最小累积阻力模型最初于1992年由荷兰生态学家Knaapen所提出,最小累积阻力模型其本质在于由源点抵达目标所在地所需克服的阻力的最小值,体现的是一种可达性^[21]。国内学者修正后多用于农村居民点布局适宜性^[15-16]及生态安全格局构建等^[17-18]研究中,计算公式为:

式中:MCR为最小累积阻力值; D_ij表示物种从源地j到土地单元i的空间距离; R_i表示景观单元i对某种运动的阻力系数; f表示的是最小累积阻力与生态过程的正相关关系; ∑^i=m_j=n表示源i与单元i之间穿越所有单元的距离和阻力的累积; min表示单元i对于不同源均取累积阻力的最小值。

本文运用ArcGIS 10.4提取迭力素生活和生态源地,借助缓冲区分析(Buffer)、栅格计算器(Map Algebra)及重分类(Reclass)等工具得出最小累积阻力面。通过计算建设扩张最小累积阻力与生态扩张最小累积阻力的差值,确定阈值划分空间适宜区,进而优化“三生空间”布局^[22]。

MCR_差值=MCR_生态-MCR_建设 (2)

式中:MCR_差值为生态扩张最小累积阻力与建设扩张最小累积阻力的差值; MCR_生态为生态扩张最小累积阻力值; MCR_建设为建设扩张最小累积阻力值。

当MCR_差值<0,表示生态用地较建设用地更易扩张,该范围内划为生态空间适宜性较好; 当MCR_差值>0,表示建设用地较生态用地地更易扩张,该范围内划为生活空间适宜性较好; 当MCR_差值=0时,表示建设与生态适宜性相当,即生态与建设的过渡区。

MCR模型中的“源”具有内部均一性和外部扩张能力相似性、要素吸引能力突出性、相对目标重要性等特征,是模型应用的关键^[15,23]。根据模型对“源”选取的要求和研究区实际情况,本文选择3个居民点(迭力素、塔克和曹老八窑)作为生活扩张“源”,共计3块图斑,总面积为70.51 hm²,占迭力素村土地面积的3.28%。其中,迭力素村作为村委会所在地,是人口主要聚集地和活动中心,对各要素集聚较其余居民点而言有着较强的吸引力。选取林地、水域作为生态扩张“源”,共计46块图斑,总面积为296.53 hm²,占迭力素村土地面积的12.55%。两类“源”分布见图1。

图1 迭力素村生活源地与生态源地分布

从生态效益角度分析,生活用地与生态用地之间存在着竞争关系^[21],这种竞争关系呈现相互抑制、此消彼长的态势。不同要素对生活与生态用地扩张阻力不同,构建同一阻力评价体系并对两个扩张过程赋予相反分值,可以强化生活与生态用地扩张阻力间的衔接性。本研究从自然环境、区位条件以及土地资源类型等方面选取4个阻力因子,参照相关资料文献^[22-23]确定各阻力因子的分级及分值,并采用层次分析法确定权重,详见表1。

表1 迭力素村生活扩张阻力因子和生态扩张阻力因子及权重

运用ArcGIS中栅格计算器(Raster Calculator)获得1 m×1 m大小栅格单元的生活用地综合扩张阻力面和生态用地综合扩张阻力面,通过成本距离(Cost Rsster)模块得出生活与生态的最小累积阻力面,见图2。

图2 迭力素村生活与生态用地扩张最小累积阻力面空间布局

根据生活与生态最小累积阻力表面值的计算结果,参照有关学者对空间分区的研究成果,以生态、生活扩张的最小来累积阻力差值作为空间分区依据^[22,24]。运用ArcGIS中数学分析(Map Algebra)模块计算得出两者的差值,即-5 889.85≤生态与生活最小累积阻力面差值≤4 180.56,其中,MCR_差值≤0表明生态适应性较强,MCR_差值≥0表明建设适宜程度好。

以最小累积阻力面差值计算结果为依据,参照相关文献空间适宜性分区情况^[22,24]及迭力素村庄发展定位,将空间适宜性分区划分为5类,分别为生态保护区、生态优化区、禁止开发区、限制开发区和适宜开发区。其中,生态保护区为生态源地集聚区,建设阻力最大,村域生态最佳区; 生态优化区中建设阻力值较高,生态服务价值潜力大,能够为生态环境优化提供空间; 禁止开发区中生态与建设扩张阻力差值区间均为负值,建设适宜性较差,应避免开展建设活动; 限制开发区中建设阻力值显著降低,可适当开展村庄建设,但为控制村庄建设用地规模无序扩张,应尽量减少占用; 适宜开发区中建设阻力最小,是优化居民点用地的核心区。各分区差值及面积统计见表2。

表2 迭力素村适宜区分区结果

统计各适宜性分区面积显示,生态保护区面积仅占11.83%,生态最适宜区偏小,村域生态稳定性易受外界环境影响。生态优化区与禁止开发区面积占比分别为26.93%和27.17%,共计54.10%,总体规模偏大。其中,生态优化区所处最小累积阻力差值区间为负值,说明该范围内生态适宜性高,生态质量提升空间大。禁止开发区面积占比最大且最小累积阻力差值为负值,生态适宜性稍好。限制开发区占比为20.39%,最小累计阻力差值区间涵盖正、负值,表明该区域内既适宜建设开发又适宜生态保护,但参照生态优先原则,应开展对生态环境有涵养作用的生产作业活动; 适宜开发区面积占比为13.68%,规模偏小且阻力差值区间均为正值,建设适宜性强,是村民生活的主要聚集地。

从空间分布上看,详见图3,空间适宜性分区表现为圈层分布,生态适宜性由四周向中心逐步减弱。生态保护区分布于村域四周,规模小、分散式分布,南部区域整体多于北部; 生态优化区毗邻生态保护区,空间分布不均匀,倾向于东南侧; 禁止开发区呈“闭合”布局,南侧区域稍高于北侧; 限制开发区在东南侧有延伸,且有居民点分布于其中; 适宜开发区位于迭力素村中心,含两个农村居民点,建设适宜性强。

图3 迭力素村“三生空间”适宜性评价结果

按照空间适宜性、功能主导性重要性及生态敏感性原则,根据MCR模型模拟结果,结合村土地利用现状及村庄发展定位,对迭力素“三生空间”格局进行优化,优化结果见图4,“三生空间”土地利用现状详见表3。

图4 迭力素村“三生空间”格局优化结果

将生态保护区确定为生态空间,由于生态保护区中对生态涵养作用较强的林地分布范围广、数量大,约占57.51%,为迭力素村生态最适宜区,因此,生态保护区直接确定为生态空间。

将生态优化区、限制开发区及禁止开发区确定为生产空间。生态优化区是功能交叉区域,生态优化区中林地与耕地数量上占比相近,兼具生态与生产双重功能,同时,迭力素村主要是以农业生产和农业经济为主,因此,生态优化区宜划入生产空间; 禁止开发区中耕地数量优势明显占56.89%,且拥有耕地数量为各适宜性分区中数量最多,生产功能表现突出,定为生产空间较为合理; 限制开发区中虽有农村居民点分布其中,但耕地数量比重大为70.90%,建设活动开展受限,生产功能为其主导,因此宜划入生产空间。

表3 迭力素村“三生空间”土地利用现状面积及占比

将适宜开发区确定为生活空间。适宜开发区中农村居民点集中分布,各配套设施建设稍良好,是村民生活主要集聚地。且建设用地面积大,建设适宜性强,因此,宜划入生活空间。

迭力素村是典型的传统农业型村庄,远离中心城区,村庄转型动力不足,发展缺少契机,结合迭力素村自然、社会、经济、区位等条件,将“以现代化农业为主,打造集生产生活生态于一体的田园村庄”为其村庄发展定位,空间布局趋于“生态空间功能化,生产空间规模化,生活空间品质化”,实现“生产高效、生活舒适、生态宜居”的目标,推动乡村振兴目标的实现。