乌鲁木齐市老城区扩张对土地利用格局的影响

马 桂，阿不都沙拉木·加拉力丁，2，杨贝贝，麦地那·巴合提江，阿依格林·乌兰

（1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046）

土地利用/覆盖变化研究已成为研究全球变化的重要组成部分，主要是因为土地利用/覆盖变化与气候、生态循环、生物多样性以及人类都有密切联系[1]。土地利用变化是反映人类活动程度的重要因子，分析土地利用时空变化规律是揭示人类活动程度的有效方式[2]。土地利用/覆盖变化在城市中的重要表现形式就是城镇化。城镇化是经济社会发展必然趋势，城镇化进程意味着有更多农村人口向城镇转移，增加的城市人口对城镇住房、公共设施和环境等一系列的需求也相应增加[3]。中国实施城镇化战略之后，城镇化所引起的与土地利用相关的问题成为研究热点，研究内容主要有城镇化过程中土地利用与管理[4，5]、土地利用政策[6]、土地利用类型变化与驱动机制[7～9]和土地利用效益[10]等。城市扩张动态变化研究主要利用遥感影像和模型，在遥感影像数据基础上对扩张动态变化做一定范围的预测[11]等。我国关于城市建筑面积扩张对土地利用变化影响的研究大多数集中在东南部、东部等经济较发达地区[12，13]。有关西部地区城市扩展与城市形态的研究逐渐增多[14，15]，但是，在建设用地扩张对其他土地利用类型影响方面的研究较少。

国务院关于乌鲁木齐市城市总体规划的批复（2017）中提出，乌鲁木齐市作为新疆维吾尔自治区的省会城市，是我国西北地区重要的中心城市和面向中亚西亚的国际商贸中心。乌鲁木齐市土地利用存在生态环境约束性强，土地生态问题较突出；自然灾害与局地毁损，影响土地集约利用水平；耕地后备资源不足，实现耕地占补平衡难度很大等问题[16]。2000年以来乌鲁木齐市经济快速发展，研究乌鲁木齐城市扩张对土地利用格局的影响，不仅对于乌鲁木齐市建设多民族和谐宜居城市、天山绿洲生态园林城市和区域综合交通枢纽城市有数据价值，而且对于西北地区其他城市在该方面的研究也可以起到参考作用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市位于中国西北，新疆中部，亚欧大陆腹地，北天山北麓、准噶尔盆地南缘，地理位置东经86°37′～88°58′、北纬42°45＇～44°08′[17]，海拔680～920 m[18]。地势呈南部、东北部高，中部、北部低。山地面积广大，占该市总面积的50%以上。乌鲁木齐市拥有七区一县，即天山区、沙依巴克区、新市区、水磨沟区、头屯河区、达坂城区、东山区和乌鲁木齐县[19]。将乌鲁木齐市的老城区（以下简称“老城区”） 作为研究区域（图1），主要包括天山区、沙依巴克区、头屯区和水磨沟区。

1.2 数据来源

图1 研究区地理位置示意图Fig.1 Geographic map of the study area

数据主要来源于乌鲁木齐市统计年鉴（2001～2015年）中的行政区域土地面积、建成区面积和城市现状建设用地面积等数据，乌鲁木齐市土地利用图（资料来源于乌鲁木齐市国土资源局），2000年Landsat5 TM影像数据4幅，2016年Landsat8 OLI影像数据4幅（表1）。

1.3 研究方法

以8幅影像数据为基础，利用年鉴数据与土地利用图，对影像数据进行几何校正；辐射定标和大气校正后做镶嵌，并根据研究区的矢量数据进行裁剪，通过支持向量机监督分类法得到土地利用分类图。分析乌鲁木齐市老城区扩张中的土地利用格局变化。利用Erase和Raster calculator工具做出占用示意图，通过转换矩阵对比法计算2000～2016年乌鲁木齐市各区土地利用类型变化数量，并利用动态监测数据分析了16 a间建设用地变化对其他土地利用类型的影响情况。

表1 下载影像信息表Table 1 The download image information table

2 乌鲁木齐市老城区扩张分析

2.1 2000～2016年乌鲁木齐市老城区土地利用类型分布特征

2000年乌鲁木齐市老城区建设用地主要集中在天山区、沙依巴克区和水磨沟区，随着老城区向四周扩张，到2016年形成了“摊饼式”发展格局（图2）。从土地利用格局来看，2000年乌鲁木齐市的大多数耕地主要集中在头屯河区和沙依巴克区，未利用地主要是以沙依巴克区较多，大面积的水域分布在沙依巴克区和水磨沟区的交界处，草地和林地也主要集中在沙依巴克区、天山区和水磨沟区交界处接近水域的区域。2016年随着老城区的扩张，全区耕地减少。沙依巴克区的未利用地也逐渐开发为建设用地；沙依巴克区和水磨沟区的大面积水域也减少。全区耕地减少还有可能是因为选取的数据是农作物已被收走的时期，导致一部分的耕地分类为未利用地。

2000～2016年建设用地和林地面积分别增加了233.64和23.47 km2，面积增加显著；耕地、水域、草地和未利用地面积均减少，其中，耕地和未利用地面积分别减少了136.07和103.93 km2，面积减少显著（图3）。从土地利用类型的转换关系可以看出，建设用地的增加主要来源于未利用地，林地的增加主要来源于耕地和未利用地；耕地主要转化为林地和草地，未利用地主要转化位建设用地，草地主要转变为建设用地和林地（图4）。

图2 老城区2000年与2016年土地利用/覆被的变化Fig.2 The changes of land use/cover in old city of Urumqi in 2000 and 2016

2.2 老城区扩张对各土地利用类型的影响分析

2016年乌鲁木齐市老城区建设用地面积较2000年增加了233.640 9 km2，是2000年的1.44倍，其中占用耕地面积111.510 0 km2，占2000年耕地面积的27.65%；占用未利用地面积为129.128 4 km2，占2000年未利用地面积的40.67%；占用草地和林地面积总和为13.849 2 km2，占2000年草地和林地面积总和的 33.2% （表 2）。

图3 2000年与2016年土地利用类型面积的对比Fig.3 Comparison of land use types in 2000 and 2016

2.2.1 老城区扩张对耕地的影响 2000～2016年老城区耕地面积减少为33.74%，研究区域各个区的耕地面积变化程度差异较大，各区域耕地面积减少幅度顺序为头屯河区＞水磨沟区＞天山区＞沙依巴克区，其中，头屯河区和水磨沟区耕地面积减少幅度超过40%（表3）。头屯河区耕地减少幅度最大的主要原因是2011年之后头屯河区成为乌鲁木齐经济开发区。

表2 2000年和2016年土地利用/覆被变化转移矩阵 （km2）Table 2 The land use/cover change matrix of 2000 and 2016

图4 土地利用类形转变交叉关系图Fig.4 The conversion relationship between some main land use/cover types

耕地面积的不断减少主要原因有以下几个方面：（1） 乌鲁木齐市水资源相对匮乏，根据“以水定田”的原则，难以开发耕地后备资源；（2） 城市的迅速扩张导致耕地面积越来越少，补充的耕地不仅在数量上难以满足需求，而且在质量上也出现问题，使得今后实施建设用地占用耕地的占补平衡得不到保障。2000年政府对4个城区重新定位[20]，建设用地迅速扩张，发展至今老城区呈现建设用地逐渐从点状分布格局向面状分布格局发展（图5）。

2.2.2 老城区扩张对未利用地的影响 2000～2016年未利用地面积减少了32.74%，研究区域各个区的未利用地面积变化程度较大。各区域未利用地面积减少幅度从高到低依次沙依巴克区＞水磨沟区＞头屯河区＞天山区，其中天山区的未利用地变化幅度仅为3%，基本保持不变，而沙依巴克区未利用地面积最大，且加之乌鲁木齐市中心城区实施“南控、北扩、先西延、后东进”战略的实施，是沙依巴克区未利用地减少幅度最大的主要原因（表3，图6）。

2.2.3 老城区扩张对草地的影响 老城区草地面积总体减少，2016年草地面积较2000年减少了17.19%。研究区域各个区的耕草面积变化程度较大，各区域草地面积减少幅度顺序为天山区＞沙依巴克区＞水磨沟区＞头屯河区。其中，头屯河区的草地面积增加了39.13%，其他3个区减少将近50%（表4，图7）。

表3 2000年和2016年老城区扩张对各个区域耕地及未利用地面积的影响Table 3 The influence of old city expansion on cultivated land area and unused land area of each district in 2000 and 2016

图5 老城区2000～2016年建设用地占用的耕地示意图Fig.5 Sketch of cultivated land occupied by construction land in old city during 2000-2016

图6 老城区2000～2016年建设用地占用的未利用地示意图Fig.6 Sketch of unused land occupied by constructionland in old city during 2000-2016

2.2.4 老城区扩张对林地的影响 林地面积总体增加，2016年林地面积较2000年增加了92.11%。林地面积在4个区都有所增加，增加明显的是沙依巴克区和头屯河区，增加幅度分别为141.43%和189.16%（表4，图7）。2002年国家实行“退耕还林”政策以来，不宜种植的山地、水土流失严重的耕地、粮食产量低的农地和坡度＞6°的坡地实行改耕地为林地或者草地，是造成研究区林地面积不断增加的主要原因。

图7 老城区2000～2016年建设用地占用的草地与林地示意图Fig.7 Sketch of grassland and woodland occupied by construction land in old city during 2000-2016

3 结论与讨论

城市扩张是乌鲁木齐经济发展的必然趋势，了解老城区扩张对该区土地利用格局变化的影响，对研究该区城市化建设特征具有重要意义。

运用监督分类法和转移矩阵对比法，对乌鲁木齐市近16 a建设用地和其他土地利用类型之间的数量变化特征进行了分析，并对其变化驱动力进行了浅析。（1）乌鲁木齐市老城区建设用地的扩张逐渐从中心发展向“摊饼式”扩张转变。随着城镇化发展和对乌鲁木齐市老城区的发展定位的变化，大量其他地区的农村人口以及乌鲁木齐市其他区的人口向老城区转移，对于城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地、交通运输用地的需求随之增加，促使更多的耕地、未利用地和其他地类转换为建设用地。（2） 乌鲁木齐市老城区扩张对其他土地利用/覆盖变化影响显著。其中建设用地和林地面积增加，耕地、水域、草地和未利用地都有所减少。林地面积大幅度增加，主要是因为国家“退耕还林”政策鼓励将易造成水土流失的坡耕地转换成林地，该政策的实施不仅促使了林地面积的增加，也一定程度上导致了耕地面积减少。

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