烏魯木齊市土地利用變化與城市化關(guān)系研究

伊素燕 阿力木江·吐斯依提

[摘要]在GIS和ENVI技術(shù)支持下，將2006、2011、2016年TM與ETM遙感圖像解譯分類，對烏魯木市土地利用變化進行定量分析。通過回歸分析方法，結(jié)合城市化綜合發(fā)展水平等指標(biāo)，分析城市化水平與土地利用變化關(guān)系，為土地利用規(guī)劃、城市建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，烏魯木齊市土地利用變化和城市化存在著一定的相關(guān)性，2006～2016年間，烏魯木齊市土地利用發(fā)生了顯著變化，呈現(xiàn)出農(nóng)用地面積持續(xù)增加但增幅緩慢、建設(shè)用地面積持續(xù)增加且增幅增大、未利用地向農(nóng)用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移較多等特點。

[關(guān)鍵詞]土地利用；城市化；相關(guān)性；烏魯木齊

[中圖分類號]F301.2 [文獻標(biāo)識碼]A

土地資源是城市經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)，城市化是城市發(fā)展的必然階段。影響土地利用變化的人文因素有很多，其中城市化的作用明顯。城市化的發(fā)展推動城市土地的集約利用，而城市土地的集約利用又有效推動城市化持續(xù)發(fā)展。城市規(guī)模要同資源環(huán)境承載能力相適應(yīng)，生態(tài)空間和建設(shè)空間不能失調(diào)。只有充分認(rèn)識土地利用與城市化關(guān)系，順應(yīng)城市化發(fā)展，才能實現(xiàn)建設(shè)和諧宜居、富有活力的現(xiàn)代化城市的目標(biāo)。

國內(nèi)外的學(xué)者圍繞土地利用變化和城市化關(guān)系進行了大量的研究。在土地利用變化方面，大多對土地利用結(jié)構(gòu)、土地數(shù)量變化分析、土地利用動態(tài)度、土地利用變化驅(qū)動力、土地利用景觀格局變化等進行研究。城市化方面，大多對城市化的過程、空間變化、機理、驅(qū)動因素等進行研究。對土地利用和城市化之間關(guān)系方面，大多針對其協(xié)調(diào)性、耦合關(guān)系等進行研究。在研究區(qū)上，大多學(xué)者選區(qū)沿海或發(fā)達省市進行研究，對西北干旱區(qū)的綠洲城市化與土地利用變化的關(guān)系研究較為匱乏。本文選取西北干旱區(qū)綠洲城市——烏魯木齊市為研究區(qū)域，基于2006、2011、2016年三期遙感圖像，借助RS與GIS技術(shù)，獲取土地利用定量變化數(shù)據(jù)，結(jié)合城市化綜合水平指標(biāo)，研究烏魯木齊市土地利用變化與城市化發(fā)展的關(guān)系，為區(qū)域城市化建設(shè)中土地利用和城市化協(xié)調(diào)發(fā)展、城市可持續(xù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市地處亞歐大陸腹地是我國向西開放的重要門戶。東西長約 190km，南北跨距約153km。東、南、西三面環(huán)山，北部為沖積平原，地形開闊。截至2016年，全市行政區(qū)面積13 788km2，其中，建成區(qū)面積430km2。轄7區(qū)（天山區(qū)，沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、頭屯河區(qū)、水磨溝區(qū)、達坂城區(qū)，米東區(qū)）1縣（烏魯木齊縣），常駐人口355萬人。

1.2 數(shù)據(jù)獲取及處理

1.2.1 土地利用數(shù)據(jù)。選取2006，2011的TM、2016年的ETM 遙感影像（分辨率均為30m）為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中科院地理空間數(shù)據(jù)云。研究區(qū)遙感影像攝于天氣晴朗、無云時段，故影像清晰，適合做研究分析。在envi4.8軟件的支持下，經(jīng)過前期預(yù)處理后，得到3期不同年份的烏魯木齊市遙感影像圖。根據(jù)遙感圖像中的各種影像特征，采用最大似然法對遙感圖像進行監(jiān)督分類，將烏魯木齊市土地利用類型劃分成：農(nóng)用地、建設(shè)用地、水體以及未利用地四大類。各期土地利用類型影像數(shù)據(jù)的分類精度均在80%以上，滿足研究精度要求。土地利用分類圖經(jīng)過矢量化操作處理后，在envi4.8軟件的支持下，得到不同時間段的各土地類型占總面積比和土地變化轉(zhuǎn)移矩陣。

1.2.2 城市化分析數(shù)據(jù)。采用人口和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)：來源于《烏魯木齊市統(tǒng)計年鑒》。

2 研究方法

2.1 土地利用變化

土地利用變化常采用數(shù)量變化、速率變化、結(jié)構(gòu)變化等進行分析研究，其中以土地利用變化度作為變化速率的研究依據(jù)。土地利用變化動態(tài)度是表示在某段時間內(nèi)某種類型土地面積的變化速度情況，可作為土地利用的動態(tài)變化的主要參考。其中，正數(shù)表示土地面積增加，負(fù)數(shù)表示土地面積減少，數(shù)值（動態(tài)度的絕對值）表示增加或減少的幅度，其值（動態(tài)度絕對值）為增減的幅度，值越大變化越大。

2.2 城市化水平

城市化水平的測度方法及權(quán)重的確定，采用魯春陽等的方法，以城市非農(nóng)人口占總?cè)丝诘谋戎刈鳛槿丝诔鞘谢闹笜?biāo)，以非農(nóng)產(chǎn)值占總產(chǎn)值的比重作為產(chǎn)業(yè)城市化的指標(biāo)的綜合指標(biāo)，權(quán)重分別設(shè)置為0.8和0.2，并求加權(quán)平均值，得到城市化綜合發(fā)展水平X。

當(dāng)X≦30%為城市化初級增長階段，30%

2.3 土地利用變化與城市化水平之間的相互關(guān)系

土地利用變化與城市化水平之間的相互關(guān)系一般多采用灰色關(guān)聯(lián)法或回歸分析法，本文采用回歸模型來擬合城市化綜合發(fā)展水平的高低與土地利用變化量之間在數(shù)量上的關(guān)系。

式中：Y為某土地利用類型占總面積的比例；X為城市化綜合發(fā)展水平。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 數(shù)量變化分析。2006～2016年間，烏魯木齊市未利用地面積數(shù)量占比持續(xù)減少，建設(shè)用地和農(nóng)用地面積數(shù)量占比持續(xù)增加，水體面積數(shù)量先減后增（圖1）。具體來說，未利用地面積的減少，從2006年的39.05%減少到2016年的14.02%，減少了25.02%；建設(shè)用地數(shù)量占比從2006年的15.57%增至28.14%，增幅近1倍；10年間農(nóng)用地面積增加13.11%，水體面積占比從由2006年的0.95%到2011年的0.14%，2016年增為0.28%，呈現(xiàn)出先減后增趨勢。

3.1.2 變化速率分析。從變化速度來看，2006～2016年間，烏魯木齊市未利用地面積減少幅度較明顯，建設(shè)用地面積增幅較快，且增長速度高于農(nóng)用地增長速度。將三個年份土地利用類型總面積代入式（1），得出3個時期土地利用的動態(tài)度（圖2）：農(nóng)用地面積增長速度逐漸變緩，動態(tài)度由2006～2011年的2.14%，到2011～2016年期間變?yōu)?.39%，表明的農(nóng)用地以相對平緩速度增加；建設(shè)用地面積不斷擴大，動態(tài)度由2006～2011年期間增至12.7%，到2011～2016年期間變?yōu)?.11%，增加幅度明顯變少；未利用地一直呈減少趨勢，2006～2011年期間變?yōu)?.09， 2011～2016年期間變?yōu)?.87；烏魯木齊市為干旱城市，水體所占面積較小，由于氣候與地理原因，水體面積變化速度也相對較大，但整體變化情況沒有很明顯。

3.1.3 土地利用轉(zhuǎn)換類型分析。從土地轉(zhuǎn)換類型來看，建設(shè)用地和未利用地變化率高，未利用地轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地數(shù)量明顯增大。將ENVI4.8得到的圖像經(jīng)過矢量化處理以后，求得2個不同時期烏魯木齊市土地利用轉(zhuǎn)換矩陣（表1、表2）。其中表格的列為期起始年份的土地利用類型面積，行為后期年份的土地利用類型面積，變化率為發(fā)生類型轉(zhuǎn)移面積占總面積的百分比。

由表1、表2可知，變化率最高的為未利用地與水體。烏魯木齊屬于干旱缺水城市，隨著城市建設(shè)不斷的發(fā)展，水資源的需求不斷增長，導(dǎo)致烏魯木齊水資源容量與承載性大大降低。未利用地高變化率說明了未利用地轉(zhuǎn)化方向多，其他土地利用類型也有較多途徑可以轉(zhuǎn)化成未利用地。耕地和建設(shè)用地的變化率也較高，表明耕地和建設(shè)用地具有不穩(wěn)定性。

3.2 城市化水平分析

城市化作為城市經(jīng)濟發(fā)展水平的一個重要標(biāo)志，其發(fā)展歷程可以反映一個城市發(fā)展的軌跡。借助《烏魯木齊市統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)和用公式（2），計算出烏魯木齊市2006～2016年城市化化水平（圖3）。

3.2.1 增長趨勢分析。從2006年到2016年，烏魯木齊市總?cè)丝谥械某鞘腥丝谡急扔?8%增長到91.95%，平均每年增長1.4%。從烏魯木齊市城市化水平歷年的增長趨勢看，2006年到2016年，烏魯木齊市城市化水平雖然在個別年份出現(xiàn)波動，但整體呈現(xiàn)出緩慢增長的態(tài)勢。

3.2.2 增長速度分析。處于快速城市化背景下的烏魯木齊市在2006年到2016年的10年間，城市化水平增長速度減緩，且有些年份出現(xiàn)了負(fù)增長現(xiàn)象。2014，2016年間城市化增長速度顯著加快，城市化水平增長了15.22%

3.3 土地利用變化與城市化水平的相關(guān)分析

3.3.1 土地利用變化與城市化水平的定量比較分析。本研究所指的農(nóng)用地中有耕地、林地和牧草地等，把通過遙感影像分類得出土地利用類型數(shù)據(jù)作分析。因只有3個年份的數(shù)據(jù)，不足以進行整體的研究，故按照等距分布法，將其他年份數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)預(yù)測進行補充完善，再通過散點圖表示出城市化綜合發(fā)展水平指標(biāo)與各土地利用類型占總面積之間的關(guān)聯(lián)，并得出擬合趨勢線來進行相關(guān)分析（圖4）。

由圖4可知，城市化水平?jīng)Q定著農(nóng)用地占總面積比的變化，通過擬合趨勢線顯示，兩者在數(shù)量關(guān)系上相關(guān)性較好。關(guān)聯(lián)系數(shù)R2 =0.7847，回歸方程為：Y=0.1957X2 -33.136X+1445.9 烏魯木齊市2006～2016年間城市化水平發(fā)展從平穩(wěn)速度到逐漸減少再逐漸增加。農(nóng)用地面積占比增長較為平緩。

建設(shè)用地的面積變化與城市化水平的增幅情況有直接聯(lián)系，兩者圖上呈現(xiàn)出典型的線性相關(guān)，關(guān)聯(lián)系數(shù)R2 =0.9566，回歸方程為：Y=0.0028X2-1.2203X+107.22回歸方程表明：城市化的不斷發(fā)展導(dǎo)致建設(shè)用地的規(guī)模不斷擴大。

隨著城市的不斷擴張，未利用地面積占比開始減少。城市化發(fā)展水平的高低決定了未利用地在總面積中的占比，兩者在數(shù)量上同樣呈現(xiàn)出線性相關(guān)，關(guān)聯(lián)系數(shù)R2 =0.8418，回歸方程為：Y=-0.3977X2+67.593X-2830.6回歸方程表明，在快速發(fā)展的城市化背景下，未利用地占總面積比逐年下降。

水體的面積呈現(xiàn)先急劇減少后緩慢增加的情況。關(guān)聯(lián)系數(shù)R2 =0.8281，回歸方程為：Y=-0.0129X2 +2.2111X-93.857，回歸方程表明，兩者在數(shù)量上同樣呈現(xiàn)出典型的線性相關(guān)，

3.3.2 土地利用變化與城市化作用機制分析。城市化發(fā)展需要大量的勞動力人口與經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的支持，而人口的增加與產(chǎn)業(yè)擴張促使城市向外圍發(fā)展。為滿足更多城市人口的生產(chǎn)生活需要，因城市規(guī)模的擴大，周邊的農(nóng)業(yè)用地被占為建設(shè)用地，大量的未利用地轉(zhuǎn)化為農(nóng)用地與建設(shè)用地，土地利用結(jié)構(gòu)被改變。土地城市化發(fā)展明顯，而土地利用結(jié)構(gòu)的變化必然導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)比重由2006年的98.6%增加為2016年的98.8%。人口城市化、產(chǎn)業(yè)城市化、土地城市化三者共同促進了烏魯木齊市的城市化發(fā)展進程。

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

2006，2016年期間，烏魯木齊市土地利用類型變化非常顯著，其變化的特點可以概括為：從變化數(shù)量分析，未利用地數(shù)量減幅明顯，建設(shè)用地數(shù)量逐年增加，水體數(shù)量呈先減后增趨勢；從變化速度分析，農(nóng)用地面積的增速減慢，而建設(shè)用地的面積逐漸擴大，且增幅高于農(nóng)用地面積的變化速度；從變化的類型分析，建設(shè)用地和未利用地的轉(zhuǎn)化率高，未利用地轉(zhuǎn)化為農(nóng)用地較多，未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的數(shù)量增幅顯著。

城市化水平與土地利用變化具有相關(guān)性，在快速發(fā)展的城市化背景下，農(nóng)用地和建設(shè)用地面積不斷擴大，當(dāng)城市化水平發(fā)展速度減緩時，造成了農(nóng)用地增速減緩。當(dāng)城市化水平發(fā)展較快時，城市的集聚效應(yīng)增強，向城市流動的人口增加，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型速度加快，土地利用類型的變化表現(xiàn)為農(nóng)用地向非農(nóng)用地轉(zhuǎn)變，這一變化在快速城市化背景下的烏魯木齊市表現(xiàn)得更加明顯。

未利用地向農(nóng)用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)變是土地城市化的明顯標(biāo)志，通過土地利用變化與城市化相關(guān)分析得出，土地城市化、產(chǎn)業(yè)城市化及人口城市化之間具有相關(guān)性。在城市化水平不斷增長的背景下，土地城市化推動產(chǎn)業(yè)城市化和人口城市化。

4.2 討論

本文通過烏魯木齊2006～2016年土地利用變化數(shù)據(jù)，結(jié)合城市化綜合水平指標(biāo)，研究烏魯木齊市土地利用變化與城市化發(fā)展的關(guān)系，土地數(shù)據(jù)的獲取方式、或城市化水平的測度方式或指標(biāo)不同，可能結(jié)論與本文有所差異，且本文在確定城市化指標(biāo)權(quán)重時，直接借助前人的研究成果，沒有針對研究區(qū)進行實證，這也是在今后研究中需要完善之處。

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