吐魯番鄉(xiāng)村聚落空間演變特征研究

張燕，冶建明，左雙寶

（1 新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆石河子 832000；2 石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000）

0 引言

鄉(xiāng)村聚落是由聚集在一起定居的人們在地理空間中形成的場所，為人們的生產(chǎn)工作和居住生活提供了重要的空間[1]。國外早在十九世紀(jì)初就開始了對影響聚落形成與發(fā)展的因素、聚落種類和聚落演變等方面的研究[2-3]。其研究內(nèi)容逐漸從聚落的宏觀轉(zhuǎn)向微觀、從自然因素轉(zhuǎn)向人文社會因素、從單一學(xué)科的研究轉(zhuǎn)向多學(xué)科交叉研究。二十世紀(jì)末對鄉(xiāng)村聚落的研究發(fā)現(xiàn)：地理區(qū)位、人口密度、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等因素影響聚落的發(fā)展和演變[4-6]。我國對鄉(xiāng)村聚落的研究分為兩個階段，二十世紀(jì)九十年代，鄉(xiāng)村聚落研究主要集中在聚落的概念、形態(tài)和分類上。隨著新農(nóng)村建設(shè)和城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展政策的推進(jìn)，聚落研究逐漸轉(zhuǎn)向空間格局、時空演變和旅游發(fā)展[7-11]。進(jìn)入21 世紀(jì)，學(xué)者利用鄉(xiāng)村聚落的空間分布數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS 技術(shù)分析聚落的演變趨勢、演變特征及驅(qū)動機(jī)制。國內(nèi)學(xué)者還以聚落斑塊面積變化為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究聚落的擴(kuò)張速度與聚落類型、發(fā)展程度、資源環(huán)境等因素之間的關(guān)系[12-16]。

吐魯番位居絲綢之路要沖，是名聞遐邇的歷史重鎮(zhèn)，自古就是中國西域地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)和文化的中心之一。本文選取2000 年、2010 年、2020 年三個代表性年份的吐魯番鄉(xiāng)村聚落數(shù)據(jù)，研究其演變規(guī)律與規(guī)模、海拔、坡度等要素之間的關(guān)系，以期為吐魯番鄉(xiāng)村聚落的未來發(fā)展與規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

吐魯番位于新疆東部，是南疆和北疆交匯處，地理位置十分優(yōu)越，四通八達(dá)。是內(nèi)地連接中亞地區(qū)及南北疆的重要交通樞紐。吐魯番總面積1.36 萬km2，2019 年末總?cè)丝?8.74 萬人。吐魯番屬于大陸性暖溫帶荒漠氣候，日照充足，熱量豐富但干旱少雨、地表蒸發(fā)量大且大風(fēng)頻繁[17]，水源主要來自北部和西部天山山區(qū)的降雨和雪融水。吐魯番土地資源總量大，占全省土地的4.1%，但土壤以砂壤和黃色粘土為主，屬微堿性，有機(jī)質(zhì)少，肥力較差。雖然吐魯番氣候條件和土地條件較差，但礦產(chǎn)資源豐富，是新疆煤、銅、金、鐵等重要礦產(chǎn)的富集地區(qū)之一。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

1）首先從全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)下載吐魯番2000年、2010 年和2020 年30 m 地表覆蓋數(shù)據(jù)，使用ArcGIS10.5 中屬性提取模塊提取吐魯番三個年份的地類圖斑，經(jīng)過重分類模塊的處理后轉(zhuǎn)換為Shapefile 格式文件，得到所需鄉(xiāng)村聚落的空間分布圖，最后保留需要的斑塊數(shù)據(jù)。然后再在該系統(tǒng)下載1：25 萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，提取吐魯番河流道路線數(shù)據(jù)，得到吐魯番主要道路河流分布圖。

2）通過地理空間數(shù)據(jù)云平臺下載吐魯番DEM（30 m）數(shù)字高程數(shù)據(jù)，提取吐魯番高程數(shù)據(jù)和坡度數(shù)據(jù)。

3）從《新疆年鑒》和《吐魯番年鑒》得到研究區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

以吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊為研究對象，首先利用位序-規(guī)模法則研究吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊擴(kuò)展與聚落規(guī)模之間的關(guān)系，判斷不同層次的鄉(xiāng)村聚落斑塊的發(fā)展?fàn)顩r。再利用ArcGIS10.5 的空間分析法，研究吐魯番鄉(xiāng)村聚落在空間上的分布特征及影響因素。

2.2.1 位序—規(guī)模法則

位序-規(guī)模法則是利用統(tǒng)計方法，研究鄉(xiāng)村聚落規(guī)模與鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展之間的關(guān)系，反映鄉(xiāng)村聚落在空間上的結(jié)構(gòu)特征的研究方法。本文通過對吐魯番鄉(xiāng)村聚落位序級別的劃分，揭示鄉(xiāng)村聚落位序規(guī)模與鄉(xiāng)村聚落在空間上分布特征的統(tǒng)計關(guān)系。

2.2.2 空間分析法

空間分析法作為地理學(xué)常用的分析方法之一，應(yīng)用范圍非常廣泛。本文主要采用空間疊置分析、核密度分析、平均中心、方向分布和緩沖區(qū)分析，得到吐魯番鄉(xiāng)村聚落的空間演變特征。

3 吐魯番鄉(xiāng)村聚落空間演變特征分析

3.1 聚落位序—規(guī)模分布

將吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊按大小排序，根據(jù)城市位序-規(guī)模法則繪制吐魯番不同年份城市位序-規(guī)模模型。吐魯番位序較大的鄉(xiāng)村聚落均位于趨勢線的下方，實(shí)際鄉(xiāng)村聚落面積小于理論鄉(xiāng)村聚落面積，反映出其仍存在較大的發(fā)展空間（圖1）。2000 年、2010 年和2020 年的齊夫指數(shù)分別為0.893、0.726和0.873，均小于1，反映出吐魯番鄉(xiāng)村聚落規(guī)模趨向聚集，中等規(guī)模的鄉(xiāng)村聚落較多，鄉(xiāng)村聚落規(guī)模分布差別較小，首位鄉(xiāng)村聚落壟斷性較弱。齊夫指數(shù)的值先降后升，反映的是2000 年到2010 年間，吐魯番鄉(xiāng)村聚落發(fā)展緩慢，出現(xiàn)了一些規(guī)模較小的鄉(xiāng)村聚落，鄉(xiāng)村聚落優(yōu)勢更加分散，2010 年至2020 年，吐魯番鄉(xiāng)村聚落快速發(fā)展，且規(guī)模分布的差異越來弱，各鄉(xiāng)村聚落發(fā)展逐漸趨于均衡化，首位鄉(xiāng)村聚落與中小鄉(xiāng)村聚落的發(fā)展?fàn)顩r處于良性狀態(tài)；擬合優(yōu)度較低，最高位序鄉(xiāng)村聚落的實(shí)際值與理論值的差距未發(fā)生較大變化，說明吐魯番鄉(xiāng)村聚落的發(fā)展與城市位序-規(guī)模法則符合度不高（表1）。

圖1 吐魯番不同年份城市位序-規(guī)模模型

表1 不同年份吐魯番鄉(xiāng)村聚落面積冪指數(shù)線性回歸的齊夫指數(shù)

2000 年到2010 年，吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊只有鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心區(qū)域集聚現(xiàn)象較為明顯，其他鄉(xiāng)村聚落斑塊規(guī)模分布較為均勻。2010 年之后隨著吐魯番的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，吐魯番的鄉(xiāng)村聚落在規(guī)模上的集聚特征更加明顯，鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展十分迅速，在這一階段，吐魯番的鄉(xiāng)村聚落發(fā)展屬于遍地開花的模式，鄉(xiāng)村聚落規(guī)模擴(kuò)張速度與鄉(xiāng)村聚落首位度的關(guān)系受到弱化。

根據(jù)鄉(xiāng)村位序-規(guī)模模型法則繪制吐魯番不同年份鄉(xiāng)村位序-規(guī)模模型。頭部位序較高的鄉(xiāng)村聚落，現(xiàn)有聚落規(guī)模大于理論鄉(xiāng)村聚落規(guī)模，位于鄉(xiāng)村位序-規(guī)模模型趨勢線之上，反映出城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展速度較快。尾部位序較低的鄉(xiāng)村聚落面積較小，大部分位于擬合曲線的下方，反映出小型鄉(xiāng)村聚落發(fā)展速度較慢。2000 年與2010 年的負(fù)指數(shù)曲線相似度極高，可得知在這一階段，鄉(xiāng)村聚落規(guī)模發(fā)展?fàn)顩r未發(fā)生明顯變化，2020 年負(fù)指數(shù)曲線變化明顯，主要集中在中部區(qū)域，可以得知2010 年到2020 年這一時間段，產(chǎn)生了大量的中等位序的鄉(xiāng)村聚落斑塊，展現(xiàn)出鄉(xiāng)村聚落快速發(fā)展的態(tài)勢（圖2）。

圖2 吐魯番不同年份鄉(xiāng)村位序-規(guī)模模型

2000 年、2010 年 和2020 年的擬合優(yōu)度分別為0.9450、0.9478 和0.9216，擬合優(yōu)度較高，可知吐魯番鄉(xiāng)村聚落與鄉(xiāng)村位序-規(guī)模法則較為契合；2000 年、2010 年和2020 年的擬合直線斜率分別為0.0175、0.0147 和0.0065，不斷下降，說明吐魯番鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展多為中小型規(guī)模的鄉(xiāng)村聚落，而且隨著時間的不斷推移，中小型鄉(xiāng)村聚落的數(shù)量越來越多；越來越大，且都接近1，說明鄉(xiāng)村聚落之間的規(guī)模差別較小，且隨著時間的推移差別越來越?。ū?）。

表2 不同年份吐魯番鄉(xiāng)村聚落面積負(fù)指數(shù)線性回歸模型

綜上可知，目前吐魯番鄉(xiāng)村聚落以中小型聚落擴(kuò)展為主，更符合鄉(xiāng)村位序-規(guī)模法則，可以用該法則對未來吐魯番的鄉(xiāng)村聚落的擴(kuò)展進(jìn)行預(yù)測。

3.2 聚落核密度分析

為了更加深入地研究吐魯番鄉(xiāng)村聚落的空間分布特點(diǎn)，使用ArcGIS10.5 中的要素轉(zhuǎn)點(diǎn)模塊，分別提取2000 年、2010 年和2020 年吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊的地理中心點(diǎn)要素，接著利用核密度模塊生成吐魯番不同年份鄉(xiāng)村聚落核密度圖。2000年與2010 年吐魯番鄉(xiāng)村聚落核密度圖較為相似，鄉(xiāng)村聚落高密度區(qū)域大都集中在吐魯番盆地中部自然條件較好的區(qū)域；2020 年的鄉(xiāng)村聚落高密度區(qū)和中密度區(qū)范圍擴(kuò)大明顯，由吐魯番盆地位置鄉(xiāng)村聚落高密度區(qū)向四周擴(kuò)展，增長十分迅速，這一時期的新增的鄉(xiāng)村聚落主要分布在礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)（圖3）。反映出地形環(huán)境，區(qū)位條件等是影響吐魯番鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展的重要因素。

圖3 吐魯番不同年份聚落核密度

3.3 聚落擴(kuò)展中心變化

運(yùn)用Arcgisz10.5 度量地理分布模塊提取吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊的地理中心與方向分布（標(biāo)準(zhǔn)差橢圓），得到吐魯番2000—2020 年鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展中心變化圖。2000—2020 年，吐魯番鄉(xiāng)村聚落中心未發(fā)生改變；2000 年 與2010 年鄉(xiāng)村聚落方向分布均為橫向分布，反映出鄉(xiāng)村聚落主要在吐魯番盆地綠洲中心區(qū)域擴(kuò)展，2020 年鄉(xiāng)村聚落方向分布變?yōu)榭v向分布（圖4），反映出吐魯番鄉(xiāng)村聚落轉(zhuǎn)向在南北方向戈壁荒漠區(qū)域擴(kuò)展。

圖4 吐魯番聚落擴(kuò)展中心變化

3.4 聚落高程和坡度分布情況

鄉(xiāng)村聚落在空間上的擴(kuò)展受到地形高程和地形坡度等地形條件的影響[18]。然后利用ArcGIS10.5 中的疊加分析中的相交模塊將2000 年、2010 年和2020 年的吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊點(diǎn)要素與地形高程數(shù)據(jù)和地形坡度數(shù)據(jù)分別疊加，獲得吐魯番不同年份鄉(xiāng)村聚落在地形高程和地形坡度上的分布情況（圖5、圖6）。

圖5 吐魯番不同年份聚落在高程上的分布情況

圖6 吐魯番不同年份聚落在坡度上的分布情況

基于吐魯番鄉(xiāng)村聚落點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)與吐魯番地形高程、地形坡度屬性數(shù)據(jù)疊加，得到吐魯番不同年份鄉(xiāng)村聚落隨地形高程和地形坡度變化趨勢。吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊主要分布在高程0～452m 和坡度0°～3°區(qū)域內(nèi)。在高程0～452m 區(qū)域內(nèi)，2000 年、2010 年和2020 年分布數(shù)量分別是184 個、222 個和378 個，占吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊總量的比重分別達(dá)93.4%、90.2%和79.0%。在坡度0°～3°區(qū)間，2000 年、2010 年和2020 年所分布的數(shù)量分別是155 個、185 個和289 個（圖7、圖8）。由此可以看出，吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊主要分布在地形平坦坡度平緩的中心盆地區(qū)域，地形是影響吐魯番鄉(xiāng)村聚落發(fā)展的重要條件，是吐魯番鄉(xiāng)村聚落選址、擴(kuò)張的基礎(chǔ)。

圖7 吐魯番不同年份鄉(xiāng)村聚落隨高程變化趨勢

圖8 吐魯番不同年份鄉(xiāng)村聚落隨坡度變化趨勢

3.5 聚落沿道路走向分布

吐魯番域鄉(xiāng)村聚落布局在地理空間上具有明顯的道路指向性和集中性。吐魯番域內(nèi)絕大多數(shù)鄉(xiāng)村聚落匯聚在東西走向的蘭新鐵路和312 國道是兩側(cè)，形成了十分重要的集貿(mào)區(qū)。利用ArcGIS10.5 中的多環(huán)緩沖區(qū)分析模塊，對道路以500m 緩沖距離做多環(huán)緩沖分析，再使用疊加分析，得到鄉(xiāng)村聚落斑塊在不同道路緩沖區(qū)的數(shù)量分布情況。

吐魯番鄉(xiāng)村聚落斑塊在道路兩側(cè)集聚，離道路越遠(yuǎn)，鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量越少。2000 年、2010 年和2020 年在距離道路500m緩沖區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量分別是120 個、138 個和194 個，500～2000m 緩沖區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量分別是66 個、93 個和212 個，2000m 外的鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量分別是11 個、15 個和72 個（圖9、圖10）。綜上可知，吐魯番鄉(xiāng)村聚落主要集聚在距離道路500m 區(qū)域內(nèi)，鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量逐年上升，占鄉(xiāng)村聚落斑塊總量的比重具有絕對優(yōu)勢，反映出吐魯番鄉(xiāng)村聚落的分布受到主要道路的影響，鄉(xiāng)村聚落優(yōu)先在道路條件較好的區(qū)域擴(kuò)展。

圖9 道路緩沖區(qū)的鄉(xiāng)村聚落斑塊變化

圖10 道路緩沖區(qū)的鄉(xiāng)村聚落斑塊變化趨勢

3.6 聚落聚集沿河流走向分布

吐魯番地表水資源主要來自煤窯溝、大河沿河、黑溝、塔爾朗和恰勒坎5 條河溝。本文通過利用Arcgis10.5 對吐魯番主要河溝進(jìn)行多環(huán)緩沖區(qū)分析。將河流緩沖區(qū)與鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，探究河流對鄉(xiāng)村聚落的空間演變的影響。

鄉(xiāng)村聚落斑塊越靠近河流數(shù)量越多。2000 年、2010 年和2020 年鄉(xiāng)村聚落斑塊在距離河流1000m 緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)量分別是94 個、98 個合和163 個，在距河流1000～3000m 緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)量分別是70 個、99 個和200 個；3000m 以外的鄉(xiāng)村聚落數(shù)量分別是33 個、49 個和115 個（圖11、圖12）。綜上可知，吐魯番鄉(xiāng)村聚落主要分布在距河流1000m 內(nèi)的區(qū)域，顯然水資源也是制約吐魯番鄉(xiāng)村聚落發(fā)展的重要因素。由于吐魯番降雨量少，氣候較為干旱，境內(nèi)居民生活一般比較傾向于選擇在取水較為方便的地區(qū)，水資源的利用變化促使著鄉(xiāng)村聚落發(fā)生空間演變。

圖11 河流緩沖區(qū)的鄉(xiāng)村聚落斑塊變化

圖12 河流緩沖區(qū)的鄉(xiāng)村聚落斑塊變化趨勢

4 結(jié)論

1）吐魯番市鄉(xiāng)村聚落主要以中小型聚落擴(kuò)展為主，擴(kuò)展情況與鄉(xiāng)村位序-規(guī)模法則更為契合；

2）吐魯番鄉(xiāng)村聚落高密度區(qū)和中密度區(qū)不斷增大，主要集中在中部盆地區(qū)域；

3）吐魯番聚落中心未發(fā)生明顯變化，聚落擴(kuò)展方向從吐魯番盆綠洲區(qū)域轉(zhuǎn)向南北戈壁荒漠礦產(chǎn)資源豐富區(qū)域；

4）吐魯番鄉(xiāng)村聚落主要分布在在高程0～452m 和坡度0°～3°區(qū)域內(nèi)，地形高程和地形坡度對吐魯番鄉(xiāng)村聚落的分布具有顯著的影響。吐魯番市鄉(xiāng)村聚落在主要道路和河流兩側(cè)更為聚集，主要分布在距道路0～500m 和距河流1000m 區(qū)域內(nèi)。道路和河流的走向是影響鄉(xiāng)村聚落擴(kuò)展的重要因素。