武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落空間格局演變及影響因素

金 丹, 戴林琳

(北京大學 城市與環(huán)境學院, 北京 100871)

鄉(xiāng)村聚落是鄉(xiāng)村地域人們各種形式的居住場所，是進行生產、生活和開展社會活動的地方。在2021年2月，中共中央、國務院印發(fā)的《中共中央國務院關于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農業(yè)農村現(xiàn)代化的意見》中對新時代鄉(xiāng)村發(fā)展、“三農”工作和鄉(xiāng)村振興提出了新的戰(zhàn)略要求，鄉(xiāng)村聚落正面臨或經歷劇烈的轉型與重組[1]。受自然環(huán)境和社會人文等多重因素的影響，我國鄉(xiāng)村聚落的規(guī)模形態(tài)和空間布局始終處于不斷演變的過程中，近年來有關鄉(xiāng)村聚落時空格局演變、驅動機制及空間優(yōu)化研究已經成為學術界關注的熱點問題。

國外早在19世紀20年代就開始了鄉(xiāng)村聚落的研究，研究內容包括鄉(xiāng)村聚落人口研究[2]、聚落形態(tài)與類型劃分[3]、鄉(xiāng)村土地資源利用等[4]，關注范圍逐漸從鄉(xiāng)村地域空間擴大到鄉(xiāng)村社會空間[5]、文化空間[6]、心理空間[7]等多元空間，研究尺度多聚焦于具體案例，研究區(qū)域以歐洲東部[8]、澳大利亞東南部[9]等國家地理區(qū)域為主，采用的研究方法包括描述性分析法、數理統(tǒng)計分析法等類型。相比而言，國內的研究起步較晚，近年來鄉(xiāng)村聚落的研究內容側重于聚落演變及驅動機制[10]、空間轉型與重構[11]等方面，其中聚落演變影響因素研究逐漸從自然環(huán)境因素等內生性因素向社會人文因素等外源性因素轉變，自然環(huán)境因素是影響鄉(xiāng)村聚落空間格局的基礎性因素，對早期聚落的空間分布及演變起著決定性作用[12]。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的推進，社會人文因素的驅動力逐漸加強，如在經濟發(fā)達的東部如蘇南地區(qū)，工業(yè)化已經成為鄉(xiāng)村聚落形成與演變的主導因素[13]，而在生態(tài)脆弱的西部如黃土高原區(qū)，地形條件仍然是影響鄉(xiāng)村聚落布局與發(fā)展的首要因素[14]。在研究尺度方面，現(xiàn)有研究大多從區(qū)域尺度或村域尺度展開，具有明顯的地域特征，在區(qū)域尺度集中在黃土丘陵溝壑區(qū)[15]、西南喀斯特山區(qū)[16]特定地理片區(qū)，在村域尺度集中在旅游村[17]、城中村[18]等特定聚落類型。在研究數據方面，多數研究基于Landsat TM/ETM+系列和Google Earth遙感影像數據，通過人工目視解譯判讀與實地考察校正獲得數據源，并從中提取鄉(xiāng)村聚落用地，但由于鄉(xiāng)村聚落用地規(guī)模較小，分布較廣，在一定程度上影響了遙感影像的解譯精度，進一步影響鄉(xiāng)村聚落空間格局及影響因素分析的準確性[19]?？傮w來看，現(xiàn)有研究多關注于特定地理片區(qū)或村域尺度，就城市群尺度研究較少，且多以區(qū)域聚落整體或村域聚落單體為研究對象，忽視了在區(qū)域尺度下聚落單體的變化特征，此外，在影響因素分析中，多數研究基于靜態(tài)視角來剖析某一時點鄉(xiāng)村聚落分布的影響因素，對于一定時段內鄉(xiāng)村聚落空間演變的影響因素研究相對較少。因此，基于區(qū)域尺度下鄉(xiāng)村聚落宏觀與微觀結合、整體與局部映照的時空特征分析，并從動態(tài)視角出發(fā)探討鄉(xiāng)村聚落空間格局演變的影響因素具有一定的研究價值與指導意義。

武漢城市圈作為湖北省經濟發(fā)展的核心區(qū)域，在中部崛起戰(zhàn)略中承擔著重要作用。境內地形地貌多樣，涉及平原、低山和丘陵等多種類型，水資源豐沛，河渠縱橫，是我國重要的糧食作物和經濟作物主產區(qū)，同時境內交通體系建設良好，鄉(xiāng)村聚落呈現(xiàn)出依地形建設、依水源聚居、依道路布局的分布特征，具有明顯的地域差異性。目前在鄉(xiāng)村層面圍繞武漢城市圈的研究主要集中在鄉(xiāng)村旅游[20]、鄉(xiāng)村景觀[21]等方面，較少涉及鄉(xiāng)村聚落空間格局演變研究。武漢城市圈雖然總體上已進入工業(yè)化中期起始階段，但區(qū)域內部仍存在發(fā)展不平衡的問題，“一強眾弱”的現(xiàn)象較為明顯[22]，行政體制分割嚴重、資源低效利用、城鄉(xiāng)發(fā)展失衡等已經成為武漢城市圈一體化建設首要解決的突出問題。因此以武漢城市圈為研究對象，可以彌補當前在農業(yè)主產區(qū)區(qū)域尺度背景下城市群鄉(xiāng)村聚落研究的不足，也有助于豐富不同地理環(huán)境作用下鄉(xiāng)村聚落演變特征的研究體系，同時對于未來武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落優(yōu)化布局、規(guī)劃調控、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施以及城市圈協(xié)同可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和科學意義。

1 研究數據與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢城市圈位于湖北省東部(112°30′—116°07′E，29°05′—31°51′N)，是以武漢市為中心，包括周邊黃石市、鄂州市、孝感市、黃岡市、咸寧市、仙桃市、潛江市、天門市8個大中型城市形成的“1+8”城市組團。境內地形以江漢平原和鄂東沿江平原為主，地勢西低東高，海拔多在8～1 560 m。2017年末武漢城市圈內共有48個縣域單元，總面積為57 979.37 km2，占湖北省土地總面積的31.19%，承載全省53.75%的常住人口，其中鄉(xiāng)村聚落用地面積為3 618.28 km2，占整個城市圈的6.24%。

1.2 數據來源

研究數據包括：土地利用數據，分別為2009年“第二次全國土地調查數據”和2017年土地利用變更調查數據，來源于湖北省土地利用變更調查數據庫(1∶10 000比例尺)；DEM數據來源于地理空間數據云平臺(http:∥www.gscloud.cn/)；氣溫、降水數據來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數據中心(http:∥www.resdc.cn/)，由于缺少2017年的氣溫和降水數據，且二者處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此以2015年的數據進行替代；交通道路和河流水系數據，來源于北京大學城市與環(huán)境學院地理數據平臺(http:∥geodata.pku.edu.cn)；社會經濟數據來源于2009年和2017年《中國縣域統(tǒng)計年鑒》、各地級市的統(tǒng)計年鑒和國民經濟和社會發(fā)展公報等。

1.3 研究方法

1.3.1 空間韻律指數 空間韻律指數高度濃縮了聚落景觀格局信息，可以反映聚落的結構組成、空間配置等方面的特征[23]。本文選用斑塊數量(NP)、斑塊密度(PD)、斑塊總面積(CA)、平均斑塊面積(MPS)來測度聚落規(guī)模特征，采用平均斑塊形狀指數(SHAPE_MN)、平均斑塊分維數(FRAC_MN)來研究聚落形態(tài)結構變化情況，其計算方式參見文獻[24]。

1.3.2 平均最鄰近指數 平均最鄰近指數通過測量每個聚落斑塊質心與其最鄰近聚落斑塊質心間的平均距離，將測量的距離值與假設隨機分布的平均距離進行對比，可以判斷鄉(xiāng)村聚落在空間上是否存在集聚分布的特征[25]，其計算公式參見文獻[26]。

1.3.3 核密度分析 核密度估計方法，從數據本身出發(fā)，研究不同位置空間屬性的連續(xù)性和差異性，反映鄉(xiāng)村聚落整體的空間分布特征，可以有效測算鄉(xiāng)村聚落斑塊的空間分布密度值。核密度越高，說明研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落分布越密集，其計算公式參見文獻[27]。

2 武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落空間格局演變特征

2.1 聚落演變的規(guī)模形態(tài)特征

2.1.1 宏觀演變特征 聚落規(guī)模整體呈擴大趨勢，斑塊形態(tài)趨于規(guī)則。2009—2017年，武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落總體規(guī)模從351 912 hm2增加到361 828 hm2(表1)，增幅為2.82%，斑塊數量從169 768個增加到172 502個，增加1.6%，平均斑塊面積由2.07 hm2增加到2.10 hm2，增加1.45%。上述表明，在研究時段內武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落面積擴展相對緩慢，用地規(guī)模的增加引起斑塊密度的增大，同時呈現(xiàn)出斑塊平均規(guī)模增加的態(tài)勢。相比2009年，2017年的平均斑塊形狀指數略微下降，說明武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落形態(tài)較為規(guī)則，破碎化程度不高。

表1 2009年和2017年景觀格局指數統(tǒng)計

2.1.2 微觀演變特征 聚落單體形態(tài)主要表現(xiàn)為點狀、條帶和組團布局3種空間類型(圖1)，并形成與之對應的規(guī)模擴張模式。其中，點狀型聚落主要分布在武漢城市圈北部和東部的山地和丘陵地帶，包括安陸市、大悟縣、麻城市等地，一般靠近耕地而建，呈散點狀，規(guī)模較小，分布較為稀疏；條帶型聚落主要分布在城市圈南部，如潛江市、仙桃市、漢川市等地，通常集中在交通線、河流和溝渠兩側，呈條帶狀延伸，規(guī)模較小，破碎化程度較高；團塊型聚落主要分布在城市圈平原地帶，特別是中心城區(qū)臨近區(qū)域，形成不規(guī)則的團塊狀聚落，規(guī)模較大，分布較為密集。2009—2017年聚落變化較為零散，呈現(xiàn)出點狀、帶狀和塊狀擴張模式(圖2)，局部區(qū)域以點狀新增聚落為主，河流水系和重要交通干線兩側出現(xiàn)一定規(guī)模的帶狀增長，而中心城區(qū)臨近區(qū)域的聚落則呈現(xiàn)出內向型填充或外向型蔓延的塊狀擴張?zhí)卣鳌?/p>

圖1 武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落空間布局形態(tài)

圖2 2009-2017年武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落擴張模式

2.2 聚落演變的空間分布特征

2.2.1 整體演變特征 聚落整體保持集聚分布模式，聚落增減密度分布呈“北疏南密，向中心城區(qū)聚集”的特征。表2結果顯示2009年和2017年聚落斑塊的ANN指數均小于1，呈減少趨勢，Z值均小于臨界值-1.96，說明聚落空間呈現(xiàn)顯著的集聚分布特征，且集聚度在增強。

表2 2009年和2017年鄉(xiāng)村聚落分布平均最鄰近指數分析結果

聚落消亡和新生斑塊的核密度分析結果顯示(圖3)，2009—2017年聚落消亡斑塊核密度最大值為1.44個/km2，平均值為0.13個/km2，新生斑塊核密度最大值為5.16個/km2，平均值為0.51個/km2，單位面積消亡斑塊較新生斑塊核密度平均值低74.51%，表明研究期內鄉(xiāng)村聚落空間呈現(xiàn)出持續(xù)擴張的趨勢，單位面積鄉(xiāng)村聚落新生的數量要多于消亡的數量，并且呈現(xiàn)“北疏南密，向中心城區(qū)聚集”的空間分布規(guī)律，靠近各區(qū)縣中心城區(qū)的地區(qū)是聚落消亡同時也是聚落新生的集中地，鄉(xiāng)村聚落更新迭代速度較快。

圖3 2009-2017年鄉(xiāng)村聚落消亡和新生核密度分析結果

2.2.2 局部演變特征 聚落局部以面積增加為主，新增聚落向各中心城區(qū)集聚。將武漢城市圈劃分為5 km×5 km的網格，并計算2009—2017年每個網格的聚落面積變化情況(圖4)。結果顯示聚落減少的網格主要分布在西北側，其余地區(qū)多為局部減少。聚落增加的網格主要分布在武漢市、黃石市和黃岡市的中心城區(qū)，距離城區(qū)較近、周邊市鎮(zhèn)較遠的鄉(xiāng)村是城市邊界外延和拓展的活躍地帶。

圖4 2009-2017年武漢城市圈網格尺度的鄉(xiāng)村聚落面積變化特征

3 武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落空間格局影響因素分析

鄉(xiāng)村聚落是一個復雜的系統(tǒng)，其空間分布及演變受到地形、氣候等自然環(huán)境因素和人口、經濟等社會人文因素的綜合影響。按照科學性、系統(tǒng)性和數據可獲得性等原則，從自然環(huán)境和社會人文兩方面選擇指標，并根據閾值將各指標劃分為6級(表3)，采用1 km×1 km網格單元進行區(qū)域統(tǒng)計分析，分別統(tǒng)計不同因素不同類別下聚落用地面積占比及變化面積占比情況，以剖析聚落動態(tài)變化的內在影響機制。

表3 指標體系及分類依據

其中，X1—X5自然環(huán)境因素和X6—X8社會人文因素通過自然斷點法進行聚類分級，其中到河流鄰近距離X5，道路通達度X6，到區(qū)縣可達性X7指標計算最鄰近距離，到鄉(xiāng)村可達性X8則采用潛力指數來表示其可達性[28]。用于表征鄉(xiāng)村聚落社會人文發(fā)展水平的X9—X12因素，則是用其所在的縣域統(tǒng)計數據進行代替,用于反映鄉(xiāng)村聚落社會經濟因素的空間格局[29]。

3.1 自然環(huán)境因素

自然環(huán)境要素是鄉(xiāng)村聚落形成和發(fā)展的基礎。由表4可知，隨著海拔和坡度增加，聚落面積占比呈現(xiàn)出減少的趨勢。95%的鄉(xiāng)村聚落分布在海拔200 m以下的地區(qū)，其中海拔50 m以下兩期聚落面積占比分別為61.90%，62.06%，海拔200 m以上占比均為約5%。聚落主要分布在坡度小于2°的地區(qū)，兩期占比均超過85%，坡度超過10°的地區(qū)鄉(xiāng)村聚落面積占比不到2%。

表4 2009-2017年不同海拔和坡度鄉(xiāng)村聚落統(tǒng)計

從聚落變化來看，海拔100 m以下和坡度小于2°的地區(qū)是聚落增加的主要區(qū)域，這是因為武漢城市圈地處江漢平原，地形平坦開闊，利于農業(yè)生產和基礎設施建設，便于居民出行和生活，人口聚居程度較高，鄉(xiāng)村聚落分布較為密集，規(guī)模較大。受地形條件限制，高海拔和高坡度地區(qū)的鄉(xiāng)村聚落主要呈散點狀分布，聚落稀疏，規(guī)模較小。

水熱條件是影響農業(yè)生產的基礎自然要素，對于推動鄉(xiāng)村聚落的形成與發(fā)展重要作用。由表5可知，2009年和2017年，武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落集中分布在1 400～1 600 mm的降水區(qū)；年均氣溫普遍較高，有超過85%的鄉(xiāng)村聚落分布在年均氣溫17℃以上的區(qū)域，主要包括江漢平原、鄂東沿江平原等地區(qū)，而年均氣溫較低的區(qū)域則集中在武漢城市圈的東部山區(qū)，海拔較高，聚落分布離散，規(guī)模較小，因而聚落面積占比較低；距離主干河流5 km以內的鄉(xiāng)村聚落占比超70%，大于15 km的范圍內鄉(xiāng)村聚落面積占總面積的比例不超2%。

表5 2009-2017年不同水熱條件鄉(xiāng)村聚落統(tǒng)計

從聚落變化來看，降水量超1 400 mm、氣溫高于17℃及距離主干河流小于5 km的地區(qū)是武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落新增的主要區(qū)域，這是因為武漢城市圈耕地資源豐富，農田灌排體系建設較為完善，較好的水熱條件促使鄉(xiāng)村聚落擴張呈現(xiàn)出明顯的鄰水分布特征。

3.2 社會人文因素

鄉(xiāng)村聚落空間分布及動態(tài)變化不僅受到自然環(huán)境要素的影響，同時還受到道路、城鎮(zhèn)鄰近度、經濟因素等多重因素的綜合作用。由表6可知，2009年和2017年，武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落主要分布在距離道路3 km范圍內，兩期聚落占比分別為94.76%，94.82%。在3 km緩沖區(qū)以外，鄉(xiāng)村聚落面積占比約5%，用地主要分布在西部道路網較為稀疏的平原地區(qū)和東部山地、丘陵高海拔地區(qū)，西部平原地區(qū)的道路網密度較低，覆蓋范圍較小，東部高海拔地區(qū)道路修建成本較大，輻射范圍有限。

從聚落變化來看，在3 km道路緩沖區(qū)以內的區(qū)域，距離道路越近，聚落規(guī)模增加越大。在距離道路1 km以內的鄉(xiāng)村聚落，其面積增加幅度超過60%，在3 km緩沖區(qū)以外的區(qū)域，鄉(xiāng)村聚落面積增加達到2.73%，這主要因為原有鄉(xiāng)村聚落規(guī)模較大，聚落面積變化幅度相對較高，面積所占比例較大。

鄉(xiāng)村發(fā)展離不開城市的輻射和帶動，并在很大程度上受城鄉(xiāng)聯(lián)系的影響。由表7可知，2009年和2017年，武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落中有60%以上的聚落分布在距離區(qū)縣20 km的范圍內，超過35 km的聚落占比不足8%；到鄉(xiāng)鎮(zhèn)可達性的數值越高，表明鄉(xiāng)村聚落所處的區(qū)位越好。按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)可達性從高到低，鄉(xiāng)村聚落的面積占比大體呈現(xiàn)出由高到低的變化趨勢，這表明在靠近各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心的地區(qū)，由于受到較高的經濟輻射，鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的進程較快，表現(xiàn)出較高的鄉(xiāng)村聚落用地占比；在距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心較遠的地區(qū)，受到城市輻射帶動能力較弱，且由于地形等因素對鄉(xiāng)村聚落用地布局的限制，鄉(xiāng)村聚落分布較散，規(guī)模較小，呈現(xiàn)出較低的鄉(xiāng)村聚落面積占比的特點。

表7 2009-2017年不同區(qū)位條件下的鄉(xiāng)村聚落統(tǒng)計

從聚落變化來看，新增鄉(xiāng)村聚落呈現(xiàn)出距離區(qū)縣中心越遠，面積占比越小的特征，新增用地主要分布在距離區(qū)縣10 km的范圍內，占比超過40%；新增聚落呈現(xiàn)出隨著到鄉(xiāng)鎮(zhèn)可達性下降，聚落面積占比較小的特點。

社會經濟因素是影響鄉(xiāng)村聚落空間分布及演變的重要因素。由表8可知，2009年和2017年有超過70%的鄉(xiāng)村聚落分布在農村人口規(guī)模較大、人均地區(qū)生產總值和人均地方財政收入較低的地區(qū)，隨著農村人口總數的提高，鄉(xiāng)村聚落用地占比呈現(xiàn)出增加趨勢；而隨著人均地方財政收入等級的提高，鄉(xiāng)村聚落用地占比則呈現(xiàn)出減少的特征；隨著人均地區(qū)生產總值水平的提升，聚落面積占比呈現(xiàn)出“波浪式”的變化規(guī)律，但仍然表現(xiàn)出較低的人均地區(qū)生產總值對應較高的聚落占比的特點；在城鄉(xiāng)居民收入比值因素的影響下，鄉(xiāng)村聚落呈現(xiàn)出“梭形”的分布特征，即約69%的鄉(xiāng)村聚落分布于城鄉(xiāng)居民收入比值的中等地區(qū)，約14%的鄉(xiāng)村聚落分布在比值較低的地區(qū)，約17%的鄉(xiāng)村聚落分布在比值較高的地區(qū)。

表8 2009-2017年不同社會經濟條件下鄉(xiāng)村聚落統(tǒng)計

從聚落變化來看，新增聚落主要分布在具有較高的農村人口規(guī)模、較低的人均地區(qū)生產總值和人均地方財政收入的地區(qū)。這是因為農村人口是鄉(xiāng)村地域空間的生活主體，也是鄉(xiāng)村聚落空間格局形成及演變的主要驅動力；在人均地區(qū)生產總值和人均地方財政收入較低的地區(qū)，由于原有鄉(xiāng)村聚落規(guī)模較大，聚落面積變化幅度相對較高，因此在新增面積中占據較大比例；此外，新增聚落主要分布在城鄉(xiāng)差距中等偏小的地區(qū)，這表明城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展對鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化和工業(yè)化有一定的促進作用。

4 討論與結論

(1) 2009—2017年，武漢城市圈的鄉(xiāng)村聚落規(guī)模整體呈擴大趨勢，斑塊形態(tài)趨于規(guī)則，破碎化程度較低，聚落單體布局形態(tài)多樣化，呈現(xiàn)出點狀、條帶和組團3種形態(tài)，聚落規(guī)模擴張以點狀、帶狀和塊狀擴張為主；聚落整體保持集聚分布模式，聚落增減密度分布呈“北疏南密，向中心城區(qū)聚集”的特點，聚落局部以面積增加為主，新增聚落向各中心城區(qū)集聚。

(2) 2009—2017年，武漢城市圈鄉(xiāng)村聚落空間演變主要發(fā)生在低海拔(<200 m)、低坡度(<2°)、降水量豐富(>1 400 mm)、氣候溫暖(>17℃)的地區(qū)，并呈現(xiàn)出明顯的河流指向、道路指向特征，距離河流、道路越近，鄉(xiāng)村聚落的新增面積比例越高；在區(qū)位條件方面，鄉(xiāng)村聚落主要受鄉(xiāng)鎮(zhèn)可達性的影響，聚落面積占比大體呈現(xiàn)出由高到低的變化趨勢；此外，鄉(xiāng)村聚落空間演變主要發(fā)生在具有較高的農村人口規(guī)模、較低的人均地區(qū)生產總值和人均地方財政收入的地區(qū)。

隨著近年來社會經濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化的步伐日趨加速，在城市空間格局發(fā)生劇烈變化的同時，鄉(xiāng)村聚落也正在經歷地域空間格局優(yōu)化、社會經濟形態(tài)重組、功能布局提升完善的轉型階段[30]。鄉(xiāng)村聚落空間格局的演變在一定程度上反映了鄉(xiāng)村地區(qū)發(fā)展的本底條件與空間訴求。在新時代鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和國土空間規(guī)劃改革不斷推進的背景下，為推動城鄉(xiāng)融合發(fā)展一體化，重塑城鄉(xiāng)關系，推動鄉(xiāng)村聚落的有序轉型與可持續(xù)發(fā)展，應加強國土空間規(guī)劃引導，深度解析村莊演變的歷史路徑，推動村莊規(guī)劃全覆蓋，因村施策助力鄉(xiāng)村振興；嚴格落實耕地保護，在建設用地上要嚴控總量，盤活存量，探索宅基地有償退出機制和配套政策；統(tǒng)籌城鄉(xiāng)融合發(fā)展，推動農村人口就近就地城鎮(zhèn)化，穩(wěn)步推進涉農資金整合，強化資金保障，促進一二三產業(yè)融合發(fā)展，探索多類型產業(yè)融合發(fā)展新模式，拓展鄉(xiāng)村發(fā)展空間，激發(fā)鄉(xiāng)村發(fā)展動能。