寧夏鹽池縣風沙區(qū)聚落類型及其人居環(huán)境質(zhì)量評價

寧夏鹽池縣風沙區(qū)聚落類型及其人居環(huán)境質(zhì)量評價

村莊是人類不同村莊的總稱，由各種建筑、結(jié)構(gòu)、道路、綠地、水源等物質(zhì)因素組成。它通常指農(nóng)村村。國外最早研究聚落的是德國地理學家科爾,其對從大都市直到農(nóng)村的聚落和集鎮(zhèn)等不同類型聚落進行比較研究。此后,西方學者對傳統(tǒng)鄉(xiāng)村聚落的研究主要集中在歷史地理領(lǐng)域、生態(tài)建設(shè)的實踐及能量生態(tài)學研究。我國學者對于鄉(xiāng)村聚落的研究涉及的學科主要有建筑學、社會學、生態(tài)學和地理學等領(lǐng)域。其中,建筑學領(lǐng)域的學者主要對我國歷史悠久的聚落建筑文化底蘊進行了研究,對我國古代建筑特征進行詮釋;對聚落中社會文化的研究,有利于探索鄉(xiāng)村聚落中傳統(tǒng)精神文化的主旨,從而為現(xiàn)代村落的規(guī)劃提供依據(jù);對鄉(xiāng)村聚落的生態(tài)研究,有助于促進聚落生態(tài)環(huán)境的正向演替,使聚落實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我國地理學者對于聚落的研究始于20世紀30年代,起初多關(guān)注于聚落的分類?，F(xiàn)代地理學者在聚落分類細化的基礎(chǔ)上,還結(jié)合了一些相關(guān)的評價內(nèi)容。當前,隨著城市化和小城鎮(zhèn)建設(shè)的加快,各項建設(shè)用地需求加大,農(nóng)村土地的集約化成為未來的必然趨勢。在此背景下,很多學者針對“農(nóng)村宅基地轉(zhuǎn)型”和“空心化村莊的形成演化”做了大量研究,有眾多成果涌現(xiàn)[25,26,27,28,29,30]?？梢钥闯?國內(nèi)外對鄉(xiāng)村聚落的研究尺度多從聚落內(nèi)部出發(fā),對其區(qū)位、形態(tài)、建筑特征及生態(tài)建設(shè)進行研究,而對于沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落、尤其是將土地學及人居環(huán)境學結(jié)合對沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落的研究很少見諸報道。我國是世界上遭受荒漠化影響最為嚴重的國家之一?；哪粌H嚴重威脅著沙區(qū)人居環(huán)境的安全,同時嚴重擠壓著中華民族的生存空間,制約中國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。本文選取沙化典型的寧夏鹽池縣北部風沙區(qū)為案例,在RS、GIS技術(shù)支持下,基于聚落周邊的土地利用格局對沙區(qū)聚落類型進行了劃分,并進一步提取了聚落模式。又在評價了各種聚落類型的人居環(huán)境質(zhì)量基礎(chǔ)上,提出適宜沙區(qū)人居安全的聚落模式和類型,為今后沙區(qū)的沙漠化防治和新農(nóng)村建設(shè)提供依據(jù)。1鹽池縣沙化土地資源和自然概況研究區(qū)位于寧夏鹽池縣的北部風沙區(qū)(圖1)。鹽池縣地處毛烏素沙漠南緣,屬典型的農(nóng)牧業(yè)交錯區(qū),也是寧夏中部干旱帶受風沙危害最為嚴重的地區(qū),沙化土地面積占全自治區(qū)的39.4%。全縣幾乎所有的沙化土地都位于北部風沙區(qū),其人口和耕地占全縣的75%,行政上大致包括鹽池縣北部的花馬池鎮(zhèn)、高沙窩鎮(zhèn)、王樂井鄉(xiāng)、青山鄉(xiāng)和馮記溝鄉(xiāng)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn),總面積4085km2。地面海拔1400～1500m。屬于典型的中溫帶大陸性氣候。天然植被從東到西由典型草原逐漸過渡到荒漠草原,生態(tài)環(huán)境極其脆弱,研究區(qū)內(nèi)草場幾乎全部退化。長期以來,風沙災害、土地荒漠化嚴重制約了當?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展,并進一步威脅沙區(qū)居民的生活與生存。2聚落類型的劃分首先,根據(jù)沙區(qū)居民點與其周邊土地利用類型的分布格局,即居民點與沙地的空間關(guān)系,對聚落類型進行了劃分,并抽象為3種模式。又在每個類型中選取典型案例進行人居環(huán)境質(zhì)量評價,根據(jù)評價結(jié)果和當?shù)氐默F(xiàn)實情況,分析比較出適宜沙區(qū)人居安全的聚落模式及類型。2.1土地利用提取本文采用的數(shù)據(jù)源是鹽池縣林業(yè)局提供的研究區(qū)2005年7月的SPOT5遙感影像,該數(shù)據(jù)已完成空間幾何糾正,采用的高斯—克呂格投影。在GIS技術(shù)的支持下,利用目視解譯從SPOT5影像上提取土地利用信息。對于影像受云層干擾的區(qū)域,參考基于2007年7月TM影像提取的土地利用信息,對解譯結(jié)果進行修正。最終,得到研究區(qū)2005年的土地利用圖(圖2)。本文采用的土地利用分類系統(tǒng)在參照中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,考慮到研究的目的及實際情況,將土地利用類型分為有林地、裸露沙地、治理沙地、荒地、沙荒地、灘涂、水澆地、旱地、牧草地、水域、未利用地、建設(shè)用地等12類。其中沙荒地是指原有植被覆蓋的荒地因為大風帶來大量沙粒而形成的一種沙草共存的地塊,與荒地的區(qū)別在于其地表有沙粒的存在。2.2沙區(qū)自然環(huán)境因素的限制聚落的格局通常受自然和人文的影響而呈現(xiàn)不同的形態(tài)。鹽池縣處于農(nóng)牧交錯帶,毛烏素沙地南緣,生態(tài)環(huán)境非常脆弱,受自然條件限制的程度相對較大,所以本文聚落模式的影響因子主要考察自然因子。沙區(qū)聚落類型的劃分,主要以居民點為中心,分析居民點與其周邊土地利用的空間構(gòu)型,重點考慮居民點與沙地的空間位置關(guān)系。在聚落類型抽象的基礎(chǔ)上,根據(jù)其周邊的土地格局,提取沙區(qū)聚落的模式。2.3基于產(chǎn)出穩(wěn)定性的經(jīng)濟性評價沙區(qū)農(nóng)村聚落人居環(huán)境質(zhì)量取決于整個聚落中的經(jīng)濟、社會和環(huán)境的綜合態(tài)勢。本文參考已有的研究成果并結(jié)合沙區(qū)的特點,初步構(gòu)建了沙區(qū)聚落人居環(huán)境質(zhì)量評價的指標體系,又綜合考慮典型聚落入戶調(diào)查與座談的結(jié)果和其他相關(guān)資料的可得性對指標體系進行了調(diào)整。最終確立了鹽池縣北部風沙區(qū)聚落人居環(huán)境質(zhì)量的評價體系,包括3個評價子系統(tǒng),共30個指標(表1)。幾個綜合性指標的含義如下:產(chǎn)出穩(wěn)定性:T=[N(N?1)]/Σi=1kni(ni?1)(1)Τ=[Ν(Ν-1)]/Σi=1kni(ni-1)(1)其中,N為聚落總收入;ni為第i個子系統(tǒng)的收入;k為子系統(tǒng)數(shù)量。該指數(shù)反映聚落自我調(diào)控能力、生產(chǎn)網(wǎng)絡復雜程度和能路指數(shù)高低。T值愈大,生產(chǎn)系統(tǒng)多樣性程度愈高,抗風險能力愈強,穩(wěn)定性愈好。2)輔助投入產(chǎn)出比:為聚落各種生產(chǎn)輔助投入(例如購買飼料、農(nóng)藥和化肥等所產(chǎn)生的費用)與生產(chǎn)總值的比值。3)能源結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性:反映當?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu),借鑒產(chǎn)出穩(wěn)定性的表達式(1)。同樣為:S=[N(N?1)]/Σi=1kni(ni?1)(2)S=[Ν(Ν-1)]/Σi=1kni(ni-1)(2)其中,N為聚落總能源消耗量;ni為第i種能源的消耗量;k為聚落能源種類數(shù)量。S值愈大,系統(tǒng)能源多樣性程度愈高,抗風險能力愈強,穩(wěn)定性愈好。其他所選指標在沙區(qū)均可直接獲取,而且真實地反應了當?shù)鼐勐涞恼w情況。2.4獲取、獲取、資料相對齊全的自然資源于2009年4月至7月在研究區(qū)選擇并探訪調(diào)查了聚落模式典型、數(shù)據(jù)易于獲取、資料相對齊全的24個自然村2008年度的30項指標。同時收集研究區(qū)自然和社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料,對調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和整理,建立人居環(huán)境質(zhì)量信息庫,并篩選確定11個聚落作為聚落類型的典型代表,作為評價單元。2.5客觀賦權(quán)法即定量法變量層的指標權(quán)重確定主要分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法是由專家根據(jù)經(jīng)驗主觀判斷而得,如Delphi法、AHP法等?？陀^賦權(quán)法的數(shù)據(jù)是由各指標在評價單位中的實際數(shù)據(jù)形成,客觀性較強,如主成分分析法、均方差方法等。其中均方差法適合于橫向比較研究。本文即在均方差權(quán)數(shù)決策基礎(chǔ)上,實施的沙區(qū)農(nóng)村聚落人居環(huán)境質(zhì)量評價。2.5.1效益型指標及受限制的種一般情況,評價指標分為“效益型”和“成本型”兩大類。在本評價中,除“輔助投入產(chǎn)出比”、“距離最近公路距離”、“單位耕地農(nóng)藥用量”、“土地沙化比例”、“年沙塵暴發(fā)生次數(shù)”和“人均煤用量”為成本型指標外,其余均為效益型指標。兩類指標無量綱化方法如下:對于效益型指標,令Zij=yij?yjminyjmax?yjmin(i=1,2,3??nΖij=yij-yjminyjmax-yjmin(i=1,2,3??n;j=1,2,3……m)(3)其中,yjmax、yjmin分別Gj指標的最大值和最小值。對于成本型指標,令Zij=yjmax?yijyjmax?yjmin(i=1,2,3??nΖij=yjmax-yijyjmax-yjmin(i=1,2,3??n;j=1,2,3……m)(4)含義與上式相同,這樣無量綱化后的決策矩陣為Z=(Zij)n×m。2.5.2各指標權(quán)重系數(shù)均方差決策法中,隨機變量的均方差是反映隨機變量離散程度最重要的、最常用的指標。該方法的基本思路是:以各評價指標為隨機變量,各方案在指標無量綱化的屬性值為該隨機變量的取值,首先求出這些隨機變量的均方差,將這些均方差歸一化,其結(jié)果即為各指標的權(quán)重系數(shù)。該方法的計算步驟為:(1)求隨機變量的均值E(Gj)E(Gj)=1nΣi=1nZ(5)E(Gj)=1nΣi=1nΖ(5)(2)求Gj的均方差σ(Gj)σ(Gj)=Σi=1n[Zij?E(Gj)]2??????????????√(6)σ(Gj)=Σi=1n[Ζij-E(Gj)]2(6)(3)求指標Gj的權(quán)重W(Gj)W(Gj)=σ(Gj)Σj=1mσ(Gj)(7)W(Gj)=σ(Gj)Σj=1mσ(Gj)(7)(4)進行多指標決策與排序Di(W)Di(W)=Σj=1mZijWj(8)Di(W)=Σj=1mΖijWj(8)3結(jié)果與分析3.1下下計量結(jié)構(gòu)類型基于研究區(qū)2005年土地利用圖,依據(jù)聚落與周圍沙地的空間關(guān)系,劃分沙區(qū)聚落類型,共將沙區(qū)農(nóng)村聚落劃分為11種類型。并進一步抽象歸并為3種聚落模式。A.放射狀聚落模式各土地利用類型均與居民點直接接觸,土地利用的狀況和變化直接影響居民點,A1、A2和A3類聚落均屬于此模式(圖3)。A1類和A2類聚落,居民點與裸露沙地直接接觸,居民點外圍各土地利用類型呈放射狀分布。其中:A1類聚落,居民點外圍沙地面積較大,耕地沙埋現(xiàn)象嚴重,草地及沙荒地廣泛分布;A2類聚落,居民點周圍存在耕地,耕地周圍有人工種植的灌木林,間或分布一些草地或其他有植被覆蓋的土地;A3類聚落,居民點外圍各土地利用類型呈放射帶環(huán)狀分布,通常為耕地和草地,并有一種分布在扇形區(qū)域內(nèi)。B.環(huán)狀聚落模式居民點均由單一的耕地包圍,在耕地的外圍分布著沙荒地或治理沙地。共包含三種聚落類型(圖4)。其中:雙環(huán)狀的聚落(B1),居民點周圍一般分布著耕地,耕地外圍分布著治理沙地的灌木和草;單環(huán)狀聚落(B2),居民點周圍也有耕地環(huán)繞,但在耕地與明沙之間有沙荒地過渡;生態(tài)聚落(B3),居民點周圍耕地的外圍經(jīng)過人為的積極治理,原本的沙地逐漸恢復成灌木林和草地,生態(tài)條件得到很大的改善,基本無裸露沙地分布。C.環(huán)狀+放射狀聚落模式居民點外圍土地利用格局較前兩種聚落模式復雜,居民點與沙地間有隔離帶,帶內(nèi)通常為耕地或草地,并由治理沙地包圍成外環(huán)。沙區(qū)大部分聚落都屬于此模式。共包含五種類型(圖5)。其中:C1類聚落,居民點周邊耕地與草地相間分布,再外圍分布著治理沙地及沙荒地;C2類聚落周邊耕地和草地各占一半,整片分布;C3類聚落周邊由放射和環(huán)狀共同組成相對復雜的土地格局,各種土地利用類型交錯分布;C4類聚落外圍整體呈環(huán)形,只有一個方向有小面積沙地分布,嵌套在環(huán)形內(nèi)部;C5類聚落與C3類聚落類似,區(qū)別在于C5聚落無耕地,因為耕地對當?shù)鼐勐涞挠绊戄^大,故特將其獨立成一個類型。3.2群落的人居環(huán)境質(zhì)量評價值對3種模式中的11種類型聚落進行外業(yè)調(diào)查,通過指標的選取、指標的計算和綜合,得到聚落的人居環(huán)境質(zhì)量評價值(表2),進而對比分析不同類型聚落的人居環(huán)境質(zhì)量差異。根據(jù)均方差法得出的沙區(qū)聚落人居環(huán)境質(zhì)量評價指標體系的權(quán)重(表3),并最終得到各聚落人居環(huán)境質(zhì)量的綜合評價值及排序(表4)。3.3現(xiàn)行具有很高的適應效益從表4可以看出,評價值D(W)分布在0.232～0.590之間,且相對聚集在三個區(qū)間,即0.5以上、0.3～0.5和0.3以下。D(W)>0.5的聚落以B模式為主,具體有B2、C3、B3三種類型。其共同點在于,常用耕地的面積比例高、居民生產(chǎn)生活用水有保證、產(chǎn)品的商品率高等。從模式圖上看,這三種聚落在上風向處沒有裸露沙地分布,風沙對居民日常生活的影響相對小。B2聚落周圍耕地全部為水澆地,各項基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)于其他各聚落。從評價指標上看,該聚落單位面積產(chǎn)值最高,人均生產(chǎn)生活用水量最大,戶均沼氣普及率有69.7%。C3聚落周圍優(yōu)質(zhì)土地上集中連片分布著面積較大的耕地,耕地外圍上風向處分布著經(jīng)人工種植灌木林治理的沙地和沙荒地,與耕地交叉分布于居民點之間。從評價指標上看,該聚落糧食商品率高、聚落內(nèi)的揚黃灌渠和天然池塘保障了水資源的供應,退耕還林比例達27.2%。B3聚落糧食的單產(chǎn)最高,同時常用耕地的面積比例高達95.6%,人均道路長度達116.1m,糧食的豐收為羊提供了充足的飼料,每年90%以上的飼養(yǎng)羊都可以出欄。0.3<D(W)<0.5的聚落最多,以C模式為主,共有6種聚落類型。其共同點在于,居民點與裸露沙地之間有隔離帶的分布,但隔離帶內(nèi)格局的不同造成了人居環(huán)境質(zhì)量的差異。環(huán)形帶放射狀(C4)聚落在此等級中D(W)最高,因其外圍沙地處于外環(huán)帶內(nèi),且處于主風向的下風向,居民點受沙地影響較小。雙環(huán)狀(B1)評價值稍低于C4,主要區(qū)別在于C4的居民點外圍沙地位于其下風向,而B1聚落,沙地分布在居民點的上風向,這導致其人居環(huán)境質(zhì)量稍差。放射+環(huán)狀(C1和C2)和半放射+半環(huán)狀(C3和C5)四種類型中,格局復雜的聚落評價值比單一的都要高,說明交錯復雜的土地利用格局更有利于維護聚落的人居環(huán)境質(zhì)量。D(W)<0.3的兩個聚落都為模式A,且D(W)相差不大。此類聚落公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較差,單位面積產(chǎn)值低,年沙塵暴發(fā)生次數(shù)分別達到36次和16次。A1類人居環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于A2類,主要是因為A2的上風向處有明沙丘分布,沙丘在盛行的西北風下,沒有任何阻擋的向聚落推進,沙埋災害非常嚴重。3.4觀念上不同的落地條件下沙漠化治理成效分析從研究結(jié)果來看,3種聚落模式中,模式B人居環(huán)境質(zhì)量最優(yōu),模式C其次,模式A最差。在基于居民點周邊土地利用格局劃分的沙區(qū)聚落類型中,人居環(huán)境質(zhì)量較高的為B2、C3和B3,較低的為A1、A2。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),由于當?shù)亟邓^少,幾乎無地表徑流,大多村落生活用水來源于地下水,水資源匱乏。而一些生產(chǎn)生活用水較多的村落,大多因為國家的揚黃灌渠工程惠澤,如模式B中的B2類聚落。該類聚落多受國家政策傾斜,被規(guī)劃發(fā)展為新農(nóng)村示范基地。同樣,B3類聚落,是國家沙漠化治理的典型村,亦充分利用國家退耕還林政策及沙地治理產(chǎn)業(yè)化等措施,逐步改善了生態(tài)環(huán)境。考慮到國家的投入有限,上述兩類聚落均不好推廣。而模式C中的C3類聚落,在充分利用村落自身資源的同時,在主風向的上風向上種植退耕灌木以抵御風沙侵蝕。這在沙區(qū)中大部分聚落來說,是較易實現(xiàn)的。從該聚落的4期遙感影像(1989、1995、2000和2007年)上可以看出:1989