天山北坡城市群國(guó)土空間格局識(shí)別與時(shí)空變化分析

許金花,阿里木江·卡斯木,徐 晗,如克亞·熱合曼,魏柏浩

(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830099;2.新疆師范大學(xué) 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶城市發(fā)展研究中心,新疆 烏魯木齊 830099;3.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830099)

生態(tài)文明是一種人與人、人與社會(huì)、人與自然和諧的新型文明形態(tài)[1]。“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展理念,成為優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)格局的重要舉措[2]?！叭笨臻g規(guī)劃作為生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容之一,直接影響著社會(huì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著國(guó)土空間的開(kāi)發(fā)方式從以生產(chǎn)為主導(dǎo)不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樯?、生產(chǎn)和生態(tài)空間三者的協(xié)調(diào),“三生”空間這一概念正成為國(guó)土空間開(kāi)發(fā)與治理的關(guān)鍵出發(fā)點(diǎn)[3]。鑒于此背景,如何有效調(diào)節(jié)“三生”空間之間的矛盾,是國(guó)土空間開(kāi)發(fā)治理的重點(diǎn)內(nèi)容之一,也是研究的熱點(diǎn)。尤其對(duì)于資源環(huán)境承載力水平較弱、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的問(wèn)題較為嚴(yán)峻的西部地區(qū),其經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)及國(guó)土空間的規(guī)劃調(diào)控等遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于中東部地區(qū)。

國(guó)外學(xué)者側(cè)重于國(guó)土空間功能的分類[4]、生態(tài)安全格局的評(píng)估與構(gòu)建[5]及城市結(jié)構(gòu)與氣候變化關(guān)系[6],且多應(yīng)用于國(guó)土空間結(jié)構(gòu)功能分區(qū)[7]及景觀規(guī)劃學(xué)[8]中。國(guó)內(nèi)學(xué)者緊扣實(shí)際,主要從研究尺度、方法和主題展開(kāi)“三生”空間的研究。研究尺度由宏觀層面的國(guó)家尺度[9]、區(qū)域尺度[10]、省域尺度[11],到中觀層面的縣域尺度[12]乃至微觀的鄉(xiāng)村尺度[13]等多個(gè)空間范圍。研究方法側(cè)重于空間自相關(guān)[14]、三生功能測(cè)度模型[15]、三生空間沖突測(cè)度模型[16]、構(gòu)建指標(biāo)體系[17]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[18]、狀態(tài)空間法[19]。研究主題經(jīng)歷了生態(tài)文明建設(shè)[20]、城鄉(xiāng)規(guī)劃[21]、城鎮(zhèn)化[22]、三生功能[23]、國(guó)土空間[24]不斷向耦合協(xié)調(diào)度[25]、土地利用轉(zhuǎn)型[26]、生態(tài)環(huán)境效益[27]、鄉(xiāng)村振興[28]、空間沖突[29]、生態(tài)系統(tǒng)[30]等方向。綜上所述,學(xué)者們關(guān)于國(guó)土空間的研究多基于小尺度城市“三生功能”和東中部一帶為主,對(duì)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要驅(qū)動(dòng)力的城市群及其國(guó)土“三生”空間的實(shí)證與測(cè)算相對(duì)不足,對(duì)我國(guó)西部綠洲地區(qū)較強(qiáng)自然環(huán)境約束與限制下的國(guó)土空間合理規(guī)劃有著較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

城市群是新型城鎮(zhèn)化的核心區(qū)域,通過(guò)土地利用變化可以較為清晰地反映人類活動(dòng)與自然環(huán)境相互作用下產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境變化及其特征[31]。天山北坡城市群作為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū),自“一帶一路”倡議以來(lái)受到了更多的關(guān)注,在穩(wěn)固興疆及維護(hù)國(guó)家統(tǒng)一和民族團(tuán)結(jié)方面發(fā)揮著不可替代的作用[32]。該區(qū)域自然環(huán)境較為惡劣,綠洲地區(qū)特殊的地理環(huán)境意味著空間形態(tài)變化及其動(dòng)力機(jī)制與其他地區(qū)有著明顯的區(qū)別,有著特殊的研究?jī)r(jià)值[33]。加上人口增長(zhǎng)及工農(nóng)業(yè)進(jìn)程的加速發(fā)展,使得該地區(qū)國(guó)土空間類型規(guī)模和比例變化更為明顯。鑒于此,本研究從“三生”空間的視角出發(fā),揭示天山北坡城市群在2000-2020年間的“三生”用地隨區(qū)域發(fā)展、自然環(huán)境變化所呈現(xiàn)出的此消彼長(zhǎng)的空間關(guān)系,進(jìn)而整體識(shí)別天山北坡城市群在國(guó)土空間時(shí)空布局和數(shù)量組合的變化機(jī)制及變換法則,完善多尺度、多維度下綠洲地區(qū)的國(guó)土“三生”空間的研究體系,以期為綠洲地區(qū)的新時(shí)期“美麗中國(guó)”生態(tài)文明建設(shè)與區(qū)域間和諧發(fā)展提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)概況

天山北坡城市群位于新疆北疆,西至塔城烏蘇市,南至托克遜縣,北至奇臺(tái)縣,東至鄯善縣、木壘哈薩克自治縣,共包含18個(gè)市縣地區(qū),總面積21.54 km2,占全疆面積的13%(圖1)。截止2019年底,該城市群生產(chǎn)總值占全疆生產(chǎn)總值的53%,其中第三產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值的55%。該區(qū)域是典型的綠洲區(qū),綠洲帶給城市群帶來(lái)了便利的交通,北疆鐵路、高級(jí)公路及民航廣布,成熟的交通網(wǎng)絡(luò)使得城市間聯(lián)系愈加緊密。其優(yōu)越的區(qū)位條件、完備的基礎(chǔ)設(shè)施,是疆內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高、城市化率最高的區(qū)域。該區(qū)域?qū)俅箨懶詺夂騾^(qū)域,地勢(shì)南高北低,中間分布較大的沖積平原,在生態(tài)環(huán)境脆弱的新疆屬于自然資源比較豐富的區(qū)域。天山北坡城市群以其獨(dú)特的地理位置和資源優(yōu)勢(shì)在“一帶一路”建設(shè)及興疆固邊發(fā)揮著極為重要的作用。

圖1 研究區(qū)地理區(qū)位Fig.1 Geographical location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

涉及的3期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括2000、2010年和2020年的土地利用數(shù)據(jù),來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn)。數(shù)據(jù)分辨率為30 m,分類精度一級(jí)類型達(dá)93%以上,二級(jí)類型達(dá)90%以上,基本滿足精度要求[33]。依據(jù)中國(guó)多時(shí)期土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類自下而上識(shí)別天山北坡城市群國(guó)土“三生”空間格局。高程、坡度、坡向3個(gè)地形因子的高程數(shù)據(jù)(DEM 30 m)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn)。

2 研究方法

2.1 研究方法

從“三生”空間變化率、空間類型轉(zhuǎn)換、土地利用程度熱點(diǎn)區(qū)分布及核密度分析幾個(gè)方面進(jìn)行國(guó)土空間的實(shí)證與測(cè)算,從多尺度、多維度下的視角來(lái)看天山北坡城市群國(guó)土空間發(fā)展演變的脈絡(luò)。土地利用動(dòng)態(tài)度可以反映出某時(shí)間內(nèi)土地利用類型數(shù)量變化的幅度和速度[34]。通過(guò)單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度公式分別計(jì)算出2000-2020年間“三生”空間的變化情況;根據(jù)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣公式得出天山北坡城市群的“三生”空間數(shù)量結(jié)構(gòu)和用地類型在2000-2020年的相互轉(zhuǎn)換情況。熱點(diǎn)分析又稱局域Getis-Ord(G*)指數(shù)法,度量觀測(cè)值與周圍臨近區(qū)域是否存在局部空間關(guān)聯(lián)的G*統(tǒng)計(jì)[35]?；谕恋乩贸潭染C合指數(shù)法測(cè)算各縣域“三生”空間的土地利用程度的熱點(diǎn)區(qū)域分布情況。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(standard deviational ellipse,SDE)是可反映地理要素空間分布的形態(tài)[36]。本研究利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法來(lái)揭示天山北坡城市群生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間時(shí)空格局分布特征及演變規(guī)律。核密度分析(kernel density estimation,KDE)是基于數(shù)據(jù)密集度函數(shù)聚類算法的一種空間密度分析方法[37];“三生”空間的規(guī)模分布和動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)可以通過(guò)核密度反映出來(lái),因此基于5 000×5 000的網(wǎng)格單元,疊加不同“三生”空間的分布,運(yùn)用核密度分析方法測(cè)算“三生”空間的核密度值,進(jìn)一步驗(yàn)證“三生”空間演變的方向和趨勢(shì)。

2.2 國(guó)土空間與三生空間的分類銜接

國(guó)土空間是由自然環(huán)境和人類活動(dòng)共同構(gòu)成的人地關(guān)系空間系統(tǒng)[38],土地利用覆被/變化是人地關(guān)系中最為直觀的表現(xiàn)形式?！叭惫δ茈S著生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展,生態(tài)功能在國(guó)土空間中發(fā)揮的作用越來(lái)越明顯,而國(guó)土空間的開(kāi)發(fā)方式從以生產(chǎn)為主導(dǎo)不斷轉(zhuǎn)為生活、生產(chǎn)和生態(tài)空間三者的協(xié)調(diào)[39]。因此構(gòu)建“三生”功能為主導(dǎo)的土地利用分類體系,統(tǒng)籌“三生”用地關(guān)系,可進(jìn)一步適應(yīng)國(guó)土空間規(guī)劃的需要。借鑒空間“三生”功能理論,參考前人關(guān)于“三生空間”分類研究成果[13],根據(jù)三生空間理念對(duì)天山北坡城市群國(guó)土空間進(jìn)行重分類。根據(jù)“三生”空間的內(nèi)涵,將國(guó)土空間分別分為生產(chǎn)空間、生活空間及生態(tài)空間[12]。以生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能為主導(dǎo),結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)采用三級(jí)分類系統(tǒng)相銜接,根據(jù)GB/T 21010-2007《土地利用現(xiàn)狀分類》得出天山北坡城市群國(guó)土空間分類體系(表1)。

表1 天山北坡城市群國(guó)土空間用地分類體系Table 1 Classification system of territorial and spatial land use in urban agglomeration on the northern slope of the Tianshan Mountain

3 結(jié)果與分析

3.1 三生空間格局變化分析

3.1.1 三生空間格局水平空間特征 2000-2020年天山北坡城市群生產(chǎn)空間主要在研究區(qū)中部,呈東北-西北條帶狀走向(圖2);生產(chǎn)用地面積整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),由2000年的15 628.54 km2大幅增長(zhǎng)至2010年的21 954.84 km2,后小幅增長(zhǎng)至2020年的23 667.41 km2;生產(chǎn)空間比例中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間從2000年的7.92%升高至2020年的12.21%,工礦生產(chǎn)空間從0.14%上升至0.61%。生活空間面積呈穩(wěn)步增加的趨勢(shì),由2000年1 359.43 km2增加到2020年的2 214.45 km2;生活用地比例中城鎮(zhèn)生活空間從2000年的0.28%上升至2020年的0.61%,且后期城鎮(zhèn)生活空間和農(nóng)村生活空間兩者的面積差異越來(lái)越小。生態(tài)空間分布面積較廣,但總體呈下降趨勢(shì),從2000年的176 890.2 km2下降至2020年的168 006.3 km2;其中,2020年牧草、其他、林地和水域生態(tài)空間占比分別為30.43%、54.16%、1.34%和0.72%。從一級(jí)分類上看,生態(tài)空間在研究區(qū)占優(yōu)勢(shì)地位,其次是生產(chǎn)空間;從二級(jí)分類來(lái)看,其他生態(tài)空間占比最大,牧草生態(tài)空間緊跟其上。整體形成“生產(chǎn)空間生活空間沿著交通干線呈現(xiàn)東北-西北條帶狀走向、南北區(qū)域主要以生態(tài)空間為主”的特征。

圖2 天山北坡城市群2000-2020三生空間格局Fig.2 Production-living-ecological space pattern of urban agglomeration on the northern slope of the Tianshan Mountain in 2000-2020

3.1.2 三生空間格局垂直梯度特征分析 根據(jù)全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)制定的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和天山北坡城市群地形地貌特征,將坡度劃分為5級(jí):≤500 m(平原)、500～1 500 m(低山)、1 500～2 500 m(中山)、2 500～3 500 m(中高山)、≥3 500 m(高山);將坡度劃分為5級(jí):平坡(0°～8°)、緩坡(8°～15°)、斜坡(15°～25°)、陡坡(25°～35°)和急坡(≥35°);根據(jù)坡向界定原理,劃分為北坡(315°～360°,0°～45°)、東坡(45°～135°)、南坡(135°～225°)、西坡(225°～315°)5個(gè)級(jí)別坡向,得到不同高程、坡度和坡向的三生空間類型占比情況(圖3)。

圖3 天山北坡城市群不同高程、坡度和坡向上的三生面積占比Fig.3 The proportion of the production-living-ecological space area at different elevations,slopes and aspect in the urban agglomeration on the northern slope of the Tianshan Mountain

從高程分布上看,高程>2 500 m以生態(tài)空間分布為主,城鎮(zhèn)生活空間(LS1)分布于500～1 500 m,農(nóng)村生活空間(LS2)隨高程升高呈遞減趨勢(shì);農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間(PS1)隨高程的升高不斷減少,工礦生產(chǎn)空間(PS2)呈先升高后減小的趨勢(shì);牧草生態(tài)用地(ES1)、林地生態(tài)用地(ES2)隨著高程的上升呈先增加后減少的趨勢(shì),前者的高程分界線為500～1 500 m的低山區(qū)域,后者的分界線為1 500～2 500 m的中山區(qū)域;其他生態(tài)用地(ES4)呈先增加后減少又增加的趨勢(shì),水域生態(tài)用地(ES3)則分布于平原和高山2個(gè)極端地區(qū),其中以高山地區(qū)分布面積最廣。

從坡度分布上看,生活空間、工礦生產(chǎn)空間和林地生態(tài)空間隨坡度的增加呈反向遞減,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間則呈先減小后增加再減少的趨勢(shì),其坡度分界線為15°～25°的斜坡地區(qū);工礦生產(chǎn)用地則隨著坡度增加不斷減少;牧草生態(tài)空間先減少后增加的趨勢(shì),水域生態(tài)空間主要分布于平坡和急坡段,其他生態(tài)空間在各坡度上均有少量分布,于緩坡上分布最廣。

從坡向分布上看,南坡和西坡的分布優(yōu)勢(shì)度均大于北坡和東坡;牧草生態(tài)空間和其他生態(tài)空間的4個(gè)坡向分布差異較大,而城鎮(zhèn)生活空間和農(nóng)村生活空間的分布差異較小。以上結(jié)果表明,三生空間類型主要分布的區(qū)域集中于中低海拔地區(qū),坡度對(duì)生產(chǎn)、生活及生態(tài)空間三者的影響都比較明顯,對(duì)坡向的選擇性不強(qiáng),個(gè)別空間類型有較大的選擇性。

3.1.3 三生空間數(shù)量結(jié)構(gòu)變化 2000-2020年天山北坡城市群的三生空間類型的變化主要表現(xiàn)為生產(chǎn)空間、生活空間增加和生態(tài)空間持續(xù)減少。通過(guò)計(jì)算天山北坡城市群2000-2020年土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù),測(cè)算出各空間類型的變化速度(圖4)。結(jié)果得出,研究期間生態(tài)空間中的林地生態(tài)空間(ES2)、其他生態(tài)空間(ES4)及水域生態(tài)空間(ES3)的土地利用單一動(dòng)態(tài)度為負(fù)值,說(shuō)明林地生態(tài)空間和水域生態(tài)空間的面積呈減少的趨勢(shì),尤其是其他生態(tài)空間在2010-2020年面積下降較大。除以上3個(gè)為負(fù)值外,其他空間類型的單一動(dòng)態(tài)都為正值,說(shuō)明受城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的影響,對(duì)該類型用地面積的需求進(jìn)一步增加。

總體上看,“三生”空間類型的綜合動(dòng)態(tài)度比單一動(dòng)態(tài)度的值大。其中,2000-2010年較2010-2020年不同空間類型的單一動(dòng)態(tài)度相差較大,而綜合動(dòng)態(tài)度在2010-2020年明顯偏高。其原因主要是西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的提出和實(shí)施,新疆進(jìn)入了城鎮(zhèn)化發(fā)展的快速階段,使得人口不斷增長(zhǎng),城市、農(nóng)村生活空間(LS1、LS2)及工礦、農(nóng)村生產(chǎn)用地(PS1、PS2)開(kāi)發(fā)不斷,生態(tài)用地?cái)U(kuò)展,導(dǎo)致該時(shí)段國(guó)土空間格局變化較為明顯。

3.1.4 三生空間類型相互轉(zhuǎn)換 通過(guò)弦圖來(lái)體現(xiàn)天山北坡城市群2000-2020年間“三生”空間用地類型相互之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,進(jìn)而揭示該區(qū)域國(guó)土空間格局變化的特征(圖5)。 結(jié)果表明,20 a間天山北坡城市群的“三生”空間類型面積有不同程度的增減,其他生態(tài)空間(ES4)和牧草生態(tài)空間(ES1)轉(zhuǎn)出的面積最為明顯。其中牧草生態(tài)空間轉(zhuǎn)為其他生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間(PS1)分別為10 294.9、5 833.37 km2;其他生態(tài)空間轉(zhuǎn)為牧草生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間分別為15 685.02、2 238.86 km2;水域生態(tài)空間(ES3)和林地生態(tài)空間(ES2)被牧草生態(tài)空間和其他生態(tài)空間所占用,分別減少1 758.88、2 516.13 km2;城鎮(zhèn)生活空間總的增加647.07 km2,農(nóng)村生活空間(LS1)面積的增加主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間(PS1);增加的原因是近20 a天山北坡城市群發(fā)展迅速,建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)張,不斷向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間及牧草生態(tài)空間擴(kuò)張。

圖5 2000-2020年天山北坡城市群土地利用變化弦圖Fig.5 Land use change chord map for the Tianshan north slope urban agglomerate in 2000-2020

3.2 國(guó)土空間格局變化

3.2.1 國(guó)土空間利用程度變化 土地利用程度可以體現(xiàn)出人類對(duì)土地景觀的改造,可反映出國(guó)土空間的土地利用程度。以縣域?yàn)閱挝?在分析3期天山北坡城市群國(guó)土空間利用程度綜合指數(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)自然斷點(diǎn)法得出國(guó)土空間利用程度熱點(diǎn)分布(圖6);研究期間各縣域國(guó)土空間利用程度綜合指數(shù)的熱點(diǎn)區(qū)域相差較大,除了阜康市、木壘哈薩克自治縣、奇臺(tái)縣、石河子市及烏魯木齊市的國(guó)土空間利用程度綜合指數(shù)呈小幅度增加或遞減外,其他縣域的利用程度呈逐年提高趨勢(shì)。其中2000-2010年熱點(diǎn)分布從烏蘇市轉(zhuǎn)移至中部烏魯木齊市周圍,次熱點(diǎn)區(qū)則分布西北區(qū)域,是土地利用程度較為理想化的年份。而2010-2020年昌吉市和阜康市下降為次熱點(diǎn)區(qū),熱點(diǎn)縣域也有所下降,不顯著區(qū)較前2個(gè)年份明顯增多,3個(gè)時(shí)期的冷點(diǎn)區(qū)和次冷點(diǎn)區(qū)主要集中東南方向。表明20 a間的土地利用程度不斷提高,土地利用強(qiáng)度趨于理想化,冷熱點(diǎn)分布變化較大,熱點(diǎn)不斷從研究區(qū)西北向中部轉(zhuǎn)移。

圖6 2000-2020天山北坡城市群各縣域國(guó)土空間利用程度熱點(diǎn)圖Fig.6 The heat map of the land space utilization degree of each county in the Tianshan north slope urban agglomerate in 2000-2020

3.2.2 國(guó)土空間格局分布特征 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓能較好地體現(xiàn)出三生用地空間擴(kuò)張的方向及趨勢(shì)(圖7)。天山北坡城市群研究期間生活空間主要聚集于中心地區(qū),生產(chǎn)空間主要聚集于西北方向,而生態(tài)空間的分布范圍最廣,基本占據(jù)2/3區(qū)域。

圖7 天山北坡城市群2000-2020年生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間格局變化Fig.7 Changes in the spatial pattern of production-living-ecological space in Tianshan north slope urban agglomerate in 2000-2020

研究期間3個(gè)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積和轉(zhuǎn)角變化較少,且方向性分布穩(wěn)定,旋轉(zhuǎn)速度較慢。生產(chǎn)空間分布較為集中,重心及分布趨勢(shì)明顯沿西北方向轉(zhuǎn)移擴(kuò)張。生活空間主要集中于橢圓中部地區(qū),重心向西北方向遷移,集中于昌吉市境內(nèi),隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展,以昌吉、克拉瑪依、石河子等為代表的中小城鎮(zhèn)得以加快發(fā)展。生態(tài)空間的分布與生產(chǎn)、生活空間差距較大,尤其2000-2010年生態(tài)空間的方向大幅向西北方向邁進(jìn),重心從昌吉市和呼圖壁縣交界處轉(zhuǎn)移到呼圖壁縣和瑪納斯縣交界處。2010-2020年生態(tài)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的方向、長(zhǎng)短軸及重心轉(zhuǎn)移位置只有細(xì)微變化。由于地處干旱區(qū)綠洲地區(qū)特殊的地理位置,戈壁、裸地等為未利用地面積占比較大,而林地、草地及湖泊等生態(tài)用地占比較小,且未利用地在三生空間的分類體系中從屬生態(tài)用地范疇。

3.2.3 國(guó)土空間格局?jǐn)U張形態(tài)特征 運(yùn)用核密度估計(jì)方法來(lái)揭示2000-2020年天山北坡城市群國(guó)土空間格局動(dòng)態(tài)演化模式。由生產(chǎn)空間核密度測(cè)算圖得知(圖8),從時(shí)間變化上看,2000-2010年研究區(qū)生產(chǎn)空間的核密度值和斑塊數(shù)量呈小幅下降,但2010-2020年的斑塊連接性較好,呈連片狀態(tài)分布。從空間分布上看,3個(gè)時(shí)期的核密度測(cè)算值的分布相似度極高,呈東南-西北條帶狀走向,中部和西北部高,而東北部、南部低的空間分布特征。核密度高值區(qū)的縣域主要有昌吉市、呼圖壁縣、瑪納斯、石河子及奎屯地區(qū)。2000-2010年,核心的位置以昌吉市、烏魯木齊市等沿著交通干線及地形較為平坦的區(qū)域?yàn)橹行牟粩嘞蛭鞅狈较驍U(kuò)散,擴(kuò)散幅度大且破碎化程度較低;2020年的高值區(qū)在不斷擴(kuò)大加深,與前2個(gè)年份相比高值區(qū)未出現(xiàn)大面積擴(kuò)散,總體上分布連片且聚集程度較高。

圖8 天山北坡城市群2000-2020生產(chǎn)空間核密度測(cè)算值空間分布Fig.8 Spatial distribution map of calculated value of production space kernel density in the Tianshan north slope urban agglomerate in 2000-2020

由生活空間核密度測(cè)算圖得知(圖9),時(shí)間上3個(gè)時(shí)期的生活空間核密度值在不斷變大,空間分布上則呈現(xiàn)以一個(gè)以烏魯木齊市為主的核心區(qū)和多個(gè)零碎的次核心區(qū)的空間格局,整體呈中部高四周低的空間分布格局?？臻g上2000年和2010年生活空間核密度高值區(qū)主要分布在交通較為便利且地勢(shì)平緩的中部,以烏魯木齊市為主高值區(qū)周圍及沿交通干線東南-西北一帶區(qū)域;低值區(qū)則主要分布在研究區(qū)東部,2020年的核密度測(cè)算值比前2 a明顯增高,且高值區(qū)的范圍有所擴(kuò)大,東南部和東北部區(qū)縣有零散低值分布。2000-2010年生活空間核密度測(cè)算值中部核心區(qū)向西北和東北空間分布趨勢(shì),擴(kuò)散幅度較大,破碎化程度高;2010年和2020年核心區(qū)出現(xiàn)一定范圍的擴(kuò)散,主要向綠洲地帶延伸,同時(shí)在高值中心區(qū)周圍衍生出許多零碎的低值點(diǎn),總體分布較為破碎,空間連接性較低。說(shuō)明該區(qū)域受地理環(huán)境的限制,導(dǎo)致城市與城市間的連通性相對(duì)較弱,分布上較為零散。

圖9 天山北坡城市群2000-2020生活空間核密度測(cè)算值空間分布Fig.9 Spatial distribution map of calculated values of living space kernel density in the Tianshan north slope urban agglomerate in 2000-2020

由生態(tài)空間核密度測(cè)算得知(圖10),生產(chǎn)空間核密度值隨時(shí)間變化呈增加趨勢(shì),空間分布上隨年份從研究區(qū)東南-西北條帶狀為低值中心不斷向四周擴(kuò)散。3個(gè)年份生態(tài)空間核密度高值區(qū)主要分布于南部和東北部,包括的縣域有托克遜縣、高昌區(qū)、鄯善縣及木壘哈薩克族自治縣;2000-2010年西北角的低值區(qū)在擴(kuò)大而高值區(qū)縮小,說(shuō)明該區(qū)域生產(chǎn)生活空間占比逐漸增大,城市化發(fā)展較為明顯;2010-2020年?yáng)|北中心地帶低值區(qū)范圍明顯擴(kuò)大,生態(tài)空間有所下降,但下降趨勢(shì)較為緩和。說(shuō)明天山北坡生態(tài)空間呈集中連片分布,有較強(qiáng)的地域性特征。

4 討論

天山北坡城市群地處綠洲地區(qū),如何在自然環(huán)境的約束下實(shí)現(xiàn)“人-地-資源”的和諧關(guān)乎城市群發(fā)展始終。通過(guò)多種方式測(cè)算出天山北坡城市群 “三生”空間土地利用發(fā)現(xiàn),目前天山北坡城市群國(guó)土空間面臨著較為嚴(yán)峻的國(guó)土空間土地利用的沖突問(wèn)題。

研究期間主要表現(xiàn)生活空間以一個(gè)中心點(diǎn)、多個(gè)零散點(diǎn)不斷向四周主要向農(nóng)業(yè)空間和牧草空間方向擴(kuò)張擴(kuò)散;生產(chǎn)空間主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間為典型不斷向牧草生態(tài)空間蔓延;生態(tài)空間中的林地生態(tài)空間和水域生態(tài)空間被牧草和其他生態(tài)空間所侵占,20 a間面積減少最為明顯;單一土地利用度的工礦生產(chǎn)空間和水域生態(tài)空間呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。一系列變化表明,生態(tài)環(huán)境較為脆弱的干旱區(qū)面臨著更為嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此,在政策上進(jìn)一步制定規(guī)范、引導(dǎo)和強(qiáng)化“三條控制線”的管控工作的基礎(chǔ)上,合理規(guī)劃利用對(duì)于綠洲地區(qū)具有重要戰(zhàn)略意義的水域生態(tài)空間,合理開(kāi)墾草地未利用地等生態(tài)空間,加大林地和水域生態(tài)空間保護(hù)措施,加大防風(fēng)固沙土地退化等的治理工程,進(jìn)而協(xié)調(diào)天山北坡城市群的生態(tài)文明建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾。

研究中主要通過(guò)動(dòng)態(tài)度、土地利用程度及核密度多種方法進(jìn)行綜合測(cè)算,一方面可以從整體層面把握“三生”空間演變的脈絡(luò),有利于從全局的視角來(lái)看國(guó)土空間發(fā)展的趨勢(shì)。另一方面,由于綠洲的特殊性,對(duì)于“三生”空間內(nèi)涵界定及分類體系可能缺乏一定的深度與精度的探討。因此構(gòu)建出維度綜合和尺度集成的指標(biāo)體系評(píng)價(jià)機(jī)制,剖析城市群國(guó)土空間內(nèi)部差異及導(dǎo)致其差異因素,并就如何有效銜接國(guó)土空間規(guī)劃體系與“多規(guī)合一”,縱深推進(jìn)國(guó)土“三生”空間的研究。

5 結(jié)論

天山北坡城市群“三生”空間格局變化:“三生”空間面積分布的垂直差異較為顯著。海拔500～1 500 m、坡度0°～8°分布的國(guó)土面積最大,說(shuō)明“三生”面積分布對(duì)坡向的選擇性不強(qiáng);“三生”空間分布中生態(tài)空間占優(yōu)勢(shì)地位,形成“生產(chǎn)、生活空間沿交通干線呈東北-西北條帶狀走向、南北區(qū)域主要以生態(tài)空間為主”的整體特征。綜合土地利用度呈正相關(guān),而單一土地利用度的工礦生產(chǎn)空間和水域生態(tài)空間呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì),牧草和其他生態(tài)空間的轉(zhuǎn)換數(shù)量最大,水域和林地生態(tài)空間的轉(zhuǎn)出面積較大。

天山北坡城市群國(guó)土空間格局的演變:土地利用強(qiáng)度熱點(diǎn)分布從研究區(qū)西北部烏蘇市轉(zhuǎn)移至中部烏魯木齊市周圍,冷點(diǎn)區(qū)和次冷點(diǎn)區(qū)主要集中于東南方向;3個(gè)時(shí)點(diǎn)的核密度測(cè)算值呈小幅波動(dòng)上升趨勢(shì),核密度空間分布與2020年生產(chǎn)空間分布上呈東南-西北條帶狀走向,中部和西北部高,斑塊連接性較好;生活空間核密度測(cè)算值在高值中心區(qū)周圍衍生出許多零碎的低值點(diǎn),總體分布較為破碎,空間連接性較低;生態(tài)空間呈集中連片分布于研究區(qū)東北部和南部地區(qū)。