乌鲁木齐市土地利用变化与城市化关系研究

伊素燕 阿力木江·吐斯依提

[摘要]在GIS和ENVI技术支持下，将2006、2011、2016年TM与ETM遥感图像解译分类，对乌鲁木市土地利用变化进行定量分析。通过回归分析方法，结合城市化综合发展水平等指标，分析城市化水平与土地利用变化关系，为土地利用规划、城市建设提供科学依据。结果表明，乌鲁木齐市土地利用变化和城市化存在着一定的相关性，2006～2016年间，乌鲁木齐市土地利用发生了显著变化，呈现出农用地面积持续增加但增幅缓慢、建设用地面积持续增加且增幅增大、未利用地向农用地和建设用地转移较多等特点。

[关键词]土地利用；城市化；相关性；乌鲁木齐

[中图分类号]F301.2 [文献标识码]A

土地资源是城市经济社会发展的基础，城市化是城市发展的必然阶段。影响土地利用变化的人文因素有很多，其中城市化的作用明显。城市化的发展推动城市土地的集约利用，而城市土地的集约利用又有效推动城市化持续发展。城市规模要同资源环境承载能力相适应，生态空间和建设空间不能失调。只有充分认识土地利用与城市化关系，顺应城市化发展，才能实现建设和谐宜居、富有活力的现代化城市的目标。

国内外的学者围绕土地利用变化和城市化关系进行了大量的研究。在土地利用变化方面，大多对土地利用结构、土地数量变化分析、土地利用动态度、土地利用变化驱动力、土地利用景观格局变化等進行研究。城市化方面，大多对城市化的过程、空间变化、机理、驱动因素等进行研究。对土地利用和城市化之间关系方面，大多针对其协调性、耦合关系等进行研究。在研究区上，大多学者选区沿海或发达省市进行研究，对西北干旱区的绿洲城市化与土地利用变化的关系研究较为匮乏。本文选取西北干旱区绿洲城市——乌鲁木齐市为研究区域，基于2006、2011、2016年三期遥感图像，借助RS与GIS技术，获取土地利用定量变化数据，结合城市化综合水平指标，研究乌鲁木齐市土地利用变化与城市化发展的关系，为区域城市化建设中土地利用和城市化协调发展、城市可持续提供理论依据。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市地处亚欧大陆腹地是我国向西开放的重要门户。东西长约 190km，南北跨距约153km。东、南、西三面环山，北部为冲积平原，地形开阔。截至2016年，全市行政区面积13 788km2，其中，建成区面积430km2。辖7区（天山区，沙依巴克区、新市区、头屯河区、水磨沟区、达坂城区，米东区）1县（乌鲁木齐县），常驻人口355万人。

1.2 数据获取及处理

1.2.1 土地利用数据。选取2006，2011的TM、2016年的ETM 遥感影像（分辨率均为30m）为基础数据，数据来源于中科院地理空间数据云。研究区遥感影像摄于天气晴朗、无云时段，故影像清晰，适合做研究分析。在envi4.8软件的支持下，经过前期预处理后，得到3期不同年份的乌鲁木齐市遥感影像图。根据遥感图像中的各种影像特征，采用最大似然法对遥感图像进行监督分类，将乌鲁木齐市土地利用类型划分成：农用地、建设用地、水体以及未利用地四大类。各期土地利用类型影像数据的分类精度均在80%以上，满足研究精度要求。土地利用分类图经过矢量化操作处理后，在envi4.8软件的支持下，得到不同时间段的各土地类型占总面积比和土地变化转移矩阵。

1.2.2 城市化分析数据。采用人口和社会经济数据：来源于《乌鲁木齐市统计年鉴》。

2 研究方法

2.1 土地利用变化

土地利用变化常采用数量变化、速率变化、结构变化等进行分析研究，其中以土地利用变化度作为变化速率的研究依据。土地利用变化动态度是表示在某段时间内某种类型土地面积的变化速度情况，可作为土地利用的动态变化的主要参考。其中，正数表示土地面积增加，负数表示土地面积减少，数值（动态度的绝对值）表示增加或减少的幅度，其值（动态度绝对值）为增减的幅度，值越大变化越大。

2.2 城市化水平

城市化水平的测度方法及权重的确定，采用鲁春阳等的方法，以城市非农人口占总人口的比重作为人口城市化的指标，以非农产值占总产值的比重作为产业城市化的指标的综合指标，权重分别设置为0.8和0.2，并求加权平均值，得到城市化综合发展水平X。

当X≦30%为城市化初级增长阶段，30%

2.3 土地利用变化与城市化水平之间的相互关系

土地利用变化与城市化水平之间的相互关系一般多采用灰色关联法或回归分析法，本文采用回归模型来拟合城市化综合发展水平的高低与土地利用变化量之间在数量上的关系。

式中：Y为某土地利用类型占总面积的比例；X为城市化综合发展水平。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化分析

3.1.1 数量变化分析。2006～2016年间，乌鲁木齐市未利用地面积数量占比持续减少，建设用地和农用地面积数量占比持续增加，水体面积数量先减后增（图1）。具体来说，未利用地面积的减少，从2006年的39.05%减少到2016年的14.02%，减少了25.02%；建设用地数量占比从2006年的15.57%增至28.14%，增幅近1倍；10年间农用地面积增加13.11%，水体面积占比从由2006年的0.95%到2011年的0.14%，2016年增为0.28%，呈现出先减后增趋势。

3.1.2 变化速率分析。从变化速度来看，2006～2016年间，乌鲁木齐市未利用地面积减少幅度较明显，建设用地面积增幅较快，且增长速度高于农用地增长速度。将三个年份土地利用类型总面积代入式（1），得出3个时期土地利用的动态度（图2）：农用地面积增长速度逐渐变缓，动态度由2006～2011年的2.14%，到2011～2016年期间变为3.39%，表明的农用地以相对平缓速度增加；建设用地面积不断扩大，动态度由2006～2011年期间增至12.7%，到2011～2016年期间变为2.11%，增加幅度明显变少；未利用地一直呈减少趋势，2006～2011年期间变为7.09， 2011～2016年期间变为8.87；乌鲁木齐市为干旱城市，水体所占面积较小，由于气候与地理原因，水体面积变化速度也相对较大，但整体变化情况没有很明显。

3.1.3 土地利用转换类型分析。从土地转换类型来看，建设用地和未利用地变化率高，未利用地转换为建设用地数量明显增大。将ENVI4.8得到的图像经过矢量化处理以后，求得2个不同时期乌鲁木齐市土地利用转换矩阵（表1、表2）。其中表格的列为期起始年份的土地利用类型面积，行为后期年份的土地利用类型面积，变化率为发生类型转移面积占总面积的百分比。

由表1、表2可知，变化率最高的为未利用地与水体。乌鲁木齐属于干旱缺水城市，随着城市建设不断的发展，水资源的需求不断增长，导致乌鲁木齐水资源容量与承载性大大降低。未利用地高变化率说明了未利用地转化方向多，其他土地利用类型也有较多途径可以转化成未利用地。耕地和建设用地的变化率也较高，表明耕地和建设用地具有不稳定性。

3.2 城市化水平分析

城市化作为城市经济发展水平的一个重要标志，其发展历程可以反映一个城市发展的轨迹。借助《乌鲁木齐市统计年鉴》数据和用公式（2），计算出乌鲁木齐市2006～2016年城市化化水平（图3）。

3.2.1 增长趋势分析。从2006年到2016年，乌鲁木齐市总人口中的城市人口占比由78%增长到91.95%，平均每年增长1.4%。从乌鲁木齐市城市化水平历年的增长趋势看，2006年到2016年，乌鲁木齐市城市化水平虽然在个别年份出现波动，但整体呈现出缓慢增长的态势。

3.2.2 增长速度分析。处于快速城市化背景下的乌鲁木齐市在2006年到2016年的10年间，城市化水平增长速度减缓，且有些年份出现了负增长现象。2014，2016年间城市化增长速度显著加快，城市化水平增长了15.22%

3.3 土地利用变化与城市化水平的相关分析

3.3.1 土地利用变化与城市化水平的定量比较分析。本研究所指的农用地中有耕地、林地和牧草地等，把通过遥感影像分类得出土地利用类型数据作分析。因只有3个年份的数据，不足以进行整体的研究，故按照等距分布法，将其他年份数据通过系统预测进行补充完善，再通过散点图表示出城市化综合发展水平指标与各土地利用类型占总面积之间的关联，并得出拟合趋势线来进行相关分析（图4）。

由图4可知，城市化水平决定著农用地占总面积比的变化，通过拟合趋势线显示，两者在数量关系上相关性较好。关联系数R2 =0.7847，回归方程为：Y=0.1957X2 -33.136X+1445.9 乌鲁木齐市2006～2016年间城市化水平发展从平稳速度到逐渐减少再逐渐增加。农用地面积占比增长较为平缓。

建设用地的面积变化与城市化水平的增幅情况有直接联系，两者图上呈现出典型的线性相关，关联系数R2 =0.9566，回归方程为：Y=0.0028X2-1.2203X+107.22回归方程表明：城市化的不断发展导致建设用地的规模不断扩大。

随着城市的不断扩张，未利用地面积占比开始减少。城市化发展水平的高低决定了未利用地在总面积中的占比，两者在数量上同样呈现出线性相关，关联系数R2 =0.8418，回归方程为：Y=-0.3977X2+67.593X-2830.6回归方程表明，在快速发展的城市化背景下，未利用地占总面积比逐年下降。

水体的面积呈现先急剧减少后缓慢增加的情况。关联系数R2 =0.8281，回归方程为：Y=-0.0129X2 +2.2111X-93.857，回归方程表明，两者在数量上同样呈现出典型的线性相关，

3.3.2 土地利用变化与城市化作用机制分析。城市化发展需要大量的劳动力人口与经济产业的支持，而人口的增加与产业扩张促使城市向外围发展。为满足更多城市人口的生产生活需要，因城市规模的扩大，周边的农业用地被占为建设用地，大量的未利用地转化为农用地与建设用地，土地利用结构被改变。土地城市化发展明显，而土地利用结构的变化必然导致产业结构的改变，非农产业比重由2006年的98.6%增加为2016年的98.8%。人口城市化、产业城市化、土地城市化三者共同促进了乌鲁木齐市的城市化发展进程。

4 结论和讨论

4.1 结论

2006，2016年期间，乌鲁木齐市土地利用类型变化非常显著，其变化的特点可以概括为：从变化数量分析，未利用地数量减幅明显，建设用地数量逐年增加，水体数量呈先减后增趋势；从变化速度分析，农用地面积的增速减慢，而建设用地的面积逐渐扩大，且增幅高于农用地面积的变化速度；从变化的类型分析，建设用地和未利用地的转化率高，未利用地转化为农用地较多，未利用地转化为建设用地的数量增幅显著。

城市化水平与土地利用变化具有相关性，在快速发展的城市化背景下，农用地和建设用地面积不断扩大，当城市化水平发展速度减缓时，造成了农用地增速减缓。当城市化水平发展较快时，城市的集聚效应增强，向城市流动的人口增加，产业转型速度加快，土地利用类型的变化表现为农用地向非农用地转变，这一变化在快速城市化背景下的乌鲁木齐市表现得更加明显。

未利用地向农用地和建设用地转变是土地城市化的明显标志，通过土地利用变化与城市化相关分析得出，土地城市化、产业城市化及人口城市化之间具有相关性。在城市化水平不断增长的背景下，土地城市化推动产业城市化和人口城市化。

4.2 讨论

本文通过乌鲁木齐2006～2016年土地利用变化数据，结合城市化综合水平指标，研究乌鲁木齐市土地利用变化与城市化发展的关系，土地数据的获取方式、或城市化水平的测度方式或指标不同，可能结论与本文有所差异，且本文在确定城市化指标权重时，直接借助前人的研究成果，没有针对研究区进行实证，这也是在今后研究中需要完善之处。

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