基于曲面耕作半徑與MaxENT模型的哈尼梯田區(qū)聚落格局優(yōu)化

劉志林，李石華，角媛梅，丁銀平，劉澄靜，張　娟，李　絨，邱應(yīng)美，趙冬梅，查智琴

·土地整理工程·

基于曲面耕作半徑與MaxENT模型的哈尼梯田區(qū)聚落格局優(yōu)化

劉志林1，李石華2，角媛梅1※，丁銀平1，劉澄靜1，張娟1，李絨1，邱應(yīng)美1，趙冬梅1，查智琴1

（1. 云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明 650500；2. 云南省基礎(chǔ)地理信息中心，昆明 650034）

鄉(xiāng)村聚落格局優(yōu)化是土地整理的一項(xiàng)重要工作，對緩解區(qū)域人地矛盾，解決“三農(nóng)”問題，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。該文以紅河哈尼梯田世界文化遺產(chǎn)所在地元陽縣為研究區(qū)，采用曲面距離法計(jì)算耕作半徑，以景觀連接度和緩沖區(qū)法計(jì)算耕地重疊區(qū)（耕作強(qiáng)度），再結(jié)合耕作通勤時(shí)間計(jì)算得到哈尼梯田區(qū)的適宜耕作半徑。然后依據(jù)遺產(chǎn)保護(hù)要求與適宜耕作半徑識(shí)別出聚落格局整理區(qū)，引入生態(tài)模型MaxENT，以氣候、地質(zhì)地貌及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等4大類的11個(gè)因子為數(shù)據(jù)源模擬得到新增聚落的空間位置，提出聚落格局優(yōu)化建議。結(jié)果表明：1）基于曲面距離和耕作重疊計(jì)算得到的全縣最適宜耕作半徑為1 041 m。2）依據(jù)遺產(chǎn)保護(hù)和適宜耕作半徑分析識(shí)別出需要進(jìn)行聚落格局優(yōu)化的區(qū)域?yàn)檫z產(chǎn)核心區(qū)的新街鎮(zhèn)、小新街鄉(xiāng)，其余地區(qū)為聚落低密度區(qū)。3）通過MaxENT模型分析影響聚落分布的因子表明，遺產(chǎn)區(qū)為氣候因子即降水和氣溫、小新街鄉(xiāng)為氣溫和旅游中心距離，聚落低密度區(qū)則為海拔和巖性。4）MaxENT模型模擬的新增聚落空間位置及格局優(yōu)化表明，遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)潛在適宜聚落區(qū)面積為18.42 km2，其中核心區(qū)內(nèi)聚落根據(jù)遺產(chǎn)保護(hù)條例整體保留，新增人口可外遷至緩沖區(qū)（沙拉托鄉(xiāng)）內(nèi)的潛在適宜區(qū)；小新街鄉(xiāng)內(nèi)潛在適宜聚落用地面積為9.26 km2，區(qū)內(nèi)聚落就近遷入潛在適宜區(qū)；其余聚落低密度區(qū)內(nèi)的潛在適宜居住面積為92.26 km2，在潛在適宜區(qū)內(nèi)選址聚集為2～3個(gè)聚落群。該文研究結(jié)果可為哈尼梯田基本農(nóng)田改造、撤村并點(diǎn)、遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃、聚落空間結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)參考。

聚落；優(yōu)化；哈尼梯田；MaxENT模型；曲面耕作半徑；聚落空間格局

0 引 言

鄉(xiāng)村聚落是人類生產(chǎn)和生活的主要場所，其分布格局是自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及歷史發(fā)展的反映[1]。當(dāng)前快速城市化和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)地位下降等因素使鄉(xiāng)村聚落面臨空心化甚至消失的危機(jī)[2-5]，因而鄉(xiāng)村聚落格局優(yōu)化成為全球鄉(xiāng)村研究的熱點(diǎn)問題[6-7]。鄉(xiāng)村聚落空間格局主要由耕作半徑和區(qū)位條件決定[8]。耕作半徑是農(nóng)村聚落離耕作區(qū)的遠(yuǎn)近，決定了農(nóng)民與土地的關(guān)系[1]，耕作半徑小，往往形成規(guī)模小而密度大的密集型村落，人少地多則相反[9]；同時(shí)居民點(diǎn)分布格局也受坡度、海拔、農(nóng)用地以及城鎮(zhèn)和交通道路等自然、生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的綜合影響[10]。對鄉(xiāng)村聚落空間格局優(yōu)化研究的內(nèi)容主要是通過識(shí)別影響聚落發(fā)展的制約因子進(jìn)行格局優(yōu)化，在方法上主要有生活質(zhì)量法[7]、Logistic回歸模型[10]、適宜耕作半徑優(yōu)化法[11-12]、區(qū)位評(píng)價(jià)法[13-14]、景觀格局指數(shù)法[15]、點(diǎn)軸理論法[16]。適宜耕作半徑優(yōu)化法主要考慮了耕作半徑對聚落格局的影響，而對聚落自然、生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境考慮不足，目前在適宜耕作半徑識(shí)別上主要使用歐式距離、緩沖區(qū)法[1,11]，雖可以快速計(jì)算區(qū)域耕作半徑，但在坡度較大的山區(qū)具有很大的局限性；區(qū)位評(píng)價(jià)法較好地評(píng)價(jià)了影響聚落格局的環(huán)境因子，但忽視了耕作半徑對聚落格局的影響，在聚落區(qū)位自然環(huán)境因子的選擇上，主要集中在：坡度[11,13-16]，海拔[13-17]，人文環(huán)境因子主要有：道路距離[13-17]，人口[13,17]，河流距離[13,15]；點(diǎn)軸理論法、生活質(zhì)量法、Logistic回歸模型具有很好的定量計(jì)算，但在空間表達(dá)上尚有不足；目前關(guān)于聚落格局優(yōu)化的研究多以全域優(yōu)化為主[11,13-17]，全域優(yōu)化具有統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，但其涉及的整治范圍與利益主體更大，增加了規(guī)劃落地的難度。

基于此本文以紅河哈尼梯田為研究對象，結(jié)合遺產(chǎn)保護(hù)背景和適宜耕作半徑識(shí)別區(qū)內(nèi)人地矛盾最為突出的區(qū)域—整理區(qū)。使用曲面距離（表面距離）計(jì)算耕作半徑，新增景觀連接度計(jì)算了耕作重疊區(qū)，納入到適宜耕作半徑識(shí)別中。同時(shí)在運(yùn)用地理學(xué)方法的基礎(chǔ)上，引入經(jīng)典生態(tài)學(xué)模型MaxENT對新增聚落的潛在適宜布局區(qū)進(jìn)行了空間模擬與表達(dá)。最后通過適宜耕作半徑與MaxENT計(jì)算結(jié)果，在遺產(chǎn)保護(hù)背景下進(jìn)行綜合格局優(yōu)化。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

哈尼梯田主體位于中國西南部的云南省紅河州元陽縣，具體位置如圖1。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

地理坐標(biāo)為 22°49′―23°19′N、120°27′―103°13′E，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。2009年被列入世界農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)和國家濕地公園名錄，2013年聯(lián)合國教科文組織批準(zhǔn)為世界文化遺產(chǎn)[18]，遺產(chǎn)核心區(qū)和緩沖區(qū)面積461 km2。紅河哈尼梯田以梯田“分布之廣，規(guī)模之大，建造之奇，在中國僅有，世界罕見”而聞名中外。區(qū)內(nèi)分布梯田478 km2占國土面積21.8%，最大海拔為2 954 m，最低為126 m，海拔落差2 825 m。梯田廣布，地勢險(xiǎn)峻，屬于典型的山區(qū)稻作農(nóng)業(yè)。2016年元陽縣境內(nèi)共有行政村131個(gè)，涉及110 978戶，447 637人。其中哈尼族246 480人、彝族105 155人、漢族47 296人、傣族19 238人、苗族15 645人。2016年元陽縣國民生產(chǎn)總值449 814萬元，其中第一產(chǎn)業(yè)為130 380萬元，第三產(chǎn)業(yè)186 306萬元，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值主要以農(nóng)業(yè)與旅游產(chǎn)業(yè)為主。紅河哈尼梯田是以梯田、聚落等為核心要素的世界文化遺產(chǎn)、全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)、國家濕地公園，具有極高的美學(xué)與歷史價(jià)值。近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，區(qū)內(nèi)人口由2005年的359 312人，增加到2016年的447 637人；區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)聚落在上梯田在下的景觀格局，經(jīng)過1 300余年的開墾，聚落周圍的耕地資源基本開發(fā)殆盡；在遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)（461 km2，143 560人）受保護(hù)條列的限制，區(qū)內(nèi)禁止開發(fā)，新建與改造目前的建筑。人口快速增加、耕地資源短缺、遺產(chǎn)保護(hù)條列限制等一系列問題，帶來了嚴(yán)重的人地矛盾—居住地與耕地資源短缺，威脅到遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，亟待對區(qū)內(nèi)進(jìn)行聚落格局優(yōu)化，緩解人地矛盾，實(shí)現(xiàn)遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 因子選取與數(shù)據(jù)來源

通過文獻(xiàn)整理發(fā)現(xiàn)水系距離、耕作半徑、道路距離、海拔、坡度、降水、氣溫、糧食產(chǎn)量、人口規(guī)模等因子是影響聚落布局的主要因子。分別提取元陽縣各因子，并與聚落分布數(shù)進(jìn)行數(shù)量關(guān)系擬合。擬合結(jié)果顯示聚落分布數(shù)與水系距離、道路距離、海拔、坡度、降水、氣溫、糧食產(chǎn)量、人口規(guī)模、斷層距離、經(jīng)濟(jì)和行政中心（距縣首府距離）距離、旅游中心距離等因子2＞0.7，具有較好的解釋度，即以上因子與聚落分布具有一定數(shù)量關(guān)系，影響聚落布局，因此將其納入影響因子中。巖性因子為類別變量無法與聚落分布數(shù)進(jìn)行擬合，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)398個(gè)聚落分布在D2m巖層上，其他巖層分布數(shù)量較少，因此特殊巖層對聚落分布具有顯著影響，所以將巖性也納入影響因子中。通過模型預(yù)運(yùn)算，結(jié)果顯示預(yù)測范圍分布在道路兩側(cè)，90%的聚落距離道路小于100 m，因此模型預(yù)測的范圍被限制在道路100 m以內(nèi)，根據(jù)相關(guān)研究[19]：研究范圍增大，MaxENT模型準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性增加，道路因子限制了研究范圍使模型精度降低，一般而言道路可以在聚落布局前后新修，對聚落布局的影響有限，為了提升模型的精度，故將道路因子剔除。

通過文獻(xiàn)初步篩選，因子擬合、模型預(yù)運(yùn)算，最終確定了水系距離、海拔、坡度、降水、氣溫、糧食產(chǎn)量、人口規(guī)模、巖性、斷層、距縣首府距離、旅游中心距離等11個(gè)因子。

2017年元陽縣耕地?cái)?shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、居民點(diǎn)數(shù)據(jù)采用云南省第一次地理國情普查數(shù)據(jù)庫中相關(guān)矢量數(shù)據(jù)，DEM柵格數(shù)據(jù)精度為10 m；人口規(guī)模數(shù)據(jù)來自紅河哈尼梯田管理局的各個(gè)聚落總?cè)丝跀?shù)；糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自于元陽縣統(tǒng)計(jì)局2016年工作提要；溫度與降水?dāng)?shù)據(jù)來自中國科學(xué)院青藏高原研究所；巖性與斷層數(shù)據(jù)來自云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院。具體數(shù)據(jù)屬性見表1。

1.3 主要研究方法

1）曲面距離計(jì)算方法

哈尼梯田是典型的山區(qū)稻作農(nóng)業(yè)，海拔落差2 825 m。一般而言兩地海拔差越大，坡度也越大，平面與實(shí)際距離的誤差也就越大。因此本文將海拔與平面距離疊加，進(jìn)行曲面距離（表面距離）計(jì)算。基本思路為：通過數(shù)據(jù)處理得到10 m×10 m的聚落到耕地的歐式距離與坡度（由海拔計(jì)算得到）柵格，在每個(gè)柵格內(nèi)曲面距離計(jì)算方法如下：聚落與耕地處在同一平面上，二者距離為聚落到耕地的平面直線距。當(dāng)疊加海拔后，聚落與耕地之間形成角度，聚落與耕地不在同一平面，二者距離為聚落到耕地的曲面距離。

表1 數(shù)據(jù)來源及屬性

聚落與耕地的位置關(guān)系有兩種：聚落低于耕地，夾角為正，聚落高于耕地，夾角為負(fù)。兩種情況下的曲面距離均可以使用聚落與耕地構(gòu)成的三角函數(shù)求解。

式中為聚落與耕地的相對坡度，為聚落到耕地的平面距離（歐式距離），為聚落到耕地的曲面距離。

本文使用曲面距離計(jì)算了耕作半耕、河流、道路距離。

2）耕作半徑與耕作重疊區(qū)（耕作強(qiáng)度）計(jì)算方法

對聚落點(diǎn)進(jìn)行曲面距離計(jì)算，提取耕地斑塊，得到聚落到耕地的距離，即耕作半徑。通過計(jì)算共得到4 351條耕作半徑，為了簡化計(jì)算，需要確定隨耕作半徑變化耕地面積發(fā)生顯著變化的點(diǎn)，即為具有變化特征意義的耕作半徑。通過自然斷裂法計(jì)算，使數(shù)據(jù)組內(nèi)差異最小，組間差異最大，以此確定了耕地面積變異最大點(diǎn)對應(yīng)的耕作半徑，分別為341、580、819、1 041、1 262、1 501、1 791、2 133、2 628和4 351 m。

耕作重疊區(qū)（耕作強(qiáng)度）通過計(jì)算聚落間的連接度與緩沖區(qū)來識(shí)別。耕作重疊區(qū)面積越大，說明聚落分布越密集，耕地資源稀缺，耕作強(qiáng)度增大。以村寨聚落區(qū)為連接斑塊，通過Conefor進(jìn)行聚落斑塊的連接性來確定聚落斑塊的耕作重疊區(qū)，具體計(jì)算與識(shí)別方法如下：

如圖2所示，假定、、、、為聚落，聚落間距離、、、、、、、、、如圖2所示，周圍主要景觀為耕地，其他環(huán)境因子為均質(zhì)。

圖2 耕作重疊區(qū)（耕作強(qiáng)度）示意圖

以50 m為搜索半徑進(jìn)行連接度運(yùn)算，如圖所示、兩個(gè)聚落相距50 m，因此和線性連接，、兩個(gè)聚落耕作區(qū)部分重疊，、、3個(gè)聚落不相連，耕作區(qū)不重疊，適宜耕作半徑大于50 m；以100 m為搜索半徑進(jìn)行連接度運(yùn)算，如圖所示、兩個(gè)聚落距離大于200 m，、兩個(gè)聚落耕作區(qū)不重疊；距離小于100，其耕作區(qū)重疊面積最大；其他聚落距離大于100 m小于200 m，耕作區(qū)部分重疊即距離越小耕作區(qū)重疊的面積越大；整體來看，5個(gè)聚落成網(wǎng)狀連接時(shí)，為連接最多的聚落即為連接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其耕作區(qū)完全與其他聚落的耕作區(qū)重疊。

可以得出：1）當(dāng)搜索半徑小于聚落間距離時(shí)（＜），斑塊不連接，耕作區(qū)不相交；2）當(dāng)搜索半徑等于聚落間距離時(shí)（＝），聚落間相連，耕作區(qū)約1/4重合；3）當(dāng)搜索半徑等于2倍聚落間距離時(shí)（＝2），聚落連接，耕作區(qū)相切；3）當(dāng)搜索半徑大于聚落間距離但小于2倍距離時(shí)（＞＜2），聚落連接，耕作區(qū)相交，重疊面積小于1/4；4）當(dāng)搜索半徑大于2倍距離時(shí)（＞2），聚落連接，耕作區(qū)重疊面積大于2/3。聚落間成線性連接時(shí)，聚落連接數(shù)量少，耕作區(qū)重疊面積小，反之亦然。

本文將元陽縣居民點(diǎn)作為源圖層，將具有變化特征意義的耕作半徑確定為搜索半徑，在AcrGIS中進(jìn)行連接性分析，得到341、580、819、1 041、1 262、1 501、1 791、2 133、2 628和4 351 m搜索半徑下聚落斑塊連接的形狀與數(shù)量，并以此進(jìn)行緩沖區(qū)分析，得到聚落點(diǎn)的耕作區(qū)，最后進(jìn)行重疊分析，得到聚落耕作重疊區(qū)。

3）MaxENT模型

MaxENT模型是一種通過最大熵的可能分布來估算物種分布的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，是機(jī)器學(xué)習(xí)概率模型，用于計(jì)算數(shù)據(jù)中存在的模式[20]。主要應(yīng)用于確定與預(yù)測物種最佳分布的空間位置。其主要工作原理為：在給定樣本和影響樣本的因子1、2……后，開始運(yùn)行，并進(jìn)行多次迭代計(jì)算，每次迭代計(jì)算都會(huì)增加樣本位置概率，增益從0開始，隨采樣的位置值增加而增加，直至模型收斂到1、2……后得到最優(yōu)值。

式中，()為最優(yōu)分布，為樣本，1、2……為常數(shù)，1()、2()……為影響因子，為比列常數(shù)，保證在所有網(wǎng)格上加到1。

MaxENT模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物種的潛在地理分布預(yù)測[[21-24]、人口與社會(huì)環(huán)境關(guān)系評(píng)價(jià)[25]、疾病病毒的空間傳播[26]等眾多自然與社會(huì)環(huán)境研究中。人作為一種復(fù)雜的生物，其聚落布局受特定的自然與人文環(huán)境影響。MaxENT模型主要計(jì)算思想是:將已知點(diǎn)坐標(biāo)輸入模型，導(dǎo)入影響因子，模型通過迭代計(jì)算，找出與輸入點(diǎn)環(huán)境最相似的區(qū)域。本文的計(jì)算思想與之一致，將整理區(qū)內(nèi)聚落坐標(biāo)點(diǎn)，輸入模型，導(dǎo)入影響聚落布局的因子，通過模型計(jì)算，在全縣范圍內(nèi)找出與整理區(qū)內(nèi)聚落環(huán)境最為相似區(qū)域，即為新增聚落潛在布局適宜區(qū)。

將所有因子數(shù)據(jù)統(tǒng)一為10 m×10 m的柵格后，把遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)內(nèi)的聚落點(diǎn)作為樣本，分別輸入氣候因子（降水、氣溫）、地貌因子（海拔、坡度）、水文因子（河流）、地質(zhì)因子（斷層、巖性）、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子（人口規(guī)模、糧食產(chǎn)量、距縣首府距離、旅游中心距離），進(jìn)行模型的運(yùn)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于曲面距離和耕作重疊區(qū)的適宜耕作半徑分析

通過曲面距離計(jì)算，得到聚落到耕地的曲面距離，結(jié)果顯示，元陽縣74.27%以上耕地集中在半徑1 041 m以下，580 m半徑下耕地分布面積最大，占比為22.65%，4 351 m半徑下耕地分布最少，僅為0.29%。

耕地空間分布與耕作半徑具有密切聯(lián)系，為了直觀呈現(xiàn)這種數(shù)量關(guān)系，分別統(tǒng)計(jì)了耕作半徑與耕地面積占比、累計(jì)占比的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖3。

圖3 耕作半徑與耕地分布關(guān)系

如圖3所示呈現(xiàn)出以下規(guī)律，在耕作面積占比上：具有明顯的距離遞減效應(yīng)，隨耕作半徑增加，耕地面積下降，即耕作半徑越大對應(yīng)的耕地面積越少。但在341～580 m半徑上，具有相反趨勢，耕地面積隨半徑增加而增加，并達(dá)到最大值，說明耕作半徑小（580 m以下）是元陽縣耕地分布的主要特征，580～819 m耕作半徑區(qū)間，耕地面積隨半徑增加而減小的幅度（平均1.19%）小于1 041～1 791 m耕作半徑之間的下降幅度（平均3.86%），反映出了580～1 791 m耕作半徑下耕地隨耕作半徑增加而下降速率增加的趨勢；在耕地累計(jì)占比上：呈現(xiàn)距離遞增效應(yīng)，即耕地累計(jì)占比隨耕作半徑的增加呈現(xiàn)指數(shù)增加。整個(gè)增長過程可分為三個(gè)區(qū)間，341～1 041 m為快速增加區(qū)間，耕地面積的增加速率最快，達(dá)到了17.72%，主要由于此區(qū)間內(nèi)耕作半徑小，耕作成本低，耕地開發(fā)強(qiáng)度大，耕地分布集中；1 041～1 791 m為增加衰退區(qū)間，耕地面積隨半徑增加速率開始下降到4.52%，增加速率較341～1 041 m區(qū)間下降了74%，由于此區(qū)間，隨半徑增加，耕作成本上升，耕地分布面積與集中度開始下降，導(dǎo)致累計(jì)占比增速減緩；1 791～4 351 m為增加消亡區(qū)間，耕地面積隨半徑增加速率下降到1.11%，較341～1 041 m快速增加區(qū)間下降了93.7%，此區(qū)間內(nèi)耕作半徑達(dá)到最大，耕作通勤時(shí)間與強(qiáng)度也達(dá)到最大，耕地斑塊面積小且分散。

耕作重疊區(qū)是聚落間一定耕作半徑下耕地資源利用程度的直觀反映。根據(jù)曲面距離下耕地分布特征，分別以341、580、819、1 041、1 262、1 501、1 791、2 133、2 628和4 351 m為搜索半徑，計(jì)算全縣聚落連接度與耕作重疊區(qū)面積，結(jié)果如圖4。

圖4 不同耕作半徑下耕作重疊區(qū)

由圖可知在半徑等于341 m時(shí)，村寨幾乎沒有連接，耕作區(qū)重疊面積較?。?4.27 km2）；當(dāng)半徑等于580 m時(shí)，圖中為零星線性連接，部分耕作區(qū)小范圍重疊（209.15 km2）；當(dāng)半徑等于819 m時(shí)，中部的牛角寨鄉(xiāng)、新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)、嘎娘鄉(xiāng)、上新城鄉(xiāng)、逢春嶺鄉(xiāng)等地線性連接加密，耕作區(qū)重疊范圍增大（510.73 km2）；當(dāng)半徑等于1 041 m時(shí)，牛角寨鄉(xiāng)、新街鎮(zhèn)、小新街鄉(xiāng)形成簡單的網(wǎng)絡(luò)連接，耕作區(qū)重疊范圍進(jìn)一步增大（846.9 km2）；當(dāng)半徑在1 262 m時(shí)，中部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜，南北部線性連接加密，中部出現(xiàn)耕作區(qū)連片重疊；在1 501 m時(shí)，中部的牛角寨鄉(xiāng)、新街鎮(zhèn)、小新街鄉(xiāng)、嘎娘鄉(xiāng)、逢春嶺鄉(xiāng)等地出現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)連接，其他地區(qū)出現(xiàn)簡單網(wǎng)絡(luò)連接，線性結(jié)構(gòu)減少，耕作區(qū)重疊面積超過耕作區(qū)的78.6%；在1 791 m時(shí)，中部絕大部地區(qū)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)更加復(fù)雜的連接，87.2%耕作區(qū)重疊；當(dāng)半徑等于4 351 m時(shí)，全部村寨連接，中部出現(xiàn)極復(fù)雜的連接，耕作重疊面積接近耕作區(qū)面積。

耕作半徑是影響耕作重疊區(qū)的重要因子，為了反映他們之間的數(shù)量聯(lián)系，分別統(tǒng)計(jì)不同耕作半徑下耕作區(qū)、重疊區(qū)的面積，如圖5。由圖可知：耕作半徑與耕作區(qū)面積、耕作區(qū)重疊面積為正比關(guān)系。隨耕作半徑的增加耕作區(qū)與耕作重疊區(qū)的面積隨之增加。耕作區(qū)與耕作重疊區(qū)面積隨半徑的增加呈現(xiàn)先擴(kuò)大后減小的趨勢。在耕作半徑為341～1 041 m時(shí)耕作區(qū)與重疊面積差值快速增加，即耕作面積凈增加速度加快，且村寨間的連接性差，耕作區(qū)獨(dú)立，重疊面積少，耕作區(qū)增加面積遠(yuǎn)高于重疊區(qū)面積，耕地面積凈增加效應(yīng)明顯；當(dāng)耕作半徑達(dá)到1 041～1 262 m時(shí)耕作面積與重疊面積差值達(dá)到最大，即耕地的凈增長面積達(dá)到最大，1 041～1 262 m半徑內(nèi)，區(qū)內(nèi)村寨70%連接，呈現(xiàn)出簡單的網(wǎng)絡(luò)與線性連接，耕作區(qū)部分重疊但面積較小，在1 041 m時(shí)耕作區(qū)與重疊區(qū)面積的增加量持平，耕地面積凈增加量達(dá)到最大，耕地凈增加效應(yīng)達(dá)到零界點(diǎn)；超過臨界點(diǎn)1 041 m，重疊面積增速超過耕作區(qū)增速，耕地凈增加面積開始減少，即隨耕作半徑增加，耕地面積增加效率開始下降。在4 351 m耕作半徑內(nèi)，耕地凈增加面積達(dá)到最小值1.52 km2，村寨連接達(dá)到100%，耕作區(qū)大面積重疊，耕作重疊面積達(dá)到最大2 205.2 km2。

圖5 不同耕作半徑下耕作重疊區(qū)

綜合考慮耕地分布與耕作重疊特征：1 041 m為元陽縣適宜耕作距離。1 041 m耕作半徑下，耕地面積占比為74.27%，同時(shí)1 041 m位于耕作區(qū)與重疊區(qū)面積增加的臨界值，超過1 041 m耕作重疊區(qū)面積迅速增加，耕地凈增加量下降。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果：80%的農(nóng)民可以接受的耕作出行時(shí)間在20 min以下[11]，本區(qū)為山區(qū)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作方式，主要以人力耕種為主，人在山區(qū)的步行速度為3～5 km/h[27]，1 041 m耕作半徑的通勤時(shí)間為12～20 min，耕作通勤時(shí)間符合大多數(shù)居民的需求。綜合耕地分布與耕作重疊區(qū)特征與通勤時(shí)間等因素得出元陽縣聚落耕作半徑為1 041 m。

2.2 基于遺產(chǎn)保護(hù)與適宜耕作半徑的聚落整理區(qū)識(shí)別

1）遺產(chǎn)保護(hù)背景下的高密度聚落整理區(qū)識(shí)別

紅河哈尼梯田是世界文化景觀遺產(chǎn)、全球重要農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)，國家濕地公園。根據(jù)世界文化遺產(chǎn)保護(hù)條例規(guī)定：遺產(chǎn)區(qū)為嚴(yán)格保護(hù)區(qū)，嚴(yán)禁開發(fā)、新增建設(shè)用地，改變現(xiàn)有建筑風(fēng)貌即現(xiàn)有建筑不能超過4層。通過計(jì)算全縣聚落密度，結(jié)果如圖6。遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)為新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)、牛角寨鄉(xiāng)，通過計(jì)算全縣的聚落密度，可以發(fā)現(xiàn)全縣聚落密度最大區(qū)域正好位于3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)。2005年新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)、牛角寨鄉(xiāng)人口為35 174、16 987和30 259人，到2016年三地人口增加至85 349、21 527、36 684人，在過去的10年，三地人口增加了142.6%、26%和21%。2013年哈尼梯田成為世界文化景觀遺產(chǎn)后，大批游客涌入遺產(chǎn)區(qū)，形成了一個(gè)不容忽視的矛盾：一方面是高密度的聚落格局、大量新增的人口、不斷涌入的游客，另一方面是遺產(chǎn)保護(hù)條例下嚴(yán)禁新增建設(shè)用地，加高現(xiàn)有建筑的規(guī)定。因此目前迫切需要為遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)的聚落尋找適宜居住區(qū)，進(jìn)行格局優(yōu)化，緩解矛盾。

2）適宜耕作半徑下的高強(qiáng)度耕作聚落整理區(qū)識(shí)別

一般而言，耕作區(qū)重疊說明聚落之間的耕作范圍交叉，耕地資源不足，存在共同爭奪耕地資源的現(xiàn)象。耕作區(qū)重疊面積越大，耕地資源越短缺，聚落間對耕地資源的爭奪越激烈，耕作強(qiáng)度增大。以1 041 m適宜耕作半徑為基礎(chǔ)，計(jì)算全縣耕作重疊區(qū)，結(jié)果如圖7。在1 041 m全縣適宜耕作半徑下，耕作區(qū)重疊范圍最大區(qū)域位于元陽的中部，說明中部耕作強(qiáng)度最大。具體來看，在1 041 m耕作半徑下，全縣耕作區(qū)重疊面積846.9 km2，其中中部的新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)、牛角寨鄉(xiāng)、小新街鄉(xiāng)的重疊面積分別占比分別為14.36%、3.80%、8.77%和7.5%，從連接度來看，四地90%以上的聚落連接，且形成網(wǎng)絡(luò)，因此為全縣耕作區(qū)重疊最為集中、面積最大的區(qū)域，即為全縣耕作強(qiáng)度最大的區(qū)域。同時(shí)四地均位于農(nóng)業(yè)活動(dòng)活躍區(qū)、發(fā)達(dá)區(qū)，區(qū)內(nèi)大部分耕地資源已經(jīng)開發(fā)，隨著人口的增加，耕地短缺的現(xiàn)狀將會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重，耕作壓力增大，人地矛盾持續(xù)激化，為了緩解耕作壓力，需要為四地內(nèi)的聚落，尋找適宜聚落布局區(qū)，進(jìn)行部分聚落的外遷，緩解兩區(qū)內(nèi)日益激化的耕地矛盾。

圖6 聚落高密度區(qū)識(shí)別

圖7 適宜耕作半徑下的耕作重疊區(qū)

綜上，遺產(chǎn)保護(hù)背景下的高密度聚落主要有新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)、牛角寨鄉(xiāng)3地。適宜耕作半徑下全縣耕作強(qiáng)度最大區(qū)域位于元陽中部的牛角寨鄉(xiāng)、新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)和小新街鄉(xiāng)4地。其中牛角寨鄉(xiāng)、攀枝花鄉(xiāng)與新街鎮(zhèn)3地，聚落密度大、人口增加迅速，受遺產(chǎn)保護(hù)條列約束無法大規(guī)模新增居住用地，居住矛盾突出，同時(shí)又是全縣高強(qiáng)度耕作區(qū)，耕作用地矛盾突出，因此遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)的牛角寨鄉(xiāng)、新街鎮(zhèn)、攀枝花鄉(xiāng)的聚落格局是全縣優(yōu)先整理區(qū)；小新街鄉(xiāng)位于全縣高強(qiáng)度耕作區(qū)內(nèi)，主要由聚落分布過密導(dǎo)致的耕作強(qiáng)度增加，但不受遺產(chǎn)保護(hù)條列的約束，為全縣次級(jí)整理區(qū)；此外在全縣的南、北部零散分布一些小聚落，給行政管理與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來了極大的不便，因此也需要對這些聚落進(jìn)行空間上的整合，尋找距離較近，地理?xiàng)l件適宜的區(qū)域，進(jìn)行聚落空間整合。通過適宜耕作半徑與遺產(chǎn)保護(hù)背景識(shí)別出本區(qū)潛在的聚落格局整理區(qū)為：遺產(chǎn)區(qū)，小新街鄉(xiāng)，聚落低密度區(qū)內(nèi)的分散聚落。

2.3 基于MaxENT模型的聚落格局影響因子識(shí)別

元陽縣聚落整理區(qū)為遺產(chǎn)區(qū)與小新街鄉(xiāng)，以及聚落低密度區(qū)。通過遺產(chǎn)區(qū)邊界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界以及聚落分布密度，提取出了需要優(yōu)化布局的聚落，共涉及298個(gè)聚落。將遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)內(nèi)的聚落點(diǎn)作為樣本，分別輸入氣候因子（降水、氣溫）、地貌因子（海拔、坡度）、水文因子（河流）、地質(zhì)因子（斷層、巖性）和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子（人口、糧食產(chǎn)量、距縣首府距離、旅游中心距離），通過MaxENT模型進(jìn)行同質(zhì)區(qū)域的識(shí)別與預(yù)測。ROC曲線(Receiver Operating Characteristic）分析方法被用來評(píng)價(jià)MaxENT模型的精準(zhǔn)度[28]此精準(zhǔn)度由 AUC（area under Roc curve）值來確定的。AUC值為 ROC曲線與橫坐標(biāo)所圍成面積的大小，該值的大小范圍為0～1，值越大，表示模型的精度越高[29]。AUC評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為極差（≤0.06），差（0.60～0.70），一般（0.70～0.80），好（0.80～0.90），極好（0.90～1.00）[30]。本文AUC值分別在遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度聚落區(qū)為0.97、0.98和0.97如圖8，均具有極好的表現(xiàn)，說明MaxENT模型對三地的識(shí)別與預(yù)測可靠性高，結(jié)果可信。

圖8 遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)和聚落低密度區(qū)最大熵模型的AUC值

影響聚落布局的關(guān)鍵因子是聚落地理環(huán)境主要特征的直觀體現(xiàn)，也是進(jìn)行格局優(yōu)化考慮的主要內(nèi)容。分別計(jì)算遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)和聚落低密度區(qū)，各因子對模型識(shí)別與預(yù)測的貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表2。

表2 不同區(qū)域各因子對模型的貢獻(xiàn)率

在遺產(chǎn)內(nèi)，貢獻(xiàn)率最高因子為氣溫與降水，區(qū)內(nèi)聚落多分布于海拔1 200～1 800 m之間，1200m以下為河谷地帶，盛行干熱河谷氣候，氣溫干熱，不適宜居住，1 800 m以上山地區(qū)域氣溫又過低，難以滿足農(nóng)作物生長。因此區(qū)內(nèi)1 200～1 800 m海拔段是哈尼族的宜居地帶，同時(shí)本區(qū)又位于哀牢山迎風(fēng)半山地帶，水汽自紅河河谷蒸發(fā)，在本區(qū)形成了一個(gè)降水適宜帶，氣溫與降水在本區(qū)是聚落選址的關(guān)鍵因子。糧食產(chǎn)量與斷層的貢獻(xiàn)率最小為0，本區(qū)是全縣糧食產(chǎn)量最高的區(qū)域，屬于同一地質(zhì)斷層，同質(zhì)面積較大，對模型預(yù)測的響應(yīng)不明顯。綜上遺產(chǎn)地聚落布局特征為海拔1 200～1 800 m之間、降水在800～1 100 mm的區(qū)域；在小新街鄉(xiāng)，貢獻(xiàn)率最大因子為氣溫與海拔，海拔從0～1 500 m，預(yù)測值與海拔的相關(guān)性持續(xù)增加，到1 500 m達(dá)到最大0.98，自1 500 m后相關(guān)性迅速下降，說明本區(qū)大部分聚落分布在海拔1 500 m以下，1 500 m以上聚落較少。本區(qū)平均最低氣溫為14.5 ℃，91%聚落均位于此區(qū)，16 ℃時(shí)涵蓋本區(qū)99%的聚落，16 ℃后聚落數(shù)量開始下降，到20 ℃時(shí)減少到0。說明大部分本區(qū)聚落位于氣溫14.5～16 ℃，分布界線明顯。綜上小新街鄉(xiāng)聚落布局特征為海拔在1 500 m以下，氣溫14.5～16 ℃的區(qū)域；在聚落低密度區(qū)，貢獻(xiàn)率最大因子為海拔與巖性，在巖性分布上本區(qū)36.3%的聚落分布在N1巖性下，13.6%聚落分布在C1巖性下，在海拔上45.5%的聚落分布在300 m以下的區(qū)域，呈現(xiàn)低海拔分布的特征，綜上聚落低密度區(qū)聚落的分布特點(diǎn)為集中在N1和C1兩個(gè)巖性的低海拔區(qū)域。

2.4 新增聚落空間位置模擬與格局優(yōu)化建議

根據(jù)模型的輸出結(jié)果，得到與遺產(chǎn)地、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)內(nèi)聚落環(huán)境相似區(qū)域的空間分布。本區(qū)為農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是居民主要的謀生手段，在適宜耕作半徑內(nèi)耕地資源開發(fā)殆盡，不宜新建聚落，加劇人地矛盾。因此，新建聚落的耕作半徑應(yīng)大于適宜耕作半徑，其區(qū)內(nèi)人地矛盾相對較少，土地資源充沛，同時(shí)氣候、地質(zhì)、水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件與原有聚落相似，是新建聚落的理想?yún)^(qū)域。通過模型模擬新增聚落的空間位置，疊加適宜耕作半徑與遺產(chǎn)保護(hù)背景，最終識(shí)別出遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)內(nèi)新增聚落的潛在適宜區(qū)，結(jié)果見圖9，作為未來三個(gè)區(qū)域進(jìn)行對外分散人口、并點(diǎn)管理、新建聚落的優(yōu)先區(qū)域。

圖9 潛在聚落適宜區(qū)

遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)，具有各自的區(qū)域特征，為了科學(xué)優(yōu)化聚落格局，分別提取各區(qū)的基本情況，在此基礎(chǔ)上結(jié)合潛在聚落適宜區(qū)、適宜耕作半徑與遺產(chǎn)保護(hù)背景，進(jìn)行格局優(yōu)化。各區(qū)基本情況與優(yōu)化建議如表3。

表3 各區(qū)基本情況與優(yōu)化建議

1）遺產(chǎn)區(qū)，潛在適宜聚落區(qū)面積為18.42 km2，主要分布在緩沖區(qū)內(nèi)，核心區(qū)與沙拉托鄉(xiāng)內(nèi)少量分布。核心區(qū)內(nèi)潛在適宜聚落區(qū)可主要用于遺產(chǎn)保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與旅游設(shè)施的建設(shè)，建議將遺產(chǎn)保護(hù)與管理、開發(fā)相關(guān)機(jī)構(gòu)、組織遷入潛在適宜區(qū)，緩解居民-管理機(jī)構(gòu)的用地矛盾。緩沖區(qū)內(nèi)潛在聚落適宜區(qū)，主要用于核心區(qū)新增人口的居住用地，緩解核心區(qū)的人地矛盾，其次調(diào)節(jié)緩沖區(qū)內(nèi)耕地矛盾，在耕地矛盾突出的區(qū)域，將部分居民外遷進(jìn)行分流，優(yōu)化區(qū)域聚落格局，建議在此區(qū)設(shè)立聚落點(diǎn)，通過政策傾斜、組織幫扶、經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠等一系列手段吸引核心區(qū)與緩沖區(qū)居民定居。沙拉托鄉(xiāng)內(nèi)的潛在適宜聚落區(qū)主要功能為接納緩沖區(qū)、核心區(qū)內(nèi)的分散人流，作為緩沖區(qū)、核心區(qū)的后備聚落用地，建議將潛在適宜區(qū)作為后備居住地劃區(qū)保護(hù)，嚴(yán)禁擠占；

2）小新街鄉(xiāng)潛在適宜聚落用地面積為9.26 km2，小新街鄉(xiāng)聚落聚集在區(qū)內(nèi)的中部，其北部為紅河河谷區(qū)，南部為哀牢山山區(qū)，因此聚落只能布局于中部有限性區(qū)域，南部難以擴(kuò)張，導(dǎo)致其潛在適宜聚落區(qū)面積較小。目前區(qū)內(nèi)聚落布局主要面臨，耕作壓力大，聚落密度高，人地矛盾突出，因此本區(qū)潛在聚落適宜區(qū)，主要的功能是作為居住區(qū)，吸納整理區(qū)內(nèi)人口，緩解耕作壓力，建議就近組織臨近聚落并入，開發(fā)耕地、分散人口，緩解區(qū)域矛盾；

3）聚落低密度區(qū)潛在適宜居住面積為92.26 km2，大部聚落布局于河谷地帶，其居民形成了耐高溫，多季耕作的特點(diǎn)，因此其理想適宜區(qū)主要為近河流、高溫、適宜多季耕作的區(qū)域。在空間布局上，聚落過于分散，造成管理成本的增加，建議在全縣的北、西、南部各選取一處面積較大的適宜區(qū)作為聚落區(qū)，其他聚落就近遷入合并，形成新的聚落改善基礎(chǔ)設(shè)施條件，降低行政管理成本。原有聚落與耕地實(shí)施退耕還林還草，改善生態(tài)環(huán)境。

3 討 論

聚落格局是多因子共同作用的結(jié)果，而目前對因子的量化研究還較少，同時(shí)學(xué)界對影響因子的選取上還存在很大的不確定性。本文量化了因子對聚落格局影響的程度，通過模型計(jì)算出氣溫、降水、DEM和坡度等自然因子是影響哈尼梯田聚落格局的主要因子，這與相關(guān)學(xué)者研究的結(jié)論相佐[31]；從研究的尺度來看，目前關(guān)于聚落格局優(yōu)化的研究，多從全域角度進(jìn)行研究[11,13,17]，在實(shí)踐中由于涉及范圍過大，利益糾紛十分復(fù)雜，因此導(dǎo)致其可行性不高。本文先對全域內(nèi)整理區(qū)進(jìn)行識(shí)別，再進(jìn)行針對性的聚落格局優(yōu)化，縮小了整理區(qū)域，避免對一些聚落格局較好區(qū)域的重復(fù)工作，減少了相關(guān)利益者，具有更強(qiáng)的可行性。

耕作半徑與區(qū)位條件是影響聚落格局的重要因子，聚落格局優(yōu)化的本質(zhì)是，耕作半徑與區(qū)位條件兩個(gè)單元的協(xié)同效應(yīng)，優(yōu)化的目的是實(shí)現(xiàn)“1＋1＞2”的效果，而不是單個(gè)要素的自我完善；目前，大部分學(xué)者[1,11]使用平面聚落計(jì)算耕作半徑，而在山區(qū)由于坡度變大，導(dǎo)致平面距離與實(shí)際距離誤差增大。如學(xué)者[1]使用緩沖區(qū)法對元陽梯田耕作半徑研究的結(jié)果為800 m與本文結(jié)果相差241 m，本文與之相比使用了曲面距離（表面距離）計(jì)算了耕作半徑，同時(shí)還考慮了耕地分布面積、耕作重疊區(qū)、出行時(shí)間等多種因子，在耕作半徑計(jì)算方法和影響因子的考慮上有所改進(jìn)。

在空間表達(dá)上，目前多數(shù)研究并未模擬出未來村寨潛在布局的空間位置[1,16,27]，不能直觀的為相關(guān)部門提供準(zhǔn)確的空間位置，從而影響了結(jié)果的應(yīng)用。本文使用MaxENT模型與GIS技術(shù)相結(jié)合的手段，模擬計(jì)算出了未來潛在聚落布局的空間位置，具有更好的空間表達(dá)與應(yīng)用性；MaxENT模型作為經(jīng)典的生態(tài)位模型，在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于物種生境[21-24]、疾病傳播[26]等眾多領(lǐng)域，而對人文環(huán)境的研究案例還較少，在國外Stephen J使用MaxENT模型進(jìn)行了人口與社會(huì)環(huán)境相互作用的研究[25]。而目前對聚落格局優(yōu)化的案例仍較為少見，本文使用MaxENT模型對聚落格局優(yōu)化進(jìn)行了案例研究，為聚落地理學(xué)、農(nóng)業(yè)地理學(xué)等研究探索了新的方法。

4 結(jié) 論

1）通過適宜耕作半徑與遺產(chǎn)保護(hù)條例識(shí)別出元陽縣聚落格局整理區(qū)為：遺產(chǎn)區(qū)、小新街鄉(xiāng)、聚落低密度區(qū)三個(gè)區(qū)域。首先是哈尼梯田世界遺產(chǎn)區(qū)所在的新街鎮(zhèn)，其聚落密度高、耕作強(qiáng)度大、人口增加快，且受遺產(chǎn)保護(hù)條例的約束，聚落用地矛盾凸顯，為全縣優(yōu)先整理區(qū)；其次是小新街鄉(xiāng)，其聚落密度高，耕作強(qiáng)度較大，為次級(jí)整理區(qū)；其余地區(qū)為聚落低密度區(qū)。

2）通過計(jì)算聚落與耕地的曲面距離，在考慮通勤時(shí)間與耕作區(qū)面積重疊等因素基礎(chǔ)上得出元陽縣適宜耕作半徑為1 041 m，此半徑范圍內(nèi)的耕地占總面積75%，耕作通勤時(shí)間小于20 min。

3）通過MaxENT模型分別計(jì)算影響聚落分布的各因子貢獻(xiàn)率，發(fā)現(xiàn)：自然因子是影響聚落布局的主要因子，且不同整理區(qū)的影響因子貢獻(xiàn)率不同，在遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)，影響聚落格局的主要因子有，氣溫（26.8%）、降水（21.5%）、旅游中心距離（13.5%）和巖性（13.3%）；在小新街鄉(xiāng)內(nèi)為氣溫（59.1%）、旅游中心距離（20.9%）和DEM（11.8%）；在聚落低密度區(qū)為DEM（33.0%）、坡度（10.9%）和巖性（28.0%）。

4）根據(jù)MaxENT模型與適宜耕作半徑識(shí)別出：遺產(chǎn)地潛在聚落布局區(qū)面積18.42 km2，小新街鄉(xiāng)潛在聚落布局區(qū)面積9.26 m2，聚落低密度區(qū)潛在聚落布局面積92.26 km2。

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Optimization of settlement pattern of Honghe Hani terrace based on surface farming radius and MaxENT model

Liu Zhilin1, Li Shihua2, Jiao Yuanmei1※, Ding Yinping1, Liu Chengjing1, Zhang Juan1, Li Rong1, Qiu Yingmei1, Zhao Dongmei1, Zha Zhiqin1

(1.,,650500,; 2.Y,650034)

Rural settlements are the main place for human production and life, and their distribution pattern is a reflection of natural, social, economic and historical development. The current rapid urbanization and the decline of traditional agricultural status have made the rural settlements face a crisis of hollowing out or even disappearing. Therefore, the optimization of rural settlement pattern has become a hot issue in global rural research. Optimization of rural settlement pattern is an important work in land consolidation, which is of great significance in alleviating regional conflicts between human and land, solving the problems of “agriculture, rural areas and farmers” and realizing regional sustainability. We took Honghe Hani Terraces World Heritage as the study area, which is located in Yuanyang County of Yunnan province. Firstly, we calculated the distance between settlements and farmland by surface distance method, calculated the overlap degree of farmland by landscape connectivity and buffer method, and then combined the two above with cultivation commuting time to confirm the optimum cultivation radius. Secondly, we identified the planning area of settlement pattern through optimum cultivation radius and the protection regulations of world heritage. Finally, the planning scheme of settlement pattern was proposed based on the potential habitable area that were calculated through eleven physical and human indicators (such as DEM, slope, population) within ecological MAXENT model. The results showed that: 1) The optimum cultivation radius was 1041m. Within its range, the farmland accounted for 75%, the increase of overlap farmland was less than that of farmland, and the cultivation commuting time was less than 20 minutes. 2) Planning area included world heritage area, Xiaoxinjie town and low-density settlements area in the south and north of Yuanyang County. In the world heritage area, population growth of 63.2% from 2005 to 2016 required housing expansion, but it limited strictly by world heritage regulations. In the Xiaoxinjie town, the maximum kernel density of settlements was 1.1 and the overlap farmland area accounted for 7.5% of the county. In the low-density settlements area, the buildings were scattered, the infrastructure was not complete, and the management was unreasonable. Generally, the problems of housing, farmland and management in the planning area need to be specific solved. 3) In the world heritage area that included core area and buffer was 18.42 km2. The settlements in the core area should be entirely preserved according to world heritage regulations and the new populations should be relocated to potential habitable area of heritage buffer or Salatuo. In Xiaoxinjie town, the potential cultivable area was 9.26 km2, which was suitable for settlement and reclamation of farmland. In the low-density settlements area, the potential cultivable area was 92.26 km2. The scattered buildings can be gathered into 2-3 settlements, which were convenient for management and infrastructure construction. The original settlements and farmland could convert into forest and grass. The paper can provide scientific planning suggestions for the reconstruction of farmland and settlements and the protection of world heritage in Yuanyang County.

settlement; optimization; Hani terrace; MaxENT model; surface farming radius; settlement spatial pattern

劉志林，李石華，角媛梅，丁銀平，劉澄靜，張娟，李絨，邱應(yīng)美，趙冬梅，查智琴. 基于曲面耕作半徑與MaxENT模型的哈尼梯田區(qū)聚落格局優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(20)：242－252.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.030 http://www.tcsae.org

Liu Zhilin, Li Shihua, Jiao Yuanmei, Ding Yinping, Liu Chengjing, Zhang Juan, Li Rong, Qiu Yingmei, Zhao Dongmei, Zha Zhiqin. Optimization of settlement pattern of Honghe Hani terrace based on surface farming radius and MaxENT model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(20): 242－252. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.030 http://www.tcsae.org

2019-01-02

2019-09-02

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“哈尼梯田遺產(chǎn)區(qū)聚落景觀快速變化機(jī)制與景區(qū)化過程及保護(hù)”(41761115)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“哈尼梯田景觀結(jié)構(gòu)-水文連接度與世界遺產(chǎn)保護(hù)研究”(41271203)；云南師范大學(xué)研究生科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目“基于聚落連接度與土壤理化性質(zhì)的哈尼梯田棄耕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及其生態(tài)恢復(fù)研究”（ysdyjs2019166）

劉志林，博士生，主要從事棄耕及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、土地整治研究。Email：zhilin2015@foxmail.com

角媛梅，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地表水文過程、遺產(chǎn)保護(hù)研究。Email：ymjiao@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.030

S17

A

1002-6819(2019)-20-0242-11