新疆烏魯木齊市“三生”用地的空間沖突研究

王珊珊, 毋兆鵬,2, 王娟娟, 尹慧慧, 李斌才

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 新疆 烏魯木齊 830054;2.新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室, 新疆 烏魯木齊 830054)

為保護人類生存空間、保障人類生活質量，黨的十八大報告正式提出“促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的國土“生產—生活—生態”空間的總體要求[1]。長期以來，經濟生產導向的土地利用開發模式引發“三生”用地的爭奪與沖突，并隨著城市化進程的加快而加劇[2]。因此，識別“三生”空間沖突演化與功能協同—權衡關系是區域協調發展的重要保障，更逐漸成為學術界的研究熱點[3-5]。

“三生”空間沖突實質上是土地利用沖突，表現為同一區位上由于人地關系的作用而產生對于空間資源的競爭與博弈的現象[6-7]。近年來，學者們從不同專業角度對空間沖突進行分析研究，如于伯華[8]對土地利用沖突概念的解析，認為不同主體選擇目標不同而產生土地利用沖突；馬學廣等[9]對土地利用沖突產生原因的探究，認為城市擴張、土地利用結構不合理與土地污染是引起土地利用沖突的主要原因；蔡天雨等[10]利用最小累積阻力(MCR)模型構建生態安全格局，對土地利用沖突進行識別；譚術魁[11]建立征地沖突后果評價和預警的指標體系并提出相應的管理對策。但是，其研究范圍多集中在經濟發達地區的城市群和都市帶等宏觀尺度[12-13]，對于中西部欠發達典型區域，尤其是干旱區綠洲城鎮涉及較少。因此，探析烏魯木齊市“三生”用地演變及其引起的空間沖突變動，對于優化烏魯木齊市“三生”空間合理布局和推動生態文明建設，制定符合發展要求的土地利用優化配置對策具有重要現實意義。

烏魯木齊市作為典型干旱區綠洲城市，在工業化、城市化快速發展中，土地利用強度日益增加，資源短缺、環境污染、水質污染等生態承載力失衡現象也逐漸暴露出來，影響到城市乃至區域的社會經濟的可持續發展[14]。本文基于“三生”空間視角和GIS空間分析技術，分析“三生”用地空間格局演變特征，以格網為評價單元，借助景觀生態指數方法構建空間沖突測度模型，測算烏魯木齊市“三生”空間的沖突水平，既可以為烏魯木齊市國土空間規劃管理提供參考依據，也可為類似區域協調經濟社會發展與生態保護提供方法途徑。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

烏魯木齊市地處新疆維吾爾自治區中北部，位于新疆天山中段北麓、準噶爾盆地南緣，平均高程800 m，地理位置處于86°37′33″—88°58′24″E，42°45′32″—44°08′00″N。區域東、西、南三面環山，地勢由南向西北方向逐漸降低，北部為廣闊沖積平原。該區域屬中溫帶半干旱大陸性氣候，常年干燥少雨，春秋季短，冬夏季長，四季分配不均，寒暑變化劇烈，晝夜溫差較大。是我國向西開放的重要門戶，也是一帶一路倡議下絲綢之路經濟帶核心區的首府城市，轄管7區1縣。生活空間以綠洲城市的分布范圍為主，為人類生存和發展提供空間承載、物質和精神保障，位于研究區中部；生產空間以承載物質資料和服務為主，滿足城市居民的經濟需求，在中心城區北部和南部有集聚區域；生態空間以調節、維持和保障綠洲生態安全為主，主要包括與自然相協調的水域、林地、草地等生態用地，分布于烏魯木齊縣、達坂城區及米東區(圖1)。

注：DEM數據資料來源于http:∥www.gscloud.cn/。

1.2 數據來源與處理

本文所用遙感影像包括Landsat TM/ETM+和OLI影像(2000年9月(TM5)，2010年8月(TM5)和2018年9月(OLI)，空間分辨率30 m。依據國家標準《土地利用現狀分類(GB/T21010-2017)》，結合烏魯木齊市土地利用及規劃現狀，將土地利用類型劃分為建設用地、耕地、水域、林地、草地和未利用地6類，借助ENVI 5.1軟件對數據進行預處理后，基于假彩色影像完成提取LUCC信息，混淆矩陣精度評價檢驗結果分別為 88.58%，88.51%和88.15%。文中坡向和地形復雜度均基于30 m×30 m分辨率的DEM數據計算獲取，來源于地理空間數據云平臺。人口數據主要來源于新疆統計年鑒(2000—2018年)。

2 研究方法

2.1 “三生”空間分類體系的建立

土地是生產、生活和生態功能相互關聯和相互統一的整體，可以滿足人類生產功能、生活功能和生態功能方面的需求[15]。烏魯木齊市“三生”空間分類體系的構建，在劉彥隨等[16]研究的基礎上，遵循空間連綿連片、功能相對獨立的原則，進一步細化“三生”空間布局，根據生態系統服務重要性評價結果將核心生態用地提取出來，重在貫徹生態優先的理念。最后將核心生態用地與土地利用類型進行合并，劃分出生活空間、生產空間和生態空間。其中，根據《新疆維吾爾自治區畜牧業現代化“十三五”發展規劃》中所強調的，草地對于烏魯木齊市畜牧業持續健康發展具有重要意義，將不同覆蓋度的草地分別歸入到生態空間和生產空間，最終構建“三生”空間分類體系(表1)。

生態源地一般為生境質量較高的區域，物種維持和擴散的起始點和生態保護的底線[17]。為了提取表1中的生態源地，本文參考相關研究[18-19]，結合烏魯木齊市的實際情況，選取生物保護、人類干擾防護、災害防護、水源涵養4個一級指標建立生態系統重要性指標體系(表2)。針對一級指標生物保護，研究區作為典型干旱區綠洲景觀城市，選取植被覆蓋度、坡向2項指標進行識別[20]；人類干擾防護指標是由于研究區地形地質條件限制及水土資源空間分布不平衡，使城市化快速發展中，已無法按照“以水定地”原則實現耕地占補平衡[21]，因此選取人口聚集度和距離建設用地距離2項指標進行空間識別；災害防護指標考慮到研究區地貌類型較多，海拔落差較大，選取地形位指數進行識別[22]；水資源是制約干旱區生態安全的關鍵因子，其時空分布的高度異質性決定了其生態系統的脆弱性，因此選取距離河流水系距離指標進行識別，并對6個二級指標進行等級劃分[23-24]。

表1 研究區“三生”空間分類體系

表2 生態系統重要性指標體系與等級劃分

對單項生態系統重要性的評價，采用幾何平均數模型測算生態重要性指數[25]。

(1)

式中：Sj為評價單元第j類生態重要性指數，j=1,2,3,…;Cij為第j類生態重要性第i項評價指標的重要性程度得分值;n為第j類生態重要性對應的評價指標個數。各單因子評價結果利用自然斷裂點法從高到低分為極重要、重要、較重要及一般重要4個級別,提取生態重要性等級最高的柵格單元為本研究的生態源地[26]。

2.2 “三生”空間沖突量化模型構建

“三生”空間沖突是指伴隨城鎮化空間格局的演變過程中的多種土地類型(功能)轉換而產生的人與自然間的矛盾現象，其在空間上主要表現為建設用地空間與生態用地空間比例失調、土地景觀復雜化、破碎化等[27]。因此，考慮到土地利用系統具有復雜性、脆弱性及穩定性等特點，結合研究區資源環境特征，確定從外部壓力(P)、脆弱性(V)及穩定性(S)3個方面構建景觀生態指數，對區域土地利用沖突強度LUCS(land use conflict strength)[28]進行評價(式2)。

LUCS=P+V-S

(2)

外部壓力(P)，選用面積加權平均分維數(AWMPFD)[29]來測算(式3)。數值越高表明該景觀單元受鄰域景觀干擾的機會越大，空間單元的土地利用結構越復雜。

(3)

式中：Pij表示第i類土地利用類型第j個斑塊的周長;aij表示第i類土地利用類型第j個斑塊面積;A表示區域單元面積。

脆弱性(V)借助脆弱性指數(SFI)[6]來測算(式4)。各地類脆弱度按林地：1，草地：2，耕地：3，水域：4，未利用地：5，建設用地：6賦值[30]。

(4)

式中：ai表示區域內各土地類型的面積；Fi表示土地利用類型i的脆弱度；n表示土地利用系統包含的用地類型數量。

穩定性(S)，采用風險指數(SRI)[31]測算(式5)。數值越高空間單元的穩定性越差，土地利用沖突則越顯著。

(5)

式中：PD表示斑塊密度，表示區域單元斑塊數量與區域單元面積的比值； PDmin，PDmax分別表示它的最小值和最大值。

2.3 “三生”空間沖突分析尺度

景觀格局對景觀尺度具有很大的依賴性，本文以格網作為評價單元，綜合考慮數據類型、數據量、空間斑塊密度以及分辨率等因素，對比不同大小網格單元(包括600 m×600 m，1 000 m×1 000 m，1 500 m×1 500 m，2 000 m×2 000 m，3 000 m×3 000 m)，試驗后選擇1 500 m×1 500 m格網共計6 570個沖突單元，在每個單元內計算景觀生態指數。其中，研究區邊界區域斑塊未布滿整個單元面積的，按一個完整的單元面積參與計算，采用極差法，對研究區的土地利用沖突診斷指標因素數據進行標準化處理，消除指標因素間的量綱差異。所有計算結果統一采用自然間斷點法，根據土地利用沖突指數累積頻率曲線分布特征和空間沖突呈倒U形演變規律[32]進行分級(表3)。

表3 研究區“三生”空間沖突分級

3 結果與分析

3.1 三生用地空間格局分析

根據三生用地空間分類體系，得到2000，2010和2018年烏魯木齊市三生用地及空間分布圖(圖2—3)。城市生活用地在2000年的中心城區基礎上向北、東北、西北以及東南方向不斷蔓延發展，城市北部為主要發展方向，集中分布于沙依巴克區、新市區、水磨溝區、天山區、頭屯河區5區。這得益于《烏魯木齊市城市總體規劃(2000—2020年)》中城市南部的烏魯木齊縣及達坂城區進行嚴格控制，以優化和整治為主，米東區強化與市域北部地區的協調，預留發展空間等政策的有力落實。農業生產用地隨著時間的推移，空間格局呈現破碎化趨勢。其中，米東區、頭屯河區及烏魯木齊縣主要是由于城鎮化與工業化進程加快占用大量農業生產用地，導致生產空間面積減少。2010年之后，達坂城區農業生產用地面積下降較為明顯，這主要與烏魯木齊市近年實行“荒山綠化工程”密切相關。

生態用地是烏魯木齊市三生用地的主要組成部分，分布范圍最廣且斑塊面積較大，由于受到生活用地和生產用地侵占，空間格局呈現萎縮趨勢。其中，2000—2010年，沙依巴克區、新市區、水磨溝區、天山區的草地生態用地面積明顯減少，沙依巴克區部分農用地實施退耕還林，林地生態用地面積有所增加。2010年后，隨著城市化不斷加速，草地生態用地面積大量減少。在烏魯木齊市構建“四區、四廊、四核”的生態保護空間格局的影響下，核心生態用地面積所占比例由2000和2010年占研究區總面積的16.69%和16.87%，2018年增加至18.94%，主要分布在烏魯木齊縣及達坂城區。

圖3 研究區“三生”用地分類體系空間分布

3.2 “三生”空間沖突測算

3.2.1 “三生”空間沖突時空演變特征 利用“三生”空間沖突量化模型構建，測算烏魯木齊市2000，2010和2018年“三生”沖突景觀生態指數(表4)。各個時期“三生”空間沖突等級均表現為：穩定可控>輕度沖突>中度沖突>重度沖突，空間沖突作用強度總體呈現上升趨勢，但仍屬于穩定可控級別。其中，穩定可控沖突類型的空間單元比重呈下降趨勢，占研究區所有空間單元總量的70%以上。中度沖突類型的空間單元比重在2000—2010年期間雖有增加，但少于2010—2018年下降的比重。輕度沖突和重度沖突的空間單元比重均呈遞增趨勢，尤其是重度沖突空間單元增幅最大，從2000年的2.57%持續增加到2018年的4.54%，增長了0.77倍。表明研究區內存在部分重度沖突失控的地區，并有范圍擴大的趨勢，這應是烏魯木齊市空間沖突調控的重點區域。

表4 研究區空間沖突指數測算結果統計

近20 a間“三生”空間變化顯著(圖4)，2000年“三生”空間不同沖突類型的空間單元分布較為分散，其中，輕度沖突類型主要分布在生態空間和生產空間，空間單元在研究區中部偏南的烏魯木齊縣和西北部的頭屯河區集聚，東南部的達坂城區亦有零散分布。隨著時間的推移，生活空間不斷向外擴張，沖突單元由上述地區逐漸向周邊擴散，至2018年空間沖突水平提高，尤其是頭屯河區、米東區、達坂城區和烏魯木齊縣附近，生態類用地和生產類用地被大量占用，沖突水平逐漸增強。

圖4 研究區“三生”空間沖突水平空間差異

3.2.2 “三生”空間沖突分異特征 對3種空間類型的景觀生態指數進行分級后的面積所占比例進行統計，統計結果對比發現(圖5)，生活空間及生產空間整體空間沖突等級提高，生態空間沖突等級變化較為穩定。其中，生產空間的沖突等級最高，其次是生活空間，生態空間的沖突水平以穩定可控沖突為主。 ①生產空間受城市化進程影響較大，主要表現為穩定可控沖突單元比重大幅度下降(由36.67%下降至4.13%)，重度沖突單元比重不斷上升，2000—2018年共增加了28.51%，與其他兩種沖突級別相比，其變化最大，說明中度沖突單元正在不斷轉變為嚴重沖突的單元。其原因是生態空間主要是以耕地、園地等為主，受人類活動影響較大，致使其破碎度升高，越來越不穩定，空間沖突水平也主要集中在中度沖突和重度沖突等級，至2018年兩者比重之和達78.51%。 ②生活空間沖突水平構成的變化幅度最大，主要表現在2000—2018年穩定可控沖突單元比重大幅度下降(由31.27%下降至3.54%)及輕度沖突單元比重大幅度上升(由2.12%上升至51.28%)，中度沖突和重度沖突的沖突單元所占比例分別減少了6.80%和14.64%。 ③生態空間的沖突水平變化幅度較小，以穩定可控沖突為主。2000—2018年，生態空間中穩定可控單元比重上升(由85.95%上升至88.01%)，輕度沖突和中度沖突呈現出小幅下降(分別由7.98%，4.96%下降至6.65%，7.16%)，重度沖突單元比重上升了0.67%。說明研究區生態空間的沖突水平呈現出由輕度沖突和中度沖突向穩定可控和重度沖突轉變的現象。

相同的“三生”空間類型和空間沖突等級的不同年份沖突面積數據，取α=0.05對應的方差分析結果進行統計(表5)，生活空間和生產空間中F>F crit且P-value均小于0.05，說明不同年份沖突面積數據對空間沖突等級的影響顯著。而生態空間中，P-value為1.817×10-11小于0.01，則表示數據對空間沖突等級的檢驗達極顯著。

圖5 研究區各空間沖突等級類型面積比例

表5 研究區不同年份沖突面積數據方差分析

4 討 論

生活空間中，城市北部為主要發展方向，該結果一方面從自然環境來看，烏魯木齊市三面環山，主城區地勢較高，這種地形地貌導致了主城區沿河流兩岸由南向北延伸，在北部平原又向東西兩側伸展。另一方面與2010年之后《烏魯木齊市城市總體規劃(2011—2020年)》引導構建“南控、北擴、先兩延、后東進 ”的空間布局政策的實施有關。生態空間受近年來大力實施“藍天工程”“園林城市建設”等措施的影響，核心生態用地研究期間面積所占比例不斷增加，對主要分布于烏魯木齊縣及達坂城區的天然牧場以及森林、河流和灘涂等新增核心生態用地，應避免人類活動對其占用，一旦被破壞，很難重建起原有的生態體系，同時影響生態屏障建設。

隨著城市化不斷推進及土地利用開發強度的加劇，導致周圍邊緣地區草地生態用地面積大量減少，生產空間斑塊破碎度、復雜性提高，尤其是頭屯河區、米東區附近，生態類用地和生產類用地被大量占用，沖突水平逐漸增強。因此，在經濟發展的同時，要重視城市生活用地的動態監測，制定嚴格的城市發展規劃，保護好林地、水域等重要用地類型，對已開發區域開展近自然恢復是改善烏魯木齊市土地利用沖突的有效途徑。此外，除了著重研究的“三生”空間沖突之外，還有“三生”空間社會沖突、空間經濟沖突及空間生態沖突等等，也具有很強的研究意義，還有待今后進一步開展綜合研究。

5 結 論

(1) 2000—2018年，城市北部為城市生活用地的主要增長方向，農業生產用地隨著時間的推移，空間格局呈現破碎化趨勢，生態用地是烏魯木齊市“三生”用地的主要組成部分，其中，核心生態用地研究期間面積所占比例不斷增加，對新增核心生態用地，應避免人類活動對其占用。

(2) 各個時期“三生”空間沖突等級均表現為：穩定可控>輕度沖突>中度沖突>重度沖突。空間沖突作用強度總體呈現上升趨勢，但仍屬于穩定可控級別。

(3) 重度沖突空間單元由2000年的2.57%持續增加到2018年的4.54%，增幅最大，表明研究區內重度沖突失控的地區范圍有擴大的趨勢，這應是烏魯木齊市空間沖突調控的重點區域。

(4) 不同空間類型的空間沖突存在一定差異，沖突強度從大到小依次為：生產空間>生活空間>生態空間。