基于互斥性组合矩阵的古浪县农村居民点的布局优化研究

Optimization of rural settlements based on mutually exclusive combination matrix in Gulang County

摘要

目的 完善国土空间规划中的农村居民点优化布局路径。 方法 在评价全域国土空间生态重要性和建设适宜性的基础上，通过搭建二者的互斥性组合矩阵，来优化古浪县农村居民点的空间布局。 结果 依据国土空间生态重要性评价结果，古浪县的国土空间生态重要性程度可以划分为 4 个分区：一般重要区、中度重要区、高度重要区、极重要区，其占比分别为 38.54%、32.32%、19.29%、9.84%；依据农村居民点布局适宜性评价结果，将古浪县划分为不适宜区、基本适宜区、较适宜区、适宜区4个适宜性等级区，其占比分别为 29.95%、23.64%、22.37%、24.04%；根据国土空间生态重要性评价结果和农村居民点布局适宜性评价结果互斥性组合矩阵，将古浪县农村居民点划分为优先发展区、重点建设区、限制建设区和生态搬迁区4类。 结论 基于互斥性矩阵的古浪县农村居民点布局优化方案经验证分析，符合当地资源分布、开发与生态保护的特征，分布于生态搬迁区（8.80%）和限制建设区（7.87%）的居民点的搬迁、整理与有序退出是实现古浪县农村居民点优化布局的重点。

Abstract

Objective Improving the method to optimize the pattern of rural residential land on the land spatial planning. Method Building a mutually exclusive combination matrix to optimize the pattern of rural residential land based on the evaluation of the ecological importance of land space and the suitability of rural settlements in Gulang County in Gansu of China. Result According to the evaluation results of the ecological importance of land space，land space of Gulang County could be divided into 4 types: generally important areas，moderately important areas，highly important areas，and extremely important areas，the proportion of which is 38.54%，32.32% and 19.29%，9.84% respectively.According to the results of the evaluation of the suitability of the layout of rural settlements，Gulang County was divided into four types: suitability grade areas: unsuitable area，basic suitable area，more suitable area and suitable area，accounting for 29.95%，23.64%，22.37% and 24.04% respectively.According to the interactive combination matrix of the evaluation results of the ecological importance of land space and the evaluation results of the suitability of the layout of rural settlements，the rural settlements in Gulang County could be divided into four categories: priority development area，key construction area，restricted construction area and ecological relocation area. Conclusion The optimization scheme of rural settlement layout in Gulang County based on mutual exclusivity matrix was verified and analyzed，which was in line with the characteristics of local resource distribution，development and ecological protection.The relocation，sorting and orderly exit of settlements distributed in ecological relocation areas (8.80%) and restricted construction areas (7.87%) are the key points for realizing the optimal layout of rural settlements in Gulang County.

Graphical abstract

关键词

国土空间规划 / 农村居民点 / 生态重要性 / 用地适宜性 / 古浪县

Key words

territorial space planning / rural settlements / ecological importance / suitability of land use / Gulang County

对农村居民点的研究，无论是空间布局、时空演变，还是驱动因素分析，最终都会以农村居民点布局优化为落脚点，且一直是相关研究的热点。一般研究思路是首先对农村居民点进行评价，按照评价结果划分级别或者类型，再分门别类提出优化路径。贾亚鑫^［1］将城市村庄人地关系划分为3种类型，并就这3种类型下村庄的用地布局和设施布局提出优化路径。吴全运^［2］从自然、区位、人文条件3个维度选取指标构建居民点适宜性评价指标体系，并就评价结果按适宜性程度划分为3个等级，以行政村为评价单元，从村庄用地规模、发展规模、基础设施建设程度3个维度构建村庄类型识别评价指标体系，从而将村庄类型划分为5种类型，从宏观、微观角度做到了精准识别，并提出差异化优化策略；关小克等^［3］为协调农村地域系统的建设用地与生态系统的关系，从国土空间重要性角度出发，按照农村居民点的发展程度及所处的生态重要性程度区间，将农村居民点划分为4种类型，并分别提出优化策略。曲衍波等^［4］通过问卷调查，以农户意愿为主，从生存-经济-社会理性选择的角度出发，将农村居民点划分为城镇转移型、产业带动型、中心村整合型和村内集约型。在研究理论方面，中心地理论^［5］、生态位适宜度理论^［6］、生态学共生理论^［7］、“三生空间”协调理论^［8］、生活质量理论^［9］、“科斯产权”理论^［10］等都被引入农村居民点布局优化中。在研究方法方面，随着地理信息技术的发展，将GIS与RS相结合，运用数学模型定量分析，运用智能算法进行地理模拟优化^［11］是目前较先进和准确的方法。

古浪县位于祁连山国家公园的东端，祁连山脉的北麓。贫困人口及其农村居民点的发展与国家公园的管理多有冲突，制约着乡村振兴战略的实施。无论是克服村庄空心化等一系列乡村病，还是化解过多人类活动的干扰会给保护区生态环境带来的一系列负面影响，合理布局农村居民点都是必行之路。基于以上分析，本文以古浪县为研究区，将祁连山国家自然保护区管理与维护的具体要求和古浪县国土空间规划管控的具体要求结合起来，建立古浪县国土空间生态重要性评价指标体系和农村居民点用地适宜性评价指标体系，划分古浪县国土空间生态重要性评价程度和农村居民点用地适宜性程度。根据上述两个评价结果，搭建互斥性组合矩阵，确定农村居民点优化布局，明确农村居民点布局优化的方向，以期为古浪县编制与生态保护理念相协调的村庄规划，完善国土空间开发保护格局提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

古浪县位于黄土、青藏、蒙新3大高原的交汇地带，河西走廊东端，县境内海拔相差大，地貌复杂，山、川、沙由南到北分布，地貌分带现象显著。北部沙漠区由于靠近腾格里沙漠，在西风的作用下，区域地表侵蚀现象较严重。中部地形以平原为主，是古浪河和大靖河形成的冲击平原，是古浪县的粮食主产区。南部依祁连山东延支脉，山峦叠嶂，植被茂盛。古浪县属于典型的温带大陆性干旱气候，蒸发量大，降水量少，从南向北随着地形高程的降低，降水量减少，蒸发量增大，风沙增多，相对湿度降低，日照增长，气候由干旱半干旱逐渐转化为极干旱沙漠气候。古浪县域内地表水系主要为古浪河、大靖河，均发源于祁连山区。除新堡子河属黄河流域外，其余均属内陆河石羊河水系。全县辖古浪镇、泗水镇等14个镇。截止2020年末，常住人口25.02万人，城镇人口7.93万人，农村人口17.08万人。根据古浪县第三次全国国土调查，古浪县国土总面积为5 046.65 km²；耕地面积985.99 km²，主要分布在大靖、直滩、土门等乡镇；种植园用地23.1 km²，主要分布在黄花滩镇、大靖、泗水等乡镇；林地面积455.08 km²，主要分布在县公地、直滩镇、古丰镇等乡镇；草地面积2 512.58 km²，主要分布在新堡、黄花滩、黄羊川等乡镇；其他土地774.56 km²。基本农田方面，古浪县已有基本农田面积1026 km²，其中水浇地361 km²，占基本农田面积的35.14%，旱地665 km²，占基本农田面积的64.86%。古浪县天然植被以草原和荒漠草原为主，由于历史原因，大部分草原被开垦为农田，为粗放型旱作农业，草原退化导致古浪县北部地区沙化现象比较严重。近年来，古浪县实施治沙造林、封山（沙）育林，土壤沙化现象才有所缓解，但沙化问题依旧存在。

1.2 数据来源

本文所需数据及数据来源如下：饮用水源保护区、生物多样性优先保护区等数据来自中国生态系统评估与生态安全数据库；水系缓冲区、祁连山国家级自然保护区、土地利用类型等数据来自古浪县第三次全国国土调查公报数据；降雨侵蚀力来自中科院成都山地所数字山地与遥感应用中心；土壤质地数据来自中科院资源环境科学数据中心；高程、地形起伏度、坡度等数据来自地理空间数据云；植被覆盖度来自中科院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站；距公路距离、距建制镇距离、距河流距离、距最近医疗卫生设施距离、距超市距离、距最近学校距离等数据通过从高德开放平台上抓取获得。

1.3 数据处理

为使不同来源的数据可顺利进行空间分析和计算统计，将所有数据坐标统一转换为GCS_WGS_1984。同时，分别从3期土地利用状况数据中按地类名称提取出农村居民点、建制镇、公路、河流等数据作为本文研究的基础数据；高程、坡度数据通过采用ArcGIS10.2软件中的3D Analyst工具-栅格表面-高程（坡度）工具处理获得；地形起伏度数据通过ArcGIS10.2中的Spatial Analyst焦点统计方法分别计算DEM的最大高程值和最小高程值，再将最大高程值和最小高程值进行差值运算获得。

1.4 研究方法

1.4.1 国土空间生态重要性评价方法

以30 m的栅格数据作为评价单元，经过评价因子选取、评价图层栅格化处理、因子赋值、确定国土空间生态重要性等级等步骤，得到国土空间生态重要性分布格局。评价指标体系见表1。评价指标的赋值规则见表2。利用 ArcGIS10.2软件的栅格空间加权叠加的工具，得出评价单元生态重要性的综合分值，按自然断点法划分为一般重要区、中度重要区、高度重要区、极重要区4个等级，最终形成古浪县国土空间生态重要性评价结果图。

1.4.2 农村居民点用地适宜性评价

根据农村居民点的用地要求，构建了由自然因素、区位因素和社会经济因素3个准则层、高程等8个指标构成的古浪县农村居民点用地适宜性评价指标体系（表3）。参照相关研究成果，运用层次分析法计算各评价指标的权重。为了保证评价结果的科学性与合理性，需要对各指标进行无量纲化处理，对各评价指标进行等级划分，并按影响程度的大小，划分为5个等级并进行赋值，分级结果如表4所示。利用 ArcGIS10.2软件中的栅格空间加权叠加的工具，把每一个因素的作用分值进行分权叠加，得出评价单元布局适宜性的综合分值，最终生成综合分值分布图。

2 结果与分析

2.1 古浪县国土空间生态重要性评价结果分析

古浪县国土空间生态重要性程度评价结果见图1和表5。古浪县国土空间生态保护重要性程度评价结果中，一般重要区面积为145 837.16 hm²，占古浪县国土总面积的38.54%，主要分布在黄花滩镇、新堡乡、西靖镇、直滩镇、民权镇、海子滩镇等乡镇。该区域地势平坦，土壤肥沃，光照、水源充足，资源本底条件很好，土地利用类型主要以耕地、建设用地为主，此区域对生态的干扰程度较弱，应进行合理规划，在优先保护生态环境的前提下进行开发建设。中等重要区面积为122 303.19 hm²，占比32.32%，主要分布在大靖镇、裴家营镇、新堡乡、泗水镇、直滩镇、土门镇、黄花滩镇等乡镇。该区域土地利用类型以建设用地、耕地与草地为主，区域生态过程阻力较大，对人类活动的敏感程度较低，适宜作为农村发展建设的区域，但要制定科学的开发利用规划，根据具体情况进行有条件的开发。高度重要区面积为730 707.19 hm²，占比19.29%，主要分布在黄羊川镇、横梁乡、干城乡、定宁镇、十八里堡乡等乡镇。该区域生态重要性程度相对较高，人类活动对生态的干扰程度较高，因此在本区域需限制人类开发建设活动。极重要区面积为37 244.18 hm²，占比9.84%，主要分布在黄羊川镇、黑松驿镇、新堡乡、古丰镇、干城乡等乡镇。该区域高程高、坡度大，祁连山国家自然保护区分布在此区域，是发挥水源涵养、维护生物多样性和水土保持功能的重要区域，是保障古浪县生态安全不可逾越的红线。该区域对人类活动极其敏感，原则上需禁止开发建设。

2.2 古浪县农村居民点布局适宜性评价结果分析

古浪县国土空间农村居民点适宜性程度评价结果见图2和表6。古浪县农村居民点布局不适宜区面积为116 484.73 hm²，占比29.95%，主要分布在新堡乡、黄花滩镇南部、黄羊川镇北部等区域，这些区域农业生产条件较差，耕作半径较大，同时与城镇相隔较远，城镇化水平较低，交通区位条件和水源条件不完善，是研究区内最不适宜农村居民点建设的地区。基本适宜区面积为91 952.77 hm²，占比23.64%，主要分布在新堡乡、横梁乡、干城乡、黄羊川镇等乡镇，这些区域海拔较高，地势陡峭，交通条件差，距离城镇较远，农村居民收入较低，人口数量少，建设用地规模较小，农村居民点发展基础较弱，对建设居民点限制较大。较适宜区和适宜区面积分别为为87 000、93 507.07 hm²，占比22.37%、24.04%，主要分布在黄花滩镇、大靖镇、直滩镇、土门镇、海子滩镇、泗水镇、民权镇等乡镇，该区域交通网络发达，水源条件和农业生产条件都较为完善，且与城镇用地距离较近，位于城镇的边缘地带，公共基础设施条件相对较好。与高度适宜区相比，中度适宜区距离水源地和交通干道稍远，受城镇辐射程度相对较小，但两者都是适合农村居民点建设的区域。

2.3 古浪县农村居民点布局优化分析

古浪县北靠腾格里沙漠，南接祁连山国家自然保护区，生态战略地位十分重要。因此，在进行古浪县农村居民点布局优化过程中，必须将国土空间生态重要性与农村居民点布局适宜性二者作为共同的约束条件，以此划定古浪县农村居民点优化分区，并针对各个分区提出差别化的居民点布局优化策略。综合考虑生态安全格局和农村居民点布局适宜性研究结果，同时参考相关研究和专家建议，将研究区划分为：优先发展区、重点建设区、限制建设区和生态搬迁区四类，具体的互斥性矩阵分类标准如表7 所示。基于互斥矩阵的古浪县农村居民点布局优化结果见图3和表8。

从表8可以看出，古浪县农村居民点的现状面积主要分布于优先发展区（62.81%）和重点建设区（20.52%），根据优化布局结果，将来的重点是生态搬迁区（8.80%）和限制建设区（7.87%）的居民点的搬迁、整理与有序退出。

2.4 古浪县农村居民点布局优化分区结果验证

由于本文立足于生态文明建设与祁连山国家级自然保护区的设置背景，将古浪县生态红线、境内祁连山国家级自然保护区范围线分别与古浪县农村居民点布局优化分区结果进行叠加，如图4、5所示。经分析计算，生态红线范围与优先发展区重叠面积占生态红线区域总面积（除县公地部分）的2%，与重点建设区域重叠部分面积占比为11.9%，与限制建设区域重叠部分面积占比为36.72%，与生态搬迁区区域重叠部分面积占比49.38%；分布在生态红线范围内的农村居民点面积为12.22 hm²，其中74.33%处于生态搬迁区域，23.63%处于限制建设区域，2.05%处于重点建设区域。图5显示，在祁连山国家级自然保护区范围内的农村居民点，优化类型均为生态搬迁型。由此可见，古浪县农村居民点布局优化结果与实际情况相符，可以为未来古浪县村庄发展规划提供一定依据。

3 讨论

生态脆弱区如何平衡和协调好生态保护与农村发展的问题已引起了土地及相关学科专家和学者的广泛关注。本文通过特征-影响-机理-优化-调控的研究范式，对古浪县国土空间生态重要性和农村居民点用地适宜性进行评价，进而对农村居民点进行布局优化，以期引导农村居民点科学规划、合理布局，促使其空间结构与生态环境共生，与经济发展相协调。

从研究内容上来看，农村居民点是农村地域系统的基本构成要素，承载着生产、生活、生态多种功能，是农村人地关系的核心体现，已有学者对农村居民点的布局优化做了大量研究，但侧重点各有不同。程文仕等^【12】从自然、社会经济、区位及主观因素等4个维度选取指标对兴义镇农村居民点用地适宜性进行评价，基于评价结果将行政村划分为适度挖潜、重点发展、限制扩建、优先整治等4大综合分区；谢保鹏等^【13】对行政村区位优劣进行评价，基于区位评价结果将临夏县北塬地区村庄划分为发展、保留、挖潜、并点、迁移等5种整理模式；魏璐瑶等^【14】在探讨农村居民点布局优化过程中，以各个居民点发展差异和整治现状为基础，并集成多种研究视角和方法技术，因地制宜提出优化调控路径；李学东等^【15】从农民可接受的通勤时间出发，基于对耕作半径的测算，对不同地形区的农村居民点分别提出优化策略。本文在农村居民点布局优化过程中，将祁连山国家级自然保护区、生态文明建设、农村居民点用地适宜性等都考虑进来，为农村居民点与生态环境的协调发展提供了科学依据。

从研究结果上来看，古浪县南部山区生态脆弱，国土空间生态重要性程度高，且不适宜农村居民点的布局，是生态搬迁的主要地区；通过将祁连山国家级自然保护区、古浪县生态红线范围分别与优化布局结果进行套合验证，验证结果与实际情况相符，且与王蓉等^［16］研究结论相符合。

4 结论

通过建立国土空间生态重要性评价指标体系和农村居民点布局适宜性评价指标体系，根据上述两个评价结果，搭建互斥性组合矩阵，进而判别区域农村居民点布局优化的方向。本文的主要研究结论如下：依据国土空间生态重要性评价结果，将古浪县域国土空间生态重要性程度划为4个分区：一般重要区、中度重要区、高度重要区、极重要区；依据农村居民点布局适宜性评价结果，将古浪县划分为不适宜区、基本适宜区、较适宜区、适宜区4个适宜性等级区。结合国土空间生态重要性评价结果和农村居民点布局适宜性评价结果，搭建互斥性组合矩阵，将古浪县农村居民点划分为优先发展区、重点建设区、限制建设区和生态搬迁区4类，经验证分析，符合当地资源分布特征，在此基础上提出相应的优化方案；分布于生态搬迁区（8.80%）和限制建设区（7.87%）的居民点的搬迁、整理与有序退出是实现古浪县农村居民点优化布局的重点。

参考文献

[1] 贾亚鑫.基于人地关系的村庄布局优化［D］.武汉：华中科技大学，2019.

[2] 吴全运.基于适宜性评价与分类识别的农村居民点布局优化研究［D］.南昌：江西财 经大学，2020.

[3] 关小克，王秀丽，张凤荣，等.生态刚性约束下的山区农村居民点整治与调控——以北 京市门头沟区为例［J］.资源科学，2017，39（2）：220-230.

[4] 曲衍波，姜广辉，张凤荣，等.基于农户意愿的农村居民点整治模式［J］.农 业 工 程 学 报，2012，28 （23）：232-242.

[5] 张俊峰，张安录，程龙 等.基于生态位适宜度的农村居民点布局研究——以武汉市新洲 区为例［J］.水土保持研究，2013，20（3）：71-77.

[6] 王成，费智慧，叶琴丽，等.基于共生理论的村域尺度下农村居民点空间重构策略与实现［J］.农业工程学报，2014，30（3）：205-214.

[7] 刘鹏，陈荣蓉，杨朝现，等.基于“三生空间”协调的农村居民点布局优化研究［J］.水土保持研究，2017，24（2）：283-288.

[8] 韦军，李晓丹，马丽娅，等.陇中黄土丘陵区土地利用功能时空演变及影响因素［J］.水土保持研究，2021，28（3）：194-202+215.

[9] 唐承丽，贺艳华，周国华，等.基于生活质量导向的乡村聚落空间优化研究［J］.地理学报，2014，69（10）：1459-1472.

[10] 黄日生，陈明红.法经济学视角下农村宅基地优化利用对策［J］.农村经济，2015（5）：19-22.

[11] 王尧.基于景观格局和蚁群算法的横山区农村居民点布局优化研究［D］.西安：长安大学，2017.

[12] 程文仕，乔蕻强，陈英.西南山地丘陵区农村居民点用地适宜性评价与分区优化［J］.水土保持通报，2014，34（5）：322-327.

[13] 谢保鹏，朱道林，陈英，等.基于区位条件分析的农村居民点整理模式选择［J］.农业工程学报，2014，30（1）：219-227.

[14] 魏璐瑶，陈娱，张正方，等.多情景视角下基于空间组合识别的农村居民点布局优化研 究——以江苏省新沂市为例［J］.地理研究，2021，40（4）：977-993.

[15] 李学东，杨玥，杨波，等.基于耕作半径分析的山区农村居民点布局优化［J］.农业 工程学报，2018，34（12）：267-273.

[16] 王蓉，石惠春.生态脆弱的温带地区草原生态移民分析-以甘肃省古浪县为例［J］.安 徽农业科学，2015，43（30）：279-282.