新疆土地利用空間結(jié)構(gòu)和布局分析

王雪梅，唐夢迎，席瑞

(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 830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室”，新疆 烏魯木齊 830054)

土地利用結(jié)構(gòu)是各類用地在一定區(qū)域范圍內(nèi)所占的面積和比例[1]。土地利用的空間結(jié)構(gòu)布局反映了土地利用類型在地域上的配置及其對比關(guān)系，通過研究土地利用布局的區(qū)域差異性與合理性，可以進(jìn)一步優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)[2]。而對土地利用空間結(jié)構(gòu)分析方法的探討已成為近年來對區(qū)域土地利用狀況研究的熱點(diǎn)之一，很多種方法被廣泛應(yīng)用[3]。新疆地處歐亞大陸腹地，四周為山體環(huán)繞，顯著的區(qū)域分異、獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境與自然條件，決定了新疆土地資源存在明顯的空間差異。該文借助計(jì)量地理學(xué)的模型方法，對其土地利用空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及其變化規(guī)律進(jìn)行分析，其目的在于進(jìn)一步掌握新疆土地利用類型的空間分布規(guī)律，并對新疆土地資源的節(jié)約集約利用，區(qū)域土地利用調(diào)控方案的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

新疆土地面積為166.49萬km2，占全國土地總面積的1/6，為我國面積最大的省區(qū)，新疆地處亞歐大陸腹地，四面環(huán)山，地域遼闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地貌類型多樣，總體輪廓是“三山夾兩盆”。全疆設(shè)有5個民族自治州，包括：昌吉回族自治州、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(簡稱克州)、博爾塔拉蒙古自治州(簡稱博州)、巴音郭楞蒙古自治州(簡稱巴州)、伊犁州直屬縣(市)；7個地區(qū)，包括：吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、喀什地區(qū)；3個自治區(qū)轄市，包括：烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市。

新疆土地資源遼闊，但由于新疆地處內(nèi)陸干旱區(qū)，全疆未利用土地和草地面積所占比例較大，耕地、林地水域等其他用地所占比例較小，且耕地、林地、牧草地結(jié)構(gòu)不合理，全疆土地質(zhì)量普遍不高。土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于《2009年新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》中的2008年的新疆各地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，土地利用分類系統(tǒng)采用1984年全國《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中的分類標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究方法

2.1 土地利用空間格局多樣化指數(shù)模型

土地利用空間多樣化分析的目的在于分析區(qū)域內(nèi)各種土地的齊全程度或多樣化狀況，該文采用了吉布斯-馬丁(Gibbs-Mirtin)多樣化指數(shù)。計(jì)算公式為[4-5]：

GM=1-∑fi2/(∑fi)2

(1)

式中：GM—多樣化指數(shù)；fi—第i種土地利用類型的面積。

多樣化指數(shù)越小，說明該地區(qū)的土地利用類型越少，即該地區(qū)的土地利用齊全程度越低。如果某地區(qū)只有一種土地利用類型，則多樣化指數(shù)為0；如果土地均勻的分布于各種類型中，則多樣化指數(shù)為1；但是GM的值受土地類型數(shù)目的影響，一般地，當(dāng)某地區(qū)有N種土地利用類型時(shí)，其最大值為(N-1)/N。根據(jù)2008年新疆各地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)計(jì)算出新疆土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化指數(shù)(表1)，并在SPSS軟件中利用K-均值聚類法，依據(jù)多樣化指數(shù)大小分為低多樣化、中多樣化和高多樣化3個層次，并利用ArcGIS軟件生成土地利用多樣化指數(shù)空間分布圖(圖1)。

表1 土地利用狀況多樣化指數(shù)集中化指數(shù)及組合類型

圖1 多樣化空間分布圖

2.2 土地利用空間格局集中化指數(shù)模型

為了反映各地區(qū)土地利用類型的集中(或分散)程度，可利用集中化指數(shù)進(jìn)行土地利用空間格局的集中化分析。集中化指數(shù)是一個描述地理數(shù)據(jù)分布的集中化程度的指數(shù)。可以定量化的比較地理數(shù)據(jù)分布的集中化程度。計(jì)算公式為[6-8]

Ii=(Ai-R)/(M-R)

(2)

式中：Ii—第i個地區(qū)的土地集中化指數(shù)；Ai—第i個地區(qū)各種土地利用類型累計(jì)百分比之和；M—土地集中分布時(shí)的累計(jì)百分比之和；R—高一層次的地區(qū)(此處為新疆)各種土地利用類型的累計(jì)百分比之和；以R作為衡量各地區(qū)土地利用集中化程度的基準(zhǔn)，所得結(jié)果見表1(以新疆各地市2008年土地利用結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)算出)。利用SPSS軟件中的K-均值聚類法，結(jié)合表1中的土地利用集中化指數(shù)，并利用ArcGIS軟件，生成土地利用集中化指數(shù)空間分布圖(圖2)。

圖2 集中化空間分布圖

2.3 Weaver-Tomas組合系數(shù)模型

土地的組合類型反映土地利用結(jié)構(gòu)的類型特征和主要類型[9]。這里采用威弗-托馬斯(Weaver-Tomas)組合系數(shù)法。該方法的實(shí)質(zhì)是把土地的實(shí)際分布(實(shí)際相對面積百分比)與假設(shè)分布(假設(shè)相對面積百分比)相比較，然后逐步逼近實(shí)際分布，得到一個最接近實(shí)際分布的近似分布，這種分布的組合類型即為所求的組合類型。根據(jù)該原理和方法計(jì)算出新疆15個地州(市)的土地利用類型的組合系數(shù)，并確定組合類型。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)多樣化分析

通過數(shù)據(jù)分析得出多樣化指數(shù)(表1)和多樣化指數(shù)空間分布圖(圖1)，結(jié)合圖表分析可知：烏魯木齊多樣化指數(shù)最大，這與該區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化程度高有關(guān)，體現(xiàn)了其作為全疆政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技中心的特征；克拉瑪依和石河子市亦為高多樣化地區(qū)，土地利用類型比較齊全，與該類地區(qū)工(礦)業(yè)發(fā)達(dá)、城市化水平和經(jīng)濟(jì)化水平高是一致的。而吐魯番地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、巴州、喀什地區(qū)及和田地區(qū)為低多樣化地區(qū)，這與當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛灿泻艽箨P(guān)系，其中吐魯番地區(qū)、巴州、喀什地區(qū)和和田地區(qū)的未利用地分別占到了87.08%，79.14%，76.98%，83.43%，阿勒泰地區(qū)牧草地占81.81%。中多樣化指數(shù)的哈密、昌吉、伊犁、塔城、博州、阿克蘇、克州這7個地區(qū)指數(shù)相差不大，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度差異不大，土地利用結(jié)構(gòu)具有趨同性。

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)集中化分析

結(jié)合集中化指數(shù)(表1)和集中化指數(shù)空間分布圖(圖2)可以看出：烏魯木齊、石河子、昌吉、伊犁地區(qū)、塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)以及博州屬于高集中化指數(shù)地區(qū)，除烏魯木齊土地集中于林地外，其他地區(qū)土地都集中于牧草地。而低集中化指數(shù)的吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)、巴州、喀什地區(qū)以及和田地區(qū)未利用地所占比重較大，其他土地利用類型比重較小，其用地結(jié)構(gòu)較為分散。這與國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)“高多樣，低集中，低多樣，高集中”的情況不符，主要是因?yàn)樾陆厥獾牡孛差愋停鞯貐^(qū)未利用地面積較大。

3.3 土地利用空間格局組合類型分析

由表1可以看出，除石河子市外，新疆各地區(qū)的土地利用類型組合數(shù)大都是1～2種，且未利用地占絕對優(yōu)勢，體現(xiàn)出了西北干旱內(nèi)陸地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，新疆土地利用的整體功能還有很大的提升空間。

3.4 土地利用狀況結(jié)構(gòu)比較分析

對新疆各地州(市)的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局現(xiàn)狀進(jìn)行定量分析，研究結(jié)果表明：

(1)北疆地區(qū)各土地利用的齊全程度和土地利用類型的集中程度均優(yōu)于南疆地區(qū)。結(jié)合多樣化和集中化指數(shù)圖表可知，新疆土地利用現(xiàn)狀地域差異顯著，主要體現(xiàn)在南北差異，這主要與南北疆地區(qū)氣候、地形地貌以及水文條件有關(guān)。

(2)土地利用結(jié)構(gòu)單一。由新疆各地區(qū)土地利用的組合類型可以看出，各地區(qū)的土地利用類型組合數(shù)普遍不高，這主要與新疆的地形地貌有關(guān)，由于新疆多沙漠戈壁，且水分不足，從而限制了對土地利用的程度。

(3)將新疆土地利用結(jié)構(gòu)與全國土地利用結(jié)構(gòu)對比分析(表2)可知，新疆的土地利用類型中以未利用地和牧草地占大多數(shù)，且均高于全國相應(yīng)類型的土地占有率。而其他各種類型土地的占有率均低于全國各種土地利用類型所占的百分比。

表2 2008年新疆與全國土地利用狀況結(jié)構(gòu)比較

4 結(jié)論

通過對新疆各區(qū)域土地利用狀況的研究和分析，不僅可以清楚地認(rèn)識區(qū)域內(nèi)土地資源利用的特點(diǎn)和優(yōu)略勢，而且可以通過對相關(guān)規(guī)律的總結(jié)，為各區(qū)域土地資源的合理利用和政府的決策提供依據(jù)。

新疆未利用土地占據(jù)比重較大，表明新疆后備土地資源仍然具有可開發(fā)利用的潛力，可是由于全疆土地質(zhì)量普遍不高，且沙化嚴(yán)重，所以對未利用地的開發(fā)利用難度較大，需進(jìn)行合理的規(guī)劃安排，加大投資力度，從而滿足日益增長的人口對土地需求量加大的程度[10]。

對于溫帶大陸性干旱氣候的新疆，其生態(tài)環(huán)境較其他氣候區(qū)而言較脆弱，生態(tài)系統(tǒng)更易受到來自不合理的土地利用方式所引起的生態(tài)危害[11]。因此，針對新疆各地區(qū)土地資源現(xiàn)狀，應(yīng)通過科學(xué)合理的規(guī)劃，因地制宜，加強(qiáng)對土地開發(fā)利用的管理，挖掘各種類型土地的內(nèi)部潛力，提升現(xiàn)有土地的利用率，使新疆各區(qū)域的土地發(fā)揮出區(qū)位和功能優(yōu)勢，更好地服務(wù)于人類。

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