陰英超 高敏華 梁霞 張秀麗

1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 830046；2.托克遜縣國土資源局 838100

基于全國第二次土地調(diào)查和Lorenz曲線的土地利用結(jié)構(gòu)分析
——以新疆托克遜縣為例

陰英超1高敏華1梁霞2張秀麗1

1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 830046；2.托克遜縣國土資源局 838100

基于全國第二次土地調(diào)查中的托克遜縣2008年土地利用數(shù)據(jù)，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的洛倫茨曲線和基尼系數(shù),進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明：2008年托克遜縣未利用地分布較為均勻，基尼系數(shù)為0.136；林地、草地其次, 基尼系數(shù)為0.320、0.325；交通用地、建設(shè)用地、水域、耕地和園地曲線距絕對(duì)均勻線較遠(yuǎn)，基尼系數(shù)分別為0.425、0.547、0.668、0.740、0.772，分布極不均衡，均超出0.4的國際警戒線。各項(xiàng)用地的離散或集中程度，可為托克遜縣的土地資源合理利用及結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

國土二調(diào)；Lorenz曲線；基尼系數(shù)；土地利用結(jié)構(gòu)

土地利用是一個(gè)包含自然和人文活動(dòng)的綜合過程,是人類活動(dòng)的產(chǎn)物。土地利用及其變化作為全球環(huán)境變化研究的一個(gè)重要組成部分,長期以來一直受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。全國土地調(diào)查作為一項(xiàng)重大的國情調(diào)查，目的是全面查清全國土地利用狀況,掌握真實(shí)的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù),滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、土地宏觀調(diào)控及國土資源管理的需要。我國自1984年至1996年歷時(shí)12年進(jìn)行了第一次土地調(diào)查。根據(jù)國務(wù)院部署,從2008年7月1日起開展全國第二次土地調(diào)查。

土地利用結(jié)構(gòu)是人類長期生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果，反映了土地利用類型在地域上的配置及其對(duì)比關(guān)系。當(dāng)前，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)分析方法的探討已經(jīng)成為土地科學(xué)研究的焦點(diǎn)，多種研究方法被廣泛應(yīng)用,如信息熵方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、RS-GIS方法、最優(yōu)線性規(guī)劃法等,上述方法較為復(fù)雜,工作量也比較大。而經(jīng)濟(jì)學(xué)中的洛倫茨（Lorenz）曲線－基尼系數(shù)的方法操作簡單，并且能較準(zhǔn)確、直觀地反映土地利用結(jié)構(gòu)，因此本研究應(yīng)用洛倫茨曲線和基尼系數(shù)的基本原理，結(jié)合第二次土地調(diào)查成果，對(duì)托克遜縣2008年土地利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期為優(yōu)化配置土地資源和區(qū)域產(chǎn)業(yè)合理布局提供指導(dǎo)，為托克遜縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略制定、區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善等提供一定參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

托克遜縣位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，天山南麓，托克遜盆地西部。總體地勢西北高東南低，三面山地環(huán)繞。地貌分為山地、丘陵、平原。氣候?qū)倥瘻貛Ц珊祷哪畾夂颉Ｍ锌诉d縣下轄4鄉(xiāng)4鎮(zhèn)，分別是：博斯坦鄉(xiāng)、郭勒布依鄉(xiāng)、夏鄉(xiāng)、伊拉湖鄉(xiāng)、托克遜鎮(zhèn)、庫米什鎮(zhèn)、庫加依鎮(zhèn)、石烽鎮(zhèn)，另有縣直轄土地。近兩年來，托克遜縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，建立了煤電、煤化工、無機(jī)鹽化工、有色金屬和非金屬“五大產(chǎn)業(yè)”。但是，水資源的極度缺乏、極端的氣候環(huán)境、獨(dú)特的盆地結(jié)構(gòu)及非常低的植被覆蓋度，形成了十分脆弱的生態(tài)環(huán)境。如果不注重生態(tài)保護(hù)，尤其北部山區(qū)是綠洲區(qū)域發(fā)展的水資源的供給區(qū)，其生態(tài)環(huán)境的微小變化都會(huì)對(duì)綠洲區(qū)產(chǎn)生巨大影響。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

國土二調(diào)中托克遜縣農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀調(diào)查采用影像糾正后的正射影像圖（0. 61m分辨率QUICKBIRD衛(wèi)星遙感影像）作為主要信息源，比例尺為1:10000和1: 50000，以1996年土地利用現(xiàn)狀圖、2006年土地利用更新調(diào)查數(shù)據(jù)、2006年托克遜縣統(tǒng)計(jì)年鑒等現(xiàn)有數(shù)據(jù)為輔助信息源。本文采用調(diào)查后獲得的2008年托克遜縣土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合我國土地利用現(xiàn)狀分類系統(tǒng)，選取耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、交通用地、水域和未利用地8種土地利用類型，對(duì)新疆托克遜縣土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.2 技術(shù)路線

采用航天遙感技術(shù)獲取客觀現(xiàn)時(shí)的地面影像，基于DEM和GPS控制點(diǎn)的微分糾正技術(shù)將獲得的地面影像進(jìn)行正射糾正，提高影像的幾何精度；采用星歷參數(shù)和物理成像模型相結(jié)合的衛(wèi)星影像定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無控制點(diǎn)或稀少控制點(diǎn)地區(qū)的影像校正，生成正射影像圖。采用遙感圖像處理軟件ERDAS8.6、地理信息系統(tǒng)軟件Mapgis6.7，將土地利用現(xiàn)狀圖與1:1萬、1:5萬主比例尺的正射影像圖進(jìn)行疊加，作為調(diào)查基礎(chǔ)底圖，進(jìn)行G P S引導(dǎo)的外業(yè)調(diào)查并準(zhǔn)確記錄土地利用變化信息。以外業(yè)調(diào)繪圖件為基礎(chǔ)，采用成熟的目視解譯與計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別相結(jié)合的信息提取技術(shù)，在蒼穹ARCGIS軟件中對(duì)每一地塊的形狀、范圍、位置進(jìn)行數(shù)字化，準(zhǔn)確獲取每一塊土地的界線、范圍、面積等土地利用信息。根據(jù)第二次全國調(diào)查總體方案和數(shù)據(jù)庫建設(shè)相關(guān)規(guī)范的要求，以本次調(diào)查形成的土地利用、土地權(quán)屬、基本農(nóng)田等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)、GIS軟件、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立托克遜縣土地利用數(shù)據(jù)庫，從而得到2008年托克遜縣土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的洛倫茨（Lorenz）曲線－基尼系數(shù)的方法，對(duì)托克遜縣現(xiàn)時(shí)的土地結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分別進(jìn)行直觀描述和定量描述。技術(shù)流程見圖1。

圖1 技術(shù)路線圖

2.3 洛倫茨曲線的基本原理

洛倫茨曲線在經(jīng)濟(jì)學(xué)上常用作地區(qū)之間收入差距或財(cái)富不平等的分析手段，是美國經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)學(xué)家M.Lorenz在20世紀(jì)初期提出的。它利用頻率累積數(shù)繪制成的曲線來刻畫不平等(集中或分散)程度。洛倫茨曲線在坐標(biāo)軸中的意義是：坐標(biāo)橫軸和縱軸上的點(diǎn)都是由累計(jì)百分比構(gòu)成，曲線上任意一點(diǎn)的含義是某一百分比的人口擁有的財(cái)富百分比。洛倫茨曲線為向外凸的曲線，與橫坐標(biāo)成45°夾角時(shí)，稱為絕對(duì)均勻線。當(dāng)曲線距離絕對(duì)均勻線越近時(shí)表示地區(qū)間收入差距越小，財(cái)富分配較為平等；反之，則表示地區(qū)間收入差距越大，財(cái)富分配越不平等。本文利用這一原理來研究托克遜縣土地利用類型的分散或集中的程度。

2.4 基尼系數(shù)的原理

基尼系數(shù)是意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼于1922年提出，是國際上用來綜合考察居民內(nèi)部收入分配差異狀況的一個(gè)重要分析指標(biāo)。一般認(rèn)為，若低于0.2表示收入絕對(duì)平均，0.2～0.3表示比較平均，0.3～0.4表示相對(duì)合理，0.4～0.5表示收入差距較大，0. 6以上表示收入差距懸殊。本文利用這一原理來定量描述土地利用類型在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的分布情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 國土二調(diào)成果整理

3.1.1 矢量數(shù)據(jù)

對(duì)套合后的影像進(jìn)行目視解譯，并與外業(yè)地類實(shí)地調(diào)查結(jié)合，將外業(yè)獲取的各類要素采用蒼穹ARCGIS軟件完成轉(zhuǎn)繪工作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和檢查。圖2示出托克遜縣農(nóng)區(qū)矢量圖。

3.1.2 農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀一級(jí)分類面積

采用蒼穹國土軟件建立土地利用數(shù)據(jù)庫，在業(yè)務(wù)庫中計(jì)算臺(tái)帳，導(dǎo)出2008年托克遜縣農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀一級(jí)分類面積匯總表(表1)。

3.2 空間洛倫茨曲線分析

3.2.1 洛倫茨曲線的繪制

首先，利用各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2008年各地類土地利用原始數(shù)據(jù)，求出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)某地類的區(qū)位熵。區(qū)位熵又稱為專門化率，指某一地區(qū)該土地利用類型面積占托克遜縣該土地類型總面積的比值與該鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地總面積占托克遜縣土地總面積之比。公式為Q=(A1/ A2)/(A3/A4)=各地類面積百分比/總土地面積百分比。

式中：Q為區(qū)位熵；A1為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)某種土地利用類型的面積，hm2；A2為托克遜縣某土地類型總面積，hm2；A3為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地總面積，hm2；A4為托克遜縣土地總面積，h m2。其次，按區(qū)位熵大小，依次列出各區(qū)各地類面積占總土地面積的百分比，并計(jì)算累計(jì)百分比，這里僅以耕地為例，其它地類略(表2)。

表12008 年托克遜縣農(nóng)村土地利用面積匯總表

表22008 年托克遜縣耕地及總面積累計(jì)百分比

最后，以總土地面積累計(jì)百分比為橫坐標(biāo)，以某地類面積累計(jì)百分比為縱坐標(biāo)，各取100長度，以各累計(jì)數(shù)繪制坐標(biāo)點(diǎn)，得到的曲線至絕對(duì)均勻線的離差就是該地類實(shí)際分布與其在全縣均勻分布的差異測度，如圖3所示。越接近絕對(duì)均勻線，曲線離差較小，表明該地類在全縣分布越均勻；反之，離絕對(duì)均勻線較遠(yuǎn)的曲線，表明該土地利用類型在全縣中的區(qū)域分布差異較大，即分布相對(duì)分散。

圖32008 托克遜縣各項(xiàng)用地洛倫茨曲線

3.2.2 空間洛倫茨曲線分析

從圖3中可以看出，未利用地的洛倫茨曲線與絕對(duì)均勻線較近，說明這種用地類型在托克遜縣分布較為分散，即分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的面積比例大致相等；林地、草地其次；耕地和園地曲線距絕對(duì)均勻線最遠(yuǎn)，這兩種用地類型在托克遜縣分布極不均衡，即某些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地、園地?cái)?shù)量所占比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均水平。

其次，根據(jù)空間洛倫茨曲線的斜率和拐點(diǎn)位置判斷某鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用的專門化程度。某一條洛倫茨曲線從原點(diǎn)開始，各點(diǎn)順序與該土地利用類型的區(qū)位熵順序一致[7]，斜率大于1的點(diǎn)說明該鄉(xiāng)鎮(zhèn)某種地類在全縣該地類的比例高于該鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地總面積占全縣總面積的比例。以圖1中耕地的洛倫茨曲線為例，從原點(diǎn)開始，自下向上分別代表石烽鎮(zhèn)、縣直轄、庫加依鎮(zhèn)、庫米什鎮(zhèn)、伊拉湖鄉(xiāng)、博斯坦鄉(xiāng)、郭勒布依鄉(xiāng)、夏鄉(xiāng)、托克遜鎮(zhèn)等，石烽鎮(zhèn)－伊拉湖鄉(xiāng)連線斜率較小，說明耕地在這五個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布較少，在博斯坦鄉(xiāng)斜率開始增大，說明博斯坦鄉(xiāng)單位面積上耕地面積比例較大。事實(shí)上也正是如此，石烽鎮(zhèn)約占全縣4.84%的土地上分布的耕地僅占全縣的0.03%，而托克遜鎮(zhèn)僅占全縣0.09%的土地，其耕地面積占全縣的1.55%。同理，其他七種土地利用類型也可用相同方法進(jìn)行分析，空間洛倫茨曲線法得到的分析結(jié)果和現(xiàn)實(shí)情況基本相符。

3.3 基尼系數(shù)分析

洛倫茨曲線直觀地刻畫了某種土地利用類型在全縣空間分布的差異程度，但尚未對(duì)其精確量化。為此，本文引入基尼系數(shù)，來進(jìn)一步定量描述各土地利用類型的分布差異程度。

3.3.1 基尼系數(shù)的計(jì)算

在洛倫茨曲線圖上，基尼系數(shù)反映的幾何意義是曲線與絕對(duì)均勻線之間面積和絕對(duì)均勻線以下的三角形面積之比，因此，也稱為洛倫茨系數(shù)。

基尼系數(shù)的計(jì)算方法有多種,常用公式是[8]：

式中:G為基尼系數(shù)；Xi為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地占全縣土地面積的累計(jì)百分比；Yi為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)某一用地類型面積累計(jì)百分比。本研究選擇了托克遜縣8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和縣直轄土地，故i的取值范圍是0

3.3.2 基尼系數(shù)分析

未利用地的基尼系數(shù)0.136＜0.2，表示分布很平均；林地和草地的基尼系數(shù)表示分布比較平均；交通用地、建設(shè)用地、水域、耕地、園地分布不均勻，都超過了0.4的國際警戒線，說明開發(fā)程度差異較大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)間較不平衡。分析結(jié)果與洛倫茨曲線分析出的結(jié)果相同。

4 結(jié)論與討論

從以上分析可以看出，托克遜縣土地利用結(jié)構(gòu)分布基本符合地形、地貌特征。但是交通用地、耕地、園地分布相對(duì)較不均勻，原因如下：

(1)在洛倫茨曲線上看，交通用地從伊拉湖鄉(xiāng)開始，到郭勒布依鄉(xiāng)、夏鄉(xiāng)、托克遜鎮(zhèn)，斜率持續(xù)增大，說明這幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通用地面積相對(duì)較大。這幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)是托克遜縣的高度發(fā)展區(qū)，對(duì)交通用地的需求較大。郭勒布依鄉(xiāng)和夏鄉(xiāng)有312國道通過，縣境內(nèi)路段里程14公里。2005年，九龍公路的修建也使夏鄉(xiāng)交通用地的比重明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。因此，應(yīng)充分發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H，未來的發(fā)展定位應(yīng)該是托克遜縣政治、經(jīng)濟(jì)中心及現(xiàn)代物流核心區(qū)。

(2)托克遜縣處于極度干旱條件下，降水稀少。水資源量的大小決定區(qū)域土地利用的核心——綠洲的大小，水資源來源于西部阿拉溝和北部的白楊河，經(jīng)過地表和地下兩種方式遠(yuǎn)距離輸送到地勢平緩、土壤條件優(yōu)越的平原，形成綠洲，綠洲規(guī)模完全由水資源的多寡決定。白楊河流經(jīng)伊拉湖鄉(xiāng)、郭勒布依鄉(xiāng)、博斯坦鄉(xiāng)、夏鄉(xiāng)、托克遜鎮(zhèn)，因此這幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綠洲范圍較大，即耕地和園地分布比較集中，面積比例較大。

洛倫茨曲線合理、直觀、簡明，基尼系數(shù)可定量化描述分布情況，本文結(jié)合兩者進(jìn)行研究，揭示了托克遜縣2008年土地利用空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為切實(shí)保護(hù)現(xiàn)有的土地資源，促進(jìn)土地利用結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，土地節(jié)約集約利用提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 楊衛(wèi)國.第二次土地調(diào)查若干問題探討[J].現(xiàn)代測繪.2008,31(4):34-37.

[2] 董高梅，秦巖賓，李奎等. MAPGIS在第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的應(yīng)用[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào).2008,28(4):352-354.

[3] 鄧晶,刁承泰.基于空間洛倫茨曲線和基尼系數(shù)的土地利用結(jié)構(gòu)分析[J].國土與自然資源研究.2008(1):38-40.

[4] 施衛(wèi)國.一種簡易的基尼系數(shù)的計(jì)算方法[J].江蘇統(tǒng)計(jì).1997(2):16-18.

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目資助（20050755002）

表3 托克遜縣各項(xiàng)用地基尼系數(shù)