宁夏盐池县风沙区聚落的人居环境荷载评价

陈淑青，董贵华，王曼曼(1．北京林业大学水土保持学院 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站，100083，北京;2．北京林业大学 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，100083，北京;3．中国环境监测总站，100012，北京)



宁夏盐池县风沙区聚落的人居环境荷载评价

陈淑青1，2，董贵华3†，王曼曼1，2
(1．北京林业大学水土保持学院 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站，100083，北京;
2．北京林业大学 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，100083，北京;3．中国环境监测总站，100012，北京)

摘要:为了解沙区人居环境状况，衡量区域人居环境荷载水平，依据人居环境科学导论，以盐池县北部风沙区的聚落为研究对象，以“人”为核心，从聚落的生产空间、生态空间、生活空间3方面对其人居环境荷载进行评价。结果表明:1)研究区聚落人居环境的生产空间、生态空间均以中等荷载为主，生活空间以低等荷载为主;2)聚落的人居环境荷载可划分为低、中、高3个等级，其分别占区域面积的32.1%，39.7%，28.2%。该研究在一定程度上探明了沙区人居环境荷载能力，研究区高等聚落人居环境荷载面积较少，整体人居环境荷载能力较低，需加强人居环境管理，整体提高聚落人居环境荷载水平，以保障沙区人居环境安全，同时也为当地资源合理配置、沙化治理、水土保持及聚落格局优化提供借鉴意义。

关键词:盐池北部风沙区;聚落;人居环境荷载

项目名称:国家“十二五”科技支撑计划“荒漠化地区退化土地治理与植被保育技术集成与示范”(2012BAD16B02)

聚落是指在一定地域范围内，人类为满足生活和生产需要而聚居所产生的各种形式的居住场所［1－2］。人居环境是以聚落为载体的人类聚居区域各要素的时空组合体，包括居室和人类活动场所内外的自然环境，是人们生活质量、生理和心理健康状态最直接的表达方式［3］。国外关于聚落方面的研究，从早期侧重聚落的形成、分布、发展过程及自然环境因素［4 6］，逐渐向聚落景观的演化［7］、聚落演变模式与乡村重构［8］、聚落的行为学研究［9］等方面展开，研究范式朝人文及社会方面转型［10］，对于人居环境的研究主要侧重于人居环境的理论［11］和评价研究［12］2方面;相比之下，国内对于聚落人居环境的研究起步较晚，自20世纪30年代，国内学者针对聚落方面展开的研究才逐渐增多［13］，人居环境研究的开端是以吴良镛教授在20世纪90年代成立“人居环境研究中心”为代表［14］。“荷载”最初用于工程学方面［15］，近几年才逐渐用于生态环境学方面［16］。目前学术界对于环境荷载的研究，主要侧重人类活动对环境荷载影响［16］，对于聚落人居环境研究角度以自然资源或景观为核心，且研究区主要集中在黄土丘陵［17］、南方江河流域［18］以及西南山地［19］等，而针对风沙区聚落的人居环境研究，以“人”为核心，从环境荷载角度开展的研究甚少。本研究中聚落人居环境荷载指人类居住环境所能承受的来自外界人类活动及自然环境变化综合作用的程度或威胁人居环境安全的可能性，选取我国北部典型的风沙区以及水土流失较为严重的宁夏盐池县北部作为研究区域，以人类需求为研究重点，从自然生态环境和人类社会活动二者综合考虑对聚落的人居环境荷载进行评价。通过衡量该区域的人居环境荷载能力，为该区域水土保持治理提供参考，同时，也为该区域聚落的格局优化提供借鉴。

1　研究区概况

盐池县北部风沙区位于E 106°30'～107°47'，N 37°04'～38°10'之间;北与毛乌素沙漠相连，南靠黄土高原;海拔在1 350～1 500 m之间，属缓坡丘陵地貌［20］。气候属中温带大陆性气候，年平均气温为9.3℃，年平均降水量为275 mm，日照达2 911.4 h，年大风日为24.2 d，沙暴日为20.6 d，年平均风速为2.8 m/s;土壤类型以黑垆土、灰钙土和风沙土为主［21］;主要土地利用类型为草地、林地、耕地;植被类型主要以沙生草本和灌木为主，主要组成植物有黑沙篙(Artemisia ordosica.)、白草(Pennisetum centrasiaticum.)、苦豆子(Sophora alopecuroides L.)、甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch．)、猫头刺(Oxytropis aciphylla Ledeb．)、柠条(Caragana korshinskii Kom．)等［22］。

该区行政范围包括盐池县的5个乡镇:高沙窝镇、花马池镇、王乐井乡、冯记沟乡、青山乡。2012年该区总人口11万4 762人，约占盐池县总人口的67.8%;农业人口8万6 061人，农民平均纯收入 4 830.4元;总面积4 085.97 km2，约占盐池县总面积的48.83%;总耕地面积为888.86 km2，农作物播种总面积为814.22 km2，粮食产量总产量为9万280 t。研究区以发展农牧业为主，牧业是农业中的主要部门;但由于该区水资源贫乏，降雨量少，大风日数多再加上人类对土地的不合理开发、过度放牧等行为造成区域沙化面积扩大，自然灾害频繁，农牧业生产和人类生活受到危害较大，严重威胁区域人居环境安全。

2　材料与方法

2.1数据来源

用“国家环保部中国环境监测总站”提供的2012年资源一号02C卫星遥感影像及其土地利用数据产品，空间分辨率为10 m×10 m;南京土壤所提供的第2次全国土地调查盐池地区1∶100万土壤数据。其他数据资料则来源于盐池县统计局、水务局和盐池县政府。

2.2指标体系的建立

人居环境和自然环境是人类与自然相互协调、相互发展的关系，二者相互促进，相互抑制［14］(图1)。

图1　聚落人居环境与自然环境的关系Fig．1　Relationship between human settlement and natural environment

基于人居环境科学导论，聚落人居环境由生产空间、生态空间、生活空间3方面构成(表1)，人类的一切活动均要以一定的场所为载体，而主要用于生产经营活动的场所为生产空间［23］;对于维护区域生态环境健康具有重要作用，不以经济效益为主要目标，用于自然保护、山林保护、生态防护等功能的地域为生态空间［24］;容纳生活各种日常活动发生或进行的场所总合为生活空间［25］。通过对区域实地调查，结合盐池县北部风沙区聚落的实际生态环境状况以及数据的可获性，笔者从生产空间、生态空间、生活空间3方面建立盐池县北部风沙区聚落的人居环境荷载评价指标体系，主要考虑“生产功能重要性”、“生态环境敏感性”和“人居环境安全性”。

研究区是典型的农牧交错区，评价区域生产空间荷载主要考虑农牧业荷载能力，取决于植被覆盖度、距聚落距离、土壤有机碳等因素;风沙灾害是研究区主要生态环境问题之一，生态空间荷载主要考虑其对于风沙灾害敏感性，反映的是区域生态系统遇到干扰时，发生风沙灾害可能性大小或生态系统对风沙灾害的抵御能力，主要是由区域的气候状况、下垫面状况和人类活动综合作用的结果。鉴于研究区面积较小，气候因素在区域之间差异并不显著，影响因素主要是土地类型、土壤含沙质量分数、人类的干扰等;生活空间荷载主要考虑聚落人类生活保障性、安全性、交通通达性等，以保障区域人类的生存需求。研究区属于干旱半干旱地带，水是制约当地人们生活的重要因素，由于区域多采用机井采取地下水作为生活用水，区域水资源量在聚落间差异并不显著，距机井、泵站的距离是影响聚落生活的重要因素。风沙灾害是威胁当地居民安全性的主要灾害之一，聚落安全性主要受距沙源远近以及与沙源位置关系等影响。聚落交通通达性主要考虑距重要交通道路的距离等(表1)。

2.3研究方法

根据研究区数据得到各指标栅格图层，采用层次分析法［26］对准则层因子和指标层因子进行权重打分，结果如表1所示。在确定各指标权重时，各指标的量纲不一致，需要对因子层数值进行量化，计算公式如下:式中:Yi为生产空间(生态空间、生活空间)中第i个指标标准化值;Zi为指标实际值;Zmin为区域指标最小值;Zmax为区域指标最大值。

表1　聚落人居环境荷载分级指标体系Tab．1　Index system of levels of human settlement load

然后采用逐级分层归并方法，将同一准则层各项指标加权求和，最后计算得到各聚落人居环境生产空间、生态空间、生活空间荷载等级指数及人居环境荷载综合指数。计算公式如下:式中:Hj为第j个准则层因子荷载综合指数;Yi为其第i个指标的标准化值;ωi为指标层第i个指标的权重;n为指标数，个。

式中:S为综合指数;λj为准则层第j个因子权重;m为准层因子个数;其中区域综合指数理想值在0～100之间。

在ArcGIS中，将聚落人居环境生产空间、生态空间、生活空间荷载图层进行叠加，依据式(3)的评价结果，将聚落人居环境荷载综合指数S划分3个等级，分别为高等聚落人居环境荷载，中等聚落人居环境荷载，低等聚落人居环境荷载。

3　结果与分析

3.1生产、生态、生活空间荷载分级

3.1.1生产空间荷载分级依据式(2)，将植被覆盖度、土壤有机碳质量分数、距聚落距离进行加权求和，得到区域生产空间荷载综合指数在18～100之间，在ArcGIS中采用自然断点的分类方法将其分为3个等级:18～45(低等生产空间荷载)、46～68(中等生产空间荷载)、69～100(高等生产空间荷载)，分别占区域面积的20.1%、62.5%、17.4%。结果表明:高等生产空间荷载面积最少，主要分布在研究区中东部;中、低等生产空间荷载在研究区广泛分布其主要距聚落较远区域或边界处，这与人类活动对生产空间开发利用有关(图2)。植被覆盖度、距聚落距离、土壤有机碳质量分数等因素影响生产空间荷载的分布，其中土壤有机碳质量分数是主要影响因素，植被覆盖度次之，这与研究区居民以农牧业为主的生产方式密切相关，植被覆盖度高、土壤有机碳质量分数高有利于发展农牧业，生产空间荷载相应较高。

图2　生产空间荷载空间布局Fig．2　Spatial distribution of production space load

3.1.2生态空间荷载分级运用与生产空间荷载分级相同的方法，将土地类型、土壤含沙质量分数、人类干扰度进行加权求和，得到生态空间荷载综合指数在22～100之间，将其分为3个等级22～45(低等生态空间荷载)、46～70(中等生态空间荷载)、70～100(高等生态空间荷载)，分别占区域面积的34.2%、43.4%、22.4%。结果表明:低等生态空间荷载分布在聚落周围附近区域，中等生态空间荷载和高等生态空间荷载分布较广，呈相间分布。高等生态空间荷载主要分布在研究区聚落较远区域以及边界地区，这与边界地区距聚落较远受人类干扰程度较小有关(图3)。土地类型是影响区域生态空间荷载最为重要的因素，高等生态空间荷载大多集中分布在林地，在研究区中南部区域土地类型大多为裸露沙地;但由于距聚落较远受人类干扰程度较小，所以该区域也有少量中等生态空间荷载分布。这说明人类干扰对生态空间荷载能力起着重要的作用。

图3　生态空间荷载空间布局Fig．3　Spatial distribution of ecological space load

3.1.3生活空间荷载分级运用以上2种荷载等级划分相同方法，得到生活空间荷载综合指数在0～100之间，将其分为3个等级0～6(低等生活空间荷载)、7～60(中等生活空间荷载)、61～100(高等生活空间荷载)，分别占区域面积的56%、10.2% 和33.8%。结果表明，低等生活空间荷载分布较广但在中部区域分布较少，中等生活空间荷载分布面积较广，在研究区呈零星分布，高等生活空间荷载主要分布在研究区中东部和南部(图4)。水是制约区域生活的重要因素，因此，距水源的距离是影响生活空间荷载的重要因素。其次是距沙源的距离，高等生活空间荷载距水源较近、距沙源较远，而中、低等生态空间荷载距水源较远、距沙源较近。这与沙源易发生风沙灾害威胁人类安全性有关。

图4　生活空间荷载空间布局Fig．4　Spatial distribution of living space load

3.2盐池县北部风沙区聚落人居环境荷载分级

结合式(2)和式(3)，得到区域聚落人居环境荷载综合指数在21～91之间，采用相同的分级方法将其分成 3个等级:21～43(低等聚落人居环境荷载)、44～58(中等聚落人居环境荷载)、59～91(高等聚落人居环境荷载)，分别占区域面积的32.1%、39.7%和28.2%。

结果表明:低等聚落人居环境荷载大多分布在生产、生态、生活空间低等荷载区域，且在该区域土壤质量分数、植被生长状况等自然环境均较差，同时距交通要道、水源等距离较远，满足人类需求程度较低;高等聚落人居环境荷载反之(图5)。基于自然环境与人居环境相互作用关系，二者在能量和物质交换过程中，人类活动可通过调节自然环境的影响因子，改变区域自然环境状况，进而改变整个聚落人居环境荷载的水平。生产空间荷载是聚落人居环境荷载发展的保障和前提;生态空间荷载是影响聚落人居环境荷载最活跃的因素，是聚落人居环境荷载形成的基础;生活空间荷载反应聚落人居环境荷载满足人类需求能力程度:因此生产、生态、生活中的任一因子的变化都直接影响着聚落人居环境荷载能力，且三者之间相互作用，相互联系。例如:土壤有机碳含量减少，影响区域植被和农作物的生长状况，造成农牧经济效益降低，生产空间荷载能力下降，间接影响生态效益和社会效益，使生态空、生活空间荷载能力下降，进而造成人居环境荷载能力降低;相反土壤有机碳含量高，生产空间荷载能力提高，促进生态、生活空间荷载能力提高，进而提升人居环境荷载能力;土壤含沙质量分数、距聚落距离的改变，直接影响区域风沙灾害等的发生频率，直接影响生态空间荷载能力，间接影响聚落生产效益、生活质量，从而影响生产、生态空间荷载能力，进而决定聚落人居环境荷载水平;距水源、交通要道距离的改变，造成人类对聚落人居环境的干扰程度不同，从而影响生态空间荷载和生产荷载，进而影响整个聚落人居环境荷载。研究区目前人居环境荷载水平较低，自然环境质量较差;因此，人们可以通过提高区域自然环境中植被覆盖度、土壤有机碳质量分数等因子来改善区域自然环境质量，增加该区农牧业的收益、降低区域风沙灾害发生频率等，以此提高聚落生产空间、生态空间和生活空间荷载水平，进而提高整个聚落人居环境荷载水平。反之，整体聚落人居环境荷载的提高，不仅改善自然环境，也能提高区域的生产空间、生态空间、生活空间的荷载能力。

4　结论与讨论

1)研究区人居环境荷载以中等为主，低等次之，高等最少，从整体来看自然环境质量较差，满足人类需求低。区域植被状况、土壤质量以及距交通要道距离等因子综合影响人居环境荷载水平，但在人居环境不同的空间各因素的重要作用不同。总的来说，区域植被状况、土壤质量等自然因子对生产空间、生态空间的荷载水平影响较大，距交通要道距离等社会经济因子对生活空间的影响较大。

图5　聚落人居环境荷载空间布局Fig．5　Spatial distribution of human settlement load

2)生产、生态、生活空间荷载主导因子不同。研究区风大沙多、水资源贫乏是导致区域生产、生态、生活空间荷载水平低的重要原因。

以往对聚落人居环境的研究多考虑聚落生态环境，很少从“居住者”的视角考虑人类需求，而对生态学环境荷载的研究多以人类活动角度考虑，较少考虑自然环境。本研究则实现了影响聚落环境的生态环境与人类活动的结合。本文的研究结论与其他学者关于沙区环境评价的研究结果基本一致，但仍存在一些不足之处。由于考虑到指标数据的可获性以及数据比例尺不统一问题，构建的指标体系及考虑聚落对周围的影响中都存在一定的局限性。此外，针对研究结果，如何实施具体有效的沙区环境改善措施、正确引导人类活动以实现沙区聚落人居环境生产空间、生态空间、生活空间的整体协调发展需要进一步探讨。

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An evaluation of human settlement load in the sandy area of Yanchi County of Ningxia Autonomous Region

Chen Shuqing1，2，Dong Guihua3，Wang Manman1，2
(1．Yanchi Research Station，School of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，100083，Beijing，China;2．Key Laboratory of Soil and Water Conservation＆Desertification Combating of Ministry of Education，Beijing Forestry University，100083，Beijing，China; 3．China National Environmental Monitoring Centre，100012，Beijing，China)

Abstract:［Background］Settlement is the most direct expression of people's quality of life，physical and mental health，and the studies on the human settlement load(HSL)in China have been focused on loess hilly region，southern river basin，and southwest China，but very few on the sandy areas yet．Thus we here try to analyze the situation of human settlement in sandy area and measure the level of regional HSL．［Methods］We evaluated the HSL from the production space，ecological space and living space in the sandy area of the northern Yanchi County in a human-oriented way．Firstly，based on introduction to sciences of human settlements，we constructed HSL index system and determined the index weight，in which analytic hierarchy analysis process(AHP)and weight sum were used．Secondly，using the progressive hierarchical merging method，we figured out the same criterion layer of the index with weight sum method and calculated the index of production space load，ecological space load，living space load．Finally，using ArcGIS to overlay HSL of production space，ecological space，and living space layer，we classified the comprehensive index of HSL．［Results］1)The HSL can be divided into 3 levels:low，which accounted for 32.1%，medium for 39.7%，and high for 28.2%．2)In the same pattern，the production space can be divided into 3 levels:low，which accounted for 20.1%，medium for 62.5%，and high for 17.4%;and the ecological space into 3 levels:low，which accounted for 34.2%，medium for 43.4%and high for 22.4%;also the living space into 3 levels:low，which accounted for 56%，medium for 10.2%and high for 33.8%;thus，the production space and ecological space were dominated by medium load，while the living space was dominated by low load．［Conclusions］As a whole，the natural environmental quality in the study area was too poor to meet the demand of human habitation．Our analysis of the HSL proved the bearing capacity of the human settlement and indicated that the overall HSL capacity was relatively low．This result suggested that effective measures must be taken to improve the level of HSL in order to ensure the safety of human settlement in this area．Meanwhile，it provides useful guidance for natural resources allocation，desertification governance，soil and water conservation，and optimization of settlement pattern in the sandy area of northern Yanchi．

Keywords:sandy area of northern Yanchi;settlement;human settlement load

中图分类号:X826

文献标志码:A

文章编号:1672-3007(2016)03-0076-08

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．010

收稿日期:2015 05 04修回日期:2016 01 15

第一作者简介:陈淑青(1989—)，女，硕士研究生。主要研究方向:3S在自然环境中的应用。E-mail:1058461200@qq．com†通信 董贵华(1977—)，女，硕士，高级工程师。主要研究方向:生态监测与评价。E-mail:donggh@cnemc．cn