古麗娜爾·麥麥提，徐華君，2，馬鑫苗

(1.新疆大學地理與遙感科學學院，新疆 烏魯木齊 830046;2.新疆大學新疆綠洲生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830046)

聚落是人類為了生活生產(chǎn)的需求而定居的具有各種形式的場所，也可以稱為居民點[1].聚落研究一直是地理學研究的核心，也是人地關系研究的重要領域之一[2].隨著我國城市化水平的逐步提高，農(nóng)村進入了新的發(fā)展階段，聚落的空間分布特征及空間結構也發(fā)生了明顯的變化.黨的十九大報告提出，控制鄉(xiāng)村聚落合理的規(guī)模和利用方向，對農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[3].

19世紀以來，國外學者以聚落的形態(tài)與類型分布為基礎，對聚落進行一系列的研究[4]，主要集中在鄉(xiāng)村聚落空間分布格局[5-6]，鄉(xiāng)村聚落空間演變格局[7]，鄉(xiāng)村聚落空間重構[8-9]等方面.近年來，由于我國提出和實施重農(nóng)政策，國內學者對鄉(xiāng)村聚落的功能[10-11]、空間形態(tài)[12-13]、空間規(guī)模[14-15]和空間格局[16-19]及影響因素[20]等方面開展了研究.此外，研究地域之間有一定的差異，有關聚落的研究主要集中在我國經(jīng)濟較發(fā)達的沿海地區(qū)，對西北干旱區(qū)尤其是新疆的聚落空間分布研究相對較少[21].

新疆深居內陸，地形地貌相對復雜，戈壁沙漠分布較為廣泛，自然環(huán)境相對惡劣，自然地理因素對聚落形成與發(fā)展具有重要的影響.而位于新疆東部的吐魯番高昌區(qū)綠洲是典型的干旱半干旱地區(qū)聚落形式，且具有其獨特的分布格局.對其綠洲聚落空間格局及其影響因素進行分析，能夠充實鄉(xiāng)村地理學在干旱區(qū)綠洲、經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的研究內容，具有一定的基礎理論研究與社會實踐意義.

由于本地水資源分布與利用的特殊性，綠洲聚落的空間分布往往會因此而發(fā)生較大、較快的變化，GIS空間分析技術，可以更快速、準確地揭示高昌區(qū)綠洲聚落空間分布格局的現(xiàn)狀與變化，對其影響因素進行分析，可以為深入了解聚落空間重構與優(yōu)化途徑、鄉(xiāng)村脫貧與鄉(xiāng)村振興提供參考依據(jù).也可為類似區(qū)域的干旱區(qū)綠洲聚落空間布局優(yōu)化及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施提供一定的理論參考.

1 研究區(qū)概況

高昌區(qū)屬于吐魯番市行政中心，總面積1.37 × 104km2，下轄七泉湖鎮(zhèn)、大河沿鎮(zhèn)、亞爾鎮(zhèn)、艾丁湖鎮(zhèn)、三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、葡萄鎮(zhèn)、勝金鄉(xiāng)和恰特喀勒鄉(xiāng)等(圖1) .

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖 Fig.1 Map of the study area

吐魯番高昌區(qū)位于吐魯番盆地中部，博格達山南坡[22].主要為干旱荒漠氣候，夏天降水量少，蒸發(fā)量大，整體表現(xiàn)為干燥炎熱[23].其年平均降水量不足20 mm，而蒸發(fā)量高達2 844 mm，年平均氣溫為13.9 ℃，極端最高氣溫曾經(jīng)達到49.6 ℃.其地貌類型主要由山地、山丘、綠洲與戈壁荒漠組成，其中戈壁荒漠所占比例最大，其次為山地.吐魯番高昌區(qū)綠洲水資源主要包括河水、機電井水、坎兒井水及泉水等.高昌區(qū)境內有5條河流，自西向東依次為大河沿河、塔爾朗河、煤窯溝、黑溝和恰勒坎溝等[24].

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

為了研究高昌區(qū)綠洲聚落的空間分布格局，本文主要采用景觀指數(shù)法、核密度估計法和分散度等研究方法.

2.1.1 景觀指數(shù)法

基于景觀生態(tài)學中的景觀格局指數(shù)的研究方法[25]，選取聚落斑塊面積(CA)、斑塊數(shù)目(NP)、平均斑塊面積(MPS)、最小斑塊面積(MINP)、最大斑塊面積(MAXP)、斑塊密度(PD)等指標，定量分析高昌區(qū)綠洲聚落變化差異，反映其結構組織與空間特征.聚落斑塊數(shù)量與斑塊密度的關系密切，斑塊數(shù)量多聚落的斑塊密度就越高.

由于研究區(qū)位于極端干旱環(huán)境，綠洲的分布和變化對水資源賦存的形式、多少及變化等狀況極為敏感，所以，綠洲聚落的分布和形態(tài)也會因此而顯得較為破碎、易變，景觀指數(shù)法可以較為準確地反映出其空間格局的特征.

2.1.2 核密度估計法

核密度分析屬于非參數(shù)密度估計的一種，數(shù)值的高低能夠反映聚落在空間上的密度分布情況，核密度值越高指標分布的密集型越強[26].計算表達式[27]：

式中：f(x，y)為研究區(qū)(x，y)的核密度估計值,n是觀測到的指標,h是搜索網(wǎng)格的半徑,k是核函數(shù),di是從該位置到第i個觀測位置的距離.

嘉慶皇帝認為，通過思想教育可以扭轉風氣?；实壅f，“小民皆有天良”，官員自然也不例外。之所以有“惡者”“貪者”，根本原因在于“教化不行，不明正道”。抓好教育，官員們就能保持住“天良”或重新人性歸善。因此，選好朝廷的中樞大臣，樹立一系列良好的榜樣，上行下效，來帶動整個朝廷政治風氣的轉變，是他整頓吏治的核心思路。

基于研究區(qū)聚落斑塊中心，制作出2000、2010和2018年聚落核密度分布圖，可以較為清楚地分析研究區(qū)內聚落密度高低值的空間分布特征以及其疏密特征，更準確地反映高昌區(qū)聚落的空間分布特征及空間聚集情況.

2.1.3 分散度法

分散度是指每個單元格網(wǎng)中的聚落斑塊數(shù)量.用動態(tài)變化量反映出聚落在空間上分布的疏密程度[28]，區(qū)間范圍越大，聚落在空間上分布的越密集；分散度的區(qū)間范圍越小，聚落在空間上分布的越稀疏.

由于1 km×1 km的單元格網(wǎng)的空間粒度遠遠小于行政單元，所揭示的地理事物的詳盡程度比基于行政單元分析結果詳盡.采用2000、2010和2018年聚落矢量數(shù)據(jù)，通過1 km×1 km的單元格網(wǎng)，可以分析聚落的空間變化特征與分布狀況，并對研究區(qū)聚落的分散程度進行統(tǒng)計.

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文所運用的數(shù)據(jù)主要包括：(1)矢量數(shù)據(jù).高昌區(qū)行政邊界數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心；2000、2010、2018年的高昌區(qū)聚落的矢量數(shù)據(jù)提取自2000、2010、2018年土地利用數(shù)據(jù)；河流、坎兒井、機電井的矢量數(shù)據(jù)來源于高昌區(qū)自然資源局；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺；(2)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù).高昌區(qū)的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)資料來自2000—2019年的《吐魯番市統(tǒng)計年鑒》[29]和實地調研數(shù)據(jù).

3 分析與結果

3.1 基于景觀格局的聚落空間分布

運用ArcGIS軟件，從土地利用數(shù)據(jù)中提取高昌區(qū)2000、2010和2018年聚落矢量數(shù)據(jù)，分析得到3個時期聚落分布圖，基于研究區(qū)坎兒井、機電井矢量數(shù)據(jù)得到坎兒井、機電井分布圖(圖2).由圖2和表1、2可知：3個時期聚落斑塊面積不斷地增大，聚落斑塊個數(shù)及斑塊平均分布密度大致呈減少趨勢，聚落最大斑塊面積及平均斑塊面積呈增加趨勢.從空間分布來看，2000年綠洲核心區(qū)的葡萄鎮(zhèn)、亞爾鎮(zhèn)東南部、恰特喀勒鄉(xiāng)北部等區(qū)域聚落斑塊個數(shù)較多，斑塊面積較大，聚落分布相對集中；2010和2018年聚落斑塊主要分布在葡萄鎮(zhèn)東南部和勝金鄉(xiāng)南部等區(qū)域，該時期聚落分布的比較分散.研究區(qū)坎兒井空間分布相對集中，主要分布在葡萄鎮(zhèn)東北部、葡萄溝街道西南部等綠洲中心區(qū)域，其分布格局跟2000年聚落分布格局大致一致.坎兒井集中分布區(qū)是聚落最早形成，并隨坎兒井增加而不斷擴張的區(qū)域，其較長的歷史淵源使其具有相對較大的規(guī)模，并較為穩(wěn)定.機電井的主要分布與坎兒井的集中分布區(qū)不完全一致.其分布主要跟地下水的埋深與儲量有關，所以空間分布范圍較廣，目前主要分布在三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、勝金鄉(xiāng)北部等綠洲東南部區(qū)域.機電井的出現(xiàn)使聚落的規(guī)模擴大，使得綠洲邊緣沒有坎兒井分布和地表水存在的區(qū)域開始形成了新的聚落.

表1 研究區(qū)2000、2010、2018年聚落景觀指數(shù)統(tǒng)計表 Tab.1 Statistics of settlement landscape index in the study area in 2000, 2010 and 2018

表2 研究區(qū)2000、2010、2018年聚落景觀指數(shù)變化量統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of changes in settlement landscape index in the study area in 2000, 2010 and 2018

圖2 研究區(qū)聚落、坎兒井、機電井分布圖Fig.2 Distribution of settlements, Karez and motor-pumped wells in the study area

3.2 基于核密度的聚落空間分布

運用ArcGIS軟件中的Feature to point功能分別提取高昌區(qū)2000、2010、2018年聚落斑塊的中心點，得到3個時期聚落分布的核密度圖及核密度統(tǒng)計表，通過坎兒井、機電井的矢量數(shù)據(jù)做出坎兒井、機電井的核密度圖及核密度統(tǒng)計表(圖3、表3).結果顯示：2000年聚落斑塊密集核心區(qū)分布的相對集中，密集核心區(qū)的面積較大，主要分布在老城街道、葡萄鎮(zhèn)、恰特喀勒鄉(xiāng)北部等綠洲核心區(qū).2010和2018年出現(xiàn)新的密集核心區(qū)，聚落斑塊密集核心區(qū)分布的相對分散，其面積、數(shù)量及分布的區(qū)域也發(fā)生了相應的變化，該時期密集核心區(qū)主要分布在葡萄鎮(zhèn)東南部和勝金鄉(xiāng)南部等綠洲東偏南區(qū)域，其聚落密集核心區(qū)擴散到綠洲邊緣區(qū)域.坎兒井分布的相對集中，其密集核心區(qū)集中分布在葡萄鎮(zhèn)東北部、葡萄溝街道和老城街道等綠洲核心區(qū)，這跟2000年聚落密集核心區(qū)分布的區(qū)域有較大的重合.機電井核密度值的最大值主要分布在三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、勝金鄉(xiāng)等綠洲東偏南部區(qū)域.機電井密集核心區(qū)分布的區(qū)域跟坎兒井密集核心區(qū)分布的區(qū)域不一致，2010、2018年該區(qū)域聚落核密度值不斷地增加，可能跟機電井的開發(fā)密切相關.高昌街道和老城街道聚落、坎兒井、機電井最大的核密度值基本重合，可以推斷出該區(qū)域是聚落最早分布的區(qū)域，聚落形成歷史悠久.

圖3 研究區(qū)聚落、坎兒井、機電井密度分布圖Fig.3 Nuclear density distribution of settlements, Karez and motor-pumped wells in the study area

表3 研究區(qū)聚落、坎兒井、機電井核密度統(tǒng)計表Tab.3 Nuclear density statistics of settlements, Karez and motor-pumped well in the study area

3.3 基于分散度的聚落空間分布

基于1 km×1 km單元格網(wǎng)，做出高昌區(qū)2000、2010、2018年聚落分散度圖、聚落分散度統(tǒng)計表(表 4)以及坎兒井、機電井分散度圖(圖4).結果表明：3個時期聚落斑塊格網(wǎng)數(shù)量大致呈減少趨勢.2000年聚落高分散度區(qū)間主要分布在老城街道、葡萄鎮(zhèn)、恰特喀勒鄉(xiāng)北部等綠洲核心區(qū)域，其高分散度區(qū)間分布相對集中，2010、2018年聚落高分散度區(qū)間主要分布在葡萄鎮(zhèn)東南部和勝金鄉(xiāng)南部等區(qū)域，該時期聚落高分散度區(qū)間分布的相對分散.3個時期聚落斑塊格網(wǎng)的變化在綠洲周圍比較明顯，即2000年在七泉湖鎮(zhèn)北部分布一定數(shù)量的聚落，2010、2018年由于水資源短缺的原因該區(qū)域的聚落遷移至水資源較為充足的區(qū)域.坎兒井高分散度區(qū)間分布的相對集中，主要分布在葡萄鎮(zhèn)東北部、葡萄溝街道等綠洲核心區(qū)域，坎兒井高分散度區(qū)間分布的區(qū)域跟2000年聚落高分散度區(qū)間分布的區(qū)域有較大的重合，后期聚落高分散度區(qū)間擴散到綠洲邊緣區(qū)域.機電井的單元格網(wǎng)分布的范圍較廣，其高分散度區(qū)間集中分布在三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、勝金鄉(xiāng)和亞爾鎮(zhèn)北部等綠洲東偏南部區(qū)域.

圖4 研究區(qū)聚落、坎兒井、機電井分散度圖Fig.4 Dispersion of settlements, Karez and motor-pumped wells in the study area

表4 研究區(qū)2000年、2010年、2018年聚落分散度統(tǒng)計表 Tab.4 Statistics of settlement dispersion in the study area in 2000, 2010 and 2018

4 聚落空間格局的影響因素

GIS分析結果顯示，2000—2018年間聚落斑塊個數(shù)減少，斑塊面積不斷地增加(表1)，2000年聚落的破碎化程度較嚴重，主要以小的聚落斑塊為主，土地利用效率較低，2010、2018年小聚落不斷地合并形成大聚落，使得聚落斑塊個數(shù)減少，斑塊面積增大，土地利用效率逐步提高；2000—2018年間聚落分布格局在綠洲邊緣區(qū)域的變化比較明顯，2000年聚落斑塊密集核心區(qū)分布在綠洲核心區(qū)域，分布的相對集中且面積較大，該時期聚落的分布跟坎兒井集中分布區(qū)有較大的重合，而坎兒井集中分布在綠洲核心區(qū)地下水資源比較豐富、地形地貌及土壤條件較好的區(qū)域，可以看出2000年聚落對坎兒井有一定的依賴性.早期聚落的建立與坎兒井的關系密切，新的聚落在新開鑿的坎兒井周圍出現(xiàn)，具有一定的歷史繼承性.后期隨著機電井的大量開發(fā)，地下水位不斷地下降，導致有水坎兒井數(shù)量減少(2003年的253條有水坎兒井、2009年135條有水坎兒井、2014年只有115條有水坎兒井).隨著有水坎兒井數(shù)量的不斷減少，聚落對坎兒井的依賴程度逐步降低.2010、2018年聚落斑塊密集核心區(qū)分布的相對分散，其密集核心區(qū)的面積變小、數(shù)量增多，該時期聚落斑塊密集核心區(qū)擴散到聚落邊緣區(qū)域，2010、2018年聚落分布格局跟機電井分布格局大致一致，機電井密集核心區(qū)主要分布在綠洲東部、東南部區(qū)域，這跟該時間段機電井的大量開發(fā)(由1998年3 674眼增加到2003年5 162眼)有密切相關，綠洲邊緣區(qū)聚落的分布格局因之發(fā)生較大變化，2010、2018年綠洲邊緣區(qū)聚落的密集度比前期有較大提高.

除了坎兒井、機電井的影響，高程也是影響聚落空間分布的重要因素之一.研究區(qū)聚落集中分布在海拔高度較低、水資源比較豐富、基礎設施相對齊全的綠洲中心區(qū)域.一般來說，海拔高度越低的區(qū)域，地下水埋深就越淺，水資源越豐富，人類生產(chǎn)生活的活躍度就越高.本文運用ArcGIS軟件將研究區(qū)高程圖與2000、2010、2018年的聚落斑塊空間分布圖進行疊加，做出了高程與聚落的關系分布圖(圖5)，從圖5可以看出，3個時期聚落集中分布在-120～300 m高程范圍內的綠洲中部(亞爾鎮(zhèn)、恰特喀勒鄉(xiāng)北部、艾丁湖鎮(zhèn)、葡萄鎮(zhèn)等區(qū)域)，這些區(qū)域聚落面積較大，斑塊個數(shù)較多，斑塊密度較高，相應的地形起伏較大、海拔高度較高的區(qū)域聚落分布較為稀疏.

圖5 研究區(qū)高程與聚落關系示意圖Fig.5 Schematic diagram of the relationship between elevation and settlement in the study area

5 結論與討論

5.1 結論

本研究以高昌區(qū)綠洲聚落作為研究對象，運用GIS空間分析技術，定量分析研究區(qū)的聚落空間分布格局，并在此基礎上，分析聚落分布格局特征的影響因素.初步得出結論如下：

(1)在時間序列上，2000—2018年間，高昌區(qū)綠洲聚落面積不斷增加，聚落斑塊個數(shù)不斷減少，較小的聚落斑塊不斷地合并，導致聚落的單個斑塊面積不斷地增加，土地利用效率逐步提高.2000年聚落集中分布在綠洲中部區(qū)域，2010、2018年聚落擴張到綠洲東偏南部區(qū)域.

(2)從空間格局上，高昌區(qū)綠洲聚落空間格局大致上呈集聚分布特性，聚落密度分布有較大的空間差異，聚落空間分布表現(xiàn)為“中部高，南、北部低”的特征，并形成“中部密集型”和“南、北部稀疏型”的差異.

(3)2000年之前，聚落對坎兒井的依賴性較大，2000年聚落的空間分布格局跟坎兒井的空間分布格局一致，集中分布在綠洲核心區(qū)域.2010、2018年聚落的空間格局跟機電井的空間分布格局大致一致，機電井分布范圍較廣，聚落隨著機電井的開鑿，其空間分布擴散到綠洲邊緣區(qū)域.

(4)地形地貌是影響聚落分布格局的重要影響因素，聚落斑塊數(shù)量和面積在不同高程上存在顯著的空間差異性.

5.2 討論

聚落空間格局的形成受多種因素的綜合影響，不同區(qū)域在不同時期各影響因子及其主導作用也不盡相同，本文通過對高昌區(qū)綠洲聚落空間格局及其影響因素的分析，為研究區(qū)聚落的空間優(yōu)化重構提供一定的參考依據(jù)，對促進研究區(qū)鄉(xiāng)村振興和城鄉(xiāng)融合發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義.研究發(fā)現(xiàn)，高昌區(qū)綠洲聚落的分布對水資源，即坎兒井、機電井及地形等因素有較強的選擇性.

根據(jù)研究的結論，目前吐魯番高昌區(qū)綠洲聚落對水資源的依賴性較強，而本區(qū)域各個行業(yè)發(fā)展對水資源的需求也在不斷增加，如何以“以水定地(行業(yè))”是保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關鍵所在.在今后的社會發(fā)展規(guī)劃(全域空間規(guī)劃)中，如何以水為中心，減少盲目開采、不合理使用(地下水)水資源，確定適合本區(qū)域特征的發(fā)展策略，這對于穩(wěn)定現(xiàn)有綠洲聚落的格局，保障人類與自然的和諧共存，是今后必須考慮的工作重點.

本文存在部分不足：(1)聚落空間格局的研究除了坎兒井、機電井、地形影響，還應該考慮人口、GDP、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃及相關政策的制定與實施等方面的影響因素.(2)本文研究數(shù)據(jù)獲取途徑有限，可能導致結果較為單一.后期的研究將針對這些不足，制定細致的研究方案，開展深入的研究，以期更好地為高昌區(qū)綠洲聚落的規(guī)劃以及新農(nóng)村建設提供科學依據(jù).