洞庭湖区乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断.pdf
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1、第39卷第13期2023年7月农业工程学报Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringVol.39No.13July 2023249洞庭湖区乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断周雅萍,赵先超(湖南工业大学城市与环境学院,株洲412 0 0 7)摘要:为探索乡村人居环境质量的演变规律,该研究综合运用遥感影像、兴趣点、统计数据等多源数据,从生产空间、生活空间、生态空间3个维度构建了乡村人居环境质量评价指标体系,采用熵值法、综合指数法和GIS空间分析对2010一2 0 2 0 年洞庭湖区乡村人居环境质量开展了动态评价
2、,并利用障碍度模型诊断了主要障碍因子。结果表明:1)2010一2 0 2 0 年洞庭湖区乡村人居环境建设成效明显,但区域之间仍存在较大差异,其人居环境质量综合指数在空间上呈现西南部相对下降,东北部逐渐上升的演变趋势;2)从乡村人居环境系统内部来看,2 0 10 一2 0 2 0 年生产空间质量指数稳定上升,较高及以上质量等级县域的分布已从洞庭湖区南部转向东部,空间格局发生较大变化;生活空间质量指数明显提高,呈现由市辖区逐渐向外扩张发展的空间演变规律;生态空间质量指数基本保持不变,空间上呈现顺序为西部地区、东部地区、中部地区梯度递减的分布特征;3)影响洞庭湖区乡村人居环境质量的主要障碍因子为乡村
3、经济活动强度、生物丰富度指数、乡村休闲设施密度、农业机械化水平、乡村电力设施水平、医疗情况和水文指数。研究结果一定程度上充实、丰富了乡村人居环境质量理论成果,同时也为推进洞庭湖区乡村人居环境质量提升和乡村振兴状态监测提供了数据与决策支撑。关键词:乡村;人居环境质量;生态;三生 空间;动态演化;障碍度;洞庭湖区doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202303208中图分类号:X21;T U 98 2.2 9周雅萍,赵先超.洞庭湖区乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断J.农业工程学报,2 0 2 3,39(13):2 49-2 59.doi:10.11975/j.issn
4、.1002-6819.202303208ZHOU Yaping,ZHAO Xianchao.Dynamical evaluation and obstacle factors of rural human settlements quality in the DongtingLake areas of Hubei in China using multi-source dataJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2023,39(13):249-25
5、9.(in Chinese with English abstract)doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202303208http:/www.tcsae.org0引言乡村人居环境是指农村居民聚居生活的主要地域空间,由社会文化环境、生产生活环境和自然生态环境等共同组成的物质和非物质的有机结合体,它是一个动态的复杂巨系统1-2 。改革开放以来,随着工业化和城镇化进程的推进,中国社会经济发展取得了举世瞩目的巨大成就,但长期城乡二元发展格局和粗放而无序的发展模式使得农业农村发展出现衰退问题,乡村基础设施建设薄弱、土地资源利用低效、生态环境遭到破坏、聚落空心化问题加剧等一系列
6、乡村人居环境“负效应”凸显,并成为中国乡村人地关系危机的真实缩影3。党的二十大报告明确提出了“改善农村人居环境,建设宜居宜业和美乡村,是实施乡村振兴战略的一项重要任务”。因此,如何科学评价并揭示区域乡村人居环境质量的动态变化,找寻并识别影响乡村人居环境质量提升的障碍因子,已成为当前推进乡村振兴发展的重要现实需求。收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 99修订日期:2 0 2 3-0 5-12基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 19YFD1101301-2);湖南省自然科学基金项目(2 0 2 1J50057);湖南省教育厅重点项目(2 2 A0419);湖南工业大学研究生科研创新项目(CX
7、2306)作者简介:周雅萍,研究方向为乡村地理与区域可持续发展。Email:通信作者:赵先超,博士,教授,博士生导师,研究方向为乡村振兴与乡村规划。Email:z h a o x i a n c h a o h u t.e d u.c n文献标志码:A8http:/www.tcsae.org文章编号:10 0 2-6 8 19(2 0 2 3)-13-0 2 49-11人居环境科学始于希腊学者DOXIADIS提出的“人类聚居学”理论,强调将乡村、城镇、城市等所有人类聚居空间应作为一个整体来研究,国外学者对人居环境的研究视角首先聚焦于城市,之后又逐渐转向乡村4。近年来,学界主要聚焦于从单一村落的
8、微观尺度5 或住房条件6 、空气质量7 和景观设施8 等乡村人居环境的某一方面开展研究。相比之下,国内学者关于乡村人居环境的研究则相对较晚,近年来随着乡村地域内社会经济形态和空间结构的变革,乡村人居环境的研究逐渐增多,研究内容围绕乡村人居环境质量评价体系构建9、综合评价与优化策略10 、乡村人居环境时空演变与影响因素4、乡村空间转型与重构 等方面。在乡村人居环境质量评价领域的研究中,主要涉及了自然灾害12 、生态环境13、社会经济14 和土地利用15 等单一系统的质量研究以及人类与环境复合系统的质量研究。在研究方法上,多采用GIS空间分析、BP神经网络16 、情景模拟17 、数理统计分析模型1
9、8 等以量化为主的多方法综合研究,形成了涵盖沿海发达城市、湖泊河流、干旱地区、贫困山区等多种典型地区的省19、市2 0 、县10 、乡镇18 等多尺度的研究。综合来看,上述研究成果对当前乡村人居环境研究具有重要的参考价值,但也存在一些不足,研究大多偏重于乡村人居环境质量的静态格局分析,而关于不同时期乡村人居环境质量的动态格局演化规律的研究较少;针对乡村人居环境质量研究的评价指标数据250来源多从统计数据入手,随着研究尺度缩小,指标获取难度加大,刻画相关乡村发展的指标难免不足。现代大数据相较于传统数据具有海量性、持续性等特点,能够有效弥补中、微观尺度上统计数据不全的缺陷,在城镇体系与区域联系、城
10、市空间结构与功能分区、公共服务设施布局等国土空间规划方面已有着广泛应用2 1。但现有成果对于运用综合反映空间及社会经济属性的多源数据开展乡村人居环境质量评价的深入研究比较缺乏。据此,借助多源大数据构建乡村人居环境质量评价体系,将有助于丰富中、微观尺度乡村人居环境的深化研究。快速城市化进程中,洞庭湖周边工农业活动日益频繁,生态环境的承载压力逐渐增大,社会经济发展与生态环境不协调程度加剧,其乡村人居环境正在发生着显著的变化。因此,本文以洞庭湖区为研究实例,尝试结合多源大数据从生产空间、生活空间、生态空间3个维度构建洞庭湖区乡村人居环境质量评价指标体系,以县域作为研究尺度,运用熵值法、综合指数法、G
11、IS空间分析、障碍度模型等方法测度2 0 10 一2 0 2 0 年研究区乡村人居环境质量的演变规律,识别影响乡村人居环境质量提升的障碍因子,找寻提升洞庭湖区乡村人居环境发展的着力点和发力点,以期为提升区域乡村人居环境质量提供一定的理论与数据参考。1理论框架及指标体系构建1.1基于“三生”空间的乡村人居环境质量评价理论框架乡村人居环境作为动态的复杂人地关系地域系统,外源驱动乡村人地关系理论工业化生产水平农村经济产业发展动力来源提供服务城镇化农业现代化信息化政策变化Fig.1 Theoretical framework for evaluating the quality of rural hu
12、man settlements based on production-living-ecological space1.2乡村人居环境质量指标体系构建参考现有研究乡村人居环境质量指标体系成果9-112 3,并结合对“三生”空间特征的认知,在充分考虑洞庭湖区乡村人居环境情况的基础上,遵循系统性、区域性和动态性原则,从生产空间、生活空间、生态空间3个维度构建乡村人居环境质量评价指标体系,并借助熵值法确定各项指标权重(表1)2 6 。1)生产空间维度。乡村农业工程学报(http:/www.tcsae.org)提供服务物质基础生产空间要个素生产环境互相互影响空间乡村人居承载环境系统生活生活环境保障生
13、活空间福利保障图1基于“三生”空间的乡村人居环境质量评价理论框架2023年是与乡村居民活动和用地发展密切相关的地域空间。国土是乡村人居环境的空间承载,有关学者对国土空间依据不同土地利用功能划定为生产空间、生活空间和生态空间(简称“三生”空间)3个基本类型,每种类型空间分别对应着生产功能、生活功能和生态功能2 2 ,物质、能量、信息等要素不断在乡村人居环境系统中进行流动与交换,与“三生”空间功能的充分利用和有机整合相契合,乡村人居环境相应也可以划定为生产空间、生活空间、生态空间3个子系统2 0.2 3-2 4。随着改革深入与“四化”推进,一定程度上驱动了乡村生产、生活、生态空间的发展,“三生”空
14、间之间相互作用、相互影响的互动关系对乡村人居环境的发展与演化有着重要的影响。在一定空间尺度上,生产空间为乡村人居环境可持续发展提供基础服务,是乡村居民开展生产活动、获取产品、增加社会财富、促进产业发展的空间场所。生活空间是推动乡村人居环境可持续发展的主要驱动力,为乡村居民提供居住、消费和休闲等日常生活活动需求的空间聚合体,凸显乡村居住条件的适宜和社会福利保障的完善2 5。生态空间作为承载乡村生产空间和生活空间的物质基础平台,为乡村居民提供生存和发展的自然条件和自然基础,具有一定的生态维持、承载和修护能力。在此基础上,本研究从系统论的视角综合生产空间、生活空间、生态空间对乡村人居环境质量开展评价
15、,并采用障碍度模型识别影响其发展的主要障碍因素,以改善乡村人居环境、促进乡村人居环境系统的科学有序发展(图1)。生态维持生态环境生态相互影响生态承载相互作用空间物质基础生态推动发展保护生产空间与产业有关,是指为乡村居民提供农业生产或非农生产活动的地域3,根据中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见,未来将重点强化农业农村产业的现代化经营体系建设以及现代科技与物质装备支撑,以提升农业农村产业生产效率、促进乡村经济增长和产业发展,因此从生产水平、农村经济和产业发展三方面来表征乡村生产空间质量2 7 。选乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断生产空间生活空间生态空间障碍度模型促进乡
16、村人居环境系统科学有序发展乡村人居环境综合质量评价乡村人居环境子系统质量评价各子系统质量障碍度诊断各指标因子质量障碍度诊断第13期取农业机械化水平、粮食生产率、有效灌溉率、复种指数表征生产水平;选取人均农林牧渔业产值、城乡居民人均可支配收入比、乡村经济活动强度表征乡村经济增长情况;选取乡村从业人员率、乡村经济多样性表征乡村产业发展情况。2)生活空间维度。结合文献2 2 以及乡村建设行动实施方案可知,生活的宜居适度是乡村生活空间发展的首要目标,涉及空间承载、生活保障和福利保障等子功能。空间承载通过城镇化水平和农村家庭规模表征,可有效反映乡村聚落空间形态变化的总体趋势;生活保障主要反映人们的物质生
17、活条件和精神生活条件,前者体现在乡村居民的居住质量、消费水平等物质资料方面,所以选取乡村电力设施水平、农村居民消费水平表征,后者体现在生活中为愉悦身心、满足精神需要的文化、娱乐、旅游等方面的配套设施和服目标层系统层Goal levelSystem level生产空间农村经济产业发展空间承载生活保障洞庭湖区乡村人居环境生活空间质量评价指标体系福利保障生态维持生态空间生态承载生态保护农业面源污染指数Eg/(t khm)空气质量E/(ug:m3万元-l)2石研究方法与数据2.1研究区概况洞庭湖区位于湖北省与湖南省交界地带(2 7 98 N30 6 6 N,110 49E1140 9 E),是中国重要
18、的湿地生态屏障和农产品生产基地,下辖湖北省荆州市,湖南省岳阳、常德、益阳及长沙市望城区等4市1区,共33个县域单元(市辖区、县级市及县),总面积约6.0 5万km(图2)。2020年末,湖区常住人口2 0 30 万人,其中乡村人口10 7 5万人,占总人口的52.96%。城镇居民、农村居周雅萍等:洞庭湖区乡村人居环境质量动态评价及障碍因子诊断气质量表征生态保护水平。表1乡村人居环境质量评价指标体系Table 1 Evaluation index system of rural human settlements quality因素层指标说明FactorlevelIndicator level农
19、业机械化水平P/(k W hm)粮食生产率P/%生产水平有效灌溉率P,/%复种指数P./%人均农林牧渔业产值Ps/元城乡居民可支配收入比P/%乡村经济活动强度P7乡村从业人员率Ps/%乡村经济多样性P。城镇化水平L,/%农村家庭规模L/(人户-)农村居民消费水平L/元乡村休闲设施密度L4乡村电力设施水平Ls/(k W h人-1)师生比L/%医疗情况L/人距医院便捷程度Lg/m人均财政支出L/元植被指数E,水文指数E2温湿指数E;地形起伏度E4生物丰富度指数E,生活污水处理率E/%生活垃圾无害化处理率E/%民人均可支配收入分别为350 8 4、2 0 16 2 元,城乡发展存在较大差距。近年来,
20、湖区城镇化和工业化进程快速推进,在经济快速发展的同时,自然资源约束趋紧,湖泊萎缩、湖水污染、湿地生态功能减弱、生物多样性面临威胁等一系列生态问题随之产生。区域内社会经济发展的差异性和生态环境的复杂性导致人居环境的多样性,各地区的乡村人居环境质量存在明显的地域分异,函待乡村人居环境科学领域的系统求解。2.2数据来源与研究方法研究数据主要涉及2 0 10 一2 0 2 0 年遥感影像数据、行政区划数据、兴趣点(pointof interest,PO I)数据和统251务的供给,以乡村休闲设施密度表征10 ,福利保障是乡村生活活动有序开展的基础,体现在教育、医疗等社会福利保障项目,以师生比、医疗情况
21、、距医院便捷程度、人均财政支出表征。3)生态空间维度。生态空间即涉及自然环境直接的生态供给又涵盖人为因素对生态破坏和环境污染状况的维护,故从生态维持、生态承载和生态保护三方面表征。选取植被指数(normalizeddifferencevegetation index,ND VI)、水文指数(hydrology index,HI)、温湿指数(temperature and humidity index,T H I)、地形起伏度(relief degree of land surface,RD LS)表征生态维持现状;选取生物丰富度指数(biologicalrichnessindex,BRI)表征
22、区域生态承载能力,选取生活污水处理率、生活垃圾无害化处理率、农业面源污染指数、空指标层权重IndicatordescriptionAttributeWeight农业机械总动力/播种面积+0.081 4粮食总产量/播种面积+0.034 7有效灌溉面积/耕地面积+0.011播种面积/耕地面积一反映农林牧渔生产能力反映城乡差距采用平均夜间灯光强度反映农村经济发展情况乡村从业人员/乡村人口Shannon-Wiener多样性指数反映乡村形态变化乡村人口/乡村户数农村居民人均消费支出各县域乡镇休闲娱乐业态核密度反映生活质量的重要指标反映地区教育水平每万人拥有卫生技术人员乡镇中心至医院的最近欧式距离政府调控
23、反映植被覆盖程度反映水资源的稀缺程度衡量气候适宜度反映地形特征反映生物物种的种类数量污水处理量/污水排污量表征生态文明建设水平(农药使用量十化肥施用量)/耕地面积单位GDPPM2.5、PM 1o 浓度总和属性0.004 70.036 1一0.006 1+0.185 2+0.003 30.0299+0.0268+0.0171+0.041 2+0.095 3+0.071 8+0.02050.0566一0.0125+0.049+0.028 2+0.040 9+0.0113二0.0175+0.0989+0.004.90.005 9一0.005 2一0.004 0252计数据等。1)遥感影像数据:包括数
24、字高程模型(d ig it a l e le v a t io n m o d e l,D EM)、夜间灯光数据、MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据、土地覆盖数据、气象数据、空气质量数据等;2)行政区划数据:包括洞庭湖区县域以及乡镇区划矢量底图,为避免行政区划调整的影响,统一采用2021版行政区划图;3)POI数据:基于高德开放地图端口爬取研究期间各年份11月餐饮、住宿、购物、休闲娱乐、生活服务、综合医院和金融保险服务等7 类业态数据(依据高德开放地图POI分类标准进行业态分类匹配),并对抓取的原始数据通过清
25、洗、合并和火星坐标转换整理后获得所需POI数据。详细说明如表2 所示。名称Name数字高程模型Digital elevationmodel(DEM)夜间灯光数据Nighttime light data兴趣点Pointof interest中分辨率成像光谱仪数据Moderate resolution imaging spectroradiometer data土地覆盖数据landcoverdata气象数据Meteorologist data空气质量数据Airqualitydata行政区划数据Administrativedivisiondata统计数据Statistical data1)Sh a
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