烏魯木齊市土地利用變化與城市化關系研究

伊素燕 阿力木江·吐斯依提

[摘要]在GIS和ENVI技術支持下，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，結合城市化綜合發展水平等指標，分析城市化水平與土地利用變化關系，為土地利用規劃、城市建設提供科學依據。結果表明，烏魯木齊市土地利用變化和城市化存在著一定的相關性，2006～2016年間，烏魯木齊市土地利用發生了顯著變化，呈現出農用地面積持續增加但增幅緩慢、建設用地面積持續增加且增幅增大、未利用地向農用地和建設用地轉移較多等特點。

[關鍵詞]土地利用；城市化；相關性；烏魯木齊

[中圖分類號]F301.2 [文獻標識碼]A

土地資源是城市經濟社會發展的基礎，城市化是城市發展的必然階段。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發展。城市規模要同資源環境承載能力相適應，生態空間和建設空間不能失調。只有充分認識土地利用與城市化關系，順應城市化發展，才能實現建設和諧宜居、富有活力的現代化城市的目標。

國內外的學者圍繞土地利用變化和城市化關系進行了大量的研究。在土地利用變化方面，大多對土地利用結構、土地數量變化分析、土地利用動態度、土地利用變化驅動力、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、驅動因素等進行研究。對土地利用和城市化之間關系方面，大多針對其協調性、耦合關系等進行研究。在研究區上，大多學者選區沿海或發達省市進行研究，對西北干旱區的綠洲城市化與土地利用變化的關系研究較為匱乏。本文選取西北干旱區綠洲城市——烏魯木齊市為研究區域，基于2006、2011、2016年三期遙感圖像，借助RS與GIS技術，獲取土地利用定量變化數據，結合城市化綜合水平指標，研究烏魯木齊市土地利用變化與城市化發展的關系，為區域城市化建設中土地利用和城市化協調發展、城市可持續提供理論依據。

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

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、西三面環山，北部為沖積平原，地形開闊。截至2016年，全市行政區面積13 788km2，其中，建成區面積430km2。轄7區（天山區，沙依巴克區、新市區、頭屯河區、水磨溝區、達坂城區，米東區）1縣（烏魯木齊縣），常駐人口355萬人。

1.2 數據獲取及處理

1.2.1 土地利用數據。選取2006，2011的TM、2016年的ETM 遙感影像（分辨率均為30m）為基礎數據，數據來源于中科院地理空間數據云。研究區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，經過前期預處理后，得到3期不同年份的烏魯木齊市遙感影像圖。根據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督分類，將烏魯木齊市土地利用類型劃分成：農用地、建設用地、水體以及未利用地四大類。各期土地利用類型影像數據的分類精度均在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移矩陣。

1.2.2 城市化分析數據。采用人口和社會經濟數據：來源于《烏魯木齊市統計年鑒》。

2 研究方法

2.1 土地利用變化

土地利用變化常采用數量變化、速率變化、結構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。土地利用變化動態度是表示在某段時間內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變化的主要參考。其中，正數表示土地面積增加，負數表示土地面積減少，數值（動態度的絕對值）表示增加或減少的幅度，其值（動態度絕對值）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重的確定，采用魯春陽等的方法，以城市非農人口占總人口的比重作為人口城市化的指標，以非農產值占總產值的比重作為產業城市化的指標的綜合指標，權重分別設置為0.8和0.2，并求加權平均值，得到城市化綜合發展水平X。

當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系

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

式中：Y為某土地利用類型占總面積的比例；X為城市化綜合發展水平。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

3.1.1 數量變化分析。2006～2016年間，烏魯木齊市未利用地面積數量占比持續減少，建設用地和農用地面積數量占比持續增加，水體面積數量先減后增（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%；建設用地數量占比從2006年的15.57%增至28.14%，增幅近1倍；10年間農用地面積增加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，建設用地面積增幅較快，且增長速度高于農用地增長速度。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度（圖2）：農用地面積增長速度逐漸變緩，動態度由2006～2011年的2.14%，到2011～2016年期間變為3.39%，表明的農用地以相對平緩速度增加；建設用地面積不斷擴大，動態度由2006～2011年期間增至12.7%，到2011～2016年期間變為2.11%，增加幅度明顯變少；未利用地一直呈減少趨勢，2006～2011年期間變為7.09， 2011～2016年期間變為8.87；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 土地利用轉換類型分析。從土地轉換類型來看，建設用地和未利用地變化率高，未利用地轉換為建設用地數量明顯增大。將ENVI4.8得到的圖像經過矢量化處理以后，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，變化率為發生類型轉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，隨著城市建設不斷的發展，水資源的需求不斷增長，導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化方向多，其他土地利用類型也有較多途徑可以轉化成未利用地。耕地和建設用地的變化率也較高，表明耕地和建設用地具有不穩定性。

3.2 城市化水平分析

城市化作為城市經濟發展水平的一個重要標志，其發展歷程可以反映一個城市發展的軌跡。借助《烏魯木齊市統計年鑒》數據和用公式（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，烏魯木齊市總人口中的城市人口占比由78%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波動，但整體呈現出緩慢增長的態勢。

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，且有些年份出現了負增長現象。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據作分析。因只有3個年份的數據，不足以進行整體的研究，故按照等距分布法，將其他年份數據通過系統預測進行補充完善，再通過散點圖表示出城市化綜合發展水平指標與各土地利用類型占總面積之間的關聯，并得出擬合趨勢線來進行相關分析（圖4）。

由圖4可知，城市化水平決定著農用地占總面積比的變化，通過擬合趨勢線顯示，兩者在數量關系上相關性較好。關聯系數R2 =0.7847，回歸方程為：Y=0.1957X2 -33.136X+1445.9 烏魯木齊市2006～2016年間城市化水平發展從平穩速度到逐漸減少再逐漸增加。農用地面積占比增長較為平緩。

建設用地的面積變化與城市化水平的增幅情況有直接聯系，兩者圖上呈現出典型的線性相關，關聯系數R2 =0.9566，回歸方程為：Y=0.0028X2-1.2203X+107.22回歸方程表明：城市化的不斷發展導致建設用地的規模不斷擴大。

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，兩者在數量上同樣呈現出線性相關，關聯系數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。

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

3.3.2 土地利用變化與城市化作用機制分析。城市化發展需要大量的勞動力人口與經濟產業的支持，而人口的增加與產業擴張促使城市向外圍發展。為滿足更多城市人口的生產生活需要，因城市規模的擴大，周邊的農業用地被占為建設用地，大量的未利用地轉化為農用地與建設用地，土地利用結構被改變。土地城市化發展明顯，而土地利用結構的變化必然導致產業結構的改變，非農產業比重由2006年的98.6%增加為2016年的98.8%。人口城市化、產業城市化、土地城市化三者共同促進了烏魯木齊市的城市化發展進程。

4 結論和討論

4.1 結論

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：從變化數量分析，未利用地數量減幅明顯，建設用地數量逐年增加，水體數量呈先減后增趨勢；從變化速度分析，農用地面積的增速減慢，而建設用地的面積逐漸擴大，且增幅高于農用地面積的變化速度；從變化的類型分析，建設用地和未利用地的轉化率高，未利用地轉化為農用地較多，未利用地轉化為建設用地的數量增幅顯著。

城市化水平與土地利用變化具有相關性，在快速發展的城市化背景下，農用地和建設用地面積不斷擴大，當城市化水平發展速度減緩時，造成了農用地增速減緩。當城市化水平發展較快時，城市的集聚效應增強，向城市流動的人口增加，產業轉型速度加快，土地利用類型的變化表現為農用地向非農用地轉變，這一變化在快速城市化背景下的烏魯木齊市表現得更加明顯。

未利用地向農用地和建設用地轉變是土地城市化的明顯標志，通過土地利用變化與城市化相關分析得出，土地城市化、產業城市化及人口城市化之間具有相關性。在城市化水平不斷增長的背景下，土地城市化推動產業城市化和人口城市化。

4.2 討論

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

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