《卡萨布兰卡大都市周边地区城市扩张的时空分析及其对农业用地的影响》 作者：Boutayna Nakhili、Mohamed Chikhaoui、Younes Hmimsa、Mustapha El Janati、Ihssan El Ouadi、Ibtissam Medarhri 和 Fatiha Hakimi

《Urban Science》：Spatio-Temporal Analysis of Urban Expansion and Its Impact on Agricultural Land in the Casablanca Metropolitan Periphery Boutayna Nakhili, Mohamed Chikhaoui, Younes Hmimsa, Mustapha El Janati, Ihssan El Ouadi, Ibtissam Medarhri and Fatiha Hakimi

　　摘要：卡萨布兰卡是摩洛哥人口最多、经济最活跃的大都市，目前正在经历快速且无序的扩张，导致农业用地的人为化加速、景观破碎化以及城郊地区社会环境脆弱性的增加。本研究利用多时相Landsat影像（2015-2025年）、基于GIS的框架和监督分类方法，探讨了城市扩张在距离市中心40公里范围内的时空动态。研究提取了四种土地覆盖类型（城市、植被、森林和水体），从而能够对土地转换过程进行历时性比较。为了量化城市扩张动态，采用了两个空间指标：平均城市扩张率（AUER）和城市扩张强度指数（UEII）。结果显示，某些社区的城市面积扩张了高达387.9%，其中15个社区的AUER超过25%，17个社区根据UEII阈值被归类为“高度发达”类别。农业用地的人为化在南部和东南部边缘地区最为严重，尤其是Deroua、Tit Mellil、Had Soualem和Sidi Moussa Ben Ali，这导致了农业用地的严重破碎化。将社区分为四种类型（快速扩张、缓慢扩张、巩固型和稳定型）突显了不同程度的领土脆弱性。通过整合人口趋势（2014-2024年），研究揭示了人口增长与土地消耗之间的不匹配，强调了迫切需要综合的空间诊断和治理改革，以实现可持续的城郊土地管理。

1. 引言
城市化现在被广泛认为是全球变化的主要标志之一[1]。受全球经济增长驱动，近年来城市化进程显著加快，深刻改变了土地的物理形态。城市发展的加速得益于出生率的上升、人口增长和大规模的迁移流动[2,3,4]。因此，城市化已成为世界各国面临的关键发展问题[5]。在发展中国家，大都市区在人口压力和工业发展的推动下大幅扩张[6,7]。这一大都市化进程导致了土地利用的重大变化，特别是在城市边缘地区，农业用地日益破碎化、被侵占或转为非农业用途。这一趋势在非洲的大城市尤为明显，那里的城市扩张通常是横向的，没有形成统一的城市核心，导致无计划的郊区扩张[8,9]。这种被称为城市扩张的现象伴随着多种负面影响：土地快速人工化、生物多样性丧失、农业系统破碎化、城郊人口脆弱性增加以及更复杂的城市治理挑战。气候变化、环境退化和资源枯竭，主要是由于数十年来不受控制的城市扩张造成的，现在对公共卫生、基本生态系统服务和粮食安全构成了严重威胁[10,11,12]。尽管最近的一些数据显示撒哈拉以南非洲部分地区城市扩张有所放缓甚至停滞[9]，但普遍认为过去城市扩张的累积影响仍在继续挑战可持续发展和有效的城市管理。

在摩洛哥，快速的城市化加上强劲的人口增长给城市规划和环境管理带来了重大挑战，尤其是在卡萨布兰卡——这个国家的经济中心和城市化的象征[13]。城市发展极大地重塑了国家领土，目前近60%的人口居住在城市地区，而1970年这一比例仅为35%。预计这一趋势将持续下去，到2050年将达到约75%。作为国家的经济中心，大卡萨布兰卡地区集中了全国大部分人口、GDP和投资。然而，这种加速的城市化并不总是伴随着公平的发展或经济的充分结构转型。城市扩张往往以牺牲农业用地为代价，在缺乏适当的空间协调的情况下进行，导致城市发展形式碎片化、成本高昂且不可持续。在这种情况下，更好地理解和绘制这些扩张动态是指导公共政策、实现更加可控和包容性城市化的关键前提。

卡萨布兰卡大都市区正是这些动态的典型例子。自20世纪90年代以来，其周边地区一直面临巨大的土地压力，表现为住宅建筑、工业区和基础设施的持续扩张，以牺牲农业用地为代价。多项研究表明，卡萨布兰卡都市圈正在逐渐吸收邻近的农村社区，重塑整个地区的空间和功能平衡。多时相卫星影像与地理信息系统（GIS）工具的结合已成为分析土地利用和城市扩张的重要方法。最近的研究强调了这种方法在检测和量化土地利用变化方面的有效性，特别是在经历快速城市化的地区[14,15]。这些工作强调了卫星数据（如Landsat传感器的数据）在生成可靠的空间演变图方面的核心作用，同时便于在不同空间尺度上进行历时性分析。遥感和GIS技术的兴起现在成为分析当代城市动态的关键手段。多时相卫星图像、监督分类技术、空间指数和先进的地理空间处理的整合，使得对城市结构演变的客观、可复制和详细的理解成为可能。许多研究证明了这些工具在描述城市扩张的强度、方向和形式方面的能力，同时为可持续城市规划提供了战略支持，尤其是在快速发展的背景下[16,17,18,19]。

为了划定卡萨布兰卡大都市区周围的城郊农业区域，选择了距离市中心40公里的半径。这一选择基于多项参考研究，这些研究将城郊区域定义为距离城市中心30至40公里的范围，特别是在类似的非洲背景下[20,21,22]。巴黎大区的大多数城乡结合项目也位于巴黎市中心30公里范围内，进一步支持了使用30至40公里空间阈值来定义城郊区域的合理性[23]。在库马西、巴马科和达喀尔进行的研究也采用了这一阈值来分析城市中的农业动态和灌溉土地[24]。超过这个距离后，农业特征往往与典型的城郊动态特征不同。Moustier[25]特别指出，超过50公里半径后，农业不再具有城郊系统的特征，如市场接近性、土地所有权冲突或获取农业投入的便利性。本研究属于这一框架，利用遥感和GIS工具分析了2015年至2025年间卡萨布兰卡周围40公里范围内的土地利用变化。目的是描述大都市区的城市化进程及其对城郊农业空间的影响。

为了指导分析，提出了几个假设。这些假设涉及城市化动态的强度及其对当地农业系统的影响。假设城市区域的快速扩张导致可用农田大幅减少、城郊农业生态系统的破碎化及其可持续性的下降。这些影响预计会在不同社区之间有所不同，反映了土地使用压力下的地域不平等。从这个角度来看，本研究考察了卡萨布兰卡大都市区快速城市化对土地动态和周边农业系统可行性的影响。它旨在了解2015年至2025年间城市扩张在多大程度上改变了城市和城郊农业空间的空间分布、连续性和韧性。为此，研究提出了以下关键问题：
- 在研究期间，卡萨布兰卡扩展大都市区的城市化程度、形式和空间分布是什么？
- 哪些社区对农业用地的压力最大，压力梯度如何？
- 城市化动态在多大程度上可以与当地农业系统的可持续性或脆弱性相关联？
- 空间结果如何为规划政策提供信息，并促进农业在可持续领土发展中的更好整合？

图1总结了总体研究问题、研究问题和提出的假设之间的关系。这项研究的预期结果旨在为农业土地管理、可持续城市规划和领土韧性方面的战略思考提供宝贵的科学贡献。通过突出经常被忽视的城市边缘地区的空间动态，本研究旨在为关于土地利用、空间公平性和面对城市化增长时保护农业资源的公共辩论提供信息。

2. 材料与方法
2.1 研究区域描述
本研究聚焦于摩洛哥王国的经济首都卡萨布兰卡大都市区，该城市位于大西洋沿岸，距离拉巴特西南约90公里。2024年记录显示，卡萨布兰卡的人口为324万，其大都市区居民超过427万。该市占城市劳动力的46%，并对国家GDP做出了重要贡献。卡萨布兰卡位于卡萨布兰卡-塞塔特地区的心脏地带，该地区是摩洛哥人口最多的地区，拥有768.9万人，占全国人口的20%以上，城市化率为73.3%[26]。本研究分析的范围包括卡萨布兰卡市中心周围40公里的半径。这一空间范围不仅涵盖了卡萨布兰卡市本身，还包括该地区内多个省份的城市、城郊和农村社区。这种方法能够捕捉到严格行政边界之外的真实城市化动态，整合了主要土地压力和土地利用变化的过渡区域。它包括了具有不同社会领土背景的社区，从高度城市化的地区到仍然活跃的农业区，使其成为分析城市扩张、可持续性和农业韧性的理想场所（图2）。

2.2 空间时间分析的一般方法
本研究采用了一种综合的地理空间方法，结合了多时相遥感、基于GIS的空间分析、卫星图像的监督分类以及市级土地利用变化的定量评估。研究区域由卡萨布兰卡地理中心周围40公里的圆形缓冲区定义，涵盖了密集的城市结构、快速变化的城郊扩展以及周围的农业和农村地区。该研究区域与摩洛哥市政行政划分相叠加，这些行政划分由高等规划委员会（HCP）提供，从而能够对2015年至2025年期间各市镇的土地利用动态进行比较分析。近年来，地理信息学领域取得了显著进展，包括能够更便捷地获取高分辨率卫星图像以及GIS工具的发展，这些技术使得土地利用变化和城市扩张模式的精确可视化和定量分析成为可能。多项研究表明，在不同背景下（尤其是在非洲和地中海地区），结合使用多时相遥感、监督分类、GIS和空间指标来评估城市形态演变是有效的[16,17,27,28]。本研究采用了同样的方法，利用多日期的Landsat卫星图像、GIS工具和监督分类技术来描述卡萨布兰卡及其周边地区的城市化空间演变过程。

2.3. 使用的数据来源和类型
本研究选择的数据基于其可靠记录卡萨布兰卡大都市区近期土地利用变化的能力。分析依赖于2015年和2025年这两年的卫星图像，从而可以测量近十年来的城市变化情况。一些研究采用大约10至15年的时间间隔来检测土地利用变化的显著趋势[14,16,29,30,31]。这一时间间隔既能够捕捉到明显的城市化动态，又与Landsat卫星数据的可用性保持一致。本研究使用的是Landsat卫星计划的数据（Landsat 7 ETM+—2015年，Landsat 8 OLI/TIRS—2025年）。这些数据从美国地质调查局（USGS）的官方EarthExplorer平台下载。图像选择的标准是云量低于10%，以确保最佳的光谱质量，特别是在土地利用变化可能较为微妙的城郊地区[16,29]。
所使用的Landsat卫星图像的技术规格（表1）包括传感器类型、光谱波段、路径/行坐标、采集日期以及预期用途，确保了进行土地利用变化历时分析所需的时间和空间一致性。

表1. 用于卡萨布兰卡地区2015-2025年时空土地利用分析的Landsat卫星图像规格

除了卫星图像外，本研究还使用了高等规划委员会（HCP）提供的市镇行政边界数据集，这对于在市镇层面进行空间分析以及将结果与官方人口数据进行交叉参考至关重要。空间数据的处理使用了开源地理信息系统QGIS（版本3.40.5，QGIS开发团队，开源地理空间基金会）[32]，特别是其中的半自动分类插件（SCP）（版本8.4.0，Luca Congedo，意大利罗马）[33]。该插件专门用于卫星图像的导入、预处理、分类和导出，支持包括辐射校正、监督分类以及在市镇层面生成专题地图在内的多个处理步骤。

2.4. 卫星图像的预处理步骤
卫星图像的预处理是确保时间可比性和分类可靠性的关键步骤[34,35]。在本研究中，所有处理均使用QGIS软件（版本3.40.5，QGIS开发团队，开源地理空间基金会）和专门的半自动分类插件（SCP）（版本8.4.0，Luca Congedo，意大利罗马）进行，该插件以其与Landsat图像的兼容性和集成大气及辐射校正模块的能力而闻名。2015年和2025年的Landsat图像经过了美国地质调查局技术指南推荐的一系列标准处理流程，并得到了多项先前研究的验证：
- 辐射校正：将数字数（DN）值转换为辐射值，再利用从Landsat元数据中提取的校准系数（增益和偏移量）转换为表面反射率。这一步骤对于确保Landsat ETM+和OLI/TIRS传感器之间的光谱一致性至关重要[18]。
- 大气校正：在历时分析中尤为重要，因为如果不对大气干扰进行校正，采集阶段的差异可能会影响变化检测的准确性。该校正通过SCP中集成的暗物体减除（DOS1）模型来实现，以最小化由大气效应引起的光谱变化，从而保证计算出的时空指标的可靠性。
- 光谱波段叠加：将每张图像所需的光谱波段合并。选择主要关注可见光（绿色、红色）和近红外波段，因为这些波段包含了超过90%的植被分析所需的光谱信息。这些波长也最能反映与土地人工化和植被损失相关的变化[36,37]。
- 空间裁剪：最后，根据两个地理标准对每张图像进行裁剪：（1）卡萨布兰卡市中心周围40公里的圆形缓冲区；（2）市镇的行政边界（来自HCP数据），以便在市镇层面进行定量分析。多位作者强调了这些操作的重要性，尤其是在分析长时间跨度内的土地覆盖变化时，它们有助于确保时间间的可比性、指标的光谱可靠性以及稳健检测城市化动态的空间一致性。

2.5. 监督分类方法
土地利用分析基于在QGIS中使用SCP对每张图像（2015年和2025年）分别进行的多光谱监督分类。这种方法能够基于训练数据学习到的光谱特征，生成随时间一致且可比较的土地利用地图。分类结果区分了四种主要土地覆盖类型：
- 水体（蓝色）：水域、湖泊、水库或可见河流
- 建筑区（红色）：密集建筑、住宅区、工业或城市基础设施
- 植被（黄色）：农田、绿地、裸土（休耕地）、灌木丛、牧场和非建筑区
- 森林（绿色）：以连续树冠覆盖为特征的区域，包括人工林、林地和成熟林分

通过手动图像解译（利用Google Earth图像、实地知识和地形图）为每个类别定义了训练样本。这些样本指导算法识别每个类别的典型光谱特征。测试了几种分类算法：随机森林、支持向量机（SVM）、最小距离（MD）和k最近邻（KNN）。经过两日期的视觉评估和性能测试后，选择了KNN算法，因为它在多光谱环境中的鲁棒性、参数化简便性以及性能稳定性表现优异，尤其是在类别边界模糊的区域。KNN算法以其处理低光谱复杂度数据集的能力而闻名，例如30米分辨率的Landsat图像，尤其是在类别特征相似的情况下。多项研究证实了KNN在类似背景下的土地覆盖分类中的可靠性[17,18,28]。在本研究中，KNN监督分类有效捕捉到了与城市化相关的空间和光谱特征，同时减少了混合城郊景观中常见的光谱混淆风险。

2.6. 分类后的分析和地图制作
分类完成后，使用QGIS处理工具将栅格结果转换为矢量多边形。这种转换对于准确计算两年分析期间（2015年和2025年）每个土地覆盖类别所占面积至关重要。从栅格格式转换为矢量格式具有多种方法优势：它便于将分类数据与行政边界（市镇、省份）集成，支持多层次的统计汇总（例如，按市镇或区域分组计算面积），并提高最终用户的地图可读性[27,31]。对于每个分类后的图像，通过与市镇行政边界（HCP数据库）进行交集运算来计算每个类别的面积，使用“交集”函数后接着进行“分区统计”。结果以表格格式（CSV）导出，并整合到属性表中，以便进行时间变化分析。同时，为每年（2015年和2025年）生成了统一的主题地图。所有地图应用了统一的图例，以确保随时间的变化在视觉和比较上的连贯性。颜色方案标准化如下：蓝色代表水体，红色代表建筑区，黄色代表植被，绿色代表森林。地图的制作遵循市镇边界和40公里的研究范围，便于对比和分析城市扩张、植被损失或土地人工化的空间分布。

2.7. 分类验证
验证分类结果是确保地图质量和可靠性的关键步骤。本研究采用了定量和视觉验证方法，符合遥感领域的标准方法[38,39]。
- 验证方法：对于每年（2015年和2025年），基于在不同土地覆盖类别中随机分布的160个独立验证点生成混淆矩阵。这些点通过高分辨率图像（Google Earth）和实地知识进行手动提取。
- 绩效指标：根据混淆矩阵计算以下指标：
- 总体准确性：正确分类像素的百分比。在大多数土地覆盖分类研究中，85%以上的准确性通常被认为是可接受的[38]。
- Kappa指数（K）：衡量分类结果与真实情况之间的一致性，同时校正了偶然一致性。Kappa值在0.81到0.99之间表示非常强的一致性。然而，Kappa值超过0.99可能表明过拟合，尤其是在训练数据高度同质或区分度不足的情况下[40]。在解释结果时需要考虑这一风险。Oyesiji的研究[31]也支持了这一观点，该研究使用相同的指标验证了西非地区的分类，获得了0.9898的Kappa指数，表明分类结果与实际情况非常吻合。
- 类别特定准确性（用户准确性和生产者准确性）：这些指标有助于识别特定类别的错误，区分遗漏（低估）和过度分类（高估）的情况。这些结果有助于识别最稳定的类别，并突出分类错误常见的区域，这些错误通常发生在混合城郊地带的光谱相似性较高时。

2.8. 该方法的一般工作流程
下图3直观总结了本研究生成土地利用/土地覆盖地图的步骤。它概述了从图像获取到结果验证的主要处理阶段，包括预处理和监督分类。该图示展示了基于KNN算法的方法逻辑以及使用准确性指标评估分类性能的过程。

2.9. 城市扩张指标
为了量化卡萨布兰卡大都市区的时空城市扩张动态，本研究采用了文献中广泛使用的两个互补指标：平均城市扩张率（AUER）和城市扩张强度指数（UEII）[16,30,31]。这两个指标分别表征了建筑区增长的速度（AUER）及其相对于给定区域总面积的相对强度（UEII）。这些指标共同提供了一个比较框架，用于分析不同时间段内的异质地区，并为评估城市化导致的土地压力提供了严谨的基础。在这项研究中，这些指标被应用于卡萨布兰卡周围40公里半径内的所有市镇，时间跨度为2015年至2025年。研究的目标是量化土地人工化的速度，并识别受城市扩张影响最严重的区域。

AUER反映了给定时间跨度内建成区面积的平均年增长率。以百分比表示，它便于跨不同规模的市镇进行比较[16]。其计算公式如下：
$$
\mathbf{AUER} = \frac{\ln(S_2 - S_1)}{t_2 - t_1}
$$
其中 $S_1$ 是初始日期的城市化面积，$S_2$ 是最终日期的城市化面积，$t_2 - t_1$ 是两个日期之间的年数，$\ln$ 表示自然对数。

第二个指标UEII衡量的是每年城市扩张的相对规模，作为每个市镇总面积的比例[41]。因此，它评估了对市镇领土施加的整体土地压力，而不考虑城市结构的初始规模。UEII表示新城市化土地的平均年比例，相对于所研究的空间单元的总面积[30]。

根据Abdullahi和Pradhan[42]的观点，这个指标是一个强有力的工具，可以预测城市动态的潜在方向和未来强度，同时允许对不同时间段内的土地利用变化速度进行严谨的比较。其计算公式如下：
$$
\mathbf{UEII} = \frac{(S_2 - S_1)}{S_t \times (t_2 - t_1)}
$$
其中 $S_1$ 是初始日期的城市化面积，$S_2$ 是最终日期的城市化面积，$t_2 - t_1$ 是两个日期之间的年数，$S_t$ 是市镇的总面积。

3. 结果

作为分析的一部分，制作了土地利用图，以记录和可视化卡萨布兰卡地区的城市化空间动态。这些专题地图是为2015年和2025年这两个参考年份生成的。每张地图显示了主要识别出的土地利用类别的空间分布：水体、建成区、农业区和森林。这些地图覆盖了卡萨布兰卡中心周围40公里半径内的所有市镇，从而提供了十年间领土变化的连贯概览。

这些地图直观地展示了城市化区域的逐渐扩张以及农业和自然空间的相对减少。它们是理解城市化动态和指导后续分析这些变化对城郊地区影响的重要工具。

2015年的土地利用图（图4）显示，在研究区域的北部，特别是在卡萨布兰卡及其邻近的市镇（如Mohammedia、Ain Harrouda、Mediouna、Bouskoura和Nouaceur）周围，城市化高度集中。建成区（用红色表示）沿着大西洋海岸形成连续的城市前沿，证实了沿海地区对基础设施、住房和经济活动的吸引力。此外，在一些南部市镇（如Berrechid）出现了次级城市集群，显示出城市化向城郊地区的扩散动态。相比之下，农业区（浅黄色）在内陆农村市镇（如Sidi Rahal、Ouled Azzouz和Sahel Ouled H’Riz）中仍然占主导地位，尽管这些地区逐渐被分散的城市斑块分割。

森林区（绿色）稀少且仅限于少数残余斑块，而水体（蓝色）则高度局部化（主要是水库和小湖泊）。总体而言，地图显示了城郊农业地区面临的巨大土地压力，尤其是在卡萨布兰卡周围20至30公里半径范围内。

2025年的土地利用图（图5）反映了卡萨布兰卡城郊地区城市化动态的加剧和普遍化。与早期相比，建成区的扩张（红色）显著超出了中心核心区域，形成了一个连续的城市带，包括相邻的市镇如Bouskoura、Tit Mellil、Mediouna和Nouaceur。城市发展以分散和多中心的方式向南和向东扩展，现在到达了更远的农村市镇，如Ouled Salah、Oulad Azzouz、Berrechid、Sidi Rahal Chatai、Sahel Ouled H’Riz和Had Soualem。这种扩张体现在农业区内分散的建成区集群的增加，显示出农村结构的日益碎片化以及耕地的持续人工化。这种变化在主要区域道路沿线和新开发的工业及物流区附近尤为明显。植被区和农业用地在早期占主导地位，但现在已被推向研究区域的边缘。森林区仍然稀少，水体（蓝色）保持稳定，与耕地所承受的高压力形成对比。

总体而言，这些结果说明了大都市化进程的快速推进，其特征是不受控制的水平扩张和农业及生态用地的加速消耗。地图突出了城市化的扩散性质、空间占用的日益增强，以及城市边界逐渐向该地区最边缘的市镇转移。

虽然这些地图提供了城市扩张模式的视觉评估，但在后续部分通过表面变化指标和基于百分比的指标定量评估了农业用地转换的规模。

基于2015年和2025年的土地利用图，进行了定量提取，以计算每个土地利用类别所占的面积。特别关注了建成区的演变，因为这是城市扩张的主要指标。这些数据随后被用来计算AUER和UEII值（如第2.9节所定义的），以量化市镇规模上的城市化速度和强度。

AUER和UEII指标被应用于卡萨布兰卡市中心周围40公里半径内的所有市镇，时间跨度为2015-2025年。它们的使用使得客观描述观察到的空间动态成为可能，并根据其领土上承受的城市压力程度对市镇进行差异化排名。下表2展示了整个研究期间每个市镇的AUER和UEII的原始计算值。

AUER的分析揭示了卡萨布兰卡大都市区内各市镇之间不同的城市化动态。2015-2025年期间计算出的增长率差异很大，反映了中心城市结构的饱和以及城市扩张向农村边缘的推进（表2）。

扩张率最高的市镇主要位于卡萨布兰卡的南部和东南部边缘。这些市镇包括Sidi Moussa Ben Ali（36.83%）、Ouled Ziyane（29.08%）、Ouled Zidane（28.44%）和Sahel Ouled H’Riz（24.23%）。这些值反映了农业用地迅速转变为建成区的情况，通常与住房开发或经济活动区的建立有关。

诸如Dar Bouazza（11.39%）、Deroua（10.23%）、Tit Mellil（12.40%）和Nouaceur（11.30%）等市镇也显示出持续的城市增长，对应于城市前沿的线性扩张。这些快速发展的地区充当了市中心和边缘之间的中介，容纳了新的住宅和物流项目。

相反，如Mohammedia（5.91%）、Ain Harrouda（6.68%）、Berrechid（8.03%）和Casablanca（4.30%）等市镇则表现出较为温和的增长率。这可能是由于密集化过程而非无序扩张，或者是因为在已经城市化的地区可用于开发的土地减少。

这种转变还体现在AUER值超过25%的市镇同时经历了显著的农业用地损失，通常在同一时期超过了其初始植被表面的30%，突显了扩张速度与农田转换之间的强烈耦合。

随着城市扩张的迅速进行，2015年至2025年间大多数市镇的植被和农业用地都大幅减少。在几个城郊市镇，包括卡萨布兰卡（69%）、Dar Bouazza（54%）、Bouskoura（41%）和Oulad Azzouz（36%），植被（主要是农业用地）的相对损失超过了40%。其他快速城市化的地区，如Soualem Trifiya（23%）、Sidi Hajjaj Ouad Hassar（26%）和Ech-Challalate（33%），也经历了显著的农业用地收缩。

总体而言，这些结果表明了大都市化进程的扩散模式，其特征是随着距离市中心越远，增长强度越大。这种城市化率的解读有助于确定监测土地转换的优先区域，并为可持续城市规划提供战略基础。

研究区域内城市扩张率的显著变化（图6）清楚地突出了经历快速城市增长的市镇，如Sidi Moussa Ben Ali、Jaqma、Ouled Zidane和Fdalate，其增长率超过了25%。

相比之下，卡萨布兰卡、Mohammedia或Ain Harrouda观察到的较低增长率反映了土地的饱和。这种图形表示有效地补充了表格分析，并强化了离心式城市化的概念，即在城郊边缘这种趋势的加剧。

然而，这种以AUER表示的平均年增长率并未完全捕捉到城市化相对于每个市镇规模的相对强度。因此，分析还通过计算城市扩张强度指数（UEII）来进行补充，该指数提供了对每个领土所承受的城市压力的比例化和标准化解读。为了解释UEII计算得出的值，一些基准研究提出了基于经验的分类阈值。文献中广泛使用的一种分类方法源自Ren等人的工作[43]，他们提出了UEII值的五级划分（表3）。这种分类已在各种地理背景下被采用和应用。Norouzi[19]在伊朗城市Qom的研究中，以及Tao和Ye[44]在中国南京的城市化分析中，都明确依赖于这一框架来解释他们的时空分析结果。这些研究中观察到的方法论一致性证实了这一分类系统的稳健性和可转移性，使其能够识别经历快速城市化的区域并基于可比的基础量化其强度。

在本研究的背景下，采用这种分类方法可以根据城市化强度对市镇进行排名，并有助于突出特别容易受到土地人工化影响的区域。为了增强领土分析，基于2015-2025年期间计算的UEII值对市镇进行了分类（表4）。

2015-2025年期间UEII地图（图7）提供了卡萨布兰卡大都市区城市化动态的空间明确和差异化解读。它揭示了各市镇之间土地人工化率的强烈异质性。被归类为经历非常高速发展的区域（UEII > 1.92）集中在卡萨布兰卡、Ain Harrouda、Bouskoura、Dar Bouazza、Ouled Azzouz和Had Soualem周围。这些市镇大多位于第一和第二城郊带，由于建成环境、工业区或近期住宅开发的扩张而承受着巨大的土地压力。

快速发展类别（1.05–1.92）包括Sidi Hajjaj、Tit Mellil和Ech-Challalate等边缘地区，这些地区目前正在融入更广泛的大都市动态中。这些市镇作为卡萨布兰卡城市模式向边缘扩散的接口。

相反，被分类为中等或低速发展的市镇通常位于40公里半径的外围，那里的城市动态保持局部化且部分受限。一些农村市镇保持着缓慢的发展态势，表明土地转换有限。

总体而言，这种映射突显了广泛且多中心的大都市扩张，对农业用地的碎片化、自然资源的压力以及日益增长的领土不平衡产生了重大影响。

图7提供了市镇规模上城市扩张强度的空间可视化，突出了高度城市化区域与受土地人工化影响较小的区域之间的鲜明对比。为了补充这一地图分析，还对两个主要指标（UEII和AUER）进行了描述性统计分析，使用代表性阈值对城市动态进行了客观量化。对研究区域内所有市镇的城市化指标进行的总体统计分析（表5）显示，平均AUER为17%，平均UEII为2.24%。AUER的高标准差（8.58）反映了各市镇之间城市增长率的显著差异，而UEII的分布则更集中在平均值附近。观察到的极端值范围为AUER从4.3%到36.8%，UEII从0.25%到4.61%，证实了存在非典型或快速变化的地市。以第三四分位数（Q3）作为临界阈值，AUER值超过23.79%和/或UEII值超过3.16%的地市可以被视为面临特别高的土地压力，需要在城市规划工作中给予更多关注。表5. 卡萨布兰卡大都会区各市镇的城市扩张强度指数（UEII）和平均城市扩张率（AUER）的描述性统计（2015-2025年）。为了深入分析城市动态的类型学特征，对AUER和UEII指标进行了交叉统计探索。这种方法有助于了解2015-2025年间各市镇根据城市扩张速度（AUER）和强度（UEII）的总体分布情况。平均城市扩张率（AUER）的分布分析（图8）显示，大多数市镇的扩张率集中在中等水平（11%至16%之间），但也存在显著的分散，表现为有几个市镇的扩张率超过了25%。这反映了各市镇之间土地人工化程度的巨大差异，一些地区正在经历快速的土地利用转变。相比之下，城市扩张强度指数（UEII）的分布更为均匀，集中在2.2%左右，表明尽管扩张速度不同，但大多数市镇的城市化强度相对稳定。结合这两个指标可以识别出既快速扩张又具有高城市密度的市镇，这些地区被认为是土地管理的重点区域。图8. 卡萨布兰卡大都会区各市镇2015-2025年AUER和UEII分布的直方图。为了综合了解2015年至2025年间的城市化动态，通过结合UEII和AUER两个互补指标开发了一种交叉类型学方法。这种双轴方法不仅区分了经历最强烈土地人工化的市镇，也区分了扩张速度最快的市镇。这两个维度的交叉结果将市镇分为四种地域类型，便于进行空间解释和识别面临显著土地压力区域（表6）。表6. 根据城市扩张强度（UEII）和速度（AUER）对卡萨布兰卡大都会区各市镇的交叉类型学分类（2015-2025年）。对城市扩张强度（UEII）和速度（AUER）的交叉分析有助于构建2015-2025年间卡萨布兰卡大都会区城市化动态的空间类型学。这种类型学根据土地转化的速度将市镇分为四种主要类型。A型市镇同时具有较高的UEII和AUER值（UEII ≥ 2.5%且AUER > 10%），表明农业用地正在迅速且持续地转化为城市用地。这些地区包括Bouskoura、Deroua、Soualem Trifiya和Sidi Moussa Ben Ali，它们是土地压力最集中的地方，城市扩张可能会在短期内破坏农业空间的连续性。在这些A型市镇中，城市化强度导致大量农业用地丧失，2015年至2025年间植被面积减少了20%到50%以上，表明农田碎片化的风险很高。B型市镇的土地利用变化率较高（AUER ≥ 15%），但相对强度较低（UEII < 2.0%），表明城市化是分散的、新近发生的或仍在发展中的。例如Ouled Ziane、Sahel Ouled H’Riz和Kasbat Ben Mchich属于这一类型，这些地区被视为城市前沿地带，土地转化正在进行中但尚未固化。C型市镇的特点是城市结构相对密集（UEII在1.5%至3.0%之间），但地表扩张速度适中（AUER < 10%）。这些通常是已经城市化的市镇，如Casablanca或Ain Harrouda，城市扩张趋于稳定，空间扩展不大，但建成区密度增加。D型市镇的城市化强度较低（UEII < 1.0%），扩张速度也较慢（AUER < 15%），例如Moualine El Oued或Ouled Yahya Louta。这些地区保持农村或半农村特征，在研究期间土地转化有限。这种类型学有助于根据具体的地域转化特征精确定位规划重点。它还为协调农田保护政策与城市增长动态提供了有价值的基础，并优先考虑支持可持续发展的干预措施。除了提供城市动态的相对视角的UEII/AUER交叉类型学外，评估土地转化的绝对率也很重要。为此，另一张表格为每个市镇提供了2015年至2025年间年均城市面积变化率，既以公顷/年为单位，也以百分比表示。这项分析量化了实际的土地人工化程度，有助于识别城市化进展最快的市镇（表7）。表7. 2015年至2025年间各市镇年均城市面积变化率（以公顷和百分比表示）。使用这一绝对指标可以直接测量土地转化强度，独立于相对比例，有效补充了UEII等相对指标，并增强了空间解释能力。多项研究强调了这类指标在评估快速增长背景下的城市扩张动态中的重要性[18,31]。该表格为研究范围内的每个市镇提供了2015年至2025年间年均城市面积变化情况，既以公顷/年表示，也以2015年城市化面积的百分比表示。这些指标通过评估土地利用变化的绝对强度，补充了前一张表格中的相对指标（UEII和AUER）。平均年城市增长率的分析（表7）显示，研究区域内各市镇的城市化强度存在高度异质性。一些市镇的增长率较低，每年低于10%，表明城市发展较为温和且受控。例如Casablanca（681.4公顷/年；5.4%）、Mohammedia（116.6公顷/年；8.1%）和Moualine El Oued（47.0公顷/年；7.6%），这些市镇看起来更为成熟，接近土地饱和或受到更严格的城市规划法规的引导。相反，一些市镇的年城市增长率在20%至45%之间，反映了土地压力的快速加剧。例如Oulad Salah（191.9公顷/年；44.6%）、Ech-Challalate（178.2公顷/年；46.1%）、Nouaceur（173.8公顷/年；20.9%）和Jaqma（73.2公顷/年；70.0%）等地区，它们作为过渡性城郊地带，吸收了大量来自Casablanca核心区域的住宅或工业需求。还有一些市镇的城市扩张率极高，超过100%，相当于每年超过10%的增长。例如Sidi Moussa Ben Ali（130.5公顷/年；387.9%）、Ouled Ziyane（83.4公顷/年；173.1%）、Kasbat Ben Mchich（84.5公顷/年；254.0%）、Soualem Trifiya（221.3公顷/年；157.2%）和Fdalate（135.7公顷/年；120.5%）。这些动态表明土地转化异常迅速，可能是由于非正式城市中心的出现或土地使用法规不完善所致。这种趋势在可持续性、服务提供和农业土地保护方面带来了重大挑战。从农业角度来看，城市增长率最高的市镇也是植被损失最大的市镇。在Sidi Moussa Ben Ali、Soualem Trifiya和Kasbat Ben Mchich等地区，十年间的城市增长率超过100%，同时植被面积减少了20%以上，凸显了城乡交界处土地使用冲突的严重性。增长率越高，农村景观破碎化和空间失衡的风险越大。经历爆炸性城市扩张的市镇往往缺乏地域连续性，表现为分散的城市斑块，经常位于正式的土地使用规划框架之外。这些趋势反映了大都市扩张的广泛形式，市场力量往往凌驾于规划机制之上，从而削弱了地域的连贯性和当地农业生态系统的韧性。除了城市化指标（AUER、UEII）和土地利用变化外，整合人口维度对于深入理解地域动态也至关重要。利用2014年和2024年的人口与住房普查数据（RGPH），计算了2014-2024年间每个市镇的年均人口增长率。通过结合人口数据和土地利用动态，这项分析能够批判性地审视人口趋势与城市扩张之间的吻合或不一致。两者之间的显著差异可能表明土地转化失控、过度消耗土地或低密度城市扩张模式的出现。结果揭示了人口增长与城市化之间的普遍相关性，同时也突出了显著差异（图9）。一些边缘市镇，如Sidi Hajjaj Ouad Hassar（+14.14%）、Oulad Salah（+13.13%）、Al Majjatia Oulad Taleb（+11.45%）和Mohammedia（+9.44%），表现出特别高的人口增长率。这些数字与持续的土地人工化水平相符，反映了土地资源、城市服务和农业生态系统的双重压力。图9. 卡萨布兰卡大都会区2014-2024年各市镇年均人口增长率。相反，Moualine El Oued、A?n Harrouda、Oulad Yahya Louta和Casablanca省等市镇的人口增长率较低甚至为负。这种停滞可以归因于中心城区的土地饱和、城市化偏向非住宅功能（工业区、基础设施），或者人口向更易到达的边缘地区迁移。这种交叉分析突出了三种地域类型。第一种类型是活跃的大都市化区域，以快速的城市化和强劲的人口增长为特征，如Oulad Salah、Had Soualem和Bouskoura等市镇。第二种类型是城市化速度超过人口增长的过渡性市镇，如Kasbat Ben Mchich或Ouled Ziane。最后一种类型是土地和人口变化都相对稳定的区域，可能作为缓冲区或农业保护区，如Moualine El Oued或Fdalate。空间和人口动态的联合整合提供了对地域演变的更细致理解，有助于更有针对性地确定城市规划、土地使用监管和农田保护的优先区域，以实现可持续和空间平衡的发展。总体而言，结果表明卡萨布兰卡大都会边缘地区的城市扩张不仅迅速，而且对农业用地的消耗也非常大。相对指标（AUER、UEII）、绝对城市增长率和量化植被损失的结合提供了农业用地日益碎片化的证据，特别是在南部和东南部城郊地带。这些发现定量证实了研究的中心目标，即评估城市扩张对农业用地的影响。4. 讨论使用AUER和UEII指标分析城市化动态，并结合类型学分类，提供了扩张率的全面视图，便于根据土地压力对地区进行排名，并客观揭示了卡萨布兰卡大都会区内的空间差异。结果显示，Casablanca、Ain Harrouda、Berrechid、Bouskoura、Ouled Azzouz、Had Soualem和Dar Bouazza等市镇的AUER和UEII值都很高，表明土地人工化迅速且持续。其他较小的市镇，如Al Majjatia Oulad Taleb和Bni Yakhlef，也显示出强劲的城市增长动态，证实了它们作为城郊中转区的角色。除了个别观察结果外，基于AUER和UEII交叉的类型学分类还识别出四种地域类型（A型至D型）。被归类为A型的市镇，如Bouskoura、Dar Bouazza、Deroua和Had Soualem，同时具有较高的城市化和扩张速度，因此承受着最强的土地转化压力。这些“热点地区”不仅正在经历空间上的转变，还面临着更高的生态退化和食物系统中断的风险[45]。相比之下，像Moualine El Oued或Ouled Yahya Louta这样的D型区域相对稳定，可能起到缓冲作用，防止城市无序扩张。这些发现与之前的空间建模研究结果一致，这些研究强调了城郊镶嵌体在吸收城市增长的同时保持剩余农业功能的作用[46,47,48]。根据本研究的结果，植被和农业用地的量化损失清楚地反映了城郊农业系统所承受的压力。2015年至2025年间，卡萨布兰卡大都会边缘的多个市镇的农业用地面积减少了三分之一到一半以上。这一趋势反映了生产性土地基础的显著收缩以及城市用地与农业用地之间竞争的加剧。从农业角度来看，这种快速的土地转换导致土地利用效率降低，因为肥沃的城郊地块逐渐被低密度的城市开发所取代。AUER和UEII值最高的市镇也经历了最严重的农业用地损失，表明城市扩张对具有高农艺潜力的地区影响尤为严重。这一过程加剧了农场结构的碎片化，削弱了为卡萨布兰卡大都会地区提供服务的农业生产的经济可行性。

在全国范围内，这些模式反映了摩洛哥普遍存在的土地利用动态，即城市增长不断侵入战略性的农业区。在卡萨布兰卡的情况下，农田转换的强度凸显了城市发展目标与农业用地保护之间的结构性失衡，引发了关于长期粮食安全、土地利用效率和领土可持续性的担忧。根据Ren等人的分类[43]，研究区域内的大多数市镇属于“快速发展”或“非常高速发展”类别，这反映了2015年至2025年间土地消耗的动态性。土地利用地图进一步证实了植被区域的严重碎片化和农业用地的显著减少。类似的研究在快速发展的城市地区也发现了类似的趋势，即加速的城市扩张导致农业用地的大规模转换、景观碎片化以及生态系统服务和粮食安全的长期挑战[49,50,51]。这种城市扩张，尤其是在城郊地区，被认为是快速发展的城市中土地退化和农业脆弱性的主要驱动因素[52,53]。在卡萨布兰卡的背景下，城市扩张的时空动态加剧了农业生态系统的空间碎片化，挑战了当地食物系统的韧性。这里描述的人为化过程与其他北非和全球南方大都市观察到的模式相似，其中治理薄弱和市场驱动的土地利用变化加速了不可持续的城市扩张[54]。这些发现与其他摩洛哥大都市地区的观察结果一致，特别是拉巴特-萨莱城郊地区。先前的研究记录了这些地区快速的城市扩张如何导致农业用地的逐步碎片化、农业系统的变化以及城郊农业面临的日益严峻的可持续性挑战[55,56,57]。这些研究表明，城市扩张不仅减少了生产性农田的可用性，还通过加剧的土地竞争、水资源压力和增加的土地利用冲突削弱了农场的可行性[57]。

与拉巴特大都会边缘相比，卡萨布兰卡地区表现出更快、更广泛的土地人为化过程，这得益于其人口规模、经济中心地位和大规模的基础设施发展。这种比较表明，卡萨布兰卡的城市扩张是全国范围内城郊土地压力最严重的形式之一，进一步强调了将城市增长不仅视为一个空间过程，还要视为摩洛哥农业脆弱性和领土失衡的关键驱动因素[55,57]。AUER和UEII这两个指标的结合为指导城市规划、管理城市扩张和保护农业资源提供了有价值的决策工具。这也为未来与位于最易受影响地区的农业用地可持续性水平进行交叉分析打开了大门。最近的研究越来越多地强调这种综合方法[58,59,60]，这些方法突出了将土地利用动态与社会经济和环境指标联系起来的重要性。通过将空间指标与农场层面的评估相结合，不仅可以监测城市压力，还可以预测其对农业可行性、韧性和长期粮食安全的影响。同时，根据该地区的人口背景来解读这些动态有助于更深入地理解所涉及的挑战。根据2024年的人口和住房普查[26]，卡萨布兰卡-塞塔特地区仍然是该国人口最多的地区，拥有769万居民，占全国人口的20.9%，城市化率为73.3%，远高于全国平均水平的62.8%。2014年至2024年间年均人口增长率为1.21%，这推动了对住房、基础设施和服务的强劲需求，对城郊土地造成了巨大压力。多个市镇观察到的高AUER值（有时年增长率超过10%）反映了这一动态，通常是以牺牲农业空间为代价的。这一趋势发生在人口转型的更广泛背景下，该地区的生育率持续下降（TFR = 1.90），人口逐渐老龄化（全国60岁以上人口占比13.8%），使得战略性地管理领土资源变得尤为重要。在其他快速城市化的地区也记录了类似的动态[61,62,63,64]，其中人口增长与结构性社会经济变化相结合，重塑了居住模式并加剧了土地利用冲突。

为了更好地规范城市增长，新的城镇如Zenata和Lahraouiyine在卡萨布兰卡边缘的前农业用地上建立，符合大都市重新平衡的战略。这些项目与2010年修订的《大卡萨布兰卡城市发展总体规划》（SDAU）的目标一致，该规划为期20年。这份由城市机构制定的战略文件旨在将卡萨布兰卡打造成一个开放、有竞争力和可持续的大都市。该计划提出了基于三个轴线的空间组织：一个致力于工业的沿海区域，一个以第三产业和技术园区为重点的东南部扩展区，以及加强外围枢纽以改善城乡平衡[65]。2014年的修订版进一步细化了这些方向，指定了超过25,000公顷用于城市扩张，20,000公顷用于住房，5,000公顷用于经济区[66]。然而，这一战略也导致了城郊农业用地的显著人为化，引发了对该大都市扩张模式长期可持续性的担忧。在其他大都市背景下也提出了类似的批评[67,68,69]，其中旨在提高竞争力和空间公平性的大规模规划策略往往会产生意想不到的后果，如加速的土地消耗、肥沃土壤的流失和社会空间不平等的加剧。本研究的结果揭示了卡萨布兰卡城郊地区农业用地迅速转变为建成区的现象，特别是在Nouaceur、Bouskoura、Mediouna和Had Soualem等市镇。这些变化反映了修订后的SDAU中设想的城市政策的有效实施，该政策旨在减轻市中心的压力并适应人口增长。卫星数据证实了这一趋势，1986年至2018年间城市化面积增加了145%，主要是以牺牲农业用地为代价[70]。具体地区展示了作为国家主导或地方政府项目的一部分，农业用地被有意重新分类为可开发区域的例子。例如，在Nouaceur，围绕穆罕默德五世机场开发的Aéropole区域导致了大面积农业用地的人为化，符合卡萨布兰卡城市机构设定的规划指南[71]。同样，Errahma和Lahraouiyine的城市枢纽也在前农业用地上发展起来，以吸收卡萨布兰卡的部分人口增长并促进大都市范围内的领土再平衡。这些结构化项目反映了应对城市化需求的努力。然而，一些地区在空间连贯性和基础设施方面仍面临挑战，这突显了需要更细致和局部化的解读。

《国家领土规划宪章》（CNAAT）和国家战略（如土地所有权战略）在指导这些转变中发挥了核心作用。受监管的农业用地转换、社会住房计划和新的治理机制都促进了这一动态，同时强调了维持城市化与农业功能之间可持续平衡的必要性[72]。最后，这项研究与关于可持续城市化和城郊韧性的文献中的广泛发现一致。当城市扩张不受监管时，不仅会减少农业用地，还会破坏生态系统服务，增加社会空间不平等，并危及长期粮食安全。多位作者[73,74,75,76]强调，城郊界面既是脆弱性区域，也是治理和土地利用规划创新的机遇。加强这些地区的韧性需要综合政策，平衡城市扩张与农业保护，促进多功能景观的发展，并促进包容性的决策。这些方法对于确保大都市增长不会破坏可持续城市未来所依赖的生态和社会基础至关重要。迫切需要基于证据的城市治理，利用遥感工具和地理空间分析来预测风险并保护战略性的农田。在摩洛哥人口最多、经济最重要的卡萨布兰卡大都市地区，城市扩张的时空动态凸显了制定针对城郊现实的综合和参与式土地利用政策的紧迫性。从城市增长和人口动态的交叉分析中得出的一个关键观察结果是，多个市镇的土地人为化速度与人口增长速度之间存在差异。例如，Kasbat Ben Mchich和Ouled Ziyane等地区的城市增长超过了150%，而其人口增长相对较低。这种差距可能表明存在投机性城市扩张、土地分配效率低下或监管执行不力等问题，这些问题在非洲和亚洲的其他快速发展的城郊地区也有记录[18,31]。这种不匹配引发了关于城市空置、服务提供碎片化以及对气候和经济冲击的脆弱性增加的担忧。

5. 结论与建议

对2015-2025年卡萨布兰卡周边地区的时空分析显示了特别显著的城市化动态，无论是从速度（AUER）还是强度（UEII）来看。这两个指标的结合使得能够在市镇层面量化土地利用变化的程度，并根据土地压力水平对领土进行分类。结果表明，城市扩张呈普遍趋势，最强烈的动态集中在卡萨布兰卡的南部和东部城郊地区。这种城市扩张伴随着植被面积的显著减少、农业空间的碎片化以及土壤人为化的增加。同时，2024年人口和住房普查（RGPH）的人口数据证实，卡萨布兰卡-塞塔特地区仍然是全国人口集中和土地压力最大的中心。人口增长、住房需求和城市扩张之间的相互作用给领土规划带来了重大挑战，特别是在保护农业用地和空间平衡方面。本研究使用的工具（指标、地图、分类）为制定空间规划策略提供了坚实的分析基础。为了支持现有的领土规划工作，可以考虑几个补充措施来提高可持续性。加强具有高生产价值或生态价值的农业区的保护尤为重要。逐步将遥感和空间分析工具整合到城市规划文件中，也有助于更好地协调观察到的领土动态与计划中的发展。在不断扩大的城市核心周围创建绿色带可能有助于保持农业生态的连续性。此外，建立基于卫星图像的土地利用变化定期监测系统将增强预测能力。最后，加强市镇、城市规划机构和土地利益相关者之间的协调将提高政策的连贯性，并支持更加包容和可持续的大都市发展轨迹。最后，应当强调，这项研究的发现基于对卡萨布兰卡大都会边缘的详细案例研究，应据此进行解读。虽然本研究开发的分析框架、空间指标和方法论方法具有普遍性，可以应用于其他大都市地区，但实证结果反映了当地的人口动态、规划实践和领土特性。未来将这一框架扩展到摩洛哥其他大都市地区或国际大都市地区的研究，将有助于进行比较分析，并有助于更全面地理解城市扩张及其对农业用地的影响。