自然环境影响下太湖流域传统村落选址类型识别与特征——基于GIS、PCA与聚类分析的研究

《Land》：Identification and Characteristics of Traditional Village Siting Types Under the Influence of Natural Environmental Factors: A Study from the Taihu Basin

　　

传统村落空间分布格局与选址特征的认识，为其保护与空间规划提供重要依据。本研究采用基于地理信息系统（Geographic Information System, GIS）的空间分析、主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和聚类分析，考察太湖流域传统村落的空间分布格局、环境关联与选址类型。结果表明，太湖流域传统村落呈现大尺度集聚与局地散布并存的空间格局，其空间分布格局和选址特征与地形、气候和水生态条件显著关联。传统村落选址与地形、气候和水生态条件变化密切相关。不同环境因素共同促成传统村落差异化选址格局的形成。其中，地形和气候特征对区分整体环境变化的贡献相对较高，而水文条件反映了太湖流域传统村落与区域水系之间的强空间关联。基于PCA和聚类分析结果，太湖流域传统村落被划分为三大选址类型：山地陡坡湿润型村落、平原滨水暖湿型村落和平原缓坡向阳型村落。本研究揭示了流域尺度下传统村落选址的环境适应模式，为传统村落类型识别、区域保护和空间规划提供科学启示。

自然环境影响下太湖流域传统村落选址类型识别与特征研究解读

研究背景：传统村落是特定地理与社会文化背景下长期人地互动逐渐形成的稳定聚落单元，保存区域生产实践、社会组织和文化遗产信息。既有研究多关注空间形态、建筑遗产价值、保护策略和旅游利用，近年来逐渐转向自然环境与人类活动在传统村落形成中的作用。选址是聚落建设初始阶段，影响后续空间组织、资源利用和环境适应。但快速城镇化和当代发展改变传统人地关系与空间适应过程，根植地方环境的生态知识逐渐侵蚀。现有研究存在不足：多聚焦单因素，难以揭示多环境变量协同效应；研究尺度与空间单元常按现代行政边界定义，可能割裂连续自然生态过程，遮蔽同一自然地理单元内村落空间关系和共演化机制。流域作为连接环境过程与人类活动的空间单元，可为理解聚落发展和文化演化提供框架。因此，研究人员以太湖流域传统村落为对象，整合GIS空间分析、PCA和聚类分析，考察选址特征及其与环境条件关联，回答空间分布与集聚特征、地形气候水生态因素关联、不同选址类型如何反映长期环境适应等问题，旨在揭示流域尺度环境适应模式及空间实践中的适应知识，为类型识别、区域保护和空间规划提供依据。

方法概括（不超过250字）：研究区为太湖流域，面积36,895 km²。传统村落数据包括国家级和省级：国家级来自中国传统村落数字博物馆第一至第六批，更新至2023；省级来自江苏省和浙江省住建部门官网，江苏8批更新至2025，浙江1批更新至2017，上海未建立省级名单。环境数据中，数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）来自地理空间数据云，分辨率30 m×30 m；气候、水文、生态数据来自地球资源数据云，分辨率1000 m×1000 m。技术方法包括ArcGIS提取高程、坡度、坡向、距河流距离和植被覆盖；最近邻指数与核密度分析空间分布；主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）降维，采用Kaiser–Meyer–Olkin（KMO）检验和Bartlett球形检验；Varimax旋转；Bisecting K-means（二分K均值）聚类，并以轮廓系数、Calinski–Harabasz（CH）指数和Davies–Bouldin（DB）指数评价，Kruskal–Wallis检验验证。

研究结果：

3.1 太湖流域传统村落空间分布
3.1.1 总体分布格局：ArcGIS平均最近邻工具显示，观测平均最近邻距离4192.4636 m，期望6390.9726 m，最近邻比率0.656小于1，p<0.01，Z=-11.3986，表明显著集聚。苏州95个、无锡73个为核心集中区；湖州40个、常州38个较均衡；镇江28个、嘉兴14个中等；杭州7个、上海5个较少。杭州较少与其位于太湖流域边缘及纳入面积有限有关。
3.1.2 核密度分布：ArcGIS核密度分析显示“大尺度集聚、局地散点分布”，形成“5+2”多核集聚结构。五个高密度核心位于镇江沿江北带、无锡—常州交界、苏州东山—西山半岛、湖州南浔—吴兴至苏州吴江—昆山交界延伸带；两个次级高密度在宜兴和无锡锡山区。整体沿河湖水系呈带状分布。

3.2 太湖流域传统村落选址因素分析
该部分从地形、气候和水生态三个维度选指标。地形指标为高程、坡度、坡向；气候指标为年均温、年降水、年日照、年均相对湿度、年均风速；水生态指标为距河流距离和植被覆盖。社会经济因素未纳入。
3.2.1 地形因素：统计显示258个村落（86%）海拔低于25 m；海拔25–50 m有17个，50–75 m有2个，75–100 m有4个，100 m以上丘陵山地19个。坡度低于2°有250个（83.3%），2–6°有38个，6–15°有11个，15–25°仅1个，大于25°无。坡向方面，向阳坡村落最多，为191个。结论为平原和缓坡是主要集中区，山地陡坡不利于大规模聚落形成。
3.2.2 气候因素：多数村落位于年均温16–18 °C；超过90%村落年降水800–1000 mm；年日照多集中在1600–1800 h；相对湿度多在76–78%；年均风速多为5–6 m/s。结论为多数传统村落位于降水充沛、水热均衡、日照适中、湿度适宜、通风良好区域。
3.2.3 水生态因素：距最近河道200 m内有89个村落（29.6%），200–500 m有66个（22%），500–1000 m有46个，1000–2000 m有52个，超过2000 m仅47个。植被覆盖均值约0.67，237个村落（79%）所在区域植被覆盖超过0.60。结论为选址具有明显水导向，高植被覆盖和良好生态条件有利。

3.3 太湖流域传统村落选址聚类分析
3.3.1 关键影响因素：PCA对10个环境指标降维。KMO=0.569，Bartlett球形检验显著（χ²=1359.637，df=45，p<0.001）。提取3个特征值大于1的主成分，特征值为2.9049、2.0910、1.3829，分别解释28.95%、20.84%、13.78%，累计63.58%。Varimax旋转后，PC1高载荷于高程、坡度和年均温；PC2高载荷于年日照和相对湿度；PC3高载荷于年降水、年均风速和距河流距离。
3.3.2 选址类型聚类结果：以主成分得分为输入，Bisecting K-means聚类。K=2–6比较，轮廓系数分别为0.701、0.679、0.556、0.568、0.393；CH指数为132.780、244.975、376.093、501.094、555.519；DB指数为0.925、0.494、0.488、0.432、0.586。综合统计评价、环境分异和类型可解释性，选择K=3。三类为：山地陡坡湿润型（Cluster 1，24个）、平原滨水暖湿型（Cluster 2，69个）、平原缓坡向阳型（Cluster 3，207个）。Kruskal–Wallis检验显示三类在F₁、F₂、F₃维度显著差异，H分别为137.280（p<0.001）、7.810（p=0.020）、174.743（p<0.001）。多数原始指标差异显著；年均相对湿度无显著差异。
3.3.3 不同传统村落类型选址特征：
1 山地陡坡湿润型：高海拔、陡坡、降水多、温度较低、距河远。海拔74–525 m，均值187.28 m；坡度1–19°，均值6.54°；年降水855–1284 mm，均值1105 mm；距河10–5552 m，均值1900 m。主要分布于镇江南部、杭州北部、湖州西南部及常州溧阳、无锡宜兴、湖州长兴交界。代表村落包括Zhinan、Longshang、Shimen、Xujin、Yangfeng、Zhangwu、Jinxiu。多位于山谷或山前阶地，遵循避灾、求安全、避风、取水原则。
2 平原滨水暖湿型：低海拔、较高温、近水。海拔2–11 m，均值5.77 m；坡度0.06–0.7°，均值0.23°；距河0–2625 m，均值371 m。多位于小流域自然水系200–2000 m缓冲带。代表村落包括Digang、Dongbang、Zhubang、Xinmin、Minhe、Luzhong、Lishi、Dongnanlong、Gexin。水系密集，村落围绕河道、池塘或圩区组织，形成以水塑村、水网聚落格局；如湖州南浔溇港圩田系统整合圩田与河港网络。
3 平原缓坡向阳型：低海拔、缓坡、日照充足。海拔2.39–72.05 m，均值10 m；坡度0.06–9.54°，均值0.92°。主要分布于镇江沿江带、太湖湖岸、苏州东山—西山半岛。代表村落包括Jianshan、Huashan、Ruli、Zhoushan、Chongshan、Sanshan、Wengxiang、Luxiang Ancient Village、Yangwan、Shuangwan、Mingyuewan、Dongcai、Piaomiao、Yaluli、Tangli、Zhili。多依山面水，体现传统风水理想选址；年日照1462–1829 h，均值1735 h。东山—西山半岛受太湖调节，气候温和、雨量充沛、日照充足，支持枇杷、杨梅、柑橘、水稻和碧螺春茶。

讨论部分：
4.1 流域尺度人地关系：传统村落选址是长期人地互动结果。太湖流域村落分布与地形、气候、水生态显著关联，与前人认识一致。流域作为连续空间框架超越行政边界，可整体理解环境过程与聚落演化。既有流域研究多关注分布格局和单因素，未充分探讨同一流域内生态单元适应差异及多环境条件共同对应的选址类型。三类类型反映不同生态背景下人地互动分化：山地陡坡湿润型体现山地地形约束下维持空间连续性；平原滨水暖湿型体现自然水环境与工程水管理系统互动；平原缓坡向阳型体现湖滨地区地形、日照和景观资源综合利用。研究确认水文条件重要性，但水环境不能完全解释流域内选址差异；太湖流域包含河网平原、湖滨缓坡、西南丘陵等生态单元，“水导向”具有差异化表达。结合历史发展，三类可理解为自然、生产系统和社会经济演化共同作用下的文化景观：山地类型与宜兴、长兴、溧阳山地农林茶复合生计有关；平原滨水型与唐宋以来河流整治、圩田开发和水利建设形成的河、塘、渠、圩农业景观有关；平原缓坡向阳型体现湖滨地区从基本环境适应向区域环境资源综合利用转变。
4.2 保护与规划意义：保护应超越建筑遗产和空间形态，包括支撑村落形成与长期发展的区域环境背景。流域尺度揭示共享环境基础和空间联系，推动从孤立村落保护转向人地系统保护。三类类型需差异化策略：山地型关注山地地形格局和生态稳定性；平原滨水型优先保护河网结构、传统水利系统及聚落—农地—水系关系；平原缓坡向阳型强调湖滨农业景观和地域生产实践连续性。应避免标准化更新。研究识别镇江长江走廊、太湖湖岸、苏州东西山岛等显著集聚，提示区域协同保护。
4.3 局限与未来：分析框架主要关注自然环境与选址，未充分解释社会历史过程；未来可整合地方志、历史文献、土地利用变化和社会经济信息。环境数据主要来自公开遥感产品和空间数据库，空间分辨率难以刻画村内微气候，距河距离不能完全代表传统水系结构、塘浦网络、圩田景观及长期互动；时间上主要代表当代环境，不等于建村时环境，因此研究关注空间关联而非历史因果。未来可整合高分辨率遥感、历史地图、地方志、水系演变记录和古环境重建。研究侧重流域尺度选址，对村内空间组织和环境适应具体表现关注有限，未来可选代表村案例研究，从区域尺度走向微观适应实践。

结论翻译：传统村落选址是人类聚落与周边自然环境长期相互作用形成的空间响应过程。以太湖流域传统村落为研究区，本研究构建了整合GIS、PCA和聚类分析的多因素分析框架，识别流域尺度空间分布格局、环境关联和村落选址类型。主要发现：（1）太湖流域传统村落呈大尺度集聚和局地散点分布的空间格局，其分布与区域地形、气候、水生态条件显著关联，表明自然环境是村落选址格局的重要基础。（2）传统村落选址反映多种环境因素共同影响而非单一主导变量；基于PCA和聚类分析识别出三类选址类型：山地陡坡湿润型村落、平原滨水暖湿型村落和平原缓坡向阳型村落，反映不同地理条件下差异化的环境适应模式。（3）本研究通过引入流域尺度视角并建立基于环境因子的类型识别方法，拓展了传统村落选址研究。研究结果揭示区域尺度村落选址格局的空间分异，为传统村落分类保护和区域空间规划提供启示。