謝賢健

(內(nèi)江師范學(xué)院地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川內(nèi)江 641000)

?

基于信息熵和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的重慶市縣域土地利用結(jié)構(gòu)評價(jià)①

謝賢健

(內(nèi)江師范學(xué)院地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川內(nèi)江 641000)

摘 要：土地利用結(jié)構(gòu)是國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)在土地利用上的具體表現(xiàn)，通過土地利用結(jié)構(gòu)評價(jià)可提高土地利用效益及功能。以GIS 技術(shù)為平臺，采用信息熵理論和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，選取重慶市 38 個(gè)縣區(qū)為研究對象，從有序性和效率兩個(gè)方面分析評價(jià)了重慶市的土地利用結(jié)構(gòu)狀況。結(jié)果表明：重慶市各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的有序度存在顯著的空間差異，有序度高低與區(qū)域內(nèi)用地密切相關(guān)；土地利用效率在空間上也存在明顯的差異化，20 個(gè)縣區(qū)綜合效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率為 1 或接近于 1，表明重慶市各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)相對合理，各項(xiàng)土地利用效率較好，土地開發(fā)利用比較有序。

關(guān)鍵詞：土地利用結(jié)構(gòu)；信息熵；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；重慶市

土地利用結(jié)構(gòu)是土地利用類型在某一區(qū)域內(nèi)質(zhì)與量的對比關(guān)系以及其構(gòu)成的空間組合形式[1]，反映了某一地區(qū)土地利用程度的合理性及生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[2]。一個(gè)地區(qū)土地利用狀況及其地域結(jié)構(gòu)能在很大程度上反映該地區(qū)的自然資源條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r和結(jié)構(gòu)[3-4]。土地利用結(jié)構(gòu)評價(jià)是為了達(dá)到一定的生態(tài)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)目標(biāo)，對區(qū)域內(nèi)土地資源的各種利用類型數(shù)量安排和空間布局的合理性進(jìn)行評價(jià)，以提高土地利用效率和效益，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用[5-6]。土地利用系統(tǒng)是典型的經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)，是一個(gè)具有耗散結(jié)構(gòu)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)和功能的有序性特征[7]，信息熵可以用來描述土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的均質(zhì)性和有序度[8]。眾多學(xué)者逐漸將系統(tǒng)論中的信息熵理論運(yùn)用到區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化的研究中，以揭示土地利用結(jié)構(gòu)變化特征[9-11]。然而，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵對土地利用系統(tǒng)有序度性的刻畫和描述具有宏觀性，在針對具體的區(qū)域時(shí)，應(yīng)參考區(qū)域自身的土地資源、自然條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等特點(diǎn)進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)的評價(jià)[12]。楊東等[13]采用改進(jìn)的TOPSIS 法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析，對蘭州市土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合評價(jià)；武啟祥等[14]利用遺傳變異模型，以土地利用類型為模型變量，以區(qū)域總面積、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r為約束條件，分析了縣域土地利用結(jié)構(gòu)與效益之間的關(guān)系；張明等[15]以環(huán)渤海地區(qū)為例，應(yīng)用相關(guān)分析法分析-判別土地利用類型分布與其影響因子之間的相關(guān)關(guān)系；解修平等[16]通過遙感與 GIS 技術(shù)，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論和馬爾可夫過程，深入分析了西安地區(qū)土地利用變化的數(shù)量和空間特征以及由此所引起的一系列生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；羅昀等[17]利用灰色系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型分析了原錫山市土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化和集中化趨勢，預(yù)測了未來土地利用結(jié)構(gòu)的變化趨勢；此外，一些學(xué)者如張群等[18]、鄭新奇等[19]、許建偉等[20]利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis，DEA)的方法研究了不同區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)效率，為研究區(qū)土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了可參考的依據(jù)。總體來看，土地利用結(jié)構(gòu)評價(jià)的方法主要為多元指標(biāo)綜合評價(jià)，這些方法在權(quán)重設(shè)定時(shí)常帶有一定的主觀性[21]，變量與自變量函數(shù)關(guān)系的確定方面也存在局限性。土地利用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，李郇等[22]指出 DEA 特別適合復(fù)雜經(jīng)濟(jì)體的效率評價(jià)，避免了在統(tǒng)計(jì)意義上確定指標(biāo)權(quán)重帶來的主觀性，同時(shí)無需設(shè)定輸入與輸出的具體函數(shù)，不必計(jì)算統(tǒng)計(jì)投入量和綜合產(chǎn)出量，避免各指標(biāo)量綱不一致帶來的度量困難，在處理多投入、多產(chǎn)出的問題上具有特別的優(yōu)勢。

本研究以重慶市為例，綜合采用信息熵和多指標(biāo)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法理論，對重慶市 38 個(gè)縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)有序性和土地利用效率進(jìn)行定量分析，評價(jià)重慶市各縣區(qū)的土地利用效率，指出各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向，以期為土地利用結(jié)構(gòu)合理化調(diào)整提供參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶位于 28°10′～32°13′N，105°11′～110°11′ E，土地面積 8.24 萬 km2，地處較為發(fā)達(dá)的東部地區(qū)和資源豐富的西部地區(qū)的結(jié)合部，東鄰湖北、湖南，南靠貴州，西接四川，北連陜西，是西南工商業(yè)重鎮(zhèn)和水陸交通樞紐。2013年全市共轄 38 個(gè)縣區(qū)，常住總?cè)丝?2 970 萬，城鎮(zhèn)化率 58.34%。2013年地區(qū)生產(chǎn)總值12 656.69 億元，其中，第一產(chǎn)業(yè)值 1 002.68 億元，第二產(chǎn)業(yè)值 6 397.92 億元，第三產(chǎn)業(yè)值 5 256.09億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為 7.9︰50.5︰41.6。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)通過解譯2013年重慶市各縣區(qū)TM影像圖獲取，并參照《土地利用現(xiàn)狀分類》和《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》國家標(biāo)準(zhǔn)[23]得到統(tǒng)一口徑的8大地類土地利用數(shù)據(jù)，再將8大地類土地利用數(shù)據(jù)合并為農(nóng)用地、建設(shè)用地、其他土地利用3大類型，見圖1。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自2014年重慶市各縣區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒。

圖1　重慶市土地利用類型圖Fig.1 Land use types in Chongqing City

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵模型 信息熵原是一個(gè)物理學(xué)的概念，用來測度系統(tǒng)的復(fù)雜性和均衡性[24]，一般信息熵值越高，其系統(tǒng)有序度越低，系統(tǒng)越紊亂。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以綜合地反映一定時(shí)期研究區(qū)域內(nèi)各種土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化以及轉(zhuǎn)化的程度，對優(yōu)化和調(diào)整區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)具有一定指導(dǎo)作用。

事件發(fā)生的不確定性是由它發(fā)生的概率來描述的，土地利用類型在該區(qū)域土地中出現(xiàn)的比例相當(dāng)于信息熵中事件發(fā)生的概率，假設(shè)某一區(qū)域的土地總面積為S，共有n 種土地利用類型，某種土地利用類型面積為Si，則有：

設(shè)每種土地利用類型面積占區(qū)域土地總面積比例為Pi，則：

信息熵 H 可用來表示系統(tǒng)的復(fù)雜性和均衡性，在本文用來描述一個(gè)區(qū)域土地利用類型的復(fù)雜程度。假如某區(qū)域的土地利用類型有 n 種，當(dāng)該區(qū)域處于未開發(fā)時(shí)，其值為 0，即 Hmin＝0；相反，當(dāng)區(qū)域各種土地類型已趨于穩(wěn)定、均勻，且滿足熵值最大化條件時(shí)，即S1= S2= … = Si= S/n 時(shí)，則 Si= 1/n(i = 1,2,…,n)，此時(shí)該區(qū)域熵值最大，有 Hmax= ln(n)。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)區(qū)域內(nèi)土地利用類型越多，各種類型土地面積越接近時(shí)，則熵值越大。

1.3.2 土地利用結(jié)構(gòu)均衡度與集中度 基于信息熵的研究本身存在一些缺陷和不足，造成不同階段的數(shù)值可比性不強(qiáng)。為進(jìn)一步提高研究的精確性，本文在信息熵的基礎(chǔ)上繼續(xù)引入集中度和均衡度兩個(gè)概念。土地利用結(jié)構(gòu)均衡度的計(jì)算公式為：

式中：Hmax是最大信息熵值，J 為均衡度，是實(shí)際信息熵與最大信息熵的比值。均衡度值越大表示土地利用均衡度越高，反之亦然。當(dāng) J =1 時(shí)，土地利用均衡度最大；當(dāng) J = 0 時(shí)，土地利用均衡度效果最差。

土地利用集中度計(jì)算公式為：

式中：I 表示優(yōu)勢度，是實(shí)際信息熵增量與最大信息熵增量之比，與均衡度的意義相反，用來表示土地利用的集中度，反映了區(qū)域內(nèi)一種或幾種占優(yōu)勢的土地利用類型支配該區(qū)域土地的程度。

1.3.3 土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是著名運(yùn)籌學(xué)家Charnes A.和Cooper W.W.在相對效率評價(jià)概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種系統(tǒng)分析方法。DEA是衡量相對效率的一種重要而有效的方法，其通過線性規(guī)劃處理多投入產(chǎn)出變量的效率計(jì)算，并組合效率相對有效的同類型評價(jià)單元(DMU)形成效率前沿，從而進(jìn)一步分析計(jì)算效率較差的 DMU 的效率優(yōu)化空間，尤其適用于對多投入、多產(chǎn)出的復(fù)雜系統(tǒng)的效率評價(jià)單元之間的相對效率進(jìn)行評價(jià)。C2R模型是數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的基本模型，本文采用的是具有非Archimedes無窮小量的DEA模型(DC2R)。

相關(guān)詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理在很多文獻(xiàn)中已有描述[25]，本文不在贅述。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型將參與決策的“單位”或“部門”當(dāng)作決策單元(DMU)，每個(gè)DMU有m項(xiàng)投入jx＝(x1j，x2j，…，xmj)T和s項(xiàng) 產(chǎn) 出Yj＝(y1j，y2j，…，ysj)T，其中，θ為評價(jià)單元DMU的有效值。θ值越接近1，則表示這個(gè)決策單元的投入或者產(chǎn)出越有效，投入過剩與產(chǎn)出不足分別用松弛變量s-和s+來表示，通過投入剩余率和產(chǎn)出不足率反映非DEM有效單元的可改進(jìn)程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)有序性評價(jià)

2.1.1 數(shù)據(jù)整理 對研究區(qū)遙感影像采用基于支持向量機(jī)的監(jiān)督分類，進(jìn)行土地利用信息提取。根據(jù)影像分辨率和研究區(qū)狀況，并參照相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)(基于中分辨率衛(wèi)星影像的“國家級土地利用與覆被分類系統(tǒng)”，按照I級類進(jìn)行土地利用類型劃分)。統(tǒng)計(jì)出2013年重慶市土地利用結(jié)構(gòu)狀況(表1)。根據(jù)信息熵的計(jì)算公式，本文綜合信息熵、均衡度、優(yōu)勢度3項(xiàng)指標(biāo)，從宏觀上分析了重慶市各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)有序性與均衡度。

2.1.2 信息熵和優(yōu)勢度分析 信息熵可以描述土地利用結(jié)構(gòu)的有序程度，信息熵越大，表示土地利用結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有序度越低，反之，有序度越高。即各縣區(qū)內(nèi)不同土地利用類型的面積相差越小，則熵值越大，均衡度越高；反之，則說明縣區(qū)內(nèi)主要為一種或幾種土地利用類型起支配作用，優(yōu)勢度則高。從表1和圖2可以看出，重慶市各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的有序度存在顯著的空間差異；大致規(guī)律表現(xiàn)為信息熵越高的區(qū)域，土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢度則越低；換言之，在土地利用熵值高的區(qū)域土地利用的類型較多且各類型的面積較為一致，縣區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的有序性為幾種用地類型的各自均衡帶來的相對有序；土地利用熵值低的區(qū)域土地利用的類型單一且各類型的面積分布不均衡，從而導(dǎo)致各縣區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的有序性主要為一種或少數(shù)土地利用類型起支配作用，這與張群等[25]的研究結(jié)論相一致。具體來看，重慶市土地利用結(jié)構(gòu)有序度高低與區(qū)域內(nèi)用地呈密切關(guān)系，主要表現(xiàn)為2大板塊：

重慶市土地利用信息熵較高、優(yōu)勢度較低區(qū)域有沙坪壩區(qū)、榮縣、綦江縣、開縣、大足區(qū)、江北區(qū)、云陽縣、城口縣、九龍坡區(qū)、萬州區(qū)、石柱縣、大渡口區(qū)、南岸區(qū)、彭水縣、巫溪縣、璧山縣 16 個(gè)區(qū)縣，在空間上主要集中分布于西南部和東部、北部部分縣區(qū)；另 22 個(gè)縣區(qū)信息熵較低、優(yōu)勢度較高，集中分布在中部、東北、東南部的部分縣區(qū)。

將土地利用信息熵的空間格局分布圖與土地利用多樣化空間格局分布圖進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，土地利用信息熵高的區(qū)域，土地利用類型多樣，在這些區(qū)域建設(shè)用地、農(nóng)用地、其他土地交錯(cuò)分布，空間上分布相對均勻，形成了上述縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)勢度不明顯，有序度低。另22個(gè)縣區(qū)中，主要的土地利用類型為3大用地中的一種或者兩種，土地利用類型單一，縣區(qū)內(nèi)主要為一種或兩種土地利用類型起支配作用，優(yōu)勢度則高，有序度高。由此可知，區(qū)域土地的多樣化程度越高、土地類型越齊全，土地利用結(jié)構(gòu)受人類活動(dòng)的影響機(jī)率就越大、影響程度就越高，土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就越趨向無序狀態(tài)；相反，土地多樣化程度越低，土地類型越單一，土地利用系統(tǒng)就越能保持一個(gè)有序狀態(tài)。

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)效率評價(jià)及優(yōu)化

2.2.1 評價(jià)指標(biāo)選擇 根據(jù)土地集約利用評價(jià)的目的和要求，選擇了對研究區(qū)土地集約利用程度及規(guī)模效益具有顯著性影響的土地利用類型的面積作為DEA輸入指標(biāo)；同時(shí)，土地利用的主體是人，土地利用結(jié)構(gòu)是否合理有效與區(qū)域人口規(guī)模關(guān)系密切，因此將人口規(guī)模也作為投入指標(biāo)。在產(chǎn)出指標(biāo)上選取各縣區(qū)第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為DEA評價(jià)的產(chǎn)出指標(biāo)(表2)。

2.2.2 土地利用效率評價(jià) 以MaxDEA5為計(jì)算平臺，選擇 CCR模型對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到重慶市38個(gè)縣區(qū)的土地利用效率評價(jià)(表3)。

表1　2013年重慶市土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)(%)及信息熵(Nat)Table 1 Land use composition(%)and information entropy(Nat)in Chongqing City

由表3可以看出，巴南區(qū)、涪陵區(qū)、江北區(qū)、江津市、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、南川市、榮昌縣、沙坪壩區(qū)、銅梁縣、潼南縣、萬州區(qū)、永川市、渝北區(qū)、渝中區(qū)15個(gè)縣區(qū)綜合效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率均為1，說明這些縣區(qū)在土地利用結(jié)構(gòu)中對投入資源的配置、利用和規(guī)模集聚上都達(dá)到了有效，不存在投入冗余和產(chǎn)出不足，規(guī)模收益處于最佳狀態(tài)；合川市、綦江區(qū)、開縣3個(gè)縣區(qū)規(guī)模收益遞減，其余20個(gè)縣區(qū)規(guī)模效益遞增。通過DEA計(jì)算，研究區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的平均綜合效率和平均規(guī)模效率值均為0.68，處于中等水平，只達(dá)到最優(yōu)的68%；平均純技術(shù)效率值為1，水平高。具體來看：

23個(gè)DEA無效的縣區(qū)中，城口縣、大渡口區(qū)、合川市、黔江縣為技術(shù)效率有效(技術(shù)效率值為1)而規(guī)模效率未達(dá)到有效(規(guī)模效率值小于1)，技術(shù)有效則表明這些縣區(qū)產(chǎn)出相對于投入而言已達(dá)最大，即在投入資源的配置和利用上達(dá)到了有效。而DEA無效在于規(guī)模的無效率，這些縣區(qū)的規(guī)模和投入、產(chǎn)出不相匹配，城口縣在第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)出不足，應(yīng)調(diào)整建設(shè)用地的規(guī)模；城口縣第一、二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值均不足，農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地規(guī)模均應(yīng)調(diào)整；合川市第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值均不足，建設(shè)用地和其他土地規(guī)模均應(yīng)調(diào)整；通過調(diào)整土地利用規(guī)模來提高綜合效率。云陽縣、長壽縣規(guī)模效率為有效(規(guī)模效率值為1)，而技術(shù)效率為無效(技術(shù)效率值小于1)，云陽縣第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值不足，長壽縣第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值不足，2縣在土地利用結(jié)構(gòu)投入方面三大土地利用方式均有剩余，說明2縣在投入資源的配置和利用上無效，需要在規(guī)模一定的基礎(chǔ)之上進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級改造，提高第二、三產(chǎn)業(yè)用地的技術(shù)效率，從而實(shí)現(xiàn)綜合效率的提升。另17個(gè)縣區(qū)技術(shù)效率、規(guī)模效率和綜合效率均小于1，17縣區(qū)在土地資源的配置、利用、勞動(dòng)力投入方面均有剩余，而產(chǎn)值產(chǎn)出方面均出現(xiàn)不同程度的不足，說明這17個(gè)縣區(qū)在土地資源的配置、利用和規(guī)模集聚上都未達(dá)到有效。

2.2.3 土地利用效率的空間分布 由包絡(luò)分析的計(jì)算原理可知，綜合效率是純技術(shù)效率和規(guī)模效率的乘積，因此，綜合效率必定是純技術(shù)效率和規(guī)模效率共同作用的結(jié)果；要使土地利用的綜合效率有效，必須調(diào)整純技術(shù)效率和規(guī)模效率值，即調(diào)整不同土地利用的規(guī)模結(jié)構(gòu)和提升不同產(chǎn)業(yè)土地的技術(shù)水平。為了考察土地利用效率空間分布規(guī)律，以綜合效率為分析依據(jù)，對38個(gè)縣區(qū)的土地利用綜合效率進(jìn)行分區(qū)定等。分區(qū)定等區(qū)間為[1,0.48]，土地利用綜合效率高效區(qū)為[0.85,1]，土地利用綜合效率中效區(qū)為[0.70,0.85]，土地利用綜合效率低效區(qū)為[0.48,0.70]。土地利用綜合效率空間分布結(jié)果見圖3。

圖2　土地利用有序性與優(yōu)勢度Fig.2 Regulation degrees and dominances of land uses

表2　土地利用效率評價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Evaluating index of land use efficiency

由圖3可知，重慶市各縣區(qū)土地利用效率在空間上存在明顯的差異化。土地利用綜合效率高效區(qū)集中分布在西南部和東部萬州區(qū)、黔江區(qū)20個(gè)縣區(qū)。結(jié)合表2分析，這些縣區(qū)純技術(shù)效率在0.94以上，規(guī)模效率在0.87以上，規(guī)模和技術(shù)都接近于有效，土地利用的技術(shù)、規(guī)模與強(qiáng)度在整體水平上都要優(yōu)于其他縣區(qū)，因此綜合效率較高。土地利用綜合效率中效區(qū)為奉節(jié)縣、梁平縣、石柱縣、墊江縣、武隆縣、大渡口區(qū)6個(gè)縣區(qū)，集中分布在中部，這些縣區(qū)純技術(shù)效率介于0.72～1，規(guī)模效率介于0.77～0.99，在土地利用規(guī)模上應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，在土地利用技術(shù)方面應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)提升，從而使土地利用綜合效率達(dá)到最優(yōu)。其他12個(gè)縣區(qū)為綜合效率低效區(qū)，集中分布在東北部、中部、東南部部分縣區(qū)，這些縣區(qū)有的規(guī)模效率低、技術(shù)效率高，有的技術(shù)效率低、規(guī)模效率高，或者二者水平都不高；因此為使土地利用綜合效率達(dá)到最佳，應(yīng)對規(guī)模效率低、技術(shù)效率高的縣區(qū)優(yōu)化調(diào)整土地利用規(guī)模，技術(shù)效率低的、規(guī)模效率高的縣區(qū)要大力加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造，二者水平都不高的縣區(qū)，要同時(shí)優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，大力提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，從而使土地利用綜合效率達(dá)到最優(yōu)。

表3　土地利用效率評價(jià)計(jì)算結(jié)果Table 3 Results of land use efficiency evaluation

圖3　土地利用綜合效率空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of comprehensive efficiency of land use

總體來說，通過土地利用效率有效性分析，結(jié)合空間分布特征來看，重慶市土地利用效率較好，15個(gè)縣區(qū)綜合效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率為1，長壽縣、璧山縣、黔江縣、北碚區(qū)、合川市5個(gè)縣區(qū)接近于1，說明這些縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)相對合理，各項(xiàng)土地利用效率也較好，土地開發(fā)利用比較有序。其他18個(gè)縣區(qū)，需要不斷優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，減少用地投入浪費(fèi)，同時(shí)兼顧產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造、升級，堅(jiān)持土地利用規(guī)模效益和技術(shù)效益雙高效之路，使土地利用綜合效益達(dá)到最優(yōu)。

3 結(jié)論與討論

本研究以GIS技術(shù)為平臺，采用信息熵理論和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，選取重慶市38個(gè)縣區(qū)為研究對象，從有序性和效率兩個(gè)方面分析評價(jià)了重慶市的土地利用結(jié)構(gòu)狀況。有序性分析表明，重慶市各縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的有序度存在顯著的空間差異，大致表現(xiàn)為信息熵越高的區(qū)域，土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢度越低。16個(gè)區(qū)縣土地利用信息熵較高、優(yōu)勢度較低，在空間上主要集中分布于西南部和東部、北部部分區(qū)域；22個(gè)縣區(qū)信息熵較低、優(yōu)勢度較高，集中分布在中部、東北、東南部的部分縣區(qū)。重慶市土地利用結(jié)構(gòu)有序度高低與區(qū)域內(nèi)用地呈密切關(guān)系，區(qū)域土地的多樣化程度越高、土地類型越齊全，土地利用結(jié)構(gòu)受人類活動(dòng)的影響機(jī)率就越大、影響程度就越高，土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就越趨向無序狀態(tài)；相反，土地多樣化程度越低，土地類型越單一，土地利用系統(tǒng)就越能保持一個(gè)有序狀態(tài)。

效率有效性分析表明，重慶市土地利用效率較好，各縣區(qū)土地利用效率在空間上存在明顯的差異化。20個(gè)縣區(qū)綜合效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率為1或接近于1，說明這些縣區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)相對合理，各項(xiàng)土地利用效率也較好，土地開發(fā)利用比較有序；其他18個(gè)縣區(qū)，綜合效率值中等或較低，說明要提高這些縣區(qū)的土地利用綜合效率，應(yīng)根據(jù)不同縣區(qū)土地投入狀況，優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)規(guī)?；蛘呒訌?qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造、升級，堅(jiān)持土地利用規(guī)模效益和技術(shù)效益雙優(yōu)策略，使土地利用綜合效益達(dá)到最優(yōu)。

土地利用系統(tǒng)是一個(gè)由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)耦合而成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，具有特定的結(jié)構(gòu)和功能；也就是說，當(dāng)將土地的自然屬性和社會(huì)屬性(本文中的土地利用類型面積和產(chǎn)業(yè)人口)作為土地系統(tǒng)的投入指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)即不同用地產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo)時(shí)，再對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)目標(biāo)評價(jià)，信息熵的評價(jià)方法難以將經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為評價(jià)因子；在土地利用結(jié)構(gòu)信息熵評價(jià)土地?cái)?shù)量和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，引入包絡(luò)分析中的CCR模型對土地利用的效率進(jìn)行評價(jià)，可以更有效地評價(jià)出各用地之間的規(guī)模、技術(shù)投入冗余度及不同投入下各用地的產(chǎn)出不足率，為進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整各用地之間的規(guī)模及加強(qiáng)各產(chǎn)業(yè)技術(shù)的優(yōu)化升級提供了理論支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃以柱.黃河故道區(qū)域土地利用的合理結(jié)構(gòu)[J].地理學(xué)報(bào),1996,51(2):172-181

[2]郭煥成.土地利用調(diào)查與制圖方法的初步研究[J].地理學(xué)報(bào),1984,39(3):259-267

[3]劉巧芹,秦嶺,吳克寧,等.大城市郊區(qū)農(nóng)村土地利用格局及整治方向分析——以北京大興區(qū)為例[J].土壤,2014,46(2):379-385

[4]潘竟虎,胡艷興.疏勒河中下游近 35年土地利用與景觀格局動(dòng)態(tài)[J].土壤,2014,46(4):742-748

[5]嚴(yán)金明.簡論土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與模型設(shè)計(jì)[J].中國土地科學(xué),2008,16(4):20-25

[6]李團(tuán)勝,馬超群.從土地利用變化看陜西省生態(tài)環(huán)境的轉(zhuǎn)變[J].干旱區(qū)地理,2005,28(5):647-653

[7]趙京,楊鋼橋.基于信息熵的土地利用結(jié)構(gòu)演變分析——以湖北省為例[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,49(4):1 016-1019

[8]譚永忠,吳次芳.區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵分異規(guī)律研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(1):112-117

[9]李閩,孫在宏,楊素靜.江蘇省環(huán)太湖地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)演變與驅(qū)動(dòng)力分析[J].地球信息科學(xué),2008,10(2):136-141

[10]申海建,郭榮中,劉剛,等.洞庭湖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵分異規(guī)律研究——以湖南省岳陽市為例[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,12(2):92-94

[11]匡文慧,張樹文.長春市百年城市土地利用空間結(jié)構(gòu)演變的信息熵與分形機(jī)制研究[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2007,24(1):73-80

[12]劉榮霞,薛安,韓鵬,等.土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法述評[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,41(4):655-662

[13]楊東,鄭鳳娟,潘竟虎,等.改進(jìn)的TOPSIS 法在土地利用結(jié)構(gòu)合理性評價(jià)中的應(yīng)用——以蘭州市為例[J].土壤通報(bào),2012,43(1):120-124

[14]武啟祥,楊永芳,朱連奇.縣域土地利用結(jié)構(gòu)與效益的權(quán)衡[J].經(jīng)濟(jì)地理,2013,33(8):147-152

[15]張明,朱會(huì)義,何書金.典型相關(guān)分析在土地利用結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用——以環(huán)渤海地區(qū)為例[J].地理研究,2001,20(6):762-767

[16]解修平,周杰,張海龍,等.基于景觀生態(tài)和馬爾可夫過程的西安地區(qū)土地利用變化分析[J].資源科學(xué),2006,28(6):175-181

[17]羅昀,黃賢金,濮勵(lì)杰.區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化與土地可持續(xù)利用研究——以江蘇省原錫山市為例[J].土壤,2003,35(4):286-291

[18]張群,張雯,李飛雪,等.基于信息熵和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)評價(jià)——以常州市武進(jìn)區(qū)為例[J].長江流域資源與環(huán)境,2013,22(9):1 149-1 155

[19]鄭新奇,王筱明.城鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)效率的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析[J].中國土地科學(xué),2004,18(2):34-39

[20]許建偉,許新宇,朱明俠,等.基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的長三角城市群土地利用效率及其變化研究[J].世界地理研究,2013,22(1):121-129

[21]陳興鵬,許新宇,逯承鵬.基于 DEA 交叉模型的西部地區(qū)生態(tài)效率時(shí)空變化[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,48(2):24-28

[22]李郇,徐現(xiàn)祥,陳浩輝.20 世紀(jì) 90年代中國城市效率的時(shí)空變化[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(4):615-625

[23]陳百明,周小萍.《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)的解讀[J].自然資源學(xué)報(bào),2007,22(6):994-1 003

[24]譚潔,朱紅梅,金衛(wèi)華.長沙市土地利用結(jié)構(gòu)熵值時(shí)序分析[J].經(jīng)濟(jì)地理,2010,30(1):118-121

[25]楊志榮,吳次芳,靳相木,等.基于DEA模型的城市用地經(jīng)濟(jì)效益比較研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2009,18(1):14-18

Evaluation on Land Use Structure in Counties of Chongqing City Based on Information Entropy and Data Envelopment Analysis

XIE Xianjian
(School of Geography and Resources Science of Neijiang Normal University,Neijiang,Sichuan 641000,China)

Abstract:The land use structure is a specific performance of land uses on the national economic structure,the evaluation of land use structure can improve the efficiency and function of land use.In this paper,based on GIS software,38 counties in Chongqing City were selected as the research objects,the regulation degree and efficiency of land use structure were evaluated by using the information entropy theory and the data envelopment analysis(DEA)method.The results showed that there were significant spatial differences in the regulation degrees of land use structures in different counties of Chongqing,and the regulation degree had a close relation to the regional land use.There were significant spatial differences in the efficiencies of land uses in different counties,the values of comprehensive technical efficiencies,pure technical efficiencies and scale efficiencies of 20 counties were 1 or close to 1,which indicated that the land use structure in each county of Chongqing City was reasonable,the land use efficiency was good and the land development and utilization was orderly.

Key words:Land use structure; Information entropy; Data envelopment analysis; Chongqing City

作者簡介：謝賢健(1978—)，男，博士，副教授，主要從事區(qū)域地理、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail:xxj007-14@tom.com

基金項(xiàng)目：①四川省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地——西部交通戰(zhàn)略與區(qū)域發(fā)展研究中心項(xiàng)目、西南交通大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(XJQ004)及四川省教育廳科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金項(xiàng)目(14TD0026)資助。

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.01.030

中圖分類號：F031