烏魯木齊市老城區擴張對土地利用格局的影響

馬 桂，阿不都沙拉木·加拉力丁，2，楊貝貝，麥地那·巴合提江，阿依格林·烏蘭

（1.新疆大學資源與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆大學綠洲生態教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046）

土地利用/覆蓋變化研究已成為研究全球變化的重要組成部分，主要是因為土地利用/覆蓋變化與氣候、生態循環、生物多樣性以及人類都有密切聯系[1]。土地利用變化是反映人類活動程度的重要因子，分析土地利用時空變化規律是揭示人類活動程度的有效方式[2]。土地利用/覆蓋變化在城市中的重要表現形式就是城鎮化。城鎮化是經濟社會發展必然趨勢，城鎮化進程意味著有更多農村人口向城鎮轉移，增加的城市人口對城鎮住房、公共設施和環境等一系列的需求也相應增加[3]。中國實施城鎮化戰略之后，城鎮化所引起的與土地利用相關的問題成為研究熱點，研究內容主要有城鎮化過程中土地利用與管理[4，5]、土地利用政策[6]、土地利用類型變化與驅動機制[7～9]和土地利用效益[10]等。城市擴張動態變化研究主要利用遙感影像和模型，在遙感影像數據基礎上對擴張動態變化做一定范圍的預測[11]等。我國關于城市建筑面積擴張對土地利用變化影響的研究大多數集中在東南部、東部等經濟較發達地區[12，13]。有關西部地區城市擴展與城市形態的研究逐漸增多[14，15]，但是，在建設用地擴張對其他土地利用類型影響方面的研究較少。

國務院關于烏魯木齊市城市總體規劃的批復（2017）中提出，烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區的省會城市，是我國西北地區重要的中心城市和面向中亞西亞的國際商貿中心。烏魯木齊市土地利用存在生態環境約束性強，土地生態問題較突出；自然災害與局地毀損，影響土地集約利用水平；耕地后備資源不足，實現耕地占補平衡難度很大等問題[16]。2000年以來烏魯木齊市經濟快速發展，研究烏魯木齊城市擴張對土地利用格局的影響，不僅對于烏魯木齊市建設多民族和諧宜居城市、天山綠洲生態園林城市和區域綜合交通樞紐城市有數據價值，而且對于西北地區其他城市在該方面的研究也可以起到參考作用。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

烏魯木齊市位于中國西北，新疆中部，亞歐大陸腹地，北天山北麓、準噶爾盆地南緣，地理位置東經86°37′～88°58′、北緯42°45＇～44°08′[17]，海拔680～920 m[18]。地勢呈南部、東北部高，中部、北部低。山地面積廣大，占該市總面積的50%以上。烏魯木齊市擁有七區一縣，即天山區、沙依巴克區、新市區、水磨溝區、頭屯河區、達坂城區、東山區和烏魯木齊縣[19]。將烏魯木齊市的老城區（以下簡稱“老城區”） 作為研究區域（圖1），主要包括天山區、沙依巴克區、頭屯區和水磨溝區。

1.2 數據來源

圖1 研究區地理位置示意圖Fig.1 Geographic map of the study area

數據主要來源于烏魯木齊市統計年鑒（2001～2015年）中的行政區域土地面積、建成區面積和城市現狀建設用地面積等數據，烏魯木齊市土地利用圖（資料來源于烏魯木齊市國土資源局），2000年Landsat5 TM影像數據4幅，2016年Landsat8 OLI影像數據4幅（表1）。

1.3 研究方法

以8幅影像數據為基礎，利用年鑒數據與土地利用圖，對影像數據進行幾何校正；輻射定標和大氣校正后做鑲嵌，并根據研究區的矢量數據進行裁剪，通過支持向量機監督分類法得到土地利用分類圖。分析烏魯木齊市老城區擴張中的土地利用格局變化。利用Erase和Raster calculator工具做出占用示意圖，通過轉換矩陣對比法計算2000～2016年烏魯木齊市各區土地利用類型變化數量，并利用動態監測數據分析了16 a間建設用地變化對其他土地利用類型的影響情況。

表1 下載影像信息表Table 1 The download image information table

2 烏魯木齊市老城區擴張分析

2.1 2000～2016年烏魯木齊市老城區土地利用類型分布特征

2000年烏魯木齊市老城區建設用地主要集中在天山區、沙依巴克區和水磨溝區，隨著老城區向四周擴張，到2016年形成了“攤餅式”發展格局（圖2）。從土地利用格局來看，2000年烏魯木齊市的大多數耕地主要集中在頭屯河區和沙依巴克區，未利用地主要是以沙依巴克區較多，大面積的水域分布在沙依巴克區和水磨溝區的交界處，草地和林地也主要集中在沙依巴克區、天山區和水磨溝區交界處接近水域的區域。2016年隨著老城區的擴張，全區耕地減少。沙依巴克區的未利用地也逐漸開發為建設用地；沙依巴克區和水磨溝區的大面積水域也減少。全區耕地減少還有可能是因為選取的數據是農作物已被收走的時期，導致一部分的耕地分類為未利用地。

2000～2016年建設用地和林地面積分別增加了233.64和23.47 km2，面積增加顯著；耕地、水域、草地和未利用地面積均減少，其中，耕地和未利用地面積分別減少了136.07和103.93 km2，面積減少顯著（圖3）。從土地利用類型的轉換關系可以看出，建設用地的增加主要來源于未利用地，林地的增加主要來源于耕地和未利用地；耕地主要轉化為林地和草地，未利用地主要轉化位建設用地，草地主要轉變為建設用地和林地（圖4）。

圖2 老城區2000年與2016年土地利用/覆被的變化Fig.2 The changes of land use/cover in old city of Urumqi in 2000 and 2016

2.2 老城區擴張對各土地利用類型的影響分析

2016年烏魯木齊市老城區建設用地面積較2000年增加了233.640 9 km2，是2000年的1.44倍，其中占用耕地面積111.510 0 km2，占2000年耕地面積的27.65%；占用未利用地面積為129.128 4 km2，占2000年未利用地面積的40.67%；占用草地和林地面積總和為13.849 2 km2，占2000年草地和林地面積總和的 33.2% （表 2）。

圖3 2000年與2016年土地利用類型面積的對比Fig.3 Comparison of land use types in 2000 and 2016

2.2.1 老城區擴張對耕地的影響 2000～2016年老城區耕地面積減少為33.74%，研究區域各個區的耕地面積變化程度差異較大，各區域耕地面積減少幅度順序為頭屯河區＞水磨溝區＞天山區＞沙依巴克區，其中，頭屯河區和水磨溝區耕地面積減少幅度超過40%（表3）。頭屯河區耕地減少幅度最大的主要原因是2011年之后頭屯河區成為烏魯木齊經濟開發區。

表2 2000年和2016年土地利用/覆被變化轉移矩陣 （km2）Table 2 The land use/cover change matrix of 2000 and 2016

圖4 土地利用類形轉變交叉關系圖Fig.4 The conversion relationship between some main land use/cover types

耕地面積的不斷減少主要原因有以下幾個方面：（1） 烏魯木齊市水資源相對匱乏，根據“以水定田”的原則，難以開發耕地后備資源；（2） 城市的迅速擴張導致耕地面積越來越少，補充的耕地不僅在數量上難以滿足需求，而且在質量上也出現問題，使得今后實施建設用地占用耕地的占補平衡得不到保障。2000年政府對4個城區重新定位[20]，建設用地迅速擴張，發展至今老城區呈現建設用地逐漸從點狀分布格局向面狀分布格局發展（圖5）。

2.2.2 老城區擴張對未利用地的影響 2000～2016年未利用地面積減少了32.74%，研究區域各個區的未利用地面積變化程度較大。各區域未利用地面積減少幅度從高到低依次沙依巴克區＞水磨溝區＞頭屯河區＞天山區，其中天山區的未利用地變化幅度僅為3%，基本保持不變，而沙依巴克區未利用地面積最大，且加之烏魯木齊市中心城區實施“南控、北擴、先西延、后東進”戰略的實施，是沙依巴克區未利用地減少幅度最大的主要原因（表3，圖6）。

2.2.3 老城區擴張對草地的影響 老城區草地面積總體減少，2016年草地面積較2000年減少了17.19%。研究區域各個區的耕草面積變化程度較大，各區域草地面積減少幅度順序為天山區＞沙依巴克區＞水磨溝區＞頭屯河區。其中，頭屯河區的草地面積增加了39.13%，其他3個區減少將近50%（表4，圖7）。

表3 2000年和2016年老城區擴張對各個區域耕地及未利用地面積的影響Table 3 The influence of old city expansion on cultivated land area and unused land area of each district in 2000 and 2016

圖5 老城區2000～2016年建設用地占用的耕地示意圖Fig.5 Sketch of cultivated land occupied by construction land in old city during 2000-2016

圖6 老城區2000～2016年建設用地占用的未利用地示意圖Fig.6 Sketch of unused land occupied by constructionland in old city during 2000-2016

2.2.4 老城區擴張對林地的影響 林地面積總體增加，2016年林地面積較2000年增加了92.11%。林地面積在4個區都有所增加，增加明顯的是沙依巴克區和頭屯河區，增加幅度分別為141.43%和189.16%（表4，圖7）。2002年國家實行“退耕還林”政策以來，不宜種植的山地、水土流失嚴重的耕地、糧食產量低的農地和坡度＞6°的坡地實行改耕地為林地或者草地，是造成研究區林地面積不斷增加的主要原因。

圖7 老城區2000～2016年建設用地占用的草地與林地示意圖Fig.7 Sketch of grassland and woodland occupied by construction land in old city during 2000-2016

3 結論與討論

城市擴張是烏魯木齊經濟發展的必然趨勢，了解老城區擴張對該區土地利用格局變化的影響，對研究該區城市化建設特征具有重要意義。

運用監督分類法和轉移矩陣對比法，對烏魯木齊市近16 a建設用地和其他土地利用類型之間的數量變化特征進行了分析，并對其變化驅動力進行了淺析。（1）烏魯木齊市老城區建設用地的擴張逐漸從中心發展向“攤餅式”擴張轉變。隨著城鎮化發展和對烏魯木齊市老城區的發展定位的變化，大量其他地區的農村人口以及烏魯木齊市其他區的人口向老城區轉移，對于城鎮村及工礦用地、水域及水利設施用地、交通運輸用地的需求隨之增加，促使更多的耕地、未利用地和其他地類轉換為建設用地。（2） 烏魯木齊市老城區擴張對其他土地利用/覆蓋變化影響顯著。其中建設用地和林地面積增加，耕地、水域、草地和未利用地都有所減少。林地面積大幅度增加，主要是因為國家“退耕還林”政策鼓勵將易造成水土流失的坡耕地轉換成林地，該政策的實施不僅促使了林地面積的增加，也一定程度上導致了耕地面積減少。

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