崔艷琳

（甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000）

白銀市土地利用結(jié)構(gòu)分析

崔艷琳

（甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000）

文章以白銀市為例，選用土地利用多樣化指數(shù)、區(qū)域組合類型、土地利用類型區(qū)位指數(shù)這三個指數(shù)，進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)分析，并選用信息熵、均衡度和集中度這三個指數(shù)，對2010-2014年白銀市的土地利用結(jié)構(gòu)按照時間變化進(jìn)行分析，從而使人們更好地認(rèn)識土地利用與人口、自然、社會和經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性及土地利用類型的空間分布規(guī)律，促進(jìn)白銀市各部門協(xié)調(diào)發(fā)展。

白銀；土地利用結(jié)構(gòu)；多樣化；區(qū)位指數(shù)；信息熵

土地是由地球陸地部分一定高度和深度范圍內(nèi)的巖石、礦藏、土壤、水文、大氣和植被等要素構(gòu)成的自然綜合體，是一切生產(chǎn)資料和生活資料的源泉和依托。土地利用結(jié)構(gòu)是指一個國家、地區(qū)或生產(chǎn)單位的土地面積中各種用地之間的比例關(guān)系或組成，也稱為土地利用構(gòu)成[1]。土地利用結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了土地資源在各產(chǎn)業(yè)間的配置與利用狀況及各類用地比例關(guān)系[2]。結(jié)構(gòu)決定功能[3-5]，土地利用結(jié)構(gòu)直接反映了一定時期內(nèi)的土地利用狀況，合理的土地利用結(jié)構(gòu)能夠保持土地利用系統(tǒng)的良性循環(huán)，提高土地利用率，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)各部門協(xié)調(diào)發(fā)展[6,7]。土地利用結(jié)構(gòu)分析是指對研究區(qū)域內(nèi)各土地利用類型數(shù)量、分布及其組合情況的分析[8]。對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，方便人們更好地認(rèn)識土地利用與人口、自然、社會和經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性及土地利用類型的空間分布規(guī)律，從而分析土地利用布局的區(qū)域差異性與合理性[9]，它是土地利用研究的基礎(chǔ)，也是合理利用土地資源，并對其實施動態(tài)監(jiān)管和有效控制的重要環(huán)節(jié)[10]。

文章選用土地利用多樣化指數(shù)、區(qū)域組合類型、土地利用類型區(qū)位指數(shù)、信息熵、均衡度和集中度這六個指數(shù)，對白銀市土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為提高白銀市土地利用效率，協(xié)調(diào)各部門之間工作打下基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

白銀市地處東經(jīng)103'-105'，北緯35'-37'，位于黃河上游甘肅省中部地帶，東與寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)、海原、西吉縣接壤，東南與平?jīng)龅貐^(qū)靜寧縣相連，南部及西南部與定西地區(qū)通渭、定西縣為界，西與蘭州市榆中、皋蘭、永登縣毗鄰，西北與武威地區(qū)天祝、古浪縣接壤，北面及東北與內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗及寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)縣連接。白銀東西寬174.75km，南北長249.2km?？偯娣e2.12萬km2，占甘肅總面積的4.4%。

白銀市屬騰格里沙漠和祁連山余脈向黃土高原過渡地帶，地勢由東南向西北傾斜，全境呈桃葉形狹長狀，黃河呈"S"形在腰中貫穿全境，將地形分為西北與東南兩部分。自西北向東南，景泰、靖遠(yuǎn)、會寧三縣城呈一字形構(gòu)成桃葉主莖;自西向東，白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)呈一字形橫列桃葉中心。海拔在1275-3321m之間。年均氣溫8.9℃，降水量為160～450mm，季節(jié)分配不均，夏秋多雨、冬春少雨[11]。白銀因礦得名，因企設(shè)市，是我國典型的資源型城市，其銅產(chǎn)量、產(chǎn)值、利稅連續(xù)18年居全國同行業(yè)第一，被譽(yù)為中國“銅城”。

2 研究方法

2.1 土地利用多樣化指數(shù)

土地利用結(jié)構(gòu)多樣化分析主要分析區(qū)域內(nèi)各種類型土地資源的齊全程度或多樣化程度[12]，其模型為：

式中，GM為多樣化指數(shù)，fi為第i種土地利用類型的面積。若某一地區(qū)只有一種土地類型，則多樣化指數(shù)為0，如果土地均勻地分布在各種類型中，則多樣化指數(shù)為1。

2.2 區(qū)域組合類型

研究采用威弗-托馬斯組合系數(shù)法。步驟為：

（1）各土地類型按面積相對比例由大到小順序。（2）假設(shè)土地只分配給一種類型，則這一種類型的假設(shè)分布為100%，其他類型的假設(shè)分布為0；如果僅為分配給前兩種類型，那么這兩種類型的假設(shè)分布為50%，其他類型的假設(shè)分布為0；以此類推，如果土地均勻分配給10種類型，則假設(shè)分布均為10%。（3）計算和比較每一種假設(shè)分布于實際分布之差的平方和最小的假設(shè)分布組合類型（即最小組合系數(shù)所對應(yīng)的組合類型），這種組合類型即為該區(qū)域土地組合類型。

2.3 土地利用類型區(qū)位指數(shù)

研究采用威弗-托馬斯組合系數(shù)法。步驟為：

（1）各土地類型按面積相對比例由大到小順序。

（2）假設(shè)土地只分配給一種類型，則這一種類型的假設(shè)分布為100%，其他類型的假設(shè)分布為0；如果僅為分配給前兩種類型，那么這兩種類型的假設(shè)分布為50%，其他類型的假設(shè)分布為0；以此類推，如果土地均勻分配給10種類型，則假設(shè)分布均為10%。

（3）計算和比較每一種假設(shè)分布于實際分布之差的平方和最小的假設(shè)分布組合類型（即最小組合系數(shù)所對應(yīng)的組合類型），這種組合類型即為該區(qū)域土地組合類型。

2.4 土地利用類型區(qū)位指數(shù)

土地利用類型區(qū)位指數(shù)反映某一地區(qū)各種土地相對于高層次區(qū)域空間的相對聚集程度，計算公式為：

式中，Qi為區(qū)位指數(shù)，fi為區(qū)域內(nèi)第i種土地的面積，F(xiàn)i為高層次區(qū)域內(nèi)第i種土地的面積。為該區(qū)域內(nèi)各種土地類型的面積之和，為高層次區(qū)域內(nèi)的各種土地利用類型的面積之和。如果Qi＞1，則該種土地具有區(qū)位意義，如果Qi＜1，則不具有區(qū)位意義。

2.5 信息熵

假設(shè)某一地區(qū)的土地總面積為A，共分n類土地利用類型，各類型的面積分別為則：

各類型所占比例Pi為：

式中：H為土地利用結(jié)構(gòu)信息熵，信息熵的大小可以反映區(qū)域土地利用系統(tǒng)的有序程度，一般來說，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值越小，土地利用系統(tǒng)的有序程度越高，反之亦然。當(dāng)區(qū)域內(nèi)各種土地利用類型的面積相等時，即P1=P2=…=Pn=1/n時，信息熵值達(dá)到最大。

3 結(jié)果與分析

3.1 白銀市土地利用結(jié)構(gòu)多樣化分析

根據(jù)2014年白銀市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查分縣區(qū)數(shù)據(jù)，按照耕地、園地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地、其他土地這九種類型，計算得到白銀市五個縣區(qū)的土地利用多樣化指數(shù)，計算結(jié)果見表1。

表1 白銀市2014年各區(qū)域土地利用多樣性指數(shù)表

分析結(jié)果顯示：白銀市整體的多樣性指數(shù)為0.5549，土地利用類型豐富。白銀市所轄五個縣區(qū)中，會寧縣的土地利用多樣性指數(shù)最高，為0.6693，土地利用類型較豐富；靖遠(yuǎn)縣和平川區(qū)次之，土地利用多樣性指數(shù)分別為0.4988和0.4870，土地利用類型較不豐富，且低于白銀市整體；白銀區(qū)和景泰縣土地利用多樣性指數(shù)僅相差0.0066，多樣性性指數(shù)分別為0.3609和0.3543；五個縣區(qū)土地利用多樣性指數(shù)從大到小排列為：會寧縣＞靖遠(yuǎn)縣＞平川區(qū)＞白銀區(qū)＞景泰縣。

3.2 白銀市土地利用區(qū)域組合類型分析

3.2.1 按面積比例大小排序

將白銀市所轄五個縣區(qū)的各種土地利用類型分別按面積相對比例由大到小的順序排列，見表2至表6。

表2 白銀區(qū)土地利用類型面積排序表

白銀區(qū)土地利用類型按比例從高到低排列各地類依次為：其他土地、耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、其他農(nóng)用地、林地、交通水利用地、園地、其他建設(shè)用地、牧草地。

表3 平川區(qū)土地利用類型面積排序表

平川區(qū)土地利用類型按比例從高到低排列各地類依次為：其他土地、耕地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、其他農(nóng)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地、園地、牧草地。

表4 靖遠(yuǎn)縣土地利用類型面積排序表

靖遠(yuǎn)縣土地利用類型按比例從高到低排列各地類依次為：其他土地、耕地、其他農(nóng)用地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、園地、交通水利用地、其他建設(shè)用地、牧草地。

表5 會寧縣土地利用類型面積排序表

會寧縣土地利用類型按比例從高到低排列各地類依次為：耕地、其他土地、林地、其他農(nóng)用地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、牧草地、交通水利用地、園地、其他建設(shè)用地。

表6 景泰縣土地利用類型面積排序表

景泰縣土地利用類型按比例從高到低排列各地類依次為：其他土地、耕地、林地、其他農(nóng)用地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、園地、交通水利用地、其他建設(shè)用地、牧草地。

3.2.2 土地利用類型分配

假設(shè)土地只有一種類型，則這一種類型的假設(shè)分布是100%，其他類型的假設(shè)分布為0；如果給前兩種類型，那么這兩種類型的假設(shè)分布為50%，其他類型的假設(shè)分布為0；依次類推，得到白銀市三縣兩區(qū)假設(shè)的各種土地利用類型及分布比例，并計算和比較每一種假設(shè)分布與實際分布之差的平方和，得到組合系數(shù)。

3.2.3 組合類型匯總

選擇組合系數(shù)最小的假設(shè)分布類型，這種組合類型即為該區(qū)域土地組合類型，結(jié)果見表7。

表7 白銀市下轄縣區(qū)2014年土地利用組合類型表

結(jié)果表明，白銀市整體土地利用類型組合較單一，以其他土地為主。靖遠(yuǎn)縣土地利用類型組合數(shù)最多，由其他土地、耕地、其他農(nóng)用地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、園地和交通水利用地組成，土地利用類型多樣，齊全程度最高；會寧縣次之，也僅有兩種土地類型，為其他土地和耕地；白銀區(qū)、平川區(qū)和景泰縣這三個縣區(qū)的組合類型都僅僅只有其他土地，土地利用類型組合單一。

3.3 白銀市土地利用類型區(qū)位指數(shù)分析

根據(jù)2014年白銀市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查分縣區(qū)數(shù)據(jù)，按照耕地、園地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地、其他土地這9種類型，計算得到白銀市土地利用類型區(qū)位指數(shù)結(jié)果，見表8。

表8 白銀市2014年各區(qū)域土地利用區(qū)位指數(shù)表

分析結(jié)果顯示：白銀區(qū)中的城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地和其他土地這四種土地利用類型具有區(qū)位意義，表明這四種土地類型是白銀區(qū)最主要的土地利用類型；平川區(qū)主要的土地利用類型是城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地、其他建設(shè)用地和其他土地；靖遠(yuǎn)縣中的園地和其他土地這兩種土地利用類型具有區(qū)位意義；會寧縣的主要土地利用類型是耕地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地；景泰縣的園地、交通水利用地和其他土地這三種土地利用類型具有區(qū)位意義。

會寧縣的耕地區(qū)位指數(shù)最高，為1.7935；景泰縣的園地區(qū)位指數(shù)最高，為1.7604；會寧縣的林地區(qū)位指數(shù)最高，為2.0697，遠(yuǎn)高于位居第二的平川區(qū)；會寧縣的牧草地區(qū)位指數(shù)最高，為3.3667，是景泰縣的30倍左右；會寧縣的其他農(nóng)用地區(qū)位指數(shù)最高，為1.8805；白銀區(qū)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地和其他建設(shè)用地的區(qū)位指數(shù)都最高，分別為2.5554、2.7672和3.5087；會寧縣的其他土地區(qū)位指數(shù)最高，

為1.2968。城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利用地和其他土地在多數(shù)區(qū)域具有區(qū)位意義，表明這三種土地利用類型是白銀市最主要的三種土地利用類型。

3.4 信息熵

根據(jù)白銀市2010—2014年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，計算得到白銀市整體及下轄的三縣兩區(qū)的信息熵見表9。

表9 白銀市整體及下轄三縣兩區(qū)2010年-2014年信息熵值

白銀市整體及下轄三縣兩區(qū)信息熵變化折線圖見圖1至圖6。

圖1 白銀市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

圖2 白銀區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

圖3 平川區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

圖4 靖遠(yuǎn)縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

圖5 會寧縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

圖6 景泰縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖

根據(jù)系統(tǒng)論原理，熵是用來表達(dá)某個系統(tǒng)的存在狀態(tài)，反映系統(tǒng)的穩(wěn)定劑有序程度，而且熵的變化還可以表征系統(tǒng)的演化方向。系統(tǒng)的信息熵越接近于0，表明系統(tǒng)越穩(wěn)定；熵值越大，系統(tǒng)受干擾程度越大，系統(tǒng)的復(fù)雜性越大、不確定性越大越無序。

從白銀市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖可以看出，白銀市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵在2010-2013年不斷增加，但總體變化不大，最大值和最小值之間相差0.0066Nat，說明這三年間白銀市土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度不大；2013-2014年，白銀市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵減小了0.0227Nat，說明白銀市土地利用系統(tǒng)在2003-2004年向相對無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變。景泰縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖和白銀市土地利用信息變化類似，2010-2013年，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵增加，減小值為0.0089Nat，2013-2014年，景泰縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵有所增大，土地利用系統(tǒng)向相對無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

白銀區(qū)、平川區(qū)和會寧縣這三個縣區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化圖類似，2010-2014年，信息熵總體呈現(xiàn)上升趨勢，土地利用系統(tǒng)逐漸變得有序，白銀區(qū)、平川區(qū)和會寧縣信息熵最大值和最小值分別相差0.202Nat、0.0163Nat和0.0038Nat。

白銀市所轄的三縣兩區(qū)相比，白銀區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵相對較小，土地利用系統(tǒng)越穩(wěn)定，白銀市整體的熵值整體較大，所以白銀市土地利用系統(tǒng)越復(fù)雜，不確定性越大。

[1]楊肖麗.GIS支持的寶應(yīng)縣土地利用結(jié)構(gòu)研究[D].南京：南京師范大學(xué),2003.

[2]SUNHonglie.Chines eencyclopedia of resourcesscience[M]. Beijing:Encyclopedia of China Publishing House,2000.

[3]許國志.系統(tǒng)科學(xué)(第一版)[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔?2000.

[4]劉彥隨.區(qū)域土地利用系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控的機(jī)理與模式[J].資源科學(xué),1999,2(4):60-65.

[5]嚴(yán)金明.簡論土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與模型設(shè)計[J].中國土地科學(xué),2002,16(4):20-25.

[6]陳其春.縣級尺度土地利用結(jié)構(gòu)特征定量分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(1):223-231.

[7]吳傳鈞,郭煥成.中國土地利用[M].北京科學(xué)出版社.1994.

[8]汪雪格,湯潔,李昭陽,等.基于洛倫茨曲線的吉林西部土地利用結(jié)構(gòu)變化分析[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究.

[9]陳軍偉,孔祥斌,張鳳榮,等.基于空間洛倫茨曲線的北京山區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,11 (4):71-74.

[10]QIN Mingzhou.Research on classification of land use and factors of affecting land use classification[J].Areal Research and Development,1997,16(1):13-16.

[11]陳少勇，韓通，喬立.白銀市降水氣候資源評價[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011,25(11):79-85.

[12]方琳娜，宋金平等.城市邊緣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)分析-以北京市大興區(qū)為例[J]生態(tài)環(huán)境:329-334.

[13]晉秀龍.城市邊緣區(qū)土地利用類型及空間擴(kuò)展模式[J].資源開發(fā)與市場,2000,16(6):62-681.

F301