长沙市农村居民点驱动机制研究 胡 鑫（湖南农业大学 资源环境学院土地资源管理，长沙 410128）摘要：运用地理信息系统和长沙市数值高程模型，从高程、坡度、坡向、地形起伏度、地面切割深度、平面曲率、剖面曲率等七个方面分析长沙市农村居民点的驱动机制。通过研究发现：；大多数农村居民点集中于海拔 245 米以下地区并且可以发现农村居民点正逐步向低高程地区迁移。大多数农村居民点集中于坡度值为 4.17 度以下；可以发现农村居民点正逐步向低坡度地区迁移。长沙市地处丘陵地带平地面积有限，以及生产或生活中为更有限的利用光照资源导致分布于平地上的农村居民点面积有限；同时所以多数农村居民点集中分布于偏向东方向位置；剖面曲率和平面曲率对农村居民点的影响显著，大多数农村居民点聚集于在剖面曲率和平面曲率绝对值较小的地区，地形起伏度和地面切割深度方面，农村居民点的分布随着地形起伏度上升呈先升后降的趋势。关 键 词：农村居民点；驱动机制；长沙市0 前言农村居民点作为农村居民生产和生活活动的主要场所，也是农村土地组成中重要的一部分。作为农村聚落地理研究的核心，农村居民点研究也是人地关系地域体系研究的重要问题之一。农村居民点空间格局研究对揭示农村居民点空间格局与生产、生态环境之间的关系具有重要的指导作用，同时，对于合理有效地利用土地资源及农村居民点的优化布局具有十分重要的作用。国外农村居民点研究始于 19 世纪，早期研究主要集中在居民点形成、空间布局和发展的自然因素方面。20 世纪 80 年代以来，西方乡村地理学者的研究表现出与其它相关学科交叉与融合的趋势，研究范式开始从空间分析逐渐向社会和人文方向转型；研究内容从居民点影响因素、空间结构等扩展到社会经济转型时期的居民点重构、居民点景观、居民点聚落的人口结构等方面; 研究方法逐步向定性与定量相结合方向转变 1-3。国内关于居民点方面的研究起步于 20 世纪 30 年代，虽然起步较晚但研究进展较快，研究内容不断拓宽，从最初的居民点调查与描述为主发展到居民点的形态、位置、景观、演变、规划、结构等方面 4-5，同时多种新技术与新方法也逐渐融入到研究中，遥感、GIS、数学模型、分形理论和其它计算机软件开始得到广泛的应用，从而使研究更加方便与准确 6-7。特别是随着我国村庄“荒芜化”和“空废化”、村庄建设分散无序、资源环境压力及乡村景观破坏、“城中村”等问题的日益凸显，农村居民点研究逐渐成为相关领域学者研究的热点与焦点问题之一 8-9。但是，相对于城市居民点空间格局的研究，国内农村居民点空间格局的研究相对滞后，主要表现在现有研究多关注于沿江及沿海的平原地区、城市郊区及少数民族地区，研究尺度较小且缺乏不同研究尺度之间的转换 9-13。1 研究区域概况长沙市位于湖南省东部偏北，地处洞庭湖平原的南端向湘中丘陵盆地过度地带。其地理位置为东经 1115311415，北纬 27512841。全市东西长约 230 公里，南北宽 88 公里。地域呈东西向长条形状，地貌北、西、南缘为山地，东南以丘陵为主，东北以岗地为主。属亚热带季风湿润气候区，平均气温为 17.2，全年无霜期平均 275 天，年积温为 5457，年平均日照数为 1677 小时，年降水量 1390mm。水资源充足，年均地表径流量达 808 亿 m3 14。 除了湘江外，还有汇入湘江的支流有 15 条，主要有浏阳河、捞刀河、靳江和沩水河。2009 年，全市土地面积和人口总量分别占全省 5.58%、10.37%，农林牧渔业增加值 179.4 亿元，是湖南省经济发展水平最高的地区，在长株潭城市群乃至湖南省占据举足轻重的地位。图1 长沙市区位图Fig1 Location map of Changsha 2研究方法2.1 平面变率和剖面变率剖面变率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的量度。其公式如下： （公式 2-1）平面曲率描述的是地表曲面沿水平方向的弯曲、变化情况。其公式如下：（ 公式 2-2）2222 qp1qpt pqsrvK2222 qp1qpt pqsr h 曲率的数学表达式中，利用 DEM 数据吧地表曲面数学模拟为一个连续的曲面 H（x，y），x 和 y 是地面点的平面坐标值， H（x，y）为地面点高程值。公式中的 ，是 x 方向高程变化率。 是 y 方向高pq程变化率。 是对高程值在 x 方向上的变化率进行同方向求22r算变化率；即 x 方向高程变化率的变化率。 是对高程值xs2在 x 方向上的变化率进行 y 方向求算变化率；即 x 方向高程变化率在 y 方向的变化率。 是对高程值在 y 方向上的变化率进行同方向求算Ht2变化率；即 y 方向高程变化率的变化率。2. 2 地形起伏度和地面切割深度地形的起伏是反映地形起伏的宏观地形因子，地形起伏度是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。在区域性研究中，利用 DEM 数据提取地形起伏度能够直观的反映地形起伏特征。其公式如下：（公式 2-3）HminaxRF式中，RF 指分析区域内的地面起伏度， 指分析窗口内的最大高程Hmax值， 指分析窗口内的最小高程值。min地面切割深度是指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值。地面切割深度地直观的反映了地表被侵蚀切割的情况并对这一地学现象进行了量化，是研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标，其提取算法可参照地表起伏度的提取。其公式如下：（公式 2-4）HDmineai 式中， 指分析区域内的地面起伏度， 指一个固定分析窗口内的Di Hmeanp 平均高程值， 指一个固定分析窗口内的最小高程值。Hmin3 农村居民点的驱动特征3.1 高程驱动机制图 3-1 1989 年与 2009 年长沙市农村居民点高程分布图 Fig.3-1 In 1989 and 2009 elevation distribution of the rural settlements in Changsha city 海拔高度的变化对农村居民点的影响体现在随着海拔高度的变化热量、降水、光照、土壤、地貌等因素的变化对制约着农作物的分布和农业类型。因此也直接影响到农村居民点分布的变化。具体观察 1989 年长沙市农村居民点在不同海拔高程的分布大约 75%的农村居民点位于海拔 245 米以下；有 15%的农村居民点位于海拔 246 米至 690米之间；只有 10%的农村居民点位于海拔 691 米以上。2009 年长沙市农村居民点在不同海拔的分布中大约 74%的农村居民点位于海拔 245 米以下；有 18%的农村居民点位于海拔 246 米至 690 米之间；只有 8%的农村居民点位于海拔691 米以上。从图 3-1 可以看出 1989 年至 2010 年长沙市农村居民点在海拔的245 米以下的比重基本持平，但农村居民点的面积有着显著增加有 1989 年的69108 公顷上升到 2009 年的 72761 公顷，面积增加的增加量为 3553 公顷。海拔 691 米上的农村居民点所占比重由 10%下降到 8%，面积变化大致平稳由1989 年的 929 公顷到 2009 年 1424 公顷，面积增加的增加量为 495 公顷；海拔 246 米至 691 米之间农村居民点所占比重由 15%上升到 18%，面积由 1989年的 5941 公顷到 2009 年 8228 公顷，面积增加的增加量为 2287 公顷；高程的变化对农村居民点的影响显著，大多数农村居民点集中于海拔 245米以下；在海拔高度超过 245 米以后各海拔高度上对农村居民点分布的驱动影响，总体上随着海拔高度的升高农村居民点的面积逐渐减少。并且分析2009 年与 1989 年农村居民点面积的变化，可以发现农村居民点正逐步向低高程地区迁移。3.2 坡度驱动机制图 3-2 1989 年与 2009 年长沙市农村居民点坡度分布图Fig.3-2 In 1989 and 2009 the distribution ofrural settlements gradient in Changsha city 坡度是地表斜面的垂直高度对水平距离的比值；土地的生产能力与地区的坡度存在紧密的联系，同时坡度较小的地区有利于房屋和基础设施建设，便于农村居民的生活生产；而坡度较大的地区易于诱发泥石流，滑坡等地质灾害，不利于农村居民的生活生产。参考国际地理学会对坡度分级规定的基础上，将长沙市农村居民点用地坡度划分为 9 个区间。为直观和准确观察坡度对农村居民点分布驱动机制对坡度进行分级。其中 0 度至 4.17 度为平地，4.17 度至 13.54 度为缓坡地，13.54 度至 20.56 度为中坡，大于 20.56 度为陡坡。从坡度分级可以看出总体上随着坡度的增加农村居民点的面积和斑块数呈递减趋势，大部分农村居民点位于 4.17 度以下地区。具体观察 1989 年和 2009 长沙市农村居民点所占比重一致在 0 度至 4.17度的平地上所占比重为 79%，在 4.17 度至 13.54 度的缓坡地上所占比重为 17%，在 13.54 至 20.56 度的中坡上所占比重为 3%，在大于 20.56 度的陡坡上所占比重为 1%。但是不同坡度上农村居民点面积 0 度至 1.67 度农村居民点用地所占面积从 1989 年 37485 公顷增加到 2009 年 49252 公顷，增量为 11766 公顷；在1.67 度至 4.17 度 农村居民点用地所占面积从 1989 年 35116 公顷增加到 2009年 28507 公顷，增量为 6609 公顷 。在 4.17 度至 7.19 度 农村居民点用地所占面积从 7609 公顷增加到 9444 公顷，增量为 1835 公顷；在 7.19 度至 10.37度 农村居民点用地所占面积从 1989 年 4247 公顷增加到 5237 公顷，增量为989 公顷；在 10.37 度至 13.54 度农村居民点用地所占面积从 2670 公顷增加到3459 公顷，增量为 698 公顷。在 13.54 度至 16.68 度农村居民点用地所占面积从 1989 年的 1788 公顷增加到 2009 年的 2325 公顷，增量为 536 公顷 ；在 16.68 度至 20.56 度农村居民点用地所占面积从 1989 年 1100 公顷增加到 2009 年的 1494 公顷，增量为393 公顷；在 1 大于 20.56 度农村居民点用地所占面积从 400 公顷增加到 486公顷，增量为 86 公顷。坡度的变化对农村居民点的影响显著，大多数农村居民点集中于坡度值为 4.17 度以下；在海拔坡度值 4.17 度以上地区各海拔高度上对农村居民点分布的驱动影响，总体上随着海拔高度的升高农村居民点的面积逐渐减少。农村居民点向低坡度地区聚集；并且分析 2009 年与 1989 年农村居民点面积的变化，可以发现农村居民点正逐步向低坡度地区迁移。3.3 坡向驱动机制图 3-3 1989 年与 2009 年长沙市农村居民点坡向分布图Fig.3-3 In 1989 and 2009 the slope map of rural settlements in Changsha city 坡向定义为坡面法线在水平面上的投影的方向 （也可以通俗理解为由高及低的方向）。由于光照、温度、雨量、风速、土壤质地等因子的综合作用，坡向能够对农作物的种植发生影响，也有利于居民家庭能源的节省。从而引起农村居民点的空间分布的变化。依据不同的方向将坡向划分为九个方向即平面、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北等九个方向。从总体上观察长沙市农村居民点在平面上分布稀少。在东和东南方向分布分布较其它方向面积较多。这于长沙市位于丘陵过渡地区的地形地貌相符合。具体分