新疆城镇体系空间结构及地域功能分异规律研究

张军民,荣 城，马玉香

(1.广西师范大学 环境与资源学院，广西 桂林 541000；2.石河子大学 理学院，新疆 石河子 832003)

城镇化是21世纪塑造人地关系和地表格局的主体形态.伴随全球化和信息化的快速推进，以及全球化和一体化不断深入，城市群日益成为支配资源配置、产业分工及要素流动的核心力量[1].城市研究由中心地理论转向城镇体系范式，城市功能从地方空间、位置空间转向“关系空间、地缘空间”[2]，城镇体系空间重构逐渐成为研究热点[3].

地域功能是城市化在人地关系地域系统空间建构和健康运行中所发挥的作用和履行的职能[4]，既反映城市经济发展水平，也表征城市化生态适宜，本质上体现了生态价值、空间属性对城市功能建构的基础作用，是人地系统地域分异的空间表征.国外发表的研究，注重人地关系地域系统的分异机理和案例剖析，研究框架包括人类与自然耦合系统、社会-生态系统、生态系统服务、环境足迹[5-6]、行星边界(Planetary boundaries)[7]、远程耦合(Telecoupling)[8]、水-能源-粮食网络[9]、DPSIR框架(Drive force-Pressure-State-Impact-Response)[10]、STIRPAT框架(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology)、能值分析、可持续生计[11]、人口发展环境[12-14]等.Dietz等[14]阐述了人与自然跨界耦合特征；Folke[15]研究了社会生态系统弹性结构；刘纪远[16]探索了远程耦合、全程耦合框架并集成了其交互耦合关系等，强调多元地域功能的生态耦合和景观协同.

国内发表的研究主要基于人地系统空间结构及其地域模式.吴传钧[17]最早关注到空间组织及其功能效应；陆大道[18]强调人地系统整体优化、综合平衡；方创琳等[19]系统研究了耦合理论、技术及调控机理；樊杰[20]提出了主体功能区划，对地域功能结构理论有所创新，构建了国土综合开发和均衡治理方法，认为中国城镇体系空间建构进入差异缩小的高质量发展拐点，迫切需要拓展城镇化多元功能以创新发展格局等.现有研究侧重发达地区、单一城市或区域内部的耦合评价，注重改进和优化评价体系，强调系统演化的同步性，忽视地域类型、空间区位及其异质性影响，对边疆落后地区城镇化关注不够.

近50年大规模开发和人口经济增长，使中国新疆绿洲城镇地域体系及其功能格局发生了深刻变化.张小雷等[21]较早关注到绿洲城镇体系及其空间异质性；学者们从不同侧面研究了绿洲城镇时空扩张的资源环境风险，意识到绿洲生态系统脆弱、环境承载有限，城镇体系空间依赖、结构分散、功能异质，绿洲空间扩大和和城镇无序扩张对绿洲系统稳定性产生了负面影响[22].优化绿洲城镇体系空间结构及地域功能，成为新时代构建边疆发展与安全新格局的基础.

综上所述，绿洲城市化研究理论基础薄弱、技术方法滞后，已关注到城市化现实和潜在的空间发展问题，重视城市化的自然、人文驱动因素及生态环境约束，但多从人口或经济等单一层面，分析城镇规模扩大或功能扩张对城镇内部环境造成的压力，或对流域生态带来的胁迫，少有从人口、经济、社会和生态等综合维度，系统研究因地域分异造成的城镇体系结构及功能异质性，缺乏新时代地域特色功能转型的深度挖掘.因此，笔者从统筹边疆发展和安全角度，探讨新疆城镇体系空间结构及功能地域分异规律，以期为新时代边疆治理提供空间治理方案，具有重要理论价值和现实意义.

1 研究区概况

受自然区位条件和历史发展基础的影响，新疆城镇规模小、集聚能力弱，城镇体系不发达，城镇功能不健全，严重影响到“一带一路”核心区和国际化大通道建设.2018年新疆国民生产总值12 199.08亿元，人均49 475元；第一、二、三产业产值分别为1 692.09亿元、4 922.97亿元、5 584.02亿元.自治区下辖乌鲁木齐市、克拉玛依等14个地(州、市)级行政区、105个县(市)级行政区、1 076个乡镇，建成区总面积1 312 km2，城镇总人口2 283.46万人，城镇人口密度2 525人·km-2，城镇化率50.91%.25个城市中，最大城市乌鲁木齐人口222.3万人，最小的阿拉山口市仅3.84万人，城市平均人口37.7万，城市主要集中分布在北疆沿天山一带，平均每个地州市仅有一个城市，绝大部分城市人口少于50万人(图1).

图1 新疆与中国城镇化率及人均GDP变化趋势比较

2 研究方法及数据处理

2.1 数据分析与处理

2.1.1 分析单元及数据指标 以新疆14个地州市为空间单元，以地级市为研究对象，根据新疆地域特征、战略定位并参照文献[5-6]构建新疆城镇化综合评价指标体系.为消除价格及汇率变动影响，统一将经济数据折算成2008年可比价格.

2.1.2 数据来源与处理 本研究所涉及社会经济统计数据均来源于历年《中国统计年鉴》《中国县(市)统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《新疆统计年鉴》及相关调查普查、专题统计数据等，用熵值法对原始数据进行无量纲和标准化处理后计算指数.栅格、矢量、DEM等基础地理数据来自中科院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)、地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)等数据库，基于ArcGIS+平台进行空间分析；用均值法标准化各要素，用熵值法对各要素赋权重，综合计算各城镇各维度城镇化发展水平；利用ArcGIS 10.6 对统计分析结果进行专题分析及可视化展示，利用GeoDa对时空分异格局进行空间自相关分析检验.

2.2 研究方法

2.2.1 城镇化综合评价指标体系 根据城镇体系理论及新型城镇化实践，构建人口、经济、社会、生态城镇化综合评价指标体系.人口城镇化强调各地州市人口规模及城镇化水平差异，经济城镇化突出各地州市经济发展、工业化及人均水平差异，社会城镇化关注地方固定资产投资、社会消费和预算收入水平等差异，生态城镇化侧重各地州市自然资本和生态资源禀赋差异；人口和经济城镇化是核心，社会和生态城镇是基础，共同构成城镇地域系统.

表1 城镇化综合评价指标体系

2.2.2 反距离权重差值分析 反距离权重差值(IDW)是根据空间单元的距离来估算空间点群平滑值的一种方法，待差值点的取值可用周围若干距离内样点值的加权和来估算，其权重与两点间距离成反比.空间任一点p的差值的计算公式为[23]67

(1)

其中,P为待差值点p的取值;Zk为p点周围点的属性值;Wk为周围点对p点的距离权重值.IDW通过对邻近区域采样点均值及其权重来获得内插点值，离插值点越近的样本点赋予的权重越大.

2.2.3 空间自相关分析 空间自相关性是由地理区位或邻接关系产生的空间依赖性和空间异质性表达，是对地域体系内各要素空间分布结构的统计学测度，包括：

1)全局Moran指数.全局Moran指数I为[23]33

(2)

(3)

其中,

当Z为正且显著时，区域中各要素存在正的空间自相关关系，即相似的观测值趋于空间集聚分布，其值越大集聚强度就越高；当Z为负且显著时,则表明存在负的空间自相关关系，相似观测值趋于离散或分散分布.

2)局部Moran指数.局部Moran指数Ii是具有空间依赖的一组地理要素在研究区内的不同位置表现出的差异性空间分布模式，即各要素周边显著的相似性区域单元的空间集聚程度，其集合与全局Moran指数成正相关分布[23]20:

(4)

2.2.4 空间扩张强度、集中度 可用某时段城镇化水平的变化强度及各城镇变化强度占比表征城镇化空间扩张程度及趋势.

(5)

其中，Ejt为Δt时段j城镇(j=1,2,3,…,14，代表阿克苏、阿勒泰等14个地级市)、i指标(12个要素)的空间扩张强度;Fjt为t时间j城镇的空间集中度.

3 结果与分析

计算各维度及综合城镇化水平(表2)，分析其变化趋势.可以看出,近10年新疆城镇化增长缓慢、变化平稳.其中经济城镇化、社会城镇化分别增长了3.01%,2.39%，而人口城镇化、生态城镇化分别降低了0.27%,6.27%，各维度差异不大，经济、社会城镇化略快于人口、生态城镇化.

表2 各维度城镇化变化及分异

3.1 城镇体系呈核心-边缘分异结构

用反距离加权法可精确识别新疆城镇体系时空分异结构.经多次验证后，设置输出像元大小为1 km，搜索半径设置变量点数为6，用(1)式对城镇化综合水平(图2)及各维度城镇化结构(图3)进行空间差值估算，再通过掩膜提取、输出研究区范围，以准确诊断城镇体系空间分异形态及演变趋势.

分析图2得出,2008年城镇化水平在南疆重镇库尔勒市和乌鲁木齐市、口岸伊宁市形成高值中心，而在北疆的吐鲁番市、哈密市、塔城市及南疆的阿克苏市形成低值中心，空间结构呈现明显的核心-边缘分异形态，“一带一路”沿线核心区城市化水平相对较高，向周边尤其是向东北、西南方向递减；2018年在乌鲁木齐市、伊宁市形成高值中心，而周边低值区连片分布，高值区面积收敛而低值区面积扩大，空间分异强度提高了10个百分点，核心-边缘分异格局更显著，城镇化空间分异不断扩大.

图2 综合城镇化水平空间IDW差值

3.2 各维度城镇化空间分异明显

分析图3得出：

图3 各维度城镇化空间IDW差值

1)人口城镇化空间结构均衡.2008年新疆人口城镇化在乌鲁木齐、伊宁、阿克苏、喀什等城镇形成高值中心，在博乐、克拉玛依、吐鲁番、哈密、阿勒泰及和田、阿图什等城镇形成低值中心，2018年北疆格局稳定，南疆高值扩大，表明,城镇人口高值区集中分布在“一带一路”沿线城镇，而周边低值区连片分布；南疆城镇人口增长快于北疆，北疆城镇人口差异大于南疆，近10年人口空间差异减弱了0.7个百分点.

2)经济城镇化空间扩张明显.2008年新疆经济城镇化在乌鲁木齐市、克拉玛依市及伊宁市形成高值中心，南疆库尔勒市形成弱低值中心，而在南疆喀什市、和田市及北疆的博乐市、阿勒泰市、哈密市、吐鲁番市等形成低值中心，高值区在核心区集中分布，而低值区在沿边城镇连片分布，呈现出显著的“核心-边缘”空间分异格局；而2018年仅在乌鲁木齐市和伊宁市形成高值中心，周边低值区连片分布，近10年空间分异增强了13个百分点，核心城市与边缘城镇经济城镇化空间差异不断扩大.

3)社会城镇化空间扩张显著.2008年社会城镇化在乌鲁木齐市和口岸伊宁市形成高值中心，周边低值区连片分布；2018年空间分异格局与2008年基本一致，但高值区仅剩乌鲁木齐市，表明南北疆及核心-边缘经济城镇化空间分异显著且差异不断扩大，近10年空间差异增强了25个百分点，空间扩张十分显著.

4)生态城镇化扩张失衡.2008年生态城镇化在和田、喀什、库尔勒、伊宁、阿勒泰等城镇形成高值中心，在吐鲁番、乌鲁木齐、昌吉、克拉玛依、阿克苏等城镇形成低值中心，南疆沿边地州市高值集中分布，而北疆“一带一路”核心区低值连片；2018年仅在阿勒泰、库尔勒等城镇形成高值区，其余城镇低值连片，表明城镇化发展与生态保障能力空间结构不协调.

3.3 城镇体系空间依赖性和异质性不显著

3.3.1 空间关联性趋弱 为验证空间分异地域特征，进一步用空间探索性分析方法研究城镇空间自组织结构.分析近10年全局Moran指数得出,全局Moran指数I由2008年的0.323,2012年的0.311,2016年的0.243,降到2018年的0.242，近10年I值极小且呈逐年降低趋势.表明新疆城镇体系存在极弱的空间依赖性且呈逐年降低趋势，新疆城镇化空间集聚和辐射带动作用不显著.

3.3.2 南疆空间离散性强于北疆 进一步分析局部Moran指数(图4),可知北疆西北部的伊犁州直、塔城地区、克拉玛依市等城镇为高-高相伴的热点异常，且时空格局相对稳定，表明北疆西北部城镇化具有一定的空间集聚性，空间溢出效益较显著；而北疆其他地州市以低-高相随的空间离散分布为主，乌鲁木齐市、昌吉市等核心区对周边地区的城镇化影响不显著，表现为一定程度的空间收敛性.而南疆各地州城镇化发展以低-低相伴的冷点或随机分布为主，空间离散性分布显著，且格局非常稳定，表明南疆城镇化水平普遍较低，增长缓慢，北疆城镇化的缓慢上升趋势与南疆城镇化相对滞后格局形成鲜明对比.

图4 综合城镇化水平局部Moran指数变化趋势

3.4 城镇体系地域功能分异特征

城镇化是以人口及要素变化为空间表征，社会经济与生态环境多要素综合作用的功能性复杂系统，城镇体系空间结构是城镇各种属性功能在空间上相互作用的结果[24].因此，可通过系统评估城镇化各要素在地域空间的相互作用及其变化趋势，精确识别城镇体系地域特征和功能结构.采用各要素增长幅度表征空间扩张强度，各城镇或要素扩张强度之和代表空间集中度，标准差反映空间分异水平，定量识别城镇体系功能结构及其变化趋势.

3.4.1 首位城市功能扩张及空间分异显著 分析空间扩张强度变化(图5),可以看出近10年功能扩张的只有5个城镇，其中乌鲁木齐市扩张强度高达99.6%，其次，阿克苏市、昌吉市分别为15.54%,11.49%，而空间收缩(扩张强度为负值)的有8个城镇，分别是库尔勒30.16%,阿图什27.89%,和田24.72%,阿勒泰14.33%,博乐13.35%等，空间收缩城镇数量多、分布广，城镇功能空间扩张的非均衡性显著.

图5 2008—2018年城镇各要素空间扩张强度、集中度及分异性

用反距离加权法对各城镇空间扩张强度进行差值分析(图6),可知空间扩张强度在乌鲁木齐市形成高值中心，在阿克苏市形成次高值中心，在南疆的库尔勒、喀什、阿图什、和田及北疆的博乐、塔城、阿勒泰等沿边城镇形成低值中心，为单中心核心-边缘扩张格局，以乌鲁木齐市为中心，功能扩张向周边，特别是向西南、西北方向逐渐递减，中心城市乌鲁木齐市空间扩张显著强于其他城镇.城镇各要素空间分异也在乌鲁木齐市形成高值中心，在南疆的阿图什市、和田市形成次高值中心，在北疆的克拉玛依、塔城市、吐鲁番等城镇形成低值中心，北疆低值区连片分布，南疆高值区连续分布，但北疆城镇各要素空间分异极小，而南疆城镇各要素空间分异相对较大.

图6 城镇扩张强度空间IDW差值

3.4.2 城镇社会经济功能扩张显著，但空间分异不明显 用反距离加权法对各城镇各要素做空间扩张强度做差值分析(图7),可知空间扩张的要素有7个，其中X7,X4,X5,X8分别扩张了66.06%,60.68%,57.33%,29.14%，而X12,X10分别收缩了192.02%,20.70%，表明固定资产投资、GDP、二三产业产值3个要素空间扩张最显著，对城镇空间扩张的贡献度最大，而人均水资源、人均土地面积等空间收缩最明显，对城镇空间扩张的贡献较小，城镇体系空间扩张主要依赖经济扩张，对水土等自然要素的依赖性显著减弱.

进一步分析图7得出：

图7 各要素空间扩张强度IDW差值

1)人口、生态城镇化功能分异趋于离散.X1和X2都在伊宁、乌鲁木齐、库尔勒等城市形成低值中心，周边高值中心连片分布，中心城市及“一带一路”核心区人口要素扩张不显著，沿边地州城镇人口空间扩张显著；X3在伊宁、阿勒泰等城镇形成高值中心，其余城镇低值区连片，表明除北疆亚欧大陆桥沿边口岸城镇功能扩张显著外，其余城镇功能扩张极弱，反映了人口诸要素空间扩张与城镇化分异格局相反，中心城市及核心区城镇人口空间集聚相对较慢.

人均土地、人均耕地、人均水资源3个指标高值区分布范围广，高值、低值区均连片分布；其中土地资源西北部的乌鲁木齐、克拉玛依、伊宁、塔城、阿克苏等城镇形成高值中心，在东南部的吐鲁番、哈密、和田等城镇形成低值中心，耕地资源与此相反分布；水资源在北疆高值连片，南疆低值连片，表明生态诸要素南北疆、东西部空间分异较显著.

2)经济、社会城镇化功能分异趋于收敛.X4和X5都在乌鲁木市齐形成高值中心，在高值中心周边的克拉玛依、库尔勒、吐鲁番等城镇形成低值中心，其余次高值区连片分布；X6在克拉玛依市形成低值中心，其余均为高值连片，表明城镇经济功能扩张普遍显著，空间结构呈单中心分异形态，高值、低值区空间相邻，北疆城镇化空间分异显著大于南疆.

固定资产投资、消费品零售总额、预算收入3个要素都在乌鲁木齐市形成唯一高值中心，其余城镇低值边片分布，表明中心城市乌鲁木齐市在宏观经济指标扩张中占有更显著优势，其吸引投资及市场化、社会化水平更具空间竞争力，新疆社会城镇化空间分异十分显著.

3.4.3 城镇地域功能类型 按各要素空间扩张强度占该要素扩张总强度之比超过50%，并结合ArcGIS自然断点法的分类识别，可将新疆城镇空间结构类型划分为(图8)：

图8 城镇各要素空间扩张分及空间类型

1)乌鲁木齐市属于投资扩张型城镇.

2)昌吉市、克拉玛依市均属于产业化发展、经济增长双要素扩张型城镇.

3)哈密市、喀什市为产业化发展、经济增长和消费扩张型城镇.

4)阿克苏市为投资、经济增长、产业化发展扩张型城镇.

5)伊宁市为水资源、投资、人口扩张型城镇.

6)阿勒泰、阿图什、博乐、库尔勒、塔城、吐鲁番、和田等城镇为水资源扩张型城镇.

中心城市乌鲁木齐市空间扩张以吸引投资为主，昌吉、克拉玛依、哈密、喀什、阿克苏、伊宁等“一带一路”核心区城镇空间扩张主要以产业化发展和经济增长为主要驱动，其余沿边地州市城镇空间扩张主要依赖资源消耗.

4 讨论

1)西部大开发、对口援疆、“一带一路”等顺利实施，产生了显著的社会效益，遏制了东西部差距不断扩大的趋势.但新疆城镇空间集聚、极化增长的主体功能不强，支撑区位地缘优势的地域功能较弱，急需构建服务国家战略需要的地缘型城镇体系.

2)要打破城镇体系时空分异的路径依赖和惯性扩张，必须围绕国家“双循环”发展需要，充分发挥新疆资源地缘优势，强化地域特色功能，构建空间秩序高效、职能分工合理、等级规模有序、安全持续发展的城镇体系.不断拓展新疆城镇化增长空间、释放产业化发展潜能、培育现代化核心动能.

3)围绕统筹边疆发展和安全格局目标，重点发展地缘、通道、合作型城镇功能.如在丝绸之路经济带、中巴经济走廊、亚欧大陆桥沿线选点布局地缘战略位置突出重要的枢纽城市优先发展、重点建设，建成稳疆兴边安全堡垒和地缘战略支点；在南北疆国土资源要地、生态网络节点、重要内陆河流域布局绿洲水土资源及能源矿产重点开发的绿洲中心城市，建设生态安全、生产稳定、生活宜居的高效绿洲生态城镇；在边境口岸创新发展跨国产能合作、文化交流及空间融合、开放合作型沿边城镇，做大做强边境投资、国际贸易、商品物流、金融服务、开发(合作)区建设等空间功能，以此吸引国内外多元主体共商、共建、共享新疆通道经济的一体化红利.