□劉亞男　李淑杰　方　雪　郭　敏　余　娜　馬曉葳

（吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院　吉林　長春　130061）

基于物理理論信息熵的扶余市土地利用結(jié)構(gòu)分析

□劉亞男李淑杰方雪郭敏余娜馬曉葳

（吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院吉林長春130061）

運用信息熵物理方法對扶余市2010-2014年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，信息熵值的大小反映了扶余市土地利用結(jié)構(gòu)的有序性，信息熵值越小，那么土地利用結(jié)構(gòu)越有序，反之，則土地利用結(jié)構(gòu)趨于無序。通過結(jié)構(gòu)的信息熵定量計算分析可以得出扶余市最近五年的土地利用類型動態(tài)變化，2010年信息熵值最小，其后四年信息熵值逐漸增加，表現(xiàn)為土地利用結(jié)構(gòu)無序化傾向，研究結(jié)果可為扶余市土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和后期規(guī)劃起指導(dǎo)作用。

信息熵；扶余市；土地利用結(jié)構(gòu)

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.07.085

土地利用結(jié)構(gòu)也可稱為土地結(jié)構(gòu)或土地構(gòu)成，是指一個國家、地區(qū)或生產(chǎn)單位的土地面積中各種土地利用類型之間的比例關(guān)系。在空間形態(tài)上，土地利用結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出土地類型的空間結(jié)構(gòu)布局和組成關(guān)系，土地利用結(jié)構(gòu)決定土地效用功能，分析研究區(qū)域內(nèi)各種土地利用類型數(shù)量占比及空間分布特征，可為政府部門及相關(guān)學(xué)者研究土地利用情況提供參考，使得土地資源高效利用，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

土地利用結(jié)構(gòu)對一個地區(qū)而言，在一定程度上可謂之一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，目前我國學(xué)者在宏觀層面上利用信息熵物理理論對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，如周子英等采用信息熵分析了長沙市土地利用結(jié)構(gòu)的時空變化，得出了長沙市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的空間差異；陳彥光等對鄭州、廣州等城市的土地結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，總結(jié)出關(guān)于城市土地利用的信息熵值規(guī)律：大城市用地結(jié)構(gòu)的信息熵一般大于小城市，綜合性城市的信息熵嚴(yán)格大于專業(yè)化城市，城市化地區(qū)的信息熵必須大于各功能區(qū)的信息熵；并基于信息論思想提出反映城市土地利用結(jié)構(gòu)特征的均衡度概念。

學(xué)者們研究最多的是省、大城市或者區(qū)域，對小城市的土地利用結(jié)構(gòu)研究并不多。扶余市于2013年1月24日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，撤銷扶余縣設(shè)立扶余市（縣級），由吉林省直轄、松原市代管，通過對扶余市土地利用結(jié)構(gòu)分析，使得扶余市更好的配置土地資源，促進(jìn)城市的快速發(fā)展。

1　研究區(qū)概況

扶余市地處松嫩平原東北部邊緣，位于吉林省西北部，松原市東部。西與松原市寧江區(qū)接壤，南隔第二松花江與前郭縣、長春市農(nóng)安縣、長春市德惠市為鄰，北與黑龍江省大慶市肇源縣、黑龍江省哈爾濱市雙城區(qū)相望，東與長春市榆樹市接壤。（扶余市在吉林省的位置見圖1-1）位于東經(jīng)125毅56憶～126毅11憶，北緯44毅45憶～45毅30憶之間。地勢東高西低中間洼，地貌類型差異明顯，海拔135耀240m，地面起伏較大，相對高差10耀50m。全縣南北兩面被松花江、拉林河環(huán)繞，流域內(nèi)有會塘溝、加津溝等較大的水溝和泡沼。扶余市下轄5個鄉(xiāng)、12個鎮(zhèn)，其中包括7個居委會、383個行政村；1 025個自然屯，下設(shè)173個居民小組、1 810個村民小組。截至2014年年末，扶余市常住人口總數(shù)為671 576人，占全國總?cè)丝诘?0.048%；2014年地區(qū)生產(chǎn)總值為340.73億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的0.054%。

圖1-1　扶余市位置示意圖

2014年截止到2014年12月31日，扶余市土地總面積為464 705.3hm2，其中，耕地340 034.06hm2，園地239.18hm2，林地41 241.44hm2，草地25 470.27hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地25 187.16hm2，交通運輸用地10 017.79hm2，水域及水利設(shè)施用地19 928.84hm2，其他土地2 586.56hm2，分別占土地總面積的73.17%、0.05%、8.87%、5.48%、5.42%、2.16%、4.29%、0.56%。耕地及林地面積占扶余市土地總面積的82.04%，耕地比重較大，占到了全市土地總面積的73.17%，相比于吉林省內(nèi)其他縣市，扶余市耕地面積占土地總面積比例較大。

2　數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于《扶余市統(tǒng)計年鑒》和扶余市2010-2014年扶余市土地利用變更數(shù)據(jù)。

3　方法綜述及數(shù)據(jù)處理

3.1信息熵

美國信息創(chuàng)始人香農(nóng)發(fā)現(xiàn)了信息的冗余，在此基礎(chǔ)上得出了信息熵物理模型，可以用于測定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和均衡性。信息熵結(jié)果可以輔助判定扶余市土地利用類型的配置情況，進(jìn)而優(yōu)化當(dāng)前土地利用方式，對于未來土地利用也有一定的指導(dǎo)作用，為后期土地利用規(guī)劃做準(zhǔn)備。

假設(shè)扶余市區(qū)域土地總面積為M，土地利用類型的個數(shù)為m，每個土地利用類型的面積為M(mi)，那么各個土地利用類型在扶余市整個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率為：

為了計算方便，上式中，a取10，則公式變?yōu)椋?/p>

從公式中可以得出，信息熵值與概率值總和呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，各個土地利用類型出現(xiàn)的概率越大，熵值越小，那么系統(tǒng)就越穩(wěn)定、均衡；反之系統(tǒng)就不穩(wěn)定、不均衡。

3.2均衡度

基于上述信息熵公式、均衡度計算方法可定義為：

均衡度就是各項信息熵值與信息熵值最大值的比值，顯然，J值處于0-1之間，反映的是土地利用的均衡程度。

3.3數(shù)據(jù)處理

采用上述信息熵公式，對扶余市2010耀2014年的土地利用結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，計算結(jié)果如下：

表1　扶余市2010～2014年土地利用結(jié)構(gòu)（所占百分比）和信息熵值

從表1中可以看出，扶余市近五年中，2010年的信息熵值最小，之后四年的信息熵值逐漸增加。這表明，相比來說2010年扶余市土地利用結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，其后四年信息熵的增加說明土地利用結(jié)構(gòu)有無序化的傾向，一方面是因為社會發(fā)展，當(dāng)?shù)厝藢Ω哔|(zhì)量生活水平的需要的增加；另一方面是扶余市處于撤縣立市（縣級）時期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快。2010耀2014年耕地總體有下降趨勢，面積比例由 73.25%下降說明到73.17%，而城鎮(zhèn)工礦用地有所增加，面積比例由0.68%增加到0.73%，交通水利用地由0.86%增加到0.94%，因此未利用土地由8.29%下降到8.21%，說明扶余市正處于城市發(fā)展的上升期。

4　結(jié)束語

經(jīng)過上述扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵分析，得出以下結(jié)論：

(1)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以分析判斷研究區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的組合關(guān)系，定量分析其是否有序，信息熵值及均衡度的大小直觀的放映了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，信息熵值越小，土地利用結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)越穩(wěn)定。

(2)扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值在2010年最小，之后四年的信息熵值逐漸增加，這表明，2010年扶余市土地利用結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，其后四年土地利用結(jié)構(gòu)有無序化的傾向。

(3)扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以綜合反映其內(nèi)部土地利用類型的動態(tài)變化，對于其土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和后期土地利用規(guī)劃都有一定的指導(dǎo)作用，但是扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值的最優(yōu)值的多少還要根據(jù)影響該區(qū)域各種因素指標(biāo)值綜合判定。

5　建議

(1)扶余市于2013年撤縣設(shè)市（縣級），城市處于發(fā)展的上升期，因此需要不斷的探索研究區(qū)域內(nèi)的土地利用情況，確保城市良好快速的發(fā)展。

(2)在技術(shù)方面，要采用先進(jìn)的遙感和地理信息技術(shù)，實時監(jiān)測土地利用狀況，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

(3)要切實的根據(jù)實際情況，結(jié)合土地利用結(jié)構(gòu)的情況，對城市進(jìn)行規(guī)劃，保證各類土地利用類型的綜合利用，也要促進(jìn)城市土地利用結(jié)構(gòu)的有序發(fā)展。

[1]周子英,段建南,梁春鳳.長沙市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵時空變化研究[J].經(jīng)濟(jì)地理,2012,32(4):124-129.

[2]陳彥光,劉繼生.城市土地利用結(jié)構(gòu)和形態(tài)的定量描述:從信息熵到分?jǐn)?shù)維[J].地理研究,2001,5(2):146-152.

[3]陳彥光,劉繼生.城市土地利用結(jié)構(gòu)和形態(tài)的定量描述:從信息熵到分?jǐn)?shù)維[J].地理研究,2001,5(2):146-152.

[4]扶余市地方志編纂委員會.扶余統(tǒng)計年鑒(2015)[M].吉林文史出版社,2015.

[5]吉林國土資源年鑒編纂委員會.扶余國土資源年鑒(2015)[M].吉林文史出版社,2015.

1004-7026（2016）07-0120-02中國圖書分類號：F301.24

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