張濤　成金華

摘要：目前湖北省土地結(jié)構(gòu)利用不合理，土地價值沒有得到充分體現(xiàn)?；诖?，利用信息熵和皮爾遜分析理論對湖北省1999-2014年土地利用結(jié)構(gòu)的演變過程和驅(qū)動力因素進行相關(guān)研究。結(jié)果表明，湖北省土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵在下降，利用結(jié)構(gòu)相對趨于穩(wěn)定；土地利用結(jié)構(gòu)由單一趨于復(fù)雜，由居民用地占主導(dǎo)逐步演變成居民、工業(yè)、建筑、商業(yè)等用地組成的多元消費結(jié)構(gòu)：社會經(jīng)濟因素驅(qū)動土地利用結(jié)構(gòu)演變，主要影響因素是人口密度、城鎮(zhèn)化率和工業(yè)化率。

關(guān)鍵詞：土地結(jié)構(gòu)：演變：信息熵：驅(qū)動力：湖北省

中圖分類號：F301 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2233-05

土地資源是社會經(jīng)濟發(fā)展的基石，其利用變化是地球環(huán)境變化的主要原因和組成部分。近年來，土地資源利用變化成為地學(xué)和生態(tài)環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域的研究重點，土地利用變化不僅包括資源環(huán)境的變化，而且還包含著社會經(jīng)濟方面的發(fā)展趨勢。土地的城鎮(zhèn)化勢必引起土地利用結(jié)構(gòu)的變動，進而影響著土地相關(guān)領(lǐng)域的制度變革。因此，土地利用方式和結(jié)構(gòu)等成為當下研究的熱點問題之一。目前，已有許多學(xué)者對土地利用結(jié)構(gòu)進行了相關(guān)研究，主要集中在區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的時空變化特征及其驅(qū)動機制、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)合理度評價與優(yōu)化、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境影響等方面。一方面，土地利用系統(tǒng)是一個包涵資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟的復(fù)雜系統(tǒng)：另一方面，信息熵理論可以用來刻畫復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的變動趨勢。因此，信息熵理論被引入到土地利用結(jié)構(gòu)的研究中，用來測度土地結(jié)構(gòu)演變的動態(tài)性和有序性。本研究引入信息熵理論來分析湖北省1999-2014年土地利用結(jié)構(gòu)變動趨勢及演變原因，檢驗土地驅(qū)動的影響因素。

目前湖北省土地結(jié)構(gòu)利用不合理，土地自身的市場價值沒有得到充分的體現(xiàn)。土地利用結(jié)構(gòu)是復(fù)雜系統(tǒng)的典例，其利用結(jié)構(gòu)的變化與經(jīng)濟、社會等變化有著緊密聯(lián)系，土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在不斷的演變。信息熵原本是熱力學(xué)物理研究中的方法，但其可以定量測度復(fù)雜系統(tǒng)的擾動，因而被引入到社會經(jīng)濟研究領(lǐng)域，也出現(xiàn)了被引入到土地資源變化的研究中。在經(jīng)濟效應(yīng)最大化的目標推動下，如何發(fā)揮土地資源的最大價值受到廣泛關(guān)注，這就要求決策者要充分考慮土地利用結(jié)構(gòu)，合理地規(guī)劃使用土地類型，實現(xiàn)其市場效益最大化。土地使用類型的劃分和布局將直接影響一個地區(qū)的發(fā)展與進步，通過信息熵的研究將有利于對土地使用類型的深入研究。因此土地利用結(jié)構(gòu)的演變與驅(qū)動力問題值得進一步研究，以期為類似地區(qū)的土地資源可持續(xù)利用和人地關(guān)系調(diào)控提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與方法

1.1 研究區(qū)域概況

湖北省位于長江中下游。地貌類型種類較多，山地約占國土面積的55.5%，崗地丘陵占國土面積的24.5%，平原湖區(qū)約占國土面積的20%，地勢起伏較大，西部神農(nóng)頂?shù)貐^(qū)海拔最高，而東南部則主要為平原。全省東、西、北三面被眾山環(huán)繞。中南部則為“魚米之鄉(xiāng)”之稱的江漢平原。2012年全省土地總面積18.59萬km²，其中，耕地389.99萬hm²、園地59.87萬hm²、林地586.04萬hm²、牧草地7.58萬hm²。湖北省完整的土地利用形式將有助于利用信息熵對其利用結(jié)構(gòu)進行研究。2014年地區(qū)生產(chǎn)總值達2.74萬億元，增速為9.7%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值為47192.69元。全省城鎮(zhèn)化率提高到55.67%，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展加速了土地資源的多樣化利用，這也為研究土地變革的驅(qū)動力分析提供了基礎(chǔ)。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

公式（1）可以用來描述研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的變動，探究其演變趨勢。

通常情況，如果研究區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展較慢，土地資源利用結(jié)構(gòu)相對單一，利用種類較少，且多集中在某一兩個使用類型上。如果出現(xiàn)極端情況，整個地區(qū)只有一種土地資源利用形式，此時H_min=0；相反，若所有類行業(yè)土地資源使用量的比例相等，即m₁=m₂=…=m_n=1/M，則此時H_max=lnM。然而在現(xiàn)實生活中，這兩種情況均不會出現(xiàn)，信息熵一般會介于兩者之間，熵是概率分布不確定性估計的一種有效方法。為了進一步深入分析，學(xué)者基于申農(nóng)信息熵提出土地利用的均衡度概念?；谛畔㈧毓?，均衡度（J）的表達式為：

即均衡度是信息熵和最大熵之間的比值，取值范圍為0～1，其值越大，各類型土地利用量的比例差別就越小，當J=0時，土地資源利用結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度最低。均衡度是通過描述土地利用類型之間面積分布的均勻程度來揭示土地的結(jié)構(gòu)特征。優(yōu)勢度（D）的表達式為：D=1-J，反映了一類或幾類行業(yè)支配土地資源利用的程度，與均衡度的意義正好相反。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集 根據(jù)《湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》（2000-2014）、《中國國土資源統(tǒng)計年鑒》（2000-2014）、《湖北省統(tǒng)計年鑒》（2000-2015），筆者整理出1999-2014年期間湖北省各項土地利用消耗量數(shù)據(jù)作為本研究的基礎(chǔ)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地結(jié)構(gòu)的演變

湖北省1999-2014年土地利用消費結(jié)構(gòu)趨勢如圖1所示。根據(jù)土地消費結(jié)構(gòu)變動趨勢，可以將1999-2014年分成3個階段：1999-2003年，居民用地面積所占比例由27.09%增加至29.06%，工業(yè)用地和公共設(shè)施用地面積所占比例則有所下降，其他類型用地量基本持平：2003-2009年，公共基礎(chǔ)設(shè)施用地面積所占比例從13.90%上升到15.02%，居民用地面積所占比例有所下降，期間工業(yè)用地面積所占比例和道路廣場用地面積所占比例則相對穩(wěn)定，綠地和倉儲用地面積所占比例都有不同程度的下降：2009-2014年，各類土地利用類型所占比例變化平緩。由此可見，隨著湖北省經(jīng)濟社會的發(fā)展進步，城市化進程加速推進，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，湖北省的土地利用結(jié)構(gòu)在不斷地調(diào)整和變動。

筆者利用湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒和中國國土資源統(tǒng)計年鑒公布的1999-2014年居民用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、綠地等土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)“1.2.1”中的公式（1）和公式（2），計算得出1999-2014年湖北省土地利用結(jié)構(gòu)及其信息熵、均衡度和優(yōu)勢度，計算結(jié)果如表1所示。

對表1中1999-2014年湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵以及均衡度和優(yōu)勢度的動態(tài)變化情況作圖，結(jié)果如圖2所示。從表1和圖2可知，1999-2014年，湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值呈現(xiàn)下降趨勢：信息熵最高值為1.940 Nat（1999年）。最低值為1.897 Nat（2010年）：信息熵值變化的過程可以劃分為3個階段（1999-2007年、2007-2009年、2009-2014年），每個階段土地利用結(jié)構(gòu)信息熵都有不同程度的增長或下降。1999-2007年土地結(jié)構(gòu)信息熵值在下降，說明該地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定：2007-2009年土地結(jié)構(gòu)信息熵上升。說明土地利用結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定：2009-2014年土地結(jié)構(gòu)信息熵值在波動中下降，可以說明湖北省的土地利用形式又發(fā)生新一輪的變化，城鎮(zhèn)化速度進一步加快。同時根據(jù)圖2中優(yōu)劣度和均衡度變化趨勢，同樣可以劃分為3個階段：1999-2007年、2007-2009年、2009-2014年，發(fā)現(xiàn)土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度與信息熵的變動趨勢一致，而優(yōu)勢度則與信息熵的變動趨勢相反，

在研究期內(nèi)，信息熵值在1.897-1.940 Nat穩(wěn)定波動，說明湖北省土地利用結(jié)構(gòu)在1999-2014年整體穩(wěn)定，土地利用朝有序方向發(fā)展，但土地利用結(jié)構(gòu)的均衡性下降，而單一類型土地利用形式的優(yōu)勢度增加，可以預(yù)見在將來的一段時期內(nèi)，信息熵值將由穩(wěn)定變成振動上升，但最終仍趨于一個特定值。進一步分析湖北省土地利用結(jié)構(gòu)的變動，形成以上趨勢的原因如下：①2007年之前，國家和湖北省行政部門加大了對違章利用土地行為的查處，從而此階段湖北省土地利用相對平穩(wěn)：②2007年之后，全球金融危機的爆發(fā)，國家在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域投入4萬億，湖北省的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域建設(shè)得到快速發(fā)展，建設(shè)用地面積增速較快，同時隨著城市化的推進，城鎮(zhèn)人口增加，城市面積不斷擴大，用地結(jié)構(gòu)得到完善：③2009-2010年，全國房價飛漲，住房面積激增。隨后國家加大對住房調(diào)控。嚴打投機、炒房等非法行為，住房用地得到遏制，其他基礎(chǔ)建設(shè)用地也得到控制，因而此階段湖北省土地利用結(jié)構(gòu)變化平緩。④2010年之后，隨著經(jīng)濟復(fù)蘇，外商投資、固定資產(chǎn)投資增加。建設(shè)用地面積比例上升，城鎮(zhèn)化速度進一步加快，土地城鎮(zhèn)化成為土地利用加速的動力，然而另一方面由于國家的宏觀調(diào)控政策以及耕地的紅線政策，土地利用又受到約束，因此，信息熵在2010年之后出現(xiàn)先升后降的變動趨勢。

2.2 土地結(jié)構(gòu)演變的驅(qū)動力

土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化本質(zhì)上是土地利用結(jié)構(gòu)的變化。根據(jù)湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度的分析，進一步深入分析湖北省城鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動因素，為其土地結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供智力支持。筆者根據(jù)前人研究，從社會驅(qū)動因素和經(jīng)濟驅(qū)動因素中選取了人均GDP（元/人）、人口密度（人/m²）、經(jīng)濟密度（萬元/m²）、固定資產(chǎn)投資總額（萬元）、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)民人均純收入（元/人）、第三產(chǎn)業(yè)率和工業(yè)化率。

基于所選出的影響指標，根據(jù)湖北省統(tǒng)計年鑒，運用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS16.0對1999-2014年的數(shù)據(jù)進行處理。通過SPSS軟件中的Correlate命令，對所選的8個指標與土地結(jié)構(gòu)信息熵做Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，總體上這些指標因素對湖北省土地利用有較強的影響力和驅(qū)動力。進一步分析可以看出，主要的影響因素有人口密度、城鎮(zhèn)化率以及工業(yè)化率。由此可見，社會經(jīng)濟迅速發(fā)展是引起湖北省土地利用信息熵變動的主要驅(qū)動力，湖北省人口密度的增加和經(jīng)濟總量的增加導(dǎo)致總體用地量的增加和用地類型的增多，因而推動土地結(jié)構(gòu)信息熵的演變：城鎮(zhèn)化和工業(yè)化加速推進影響著土地利用種類的變化，農(nóng)業(yè)用地也隨之變成工業(yè)用地、建設(shè)用地等，耕地面積不斷減少說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革也推動著土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的改變。

3 結(jié)論

利用信息熵和Pearson相關(guān)性分析方法對湖北省土地利用結(jié)構(gòu)動態(tài)演變及驅(qū)動力進行分析，很好地觀測到不同行業(yè)土地的利用比例變化趨勢，驅(qū)動及其變化的因素，如果采用預(yù)測熵模型還可以對湖北省未來土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵及均衡度、優(yōu)勢度進行預(yù)測。本研究得到以下幾點結(jié)論：

1）通過對湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的分析，可以計算出信息熵值在不斷下降，表明湖北省的土地利用形式趨于穩(wěn)定。湖北省的土地利用形式由單一走向復(fù)雜，由過去的居民用地占主導(dǎo)逐步演變?yōu)榫用瘛⒐I(yè)、建筑和商業(yè)用地的多元利用局面。

2）通過Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)推動目前湖北省土地利用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的主要因素為人口密度、城鎮(zhèn)化率和工業(yè)化率。土地利用結(jié)構(gòu)的變化是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化的重要外在表現(xiàn)。因此，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵是一地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的重要表征。作為一種研究方法，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵?zé)o論在國家尺度上。還是對于單個城市，甚至具體到某一地區(qū)這樣的領(lǐng)域，都是非常適用的。

3）城市化進程中出現(xiàn)的各種倒U型曲線，它們之間應(yīng)該存在某種耦合關(guān)系，如何將土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化與城市化進程、工業(yè)化進程、城市環(huán)境變化等因素結(jié)合起來，統(tǒng)一到地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)中，這是下一步有待于研究的問題。

4）信息熵值僅僅反映土地利用是否有序，而不能表征土地利用結(jié)構(gòu)是否合理。由于土地資源利用功能不一，如果相對比例保持不變。而土地利用類型互換，最終測度出來的信息熵值也是不變的，然而此時土地的利用狀態(tài)和之前相比已發(fā)生明顯變化。因此。需要后續(xù)進一步研究，拓展信息熵的理論與實踐范圍，使其成為測度土地資源利用是否合理的指標之一。

5）本研究僅針對1999-2014年湖北省這一特定時間段、特定研究區(qū)域內(nèi)的土地資源結(jié)構(gòu)演變和驅(qū)動力做了定量分析。湖北省土地利用類型完整且多樣，但是地形也相對復(fù)雜，不同地形條件之間的社會經(jīng)濟條件差異較大，因此影響土地利用變化的驅(qū)動因子也存在差異。由于統(tǒng)計資料的限制，這些因素的差異沒有被完全考慮，此外還有自然資源的影響因素遺漏，這些都將是后續(xù)研究的方向和目標。為了進一步客觀地分析湖北省土地資源利用現(xiàn)狀和演變趨勢，需要在這些限制條件、遺漏條件上進一步挖掘，進行深入的研究。