基于县域尺度的江苏省乡村性空间格局演变及其机理研究_张荣天

人文地理
文章编号 ：1003-2398 （2013 ）02-0091-07
２０１３ 年第 ２ 期 总第 １３０ 期
基于县域尺度的江苏省乡村性空间格局演变 及其机理研究
张荣天 1， 张小林 1， 李传武 2
（1. 南京师范大学 地理科学学院 ， 南京 210046 ；2. 皖 西 学院 资源环境与旅游管理学院 ， 六 安 237000 ）
EVOLVEMENT AND MECHANISM OF SPATIAL PATTERN OF RURALITY IN JIANGSU PROVINCE ON COUNTY SCALE ZHANG Rong-tian1, ZHANG Xiao-lin1, LI Chuan-wu2
(1.The College of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China; 2.College of Resources and Environment and Tourism Management, West Anhui University, Lu' an 217012, China)
Abstract: At present, rural and unban development are experiencing a transition period, from society, economy, culture and settlement spatial, rural become to urban transformation, meanwhile, different regions of the rural by urbanization influence degree differ, the area of rurality also showed significant differences. Every region can be regarded as a unity of urbanity and rurality, based on it, taked unban as criteria of reference to construct rurality index, and maked use of ESDA-GIS frame, by using spatial metric model such as spatial correlation index and semivarigram, the paper analyzed the spatial pattern and mechanism of rurality at county level in Jiangsu since the 1990s. The results show that: 1)Considering the overall spatial rurality framework, the county rurality of Jiangsu province showed a strong trend of spatial natural correlation, the similar areas cluster in space; 2)The spatial structure of hot-spot distribution tends to have a circular spatial structure centered on Xuzhou-Suqian-Huaian, and the hotspots have been remarkably increased after 2005, converging to Yancheng; there exists an obvious appearance of geographical concentration characteristic of spatial evolution according to the analysis of high-value clusters; 3)According to the space-time mechanism, the Jiangsu spatial rurality framework tends to be more continuous and self-organized, the random of the spatial differential pattern keeps decreasing and the mechanism of the structural differentiation caused by natural correlation in space is becoming more and more remarkable.
Key words: rurality; evolvement of spatial pattern; variogram; county scale; Jiangsu province
提 要： 基于区域城乡一体的思想构建乡村性指数
集聚， 呈现出明显的地理集中演变特征； 县域尺度乡 村性空间格局的连续性和自组织性越来越强， 由空间 自 相 关 引 起 的 结 构 化 分 异 的 机 理 越 来 越 显 著 ； 东 北— 西 南 方 向 乡 村 性 空 间 差 异 较 小 ， 东 南—西 北 方 向 乡 村 性的异质性则十分明显 ， 空间差异较大 。
RI， 通 过 GIS-ESDA 空 间 分 析 框 架 ， 运 用 空 间 自 相 关 、
空 间 变 差 函 数 等 测 度 模 型 对 20 世 纪 90 年 代 以 来 县 域 尺 度江苏省乡村性空间格局演变和机理进行了研究。 结 果 表 明 ： 1990 年 以 来 县 域 尺 度 江 苏 省 乡 村 性 表 现 出 较 强的空间自相关性， 相似地区在空间聚集分布， 且集 聚的程度不断增强； 乡村性热点区空间结构主要以徐 州—宿 迁—淮 安 为 核 心 的 圈 层 结 构 ， 并 且 不 断 向 盐 城
关键词 ： 乡村性 ； 空间格局演变 ； 空间变差函 数 ；
县域尺度 ； 江苏省
中图分类号 ： C912.82
文献标识码 ： A
基金项目 ：国家自然科学基金项目 （41071114）； 教育部人文社科学研究基金项目 （11YJC790077） 作者简介 ：张荣天 （1987—）， 男， 江苏溧水人， 硕士研究生， 主要研究方向为城乡规划与区域发展。E-mail： nnuzrr@https://www.wendangku.net/doc/355646350.html,。 收稿日期 ： 2011-12-20 ； 修订日期 ：2012-04-20
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１ 前言
乡村，亦称农村，是一个空间地域系统，指城市以外的 一切地域[1]。随着城市化进程的加快，乡村地域自身功能不 断发生变化，乡村从经济、社会、文化、聚落空间等方面不 断向城市转型。与此同时，不同地区乡村受到的城市化影响 程度不一，区域表现出的乡村性也存在显著的差异。国外学 者克洛克 （Clock）
[2,3]
式中，RIst 表示 t 年份 s 区域的乡村性指数，UIst 表示 t 年份
s 区域的城市性指数，Rist 表示 t 年份 s 区域的城市性的第个
特征比值，Eist 表示 t 年份 s 区域反映城市性的第个指标值，
Eiot 表示 t 年份 s 区域反映城市性的第个指标标准值， Wi 表
示反映城市性的特征比值的权重。 2.1.2 空间自相关 本文通过 Moran/s I，Getis-Ord Gi* 指数来测度全局和局 部的空间关联特征。全局空间自相关是对研究对象属性值在 整个区域空间特征的描述，可以衡量区域之间整体的空间关 联与差异程度特征；局部自相关分析描述局部空间异质性特 征，识别不同空间位置上的 “热点区”与 “冷点区”的空间 分布规律[21,22]。 （1） Moran/s I 指数
、伍兹 （Woods） 对乡村性 （rurality）
[4] [6]
进行了初步的研究；国内学者张小林 [5]从理论上构建乡村性 指数 RI，在设定的地域内考察乡村性的强弱；刘彦随 、龙 花楼[7]等对中国黄淮海、东部沿海地区乡村发展类型及其乡 村性进行了实证研究。目前国内地理学界关于乡村的理论与 实践方面研究还是十分的薄弱，城乡关系与演进、乡村地域 类型空间分异以及乡村聚落空间格局转型与重构等已成为当 前乡村地理学的重要发展方向和重点研究领域
[8-12]
。
I(d)=
Σ Σ
i=1
2
n
n j=1 n
X )(Xj-軓 X) (Xi-軓
ESDA 技术是利用统计学原理与图像表达相结合对地理 空间信息的性质进行分析、鉴别，用以引导确定性模型的结 构和解法 [13]。 其本质是用一系列空间分析方法和技术的集 合，通过对事物或现象空间分布格局的描述与可视化，发现 空间集聚和空间异常，解释研究对象之间的空间相互作用机 制 。 国外 ESDA 技术已经应用于物种分布 [14]、 区域经济 [15]、 人口变化[16]等方面；国内不少学者将 ESDA 技术在区域经济 分异 [17]、 城镇空间结构 [18]、 地价分布 [19]、 人口分布 [20]等方面 作了应用。目前，运用 ESDA 技术揭示乡村性空间格局演变 规律的文献未见，笔者认为只有通过不同时空尺度的乡村性 空间格局演变与其机理的研究，才能更好的为区域城乡统筹 发展政策制定提供更有益的参考与借鉴。因此，本文以江苏 省为例，基于 1990 年 、 1995 年 、 2000 年 、 2005 年及 2010 年五个时间断面，分析 20 世纪 90 年代以来县域尺度江苏省 乡村性空间格局演变的特征，并揭示乡村性空间格局演变的 内在机理。
S Σ i=1
Σ
n j=1
Wij
n X )2/n S2=Σ i=1 (Xi- 軓
式中，Xi 为区域的观测值，Xj 为区域的观测值，Wij 为空间 权重矩阵，区域 i 和区域 j 空间相邻为 1，不相邻为 0。 Moran/s I 统计量取值范围在 -1 到 1 之间，当 I(d)<0 代 表空间负相关，表示区域与其周边地区的乡村性具有显著的 空间差异，I(d)值越趋近于 -1，表明乡村性总体空间差异越 大；I(d)>0 时为空间正相关，表示乡村性较高 （或较低） 的 区域在空间上显著集聚， I(d)值越趋近于 1，表明乡村性总 体空间差异越小；I(d)=0 代表空间不相关。 （2） Getis-Ord Gi* 指数
n n
Gi*(d)=ΣWij(d)Xi
j = 1
ΣX
j = 1
ij
方便于解释和比较，对 Gi*(d)进行标准化处理：
２ 研究方法与数据来源
2.1 研究方法 2.1.1 乡村性指数 任何一个区域可以看作是城市性和乡村性的统一，乡村 性强的地区就是城市性弱的地区，反之亦然。乡村性指数的 高低应以城市为参照单元，用城市标准来衡量乡村性的高
Z(Gi*) Gi*-E(Gi*) 姨Var(Gi*)
式中， Wij 为空间权重矩阵，空间相邻为 1，不相邻为 0。
E (Gi*) 和 Var(Gi*) 分别为 Gi* 的数学期望和变异数 。 如果 Z (Gi*) 为正且显著，表明位置 i 周围的乡村性值相对较高
（高于均值） ，属于高值空间集聚，即乡村性的 “热点区 ” ； 反之，如果 Z(Gi*)为负且显著，则表明位置周围的乡村性值
相对较低 （低于均值） ，属于低值空间集聚，即乡村性的 低，有利于在同一的框架下反映区域经济社会发展的差异， “冷点区” 。 不同地域之间具有科学的对比性，有益于针对性地提出促进 2.1.3 空间变差函数 区域城乡统筹发展措施。基于区域城乡一体化的思想，构建 乡村性指数 RI 衡量公式[1]，具体如下： 空间变差函数也称半变异函数，是一个关于数据点的半 变异值与数据点间距离的函数 , 也是描述区域化变量随机性 和结构性特有的有效手段[23]。假设 Z(xi)和 Z(xi+h)分别是 Z(x)
n
RIst=1-UIst
n
UIst=ΣWiRi (其中ΣWi=1）
i = 1 ot i = 1 ot Σ Ei Ei ,若 Ei Ei ≤1 st Ri =Σ st (i=1,2,3...n) ot 1，Ei Ei ＞1 Σ
Σ Σ
st
在空间位置 xi 和 xi+h 上的观测值 （i=1,2, … ,N (h)） ，则空间 变差函数具体计算公式可以表示为： γ(h)= 1 Σ[Z(xi)-Z(xi+h)]2 2N(h) i = 1
n
st
st
空间变差函数一般用方差图 （图 1 所示） 表示，它是一 定滞后变量 h 的变差函数值 γ (h)与该 h 的对应图，它是在
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区域化变量满足平稳和本征假设条件下定义的。当半变异函 数增大时，则空间自相关减弱。距离 h 是方差图的最重要特 征；另一个重要特征量是方向，即各向同性和各向异性。其 中 C0 称为块金值，表示区域化变量小于观测尺度时的非连 续性变异；C 为结构方程；C+ C0 为基台值，表示半变异函 数变量随着间距增加到一定尺度后出现的平稳值； a 为变 程，表示半变异函数达到基台值时的间距。常用的拟合模型 主要有：球状模型、指数模型、高斯模型、幂指数模型、对 数模型等。
、农民人均纯收入 （X7） 、 人均城镇固定资产投资总额 （X6） （X8） 、 人 均 社 会 品 销 售 总 额 （X9） 、人均公共绿地面积 （X10） 、每万人拥有的专业技术人员 （X11） 、人均生活用电量 、 人均道路面积 （X13） 、 每万人拥有的移动电 话 数 （X12） （X14） 等[28]14 项指标构建出评价县域尺度江苏省乡村性的指 标体系。 基于构建的乡村性指数 RI 公式，计算得到 1990 年 、 1995 年、2000 年、2005 年和 2010 年江苏省 65 个县域单元 的 乡 村 性 指 数 RI， 通 过 乡 村 性 得 分 的 频 率 分 布 来 表 征 1990—2010 年江苏省 65 个县域单元乡村性分布整体的概括 性特征。通过表 1 可知：① 1990—2010 年，江苏省 65 个县 域单元的乡村性均值位于 0.39—0.55 之间，标准差为 0.16— 0.24 之间，表明县域尺度上江苏省乡村性与均值的离散程度 不大，差异性不十分显著； ② 1990—1995 年，标准偏度系 数为 -0.41 和 -0.28，表明频数性分布是负偏态的，均值在峰 值的左边，乡村性较强的县域单元所占比重略大； 2000— 2010 年，标准偏度系数分别为 0.17、 0.24 和 0.28，表明频 数性分布是正偏态的，均值在峰值的右边，乡村性较强的县 域单元所占比重略微减少； ③ 1990—2010 年，标准峰度系


数大致在 0.87—1.38 之间，表明频数分布较正态分布要陡 峭，呈尖峰式分布，乡村性较强的县域单元占有较大比重 。 这种评价仅具有统计学上的意义，不具有地理空间的意义。 3.2 总体空间格局特征分析 基于 1990—2010 年县域尺度江苏省乡村性指数 RI，计 算出 1990 年、1995 年、2000 年、2005 年和 2010 年 5 个年 份乡村性的 Moran/s I 指数及其相关的指标 （表 2 所示） 。通 过 Moran/s I 指数可以描述 20 世纪 90 年代县域尺度乡村性 全局空间集聚特征，揭示全局上县域尺度江苏省乡村性空间 格局的总体分布特征。通过表 2 可知： （1） 5 个研究年份，Moran/s I 指数全部为正，检验的结 果比较显著，指数值呈先下降后上升的趋势，但整体上是上 升的态势，这表明 20 世纪 90 年代以来，县域尺度江苏省乡 村性相似地区在空间上呈现出集聚分布格局，并且随着时间 的推移，这种集聚分布的态势愈演愈烈。主要原因是江苏省 经济发展的基本格局为苏南为经济发达地区的集中区，苏北 为经济欠发达地区的集中区。近些来年来，随着经济社会的 发展和城市化水平的提高，苏南和苏北地区的内部空间差异 不断在缩小，使得县域尺度江苏省乡村性总体空间差异也不 断缩小，呈现集聚分布的态势。这一结论主要针对县域尺度 而言的，乡村性总体空间差异缩小只是平均意义上的缩小，
图 1 理论方差图
Fig.1 Model Variogram 2.2 数据来源 文中选取的指标数据资料均取自 《江苏省统计年鉴 》 （1990 年 、 1995 年 、 2000 年 、 2005 年 、 2010 年） ，空间分 析尺度为江苏省 65 个县 （市） 单元 （地级市市区作为 1 个 整体单元，共 13 个；加上 27 个县级市和 25 个县） ，县域行 政边界数据取自 《江苏省地图集 2008》中的 1∶1600000 政 区图，经扫描后进行跟踪矢量化获取。
３ 县域尺度江苏省乡村性空间格局演变特征
3.1 县域尺度乡村性整体评价 依据指标选取的综合性、代表性、可比性、可操作性和 区域性等原则，参考国内外学者文献 [24-27]，从反映城市性特 征本质的人口聚落、经济水平、社会发展和基础设施等四个 方面选取了的城镇人口占县域总人口比重 （X1） 、 城镇用地 占县域总面积比重 （X2） 、 二三产业人口比重 （X3） 、 人均 GDP （X4） 、 二 三 产 业 产 值 比 重 （X5） 、人均工业总产值
表 1 县域尺度江苏省乡村性指数频数分布特征 （1990 — 2010 ）
Tab.1 Frequency Distribution Features on Rurality of County Scale in Jiangsu Province(1990-2010)
1990 1995 2000 2005 2010
0.79 0.76 0.74 0.69 0.66
0.35 0.31 0.28 0.25 0.19
0.44 0.45 0.46 0.44 0.48
0.55 0.51 0.48 0.44 0.39
0.24 0.18 0.20 0.16 0.19
-0.41 -0.28 0.17 0.24 0.28
1.25 0.87 1.33 0.92 1.38
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Moran s I E(I)
Z(I)
可能在其他尺度上空间差异并不见得缩小。
（2） 从 5 个研究年份乡村性指数 RI 变化波动性来看， 从 1990—2010 年乡村性指数 RI 均值由 0.55 变为 0.39，乡 村性指数 RI 波动变化在一定程度上说明县域尺度乡村性空 间格局热点区在空间分布上有演变和迁移的现象。同时，上 述 5 个年份的乡村性指数 RI 变化幅度不是十分剧烈，表明 该时间段内县域尺度江苏省乡村性空间格局总体上没有较大 的变化，仅仅是在原有空间格局基础之上的内部集聚的微 的总体空间格局依然存在。 3.3 “热点区”演变特征分析 全局空间自相关使用单一的值来反映一定范围的空间自 相关，仅仅说明所有区域与周边地区之间空间差异的平均程 度，不能充分描述研究区域内所有单元之间的空间联系模 式，尤其当空间过程在空间上出现非平稳的状态时，需要进 行局部空间自相关分析。因此，文中选用 Getis-Ord Gi* 指数
变。这充分印证：在全局上，苏南乡村性弱、苏北乡村性强
á
1990 0.58 1995 0.43 2000 0.46 -0.1145 3.26 -0.1145 2.86 -0.1145 2.97
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表 2 县域尺度江苏省乡村性的 Moran/s I 指数
2005 0.52 -0.1145 3.01 2010 0.65 -0.1145 3.39
Tab.2 Estimation of Moran/s I on Rurality of County Scale in Jiangsu Province
县域单元总数的 50.76%，表明自 20 世纪 90 年代以来，大 部分区域仍然保持着原先的空间格局。从乡村性的冷点区域 来看， 5 个年份一直处于 “冷点区 ” 的有 11 个行政单元， 分别为常熟、江阴、丹阳等地，都处于 “苏锡常”经济发达 地区；从乡村性的热点区域来看，5 个年份一直处于 “热点 基本上处于苏北欠发达地区。 （4）从县域尺度乡村性热点区的空间结构来看，1990— 2005 年主要以徐州 —宿迁 —淮安为核心的圈层结构； 2005 年以后，乡村性的热点区呈现出增加趋势，向盐城的阜宁 、 滨海等地区集聚，表明江苏全省的乡村性热点区仍然呈现出 集聚态势。造成这种格局的主要原因是：江苏省城市化水平 整体虽较高，但受自然条件、地理区位的影响，区域之间城 市化存在较大的差异，并且这种差距愈演愈烈。广大的苏北 地区受区位条件、较为落后的基础设施和区域发展倾斜政策 等原因影响，城市化的水平在全省仍处于较低位置，形成连 片的乡村性热点分布区，并且随着区域城市化差距的拉大， 乡村性热点区集聚的趋势增大。
区”的也有 12 个行政单元，分别为丰县、泗洪、沭阳等地，
描述局部空间异质性特征 。 本文以乡村性指数 RI 为变量， 基于 2010 年江苏省县域单元的行政区划图，计算出 1990— 2010 年 5 个年份的江苏省县域单元的局部空间关联指数 Getis-Ord Gi*，并基于 GIS 空间分析软件将其空间可视化， 运用 Jenks 最佳断点分类法对 5 个年份的 Getis-Ord Gi* 指数 从高到低分成 4 大类：热点区域、次热区域、次冷区域和冷 点区域，生成 1990—2010 年县域尺度江苏省乡村性空间格 局 “热点区”的演变图 （图 2 所示） 。通过图 2 可知： （1）从整体上看，自 20 世纪 90 年代以来，县域尺度江 苏省乡村性空间格局总体上具有相对的稳定性和连续性。从 “热点区”分布的空间格局来看，乡村性的热点区主要分布 在苏北的沭阳、泗洪、沛县等地，这些地区的城镇化水平较 低，在资源禀赋、经济区位和发展政策上都处于次要地位， 与发达地区的 “苏锡常”相比，区域表现出的乡村性水平要 更为显著。经过几十年的发展，这种乡村性的空间分布格局 基本没有出现实质性的改变。 （2）在县域尺度乡村性总体格局保持稳定的前提下，乡 村性各种类型的区域数量也在发生了一定的变化。县域尺度 乡村性的 “热点区”与 “冷点区”均呈现出增加的趋势，热 点 区 域 的 比 重 值 由 1990 年 的 21.54% 增 加 到 2010 年 的 26.15% ； 冷 点 区 域 的 比 重 值 由 1990 年 的 16.92% 增 加 到 2010 年的 35.38%。热点区域和冷点区域的增加，表明县域 尺度江苏省乡村性热点区域和冷点区域有扩大并演化分布的 趋势。自 20 世纪 90 年代以来，县域尺度乡村性的集聚态势 不断增强，集聚区域内部差异有所减小，但全省区域层面视 角下的江苏省的乡村性差距则有继续扩大的态势。 （3） 在 5 个年份中未发生改变的区域共有 33 个，占到
４ 县域尺度江苏省乡村性空间格局演变机理
“格局—过程—机理” 是地理学研究地理现象与规律的 基本范式，本文利用空间变差函数来考察 20 世纪 90 年代以 来县域尺度江苏省乡村性空间格局演变的内在空间机理。基 于 5 个时相的乡村性指数 RI，将其作为属性数据赋予江苏 省 65 个县域空间单元的几何中心点，将采样步长定为 40 km （保证步长的大小乘以步长数约等于样点间最大距离的 0.5 倍） ，分别计算实验变差函数，对样点数据采用球体模 型、高斯模型、指数模型、对数模型等分别进行拟合，选择 拟合效果最好的模型，然后对其进行 Kriging 插值，并且模 拟生成 3D 图。拟合结果如表 3、图 3，从图表中可以看出： （1）从空间变差函数的基台值、块金值等指标的变化来 看，自 20 世纪 90 年代以来，区域城市化发展带来的乡村性 空间差异在不断增大，基台值 C0+C 显著增大，由 1990 年 的 0.0481 不 断 提 高 到 2010 年 的 0.2253； 但 是 块 金 系 数
C0/( C0+C) 总体上呈现不断下降的趋势，由 1990 年的 0.808
不断下降到 2010 年的 0.551。这充分表明：县域尺度江苏省 乡村性空间格局演变过程之中，由数据变异等随机成分引起 的乡村性空间分异不断降低，而由空间自相关引起的乡村性 空间格局结构化分异则越来越显著。 （2） 从方差拟合图中可以看出， 5 个年份的乡村性指数
RI 的变程 a 保持平稳，且略有下降，这充分表明：县域尺
度乡村性结构化空间梯度引起的空间关联效应的作用范围有 所减弱，县域尺度江苏省乡村性空间格局演变呈现向热点区
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G
G
G
扩靠拢的趋势，具有十分显著的地理集中的格局演变特征。
（3） 从空间变差函数拟合选用的模型来看， 5 个年份通 sian） ，表明县域尺度江苏省乡村性空间格局具有较好的稳定
过最小二乘法选择的空间拟合模型均为高斯模型 （Gaus-
á á á á á
G -3.874 - -2.495 -1.234 - 0.795 0.795 - 2.622 -3.478 - -1.614 -0.077 - 1.151 1.151 - 2.894 -3.778 - -1.660 -0.417 - 0.617 0.617 - 2.522 G -3.548 - -1.867 -0.303 - 1.127 1.127 - 3.189 -3.432 - -1.638 -0.042 - 1.248 1.248 - 3.118
图 2 县域尺度江苏省乡村性空间格局热点区演变图 （1990 — 2010 ）
Fig.2 Evolvement of Spatial Pattern of Rurality in Hot Sport Areas of County Scale in Jiangsu Province
性和连续性。模型模拟效果较好，且模型的决定系数 R2 有 不断上升的趋势，表明县域尺度江苏省乡村性的空间自组织 性越来越强。
（4） 从 Kriging 插值的 3D 拟合图可以看出，县域尺度 HUMAN GEOGRAPHY Vol.28.No.2 2013/4
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Tab.3 The Parameters in the Variogram Model of the Spatial Pattern of the Rurality in Jiangsu
1990 1995 2000 2005 2010 741615 0.1241 0.2253 0.551 Gaussian 0.961 a 808205 0.0388 789042 0.0353 782064 0.0424 752402 0.0433
C /( C +C)