天山北坡城市群土地利用效益測度及時空分異研究*

和偉康，蘇向輝，馬 瑛※，王保力

(1.新疆農業大學管理學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學科學技術學院，烏魯木齊 830052)

·資源利用·

天山北坡城市群土地利用效益測度及時空分異研究*

和偉康1，蘇向輝2，馬 瑛1※，王保力2

(1.新疆農業大學管理學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學科學技術學院，烏魯木齊 830052)

目的以土地利用經濟效益、社會效益、生態效益3個維度為支點，從多角度對天山北坡城市群土地利用效益時空分異特征進行探究。方法選取2000年、2005年、2010年和2015年4個年份作為研究時點，運用改進熵值法對天山北坡城市群土地利用效益綜合水平進行定量測度；借助耦合協調模型及ArcGIS空間分析軟件對其耦合協調水平進行空間顯化；通過GeoDA分析軟件對其耦合協調狀況進行空間相關性分析。結果結果表明：(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且表現出明顯的三級階梯差異特征。(2)天山北坡城市群土地利用效益耦合協調水平整體較低但呈上升態勢；同一研究時點各城市間耦合協調水平差異較大；耦合協調水平在時空分異中明顯較高且相對穩定的是烏魯木齊市、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出負的空間自相關特征且空間布局向節點城市聚類特征明顯；研究時段內出現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。結論天山北坡城市群土地利用效益受經濟、社會、環境等復雜作用機理影響具有不同時空分異特征。

土地利用效益 改進熵值法 耦合協調 空間分析 天山北坡城市群

0 引言

土地利用最終目標是實現土地利用經濟、社會及生態效益的全面協調發展[1]，這一目標實現路徑又會受到地域自然資源稟賦、社會經濟發展階段及規劃趨向、生態環境特質等方面的影響。伴隨著我國對城市群戰略地位的不斷提升，城市群在推動區域城市化、工業化快速發展方面優勢明顯[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，集中表現為生態質量加速下降、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，繼而成為阻礙整個區域提質增速的瓶頸[3]。由此，科學、合理地測度土地利用效益并在此基礎上嘗試揭示其時空分異特征，以期促進土地利用的優化協調發展，日益成為學術界和政府的聚焦點。目前關于土地利用效益的研究尺度常見于全國[1，4-5]、省域[6-7]、市域[8-14]、縣域[15-16]、城區[17]等層級；研究階段經歷了由短期[5，8，10，14]向長期推衍[13，16]；研究方法主要包括熵值法[1，6-7，15，17]、改進熵值法[18-19]、數據包絡法[14]、層次分析法[4-5，11]、變異系數法[7-8，10]、灰色關聯法[5]及主成分分析法[9，12，20]；研究視角多側重于對土地利用效益與城市化[4，8]、新型城鎮化[9]、土地利用程度[10，15]、土地利用結構[16]等方面的耦合測度，一些研究也對土地利用效益內部經濟、社會、生態系統之間的耦合協調進行評價[1，7，10-13，17-18]，也有研究把土地利用效益與空間分析相結合，從時空角度探究土地利用效益演變特征[5-6，9，15，18]。梳理現有研究成果，城市群視域下對其土地利用效益時空分異特征進行的探析相對較少，特別是少有針對干旱區綠洲城市群的探究。天山北坡城市群作為“一帶一路”的核心支撐區和亞歐大陸連接互通的關鍵樞紐[19]，探究其土地利用效益時空分異規律就顯得尤為緊迫且意義重大。

圖1 研究內容的結構流程

2000年國家開始實施西部大開發戰略，新疆維吾爾自治區政府以此為契機，提出了率先發展天山北坡經濟帶的戰略舉措；2010年首次中央新疆工作座談會召開，助推新疆邁入跨越式發展新時期；2015年國家發展改革委、外交部、商務部聯合發布了《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》，將新疆定位為“絲綢之路經濟帶核心區”，天山北坡城市群因其獨特的區位優勢再次成為發展的焦點，2015年年底舉行的中央城市工作會議也為天山北坡城市群帶來了巨大的發展機遇?；谔焐奖逼鲁鞘腥荷鐣洕l展時點的特殊性、研究時段的規整性、所獲取資料的完整性等原因，選取2000年、2005年、2010年和2015年4個年份作為研究時點，結合區域內土地開發利用現實狀況，從經濟、社會、生態3個維度構建評價體系，采用改進熵值法定量評價研究時段內不同區域單元土地利用效益綜合水平；構建土地利用效益耦合協調模型，通過ArcGIS空間解析軟件對天山北坡城市群土地利用效益耦合協調水平進行空間顯化；借助GeoDA分析軟件對天山北坡城市群土地利用效益耦合協調狀況進行空間相關性分析(圖1)。系統探究天山北坡城市群土地利用效益時空分異特征，為區域土地合理規劃發展及經濟社會轉型升級提供有益支撐，以期提升區域綜合實力，助力國家“一帶一路”構想的順利實施。

圖2 天山北坡城市群核心區范圍資料來源：參考文獻[20]

1 研究區概況

天山北坡城市群位于亞歐大陸腹地，新疆準噶爾盆地南緣，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生產總值5013.53億元(2015年價)，其中第二產業增加值2002.31億元，第三產業增加值2627.00億元，分別占全疆的53.77%、55.68%、63.01%，年末總人口為534.17萬人，占全疆的22.64%，普通高等學校在校大學生人數為19.74萬人，占全疆的61.18%，按工業總產值(規模以上)劃分，集中了全疆53.90%的輕工業和62.10%的重工業，建成區綠化覆蓋率為39.20%，年末耕地面積約為83.1萬hm2，占全疆的比重為20.15%，農用化肥施用量(折純)占全疆的比重為14.94%，工業廢水排放量占全疆的比重達到45.52%，工業二氧化硫排放量占全疆的比重為25.49%，工業煙(粉)塵排放量占全疆的比重為27.38%，而土地面積約為878萬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、資源等發展要素高度集聚區域，又是生態環境承受壓力較大區域[21]。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

以天山北坡城市群作為研究區域，選取2000年、2005年、2010年和2015年4個年份作為研究時點，研究資料主要來自相應時期《新疆統計年鑒》、《昌吉回族自治州統計年鑒》、《伊犁哈薩克自治州統計年鑒》、《中國縣域統計年鑒》、各市(縣)統計年鑒以及各市(縣)國民經濟和社會發展統計公報。為了保證土地利用效益時空分析的一致性和準確性，石河子市統計數據不包含兵團統計口徑；基于五家渠市2004年正式掛牌設立，且相關統計數據缺失較為嚴重等原因，不對其進行探究。

2.2 研究方法

2.2.1 構建評價指標體系

對土地利用效益進行測度時，觀測的視角相異，在評價指標選取方面也會有明顯的傾向。梳理有關土地利用效益評價指標選取的文獻，主要側重于兩種方式，第1種是從土地利用的投入和產出兩個維度進行評價[6，14]；第2種是從土地利用的經濟、社會、生態3個維度進行評價[5，7，10，15-16，18]。依據土地利用效益的經濟、社會、生態內涵，綜合其3個維度進行評價可以更加全面、準確揭示土地利用效益的本質特征，僅從土地利用投入產出2個維度進行評價并不能夠系統揭示土地利用效益3個維度間的相互作用關系[18]，在此擇取第2種方式對土地利用效益進行評價。考慮到土地在利用過程中會受諸多方面綜合影響，僅以城市建成區為研究區邊界對其土地利用效益進行測度并不足以代表整個城市土地利用效益實際水平，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邊界，既更加準確測度各城市土地利用的綜合效益，又在土地利用效益時空分異研究中與各個城市行政區域邊界高度吻合，可以很好代表整個區域土地利用效益水平。在具體指標篩選過程中，既要可以科學合理評價土地利用效益，又要能夠很好揭示3個維度各要素間的耦合作用關系，所擇指標要具有很強的代表性和針對性，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價指標體系

2.2.2 數據標準化處理與權重確定

各領域評價指標因為自身屬性不同，指標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，采用標準差法對原始數據進行標準化處理。

(1)

采用熵值法通過信息論中的最大信息熵原理對評價指標賦權重時，可以客觀、有效解析所提供指標變量間的信息關聯性，最大程度避免主觀賦權的局限性[15，18-19]，但傳統熵值法也往往會因在評價時出現極端值或負值而致使評價結果出現偏差，改進熵值法則可通過標準化變換彌補傳統熵值法的這一缺陷[18-19]。借助Matlab R2011b軟件，運用改進熵值法對評價指標進行權重賦值，通過對標準化

處理后的數據進行轉換，合理消除負數帶來的影響，經計算Xij′的范圍在-4～4之間，可將坐標平移，則有：

Zij=Xij′+4

(2)

在式(2)基礎上對平移變換后的數據做歸一化處理：

(3)

測算第j項指標的信息熵值Hj：

(4)

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

計算指標j的信息權重wj：

(5)

2.2.3 評價指數計算

指標原始數據經過標準化處理及權重賦值后，運用線性加權法分別對土地利用效益3個子系統綜合水平進行測評。

(6)

式(6)中，U1、U2、U3分別代表土地利用經濟、社會、生態效益3個子系統綜合水平；fij表示評價體系中指標xij歸一化處理后的值；wj代表第j項指標權重；m表明評價體系中指標個數。

2.2.4 構建耦合協調模型

“耦合”來源于物理學領域，指兩個或兩個以上系統或運動形式通過耦合要素、運行機制等關鍵因素在時空范圍內交互作用及影響的現象；協調是系統或要素間協調配合、良性循環的關系[1，4，8-9，15]。該文中的“耦合協調”指天山北坡城市群土地利用效益內部經濟、社會、生態3個子系統各要素在經濟、社會、環境等復雜機理下相互影響的狀況(圖3)，借鑒現有研究成果[10，18]，構建土地利用效益耦合協調模型：

圖3 土地利用效益系統各要素耦合機制

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，且滿足α+β+γ=1，依據土地利用效益評價指標體系準則層各系統權重對其進行具體賦值，為了更加客觀、準確的進行評價，分別運用熵值法、變異系數法進行客觀賦值，并采用專家打分法進行主觀賦值作為參照，通過對比發現采用熵值法計算結果與專家打分法所得結果最為一致且較符研究區經濟、社會、生態實際狀況，所以選擇熵值法進行客觀賦值，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濟、社會、生態3個子系統的耦合度和耦合協調度。由于C和T的值域范圍都在(0，1]之間，所以D∈(0，1]，D值越大表明耦合協調度越高，為進一步判斷不同時期的耦合協調水平，通過自然斷點法對其設定層級[4，10，15](表2)。

表2 土地利用效益耦合協調階段劃分

2.2.5 空間自相關分析

空間自相關分析有助于揭示某一區域單元同鄰近區域單元在所表現出的共同地理特征或屬性值等方面的相關性[22]，可以從全局和局部兩個視域進行剖析。選用全局Moran’s I對所要考察區域土地利用效益耦合協調狀況的空間映象進行測度，能夠從空間維度反映土地利用效益耦合協調的整體關聯特性；采用局部LISA指數對土地利用效益耦合協調的局部空間異質特點進行描述，有助于科學合理揭示其在不同空間單元上的內部關聯規律[6，22-23]，則有：

(10)

(11)

(12)

(10)～(12)式中，Di、Dj表示空間單元i和j的耦合協調度；n為所觀測空間的單元數目；Wij是空間權重系數矩陣；S2為各空間單元耦合協調度的方差；I為全局Moran’s I；Ii為局部LISA指數。

圖4 天山北坡城市群土地利用效益綜合水平演變

3 結果與分析

3.1 土地利用效益綜合水平演變分析

依據本研究所采用的指標數據處理方法及所構建的土地利用效益測度模型，計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個年份的土地利用效益綜合水平評價指數(圖4)，并對其土地利用效益綜合水平演變狀況作出探究。

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

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階梯，一級階梯包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、奎屯市，3個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，且階梯內不同城市間差異較大；二級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階梯，屬于中等水平，集中位于0.2～0.4之間，且階梯內兩個城市間差異相對較??；三級階梯包括阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市，這5個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調的時空分異

借助所選用的針對土地利用效益水平及耦合協調程度的評價方法，測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調值，在此基礎上與ArcGIS 10.1空間分析軟件相結合，依據自然斷點法所設定的耦合協調度等級，將各城市不同年份土地利用效益耦合協調水平進行空間顯化處理(圖5)，并據此對天山北坡城市群土地利用效益耦合協調的時空分異特征進行探究。

(1)勉強耦合協調。2000年天山北坡城市群土地利用效益屬于勉強耦合協調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調水平逐漸提升，2005年和2010年均超過了勉強耦合協調水平，到了2015年瑪納斯縣和沙灣縣又下降為勉強耦合協調類型。

圖5 天山北坡城市群土地利用效益耦合協調的時空分異

(2)低度耦合協調。研究時段內天山北坡城市群各研究單元中屬于低度耦合協調類型的城市數量經歷了先增加后持續減少的過程。2000年處于低度耦合協調階段的城市有昌吉市、奎屯市、克拉瑪依市，隨著該區域城市土地利用優化協調水平的整體提升，大多數勉強耦合協調城市向低度耦合協調階段演進，到2005年，昌吉市、阜康市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、奎屯市、烏蘇市均達到低度耦合協調水平，隨著昌吉市和阜康市土地利用效益耦合協調水平的逐漸提升，2010年屬于低度耦合協調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調類型。

(3)中度耦合協調。隨著研究時段的推衍，天山北坡城市群土地利用效益屬于中度耦合協調階段的城市在研究區中所占比重呈增加態勢。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調水平，只有烏魯木齊市和石河子市土地利用效益達到中度耦合協調水平，2005年克拉瑪依市也達到了中度耦合協調水平，到了2010年在原有的3個城市的基礎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調度提升較為明顯，奎屯市由原來的低度耦合協調上升為中度耦合協調，烏魯木齊市則成功突破了中度耦合協調水平的閾值，所以，2015年處于中度耦合協調類型的有石河子市、克拉瑪依市、昌吉市、阜康市、奎屯市。

(4)高度耦合協調。2000～2015年天山北坡城市群各研究單元土地利用效益耦合協調水平雖然整體處于上升態勢，但耦合協調水平相對較低，且相同研究時點各城市間差別顯著；各城市不同的耦合協調類型在演變過程中表現出不同的分異特征，耦合協調水平明顯較高且相對穩定的3個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展晉階為高度耦合協調水平。

3.3 土地利用效益的時空關聯性分析

3.3.1 土地利用效益的全局空間自相關分析

圖6 天山北坡城市群土地利用效益的Moran散點

借助GeoDA分析軟件對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對天山北坡城市群土地利用效益的全局空間自相關進行研究，有助于從整體上揭示其土地利用效益耦合協調的空間關聯特征(圖6)。Moran散點圖由4個象限構成，每個象限具有不同的空間自相關屬性，第Ⅰ象限(H-H)和第Ⅲ象限(L-L)代表正相關，表明某一區域單元所顯現的特征值較高(低)，相鄰區域單元特征值也相應較高(低)，慣常把第Ⅰ、Ⅲ象限分別稱為熱點區和冷點區；第Ⅱ象限(L-H)和第Ⅳ象限(H-L)表示負相關，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]。

通過對天山北坡城市群土地利用效益的Moran散點圖進行解析可以發現，2000年、2005年、2010年和2015年4個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，表明研究時段天山北坡城市群土地利用效益呈現出負的空間自相關特征，且不同年份天山北坡城市群各研究單元間的空間負相關性差異相對較大，也進一步說明天山北坡城市群土地利用效益耦合協調的空間分布并非表現出完全隨機性。呈現這種時空關聯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調差別較大，耦合協調水平相對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調水平較高的節點城市，3個城市空間位置比較分散，與其相鄰接的城市耦合協調水平普遍較低。

進一步對天山北坡城市群各單元間的空間關聯特征進行分析，可以發現直到2010年以后才有2個城市出現在熱點區(第Ⅰ象限)，分別是昌吉市和阜康市，研究時段內一直處于冷點區(第Ⅲ象限)的有瑪納斯縣和沙灣縣；在負相關區域單元中，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。對其所呈現特征進行原因分析，天山北坡城市群處于相對獨立而又封閉的空間內，各個城市大致沿東西走向呈條帶狀排列，區域內各城市之間鄰接關系相對簡單，且相互間聚極發展能力不強，依靠少數節點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點城市聚類特征明顯。

3.3.2 土地利用效益的局部空間自相關分析

為了進一步揭示土地利用效益耦合協調的局部聚集格局演變特征及規律，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

通過分析可以發現，研究時段內呈現顯著聚集類型的區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點的顯著類型不同。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年則演變為昌吉市和克拉瑪依市均呈現出“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。

對其局部聚集演變特征進行研判，天山北坡城市群各城市土地利用效益耦合協調水平差異較大，特別是呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市的耦合協調水平相對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，主要與之相鄰的節點城市石河子市、克拉瑪依市同這些低值區域形成了顯著的“高-低”聚集類型。2000年烏魯木齊市土地利用效益耦合協調度遠遠高于昌吉市，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調水平的不斷提升，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年節點城市烏魯木齊市作為土地利用效益耦合協調的高值區，與其鄰接城市形成了“高-低”聚集類型，此后，昌吉市、阜康市因耦合協調水平不斷提升而成為熱點城市，烏魯木齊市與其聚集類型也由“高-低”聚集逐漸演變為不顯著。

4 討論與結論

4.1 討論

選取2000年、2005年、2010年和2015年4個年份作為研究時點，以天山北坡城市群作為研究區域，從經濟、社會、生態3個維度構建土地利用效益評價指標體系，運用改進熵值法及線性加權法完成對研究區域各城市土地利用效益綜合水平的測度。研究發現，天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢且表現出明顯的三級階梯差異特征。研究時段內烏蘇市、阜康市土地利用效益綜合水平相對較低，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、固定資產投資額、社會消費品零售額等在研究單元中均處于較低水平，而地均工業廢水排放量、地均工業二氧化硫排放量又相對較高，土地利用產生的社會經濟效益優勢并不明顯，且很大一部分還要用于生態補償，所以其土地利用綜合效益水平較低；阜康市GDP總量、城鎮居民人均可支配收入、社會消費品零售額等社會經濟條件整體處于中等水平，但因其地均工業廢水排放量、地均工業煙(粉)塵排放量較高，導致生態環境承載壓力過大，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劃與管理過程中更加注重經濟、社會、生態效益的提升。梳理研究數據結果可以發現，各城市土地利用效益所呈現的階梯差異特征基本上與其土地利用的經濟效益、社會效益水平相一致。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的經濟、社會、生態條件，土地利用效益較高的城市不僅經濟、社會條件發展較好，而且生態環境所承受的壓力也相對較小，各城市進行土地利用規劃與土地管理時，在追求土地利用經濟效益的同時一定要兼顧土地利用的社會效益和生態效益。

借助耦合協調模型及ArcGIS空間分析軟件對天山北坡城市群土地利用效益耦合協調水平的時空分異特征進行探究。研究區域土地利用效益耦合協調水平整體較低但呈上升態勢，2000年各城市的耦合協調水平僅處于0.266 1～0.587 7階段，到了2015年則提升至0.266 3～0.811 5階段，由此也可發現同一研究時點各城市間的耦合協調水平差異較大；瑪納斯縣、沙灣縣耦合協調水平由2005年的0.405 7、0.459 0持續下降至2015年的0.266 3、0.274 2，主要原因是受到了生態效益持續下降的影響，其生態效益分別由2005年的0.606 2、0.570 2下降至2015年的0.521 6、0.499 6；研究時段內烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市耦合協調水平分別處于0.579 3～0.811 5、0.511 8～0.743 6、0.439 1～0.598 1階段，因其土地利用經濟、社會、生態效益相對較高且3個維度間較為均衡，所以一直保持相對較高的耦合協調水平。各研究單元土地利用效益耦合協調水平主要受經濟、社會、生態3個維度間均衡程度的影響，其中土地利用生態環境效益對其耦合協調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，要充分認識到生態環境的重要性，注重土地利用經濟、社會、生態全面持續協調發展。

借助GeoDA分析軟件對天山北坡城市群土地利用效益時空分異特征進行探究。所選取的4個研究時點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，表明研究時段內天山北坡城市群均呈現出負的空間自相關特征，這與其相對獨立而又封閉且各城市間鄰接關系相對簡單的區位特征有關。烏魯木齊市、昌吉市、石河子市和克拉瑪依市出現顯著聚集類型，一方面與其自身向周圍城市的輻射能力有關，另一方面也會受到鄰近城市土地利用效益耦合協調水平演變的影響，進一步證明土地利用效益受經濟、社會、環境等復雜作用機理影響具有不同時空分異特征。研究區各城市土地利用效益時空關聯特征主要受到節點城市輻射作用及各城市間土地利用效益耦合協調水平鄰接關系的影響，政府在制定區域整體發展規劃時，要合理利用節點城市的發展優勢，充分發揮節點城市的核心帶動作用，不斷提升區域綜合實力，為城市提質增速發展提供強有力的支撐，也為相似城市的實踐探索提供有益借鑒，從而助力國家“一帶一路”構想的順利實施。

囿于僅選擇4個特定時點作為研究的時間尺度，且受數據獲取局限性未能從土地利用分類視角加以探究，一定程度上對全面揭示土地利用效益時空分布格局長時期的演變特征和規律產生了影響；僅僅揭示了土地利用效益時空分異特征，并未對其演化機理作進一步深入研究。因此，對研究區進行長時間尺度及演變機理探析是下一步深入研究需要重點思考的方向。

4.2 結論

天山北坡城市群土地利用效益綜合水平呈逐漸上升趨勢，變動幅度相對較小且整體比較穩定；按其土地利用效益綜合水平由高到低分為三級階梯，一級階梯主要包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、奎屯市，二級階梯主要包括昌吉市、石河子市，三級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調水平雖然處于整體上升趨勢，但耦合協調水平相對較低，且各城市在同一研究時點差異較大；各城市不同類型的耦合協調水平在演變的過程中產生了時空分異，耦合協調度明顯較高且相對穩定的三個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出負的空間自相關性特征，且不同年份各研究單元間的空間負相關性差異相對較大；烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市發展成為耦合協調度較高的節點城市；研究時段內出現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點的顯著類型不同；呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市的耦合協調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。

[1]仇娟東，趙景峰，吳建樹.基于耦合關系的中國區域土地利用效益水平測度.中國人口·資源與環境，2012,22(1): 103～110

[2]方創琳，毛其智，倪鵬飛.中國城市群科學選擇與分級發展的爭鳴及探索.地理學報，2015,70(4): 515～527

[3]劉新衛，張定祥，陳百明.快速城鎮化過程中的中國城鎮土地利用特征.地理學報，2008,63(3): 301～310

[4]武京濤，涂建軍，閻曉，等.中國城市土地利用效益與城市化耦合機制研究.城市發展研究，2011，18(8)：42～45，63

[5]畢國華，楊慶媛.中國土地利用效益的時空特征研究.地域研究與開發，2016,35(6): 97～103

[6]楊麗霞，夏浩，苑韶峰.基于耦合協調度的土地利用經濟效益空間差異分析——以浙江省為例.中國土地科學，2015,29(11): 83～88

[7]黃鸝，畢明巖，韓博.黑龍江省土地利用效益綜合測度及耦合協調度研究.中國農業資源與區劃，2016,37(11): 20～28

[8]張明斗，莫冬燕.城市土地利用效益與城市化的耦合協調性分析——以東北三省34個地級市為例.資源科學，2014,36(1): 8～16

[9]張曉芳.土地利用效益與新型城鎮化協調度分析與評價——基于長江中游地區的實證分析.中國農業資源與區劃，2017,38(4): 62～68

[10]吳金華，李紀偉，梁晶晶.土地利用程度與效益關系研究——以延安市為例.中國土地科學，2011,25(8): 54～60

[11]趙曉露，高敏華，高軍.烏魯木齊市土地利用效益的耦合關系分析.干旱區資源與環境，2011,25(1): 91～95

[12]熊征，談兵，宋成舜，等.城市土地利用綜合效益耦合分析——以武漢市為例.水土保持研究，2015,22(2): 278～283

[13]梁紅梅，劉衛東，劉會平，等.深圳市土地利用社會經濟效益與生態環境效益的耦合關系研究.地理科學，2008,28(5): 636～641

[14]宋戈，高楠.基于DEA方法的城市土地利用經濟效益分析——以哈爾濱市為例.地理科學，2008,28(2): 185～188

[15]李啟權，張新，高雪松，等.川中丘陵縣域土地利用程度與效益耦合協調格局分析.農業現代化研究，2014,35(1): 97～102

[16]武啟祥，楊永芳，朱連奇.縣域土地利用結構與效益的權衡.經濟地理，2013,33(8): 147～152

[17]張光宏，馬艷.城郊土地利用社會經濟效益和生態環境效益的動態耦合關系——以武漢市遠城區為例.農業技術經濟,2014，(11)：14～20

[18]張榮天，焦華富.泛長三角城市土地利用效益測度及時空格局演化.地理與地理信息科學，2014,30(6): 75～81

[19]程廣斌，申立敬，龍文.絲綢之路經濟帶背景下西北城市群綜合承載力比較.經濟地理，2015，35(8)：98～103，113

[20]段祖亮，張小雷，雷軍，等.天山北坡城市群城市多維生態位研究.中國科學院大學學報，2014,31(4): 506～516

[21]新疆維吾爾自治區統計局.新疆統計年鑒.北京：中國統計出版社，2016

[22]Haining R P.Spatial data analysis：Theory and practice.Cambridge：Cambridge University Press，2003

[23]Anselin Luc.Exploratory spatial date with GeoDA：A workbook.Goleta：Center for Spatially Integrated Social Science，2005

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：土地利用規劃、城鄉規劃

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

*資助項目：新疆維吾爾自治區社會科學基金項目“新疆農村土地產權交易機制優化研究”(2015BGL102)、 “新產業空間與城市空間結構互適作用及優化協調研究”(2016CGL099)

F301.2

A

1005-9121[2017]10063-11