600m為半徑建立緩沖區(qū)(經(jīng)過筆者的多次擬合分析,結合后文研究的需要,600m緩沖區(qū)內(nèi)易歸納出明顯的對應關系).首先假定各因素對仙桃市農(nóng)村居民點用地面積的影響同等重要,然后分別統(tǒng)計在上述因素的影響下,仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點的用地面積(如圖2、表3),其中a圖表示受水資源面積和水運條件的影響下的農(nóng)村居民點面積,b圖表示受道路交通條件的影響下的農(nóng)村居民點面積,c圖表示受公共服務村的影響下的農(nóng)村居民點面積.在上述條件基礎上,對各影響因素賦予權重:水系(0.33)、交通干線(0.35)、服務村(0.32),據(jù)此計算3種因素對農(nóng)村居民點用地面積的綜合影響:S=v水系*0.33+v交通干線*0.35+v服務村*0.32,其中v表示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)在各影響因素下的得分,S值越大,表示受各因素的綜合作用更強,結果如圖2d所示.
圖2 不同影響因素作用效果圖
1)水資源豐富地區(qū)如長埫口鎮(zhèn)、胡場鎮(zhèn)、鄭場鎮(zhèn)、毛嘴鎮(zhèn)、三伏潭鎮(zhèn)、陳場鎮(zhèn)和通??阪?zhèn)農(nóng)村居民點用地面積比重較高(0.51~0.52);水運條件不發(fā)達區(qū)如張溝鎮(zhèn)、楊林尾鎮(zhèn)和水資源面積比重較低地區(qū)干河街道(0.14)農(nóng)村居民點用地面積比重較低(低于0.25).
2)受漢宜高速和隨岳高速的干擾,干河街道、龍華山街道、胡場鎮(zhèn)、三伏潭鎮(zhèn)、郭河鎮(zhèn)、沔城回族鎮(zhèn)農(nóng)村居民點用地面積比重低(低于0.50);交通道路網(wǎng)密集區(qū)郭河鎮(zhèn)(0.78)、沙湖鎮(zhèn)(0.54)、沙嘴街道(0.6)農(nóng)村居民點用地面積比重高(0.76~0.96).
3)鄉(xiāng)村小學數(shù)量多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為張溝鎮(zhèn)(6所)和干河街道(3所)其農(nóng)村居民點用地面積比重高(0.31~0.51)居全市之首;鄉(xiāng)村小學數(shù)量少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有楊林尾鎮(zhèn)(1所)、西流河鎮(zhèn)(1所)、龍華山街道(1所)和胡場鎮(zhèn)(1所),其農(nóng)村居民點用地面積比重低(低于0.10).
4)仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點用地受各因素的綜合效應差異較大.仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,周圍農(nóng)村服務的中心鎮(zhèn)(鄭場鎮(zhèn))、仙桃西部的中心城鎮(zhèn)(毛嘴鎮(zhèn))、仙桃西南部的中心城鎮(zhèn)(陳場鎮(zhèn))、南部城鎮(zhèn)發(fā)展帶(張溝鎮(zhèn)、彭場鎮(zhèn)、沙湖鎮(zhèn)、楊林尾鎮(zhèn))和水資源豐富區(qū)(長埫口鎮(zhèn)、沔城回族鎮(zhèn))受各因素的綜合效應作用明顯;排湖開發(fā)據(jù)點鎮(zhèn)(郭河鎮(zhèn))、漢江分洪區(qū)(西流河鎮(zhèn))和市工業(yè)開發(fā)區(qū)(龍華山街道)受各因素的綜合效應作用不顯著.
結合上述分析,根據(jù)農(nóng)村居住環(huán)境分散、基礎設施落后、公共服務效率低下、生態(tài)環(huán)境安全遭破壞的現(xiàn)狀,遵循以下原則構建農(nóng)村人居環(huán)境的評價體系:1)全面性.鄉(xiāng)村人居環(huán)境復雜、動態(tài)變化,并且涵蓋社會、經(jīng)濟、自然的各個層面,指標體系不僅要反映局部的、當前的和單項的特征,更要反映全局的、長遠的和綜合的特征.2)科學性.指標的選取須客觀真實地反映農(nóng)村人居環(huán)境的本質特征.3)可操作性.指標的選取不僅要具有客觀性,還要充分考慮資料的可獲得性和可測性,以保證數(shù)據(jù)來源的真實可靠.根據(jù)以上原則,將鄉(xiāng)村人居環(huán)境的總體目標進行細化、量化和表轉化,主要從居住環(huán)境、基礎設施、公共服務及生態(tài)環(huán)境4個子系統(tǒng)方面展開評價,其中居住環(huán)境子系統(tǒng)是指實現(xiàn)人與自然和諧、持續(xù)發(fā)展的人居環(huán)境目標;基礎設施子系統(tǒng)是為滿足村民生產(chǎn)和生活需要的交通、給排水兩項指標;公共服務子系統(tǒng)是指鄉(xiāng)村社區(qū)的社會環(huán)境,主要是指村民受教育的機會、醫(yī)療服務水平和農(nóng)村行政服務水平;生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的作用并對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響的指標.在上述前提下,選取了16個單項指標對仙桃市的農(nóng)村人居環(huán)境進行綜合評價,以真實、全面地反映該地區(qū)的農(nóng)村人居環(huán)境現(xiàn)狀.
表3 不同影響因素下各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點斑塊平均面積差異
4.1 農(nóng)村人居環(huán)境質量系統(tǒng)分析 根據(jù)熵值法的計算方法[18],首先對仙桃市2010年18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道辦事處的16指標原始數(shù)據(jù)進行標準化;其次,依據(jù)標準化的數(shù)據(jù),采用熵值法的計算公式ej=(-1/lnm)∑yijlnyi,計算出每個單項指標的熵值ej;再次,分別計算各項指標的差異性系數(shù)gj=1-ej,進而計算各項指標的權重( 表4);最后計算仙桃市各鎮(zhèn)農(nóng)村人居環(huán)境綜合評價值,以分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村人居環(huán)境質量.
表4 仙桃市人居環(huán)境環(huán)境綜合測度的評價指標賦權
從人居環(huán)境系統(tǒng)的權重看,居住環(huán)境子系統(tǒng)(0.500 020)得分最高,其次為公共服務子系統(tǒng)(0.226 974),說明仙桃市人居環(huán)境差異的影響因素主要為居住環(huán)境和公共服務.
從居住環(huán)境指標層的權重看,分離度指數(shù)權重最大(0.127 471),表明農(nóng)村居民點的離散程度是影響仙桃市人居環(huán)境的最主要要素;在校學生與專任教師比重權重居于其次(0.122 997),表明農(nóng)村教育條件對農(nóng)村人居環(huán)境影響較強;而衛(wèi)生技術人員數(shù)權重偏低,表明醫(yī)衛(wèi)生條件對人居環(huán)境的影響較弱.
圖3 仙桃市農(nóng)村人居環(huán)境區(qū)域差異特征圖
4.2 農(nóng)村人居環(huán)境質量的空間差異 按照人居環(huán)境最終賦值的高低,運用ArcGIS中的Jenks自然最佳斷裂點分級方法將仙桃市農(nóng)村人居環(huán)境及各子系統(tǒng)得分分為3類[19](圖3、圖4).從總體來看,仙桃市人居環(huán)境得分在0.47~0.69之間,整體差異不大.工業(yè)發(fā)展重鎮(zhèn)(毛嘴鎮(zhèn)、陳場鎮(zhèn))、水資源開發(fā)鎮(zhèn)(郭河鎮(zhèn))和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)達區(qū)(沙湖鎮(zhèn))為極低值區(qū)(0.47~0.52),表明發(fā)展農(nóng)村工業(yè)和應用農(nóng)業(yè)機械對農(nóng)村人居環(huán)境存在負面影響;主城區(qū)(干河街道辦事處、沙嘴街道辦事處)、旅游發(fā)展重鎮(zhèn)(沔城回族鎮(zhèn))、農(nóng)村服務中心(通??阪?zhèn))、中心鎮(zhèn)(張溝鎮(zhèn))和毗鄰武漢市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)(長埫口鎮(zhèn))為極高值區(qū)(0.59~0.69),表明鄉(xiāng)鎮(zhèn)職能對人居環(huán)境的正面影響.
圖4 仙桃市農(nóng)村人居環(huán)境各子系統(tǒng)得分
從各子系統(tǒng)得分來看(圖4):居住環(huán)境得分整體較高,其中鄭場鎮(zhèn)、毛嘴鎮(zhèn)、三伏潭鎮(zhèn)、長埫口鎮(zhèn)、張溝鎮(zhèn)、彭場鎮(zhèn)、陳場鎮(zhèn)和沔城回族鎮(zhèn)居住環(huán)境良好,說明上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)基礎好,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率高,農(nóng)村居民點用地分布集中,而剅河鎮(zhèn)、干河街道辦事處、龍華山街道辦事處、郭河鎮(zhèn)和沙湖鎮(zhèn)居住環(huán)境質量有待提高;基礎設施得分整體偏低且差異較小,沙湖鎮(zhèn)、龍華山街道辦事處、干河街道辦事處、沙嘴街道辦事處、張溝鎮(zhèn)、西流河鎮(zhèn)、陳場鎮(zhèn)、通??阪?zhèn)基礎設施完備,說明上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水普及率高、農(nóng)田水利設施發(fā)達,沔城回族鎮(zhèn)、長埫口鎮(zhèn)和毛嘴鎮(zhèn)基礎設施亟待完善;同樣,公共服務設施得分整體偏低且差異較小,長埫口鎮(zhèn)、干河街道和張溝鎮(zhèn)公共服務能力較強,說明上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)教育、醫(yī)療等公共服務能力強,而鄭場鎮(zhèn)、毛嘴鎮(zhèn)、三伏潭鎮(zhèn)、沔城回族鎮(zhèn)、陳場鎮(zhèn)、通??阪?zhèn)、沙嘴街道、龍華山街道和沙湖鎮(zhèn)公共服務設施水平最低;生態(tài)環(huán)境得分整體較低,沙嘴街道、龍華山街道和通??阪?zhèn)生態(tài)環(huán)境優(yōu)越,說明該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境容量高,而毛嘴鎮(zhèn)等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)需要推進村容治理、村莊綠化等工作.
人居環(huán)境空間分異與不同影響因素下農(nóng)村居民點用地的空間分異具有一致性(圖2、圖4).臨水分布的農(nóng)村居民點用地比重較高的長埫口鎮(zhèn)、胡場鎮(zhèn)、張溝鎮(zhèn)、彭場鎮(zhèn)和陳場鎮(zhèn)居住環(huán)境質量高,臨水分布的農(nóng)村居民點用地比重較低的干河街道和西流河鎮(zhèn)居住環(huán)境質量低;而沿交通干線分布的農(nóng)村居民點用地比重較高的沙湖鎮(zhèn)、張溝鎮(zhèn)和沙嘴街道,其基礎設施相對完善,沿交通干線分布的農(nóng)村居民點用地比重偏低的沔城回族鎮(zhèn),其基礎設施則亟待完善;距服務村近且居民點用地比重高的干河街道、張溝鎮(zhèn)和距服務村近且居民點用地比重低的沙嘴街道,公共服務設施不夠健全.
分別以距水系、交通干線和公共服務村600m的農(nóng)村居民點面積為橫坐標,對應的以居住環(huán)境子系統(tǒng)、基礎設施子系統(tǒng)和公共服務子系統(tǒng)的得分為縱坐標,通過添加趨勢線的方法,進行曲線擬合,其中R2為相關系數(shù),值越大,表明x與y的函數(shù)關系越顯著.最后得到擬合結果如下:1)距水系600m內(nèi)農(nóng)村居民點用地面積越大,農(nóng)村居住環(huán)境子系統(tǒng)得分越高,二者呈對數(shù)函數(shù)關系,具體關系式為:y=0.059 3ln(x)+0.318(圖5),表明水資源的豐富程度影響土地資源承載的能力,并制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模與居住用地面積,干擾該地區(qū)居住環(huán)境得分;2)距交通干線600m內(nèi)農(nóng)村居民點用地面積與農(nóng)村基礎設施子系統(tǒng)得分相關性顯著,二者呈冪函數(shù)關系,具體關系式為y=0.137 8x0.40865(圖6),表明交通條件通過影響農(nóng)村居民點分布與用地規(guī)模,進一步影響政府對地區(qū)的基礎設施投資;3)距服務村600m內(nèi)農(nóng)村居民點用地面積與公共服務子系統(tǒng)得分呈線性函數(shù)關系,具體關系式為y=2.933 7x-0.103 7(圖7),農(nóng)村小學所在地多為農(nóng)村人口集中、可達性程度較高的地區(qū),并為周邊農(nóng)村公共服務的中心,因而體現(xiàn)出公共服務能力對農(nóng)村居民點選址的影響.
圖5 居民點用地面積與居住環(huán)境關系
圖6 居民點用地面積與基礎設施關系
圖7 居民點用地面積與公共服務關系
本文中以仙桃市農(nóng)村居民點為研究對象,利用GIS與統(tǒng)計分析方法,探討了影響仙桃市農(nóng)村居民點分布的因素、空間分異現(xiàn)狀和農(nóng)村人居環(huán)境現(xiàn)狀.主要研究結論如下:
1)農(nóng)村居民點用地布局的影響因素符合一般規(guī)律,即主要受河流水系、交通干線、耕地面積和農(nóng)村公共服務設施的影響.各影響因素綜合作用效應分析表明仙桃市中心城鎮(zhèn)、重點城鎮(zhèn)受上述條件作用較為強烈.
2)農(nóng)村居民點影響因素對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點用地作用效應差異顯著.仙桃市農(nóng)村服務的中心鎮(zhèn)、重點鎮(zhèn)和水資源豐富區(qū)受各因素的綜合效應作用明顯;資源和產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和漢江分洪區(qū)受各因素的綜合效應作用小.
3)農(nóng)村人居環(huán)境系統(tǒng)層中居住環(huán)境的權重和子系統(tǒng)層中分離度指數(shù)權重最大,表明仙桃市人居環(huán)境改善需首先從優(yōu)化農(nóng)村居住環(huán)境和促進農(nóng)村居民點集中分布這兩方面入手.
4)仙桃市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點分布與人居環(huán)境不僅呈現(xiàn)各自空間分布的差異性,而且二者具有一定的相關性.距河流湖泊、交通干線及服務村600m范圍內(nèi),農(nóng)村居民點用地面積與居住環(huán)境、基礎設施和公共服務均呈正相關關系.
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