生態(tài)安全格局視角下村莊用地減量地塊識(shí)別與分區(qū)

馮惠懿，趙春江，唐文正，唐秀美，孫 寧，喬曉東

·土地保障與生態(tài)安全·

生態(tài)安全格局視角下村莊用地減量地塊識(shí)別與分區(qū)

馮惠懿1,2，趙春江1,2，唐文正3，唐秀美1,2※，孫 寧1,2，喬曉東1,2

（1. 北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心，北京 100097；2. 國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097；3.黑龍江省自然資源生態(tài)保護(hù)修復(fù)監(jiān)測(cè)中心，哈爾濱 150090）

村莊用地減量地塊的科學(xué)識(shí)別和類型分區(qū)是編制村莊規(guī)劃和建設(shè)用地減量規(guī)劃的基礎(chǔ)。該研究以北京市密云區(qū)為例，基于土地利用、興趣點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等多源數(shù)據(jù)，在構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)上，從生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性3個(gè)維度，構(gòu)建村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定減量地塊，借助三維魔方圖解法對(duì)減量地塊進(jìn)行類型劃分與分區(qū)，并提出減量策略。結(jié)果表明：1）密云區(qū)生境質(zhì)量的分布具有明顯的區(qū)域性聚集分布特征，篩選出生態(tài)源地781.65 km2和15條生態(tài)廊道，綜合構(gòu)建密云區(qū)生態(tài)安全格局；2）密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)分值內(nèi)部差異較大，空間上呈現(xiàn)出東北高、西南低的特點(diǎn)。通過(guò)綜合評(píng)價(jià)法確定密云區(qū)減量地塊面積789.84 hm2；3）采用三維魔方圖解法將村莊用地減量地塊劃分為近期減量區(qū)（生態(tài)-空間減量型、生態(tài)-發(fā)展減量型、空間-發(fā)展減量型）、中期減量區(qū)（生態(tài)安全減量型、空間穩(wěn)定減量型、發(fā)展適宜減量型）、遠(yuǎn)期減量區(qū)（綜合減量型）共3區(qū)7類減量類型，并對(duì)不同類型減量地塊提出對(duì)應(yīng)的減量措施。研究結(jié)果可以為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)村莊用地減量地塊的識(shí)別提供科學(xué)依據(jù)，并為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)減量、生態(tài)保護(hù)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

土地利用; 村莊用地；減量；生態(tài)安全格局；三維魔方圖解法；密云區(qū)

0 引 言

快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)普遍面臨建設(shè)用地規(guī)模接近“天花板”、土地供需矛盾突出，存量用地低效利用等問(wèn)題[1]。與中心城區(qū)高密度、高效率的用地相比，村莊用地普遍存在分布散、面貌亂、效率低與集約度弱等問(wèn)題。為此，2016年原國(guó)土資源部下發(fā)了《國(guó)土資源“十三五”規(guī)劃綱要》，提出對(duì)建設(shè)用地總量進(jìn)行“瘦身”，盤(pán)活存量建設(shè)用地，并將建設(shè)用地減量化上升為國(guó)家戰(zhàn)略[2]。“十四五”規(guī)劃中，進(jìn)一步提出要全面提高資源利用效率，加強(qiáng)土地節(jié)約集約利用，加大批而未供和閑置土地處置力度，盤(pán)活城鎮(zhèn)低效用地。在明確的建設(shè)用地減量發(fā)展目標(biāo)下，如何科學(xué)合理的確定建設(shè)用地減量地塊成為亟須解決的問(wèn)題。西方國(guó)家有關(guān)建設(shè)用地減量方面的研究多集中于低效工業(yè)用地，即“棕地”的再開(kāi)發(fā)再利用方面，其再利用方向有2個(gè)：一是再利用為工業(yè)用地、商業(yè)用地和住宅用地[3]，二是再利用為生態(tài)空間[4]?！白氐亍被謴?fù)及再利用已成為西方國(guó)家城市更新的重要發(fā)展策略之一。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于建設(shè)用地減量方面的研究主要集中在建設(shè)用地減量實(shí)施的機(jī)制和模式[5-7]、減量化管理政策[8-9]等方面，如董祚繼[10]以“超級(jí)增減掛鉤”模式探討了上海市松江區(qū)建設(shè)用地減量化實(shí)施路徑；王克強(qiáng)等[11]總結(jié)了上海市建設(shè)用地減量化的運(yùn)作機(jī)制，并提出了一系列減量化機(jī)制完善方向；吳天婉等[12]分析了北京市鄉(xiāng)村規(guī)劃中“減量提質(zhì)”的發(fā)展目標(biāo)及實(shí)施原則，并從5方面提出了北京市上郭東村減量提質(zhì)規(guī)劃的新思路與方法；劉秀瓊[13]以上海郊區(qū)為例，從農(nóng)居點(diǎn)劃定、減量推進(jìn)和規(guī)劃安置3個(gè)方面構(gòu)建了農(nóng)村居民點(diǎn)減量規(guī)劃的技術(shù)路徑?？傮w而言，已有研究成果為建設(shè)用地減量提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)借鑒，但也存在一定的不足：在研究對(duì)象上以大都市的城市低效工業(yè)用地減量為主[14]，對(duì)村莊用地的關(guān)注較少；在研究視角上以建設(shè)用地減量化的制度設(shè)計(jì)和運(yùn)作機(jī)制為主，從定量識(shí)別方面開(kāi)展的研究較少；在減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建中多聚焦于減量地塊本身的指標(biāo)，缺乏基于生態(tài)安全格局進(jìn)行綜合指標(biāo)構(gòu)建方面的研究[15]。

《北京市生態(tài)安全格局專項(xiàng)規(guī)劃（2021－2035年）》中，將北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)劃分為北京市重要的底線生態(tài)安全格局區(qū)，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)承擔(dān)著為北京市提供基礎(chǔ)生態(tài)安全保障的重任。同時(shí)，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，村莊用地呈現(xiàn)總量大、分布散、圖斑小的特征。在生態(tài)保護(hù)、綠色發(fā)展和建設(shè)用地減量提質(zhì)發(fā)展的多重背景下，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的村莊用地減量地塊識(shí)別必須考慮維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全格局。密云區(qū)是首都最重要的水源保護(hù)地及區(qū)域生態(tài)治理協(xié)作區(qū)，是生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的重要組成部分，密云分區(qū)規(guī)劃中明確提出要嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，堅(jiān)持集約發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地減量提質(zhì)。基于以上分析，本研究以北京市密云區(qū)為例，基于生態(tài)安全格局視角，探索村莊用地減量地塊定量識(shí)別和分區(qū)方法，并提出對(duì)應(yīng)的減量措施。本研究旨在豐富村莊用地減量地塊識(shí)別和分區(qū)方法，從而為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)村莊用地減量地塊的定量識(shí)別和分類治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

密云區(qū)位于北京市東北部，地理坐標(biāo)為116°39′33″～117°30′25″E，40°13′7"～40°47′57″N，距北京中心城區(qū)88 km，是北京市面積最大的區(qū)。密云區(qū)地處燕山山地與華北平原交接區(qū)域，海拔最高1 735 m，山區(qū)占全區(qū)面積4/5，地勢(shì)總體為東西兩側(cè)高，自北向西南傾斜，形成一個(gè)三面環(huán)山，中部低緩，西南開(kāi)口的簸箕形。截止2020年底，轄區(qū)總面積222 945 hm2，含2街道17鎮(zhèn)1鄉(xiāng)356個(gè)行政村，戶籍人口44.07萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口24.15萬(wàn)。根據(jù)2020年密云區(qū)遙感影像解譯出村莊用地圖斑8 088塊，總面積7 920 hm2，平均斑塊面積為0.98 hm2，村莊用地呈現(xiàn)細(xì)碎化程度高和分布散亂的特點(diǎn)。在密云區(qū)提倡村莊用地“減量、增綠、提質(zhì)”的背景下，基于生態(tài)安全格局視角，探索密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別與分區(qū)方法，有利于促進(jìn)密云區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)和區(qū)域綠色發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本研究所用的研究數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、DEM（Digital Elevation Model）數(shù)據(jù)、POI（Point of Interest）數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)點(diǎn)為2020年。其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)（道路、河流水系、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖）來(lái)自北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)密云分局；土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于2020年GF-1（Gaofen 1）影像，對(duì)其進(jìn)行輻射校正、幾何校正、圖像配準(zhǔn)等預(yù)處理，使用監(jiān)督分類并輔以目視解譯的方式獲取[16]，并參照土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)提取村莊用地空間數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)拓?fù)錂z驗(yàn)，形成村莊用地空間分布圖；DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于Remote sensing technology center of Japan公司提供的密云區(qū)DSM（Digital Surface Model）數(shù)據(jù)，并據(jù)此獲取密云區(qū)的高程與坡度狀況；POI數(shù)據(jù)購(gòu)買(mǎi)于北京數(shù)字空間科技有限公司；農(nóng)村人均所得、人口等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于密云區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。所有數(shù)據(jù)在ArcGIS10.6平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一空間投影坐標(biāo)處理和格式轉(zhuǎn)換，并與村莊用地地塊進(jìn)行配準(zhǔn)與疊加，形成本研究所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

減量地塊是指針對(duì)建設(shè)用地低效利用問(wèn)題，通過(guò)政策或者工程技術(shù)措施對(duì)其進(jìn)行減量并恢復(fù)為農(nóng)用地或生態(tài)用地的地塊[14]。村莊用地減量地塊識(shí)別與分區(qū)是將村莊用地中利用效率低、區(qū)位條件差、基礎(chǔ)設(shè)施落后以及威脅生態(tài)安全的地塊識(shí)別出來(lái)，并進(jìn)行類型劃分與分區(qū)的過(guò)程。生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的村莊用地減量地塊識(shí)別首先需要考慮維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全格局，同時(shí)還需考慮村莊用地自身空間穩(wěn)定性和發(fā)展適宜性。進(jìn)行減量地塊識(shí)別過(guò)程中，主要是識(shí)別出對(duì)區(qū)域生態(tài)安全有威脅、空間穩(wěn)定性差及村莊發(fā)展適宜性差的地塊。本研究的研究思路：首先，評(píng)估研究區(qū)生境質(zhì)量，選取生境質(zhì)量高的大面積斑塊作為生態(tài)源地，采用最小累積阻力模型識(shí)別生態(tài)廊道并構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局；其次，從生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性3方面構(gòu)建村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，生態(tài)安全性方面的指標(biāo)主要考慮區(qū)域生態(tài)安全格局狀況，從生態(tài)安全條件方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)；空間穩(wěn)定性主要是考慮村莊用地的外部自然條件和內(nèi)部斑塊特征，從自然條件和村莊用地特征選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)；發(fā)展適宜性主要考慮村莊的發(fā)展?fàn)顩r，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和區(qū)位條件兩方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。最后，采用綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)估分值，據(jù)此確定減量地塊，進(jìn)而借助三維魔方圖解法將減量地塊進(jìn)行類型劃分與分區(qū)?？傮w研究思路如圖1所示。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)安全格局構(gòu)建包括生態(tài)源地選取、構(gòu)建生態(tài)阻力面、識(shí)別生態(tài)廊道等步驟，具體如下：

1）生態(tài)源地選取。生態(tài)源地是生態(tài)安全格局的核心且生境質(zhì)量較高[17]。本研究基于InVEST 3.8.0中的Habitat Quality模塊，設(shè)置模塊所需參數(shù)值[18-20]，從而獲取密云區(qū)生境質(zhì)量總體分布情況，采用自然斷點(diǎn)法對(duì)密云區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行分級(jí)，選取級(jí)別最高的大面積斑塊作為密云區(qū)生態(tài)源地。

2）構(gòu)建生態(tài)阻力面。生態(tài)源地向外擴(kuò)散主要受自然環(huán)境條件和人類活動(dòng)的影響，選擇土地利用類型、海拔、坡度作為阻力因子[21-23]，對(duì)生態(tài)阻力因子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進(jìn)行重分類并賦值[21]（表1），通過(guò)權(quán)重疊加構(gòu)建綜合生態(tài)阻力面。

3）識(shí)別生態(tài)廊道。生態(tài)廊道是生態(tài)源地間物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的低阻力通道，它對(duì)維系斑塊之間的連通，防止斑塊破碎退化起著重要的作用[24]?；谏鷳B(tài)源地和已構(gòu)建的綜合阻力面，采用ArcGIS10.6軟件空間分析中的成本距離和成本路徑工具識(shí)別密云區(qū)生態(tài)源地間的生態(tài)廊道。

通過(guò)以上步驟，最終構(gòu)建形成密云區(qū)生態(tài)安全格局。

2.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與計(jì)算

本研究以2020年密云區(qū)遙感影像解譯出的8 088塊村莊用地地塊圖斑為評(píng)價(jià)單元，從村莊用地地塊生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性3個(gè)維度構(gòu)建生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

圖1 研究思路

表1 阻力因子阻力值及其權(quán)重

生態(tài)安全性指標(biāo)。從生態(tài)安全條件方面選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)。選擇與生態(tài)源地距離和與生態(tài)廊道距離作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于村莊用地的人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域有一定的擾動(dòng)性，其與生態(tài)源地、生態(tài)廊道的距離越近，對(duì)生態(tài)安全格局的威脅和干擾越大，村莊用地地塊越需要減量。本研究中與生態(tài)源地距離分為處于生態(tài)源地內(nèi)和位于生態(tài)源地外2種類型；與生態(tài)廊道距離利用ArcGIS10.6軟件對(duì)生態(tài)廊道進(jìn)行緩沖區(qū)分析和量化賦值。

空間穩(wěn)定性指標(biāo)。從自然條件和村莊用地特征2個(gè)方面選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，自然條件選擇地形位指數(shù)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度和與水源距離作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。地形位指數(shù)根據(jù)DEM提取的坡度進(jìn)行柵格計(jì)算獲??；地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度采用北京市自然資源和規(guī)劃委員會(huì)密云分局提供的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)圖獲取；與水源距離通過(guò)對(duì)河流進(jìn)行緩沖區(qū)分析與疊加分析獲取。村莊用地特征選擇村莊用地規(guī)模、平均斑塊分維數(shù)和平均斑塊形狀指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，村莊用地規(guī)模采用村莊用地地塊面積進(jìn)行量化分級(jí)；平均斑塊分維數(shù)和平均斑塊形狀指數(shù)通過(guò)fragstats3.3 軟件計(jì)算得到。

發(fā)展適宜性指標(biāo)。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件和區(qū)位條件2個(gè)方面選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件選擇農(nóng)村人均所得、人口規(guī)模和基礎(chǔ)設(shè)施作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。農(nóng)村人均所得數(shù)據(jù)來(lái)源于2021年密云區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒，按照地塊所屬村莊進(jìn)行指標(biāo)賦值；人口規(guī)模采用人口與村莊用地地塊面積占比的乘積表征；基礎(chǔ)設(shè)施用村莊醫(yī)療、教育等基礎(chǔ)設(shè)施POI個(gè)數(shù)表征。區(qū)位條件選擇與道路距離和與建制鎮(zhèn)距離作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，均進(jìn)行緩沖區(qū)分析和量化賦值。

2.2.3 指標(biāo)量化與權(quán)重確定

本研究采用賦分法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，對(duì)其進(jìn)行級(jí)別劃分并采用5分制賦值（分別為1，2，3，4，5分），各指標(biāo)量化及權(quán)重如表2所示，分值越高表示村莊用地地塊越需要減量。其中，地形位指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)、平均斑塊形狀指數(shù)以及農(nóng)村人均所得采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行量化賦值。其他指標(biāo)的量化方法參考已有的研究成果[25-27]并結(jié)合密云區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整。采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重[28]。

表2 密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果與減量地塊確定

采用綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)的總分值。計(jì)算式如下：

式中S表示第個(gè)村莊用地減量識(shí)別評(píng)價(jià)分值；X表示地塊第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分值；W表示第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；表示評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)。

結(jié)合區(qū)域建設(shè)用地減量任務(wù)確定出村莊用地需要減量的地塊總面積，將村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)分值從高到低排序，根據(jù)減量地塊面積需求篩選出需要減量的村莊地塊。

2.2.5 村莊用地減量地塊分區(qū)

本研究采用三維魔方圖解法對(duì)密云區(qū)村莊用地減量地塊進(jìn)行分區(qū)。三維魔方圖解法的基本思想是基于要素向量在三維空間中形成不同組合的空間單元，從而進(jìn)行類型劃分[29]。本研究借助這一思想，通過(guò)構(gòu)建村莊用地減量地塊的三維空間，將各維度指數(shù)進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)分級(jí)數(shù)量設(shè)定維度節(jié)點(diǎn)以及維度節(jié)點(diǎn)屬性值，最終形成三維魔方。具體過(guò)程為：分別以生態(tài)安全性為軸、空間穩(wěn)定性為軸、發(fā)展適宜性為軸，建立三維坐標(biāo)系，基于各維度指標(biāo)分值評(píng)價(jià)結(jié)果，借助自然斷點(diǎn)法將其劃分為3個(gè)級(jí)別，在三維坐標(biāo)系上確定3個(gè)節(jié)點(diǎn)，按照節(jié)點(diǎn)距坐標(biāo)軸原點(diǎn)遠(yuǎn)近確定節(jié)點(diǎn)屬性值為1、2、3，值越大，距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，級(jí)別越高，該要素對(duì)應(yīng)的地塊越需要減量。在此基礎(chǔ)上形成一個(gè)3×3×3的三維三階魔方，得到27種組合，組合表達(dá)式由魔方單元坐標(biāo)（，，）來(lái)表現(xiàn)，分別對(duì)應(yīng)生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性的級(jí)別屬性值（圖2）。

圖2 村莊用地減量地塊類型劃分三維魔方圖

結(jié)合減量地塊的主導(dǎo)限制維度將研究區(qū)村莊用地減量地塊劃分為7種減量類型，以發(fā)展適宜減量型為例，當(dāng)村莊用地地塊發(fā)展適宜性水平處于低水平（=3），而生態(tài)安全性和空間穩(wěn)定性處于中高水平（≤2，≤2，與不同時(shí)等于2）時(shí)，則定義該地塊為發(fā)展適宜減量型。對(duì)于部分存在2種以上主導(dǎo)限制維度的組合，則根據(jù)研究區(qū)實(shí)際進(jìn)行歸并[30]。最終，按照絕對(duì)劣勢(shì)，相對(duì)劣勢(shì)的順序確定減量分區(qū)，并將其分為近期減量區(qū)、中期減量區(qū)和遠(yuǎn)期減量區(qū)3類。當(dāng)空間單元坐標(biāo)（，，）中有2個(gè)維度屬性值等于3時(shí)，該組合類型村莊用地減量地塊劃為近期減量區(qū)；除近期減量區(qū)的組合外，當(dāng)空間單元坐標(biāo)（，，）中有1個(gè)維度屬性值等于3時(shí)，該組合類型村莊用地減量地塊劃為中期減量區(qū)；當(dāng)空間單元坐標(biāo)（，，）中各維度屬性值等于1或2時(shí)，該組合類型村莊用地減量地塊劃為遠(yuǎn)期減量區(qū)（表3）。

表3 村莊用地減量地塊類型及分區(qū)

3 結(jié)果與分析

3.1 密云區(qū)生態(tài)安全格局

密云區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建結(jié)果顯示：1）生態(tài)源地。密云區(qū)生境質(zhì)量的高值區(qū)主要分布在密云區(qū)的北部和中部，土地利用類型以林地、草地和水域?yàn)橹?，這些地區(qū)林草資源豐富，生物多樣；低值區(qū)主要集中在密云區(qū)西南部的城鎮(zhèn)以及村莊用地相對(duì)密集的區(qū)域，這些地區(qū)受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)，生境質(zhì)量低（圖3a）。采用自然斷點(diǎn)法將生境質(zhì)量分為5級(jí)，高生境質(zhì)量等級(jí)內(nèi)物種的生存適宜性程度遠(yuǎn)高于其他級(jí)別，選取最高級(jí)生境質(zhì)量范圍內(nèi)的斑塊作為初步生態(tài)源地，進(jìn)而以20 km2為面積閾值剔除初步生態(tài)源地內(nèi)其余斑塊，篩選后共提取6處生態(tài)源地，總面積781.65 km2，約占研究區(qū)總面積35.06%（圖3c）。

2）生態(tài)阻力面。密云區(qū)生態(tài)阻力值最高的區(qū)域位于西南部的城鎮(zhèn)以及村莊用地相對(duì)密集的區(qū)域，該區(qū)域高度集中的建設(shè)用地多為不透水表面積，阻礙了物種的遷移。中部地區(qū)的水庫(kù)雖然為生態(tài)用地，但阻斷了陸地生態(tài)流，因此也有一定的阻力（圖3b）。

3）生態(tài)廊道。運(yùn)用最小累積阻力模型識(shí)別提取出15條生態(tài)廊道，總長(zhǎng)度為479.11 km（最大、最小和平均長(zhǎng)度分別為53.94、4.13和22.81 km）（圖3c）。

圖3 密云區(qū)生境質(zhì)量、生態(tài)阻力面、生態(tài)安全格局

3.2 密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.1 生態(tài)安全性

密云區(qū)村莊用地地塊生態(tài)安全性程度總體較高，呈現(xiàn)南高北低的特點(diǎn)（圖4a）。生態(tài)安全性高的地塊共7 139個(gè)，面積6 774.43 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的88.27%和85.72%，主要分布在除西北部以外的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，密云區(qū)西南部平原地區(qū)的村莊用地地塊遠(yuǎn)離生態(tài)源地，對(duì)區(qū)域的干擾小，生態(tài)安全性高。生態(tài)安全性適中的地塊共359個(gè)，面積635.67 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的4.44%和8.04%，主要分布在密云區(qū)東北部以及密云水庫(kù)周?chē)?，這些村莊用地地塊距離生態(tài)廊道較近，生態(tài)安全性處于中等水平。生態(tài)安全性低的地塊共590個(gè)，面積493.32 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的7.29%和6.24%，主要分布在馮家峪鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)中部以及密云水庫(kù)南邊的穆家峪鎮(zhèn)，這些村莊用地地塊多處于生態(tài)源地上，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全威脅較大，表現(xiàn)為低生態(tài)安全性。

3.2.2 空間穩(wěn)定性

密云區(qū)村莊用地地塊的空間穩(wěn)定性總體較強(qiáng)，空間上呈現(xiàn)出由東北向西南遞增的趨勢(shì)（圖4b）?？臻g穩(wěn)定性強(qiáng)的地塊共2 799個(gè)，面積3 845.27 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的34.61%和48.65%，其空間分布較為分散，由于西南部地區(qū)地勢(shì)平坦，村莊用地地塊規(guī)模大且規(guī)整，空間穩(wěn)定性總體上高于北部地區(qū)?？臻g穩(wěn)定性適中的地塊共3 448個(gè)，面積3 047.22 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的42.63%和38.56%，在各個(gè)村鎮(zhèn)分布均較多?？臻g穩(wěn)定性弱的地塊共1 841個(gè)，面積1 010.93 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的22.76%和12.79%，主要分布在不老屯、高嶺、太師屯等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些村莊用地地塊地處山區(qū)，地形位指數(shù)大，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)，距河流水源地較遠(yuǎn)，交通不便，村莊用地規(guī)模小且分散，村莊用地地塊空間穩(wěn)定性弱。

3.2.3 發(fā)展適宜性

密云區(qū)村莊用地地塊發(fā)展適宜性狀況表現(xiàn)出明顯的空間差異性，總體呈現(xiàn)出由城鎮(zhèn)區(qū)向外遞減的特點(diǎn)（圖4c）。村莊用地發(fā)展適宜性高的地塊共2 290個(gè)，面積4 087.29 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的28.31%和51.72%，主要分布在密云水庫(kù)西南部城區(qū)周邊的穆家峪鎮(zhèn)、十里堡鎮(zhèn)、巨各莊鎮(zhèn)、河南寨鎮(zhèn)以及其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建制鎮(zhèn)周?chē)?，這些區(qū)域路網(wǎng)密集，受交通和城鎮(zhèn)輻射作用強(qiáng)，生產(chǎn)生活方便、人口規(guī)模大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，醫(yī)療教育等基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善，發(fā)展優(yōu)勢(shì)顯著。發(fā)展適宜性中等的地塊共3 529個(gè)，面積2 806.08 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的43.63%和35.50%，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；發(fā)展適宜性較低的地塊共2 269個(gè)，面積1 010.04 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的28.05%和12.78%，主要分布于密云區(qū)的北部和東北部，包括馮家峪鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)以及大城子鎮(zhèn)等，這些地塊多處于深山地區(qū)，遠(yuǎn)離建制鎮(zhèn)，基礎(chǔ)設(shè)施個(gè)數(shù)極少且遠(yuǎn)離道路。還有少量分布于西田各莊鎮(zhèn)的北部以及河南寨鎮(zhèn)的西南部，這些地塊雖然靠近道路，但其人口規(guī)模小、基礎(chǔ)設(shè)施少，發(fā)展適宜程度低。

3.2.4 村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)

根據(jù)公式（1）得到密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)分值在1.224～3.815之間，平均得分2.147分，總體呈現(xiàn)東北高、西南低的特點(diǎn)（圖4d）。高值區(qū)（2.491～3.815，均值2.802）共953個(gè)，面積597.37 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的11.78%和7.54%，主要分布在密云水庫(kù)周邊以及北部和東部的馮家峪鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)、北莊鎮(zhèn)等，少量分布在西南的河南寨鎮(zhèn)河?xùn)|邵渠鎮(zhèn)，這部分村莊用地地塊地處山區(qū)，地形復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)、人口規(guī)模小、交通不便且遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，減量識(shí)別評(píng)價(jià)分值高；中值區(qū)（1.991～2.490，均值2.181）共3 560個(gè)，面積1 879.26 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的44.02%和23.73%，大致均勻分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)；低值區(qū)（1.224～1.990，均值1.849）共3 575個(gè)，面積5 426.79 hm2，占全區(qū)村莊用地地塊總數(shù)量和總面積的44.20%和68.52%，集中分布在密云區(qū)西南部溪翁莊鎮(zhèn)、穆家峪鎮(zhèn)、巨各莊鎮(zhèn)、河南寨鎮(zhèn)、十里堡鎮(zhèn)、西田各莊鎮(zhèn)，這部分村莊用地地塊對(duì)生態(tài)安全格局的影響小，村莊地塊面積大，空間穩(wěn)定性程度高，地勢(shì)平坦、路網(wǎng)密集、基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善，發(fā)展適宜性程度高，評(píng)價(jià)分值低。

根據(jù)2.2.4提出的減量地塊識(shí)別方法，結(jié)合密云區(qū)減量規(guī)劃，基于村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果，由高到低提取面積占比前10%的村莊用地地塊作為本研究的減量對(duì)象，確定減量地塊總面積789.84 hm2。

圖4 密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 密云區(qū)村莊用地減量地塊類型及分區(qū)

在村莊用地減量地塊識(shí)別的基礎(chǔ)上，采用三維魔方圖解法將減量地塊分為近期減量區(qū)、中期減量區(qū)和遠(yuǎn)期減量區(qū)（表4）。

1）近期減量區(qū)。近期減量區(qū)包含生態(tài)-空間減量型、生態(tài)-發(fā)展減量型、空間-發(fā)展減量型3類，共565個(gè)地塊，總面積213.34 hm2，占減量地塊總面積的27.01%。生態(tài)-空間減量型地塊共15個(gè)，面積1.67 hm2，分布于穆家峪鎮(zhèn)的水潭村和南穆家峪村、溪翁莊鎮(zhèn)的白草洼村以及馮家峪鎮(zhèn)的西白連峪村，這些地塊多處于生境質(zhì)量較高的生態(tài)源地上，地塊規(guī)模小且不規(guī)整。生態(tài)-發(fā)展減量型地塊共39個(gè)，面積30.25 hm2，主要分布于不老屯鎮(zhèn)的陽(yáng)坡地村、馮家峪鎮(zhèn)的三岔口村以及北莊鎮(zhèn)的抗峪村和大嶺村，這些地塊位于生態(tài)安全格局區(qū)內(nèi)，對(duì)生態(tài)涵養(yǎng)功能干擾較大，生態(tài)安全性低，距城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，村內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施少?？臻g-發(fā)展減量型地塊共511個(gè)，面積181.42 hm2，主要分布于北邊的馮家峪鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)，東邊的大城子鎮(zhèn)以及南邊的東邵渠鎮(zhèn)，這些區(qū)域地形起伏大、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、村莊用地面積小、遠(yuǎn)離道路和建制鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施落后。這3類減量地塊是密云區(qū)減量提質(zhì)的重點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)減量目標(biāo)優(yōu)先進(jìn)行減量，生態(tài)-空間減量型和生態(tài)-發(fā)展減量型地塊位于生態(tài)安全格局區(qū)內(nèi)，減量后應(yīng)優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)換為生態(tài)用地，保護(hù)區(qū)域生態(tài)安全格局，提高生態(tài)服務(wù)質(zhì)量?？臻g-發(fā)展減量型地塊減量后，可以根據(jù)其周?chē)欠駷楦囟紤]復(fù)墾為耕地或園地、林地等其他生態(tài)用地。

2）中期減量區(qū)。中期減量區(qū)包含生態(tài)安全減量型、空間穩(wěn)定減量型和發(fā)展適宜減量型3類，共565個(gè)地塊，總面積337.18 hm2，占減量地塊總面積的42.69%。生態(tài)安全減量型地塊共44個(gè)，面積61.49 hm2，主要分布在馮家峪鎮(zhèn)以及密云水庫(kù)南邊的穆家峪鎮(zhèn)，這些地塊多處于林草資源豐富的生態(tài)源地上，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)安全有一定威脅；空間穩(wěn)定減量型地塊共141個(gè)，面積91.18 hm2，主要分布于北邊的不老屯鎮(zhèn)、太師屯鎮(zhèn)，這些區(qū)域地形起伏大、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)，村莊用地規(guī)模小且不規(guī)整；發(fā)展適宜減量型地塊共380個(gè)，面積184.51 hm2，主要分布在馮家峪鎮(zhèn)、不老屯鎮(zhèn)西北部、新城子鎮(zhèn)西南部以及北莊鎮(zhèn)等，這些減量地塊距建制鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，受鄉(xiāng)鎮(zhèn)輻射影響小，村莊用地破碎，人口規(guī)模小，農(nóng)村人均所得較低，發(fā)展適宜性低。中期減量區(qū)中的減量地塊面積占比較大，也是重點(diǎn)減量區(qū)域，應(yīng)采取一定措施使村莊用地有序減量，減量后用于生態(tài)用地或復(fù)耕為耕地。

3）遠(yuǎn)期減量區(qū)。遠(yuǎn)期減量區(qū)包含綜合減量型1類，共209個(gè)地塊，總面積239.32 hm2，占減量地塊面積的30.30%，主要分布在馮家峪鎮(zhèn)、高嶺鎮(zhèn)、穆家峪鎮(zhèn)以及太師屯鎮(zhèn)南部。遠(yuǎn)期減量區(qū)中各地塊的生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性均處于中等及以上水平，近期應(yīng)促進(jìn)這部分減量地塊的節(jié)約集約利用，可以作為遠(yuǎn)期減量區(qū)，逐步退出村莊用地。

表4 密云區(qū)村莊用地減量地塊減量類型及分區(qū)

注：ESR，生態(tài)空間減量型；EDR，生態(tài)發(fā)展減量型；SDR，空間發(fā)展減量型；ER，生態(tài)安全減量型；SR，空間穩(wěn)定減量型；DR，發(fā)展適宜減量型；CR，綜合減量型；N，數(shù)量； A，面積（hm2）。

Note: ESR, ecology-space reduction; EDR, ecology-development reduction; SDR, spatial-development reduction; ER,ecological security reduction; SR, spatial stability reduction; DR, development suitable reduction; CR, comprehensive reduction; N, number; A, area (hm2).

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

本研究以北京市密云區(qū)為例，在構(gòu)建密云區(qū)生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)上，從生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性、發(fā)展適宜性3方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，開(kāi)展密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定減量地塊，并借助三維魔方圖解法劃分減量地塊的減量類型。主要結(jié)論如下：

1）密云區(qū)生態(tài)安全格局顯示，密云區(qū)生境質(zhì)量具有明顯的區(qū)域性聚集分布特征，其高值區(qū)主要分布在密云區(qū)的北部和中部，土地利用類型以林地、草地和水域?yàn)橹?，低值區(qū)主要集中在密云區(qū)西南部城鎮(zhèn)以及村莊用地相對(duì)密集的區(qū)域?；谏迟|(zhì)量評(píng)估結(jié)果篩選出生態(tài)源地面積達(dá)781.65 km2，約占研究區(qū)總面積35.06%，利用最小累積阻力模型識(shí)別出15條生態(tài)廊道，總長(zhǎng)度479.11 km。

2）密云區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)分值在空間上總體呈現(xiàn)出東北高、西南低的特點(diǎn)，其中村莊用地地塊生態(tài)安全性總體呈現(xiàn)南高北低的特點(diǎn)，空間穩(wěn)定性呈現(xiàn)出由東北向西南遞增的趨勢(shì)，發(fā)展適宜性程度則由城鎮(zhèn)區(qū)向外遞減。

3）密云區(qū)村莊用地減量地塊的識(shí)別重點(diǎn)在于考慮區(qū)域生態(tài)安全格局，并結(jié)合地塊自身空間穩(wěn)定性和村莊的發(fā)展適宜性程度。結(jié)合規(guī)劃要求，識(shí)別劃定密云區(qū)減量地塊面積789.84 hm2，借助三維魔方圖解法將減量地塊劃分為7種減量類型，3類減量區(qū)，對(duì)不同類型減量地塊提出了對(duì)應(yīng)的減量措施。研究結(jié)果可以為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別分區(qū)和減量策略制定提供科學(xué)依據(jù)。

4.2 討 論

1）密云區(qū)作為北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)之一，生態(tài)環(huán)境保護(hù)尤為重要，本研究提出的基于生態(tài)安全格局的村莊用地減量地塊識(shí)別和分區(qū)方法屬于“先測(cè)算后識(shí)別”的兩步評(píng)價(jià)法，綜合考慮到生態(tài)安全性、空間穩(wěn)定性和發(fā)展適宜性3方面構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)行村莊用地減量地塊識(shí)別評(píng)價(jià)，再確定出需要減量的地塊，最后劃分類型和分區(qū)，這為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)減量地塊識(shí)別和分區(qū)提供了新的思路。受到數(shù)據(jù)限制，本研究未考慮減量所需資金、減量難度以及農(nóng)民意愿等，在將來(lái)的研究中需要繼續(xù)完善減量地塊識(shí)別的指標(biāo)體系。

2）本研究基于生態(tài)安全視角進(jìn)行村莊用地減量地塊識(shí)別與分區(qū)研究，所得結(jié)論與已有研究基本一致[31]，并更為直觀地表現(xiàn)了村莊用地地塊的生態(tài)安全性狀況，表明此種減量地塊識(shí)別與分區(qū)方法適用于密云區(qū)村莊用地減量規(guī)劃。村鎮(zhèn)國(guó)土空間規(guī)劃是國(guó)土空間規(guī)劃體系的重要基礎(chǔ)，村莊用地減量地塊的識(shí)別也可為國(guó)土空間規(guī)劃體系下實(shí)用性村莊規(guī)劃編制提供技術(shù)參考與思路借鑒。本研究選擇以村莊用地地塊圖斑為評(píng)價(jià)單元，便于后續(xù)減量規(guī)劃落實(shí)到地塊，并指導(dǎo)具體地塊的再利用。

3）村莊用地減量地塊識(shí)別后，下一步如何根據(jù)減量分區(qū)進(jìn)行減量，確定村莊用地減量的具體措施和方案是關(guān)鍵，特別是如何保障減量地塊再利用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，包括確定減量的再利用方向，保護(hù)區(qū)域生態(tài)格局和景觀安全，保障村集體和村民的權(quán)益不受損失等。下一步應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)村莊用地減量地塊識(shí)別后再利用策略方面的研究。

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Recognition and zoning of the reduced plot of village land from the perspective of ecological security pattern

Feng Huiyi1,2, Zhao Chunjiang1,2, Tang Wenzheng3, Tang Xiumei1,2※, Sun Ning1,2, Qiao Xiaodong1,2

(1.,,100097,; 2.,100097,;3.,150090,)

Recognition and type classification can be performed on the reduced plots of village land for the decision-making on the village and land reduction. The village and construction land can represent the low use efficiency in the economically developed regions of China, particularly with the fast urbanization. It is a high demand for the amount reduction and quality improvement of construction land use. This study aims to explore the quantitative recognition and distinguish of the reduced plot of village land using ecological security patterns, in order to promote the regional ecological civilization construction, as well as regional green and sustainable development. Taking Miyun District of Beijing as an example, the evaluation index system was comprehensively constructed for the reduced plot of village land from three different dimensions of ecological security, spatial stability, and development suitability. A regional ecological security pattern was also established using multi-source data, such as land use, point of interest (POI) and socioeconomic statistics. The reduced plots were then determined after evaluation. Furthermore, 3D Rubik’s cube graphical method was used to classify the reduced plots. The results showed that: 1) The classification of habitat quality was featured by the outstanding regional aggregation and distribution characteristics. Specifically, the high-value areas were mainly distributed in the north and middle parts of the study area. The land use types were dominated by woodland, grassland, and water area. The low-value areas were mainly in the towns and relatively dense areas in the southwest. The ecological source area was 781.65 km2after screening using the habitat quality assessment, accounting for 35.06% of the total study area. A total of 15 ecological corridors with a total length of 479.11 km were recognized via the minimum cumulative resistance model. As such, the ecological security pattern was formed in the Miyun District. 2) There was a great different comprehensive evaluation score for reduced plot of village land. Among them, the high terrain was in the northeast, while the low was in the southwest. The area of reduced plots was 789.84 hm2 after a comprehensive evaluation. 3) The reduced plots of village land were divided into short-, mid- and long-term reduction areas. The short-term area consisted of three types, such as ecology-space, ecology-development, and spatial-development reduction. A total area of 565 plots covered an area of 213.34 hm2 and accounted for 27.01% of the total reduced plots. Three types of reduced plots were the fundamentals action for the amount reduction and quality improvement. The reduction target needed to be prioritized for the reduction. The mid-term reduction area was composed of three types: ecological security, spatial stability, and development suitable reduction, with a total of 565 plots, covering 337.18 hm2and accounting for 42.69% of the total reduction plots. The reduced plots in the mid-term reduction areas occupied a large proportion for the core reduction areas. Some measures should be taken for the plot reduction of villages. The long-term reduction area included one type of comprehensive reduced area, with a total of 209 plots, covering a total area of 239.32 hm2 and accounting for 30.30% of the total reduced plots. Special attention should be paid to the economical and intensive use of this part of the reduced plot. A long-term reduction area was gradually recovered as the village land. Finally, some reduction measures were proposed, according to the different types of reduced plots. The findings can provide the scientific basis for the identification and classification of the reduced plots of village land in the ecological conservation areas, in order to serve the reduction of ecological conservation areas, ecological protection and regional sustainable development.

land use; village land; reduction; ecological security pattern; 3D rubik’s cube graphical method; Miyun District

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.028

F327; K901

A

1002-6819(2022)-17-0254-10

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Feng Huiyi, Zhao Chunjiang, Tang Wenzheng, et al. Recognition and zoning of the reduced plot of village land from the perspective of ecological security pattern[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(17): 254-263. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.028 http://www.tcsae.org

2022-07-04

2022-08-31

北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)（KJCX20200414）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1500104）

馮惠懿，研究方向?yàn)橥恋乩门c評(píng)價(jià)。Email：1938597984@qq.com

唐秀美，博士，副研究員，研究方向?yàn)橥恋乜沙掷m(xù)評(píng)價(jià)與土地信息技術(shù)。Email：Tangxm@nercita.org.cn