基于遥感与GIS的农村居民点景观特征比较

田光进

(中国科学院遥感应用研究所,北京100101)

摘要:以河北省阜平县、武邑县,福建省清流县、惠安县作为研究区,利用2000年TM遥感图像,通过解译、判读得到景观结构矢量图,然后利用景观生态学数量方法分析了研究区农村居民点景观特征的差异及空间分布格局。研究表明,研究区农村居民点规模较小,平原地区平均面积不到20hm2,山区农村居民点平均面积低于10hm2。农村居民点距离较近,山区农村居民点平均距离小于2.5km,平原地区农村居民点距离小于0.4hm。农村居民点规模小,分布零散,适应于农业经济的发展。为了节约居民点用地,应采取加快城镇及中心村发展的方针,促进农村居民点布局的优化。

关键词:农村居民点;山区;平原;景观特征;规模;空间分布

中图分类号:P751,P208　　文章标识码:A　　文章编号:1000-3177(2002)68-031-04

1　前　言

长期以来中国是农业社会,农业是经济的主体,农村是农民聚居的主要形态。改革开放以来,我国城市化得到了一定程度的发展,但大量人口仍然居住在农村。1999年,乡村人口为8.7亿,乡村人口占总人口的69.1%[1]。中国学者已对农村居民点的布局、建设规划等进行了定性研究。金其铭论述了聚落地理研究的历史及近今趋向,指出了开展农村聚落地理研究的意义、主要内容和有待解决的问题[2]。张小林对乡村概念进行了分析,认为乡村地理学是人文地理学中发展比较薄弱的分支学科[3]。周道玮提出乡村生态学是研究村落形态、结构、行为及其与环境本底统一客观存在的生态学分支学科[4]。

中国农村居民点量大面广,占地远大于城镇用地。在居民点及工矿用地中,城镇用地2.65×106hm2,占11%;农村居民点用地1.65×107hm2,占68.3%[5],农村居民点用地为城镇用地的6.23倍。农村居民点的分布由于受气候、地形、经济发展水平、居民居住习惯等方面因素的影响呈现一定的区域差异。中国农村居民点聚居形式多样,平原和山区不一样,林区、农区、牧区也不一样。由于经济发展水平的不同,农村居民点规模、聚居形式也有所不同。虽然人们对此有一定感性认识,但缺乏定量描述和成因分析。本文利用景观生态学的定量方法,以河北省阜平县、武邑县,福建省清流县、惠安县为例阐述了4个县的农村居民点分布规律与形成原因。它们分别处于中国北方山区、平原地区,南方山区、平原地区,具有一定的代表性。

2　数据来源及研究区概况

2.1　数据来源

L andsat TM影像精度为28.5m×28.5m,目前已广泛应用于土地利用调查等领域[6～8]。按照国家土地分类标准,将研究区景观类型分为林地、草地、水体、未利用地、农田、城镇、农村居民点、工矿建设用地、等8个类型[9]。城镇用地包括城市及建制镇用地,农村居民点是指建制镇以下的居民地。利用2000年的TM图像数据,经过几何校正、判读解译,得到1∶10万的景观结构矢量图。利用景观分析软件F ragstats对农村居民点分布格局进行了分析。

2.2　研究区概况

阜平县隶属河北省保定市,位于该省西部,河北与山西省交界处,太行山东麓,是老区[10]。武邑县隶属河北省衡水市,位于该省东南部,年均气温12.5°C,年均降水量650.7mm[11]。清流县隶属福建省三明市,位于该省西北部,武夷山脉中段东南侧,九龙溪上游,地处中亚热带季风气候区,气候温和,雨量充沛,年平均气温17.9°C,年平均降雨量1771.3mm[12]。惠安县隶属福建省泉州市,位于沿海地区,地势较低,常年平均气温19°C[13]。

来稿日期:2002-08-22　　修订日期:2002-09-24

基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目KZCX-2-308和KZCX1-Y-02

作者简介:田光进(1970～),男,山东人,博士,主要从事遥感、G IS、土地利用等研究。　E2m aill:tianguangjin@sina.com.3　研究方法

景观是由斑块(p atch)、廊道(co rrido r)和基质(m atix)组成的异质性区域,各个不同大小、类型、形状的景观要素在空间上的组合构成了景观结构[14～16]。景观生态学方法可以很好地描述农村居民点矢量数据斑块的大小、形状及分布情况。选择农村居民点用地比重、农村居民点密度分析农村居民点用地情况:用农村居民点平均面积、面积标准差表示农村居民点的规模;利用平均形状指数、面积权重形状指数表示农村居民点的形状;用平均最邻近点距离、邻近点距离标准差表示农村居民点距离的远近程度[16～20]。各指标计算方法见公式(1)～(7)。利用景观分析软件F ragstats计算的结果见表1。

(1)农村居民点用地比重PR(Percen t of ru ral land)

　　　　　PR=ΑL

A

(1)

式中,a为农村居民点用地面积,A为研究区面积。

(2)农村居民点密度PD(Patch D en sity)

　　　　　PD=n

A

(2)式中,n为农村居民点数量。

(2)平均面积M PS(M ean Patch Size)

　　　　　M PS=∑n

i=1

Αi

n

(3)

式中,Αi为i斑块面积。

(4)面积标准差PSSD(Patch Size Standard D e2 viati on)

　　PSSD=∑n

i=1

[Αi-(

∑n

i=1

Αi

n

)]2

n

(4)

(5)平均形状指数M S I(M ean Shap e Index)

　　　M S I=∑n

i=1

(P i

2Π・Αi

)

n

(5)

式中,P i为i斑块周长。

(6)平均最邻近距离M NN(M ean N earest N eighbo r D istance)

　　　　　M NN=∑n

i=1

h i

n

(6)

式中,h i表示农村居民点之间的最近距离,是斑块边界之间的最近距离。

(7)最邻近距离标准差NN SD(N earest N eigh2bo r Standard D eviati on)

　　NN SD=

∑n

i=1

[h i-(

∑n

i=1

h i

n

)]2

n

(7)

4　结果及分析

4.1　景观结构比较

农村景观是由不同大小、形状、组合的自然及人文斑块组成的嵌块体[14,21～23]。农村以农业活动为其生产方式,规模相对较小,人口数量较少,由不同规模的村落构成一定的空间分布形态。山区和平原的景观结构明显不同。河北省阜平县地处山区,景观以林地和草地为主,分别占总面积的32.88%和57.04%,农田占8.11%,城镇及农村居民点面积占0.18%,裸岩占0.04%。河北省武邑县,地处平原,主要景观类型是农田,占总面积的87.52%。其次是建设用地,其中城镇用地占1.19%,农村居民点占8.82%,工矿占0.02%;河流占0.16%。

福建省清流县地处山区,景观类型也以林地、草地为主,分别占总面积的67.7%和18.76%。其次是农田,占12.47%,农村居民点占0.43%,城镇用地占0.13%,工矿用地占0.04%,水体占0.47%。惠安县地势总体较低,景观以农田为主,占50.01%,林地占20.06%,草地占9.24%,农村居民点占7.56%,工矿用地占3.87%,城镇用地占1%,水体占8.22%,未利用地占0.04%。

因此,土地利用强度受到地形的制约,山区和平原景观结构差异较大。山区土地利用程度较低,林地、草地面积较大,农田、建设用地较少。与此相反,平原地区农田和建设用地面积所占比重较大。由于气候条件的影响,河北省武邑县林地面积较小,草地面积较大,而同处于山区的福建省清流县林地面积较大,草地面积较小。

4.2　农村居民点密度、规模、形态及分布规律

农村居民点的分布受地形、水系、耕地、交通、人口、城市等自然及人文因素的影响,农村居民点的规模、形态、分布规律反映了这些因素的综合作用。阜平县农村居民点主要沿河流分布,位于河流冲积平地地区。武邑县地处平原,农村居民点分布在广阔的平原上。清流县地势较高,农村居民点多沿山间平地分布。惠安县由于西北地势较高,农村居民点较少,主要分布在沿海平原地区。因此,农村居民点分布受地形影响较大,农村以农业为主要生产活动,多选择平原、平地作为居住地,村落周围是耕地。

(1)平原地区的农村居民点面积比重大于山区。武邑县的农村居民点占地面积占总土地面积的8.82%,惠安县占8.17%,而阜平县和清流县则分别占0.1%、0.43%。从农村居民点密度来看,武邑县和惠安县农村居民点密度分别为0.46个 hm2、0.43个 hm2,阜平县和清流县分别为0.02个 hm2、0.04个 hm2。

(2)平原地区的农村居民点规模大于山区。阜平县农村居民点平均规模为5.96hm2,武邑县为19.01hm2,平原地区的武邑县农村居民点规模是山区的阜平县的3.19倍。惠安县农村居民点平均规模为18.hm2,清流县为9.82hm2,平原地区的惠安县为山区的1.92倍。面积标准差反映了农村居民点规模与平均规模之间的差距。标准差越大,农村居民点规模差距越大,标准差越小,农村居民点规模差距越小。惠安县农村居民点面积标准差最大,为31.68 hm2,远大于武邑县的16.26hm2。因此,惠安县农村居民点规模相差较大,武邑县较小。

图1反映了研究区农村居民点的规模分布。虽然武邑县农村居民点平均规模与惠安县相差较小,但惠安县农村居民点规模小于10hm2的居民点数量占49.34%,而武邑县则占25.92%。因此,武邑县规模较大的农村居民点比重较多,而惠安县较少。通过阜平县和清流县的对比可以看出,阜平县农村居民点平均规模小于清流县,阜平县农村居民点规模小于10hm2的居民点数量占87.8%,大于10hm2的居民点数量占12.2%,清流县小于10hm2的农村居民点数量占58.14%,大于10hm2的农村居民点数量占41.86%。

(3)地势复杂地区的农村居民点形状较为复杂,地势较为简单的地区农村居民点形状指数较小。形状指数反映农村居民点矢量斑块的复杂程度。形状指数越大,说明农村居民点形状越不规则;形状指数越小,说明农村居民点形状越规则,边界曲折度越小。面积权重形状指数是为了减小由于斑块面积的不同对斑块形状产生的影响。通过计算出的平均形状指数和面积权重平均形状指数可以看出,二者反映的规律基本相同。由平均形状指数可以看出,南方的惠安县、清流县大于北方的阜平县、武邑县,这是因为福建省2个县的地形较为复杂,农村居民点就地势布局,形状指数较高。惠安县地势较低,农村居民点沿平地布局,居民点形状指数为1.42。清流县地处山区,农村居民点多沿地势较低和由有耕地的地方分布,形状指数较高,为1.28。阜平县处于山区,农村居民点多沿河流形成的滩地布局,形状指数为1.23。武邑县地处华北平原,地势平坦,农村居民点形状规则,形状指数最小为1.13。因此,形状指数反映了研究区不同地形对农村居民点形态的影响。

(4)平原地区农村居民点之间相距较近,山区较远。河北省武邑县农村居民点之间的平均距离仅为339m,而阜平县农村居民点距离则为2179m。福建省的惠安县农村居民点平均最近距离仅286m,清流县为1412m。因此,平原地区农村居民点相对较近,分布较为稠密,山区的农村居民点分布较远,分布较为稀疏。同时,同为平原的福建省惠安县居民点距离小于河北的武邑县,同为山区的清流县居民点平均最短距离小于河北省的阜平县。邻近点距离的标准差表示农村居民点之间距离的差异程度。标准差越大,农村居民点距离差异越大;标准差越小,距离相差越小。由表1可以看出,平原地区农村居民点之间最邻近距离差距较小,武邑县为286m,惠安县为304m,分布较为均匀;山区农村居民点之间最邻近距离差距较大,阜平县为1832m,清流县为14m,分布较为稀疏。

表

1　研究区农村居民点指数

地区

农村居

民点用地

比重(%)

农村居

民点密度

(个 hm2)

平均面

积(hm2)

面积标准

差(hm2)

平均形

状指数

平均最

邻近距

离(m)

最邻近

距离标

准差(m)阜坪县0.10.025.9.021.2321791832

武邑县8.820.4619.0116.261.13339286

清流县0.430.049.826.721.28141214

惠安县8.170.4318.31.681.42286304

图1　研究区农村居民点规模分布(　%)

由于自然环境和经济发展水平的不同,导致了农村居民点规模差异较大。通过4个县的比较可以看出,地形对居民点的规模、形态及分布产生直接的影响,对农村居民点的布局影响较大。南北方居民点在研究区中没有出现明显差异,不是影响居民点的主导因素。

5　结论与讨论

改革开放后,虽然中国的城镇化得到较快发展,但农村人口仍然占较大比重。农村居民点用地是城镇用地的6.23倍。农村居民点规模小,分布零散,在平原地区距离较近,难以发展成较大规模的城镇。农村居民点分布明显地受到耕地的制约,其扩展又将占用较多的耕地。对南北方4个县的农村居民点规模、空间分布特征及聚落特征进行分析,对于探讨农村人口的居住环境、节约用地和城市化发展都具有重要意义。遥感与G IS技术已成为研究居民点用地的重要工具,为农村居民点的研究提供了新的信息源。

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Landscape Character istics Com par ison of Rural Settlem en ts i n Ch i na

T I AN Guang2jin

(R esou rce and E nv ironm en t D a ta Cen ter,Institu te of Geog rap h ic S cience and N a tu ra l

R esou rce R esea rch B eij ing,100101)

Abstract:T he study area is Fup ing,W uyi coun ty in H ebei p rovince and Q ingliu,H u ian coun ty in Fu jian P rovince.T hey are located in p lain and m oun tain areas in no rthern and sou thern Ch ina resp ectively.T he landscap e data are in terp reted u sing L andsat TM i m ages of2000.T he landscape eco logy indices are app lied

(下转第69页)

系统对数据的安全性提供保障措施。为防止数据受到破坏或丢失,系统具有数据库的迁移、数据备份、恢复和转储的功能。

(6)用户注册表单

出于安全性的考虑,针对网络操作的用户进行登陆注册登记列表。

(7)用户事务管理表单

记载用户登机操作的所有列表。

6　结　语

全国土地利用动态监测数据库作为国土资源土

地利用数据库之一,它的建立将从用户出发,以为国土资源管理工作提供良好的数据服务为目的,可为部门在管理中进行决策提供依据,提高国土资源管理的科技含量,进一步加强土地调查、土地利用规划等公益性、基础性工作。在数据库的建设过程中,需要更多地考虑数据的使用方便程度及各部门的应用模式,使它在国土信息化建设中充分发挥作用。

参考文献

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An Exploration of Database Con struction of D ynam ic

National Landuse M on itor i ng

ZHAN G L i ,ZHAN G J i 2x ian ,ZHAN G B ing 2zh i ,CAO Y ing 2xuan (Ch inese A cad e m y of S u rvey ing and M app ing ,B eij ing 100039)

Abstract :T h is article exp lo red the w ays that u sed to m anage the m assive info r m ati on of landu se m on ito r 2ing .T he foundings of the geo -database of dynam ic land u se m on ito ring w ill effectively be app lied in daily land adm in istering and p lann ing ,and p rovide info r m ati on service and assistin t decisi on m ak ing .Key words :L and u se ;D ynam ic m on ito ring ;D atabase

(上接第34页)

to study landscap e structu re disp arity and the den sity ,size ,shape ,distribu ti on law of ru ral settlem en ts in study areas .Fo rest and grassland are the dom inan t landscap e in m oun tain area w h ile agricu ltu ral field and hum an settlem en ts are the m ain landscape in p lain area .T he ru ral settlem en ts in p lain area are b igger in size ,even in distribu ti on ,nearer in distance ;tho se in m oun tain area are s m aller ,uneven and far .T he ru ral

settlem en ts are s m aller less than 20hm 2in p lain and 10hm 2

in m oun tain areas .T he ru ral settlem en ts are

A err ap art less than 2.5km in m oun tain area and 0.4km ap art in p lain area .T he developm en t of the cities and cen tral villages shou ld be encou raged to op ti m ize the ru ral settlem en t distribu ti on .

Key words :R u ral settlem en t ;M oun tain area ;P lain area ;L andscape characteristics ;Spatial distribu ti on