和偉康，蘇向輝，馬 瑛※，王保力

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

·資源利用·

天山北坡城市群土地利用效益測(cè)度及時(shí)空分異研究*

和偉康1，蘇向輝2，馬 瑛1※，王保力2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

目的以土地利用經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益3個(gè)維度為支點(diǎn)，從多角度對(duì)天山北坡城市群土地利用效益時(shí)空分異特征進(jìn)行探究。方法選取2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份作為研究時(shí)點(diǎn)，運(yùn)用改進(jìn)熵值法對(duì)天山北坡城市群土地利用效益綜合水平進(jìn)行定量測(cè)度；借助耦合協(xié)調(diào)模型及ArcGIS空間分析軟件對(duì)其耦合協(xié)調(diào)水平進(jìn)行空間顯化；通過GeoDA分析軟件對(duì)其耦合協(xié)調(diào)狀況進(jìn)行空間相關(guān)性分析。結(jié)果結(jié)果表明：(1)天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢(shì)且表現(xiàn)出明顯的三級(jí)階梯差異特征。(2)天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平整體較低但呈上升態(tài)勢(shì)；同一研究時(shí)點(diǎn)各城市間耦合協(xié)調(diào)水平差異較大；耦合協(xié)調(diào)水平在時(shí)空分異中明顯較高且相對(duì)穩(wěn)定的是烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市。(3)天山北坡城市群土地利用效益呈現(xiàn)出負(fù)的空間自相關(guān)特征且空間布局向節(jié)點(diǎn)城市聚類特征明顯；研究時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)顯著聚集類型的城市只有烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和克拉瑪依市。結(jié)論天山北坡城市群土地利用效益受經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等復(fù)雜作用機(jī)理影響具有不同時(shí)空分異特征。

土地利用效益 改進(jìn)熵值法 耦合協(xié)調(diào) 空間分析 天山北坡城市群

0 引言

土地利用最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)土地利用經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)效益的全面協(xié)調(diào)發(fā)展[1]，這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑又會(huì)受到地域自然資源稟賦、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段及規(guī)劃趨向、生態(tài)環(huán)境特質(zhì)等方面的影響。伴隨著我國(guó)對(duì)城市群戰(zhàn)略地位的不斷提升，城市群在推動(dòng)區(qū)域城市化、工業(yè)化快速發(fā)展方面優(yōu)勢(shì)明顯[2]，然而過快的城市化步伐又能引致諸多方面土地利用弊病，集中表現(xiàn)為生態(tài)質(zhì)量加速下降、人地矛盾日益突出，城市土地利用效益整體水平也隨之下降，繼而成為阻礙整個(gè)區(qū)域提質(zhì)增速的瓶頸[3]。由此，科學(xué)、合理地測(cè)度土地利用效益并在此基礎(chǔ)上嘗試揭示其時(shí)空分異特征，以期促進(jìn)土地利用的優(yōu)化協(xié)調(diào)發(fā)展，日益成為學(xué)術(shù)界和政府的聚焦點(diǎn)。目前關(guān)于土地利用效益的研究尺度常見于全國(guó)[1，4-5]、省域[6-7]、市域[8-14]、縣域[15-16]、城區(qū)[17]等層級(jí)；研究階段經(jīng)歷了由短期[5，8，10，14]向長(zhǎng)期推衍[13，16]；研究方法主要包括熵值法[1，6-7，15，17]、改進(jìn)熵值法[18-19]、數(shù)據(jù)包絡(luò)法[14]、層次分析法[4-5，11]、變異系數(shù)法[7-8，10]、灰色關(guān)聯(lián)法[5]及主成分分析法[9，12，20]；研究視角多側(cè)重于對(duì)土地利用效益與城市化[4，8]、新型城鎮(zhèn)化[9]、土地利用程度[10，15]、土地利用結(jié)構(gòu)[16]等方面的耦合測(cè)度，一些研究也對(duì)土地利用效益內(nèi)部經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)進(jìn)行評(píng)價(jià)[1，7，10-13，17-18]，也有研究把土地利用效益與空間分析相結(jié)合，從時(shí)空角度探究土地利用效益演變特征[5-6，9，15，18]。梳理現(xiàn)有研究成果，城市群視域下對(duì)其土地利用效益時(shí)空分異特征進(jìn)行的探析相對(duì)較少，特別是少有針對(duì)干旱區(qū)綠洲城市群的探究。天山北坡城市群作為“一帶一路”的核心支撐區(qū)和亞歐大陸連接互通的關(guān)鍵樞紐[19]，探究其土地利用效益時(shí)空分異規(guī)律就顯得尤為緊迫且意義重大。

圖1 研究?jī)?nèi)容的結(jié)構(gòu)流程

2000年國(guó)家開始實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，新疆維吾爾自治區(qū)政府以此為契機(jī)，提出了率先發(fā)展天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的戰(zhàn)略舉措；2010年首次中央新疆工作座談會(huì)召開，助推新疆邁入跨越式發(fā)展新時(shí)期；2015年國(guó)家發(fā)展改革委、外交部、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布了《推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)》，將新疆定位為“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)”，天山北坡城市群因其獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)再次成為發(fā)展的焦點(diǎn)，2015年年底舉行的中央城市工作會(huì)議也為天山北坡城市群帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇?；谔焐奖逼鲁鞘腥荷鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)點(diǎn)的特殊性、研究時(shí)段的規(guī)整性、所獲取資料的完整性等原因，選取2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份作為研究時(shí)點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域內(nèi)土地開發(fā)利用現(xiàn)實(shí)狀況，從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，采用改進(jìn)熵值法定量評(píng)價(jià)研究時(shí)段內(nèi)不同區(qū)域單元土地利用效益綜合水平；構(gòu)建土地利用效益耦合協(xié)調(diào)模型，通過ArcGIS空間解析軟件對(duì)天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平進(jìn)行空間顯化；借助GeoDA分析軟件對(duì)天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)狀況進(jìn)行空間相關(guān)性分析(圖1)。系統(tǒng)探究天山北坡城市群土地利用效益時(shí)空分異特征，為區(qū)域土地合理規(guī)劃發(fā)展及經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有益支撐，以期提升區(qū)域綜合實(shí)力，助力國(guó)家“一帶一路”構(gòu)想的順利實(shí)施。

圖2 天山北坡城市群核心區(qū)范圍資料來源：參考文獻(xiàn)[20]

1 研究區(qū)概況

天山北坡城市群位于亞歐大陸腹地，新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣，天山北麓中段，大體沿東西走向呈條帶狀排列，核心區(qū)范圍主要包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、昌吉市、阜康市、奎屯市、烏蘇市、五家渠市、呼圖壁縣、瑪納斯縣和沙灣縣(圖2)[20]。截止2015年，天山北坡城市群完成地區(qū)生產(chǎn)總值5013.53億元(2015年價(jià))，其中第二產(chǎn)業(yè)增加值2002.31億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值2627.00億元，分別占全疆的53.77%、55.68%、63.01%，年末總?cè)丝跒?34.17萬(wàn)人，占全疆的22.64%，普通高等學(xué)校在校大學(xué)生人數(shù)為19.74萬(wàn)人，占全疆的61.18%，按工業(yè)總產(chǎn)值(規(guī)模以上)劃分，集中了全疆53.90%的輕工業(yè)和62.10%的重工業(yè)，建成區(qū)綠化覆蓋率為39.20%，年末耕地面積約為83.1萬(wàn)hm2，占全疆的比重為20.15%，農(nóng)用化肥施用量(折純)占全疆的比重為14.94%，工業(yè)廢水排放量占全疆的比重達(dá)到45.52%，工業(yè)二氧化硫排放量占全疆的比重為25.49%，工業(yè)煙(粉)塵排放量占全疆的比重為27.38%，而土地面積約為878萬(wàn)hm2，僅占全疆的5.28%，天山北坡城市群既是新疆資金、人才、技術(shù)、資源等發(fā)展要素高度集聚區(qū)域，又是生態(tài)環(huán)境承受壓力較大區(qū)域[21]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以天山北坡城市群作為研究區(qū)域，選取2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份作為研究時(shí)點(diǎn)，研究資料主要來自相應(yīng)時(shí)期《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》、《昌吉回族自治州統(tǒng)計(jì)年鑒》、《伊犁哈薩克自治州統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》、各市(縣)統(tǒng)計(jì)年鑒以及各市(縣)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。為了保證土地利用效益時(shí)空分析的一致性和準(zhǔn)確性，石河子市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不包含兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)口徑；基于五家渠市2004年正式掛牌設(shè)立，且相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失較為嚴(yán)重等原因，不對(duì)其進(jìn)行探究。

2.2 研究方法

2.2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

對(duì)土地利用效益進(jìn)行測(cè)度時(shí)，觀測(cè)的視角相異，在評(píng)價(jià)指標(biāo)選取方面也會(huì)有明顯的傾向。梳理有關(guān)土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的文獻(xiàn)，主要側(cè)重于兩種方式，第1種是從土地利用的投入和產(chǎn)出兩個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)[6，14]；第2種是從土地利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)[5，7，10，15-16，18]。依據(jù)土地利用效益的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)內(nèi)涵，綜合其3個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)可以更加全面、準(zhǔn)確揭示土地利用效益的本質(zhì)特征，僅從土地利用投入產(chǎn)出2個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)并不能夠系統(tǒng)揭示土地利用效益3個(gè)維度間的相互作用關(guān)系[18]，在此擇取第2種方式對(duì)土地利用效益進(jìn)行評(píng)價(jià)?？紤]到土地在利用過程中會(huì)受諸多方面綜合影響，僅以城市建成區(qū)為研究區(qū)邊界對(duì)其土地利用效益進(jìn)行測(cè)度并不足以代表整個(gè)城市土地利用效益實(shí)際水平，故而選擇天山北坡城市群所轄城市的所有土地面積作為研究區(qū)邊界，既更加準(zhǔn)確測(cè)度各城市土地利用的綜合效益，又在土地利用效益時(shí)空分異研究中與各個(gè)城市行政區(qū)域邊界高度吻合，可以很好代表整個(gè)區(qū)域土地利用效益水平。在具體指標(biāo)篩選過程中，既要可以科學(xué)合理評(píng)價(jià)土地利用效益，又要能夠很好揭示3個(gè)維度各要素間的耦合作用關(guān)系，所擇指標(biāo)要具有很強(qiáng)的代表性和針對(duì)性，且易于操作和獲取(表1)。

表1 天山北坡城市群土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理與權(quán)重確定

各領(lǐng)域評(píng)價(jià)指標(biāo)因?yàn)樽陨韺傩圆煌?，指?biāo)特征值之間相差較大，為最大程度減少這些因素可能引致的干擾，采用標(biāo)準(zhǔn)差法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(1)

采用熵值法通過信息論中的最大信息熵原理對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)重時(shí)，可以客觀、有效解析所提供指標(biāo)變量間的信息關(guān)聯(lián)性，最大程度避免主觀賦權(quán)的局限性[15，18-19]，但傳統(tǒng)熵值法也往往會(huì)因在評(píng)價(jià)時(shí)出現(xiàn)極端值或負(fù)值而致使評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差，改進(jìn)熵值法則可通過標(biāo)準(zhǔn)化變換彌補(bǔ)傳統(tǒng)熵值法的這一缺陷[18-19]。借助Matlab R2011b軟件，運(yùn)用改進(jìn)熵值法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化

處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，合理消除負(fù)數(shù)帶來的影響，經(jīng)計(jì)算Xij′的范圍在-4～4之間，可將坐標(biāo)平移，則有：

Zij=Xij′+4

(2)

在式(2)基礎(chǔ)上對(duì)平移變換后的數(shù)據(jù)做歸一化處理：

(3)

測(cè)算第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值Hj：

(4)

式(4)中，K=(lnn)-1，(i=1，2，...，n；j=1，2，...m)。

計(jì)算指標(biāo)j的信息權(quán)重wj：

(5)

2.2.3 評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算

指標(biāo)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理及權(quán)重賦值后，運(yùn)用線性加權(quán)法分別對(duì)土地利用效益3個(gè)子系統(tǒng)綜合水平進(jìn)行測(cè)評(píng)。

(6)

式(6)中，U1、U2、U3分別代表土地利用經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益3個(gè)子系統(tǒng)綜合水平；fij表示評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)xij歸一化處理后的值；wj代表第j項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；m表明評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2.2.4 構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)模型

“耦合”來源于物理學(xué)領(lǐng)域，指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)形式通過耦合要素、運(yùn)行機(jī)制等關(guān)鍵因素在時(shí)空范圍內(nèi)交互作用及影響的現(xiàn)象；協(xié)調(diào)是系統(tǒng)或要素間協(xié)調(diào)配合、良性循環(huán)的關(guān)系[1，4，8-9，15]。該文中的“耦合協(xié)調(diào)”指天山北坡城市群土地利用效益內(nèi)部經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)子系統(tǒng)各要素在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等復(fù)雜機(jī)理下相互影響的狀況(圖3)，借鑒現(xiàn)有研究成果[10，18]，構(gòu)建土地利用效益耦合協(xié)調(diào)模型：

圖3 土地利用效益系統(tǒng)各要素耦合機(jī)制

C={(U1×U2×U3)/∏(U1+U2+U3)}1/3

(7)

T=αU1+βU2+γU3

(8)

(9)

(7)～(9)式中，T表示土地利用效益整體水平；α、β、γ為待定系數(shù)，且滿足α+β+γ=1，依據(jù)土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系準(zhǔn)則層各系統(tǒng)權(quán)重對(duì)其進(jìn)行具體賦值，為了更加客觀、準(zhǔn)確的進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別運(yùn)用熵值法、變異系數(shù)法進(jìn)行客觀賦值，并采用專家打分法進(jìn)行主觀賦值作為參照，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)采用熵值法計(jì)算結(jié)果與專家打分法所得結(jié)果最為一致且較符研究區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)實(shí)際狀況，所以選擇熵值法進(jìn)行客觀賦值，則α、β、γ的值在2000年分別為0.491 7、0.404 8、0.103 5，在2005年分別為0.494 3、0.355 5、0.150 2，在2010年分別為0.473 9、0.382 2、0.143 9，在2015年分別為0.443 6、0.390 6、0.165 8；C和D分別代表土地利用效益所包括的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)子系統(tǒng)的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度。由于C和T的值域范圍都在(0，1]之間，所以D∈(0，1]，D值越大表明耦合協(xié)調(diào)度越高，為進(jìn)一步判斷不同時(shí)期的耦合協(xié)調(diào)水平，通過自然斷點(diǎn)法對(duì)其設(shè)定層級(jí)[4，10，15](表2)。

表2 土地利用效益耦合協(xié)調(diào)階段劃分

2.2.5 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析有助于揭示某一區(qū)域單元同鄰近區(qū)域單元在所表現(xiàn)出的共同地理特征或?qū)傩灾档确矫娴南嚓P(guān)性[22]，可以從全局和局部?jī)蓚€(gè)視域進(jìn)行剖析。選用全局Moran’s I對(duì)所要考察區(qū)域土地利用效益耦合協(xié)調(diào)狀況的空間映象進(jìn)行測(cè)度，能夠從空間維度反映土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的整體關(guān)聯(lián)特性；采用局部LISA指數(shù)對(duì)土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的局部空間異質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行描述，有助于科學(xué)合理揭示其在不同空間單元上的內(nèi)部關(guān)聯(lián)規(guī)律[6，22-23]，則有：

(10)

(11)

(12)

(10)～(12)式中，Di、Dj表示空間單元i和j的耦合協(xié)調(diào)度；n為所觀測(cè)空間的單元數(shù)目；Wij是空間權(quán)重系數(shù)矩陣；S2為各空間單元耦合協(xié)調(diào)度的方差；I為全局Moran’s I；Ii為局部LISA指數(shù)。

圖4 天山北坡城市群土地利用效益綜合水平演變

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用效益綜合水平演變分析

依據(jù)本研究所采用的指標(biāo)數(shù)據(jù)處理方法及所構(gòu)建的土地利用效益測(cè)度模型，計(jì)算得到天山北坡城市群各研究單元在2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份的土地利用效益綜合水平評(píng)價(jià)指數(shù)(圖4)，并對(duì)其土地利用效益綜合水平演變狀況作出探究。

首先，研究時(shí)段內(nèi)天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈整體上升趨勢(shì)，各研究單元變動(dòng)幅度相對(duì)較小。土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢(shì)的有昌吉市、阜康市、烏蘇市，呈先下降后上升趨勢(shì)的有烏魯木齊市、石河子市、呼圖壁縣，呈先上升后下降趨勢(shì)的有克拉瑪依市、奎屯市，沙灣縣和瑪納斯縣則經(jīng)歷了先上升后下降再上升的演變趨勢(shì)。

其次，天山北坡城市群土地利用效益綜合水平階梯差異較為明顯，大體上可以分為三級(jí)階梯，一級(jí)階梯包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、奎屯市，3個(gè)城市土地利用效益綜合水平明顯較高，基本上位于0.4～0.9之間，且階梯內(nèi)不同城市間差異較大；二級(jí)階梯包括昌吉市和石河子市，其共同特征是土地利用效益綜合水平整體低于一級(jí)階梯，屬于中等水平，集中位于0.2～0.4之間，且階梯內(nèi)兩個(gè)城市間差異相對(duì)較??；三級(jí)階梯包括阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市，這5個(gè)城市土地利用效益綜合水平明顯較低，集中位于0.1～0.2之間，各城市間土地利用效益綜合水平差異較小。

3.2 土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空分異

借助所選用的針對(duì)土地利用效益水平及耦合協(xié)調(diào)程度的評(píng)價(jià)方法，測(cè)度天山北坡城市群各研究單元在不同年份土地利用效益的耦合協(xié)調(diào)值，在此基礎(chǔ)上與ArcGIS 10.1空間分析軟件相結(jié)合，依據(jù)自然斷點(diǎn)法所設(shè)定的耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)，將各城市不同年份土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平進(jìn)行空間顯化處理(圖5)，并據(jù)此對(duì)天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空分異特征進(jìn)行探究。

(1)勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)。2000年天山北坡城市群土地利用效益屬于勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)類型的城市有阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市，隨著這些城市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平逐漸提升，2005年和2010年均超過了勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)水平，到了2015年瑪納斯縣和沙灣縣又下降為勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)類型。

圖5 天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的時(shí)空分異

(2)低度耦合協(xié)調(diào)。研究時(shí)段內(nèi)天山北坡城市群各研究單元中屬于低度耦合協(xié)調(diào)類型的城市數(shù)量經(jīng)歷了先增加后持續(xù)減少的過程。2000年處于低度耦合協(xié)調(diào)階段的城市有昌吉市、奎屯市、克拉瑪依市，隨著該區(qū)域城市土地利用優(yōu)化協(xié)調(diào)水平的整體提升，大多數(shù)勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)城市向低度耦合協(xié)調(diào)階段演進(jìn)，到2005年，昌吉市、阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、奎屯市、烏蘇市均達(dá)到低度耦合協(xié)調(diào)水平，隨著昌吉市和阜康市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平的逐漸提升，2010年屬于低度耦合協(xié)調(diào)類型的只有呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、奎屯市、烏蘇市，到2015年則只有呼圖壁縣和烏蘇市仍然屬于低度耦合協(xié)調(diào)類型。

(3)中度耦合協(xié)調(diào)。隨著研究時(shí)段的推衍，天山北坡城市群土地利用效益屬于中度耦合協(xié)調(diào)階段的城市在研究區(qū)中所占比重呈增加態(tài)勢(shì)。研究初期，天山北坡城市群土地利用效益多集中在低度及以下耦合協(xié)調(diào)水平，只有烏魯木齊市和石河子市土地利用效益達(dá)到中度耦合協(xié)調(diào)水平，2005年克拉瑪依市也達(dá)到了中度耦合協(xié)調(diào)水平，到了2010年在原有的3個(gè)城市的基礎(chǔ)上又增加了昌吉市和阜康市，2015年烏魯木齊市和奎屯市耦合協(xié)調(diào)度提升較為明顯，奎屯市由原來的低度耦合協(xié)調(diào)上升為中度耦合協(xié)調(diào)，烏魯木齊市則成功突破了中度耦合協(xié)調(diào)水平的閾值，所以，2015年處于中度耦合協(xié)調(diào)類型的有石河子市、克拉瑪依市、昌吉市、阜康市、奎屯市。

(4)高度耦合協(xié)調(diào)。2000～2015年天山北坡城市群各研究單元土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平雖然整體處于上升態(tài)勢(shì)，但耦合協(xié)調(diào)水平相對(duì)較低，且相同研究時(shí)點(diǎn)各城市間差別顯著；各城市不同的耦合協(xié)調(diào)類型在演變過程中表現(xiàn)出不同的分異特征，耦合協(xié)調(diào)水平明顯較高且相對(duì)穩(wěn)定的3個(gè)城市分別為烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市，直到2015年僅有烏魯木齊市發(fā)展晉階為高度耦合協(xié)調(diào)水平。

3.3 土地利用效益的時(shí)空關(guān)聯(lián)性分析

3.3.1 土地利用效益的全局空間自相關(guān)分析

圖6 天山北坡城市群土地利用效益的Moran散點(diǎn)

借助GeoDA分析軟件對(duì)天山北坡城市群土地利用效益展開空間探究，通過全局Moran’s I對(duì)天山北坡城市群土地利用效益的全局空間自相關(guān)進(jìn)行研究，有助于從整體上揭示其土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的空間關(guān)聯(lián)特征(圖6)。Moran散點(diǎn)圖由4個(gè)象限構(gòu)成，每個(gè)象限具有不同的空間自相關(guān)屬性，第Ⅰ象限(H-H)和第Ⅲ象限(L-L)代表正相關(guān)，表明某一區(qū)域單元所顯現(xiàn)的特征值較高(低)，相鄰區(qū)域單元特征值也相應(yīng)較高(低)，慣常把第Ⅰ、Ⅲ象限分別稱為熱點(diǎn)區(qū)和冷點(diǎn)區(qū)；第Ⅱ象限(L-H)和第Ⅳ象限(H-L)表示負(fù)相關(guān)，即該空間單元特征值較低(高)，相鄰空間單元特征值反而較高(低)[23]。

通過對(duì)天山北坡城市群土地利用效益的Moran散點(diǎn)圖進(jìn)行解析可以發(fā)現(xiàn)，2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份天山北坡城市群土地利用效益全局Moran’s I值分別為-0.310 0、-0.177 4、-0.091 6、-0.152 6，表明研究時(shí)段天山北坡城市群土地利用效益呈現(xiàn)出負(fù)的空間自相關(guān)特征，且不同年份天山北坡城市群各研究單元間的空間負(fù)相關(guān)性差異相對(duì)較大，也進(jìn)一步說明天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的空間分布并非表現(xiàn)出完全隨機(jī)性。呈現(xiàn)這種時(shí)空關(guān)聯(lián)特性的原因主要是天山北坡城市群各研究單元間土地利用效益耦合協(xié)調(diào)差別較大，耦合協(xié)調(diào)水平相對(duì)較低城市趨于向水平較高城市鄰近，烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市作為耦合協(xié)調(diào)水平較高的節(jié)點(diǎn)城市，3個(gè)城市空間位置比較分散，與其相鄰接的城市耦合協(xié)調(diào)水平普遍較低。

進(jìn)一步對(duì)天山北坡城市群各單元間的空間關(guān)聯(lián)特征進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)直到2010年以后才有2個(gè)城市出現(xiàn)在熱點(diǎn)區(qū)(第Ⅰ象限)，分別是昌吉市和阜康市，研究時(shí)段內(nèi)一直處于冷點(diǎn)區(qū)(第Ⅲ象限)的有瑪納斯縣和沙灣縣；在負(fù)相關(guān)區(qū)域單元中，烏蘇市和呼圖壁縣基本上一直處于“L-H”集聚類型，烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、奎屯市基本維持在“H-L”集聚類型。對(duì)其所呈現(xiàn)特征進(jìn)行原因分析，天山北坡城市群處于相對(duì)獨(dú)立而又封閉的空間內(nèi)，各個(gè)城市大致沿東西走向呈條帶狀排列，區(qū)域內(nèi)各城市之間鄰接關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單，且相互間聚極發(fā)展能力不強(qiáng)，依靠少數(shù)節(jié)點(diǎn)城市的輻射作用較為明顯，所以各研究單元土地利用效益空間布局向節(jié)點(diǎn)城市聚類特征明顯。

3.3.2 土地利用效益的局部空間自相關(guān)分析

為了進(jìn)一步揭示土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的局部聚集格局演變特征及規(guī)律，借助GeoDA分析軟件繪制出天山北坡城市群土地利用效益LISA聚集圖(圖7)。

圖7 天山北坡城市群土地利用效益LISA聚集圖

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，研究時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)顯著聚集類型的區(qū)域單元只有烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和克拉瑪依市，且同一城市在不同研究時(shí)點(diǎn)的顯著類型不同。2000年昌吉市處于“低-高”顯著類型，石河子市則處于“高-低”顯著類型，到了2005年烏魯木齊市和石河子市均處于“高-低”顯著類型，2010年則演變?yōu)椴泻涂死斠朗芯尸F(xiàn)出“高-低”顯著類型，到了2015年克拉瑪依市和石河子市均處于“高-低”顯著類型。

對(duì)其局部聚集演變特征進(jìn)行研判，天山北坡城市群各城市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平差異較大，特別是呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市的耦合協(xié)調(diào)水平相對(duì)較低且同其他城市差異較大，并與其他城市之間形成了明顯的斷層，主要與之相鄰的節(jié)點(diǎn)城市石河子市、克拉瑪依市同這些低值區(qū)域形成了顯著的“高-低”聚集類型。2000年烏魯木齊市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于昌吉市，昌吉市受烏魯木齊市輻射作用明顯，并與之呈現(xiàn)出“低-高”聚集類型；到了2010年，隨著昌吉市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平的不斷提升，與烏魯木齊市的差距逐漸縮小，同呼圖壁縣、瑪納斯縣之間的差距較為明顯，并與這些明顯低值城市形成了“高-低”聚集類型。2005年節(jié)點(diǎn)城市烏魯木齊市作為土地利用效益耦合協(xié)調(diào)的高值區(qū)，與其鄰接城市形成了“高-低”聚集類型，此后，昌吉市、阜康市因耦合協(xié)調(diào)水平不斷提升而成為熱點(diǎn)城市，烏魯木齊市與其聚集類型也由“高-低”聚集逐漸演變?yōu)椴伙@著。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

選取2000年、2005年、2010年和2015年4個(gè)年份作為研究時(shí)點(diǎn)，以天山北坡城市群作為研究區(qū)域，從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)維度構(gòu)建土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用改進(jìn)熵值法及線性加權(quán)法完成對(duì)研究區(qū)域各城市土地利用效益綜合水平的測(cè)度。研究發(fā)現(xiàn)，天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢(shì)且表現(xiàn)出明顯的三級(jí)階梯差異特征。研究時(shí)段內(nèi)烏蘇市、阜康市土地利用效益綜合水平相對(duì)較低，2000年分別為0.117 2、0.126 9，到了2015年逐漸提升為0.166 1、0.178 3；烏蘇市GDP總量、固定資產(chǎn)投資額、社會(huì)消費(fèi)品零售額等在研究單元中均處于較低水平，而地均工業(yè)廢水排放量、地均工業(yè)二氧化硫排放量又相對(duì)較高，土地利用產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)并不明顯，且很大一部分還要用于生態(tài)補(bǔ)償，所以其土地利用綜合效益水平較低；阜康市GDP總量、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、社會(huì)消費(fèi)品零售額等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件整體處于中等水平，但因其地均工業(yè)廢水排放量、地均工業(yè)煙(粉)塵排放量較高，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境承載壓力過大，所以其土地利用綜合效益也處于較低水平；其他城市土地利用效益都有更為明顯的提升，主要得益于各城市在土地利用規(guī)劃與管理過程中更加注重經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的提升。梳理研究數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，各城市土地利用效益所呈現(xiàn)的階梯差異特征基本上與其土地利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益水平相一致。各研究單元土地利用效益綜合水平很大程度上取決于與之密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)條件，土地利用效益較高的城市不僅經(jīng)濟(jì)、社會(huì)條件發(fā)展較好，而且生態(tài)環(huán)境所承受的壓力也相對(duì)較小，各城市進(jìn)行土地利用規(guī)劃與土地管理時(shí)，在追求土地利用經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)一定要兼顧土地利用的社會(huì)效益和生態(tài)效益。

借助耦合協(xié)調(diào)模型及ArcGIS空間分析軟件對(duì)天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平的時(shí)空分異特征進(jìn)行探究。研究區(qū)域土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平整體較低但呈上升態(tài)勢(shì)，2000年各城市的耦合協(xié)調(diào)水平僅處于0.266 1～0.587 7階段，到了2015年則提升至0.266 3～0.811 5階段，由此也可發(fā)現(xiàn)同一研究時(shí)點(diǎn)各城市間的耦合協(xié)調(diào)水平差異較大；瑪納斯縣、沙灣縣耦合協(xié)調(diào)水平由2005年的0.405 7、0.459 0持續(xù)下降至2015年的0.266 3、0.274 2，主要原因是受到了生態(tài)效益持續(xù)下降的影響，其生態(tài)效益分別由2005年的0.606 2、0.570 2下降至2015年的0.521 6、0.499 6；研究時(shí)段內(nèi)烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市耦合協(xié)調(diào)水平分別處于0.579 3～0.811 5、0.511 8～0.743 6、0.439 1～0.598 1階段，因其土地利用經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益相對(duì)較高且3個(gè)維度間較為均衡，所以一直保持相對(duì)較高的耦合協(xié)調(diào)水平。各研究單元土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平主要受經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)維度間均衡程度的影響，其中土地利用生態(tài)環(huán)境效益對(duì)其耦合協(xié)調(diào)水平影響最為直接和明顯，各城市在追求土地利用效益綜合水平不斷提升的同時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境的重要性，注重土地利用經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)全面持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

借助GeoDA分析軟件對(duì)天山北坡城市群土地利用效益時(shí)空分異特征進(jìn)行探究。所選取的4個(gè)研究時(shí)點(diǎn)天山北坡城市群土地利用效益全局Moran’s I值分別為-0.310 0、-0.177 4、-0.091 6、-0.152 6，表明研究時(shí)段內(nèi)天山北坡城市群均呈現(xiàn)出負(fù)的空間自相關(guān)特征，這與其相對(duì)獨(dú)立而又封閉且各城市間鄰接關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)位特征有關(guān)。烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和克拉瑪依市出現(xiàn)顯著聚集類型，一方面與其自身向周圍城市的輻射能力有關(guān)，另一方面也會(huì)受到鄰近城市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平演變的影響，進(jìn)一步證明土地利用效益受經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等復(fù)雜作用機(jī)理影響具有不同時(shí)空分異特征。研究區(qū)各城市土地利用效益時(shí)空關(guān)聯(lián)特征主要受到節(jié)點(diǎn)城市輻射作用及各城市間土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平鄰接關(guān)系的影響，政府在制定區(qū)域整體發(fā)展規(guī)劃時(shí)，要合理利用節(jié)點(diǎn)城市的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮節(jié)點(diǎn)城市的核心帶動(dòng)作用，不斷提升區(qū)域綜合實(shí)力，為城市提質(zhì)增速發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐，也為相似城市的實(shí)踐探索提供有益借鑒，從而助力國(guó)家“一帶一路”構(gòu)想的順利實(shí)施。

囿于僅選擇4個(gè)特定時(shí)點(diǎn)作為研究的時(shí)間尺度，且受數(shù)據(jù)獲取局限性未能從土地利用分類視角加以探究，一定程度上對(duì)全面揭示土地利用效益時(shí)空分布格局長(zhǎng)時(shí)期的演變特征和規(guī)律產(chǎn)生了影響；僅僅揭示了土地利用效益時(shí)空分異特征，并未對(duì)其演化機(jī)理作進(jìn)一步深入研究。因此，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度及演變機(jī)理探析是下一步深入研究需要重點(diǎn)思考的方向。

4.2 結(jié)論

天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢(shì)，變動(dòng)幅度相對(duì)較小且整體比較穩(wěn)定；按其土地利用效益綜合水平由高到低分為三級(jí)階梯，一級(jí)階梯主要包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、奎屯市，二級(jí)階梯主要包括昌吉市、石河子市，三級(jí)階梯主要包括阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市。

天山北坡城市群土地利用效益耦合協(xié)調(diào)水平雖然處于整體上升趨勢(shì)，但耦合協(xié)調(diào)水平相對(duì)較低，且各城市在同一研究時(shí)點(diǎn)差異較大；各城市不同類型的耦合協(xié)調(diào)水平在演變的過程中產(chǎn)生了時(shí)空分異，耦合協(xié)調(diào)度明顯較高且相對(duì)穩(wěn)定的三個(gè)城市分別為烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市。

天山北坡城市群土地利用效益表現(xiàn)出負(fù)的空間自相關(guān)性特征，且不同年份各研究單元間的空間負(fù)相關(guān)性差異相對(duì)較大；烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市發(fā)展成為耦合協(xié)調(diào)度較高的節(jié)點(diǎn)城市；研究時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)顯著聚集類型的城市只有烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和克拉瑪依市，且同一城市在不同研究時(shí)點(diǎn)的顯著類型不同；呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市的耦合協(xié)調(diào)度與其他城市相差較大，并與其他城市之間形成了明顯的斷層。

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STUDYONLANDUSEEFFICIENCYANDSPATIAL-TEMPORALDIFFERENTIATIONOFURBANAGGLOMERATIONONNORTHERNSLOPEOFTIANSHANMOUNTAINS*

HeWeikang1，SuXianghui2，MaYing1※，WangBaoli2

(1.School of Management Department，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China;2,College of Science and Technology，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China)

Based on the three dimensions of land use economic benefit，social benefit and ecological benefit，the spatial and temporal differentiation characteristics of land use efficiency of urban agglomeration on northern slope of Tianshan Mountains were explored from multiple angles.The years of 2000，2005，2010 and 2015 were selected as the research points，and the comprehensive entropy method was used to quantitatively measure the comprehensive utilization level of land use efficiency on the northern slope of Tianshan Mountains.The coupling coordination level is simulated by the coupling coordination model and ArcGIS spatial analysis software.Spatial correlation analysis was carried out by GeoDA analysis software.Results showed that：(1)The comprehensive utilization level of land use efficiency of the urban agglomeration on the north slope of Tianshan Mountains is gradually increasing and showed a clear three-step difference characteristics.(2)The level of land use benefit coupling in the urban agglomeration of the northern slope of Tianshan Mountains is low，but showed an upward trend.At the same time，the level of coupling coordination between cities was different.Coupled coordination level in the spatial and temporal differentiation was significantly higher and the city of Urumqi city，Shihezi city，Karamay city was relatively stable.(3)The land use efficiency of the urban agglomeration on the northern slope of Tianshan Mountains shows a negative spatial autocorrelation characteristic and the spatial distribution was obvious to the node city.During the study period，cities with significant aggregation types were Urumqi city，Changji city，Shihezi city and Karamay city.The land use efficiency of the urban agglomeration on the northern slope of Tianshan Mountains was affected by the complex mechanism of economy，society and environment，and had different temporal and spatial characteristics.

land use efficiency；improved entropy method；coupling coordination；spatial analysis；urban agglomeration on the northern slope of Tianshan Mountains

10.7621/cjarrp.1005-9121.20171009

2017-07-11

和偉康(1990—)，男，河南許昌人，碩士研究生。研究方向：土地利用規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃

※通訊作者：馬瑛(1975—)，女，山東冠縣人，教授、博士。研究方向：土地利用規(guī)劃、城市規(guī)劃。Email：xndmy@qq.com

*資助項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“新疆農(nóng)村土地產(chǎn)權(quán)交易機(jī)制優(yōu)化研究”(2015BGL102)、 “新產(chǎn)業(yè)空間與城市空間結(jié)構(gòu)互適作用及優(yōu)化協(xié)調(diào)研究”(2016CGL099)

F301.2

A

1005-9121[2017]10063-11