基于MCR 模型的農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化研究——以河北省平山縣為例

史鐵丑，任國歡，陳瑜琦

（1.中國國土勘測規(guī)劃院自然資源部土地利用重點實驗室，北京 100035；2.河北地質大學土地科學與空間規(guī)劃學院，石家莊 050031）

自黨的十八大以來，國家逐漸加強對社會主義新農(nóng)村的建設，“三農(nóng)”問題、美麗鄉(xiāng)村、特色小鎮(zhèn)等一度成為社會熱點。農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化是中國城鄉(xiāng)規(guī)劃建設的重要組成部分，自然、社會、經(jīng)濟等諸多因素都會對其空間發(fā)展與演變產(chǎn)生影響，但是人們長期對其重視不夠，導致農(nóng)村居民點空間布局的研究滯后于城鎮(zhèn)，也因此在理論上缺乏足夠的支持與引導，使得農(nóng)村居民點在很長一段時間內處于混亂無序的狀態(tài)。隨著中國新農(nóng)村建設及土地資源管理的大規(guī)模發(fā)展，對宅基地的確權、農(nóng)村居民點的規(guī)劃提出了新的要求［1］。農(nóng)村居民點的區(qū)位條件影響其發(fā)展方向，通過調整農(nóng)村居民點的空間布局，使區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的方向得到改善，進而確定居民點發(fā)展新趨勢，使農(nóng)村資源配置更加合理。河北省平山縣屬國家級貧困縣，縣內各農(nóng)村居民點空間布局變化大，且地域內革命圣地西柏坡需保留歷史遺跡，周邊有美麗鄉(xiāng)村的建設規(guī)劃，以溫塘鎮(zhèn)為中心的區(qū)域發(fā)展特色小鎮(zhèn)及旅游業(yè)，南甸鎮(zhèn)以鋼鐵為主業(yè)，影響農(nóng)村居民點空間變遷。

農(nóng)村居民點是農(nóng)村人地關系的核心，其形式規(guī)模、空間布局特征直接影響人類社會發(fā)展活動，農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化能有效緩解農(nóng)村土地緊缺，提高農(nóng)村土地資源利用效率，促進城鄉(xiāng)規(guī)劃的落地實施。從宏觀上講，根據(jù)相關評價，調整農(nóng)村居民點的數(shù)量、空間布局與發(fā)展方向具有可行性［2］。為實施國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，實現(xiàn)精準扶貧，通過有序開展城鄉(xiāng)建設用地確權和宅基地確權，在此基礎上對城鄉(xiāng)土地空間布局和結構進行優(yōu)化，合理安排各項用地，加強農(nóng)村基礎建設與公共服務，促進新農(nóng)村建設和新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展。其實質是對農(nóng)村各項資源尤其是土地資源進行重新分配，以達到理想效果。通過調整農(nóng)村居民點的空間布局，改善農(nóng)村當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的規(guī)模和進程，使農(nóng)村得到更快更合理的發(fā)展。因此，在中國新農(nóng)村建設和土地整改的時代背景下，對農(nóng)村居民點空間布局規(guī)律進行探索，研究農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化方向具有重要的實踐意義。

隨著社會的發(fā)展以及人類經(jīng)濟水平的提升，人們對周邊居民點的空間特征與內外結構提出了新的要求。關于農(nóng)村居民點的空間優(yōu)化布局研究國外起步較早，自20 世紀50 年代起，德國、韓國、美國、日本等國已開始注重農(nóng)村居民點的研究，并形成了豐富的研究成果，初始重在研究農(nóng)村居民點規(guī)劃重建及其生態(tài)效應，集中于小尺度研究，且逐步形成完整的體系［3］。其內容隨著自然、經(jīng)濟和社會發(fā)展的變化，不斷進行調整并得到完善，近年來居民點內部的生存空間及其必要的附屬設施成為改善農(nóng)村居住空間結構的重要載體，眾多學者對影響農(nóng)村居民點布局的因素研究著重放在人文社會領域，涉及政策、人口、交通、村民意愿等多方面，他們的研究方法與研究手段為中國農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化提供了經(jīng)驗［4］。

受西方相關研究的影響，中國學者主要從鄉(xiāng)村地理和移民地理的角度研究農(nóng)村居民點的布局優(yōu)化問題，形成體系，相關研究經(jīng)歷了4 個階段：第一階段是1930—1940 年，農(nóng)村聚落景觀描述階段；第二階段是1950—1970 年，感性認知階段；第三階段是1980—1990 年，理論框架構建階段；第四階段是1990 年至今，居民點空間理性重構階段［4］。

空間布局是指各種事物在地理空間中的反映特征。農(nóng)村居民點布局是指在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或更大區(qū)域范圍內對不同規(guī)模農(nóng)村居民點內的安排部署，通過對自然地理和社會經(jīng)濟條件的綜合研究，從實地效益出發(fā)進行選址，分布相應的農(nóng)村居民點，進而形成不同的居民點空間布局［5］。本研究應用MCR 模型，計算平山縣域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所轄的農(nóng)村居民點最小累積阻力值，以確定空間布局優(yōu)化方向與模式，然后對農(nóng)村居民點空間進行優(yōu)化布局，最終對平山縣農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化發(fā)展提出建議，包括對鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行區(qū)域劃分以及提出優(yōu)化對策，以期為這方面研究提供參考。

1 區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

平山縣位于石家莊市西北部，太行山中段東麓。東臨鹿泉，南接井陘，北交靈壽，西連山西。縣城距省會石家莊市30 km。地形繁雜，海拔高度120～2 281 m，地形之間存在較大差距。全縣轄區(qū)面積26.48 萬hm2，其中耕地3.06 萬hm2、宜林牧地18.06萬hm2、水域3.07 萬hm2。境內有河北省蓄水量第一的崗南水庫，毗鄰黃壁莊水庫。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，溫差較大。

截至2016 年底，河北省平山縣下轄23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（圖1），717 個行政村，地區(qū)生產(chǎn)總值208.2 億元。農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值36.3 億元，糧食總產(chǎn)量達20.1 萬t。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入26 087 元，農(nóng)村人均可支配收入7 270 元。

圖1 平山縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布

截至2016 年底，河北省平山縣人口為50.49 萬，鄉(xiāng)村總戶數(shù)為124 460。其中鄉(xiāng)村人口448 160 人，城鎮(zhèn)人口56 740 人。有漢、滿、壯、回等17 個少數(shù)民族，漢族人口最多，約占總數(shù)的99.97%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的基礎數(shù)據(jù)包括平山縣1∶10 000土地利用變更數(shù)據(jù)（2016 年），30 m 精度DEM 數(shù)據(jù)來源于國際科學數(shù)據(jù)服務平臺（http：//datamirror.csdb.cn），社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2017 年《平山縣統(tǒng)計年鑒》及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。空間數(shù)據(jù)提取及相關分析借助ArcGIS 10.2 工作平臺。

1.3 研究方法

最小累積阻力模型（Minimal Cumulative Rsistance，簡稱MCR），其數(shù)學表達式為：

式中，MCR 表示最小累積阻力值；Dij表示物種從源j 到景觀單元i 的空間距離；Ri表示景觀單元i對某物種運動的阻力系數(shù)；min 表示被評價的斑塊對于不同的源取累積阻力最小值；f 表示最小累積阻力與生態(tài)過程的正相關關系。模型建立的關鍵在于源的選取和阻力面體系的構建，核心是源在阻力面體系下對周圍空間單元的競爭性擴散［6-9］。

本研究借助MCR 模擬源向周圍空間擴張的過程，最小累積阻力小的地方適宜于農(nóng)村居民點的空間擴張，而最小累積阻力大的地方相對而言不適宜布局。因此，鑒于MCR 模型構建的簡易性、要素的可拓性及應用的廣泛性，將其運用到農(nóng)村居民點布局適宜性分區(qū)的研究中具有較強的可操作性和一定的創(chuàng)新性［7］。

2 農(nóng)村居民點布局現(xiàn)狀分析

2.1 整體布局分析

運用ArcGIS 技術對遙感影像圖進行提取，結合數(shù)據(jù)，得出2016 年末河北省平山縣農(nóng)村居民點總數(shù)為717 個，并且農(nóng)村居民點所占空間大小懸殊，最小的農(nóng)村居民點羊道嶺村只有0.77 km2，而最大的村莊約為10.00 km2。23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民點密度和居民點個數(shù)受高程、坡度、交通區(qū)位等因素的影響而呈現(xiàn)出“東南密、西北疏”的空間態(tài)勢，且平均居民點面積大小呈相似的趨勢［10］。通過數(shù)據(jù)比較，可知平山縣農(nóng)村居民點整體布局松散，因此有必要進行空間優(yōu)化。

2.2 地域差異分析

以23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對象，分別統(tǒng)計出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總面積與轄區(qū)內行政村個數(shù)，然后計算各行政村的平均居民點面積，了解各農(nóng)村居民點密度。若平均居民點面積大而居民點密度小，說明農(nóng)村居民點空間布局相對分散；若平均居民點面積小而居民點密度大，則說明居民點空間布局相對緊湊［7］。地域差異因素也是后期確立阻力面體系的一個基礎。

由表1 可知，分別取前后各4 位數(shù)據(jù)進行對比，平山鎮(zhèn)、上三汲鄉(xiāng)、崗南鎮(zhèn)和西大吾鄉(xiāng)的農(nóng)村居民點空間布局較為緊湊，而合河口鄉(xiāng)、營里鄉(xiāng)、下口鎮(zhèn)和上觀音堂鄉(xiāng)農(nóng)村居民點空間布局偏向零散。從整理潛力的角度分析，平山縣西北部亞高山、中山地區(qū)農(nóng)村居民點分布更為分散，可整合度較高；東南部山前平原地區(qū)斑塊密集，可整合度較低。因此，宜采用不同的空間布局優(yōu)化方案。由此可知，平山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點空間分布和整理潛力上均存在較明顯的地域差異性。

表1 平山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點情況

2.3 空間分布特征分析

在網(wǎng)絡中搜尋地理空間數(shù)據(jù)云，并從中下載平山縣的DEM 數(shù)據(jù)，運用ArcGIS 10.2 軟件提取平山縣DEM 中的高程、坡度、坡向等數(shù)據(jù)（圖2、圖3、圖4）。對數(shù)據(jù)加工后分析得出，平山縣坡度范圍是0°～77°。其中，有38.6% 的農(nóng)村居民點處于20°以下的較低坡度地區(qū)，其面積占全縣的33.4%；平山縣高程范圍是121～2 281 m，落差懸殊，其中有61.2% 的農(nóng)村居民點處于1 000 m 高程以下，其面積占全縣比例的58.4%。

圖2 平山縣高程

圖3 平山縣坡度

參照BIGEMAP 地圖（圖5），結合ArcGIS 10.2軟件操作，形成矢量化的交通現(xiàn)狀圖，并對各農(nóng)村居民點到最近公路干道距離進行提取，對相關數(shù)據(jù)進行量化，為分析交通條件對農(nóng)村居民點的分布影響提供數(shù)據(jù)支持［11］。分析表明，有47.8% 的農(nóng)村居民點距離省市級交通干道的距離在3 000 m 范圍內，其面積比例為縣域面積的38.1%。

由此可知，平山縣農(nóng)村居民點呈現(xiàn)出“低高程、低坡度、交通方便”地帶分布的顯著特征。與此同時，平山縣內地勢高程落差較大，農(nóng)村居民點空間布局分散，交通的便利程度很大程度上影響著居民點的聚集程度，且受自然地理與經(jīng)濟因素的影響，平山縣的交通網(wǎng)絡并未順利連接到每個農(nóng)村居民點，尤其西北部亞高山地區(qū)交通不發(fā)達，農(nóng)村居民點少且離散程度高［9］。

圖4 平山縣坡向

圖5 平山縣道路分布

綜上所述，河北省平山縣農(nóng)村居民點空間布局總體上存在分布零散、占地不合理、區(qū)位不理想、交通不方便等問題。為了解決上述問題，提高土地利用率，改善農(nóng)村居民點人居環(huán)境，需要進行農(nóng)村居民點的空間布局優(yōu)化。在《石家莊市總體規(guī)劃（2011—2020）》文件中也明確提到要加強新農(nóng)村建設，推進美麗鄉(xiāng)村與特色小鎮(zhèn)的相關推進工作，積極引導農(nóng)村住宅和居民點的建設，合理安排縣域村落居民點等用地空間布局，制定合理規(guī)劃目標，而農(nóng)村居民點在空間布局與數(shù)量結構上都存在較大的地域差異性，所以農(nóng)村居民點的空間布局優(yōu)化必須因地制宜，考慮實地阻力因子的影響，構建阻力面體系。

3 研究區(qū)適宜性分區(qū)

3.1 數(shù)據(jù)源的確定

在MCR 模型中，“源”即事物擴張的起點，其具體指代對象因研究內容或研究目標的不同而不同［4］。本研究將MCR 模型應用到農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化的研究中，“源”從農(nóng)村居民點現(xiàn)狀圖中選取適宜程度較高，具有一定區(qū)域代表性的農(nóng)村居民點，從而將適宜性分區(qū)看作典型農(nóng)村居民點在一定時期內不斷擴建的結果。因此，本研究以區(qū)域典型性、布局合理性、空間可控性為基本原則，分析影響農(nóng)村居民點空間布局的因素，從自然地理條件、區(qū)位因素條件、交通水源條件等方面制定“源”選取的一般性規(guī)則［12］。

3.2 評價體系的構建

阻力體系的構建是建立MCR 模型的重要內容和基礎之一。在生態(tài)學的研究中，物種對自然環(huán)境的利用和空間的改造體現(xiàn)為物種之間相互的競爭與控制，而阻力面反映了物種實現(xiàn)空間控制與擴張的各種障礙。同理，農(nóng)村居民點的空間布局也可以理解為人類群體活動在地域上持續(xù)發(fā)展、不斷變化的過程，對土地利用的特征是農(nóng)村居民點周圍的空間擴張的動態(tài)演化過程。農(nóng)村居民點的拆遷或擴建必須考慮新選址的用地適宜性，而空間布局的適宜性也可表征為阻力。

阻力體系可以從自然地理、地形條件、土地類型、交通區(qū)位、水源條件等方面出發(fā)，選取高程、坡度、坡向、到最近公路干道距離、到水源最近距離等阻力因子，而阻力系數(shù)的確定需要考慮研究區(qū)的實際情況與研究目標（表2）。為量化各阻力因子對農(nóng)村居民點布局適宜性的綜合性影響作用，應對每個阻力因子進行定量分析。本研究遵循系統(tǒng)性與代表性原則、普遍性與因地制宜性原則、數(shù)據(jù)的科學性與可獲取性原則，選取高程、坡度、坡向、到公路鐵路最近距離、到水源最近距離為阻力因子（表3）進行研究［6，13］，且農(nóng)村居民點擴張阻力系數(shù)與權重的確定參考文獻［9］。

3.3 結果分析

結合數(shù)據(jù)進行分析，將平山縣農(nóng)村居民點劃分為適宜區(qū)、比較適宜區(qū)、不適宜區(qū)、極不適宜區(qū)4 個分區(qū)，占地面積分別為全縣域的18.8%、24.3%、35.6% 與21.3%，具體結果如表4 所示。

由表4 可以看出，平山縣23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因阻力體系的類型、影響程度各不相同，導致最小累積阻力值差異較大，最小值為23.9，最大值為138.6，平均值為51.2。為此，將最小累積阻力值對應的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行分區(qū)，并對不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)提出針對性的優(yōu)化方向和舉措（表5）。

4 結論

以河北省平山縣為例，以《石家莊市總體規(guī)劃（2011—2020）》為參考進行數(shù)據(jù)搜集與整理，運用ArcGIS 分析平山縣高程、坡度、坡向等因素，結合MCR 模型計算最小累積阻力，對平山縣農(nóng)村居民點空間分布進行分析并提出優(yōu)化方案，得出以下主要結論。

1）平山縣的居民點空間布局大體呈居民點數(shù)量多、布局不規(guī)范、可整合度高的基本特征，且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點在空間布局與整理潛力上都存在頗為明顯的地域差異性。在空間態(tài)勢上則呈現(xiàn)出趨向于沿著“低高程、低坡度、交通便利、靠近水源”的地帶分布的特征，在諸多影響因素中，相對于坡向和坡度來說，高程和交通條件對平山縣農(nóng)村居民點空間布局的影響程度更大，其中決定平山縣農(nóng)村居民點空間優(yōu)化布局的關鍵是交通條件因素。

2）運用ArcGIS10.2 軟件，結合MCR 模型計算最小累積阻力值，確定空間布局優(yōu)化方向，實現(xiàn)農(nóng)村居民點布局優(yōu)化分區(qū)的研究思路基本可行，要點在

表2 平山縣農(nóng)村居民點阻力體系

表3 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)阻力因子概況 （單位：km）

表4 最小累積阻力值

表5 平山縣農(nóng)村居民點最小累積阻力值分區(qū)和優(yōu)化方向

于數(shù)據(jù)的收集處理以及模型的選擇及應用。本研究在數(shù)據(jù)源的確立上充分結合實地情況，在阻力體系的構建上切實考慮因子適用性，最終將平山縣農(nóng)村居民點的空間結構現(xiàn)狀劃分為適宜、比較適宜、不適宜、極不適宜4 個分區(qū)［14］。

3）通過對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域內自然地理條件特點和經(jīng)濟發(fā)展模式與方向的對比分析，結合農(nóng)村居民點空間布局現(xiàn)狀，針對4 個不同分區(qū)提出“城鎮(zhèn)轉化型”“逐步并點型”“異地搬遷型”“限制發(fā)展型”4 種對應的農(nóng)村居民點的空間優(yōu)化模式［15，16］。根據(jù)優(yōu)化模式提出相應的舉措，以此為基礎，對平山縣下轄23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)做出模式選擇，并從宏觀層面上給出針對性的優(yōu)化路徑，列舉適宜采用此種模式的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

根據(jù)以上結論，對農(nóng)村居民點的未來發(fā)展提出展望：①建立現(xiàn)代化的大數(shù)據(jù)庫。隨著信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)的采集與獲取變得越來越容易，數(shù)據(jù)的匯總與利用也必將成為城鄉(xiāng)規(guī)劃的一大熱點，這就需要相應規(guī)范而全面的數(shù)據(jù)源。ArcGIS 是一種重要的數(shù)據(jù)分析方法，它可以真實地反映農(nóng)村居民點空間分布的演變，其分析結果可作為農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化的一大基礎。②堅持以人為本的原則。以平山縣為例，本研究只是在宏觀層面、著重考慮地理區(qū)位因素對農(nóng)村居民點發(fā)展的影響，未能在人文經(jīng)濟方面獲取到比較理想的數(shù)據(jù)，日后的研究更應注重以人為本，在微觀層面更多地考慮村莊、農(nóng)戶，以他們的視角確定新的空間布局，研究演變趨勢［17］。③實事求是，因地制宜。全國性的土地與宅基地確權正在進行，農(nóng)村的搬遷或建設都牽涉到這個實際問題，這也是農(nóng)村居民點布局優(yōu)化能夠進行的基礎。且伴隨著社會經(jīng)濟水平的提升、交通網(wǎng)絡的發(fā)展，本研究中列舉的部分影響因素可能會強化或者弱化，需因地制宜確立新的阻力體系，分析后確定優(yōu)化發(fā)展方向。