唐中立
(廣東省博羅縣國土資源局, 廣東博羅 516100)
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基于信息熵的博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)分析
唐中立
(廣東省博羅縣國土資源局, 廣東博羅 516100)
基于信息熵原理,運(yùn)用定量方法對(duì)博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)間演變及空間差異進(jìn)行分析。結(jié)果表明:總體上來說,2009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵、均衡度不斷上升,優(yōu)勢(shì)度不斷下降,土地利用結(jié)構(gòu)無序程度不斷提高;2014年,各鎮(zhèn)間土地利用結(jié)構(gòu)的差異明顯,總體上經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵較高,而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵較低。
土地利用結(jié)構(gòu);信息熵;均衡度;優(yōu)勢(shì)度;博羅縣
土地利用系統(tǒng)是指為人類活動(dòng)所利用的土地表層及其以上和以下的所有要素相互聯(lián)系、相互制約而結(jié)合成的具有特定功能的有機(jī)綜合體。任何類型的系統(tǒng)總有一定的結(jié)構(gòu)和功能,有什么樣的結(jié)構(gòu)就有什么樣的功能,即結(jié)構(gòu)決定功能[1]。若要一定區(qū)域的土地利用具備良好的功能,即土地利用取得良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益,必須有一個(gè)合理的土地利用結(jié)構(gòu)作為支撐。因此,對(duì)區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析就顯得非常必要。信息熵是系統(tǒng)有序化程度的一個(gè)度量,可以用來衡量區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的有序程度[2-14]。筆者運(yùn)用信息熵理論,分析博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的時(shí)間演變規(guī)律和空間分布規(guī)律,以期為博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化工作提供參考。
博羅縣位于113°49′50″ ~114°45′50″ E,23°03′50″~23°43′20″ N,地處廣東省中南部、珠江三角洲東北端的東江中下游,南北相距42 km,東西相距69 km;東接河源、紫金,南毗惠陽、東莞,西連增城,北鄰龍門;距廣州110 km、深圳97 km、惠州18 km;2014年,總面積2 855.11 km2。博羅縣地勢(shì)東北高西南低,自東北向西南傾斜,河流多由北向東南注入東江,形成北部山地丘陵、間有山谷平原,中部丘陵臺(tái)地,南部沿東江自東向西的沖積平原3個(gè)地帶。其中,山地占全縣土地總面積的62.37%、丘陵占20.53%、平原占17.1%。2014年,博羅縣下轄石壩、麻陂、觀音閣、公莊、楊村、楊僑、柏塘、湖鎮(zhèn)、長寧、福田、石灣、園洲、龍華、龍溪、羅陽、泰美、橫河共17個(gè)鎮(zhèn)[15]。
2.1數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源于博羅縣2009~2014年的土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù)。在該時(shí)段,每年的現(xiàn)狀變更表都包含8種土地利用類型,即耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地,全縣也未進(jìn)行行政區(qū)劃調(diào)整,因此,不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并、調(diào)整,數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性較高。2009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)見表1,2014年各鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)見表2。
2.2研究方法選取信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度3個(gè)指標(biāo)對(duì)區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,指標(biāo)的含義及計(jì)算方法如下:
表1 2009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)
表2 2014年博羅縣各鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)
2.2.1信息熵。假定區(qū)域的土地總面積為A,區(qū)域內(nèi)的土地可以依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)劃分為N種土地利用類型,每種土地利用類型的面積為Ai(i=1,2,3,…,N),則有:
(1)
各利用類型的土地面積占區(qū)域土地總面積的比例Pi為:
Pi=Ai/A
(2)
最后,定義信息熵H為:
(3)
土地利用信息熵是表征區(qū)域土地利用系統(tǒng)有序程度的指標(biāo),單位為Nat,其值的高低取決于區(qū)域土地利用類型的多寡及各利用類型土地面積的差異大小。區(qū)域內(nèi)土地利用類型越少,各類土地面積差異越大,信息熵值越小,當(dāng)一個(gè)區(qū)域只有1種土地利用類型時(shí),信息熵值達(dá)到最小值0;區(qū)域內(nèi)土地利用類型越多,各類土地面積差異越小,信息熵值越大,當(dāng)一個(gè)區(qū)域有N種土地利用類型,每種類型土地的面積均相等,即A1=A2=A3=…=AN=A/N時(shí),信息熵值達(dá)到最大值Hmax=lnN[2-14]。
2.2.2均衡度。在信息熵H的基礎(chǔ)上,定義土地利用結(jié)構(gòu)均衡度J為:
(4)
(4)式中H為區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵,Hmax為區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)信息熵理論最大值。由于H≤Hmax,因此J的取值范圍是[0,1][2-3]。
2.2.3優(yōu)勢(shì)度。在土地利用結(jié)構(gòu)均衡度的基礎(chǔ)上,定義與之密切相關(guān)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)度I。
I=1-J
(5)
土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)度I的意義與土地利用結(jié)構(gòu)均衡度相反,取值范圍也是[0,1],用來表示土地利用的集中程度[2-3]。
3.1土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化表3顯示,2009~2014年博羅縣的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈上升趨勢(shì),由1.459 8 Nat上升到1.467 8 Nat,均衡度由0.702 0上升到0.705 8,與此同時(shí),優(yōu)勢(shì)度則處于不斷下降的趨勢(shì),由0.298 0下降到0.294 2。這表明,在該時(shí)段博羅縣不同土地利用類型之間面積差異在縮小,某種或某幾種占優(yōu)勢(shì)的土地利用類型的支配度在降低,博羅縣土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性越來越差,土地利用結(jié)構(gòu)無序程度不斷加深。
經(jīng)分析得知,2009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵不斷上升,主要源于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下城鎮(zhèn)村建設(shè)和交通設(shè)施建設(shè)等非農(nóng)建設(shè)及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的不同土地利用類型之間面積的“此消彼長”。一方面,該時(shí)段內(nèi)城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通設(shè)施用地分別增長了16.45%、14.69%;另一方面,耕地、園地、林地、草地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地則分別下降了0.24%、4.68%、0.56%、13.48%、1.80%、4.91%。
3.2土地利用結(jié)構(gòu)的空間差異
通過對(duì)表4中各鎮(zhèn)2014年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值與表3中2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值做比較,筆者將全縣17個(gè)鎮(zhèn)劃分為2種類型:信息熵值低于和高于全縣信息熵值的鎮(zhèn),并繪制圖1。圖1中畫橫線的為信息熵值低于全縣的鎮(zhèn),畫豎線的為信息熵值高于全縣的鎮(zhèn)。從中可以發(fā)現(xiàn),信息熵值低于全縣信息熵值的石壩、公莊、柏塘、湖鎮(zhèn)和橫河鎮(zhèn)都位于傳統(tǒng)上的博羅縣經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū),而信息熵值相對(duì)較高的龍溪、羅陽、園洲、石灣等鎮(zhèn)則是博羅縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高的地區(qū)。這主要是由于欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地開發(fā)程度低,土地利用類型之間面積差異大,某種或少數(shù)幾種土地利用類型的面積占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),因而信息熵值較低。以信息熵值最低的橫河鎮(zhèn)為例,2014年該鎮(zhèn)的林地面積比例為77.79%,除耕地比例11.70%相對(duì)較高外,其他地類的比例都非常低。而經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)復(fù)雜多樣,需要各種用地類型,因而土地利用類型之間面積差異相對(duì)較小,信息熵值相對(duì)較高。以信息熵值最高的龍溪鎮(zhèn)為例,2014年該鎮(zhèn)面積比例最高的是耕地,比例為25.09%,除交通運(yùn)輸用地、草地和其他土地的比例為2.66%、3.23%、6.08%外,其他地類的比例在10.59%~22.39%,面積比例較為均衡。
表32009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度
Table 3The information entropy, equilibrium degree and dominance degree of land use structure of Boluo County during 2009-2014
年份Year信息熵Informationentropy(Nat)均衡度Equilibriumdegree優(yōu)勢(shì)度Dominancedegree20091.45980.70200.298020101.46260.70330.296720111.46430.70420.295820121.46590.70500.295020131.46650.70520.294820141.46780.70580.2942
表42014年各鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度
Table 4 The information entropy, equilibrium degree and dominance degree of land use structure of towns in Boluo County in 2014
鎮(zhèn)名Towns信息熵Informationentropy(Nat)均衡度Equilibriumdegree優(yōu)勢(shì)度Dominancedegree石壩鎮(zhèn)ShibaTown1.25820.60510.3949麻陂鎮(zhèn)MabeiTown1.60590.77230.2277觀音閣鎮(zhèn)GuanyingeTown1.55470.74770.2523公莊鎮(zhèn)GongzhuangTown1.20230.57820.4218楊村鎮(zhèn)YangcunTown1.59140.76530.2347柏塘鎮(zhèn)BaitangTown1.04560.50280.4972泰美鎮(zhèn)TaimeiTown1.53610.73870.2613羅陽鎮(zhèn)LuoyangTown1.62300.78050.2195湖鎮(zhèn)鎮(zhèn)HuzhenTown1.35050.64940.3506橫河鎮(zhèn)HengheTown0.84110.40450.5955長寧鎮(zhèn)ChangningTown1.67450.80530.1947福田鎮(zhèn)FutianTown1.59630.76770.2323龍華鎮(zhèn)LonghuaTown1.73820.83590.1641龍溪鎮(zhèn)LongxiTown1.86620.89740.1026園洲鎮(zhèn)YuanzhouTown1.60710.77280.2272石灣鎮(zhèn)ShiwanTown1.62560.78170.2183楊僑鎮(zhèn)YangqiaoTown1.67600.80600.1940
圖1 2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵分區(qū)Fig.1 The information entropy zoning of land use structure of Boluo County in 2014
2009~2014年博羅縣土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵總體呈不斷上升趨勢(shì),表明博羅縣土地利用系統(tǒng)的無序度在不斷提高,有序度逐漸降低;土地利用系統(tǒng)處于由低水平有序狀態(tài)向較高水平的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變的階段;從空間分布上看,總體而言經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵較高,而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵較低。
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Analysis of Land Use Structure in Boluo County Based on Information Entropy
TANG Zhong-li
(Bureau of Land and Resources of Boluo County, Boluo, Guangdong 516100)
Based on the principle of information entropy, the evolution in time and spatial differences among the towns of land use structure in Boluo County were analyzed by using quantitative method. The results showed that on the whole, information entropy and equilibrium degree of land use structure of Boluo County rose during 2009-2014, and dominance degree declined, disorder level of land use structure constantly raised; There were significant differences in land use structure among the towns in 2014. Overall, the higher the level of economic development, the higher the information entropy of land use structure, the lower the level of economic development, the lower the information entropy of land use structure.
Land use structure; Information entropy; Equilibrium degree; Dominance degree; Boluo County
唐中立(1980-),男,湖南懷化人,工程師,碩士,從事土
2016-05-23
S 27
A
0517-6611(2016)18-210-03
地利用的研究和管理工作。