基于TOPSIS 模型的農(nóng)村居民點布局優(yōu)化研究
——以山西農(nóng)谷為例

白 雪，劉立文，段永紅，徐立帥，楊永勝

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

農(nóng)村居民點是指一定規(guī)模下長期與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切的人群在生產(chǎn)、生活過程中聚集而形成的場所［1］，也是農(nóng)村土地利用的組成部分［2］。其形態(tài)和空間分布格局受到自然、社會、經(jīng)濟(jì)等多種因素的影響，是人地關(guān)系的綜合反映［3］。由于自然環(huán)境發(fā)生變化和農(nóng)戶不同的生活習(xí)俗等原因以及缺少相關(guān)科學(xué)規(guī)劃的引導(dǎo)，造成中國農(nóng)村居民點存在空間布局散亂，用途與功能不匹配和部分生產(chǎn)生活功能配置缺失等問題，城鄉(xiāng)差距日益擴(kuò)大［4，5］。黨的十九大提出了農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民問題是關(guān)系中國民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農(nóng)”問題作為全黨工作的重中之重［6，7］。因此，開展農(nóng)村居民點布局優(yōu)化對于促進(jìn)鄉(xiāng)村協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展、推動鄉(xiāng)村振興具有重要意義［8］。

目前國內(nèi)外學(xué)者對農(nóng)村居民點空間演變特征和布局優(yōu)化方法等方面開展了大量研究。其中Zhou等［9］運用空間自相關(guān)等方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)中國農(nóng)村近20 年土地利用類型和結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，社會經(jīng)濟(jì)因素是建筑用地擴(kuò)張的主要因素；Ma 等［10］研究發(fā)現(xiàn)山區(qū)農(nóng)村居民點土地利用變化過程較慢，平原和半山區(qū)的空間結(jié)構(gòu)變化較大且多樣化；Xu 等［11］利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)法識別山區(qū)中有較高被遺棄可能性的農(nóng)村居民點土地，結(jié)果表明該方法可靠性強(qiáng)且可以預(yù)測當(dāng)?shù)貜U棄土地發(fā)生的可能性；楊和平等［12］以重慶市榮昌區(qū)為例，對農(nóng)村居民點生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能進(jìn)行評價，并將該區(qū)劃分為產(chǎn)業(yè)重構(gòu)式、社區(qū)營造式、生態(tài)涵養(yǎng)式和移民搬遷式4 種。

雖然國內(nèi)在農(nóng)村居民點布局適宜性評價和優(yōu)化已形成一套基本理論方法，但研究主要是以縣域、行政村等尺度為主，從居民點的斑塊角度研究較少?；诖耍狙芯恳陨轿鬓r(nóng)谷為例，從微觀角度出發(fā)，以農(nóng)村居民點圖斑為研究單元，運用均方差決策法、TOPSIS 模型對該區(qū)農(nóng)村居民點布局適宜性進(jìn)行客觀評價并提出相應(yīng)的布局優(yōu)化策略，以期為推進(jìn)該區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

山西農(nóng)谷位于晉中市太谷區(qū)（圖1），是引領(lǐng)山西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的省級戰(zhàn)略，同時也是具有國家層面地位的首批國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)（山西晉中國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)）和國家農(nóng)業(yè)改革與建設(shè)試點示范區(qū)的所在地。該區(qū)地貌形態(tài)主要有山地、丘陵和平川3 種，海拔由東南向西北逐漸降低。區(qū)內(nèi)有明星鎮(zhèn)、范村鎮(zhèn)、胡村鎮(zhèn)、水秀鄉(xiāng)、任村鄉(xiāng)、北洸鄉(xiāng)、小白鄉(xiāng)、陽邑鄉(xiāng)和侯城鄉(xiāng)等9 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。全區(qū)常住人口31.3 萬人，其中農(nóng)村常住人口約占50%。2018 年全區(qū)年生產(chǎn)總值達(dá)96.6 億元，同比增長5.1%。其中城鎮(zhèn)常住居民人均可支配收入3.1 萬元；農(nóng)村常住居民人均可支配收入1.9 萬元［13］。

圖1 研究區(qū)位置

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

數(shù)據(jù)主要包括：①地理空間數(shù)據(jù)云平臺提供的30 m 空間分辨率的ASTER-GDEM 數(shù)據(jù)；②農(nóng)村居民點、城鎮(zhèn)、公路、河流等矢量數(shù)據(jù)，來源于2018 年晉中市太谷區(qū)自然資源局土地調(diào)查數(shù)據(jù)變更數(shù)據(jù)庫；③其他基礎(chǔ)設(shè)施（包括銀行、醫(yī)院、學(xué)校、車站、政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)和餐飲娛樂）數(shù)據(jù)，來源于百度地圖，通過Geosharp2.0 軟件獲取2018 年8 月百度地圖中的興趣點（Points of interest，POI）；④《太谷縣縣域鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃（2018—2030）》；⑤社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，來源于《晉中市統(tǒng)計年鑒》。

以農(nóng)村居民點圖斑為評價單元，全區(qū)共有1 219個農(nóng)村居民點地塊圖斑。基于ASTER-GDEM 數(shù)據(jù)，使用ArcGIS10.2 表面分析工具提取高程和坡度、坡向信息；利用緩沖區(qū)分析工具對城鎮(zhèn)、公路、河流等矢量數(shù)據(jù)做緩沖區(qū)分析；以行政村為最小單元收集并整理常住人口、戶數(shù)和人均年收入等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀格局指數(shù) 景觀格局指數(shù)是景觀格局的核心研究方法，不僅可以定量反映空間異質(zhì)性，而且可以有效反映景觀功能和動態(tài)［13，14］。利用 Fragstats 3.3 軟件，選取斑塊類型總面積（CA）、斑塊總數(shù)（NP）、平均形狀指數(shù)（MSI）和聚集度（AI）4 個指標(biāo)對山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點的規(guī)模、形狀以及聚集度等空間特征進(jìn)行分析，指標(biāo)具體含義與計算公式見表1。

2.2.2 基于TOPSIS模型農(nóng)村居民點布局適宜性評價

1）評價指標(biāo)的確定。農(nóng)村居民點選址通?？紤]高程、坡度和坡向等自然因素；農(nóng)村居民以務(wù)農(nóng)為主，耕地是必不可少的影響因素之一，同時道路、醫(yī)院等基礎(chǔ)設(shè)施與農(nóng)村建設(shè)息息相關(guān)，因此選取耕地、城鎮(zhèn)、水源、縣級以上公路、農(nóng)村道路、醫(yī)院等生產(chǎn)生活因素；人均年收入可以反映出農(nóng)村整體經(jīng)濟(jì)水平，因此選取常住人口、戶數(shù)和人均年收入等社會經(jīng)濟(jì)因素。

表1 景觀格局指數(shù)特征及含義

2）評價體系的構(gòu)建。為了消除原始數(shù)據(jù)對評價結(jié)果的影響，使用極值標(biāo)準(zhǔn)化方法［15］對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；再利用原理簡單且精度較高的均方差決策法［16］確定各指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合TOPSIS 模型［17］計算各個評價單元的相對接近度，如式（1）、式（2）所示：

表2 山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性等級評價

3 結(jié)果與分析

3.1 不同因素對農(nóng)村居民點分布景觀格局的影響

3.1.1 自然因素 由表3 可知，農(nóng)村居民點主要分布于高程 900 m 以下、坡度 2°～15°、坡向為東和西坡向的區(qū)域。隨著海拔增加，居民點斑塊個數(shù)逐漸減少，平均形狀指數(shù)逐漸減小，其中斑塊個數(shù)在高程900 m 內(nèi)最多，表明在低于900 m 范圍內(nèi)，該地區(qū)居民點斑塊較破碎；平均形狀指數(shù)在大于1.5 km 時為1.13，趨近于1，表明在高于1.5 km 范圍內(nèi)，居民點斑塊呈規(guī)則形狀；聚集度指數(shù)先減小后增加，表明低于0.9 km 和高于1.5 km 區(qū)域內(nèi)斑塊呈現(xiàn)較高的聚集性。同理，隨著坡度增加，農(nóng)村居民點的斑塊面積、斑塊個數(shù)和聚集度指數(shù)呈先增加后減小的趨勢，其中坡度為2°～6°各指數(shù)達(dá)最大，表明該區(qū)域內(nèi)居民點斑塊較破碎但整體上居民點呈現(xiàn)較聚集的分布情況，平均形狀指數(shù)在1.23～1.32，表明居民點斑塊分布不規(guī)則。除平地和南坡坡向外，其余坡向分布著較多的居民點，且其各指數(shù)變化不明顯。

表3 自然因素對農(nóng)村居民點分布影響的景觀格局指數(shù)

3.1.2 生產(chǎn)生活因素 由表4 可知，農(nóng)村居民點主要分布于距耕地0.2 km、距城鎮(zhèn)3.0 km、距其他基礎(chǔ)設(shè)施1.0 km、距水源1.5 km、距縣級公路1.0 km、距農(nóng)村道路0.3 km 范圍內(nèi)的區(qū)域。其中，隨著距耕地距離的增加，農(nóng)村居民點的斑塊面積、斑塊個數(shù)均在減小，表明農(nóng)村居民點主要分布于距耕地較近的區(qū)域，但在該區(qū)域范圍內(nèi)居民點分布較破碎；在距離耕地0.4～0.6 km 范圍內(nèi)，平均形狀指數(shù)為1.19，趨近于1，表明該區(qū)域范圍內(nèi)居民點分布較規(guī)則；在距離耕地0.2～0.4 km 范圍內(nèi)，其聚集度指數(shù)為93.7%，表明在該范圍內(nèi)居民點呈集中分布。隨著距城鎮(zhèn)、其他基礎(chǔ)設(shè)施的距離增加，農(nóng)村居民點斑塊面積和斑塊個數(shù)在不斷減小，表明居民點主要分布于距城鎮(zhèn)3.0 km、距基礎(chǔ)設(shè)施1.0 km 范圍內(nèi)的區(qū)域。隨著距水源距離的不斷增加，農(nóng)村居民點斑塊面積和平均形狀指數(shù)呈先增加后減小的趨勢，表明居民點主要分布于距離水域0.5～1.5 km 范圍內(nèi)，但斑塊個數(shù)卻逐漸減少，表明在距水源0.5 km 范圍內(nèi)，農(nóng)村居民點分布較破碎。隨著距道路距離不斷增加，農(nóng)村居民點斑塊面積和斑塊個數(shù)不斷減小，表明農(nóng)村居民點主要分布于距縣級以上公路1.0 km、距離農(nóng)村道路0.3 km 范圍內(nèi)。其中，距離農(nóng)村道路1.0 km 以上的范圍內(nèi)，其平均形狀指數(shù)為1.15，趨近于1，表明該區(qū)域內(nèi)農(nóng)村居民點分布較規(guī)則；在距離農(nóng)村道路0.3～0.5 km 范圍內(nèi)，其聚集度指數(shù)為93.8%，表明該區(qū)域內(nèi)農(nóng)村居民點分布較聚集。

表4 生產(chǎn)生活因素對農(nóng)村居民點分布影響的景觀格局指數(shù)

3.1.3 社會經(jīng)濟(jì)因素 由表5 可知，山西農(nóng)谷的農(nóng)村主要以 300～600 戶、常住人口為 800～1 900 人、收入為6 000～8 000 元為主，同時該區(qū)間范圍內(nèi)對應(yīng)的斑塊個數(shù)最多，表明該區(qū)域的農(nóng)村居民點較破碎。其中大于1 200 戶、常住人口大于3 500 人的區(qū)間內(nèi)，其聚集度指數(shù)分別為91.3%和91.2%，表明該區(qū)間的農(nóng)村居民點分布較聚集。社會經(jīng)濟(jì)因素中各指標(biāo)的聚集度指數(shù)為1.27～1.42，表明該條件下農(nóng)村居民點分布較分散。

表5 社會經(jīng)濟(jì)因素對農(nóng)村居民點分布影響的景觀格局指數(shù)

3.2 農(nóng)村居民點布局適宜性評價

基于2018 年晉中市太谷區(qū)自然資源局土地調(diào)查數(shù)據(jù)變更數(shù)據(jù)庫，利用ArcGIS 鄰域分析、疊加分析等模塊，并參考表6 進(jìn)行賦值。依據(jù)賦值，應(yīng)用TOPSIS 模型構(gòu)建加權(quán)規(guī)范矩陣，確定1 219 個圖斑的正、負(fù)理想解，并計算各斑塊的相對接近度（表7）。參考表2 形成晉中市太谷區(qū)農(nóng)村居民點布局適宜性評價圖（圖2），進(jìn)一步對圖2 進(jìn)行重分類，統(tǒng)計不同適宜性等級下農(nóng)村居民點斑塊數(shù)和斑塊面積（表8）。

表6 山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性評價指標(biāo)體系

表7 評價單元的相對接近度

由圖2 和表8 可知，山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點最適宜和高度適宜區(qū)域的斑塊面積和斑塊個數(shù)占比分別為4.11%和11.47%，主要包括東關(guān)村、賈家堡村、朝陽村、水秀村、程家莊村、大白村等村莊，主要分布于海拔較低、坡度較緩的平川區(qū)，且以明星鎮(zhèn)為中心，呈放射狀向周邊輻射，明星鎮(zhèn)位于太谷區(qū)城郊結(jié)合部，是太谷區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心，因其交通便利、地勢平坦、人文環(huán)境較好、基礎(chǔ)設(shè)施完善，吸引眾多優(yōu)良實體經(jīng)濟(jì)；中度適宜斑塊面積和斑塊個數(shù)占比分別為49.20%和52.06%，包括任村、上莊村、陽邑村、胡村莊等村莊，該地區(qū)村落現(xiàn)狀規(guī)模較大，因受到明星鎮(zhèn)輻射和周圍農(nóng)村雙重影響的地理優(yōu)勢，基礎(chǔ)設(shè)施較好，有一定特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和內(nèi)在發(fā)展動力，具有較強(qiáng)的發(fā)展前景；低度適宜和不適宜區(qū)域斑塊面積和斑塊個數(shù)占比分別為46.68%和36.47%，包括北郊村、西峪村、彭溫莊村、窯子頭村和路家莊村等村落，該地區(qū)海拔較高、坡度較陡且交通不便、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，農(nóng)村居民點布局適宜性較差。

圖2 山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性等級

3.3 農(nóng)村居民點布局優(yōu)化策略

山西省人民政府立足實際，著眼“三農(nóng)”長遠(yuǎn)發(fā)展和全面建成小康社會作出戰(zhàn)略部署，對山西農(nóng)谷提出“一城三園五區(qū)”整體空間架構(gòu)。一城，即山西農(nóng)谷科創(chuàng)城，是以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)為核心，利用山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)勢科技資源，吸引國內(nèi)外具有較強(qiáng)影響力的農(nóng)業(yè)科研院所和優(yōu)秀團(tuán)隊；三園，即高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)孵化園、特色農(nóng)產(chǎn)品加工交易園、北方林果科技園；五區(qū)，以建設(shè)國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園為載體，建設(shè)紅棗苗木、綠色養(yǎng)殖、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)4 個推廣示范區(qū)以及農(nóng)村產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展示范區(qū)。

表8 山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性評價

農(nóng)村居民點布局適宜性不同應(yīng)采用不同的優(yōu)化策略，對于海拔較低、坡度較緩、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通等基礎(chǔ)設(shè)施較完善的布局適宜性高的農(nóng)村居民點區(qū)域，應(yīng)就地保留，高效利用原有資源的優(yōu)化模式；對于生態(tài)環(huán)境惡劣、社會經(jīng)濟(jì)較差、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的區(qū)域，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為主，適當(dāng)開展搬遷工作。在“一城三園五區(qū)“規(guī)劃和建設(shè)背景下，依據(jù)山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性綜合評價結(jié)果，結(jié)合《太谷縣縣域鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃2018—2030》，提出了集聚發(fā)展型、存留提升型和搬遷拆并型3 種優(yōu)化類型。

1）集聚發(fā)展型。這類村莊位于坡度較緩、海拔較低的平川區(qū)，以最適宜和高度適宜區(qū)為主，是未來發(fā)展土地城鎮(zhèn)化、村莊城市化的重點和優(yōu)先區(qū)域，包括水秀鄉(xiāng)南部、胡村鎮(zhèn)大部，北洸鄉(xiāng)、侯城鄉(xiāng)、陽邑鄉(xiāng)的北部少數(shù)村落等。該地區(qū)村落的整治重點是居民點優(yōu)化并且依照太谷區(qū)整體規(guī)劃體系下做好有序無縫鏈接。明星鎮(zhèn)作為全區(qū)的城鎮(zhèn)中心，具有最大城鎮(zhèn)斑塊面積聚落，規(guī)劃為農(nóng)谷科技創(chuàng)新城，該地區(qū)需要引進(jìn)大量優(yōu)秀人才和科研院所，需將周邊農(nóng)村優(yōu)先整治和發(fā)展，加快城鄉(xiāng)一體化建設(shè)。北洸鄉(xiāng)規(guī)劃為北方林果科技園，6 條縣級以上公路貫穿北洸鄉(xiāng)北部，交通便利，建議在北部的村落進(jìn)行城鎮(zhèn)重點建設(shè)。水秀鄉(xiāng)和胡村鎮(zhèn)分別作為特色農(nóng)產(chǎn)品加工交易園和省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，在其建設(shè)方式、社會制度管理等方面以城鎮(zhèn)化發(fā)展作為引導(dǎo)，依據(jù)區(qū)域內(nèi)村莊特征和土地利用情況，充分鼓勵引進(jìn)大型工廠、企業(yè)，發(fā)揮優(yōu)越的區(qū)位條件和資源優(yōu)勢。

2）存留提升型。該區(qū)地勢起伏，但處于海拔較低、坡度較緩的丘陵區(qū)，以中度適宜區(qū)為主，包括任村鄉(xiāng)和小白鄉(xiāng)大部分村落、范村鎮(zhèn)、陽邑鄉(xiāng)的北中部、侯城鄉(xiāng)中部、北洸鄉(xiāng)中南部的村莊。這些村莊有一定經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和生產(chǎn)條件，在一定時期內(nèi)會繼續(xù)存在。北洸鄉(xiāng)規(guī)劃為北方林果科技園，其南部地區(qū)現(xiàn)有居民點可以適當(dāng)保留，其他區(qū)域按需種植培育果樹成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)。該區(qū)整體上應(yīng)該以居住環(huán)境整治為重點，提出農(nóng)村生活垃圾治理、衛(wèi)生廁所建設(shè)、村內(nèi)道路建設(shè)和村莊公共設(shè)施建設(shè)等整治項目。

3）搬遷拆并型。這類村莊位于地處偏遠(yuǎn)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的山地，以低度適宜和不適宜區(qū)為主，包括侯城鄉(xiāng)、陽邑鄉(xiāng)以及范村鎮(zhèn)的南部多數(shù)村落。該地區(qū)海拔較高、坡度較陡，交通不便利，水資源較緊缺，生存條件惡劣，建議該區(qū)部分村落向鎮(zhèn)區(qū)、城區(qū)等進(jìn)行搬遷，不再建議原址安置居民，在進(jìn)行居民轉(zhuǎn)移安置時，需注重搬遷人員的社會保障。因該地區(qū)被規(guī)劃為農(nóng)村產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展示范區(qū)，可以通過土地復(fù)墾，合理施用有機(jī)肥并結(jié)合正確的耕作措施增加土壤肥力，開發(fā)林果業(yè)等。同時也需政府加大對該地區(qū)道路建設(shè)、田間溝渠、灌溉引水等舉措，實現(xiàn)該地區(qū)資源最大化利用。

4 小結(jié)與討論

1）本研究通過景觀格局指數(shù)對山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點規(guī)模、形狀以及聚集度等空間特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點用地布局較分散，且生產(chǎn)生活條件對該區(qū)農(nóng)村居民點分布影響較大。

2）以農(nóng)村居民點斑塊作為評價單元，運用均方差決策法、TOPSIS 模型對山西農(nóng)谷農(nóng)村居民點布局適宜性進(jìn)行評價，增強(qiáng)了評價結(jié)果的可靠性。其中最適宜和高度適宜面積占4%，且主要分布于明星鎮(zhèn)周邊；中度適宜、低度適宜和不適宜面積約占96%，表明該區(qū)農(nóng)村居民點布局適宜性狀況總體表現(xiàn)一般適宜。

3）該區(qū)域優(yōu)化可分為集聚發(fā)展型、存留提升型和搬遷拆并型3 種，對不同類型、不同等級的農(nóng)村居民點實施分類管理，對局部區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，確保該區(qū)農(nóng)村居民點空間結(jié)構(gòu)合理且具有一定的穩(wěn)定性。

農(nóng)村居民點布局適宜性評價和優(yōu)化涉及領(lǐng)域較廣，綜合性較強(qiáng)。本研究考慮了較多因素，但是仍有不足，需進(jìn)一步完善：①農(nóng)村居民點的空間形態(tài)是連續(xù)、漫長的演變過程，研究僅從單一時間點對農(nóng)村居民點的空間布局和適宜性進(jìn)行分析，難以揭示該區(qū)農(nóng)村居民點空間演變特征，因此在較長的時間序列尺度下探究農(nóng)村居民點空間布局是今后研究的重點；②農(nóng)村居民點布局優(yōu)化策略不僅需考慮農(nóng)村自然、經(jīng)濟(jì)等情況，還需結(jié)合農(nóng)戶意愿，使得布局優(yōu)化策略更具實際意義。