城市土地集約利用與用地?cái)U(kuò)展研究

哈尚辰, 阿里木江·卡斯木,2

(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054;2.新疆師范大學(xué) 新疆城鎮(zhèn)化發(fā)展研究中心, 烏魯木齊 830054)

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城市土地集約利用與用地?cái)U(kuò)展研究

哈尚辰1, 阿里木江·卡斯木1,2

(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054;2.新疆師范大學(xué) 新疆城鎮(zhèn)化發(fā)展研究中心, 烏魯木齊 830054)

城市擴(kuò)展與城市土地集約利用存在內(nèi)在聯(lián)系。以干旱區(qū)綠洲城市烏魯木齊的城市擴(kuò)展特征為出發(fā)點(diǎn)，研究城市擴(kuò)展與城市用地集約化間的動(dòng)態(tài)相關(guān)性，評(píng)價(jià)城市對(duì)土地利用壓力的響應(yīng)能力。結(jié)果表明在1990—2014年，烏魯木齊城市用地?cái)U(kuò)展呈現(xiàn)從緩慢擴(kuò)展到快速擴(kuò)展，再到中速擴(kuò)展的特點(diǎn)；各時(shí)期城市用地緊湊度小，分形維數(shù)大，建設(shè)用地分布分散，城市用地的增加主要依靠于城區(qū)用地向內(nèi)部的填充；對(duì)應(yīng)時(shí)期內(nèi)的城市土地集約利用水平呈現(xiàn)波動(dòng)上升的特點(diǎn)，在近10年來(lái)城市用地集約化顯著；經(jīng)相關(guān)分析得出：城市用地的集約化與城市建成區(qū)面積的擴(kuò)展速度關(guān)系不大，但受城市擴(kuò)展的空間形態(tài)影響較大，建成區(qū)分散度、破碎度越大，則城市用地越趨于集約化發(fā)展。城市擴(kuò)展與城市用地集約化二者的耦合關(guān)系可反映出一段時(shí)間內(nèi)城市土地利用的效率或?qū)τ玫貕毫Φ捻憫?yīng)程度：當(dāng)城市擴(kuò)展強(qiáng)度>土地集約利用率，說(shuō)明在城市化進(jìn)程中存在土地浪費(fèi)現(xiàn)象；當(dāng)城市擴(kuò)展強(qiáng)度<土地集約利用率，說(shuō)明城市土地利用高效，應(yīng)以經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)三者協(xié)調(diào)發(fā)展為原則開(kāi)展合理的城市土地集約利用。

城市化; 土地集約利用; 城市用地?cái)U(kuò)展; 烏魯木齊市

城市化是21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要過(guò)程[1]，也是發(fā)展中國(guó)家當(dāng)前的主要課題[2]。我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，在城市化發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)存在著眾多的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，其中最顯著的一點(diǎn)就是土地利用問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：城市盲目擴(kuò)張引起的城市土地低效利用、城市土地空間布局不合理、資源浪費(fèi)、城市用地?cái)U(kuò)展削減耕地面積等[3-4]。為了解決這些問(wèn)題，“城市土地集約利用”這一概念被提出，它作為緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地存量間矛盾的主要解決途徑，逐步成為城市地理的研究熱點(diǎn)。城市土地集約利用，顧名思義，是指城市土地利用的集中化與節(jié)約化，注重提高城市在單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量。自這一概念提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)城市土地集約利用的研究在多方面已取得很大進(jìn)展，包括：(1) 對(duì)城市土地集約利用內(nèi)涵的界定：部分學(xué)者從系統(tǒng)角度研究城市土地集約利用的內(nèi)涵，認(rèn)為“城市土地集約利用”不僅是增加在土地上的投入，以獲得更多產(chǎn)出的土地開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)方式，還需要充分考慮到城市土地利用結(jié)構(gòu)和布局的優(yōu)化問(wèn)題[5-6]；部分研究者將可持續(xù)發(fā)展觀與城市土地集約利用相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)城市土地集約利用不僅要關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)該包括社會(huì)效益和環(huán)境效益等綜合效益的最大化[7]。(2) 對(duì)城市土地集約利用水平的評(píng)價(jià)及時(shí)空動(dòng)態(tài)分析：這方面研究的主流思路是從土地集約利用的內(nèi)涵出發(fā)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇定量模型評(píng)價(jià)具體城市土地集約利用狀況，其中主要的權(quán)重確定方法有AHP 層次分析法、主成分方法、熵權(quán)法、模糊數(shù)學(xué)等[8-14]；(3) 對(duì)城市土地集約利用水平驅(qū)動(dòng)力的研究：多以從評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的視角來(lái)分析土地集約利用驅(qū)動(dòng)力，例如：將驅(qū)動(dòng)因子歸納為自然導(dǎo)向型、投入導(dǎo)向型、產(chǎn)出導(dǎo)向型和城市容貌導(dǎo)向型[15]。(4) 將城市土地集約利用與城市化水平聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行耦合性協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)，提出城市土地利用和城市化發(fā)展的規(guī)劃建議[16-17]。城市土地集約利用的研究已逐漸成熟，但仍存在很大研究空間：(1) 在空間尺度上：宏觀尺度(如全國(guó)、全省、城市群)、中觀尺度(如城市、開(kāi)發(fā)區(qū))的研究多，微觀尺度(個(gè)體、企業(yè))的研究較為薄弱；(2) 在時(shí)間尺度上：短時(shí)間截面(多為10 a)的研究多，長(zhǎng)時(shí)間截面的研究少；(3) 在研究?jī)?nèi)容上：對(duì)城市土地集約利用驅(qū)動(dòng)機(jī)制的定量研究、城市土地集約利用效應(yīng)與途徑的研究較少；(4) 在研究方法上：主要以統(tǒng)計(jì)和計(jì)量分析、動(dòng)態(tài)模型(ANN，BP，SM，PSR等)為評(píng)價(jià)方法，少部分研究利用了GIS空間分析方法，將城市土地集約利用與遙感手段相結(jié)合的研究較少。

城市用地?cái)U(kuò)展是反映城市化進(jìn)程最直觀的指標(biāo)，而城市用地的集約化亦發(fā)生于城市化進(jìn)程中，根據(jù)二者的內(nèi)涵，城市用地?cái)U(kuò)展水平與土地集約利用水平間存在關(guān)于城市建設(shè)用地面積的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，研究好這一關(guān)聯(lián)不僅可以評(píng)價(jià)城市擴(kuò)展過(guò)程的合理性；還能夠挖掘城市用地?cái)U(kuò)展對(duì)城市土地集約利用的作用機(jī)理，進(jìn)而指導(dǎo)合理高效的城市土地集約利用。目前，城市土地集約利用的研究主要是結(jié)合城市土地集約利用與城市化(城鎮(zhèn)化)，分析土地集約利用對(duì)城市化水平的響應(yīng)程度，旨在為城市用地布局提供建議[18-20]，本文試圖從這一較新的視角：用城市用地?cái)U(kuò)張反映城市化水平特征，研究城市擴(kuò)展與城市用地集約化間的動(dòng)態(tài)相關(guān)性，評(píng)價(jià)城市對(duì)土地利用壓力的響應(yīng)能力，可作為相關(guān)研究的補(bǔ)充，旨在為后續(xù)二者的機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市(86°37′33″—88°58′24″E，42°45′32″—44°08′00″N)地處天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東、南、西三面環(huán)山，地勢(shì)南高北低，深處歐亞大陸腹地，具有中溫帶干旱半干旱大陸性氣候的特點(diǎn)，是典型的干旱區(qū)綠洲城市[21]。烏魯木齊市作為新疆的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和科技中心，城市化水平隨政策導(dǎo)向不斷提高，2011年，以烏魯木齊為中心城市的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶被國(guó)務(wù)院納入全國(guó)18個(gè)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，使其成為中國(guó)擴(kuò)大向西開(kāi)放、開(kāi)展對(duì)外經(jīng)濟(jì)文化交流的重要窗口，同時(shí)也將被打造成為“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的重心區(qū)。在眾多機(jī)遇下，烏魯木齊市將迎來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)和建設(shè)的新階段，土地資源利用的壓力也將不斷增長(zhǎng)，因而有必要對(duì)烏魯木齊市的擴(kuò)展特點(diǎn)及其對(duì)土地集約利用水平的作用機(jī)理進(jìn)行研究，以便于進(jìn)一步評(píng)價(jià)城市對(duì)用地壓力的響應(yīng)程度。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

(1) 遙感影像數(shù)據(jù)。Landsat TM/ETM+影像是對(duì)土地利用變化進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段監(jiān)測(cè)的理想數(shù)據(jù)源[22]，數(shù)據(jù)可得性強(qiáng)。本文選取研究區(qū)1990—2014年的5期Landsat TM/ETM+影像(空間分辨率30 m)，完成城市建設(shè)用地信息的提取。為了使各期數(shù)據(jù)具有可比性，設(shè)置以下影像選取原則：① 各期影像均間隔6 a，保證在時(shí)間尺度上具有一致性，便于量化城市擴(kuò)展；② 均采集10月份的影像，干旱區(qū)的秋季光強(qiáng)使城市地表反射率增大，利于進(jìn)行建設(shè)用地的提取。最終獲取的5期影像時(shí)間為：1990年10月9日、1996年10月9日、2002年10月18日、2008年10月10日、2014年10月11日。

建設(shè)用地的提取采用三指數(shù)合成與監(jiān)督分類(lèi)相結(jié)合的方法。三指數(shù)包括歸一化建筑指數(shù)(NDBI)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(SAVI)和改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)(MNDWI)，其中MNDWI較歸一化差異水體指數(shù)(NDWI)更利于提取城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的水體[23]。將計(jì)算獲得的三個(gè)指數(shù)波段經(jīng)假彩色合成后，進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，對(duì)應(yīng)得到三類(lèi)城市用地：建設(shè)用地、綠地、水體；對(duì)分類(lèi)后的圖像進(jìn)行二值化處理，進(jìn)而分為建設(shè)用地、非建設(shè)用地2類(lèi)[24]；利用Arc-GIS軟件將分類(lèi)結(jié)果輸出并進(jìn)行疊加，最終獲得1990—2014年烏魯木齊的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張圖(附圖8)。

將已提取的建設(shè)用地面積，與對(duì)應(yīng)時(shí)期來(lái)源于統(tǒng)計(jì)資料的建成區(qū)實(shí)際面積作對(duì)比，平均精度達(dá)到94.31%(表1)。

表1 建成區(qū)面積提取結(jié)果及精度

(2) 屬性數(shù)據(jù)：用以結(jié)合用地?cái)U(kuò)展對(duì)城市土地集約利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)及驅(qū)動(dòng)力分析，數(shù)據(jù)源于相應(yīng)年份的《烏魯木齊市統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)以《新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》為補(bǔ)充。根據(jù)AHP層次分析法，本文構(gòu)建“投入—產(chǎn)出”型土地集約利用水平評(píng)價(jià)體系，包括土地利用程度、土地投入強(qiáng)度、土地產(chǎn)出效益、土地可持續(xù)度4個(gè)層次，共10項(xiàng)指標(biāo)對(duì)烏魯木齊進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表2)。

表2 城市土地集約利用水平評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 研究方法

2.1 城市用地?cái)U(kuò)展變化

2.1.1 動(dòng)態(tài)變化 城市用地?cái)U(kuò)展的動(dòng)態(tài)變化由擴(kuò)展速率、擴(kuò)展強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)反映。

(1) 擴(kuò)展速率(v)：城市空間擴(kuò)展速率主要是指年均擴(kuò)展速率，是研究城市空間擴(kuò)展的常用指標(biāo)。計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ai，Aj分別代表研究初期、末期的城市建成區(qū)面積；T為時(shí)間間隔。

(2) 擴(kuò)展強(qiáng)度(R)：是指研究區(qū)域在研究時(shí)期內(nèi)城市用地?cái)U(kuò)展面積占用地總面積的百分比，城市擴(kuò)展的強(qiáng)弱可用年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)(R)來(lái)表示：

(2)

根據(jù)上式，可將城市用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度理解為某一時(shí)段內(nèi)城市用地的年均增長(zhǎng)率，依據(jù)指數(shù)的高低分為：高速擴(kuò)展、中速擴(kuò)展、低速擴(kuò)展、緩慢擴(kuò)展。

2.1.2 形態(tài)變化 城市形態(tài)的變化是城市空間布局和結(jié)構(gòu)變化的綜合反映，研究城市空間形態(tài)的變化可以分析城市的生長(zhǎng)過(guò)程，揭示其擴(kuò)展規(guī)律。衡量城市空間形態(tài)變化的指標(biāo)包括：緊湊度指數(shù)、空間形狀分維數(shù)、空間重心指數(shù)、放射狀指數(shù)等，本文選取前2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

(1) 緊湊度(C)：

(3)

式中：A為城市面積；P為城市周長(zhǎng)；緊湊度與城市面積大小無(wú)關(guān)，與城市形成的幾何形狀有關(guān)，城市形狀越接近圓形，緊湊度越接近于1，城市空間越緊湊，反之城市擴(kuò)展越離散。

(2) 分形維數(shù)(D)。分形是局部以某種方式與整體相似的形態(tài)。利用分形維數(shù)(分維數(shù))可以描述城市邊界形狀的復(fù)雜性，反映出土地利用受干擾的程度。當(dāng)城市面積隨時(shí)間不斷增加時(shí)，分維數(shù)增大反映出城市區(qū)域以外部擴(kuò)展為主；分維數(shù)減小說(shuō)明城市區(qū)域面積的增加是以填充建成區(qū)之間的地域?yàn)橹?；分維數(shù)不變說(shuō)明城市進(jìn)入了相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展階段。其計(jì)算公式為：

(4)

2.2 城市土地集約利用評(píng)價(jià)

2.2.1 土地集約利用水平評(píng)價(jià)

(1) 標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(5)

式中：Bij為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Mij為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值；maxij為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值。

(2) 權(quán)重值計(jì)算。將經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Xmn(m年，n項(xiàng)指標(biāo))，利用1～9標(biāo)度法，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，利用方根法計(jì)算權(quán)重值，經(jīng)一致性檢驗(yàn)，一致性比例值(CR)<0.1，矩陣Xmn的一致性可以被接受，最終得到各準(zhǔn)則層和各指標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重值(表3)。

(3) 得分計(jì)算：將各準(zhǔn)則層的指數(shù)值乘以各自的權(quán)重后進(jìn)行加和，計(jì)算公式為：

Si=∑Ui×Wi

(6)

式中：Si為第i年土地集約利用水平得分；Ui代表某一準(zhǔn)則層的指標(biāo)值；Wi代表該準(zhǔn)則層中指標(biāo)的權(quán)重值。Ui的計(jì)算方法為：Ui=∑Vi×Wi，其中，Vi代表某一指標(biāo)層的指標(biāo)值；Wi代表該指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重。

(4) 百分制：為了便于對(duì)比，需要將各時(shí)期城市土地集約利用水平的得分進(jìn)行百分制，結(jié)果用Ci表示，公式為：

Ci=40Si+60 (7)

2.2.2 城市用地集約度響應(yīng)評(píng)價(jià) 城市用地的擴(kuò)展是一個(gè)城市直觀可視的外在變化，城市土地集約利用是涵蓋了經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵的城市建設(shè)用地功能的體現(xiàn)，二者在城市化發(fā)展進(jìn)程中均處于不斷變化中，因此要分析二者的相關(guān)關(guān)系，不僅要理清城市用地?cái)U(kuò)展的規(guī)律，還需要對(duì)城市用地的集約水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究?；诔鞘型恋丶s利用的內(nèi)涵，設(shè)定“城市用地集約率”的概念用以反映城市在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)土地利用壓力的響應(yīng)程度，計(jì)算公式為：

(8) 式中：I代表城市用地集約率；Ei，Ej分別代表研究初期、末期的城市經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量，用城市全年的GDP總產(chǎn)值來(lái)衡量；Ai，Aj分別代表研究初期、末期的城市建成區(qū)面積。計(jì)算前需將GDP、城市用地面積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除量綱，最終算得的城市用地集約率的單位是%。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市用地?cái)U(kuò)展研究

3.1.1 城市用地空間動(dòng)態(tài)變化 將已提取的研究區(qū)各期城市建設(shè)用地面積經(jīng)公式(1)、(2) 計(jì)算得出城市用地?cái)U(kuò)展動(dòng)態(tài)的量化結(jié)果(表4)?？傮w上，烏魯木齊市建成區(qū)面積的擴(kuò)展速率及擴(kuò)展強(qiáng)度在24 a間分別同比增長(zhǎng)了108.5‰和15.4‰。其中，城市建成區(qū)在2002—2008年擴(kuò)展速率最強(qiáng)，1996—2002年次之，1990—1996年擴(kuò)展速率最低；在擴(kuò)展強(qiáng)度方面，1996—2002年的擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)最大，說(shuō)明在這一階段城市用地的年均增長(zhǎng)率最快，據(jù)此，建成區(qū)的整體擴(kuò)展變化可概括為：從緩慢擴(kuò)展到快速擴(kuò)展，再到中速擴(kuò)展。這與烏魯木齊發(fā)展的現(xiàn)實(shí)相吻合：自2000年西部大開(kāi)發(fā)以來(lái)，中央出臺(tái)的一系列優(yōu)惠政策支持了烏魯木齊市的快速發(fā)展，城市迎來(lái)前所未有的大發(fā)展時(shí)期，城市化進(jìn)程加快，建成區(qū)面積擴(kuò)展強(qiáng)度加大；自2008年全面貫徹科學(xué)發(fā)展觀以來(lái)，城市發(fā)展更注重于全面協(xié)調(diào)可持續(xù)，城市擴(kuò)展的速率和強(qiáng)度都有了顯著緩解。

3.1.2 城市用地空間形態(tài)變化 將已提取的各時(shí)期建成區(qū)分類(lèi)圖經(jīng)ArcGIS矢量化后，計(jì)算出斑塊的面積、周長(zhǎng)，根據(jù)公式(3)、(4) 得出建成區(qū)對(duì)應(yīng)的形態(tài)參數(shù)(表5)。

表4 1990-2014年烏魯木齊市建成區(qū)擴(kuò)展變化量

表5 1990-2014年烏魯木齊市建成區(qū)面積及形態(tài)參數(shù)

表5反映出：在1990-2014年，各時(shí)期城市建成區(qū)的緊湊度極小，分形維數(shù)較大，建設(shè)用地分布分散；隨著烏魯木齊市建成區(qū)面積的逐年增加，緊湊度呈現(xiàn)先下降后上升的特點(diǎn)，分形維數(shù)呈現(xiàn)出逐年減小的特點(diǎn)，說(shuō)明城市建設(shè)用地的增加越來(lái)越依靠于城區(qū)內(nèi)部用地結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而不是單一的由內(nèi)向外擴(kuò)展，這種城市用地從外擴(kuò)向內(nèi)聚的轉(zhuǎn)變，有助于緩解城市擴(kuò)展朝“攤大餅”式發(fā)展。

3.2 城市土地集約利用評(píng)價(jià)

經(jīng)公示計(jì)算，可以得到1990年、1996年、2002年、2008年、2014年5個(gè)時(shí)期的城市土地集約利用水平的綜合得分，反映在折線圖(圖1)上，可以看出：城市的土地集約利用水平在1990—1996年處于上升態(tài)勢(shì)，在后一個(gè)6 a稍有降低，在2002—2014年，城市土地集約利用水平不斷提高，共計(jì)提高了18.9%，并在2014年達(dá)到24 a來(lái)的最高值。這種變化與現(xiàn)實(shí)相符：隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的落實(shí)，烏魯木齊在2000年前后迎來(lái)了快速大發(fā)展時(shí)期，但在城區(qū)面積快速擴(kuò)展的同時(shí)，由于未形成合理的土地利用模式，存在用地浪費(fèi)現(xiàn)象，導(dǎo)致城市單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量低，降低了城市土地集約利用水平；近10 a來(lái)，烏魯木齊城市化進(jìn)程加快，城市已初步形成合理的用地功能分區(qū)，工業(yè)用地產(chǎn)量高，土地利用逐漸趨于集約化。

3.3 城市擴(kuò)展與城市用地集約化的相關(guān)分析

3.3.1 動(dòng)態(tài)相關(guān)分析 將計(jì)算獲得的城市用地集約率(I)與反映城市用地?cái)U(kuò)展動(dòng)態(tài)的量化指標(biāo)一同反映在折線圖(圖2)上，可以看出：不同于城市建成區(qū)擴(kuò)展速率、擴(kuò)展強(qiáng)度的波動(dòng)上升，城市用地集約率在研究時(shí)段內(nèi)呈逐年遞增的趨勢(shì)，其中2008—2014年增幅最為顯著，與上一個(gè)6 a同比增長(zhǎng)了36.2%。

圖1 1990-2014年烏魯木齊城市土地集約利用水平變化

為確認(rèn)城市用地集約率與城市用地?cái)U(kuò)展速度二者間的相關(guān)關(guān)系，選取斯皮爾曼(Spearman)等級(jí)相關(guān)法，將I與城市擴(kuò)展速率和擴(kuò)展強(qiáng)度分別進(jìn)行相關(guān)分析，其相關(guān)系數(shù)不考慮兩個(gè)變量的總體分布形態(tài)及樣本容量的大小，且Spearman系數(shù)越大，反映出兩變量間的相關(guān)性越強(qiáng)。經(jīng)SPSS處理得出城市擴(kuò)展速率和擴(kuò)展強(qiáng)度與城市用地集約率的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.40，0.20，均顯示為較弱的相關(guān)性，即城市用地的擴(kuò)展速度對(duì)城市土地集約利用水平的影響不大。

圖2 1990-2014年城市用地集約率與城市用地?cái)U(kuò)張量變化

3.3.2 形態(tài)相關(guān)分析 將城市建成區(qū)的2個(gè)形態(tài)參數(shù)與對(duì)應(yīng)5個(gè)時(shí)期的城市土地集約利用水平采取同樣的基于小樣本的Spearman等級(jí)相關(guān)分析，得出城市用地緊湊度與土地集約利用水平的相關(guān)系數(shù)為：0.597，呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，分形維數(shù)與土地集約利用水平的相關(guān)系數(shù)為：-0.748，呈典型的負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明城市用地的形態(tài)對(duì)城市土地集約利用水平存在較大影響，即城市用地越緊湊，土地集約利用水平越高。

綜上所述，城市用地的集約化與城市建成區(qū)面積的擴(kuò)展速度關(guān)系不大，但受城市擴(kuò)展的空間形態(tài)影響較大：城市用地的形態(tài)越分散、越破碎則城市用地越趨于集約化發(fā)展。城市是人類(lèi)居住和活動(dòng)的主要場(chǎng)所，主要意義在于以人為本，因此城市中心區(qū)、大面積的斑塊通常屬于人類(lèi)居住區(qū)，小面積的斑塊破碎且大都分布在城市周邊，通常屬于工礦業(yè)用地，斑塊的不連續(xù)限制了這些用以推動(dòng)城市發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)在空間上的擴(kuò)散和發(fā)展，因此產(chǎn)業(yè)只能集聚，表現(xiàn)在數(shù)量上就是城市土地利用的集約化。以2014年烏魯木齊市城市土地利用狀況(附圖9)為例，烏魯木齊市頭屯河區(qū)、米東區(qū)、高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)等均在圖上顯示出破碎度較高的特點(diǎn)，多分布有承擔(dān)城市GDP主產(chǎn)功能的工業(yè)園區(qū)；而天山區(qū)、沙依巴克區(qū)等主要承擔(dān)人們居住功能的區(qū)劃單元?jiǎng)t顯現(xiàn)出較為集中的大斑塊。

城市土地集約利用突出城市在單位土地面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量，與城市用地存量有直接關(guān)系，城市土地集約利用水平的變化，即城市用地集約率與城市用地?cái)U(kuò)展存在著內(nèi)在聯(lián)系，二者的耦合關(guān)系可以反映出一段時(shí)間內(nèi)城市土地利用的效率或?qū)τ玫貕毫Φ捻憫?yīng)程度：(1) 當(dāng)城市用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度>城市用地集約率，說(shuō)明在城市化進(jìn)程中存在土地浪費(fèi)現(xiàn)象，較小的用地壓力削弱了城市單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量；當(dāng)城市用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度<城市用地集約率，說(shuō)明城市土地利用高效，但在這個(gè)階段并不能僅僅注重提高土地的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，還應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，以經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)三者協(xié)調(diào)發(fā)展為原則開(kāi)展城市土地土地利用的集約化，例如：余量土地可用以進(jìn)行環(huán)保建設(shè)，可開(kāi)展城市沿山地或荒漠的防護(hù)林工程用以保障城市的可持續(xù)發(fā)展；擴(kuò)充城區(qū)內(nèi)部的人工綠地用以提高人居環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)論與討論

(1) 通過(guò)三指數(shù)(NDBI，SAVI，MNDWI)合成與監(jiān)督分類(lèi)相結(jié)合的方法提取城市建成區(qū)，從城市用地空間動(dòng)態(tài)變化和形態(tài)變化兩方面描述研究時(shí)期內(nèi)城市用地?cái)U(kuò)展的特點(diǎn)，結(jié)果表明：在1990—2014年烏魯木齊市城市用地?cái)U(kuò)展的動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)從緩慢擴(kuò)展到快速擴(kuò)展，再到中速擴(kuò)展的特點(diǎn)；各時(shí)期城市用地緊湊度小，分形維數(shù)大，建設(shè)用地分布分散，城市建設(shè)用地的增加越發(fā)依靠于城區(qū)用地向內(nèi)部的填充，這種方式可預(yù)防城市朝“攤大餅”的擴(kuò)展模式轉(zhuǎn)變。

(2) 利用主成分分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值以計(jì)算綜合得分，得出烏魯木齊5個(gè)時(shí)期的城市土地集約利用水平評(píng)價(jià)結(jié)果：烏魯木齊土地集約利用水平在1990—2014年呈現(xiàn)波動(dòng)上升的特點(diǎn)，其中在1990—1996年上升，在后一個(gè)6 a略微降低，在2002—2014年提高顯著，近10 a來(lái)城市用地逐漸趨于集約化。

(3) 經(jīng)基于小樣本的Spearman等級(jí)相關(guān)分析得出：城市用地的集約化與城市建成區(qū)面積的擴(kuò)展速度關(guān)系不大，但受城市擴(kuò)展的空間形態(tài)影響較大：建成區(qū)分散度、破碎度越大則城市用地越趨于集約化發(fā)展。地價(jià)低、距離居住區(qū)遠(yuǎn)的用地斑塊主要用于建設(shè)工業(yè)園區(qū)等城市GDP的主產(chǎn)區(qū)，它們零星分散在城市周邊，其空間分布的不連續(xù)驅(qū)動(dòng)了集聚效應(yīng)。

(4) 城市擴(kuò)展與城市用地集約化存在著內(nèi)在聯(lián)系，二者的耦合關(guān)系可以反映出一段時(shí)間內(nèi)城市土地利用的效率或?qū)τ玫貕毫Φ捻憫?yīng)程度：當(dāng)城市擴(kuò)展強(qiáng)度>土地集約利用率，說(shuō)明在城市化進(jìn)程中存在土地浪費(fèi)現(xiàn)象，較小的用地壓力削弱了城市單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量；當(dāng)城市擴(kuò)展強(qiáng)度<土地集約利用率，說(shuō)明城市土地利用高效，但應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，以經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)三者協(xié)調(diào)發(fā)展為原則開(kāi)展城市土地集約利用。

城市土地集約利用與城市用地?cái)U(kuò)展存在內(nèi)在聯(lián)系。一方面，城市土地集約利用是由城市單位面積上的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量來(lái)衡量；另一方面，根據(jù)前人的研究結(jié)果，城市擴(kuò)展的主要?jiǎng)恿Πü潭ㄙY產(chǎn)投資、人口增長(zhǎng)等因素，這些同樣是評(píng)價(jià)城市土地集約利用水平的重要指標(biāo)。

本文利用遙感手段提取城市建成區(qū)面積，據(jù)其動(dòng)態(tài)變化及形態(tài)變化反映城市用地的擴(kuò)展特征，結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒資料描述各時(shí)段的城市土地集約利用水平，進(jìn)而分析動(dòng)態(tài)化的城市用地集約率與城市用地?cái)U(kuò)展二者間關(guān)系，回答了“城市用地的空間擴(kuò)張如何作用于土地集約利用？”這一問(wèn)題，并且避免了僅用“城市擴(kuò)展”來(lái)反映“城市化水平”的片面性，較為客觀的反映了在城市化進(jìn)程中，二者的優(yōu)化配置問(wèn)題，這對(duì)在我國(guó)城市化面臨土地利用效益偏低、擴(kuò)張速度偏快等問(wèn)題的背景下是尤為重要的，例如：在土地利用中，將“外延擴(kuò)展”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋騼?nèi)部的填實(shí)”過(guò)程，可以有效防止“偽城市化”、“攤大餅”現(xiàn)象；城市如何在等面積的土地上產(chǎn)出更高效益，可以在規(guī)劃中通過(guò)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這不僅有助于抑制城市用地?cái)U(kuò)張，也可以增加效益以提高土地利用集約度與綜合用地效率。

由于將遙感手段與人文數(shù)據(jù)資料相結(jié)合有較大難度，例如：各時(shí)期所提取的建設(shè)用地與實(shí)際面積存在一定差距、提取面積與實(shí)際面積上的GDP產(chǎn)出量等指標(biāo)數(shù)據(jù)有一定出入，因而本文還存在不足之處，今后還需要進(jìn)行細(xì)化，加強(qiáng)城市用地?cái)U(kuò)展與土地集約利用二者機(jī)制的研究，如：以城市內(nèi)部的各區(qū)劃單元為研究對(duì)象，分析城市土地集約利用水平在城市中的內(nèi)部空間差異，以此作為與城市各分區(qū)用地?cái)U(kuò)展特征的聯(lián)系，進(jìn)一步對(duì)城市用地集約率的概念及二者的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行論證。

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Research for Urban Intensive Land Use and Urban Land Expansion —A Case Study in Urumqi City

HA Shangchen1, Alimujiang·Kasimu1,2

(1.InstituteofGeographicalSciences,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China; 2.CenterofXinjiangUrbanizationDevelopmentStudy,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China)

There is an inherent link between urban expansion and urban land intensive use. The dynamic correlation between urban expansion and urban intensive land use is examined based on the urban expansion of Urumqi City in arid area, which can evaluate the city′s respons to land use pressure, in the period from 1990 to 2014, the expansion in Urumqi City presented a characteristic of slow extension to rapid expansion to intermediate speed expansion; in each period, the compactness of urban land was small, the fractal dimension was large, the construction of urban land distributed, the increase of urban land mainly depended on the inward filling. During the same period, the level of urban intensive land use had a characteristic of fluctuant rise, and presented a significant reduction in the last 10 years. The conclusion is obtained by using the correlation analysis. The intensification of urban land has nothing to do with the speed of urban built-up area expansion, but is related to the spatial form of urban land. The bigger the distribution and fragmentation degrees are, the more intensive the urban land development is. The coupling relationship between urban land expansion and urban land intensification can reflect the efficiency of urban land use and the response degree to land use pressure in a period of time. When urban expansion intensity is greater than land intensive utilization rate, land wasting phenomenon exists in the process of urbanization; when urban expansion intensity is less that land intensive utilization rate, the urban land utilization is efficient, but the advance of reasonable urban intensive land use should be carried out by following economic, social and ecological aspects as a principle.

urbanization; intensive land use; urban land expansion; Urumqi City

2015-11-10

2015-12-14

國(guó)家自然科學(xué)基金(41361043);新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程優(yōu)秀青年科技人才項(xiàng)目(2013721031);新疆師范大學(xué)研究生創(chuàng)新資助項(xiàng)目(XSY201502013)

哈尚辰(1991—),女,新疆烏魯木齊市人,碩士研究生,研究方向:資源環(huán)境遙感。E-mail:547605493@qq.com

阿里木江·卡斯木(1976—),男,新疆克拉瑪依市人,教授,博士,主要從事環(huán)境遙感研究。E-mail:alimkasim@gmail.com

F301.24

A

1005-3409(2016)06-0296-07