烏魯木齊市老城區(qū)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(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)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(tài)循環(huán)、生物多樣性以及人類都有密切聯(lián)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(guī)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(xiàn)形式就是城鎮(zhèn)化。城鎮(zhèn)化是經(jīng)濟社會發(fā)展必然趨勢，城鎮(zhèn)化進程意味著有更多農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，增加的城市人口對城鎮(zhèn)住房、公共設(shè)施和環(huán)境等一系列的需求也相應(yīng)增加[3]。中國實施城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略之后，城鎮(zhèn)化所引起的與土地利用相關(guān)的問題成為研究熱點，研究內(nèi)容主要有城鎮(zhèn)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(qū)動機制[7～9]和土地利用效益[10]等。城市擴張動態(tài)變化研究主要利用遙感影像和模型，在遙感影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對擴張動態(tài)變化做一定范圍的預(yù)測[11]等。我國關(guān)于城市建筑面積擴張對土地利用變化影響的研究大多數(shù)集中在東南部、東部等經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)[12，13]。有關(guān)西部地區(qū)城市擴展與城市形態(tài)的研究逐漸增多[14，15]，但是，在建設(shè)用地擴張對其他土地利用類型影響方面的研究較少。

國務(wù)院關(guān)于烏魯木齊市城市總體規(guī)劃的批復(fù)（2017）中提出，烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區(qū)的省會城市，是我國西北地區(qū)重要的中心城市和面向中亞西亞的國際商貿(mào)中心。烏魯木齊市土地利用存在生態(tài)環(huán)境約束性強，土地生態(tài)問題較突出；自然災(zāi)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(xiàn)耕地占補平衡難度很大等問題[16]。2000年以來烏魯木齊市經(jīng)濟快速發(fā)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(shè)多民族和諧宜居城市、天山綠洲生態(tài)園林城市和區(qū)域綜合交通樞紐城市有數(shù)據(jù)價值，而且對于西北地區(qū)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(qū)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(zhǔn)噶爾盆地南緣，地理位置東經(jīng)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(qū)一縣，即天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)、頭屯河區(qū)、達(dá)坂城區(qū)、東山區(qū)和烏魯木齊縣[19]。將烏魯木齊市的老城區(qū)（以下簡稱“老城區(qū)”） 作為研究區(qū)域（圖1），主要包括天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、頭屯區(qū)和水磨溝區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

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

數(shù)據(jù)主要來源于烏魯木齊市統(tǒng)計年鑒（2001～2015年）中的行政區(qū)域土地面積、建成區(qū)面積和城市現(xiàn)狀建設(shè)用地面積等數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)4幅，2016年Landsat8 OLI影像數(shù)據(jù)4幅（表1）。

1.3 研究方法

以8幅影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用年鑒數(shù)據(jù)與土地利用圖，對影像數(shù)據(jù)進行幾何校正；輻射定標(biāo)和大氣校正后做鑲嵌，并根據(jù)研究區(qū)的矢量數(shù)據(jù)進行裁剪，通過支持向量機監(jiān)督分類法得到土地利用分類圖。分析烏魯木齊市老城區(qū)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(zhuǎn)換矩陣對比法計算2000～2016年烏魯木齊市各區(qū)土地利用類型變化數(shù)量，并利用動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了16 a間建設(shè)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(qū)擴張分析

2.1 2000～2016年烏魯木齊市老城區(qū)土地利用類型分布特征

2000年烏魯木齊市老城區(qū)建設(shè)用地主要集中在天山區(qū)、沙依巴克區(qū)和水磨溝區(qū)，隨著老城區(qū)向四周擴張，到2016年形成了“攤餅式”發(fā)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(shù)耕地主要集中在頭屯河區(qū)和沙依巴克區(qū)，未利用地主要是以沙依巴克區(qū)較多，大面積的水域分布在沙依巴克區(qū)和水磨溝區(qū)的交界處，草地和林地也主要集中在沙依巴克區(qū)、天山區(qū)和水磨溝區(qū)交界處接近水域的區(qū)域。2016年隨著老城區(qū)的擴張，全區(qū)耕地減少。沙依巴克區(qū)的未利用地也逐漸開發(fā)為建設(shè)用地；沙依巴克區(qū)和水磨溝區(qū)的大面積水域也減少。全區(qū)耕地減少還有可能是因為選取的數(shù)據(jù)是農(nóng)作物已被收走的時期，導(dǎo)致一部分的耕地分類為未利用地。

2000～2016年建設(shè)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(zhuǎn)換關(guān)系可以看出，建設(shè)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(zhuǎn)化為林地和草地，未利用地主要轉(zhuǎn)化位建設(shè)用地，草地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地和林地（圖4）。

圖2 老城區(qū)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(qū)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(qū)建設(shè)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(qū)擴張對耕地的影響 2000～2016年老城區(qū)耕地面積減少為33.74%，研究區(qū)域各個區(qū)的耕地面積變化程度差異較大，各區(qū)域耕地面積減少幅度順序為頭屯河區(qū)＞水磨溝區(qū)＞天山區(qū)＞沙依巴克區(qū)，其中，頭屯河區(qū)和水磨溝區(qū)耕地面積減少幅度超過40%（表3）。頭屯河區(qū)耕地減少幅度最大的主要原因是2011年之后頭屯河區(qū)成為烏魯木齊經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。

表2 2000年和2016年土地利用/覆被變化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變交叉關(guān)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(jù)“以水定田”的原則，難以開發(fā)耕地后備資源；（2） 城市的迅速擴張導(dǎo)致耕地面積越來越少，補充的耕地不僅在數(shù)量上難以滿足需求，而且在質(zhì)量上也出現(xiàn)問題，使得今后實施建設(shè)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(qū)重新定位[20]，建設(shè)用地迅速擴張，發(fā)展至今老城區(qū)呈現(xiàn)建設(shè)用地逐漸從點狀分布格局向面狀分布格局發(fā)展（圖5）。

2.2.2 老城區(qū)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(qū)域各個區(qū)的未利用地面積變化程度較大。各區(qū)域未利用地面積減少幅度從高到低依次沙依巴克區(qū)＞水磨溝區(qū)＞頭屯河區(qū)＞天山區(qū)，其中天山區(qū)的未利用地變化幅度僅為3%，基本保持不變，而沙依巴克區(qū)未利用地面積最大，且加之烏魯木齊市中心城區(qū)實施“南控、北擴、先西延、后東進”戰(zhàn)略的實施，是沙依巴克區(qū)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(qū)擴張對草地的影響 老城區(qū)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(qū)域各個區(qū)的耕草面積變化程度較大，各區(qū)域草地面積減少幅度順序為天山區(qū)＞沙依巴克區(qū)＞水磨溝區(qū)＞頭屯河區(qū)。其中，頭屯河區(qū)的草地面積增加了39.13%，其他3個區(qū)減少將近50%（表4，圖7）。

表3 2000年和2016年老城區(qū)擴張對各個區(qū)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(qū)2000～2016年建設(shè)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(qū)2000～2016年建設(shè)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(qū)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(qū)都有所增加，增加明顯的是沙依巴克區(qū)和頭屯河區(qū)，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(yán)重的耕地、糧食產(chǎn)量低的農(nóng)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(qū)林地面積不斷增加的主要原因。

圖7 老城區(qū)2000～2016年建設(shè)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(jié)論與討論

城市擴張是烏魯木齊經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，了解老城區(qū)擴張對該區(qū)土地利用格局變化的影響，對研究該區(qū)城市化建設(shè)特征具有重要意義。

運用監(jiān)督分類法和轉(zhuǎn)移矩陣對比法，對烏魯木齊市近16 a建設(shè)用地和其他土地利用類型之間的數(shù)量變化特征進行了分析，并對其變化驅(qū)動力進行了淺析。（1）烏魯木齊市老城區(qū)建設(shè)用地的擴張逐漸從中心發(fā)展向“攤餅式”擴張轉(zhuǎn)變。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展和對烏魯木齊市老城區(qū)的發(fā)展定位的變化，大量其他地區(qū)的農(nóng)村人口以及烏魯木齊市其他區(qū)的人口向老城區(qū)轉(zhuǎn)移，對于城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)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(zhuǎn)換為建設(shè)用地。（2） 烏魯木齊市老城區(qū)擴張對其他土地利用/覆蓋變化影響顯著。其中建設(shè)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(zhuǎn)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(dǎo)致了耕地面積減少。

［1］ Xiao J，Shen Y，Ge J，Tateishi R，Tang C，Liang Y，Huang Z.Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang，China，by using GIS and remote sensing［J］.Landscape and Urban Planning，2006， 75（1-2）：69-80.

［2］吳琳娜，楊勝天，劉曉燕，羅 婭，周 旭，趙海根.1976年以來北洛河流域土地利用變化對人類活動程度的響應(yīng) ［J］.地理學(xué)報，2014，69（1）：54-63.

［3］張樂勤，陳發(fā)奎.基于Logistic模型的中國城鎮(zhèn)化演進對耕地影響前景預(yù)測及分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30（4）：1-11.

［4］張 迪，郭文華.城鎮(zhèn)化對土地利用的影響淺析［J］.國土資源情報，2010，（5）：43-47.

［5］胡存智.城鎮(zhèn)化中的土地管理問題［J］.行政管理改革，2012，（11）：25-31.

［6］鄭偉元.中國城鎮(zhèn)化過程中的土地利用問題及政策走向［J］.城市發(fā)展研究，2009，16（3）：16-19.

［7］周 青，黃賢金，濮勵杰，李憲文，周 峰.快速城鎮(zhèn)化農(nóng)村區(qū)域土地利用變化及驅(qū)動機制研究——以江蘇省原錫山市為例［J］.資源科學(xué)，2004，26（1）：22-30.

［8］張麗琴.城市地區(qū)土地利用變化人類活動驅(qū)動機制研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2005.

［9］熊黑鋼，張 雅.石河子市土地利用變化及主要地類驅(qū)動力研究 ［J］.人文地理，2008，（5）：32-36.

［10］張 超，李 丁，魏秀梅，張 潔.西北河谷型城市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以蘭州市為例［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報：自科版，2015，51（2）：173-179.

［11］ Lin Y P，Lin Y B，Wang Y T，Hong N M.Monitoring and predicting land-use changes and the hydrology of the urbanized paochiao watershed in Taiwan using remote sensing data，urban growth models and a hydrological model［J］.Sensors，2008，8 （2）：658-680.

［12］劉盛和，吳傳鈞，沈洪泉.基于GIS的北京城市土地利用擴展模式［J］.地理學(xué)報，2000，55（4）：407-416.

［13］牟鳳云，張增祥，譚文彬，劉 斌.廣州城市空間形態(tài)特征與時空演化分析［J］.地球信息科學(xué)學(xué)報，2007，9（5）：94-98.

［14］張豫芳，楊德剛，張小雷，馬文紅，張宏遠(yuǎn).天山北坡綠洲城市空間形態(tài)時空特征分析［J］.地理科學(xué)進展，2006，25（6）：138-147.

［15］董 雯，張小雷，王 斌，段祖亮.烏魯木齊城市用地擴展及其空間分異特征［J］.中國科學(xué)：地球科學(xué)，2006，36（2）：148-156.

［16］王梅農(nóng)，劉 旭，王 波.我國耕地占補平衡政策的變遷及今后走向 ［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（33）：19034-19037.

［17］馬玉香，高素芳.烏魯木齊市城市化進程與耕地面積變化的定量研究 ［J］.水土保持研究，2011，18（5）：271-274.

［18］肖魯湘，張增祥，譚文彬，王長有.近三十年烏魯木齊市建成區(qū)的時空動態(tài)變化分析［J］.世界科技研究與發(fā)展，2007，29（4）：37-42.

［19］麗扎·賽里克，孜比布拉·司馬義.基于RS和GIS的烏魯木齊市空間擴張?zhí)卣髋c驅(qū)動力分析［J］.城市發(fā)展研究，2013，20（3）：57-60.

［20］孔靜靜，魏建新.烏魯木齊市近16年建設(shè)用地和耕地變化驅(qū)動力比較分析［J］.水土保持研究，2014，21（4）：101-106.