崔艷琳

（甘肅省國土資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000）

白銀市土地利用結構分析

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)，進行土地利用結構分析，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構按照時間變化進行分析，從而使人們更好地認識土地利用與人口、自然、社會和經(jīng)濟的相關性及土地利用類型的空間分布規(guī)律，促進白銀市各部門協(xié)調(diào)發(fā)展。

白銀；土地利用結構；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。土地利用結構是指一個國家、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系或組成，也稱為土地利用構成[1]。土地利用結構充分體現(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系[2]。結構決定功能[3-5]，土地利用結構直接反映了一定時期內(nèi)的土地利用狀況，合理的土地利用結構能夠保持土地利用系統(tǒng)的良性循環(huán)，提高土地利用率，促進國民經(jīng)濟各部門協(xié)調(diào)發(fā)展[6,7]。土地利用結構分析是指對研究區(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]。對土地利用結構進行分析研究，方便人們更好地認識土地利用與人口、自然、社會和經(jīng)濟的相關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，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構進行分析，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。

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、會寧三縣城呈一字形構成桃葉主莖;自西向東，白銀區(qū)、靖遠縣、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)

土地利用結構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）假設土地只分配給一種類型，則這一種類型的假設分布為100%，其他類型的假設分布為0；如果僅為分配給前兩種類型，那么這兩種類型的假設分布為50%，其他類型的假設分布為0；以此類推，如果土地均勻分配給10種類型，則假設分布均為10%。（3）計算和比較每一種假設分布于實際分布之差的平方和最小的假設分布組合類型（即最小組合系數(shù)所對應的組合類型），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）假設土地只分配給一種類型，則這一種類型的假設分布為100%，其他類型的假設分布為0；如果僅為分配給前兩種類型，那么這兩種類型的假設分布為50%，其他類型的假設分布為0；以此類推，如果土地均勻分配給10種類型，則假設分布均為10%。

（3）計算和比較每一種假設分布于實際分布之差的平方和最小的假設分布組合類型（即最小組合系數(shù)所對應的組合類型），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為土地利用結構信息熵，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，土地利用結構信息熵值越小，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，信息熵值達到最大。

3 結果與分析

3.1 白銀市土地利用結構多樣化分析

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)建設用地、交通水利用地、其他建設用地、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)建設用地、其他農(nóng)用地、林地、交通水利用地、園地、其他建設用地、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)建設用地、其他農(nóng)用地、交通水利用地、其他建設用地、園地、牧草地。

表4 靖遠縣土地利用類型面積排序表

靖遠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)建設用地、園地、交通水利用地、其他建設用地、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)建設用地、牧草地、交通水利用地、園地、其他建設用地。

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)建設用地、園地、交通水利用地、其他建設用地、牧草地。

3.2.2 土地利用類型分配

假設土地只有一種類型，則這一種類型的假設分布是100%，其他類型的假設分布為0；如果給前兩種類型，那么這兩種類型的假設分布為50%，其他類型的假設分布為0；依次類推，得到白銀市三縣兩區(qū)假設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)最小的假設分布類型，這種組合類型即為該區(qū)域土地組合類型，結果見表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)建設用地、交通水利用地、其他建設用地、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

分析結果顯示：白銀區(qū)中的城鄉(xiāng)建設用地、交通水利用地、其他建設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)建設用地、交通水利用地、其他建設用地和其他土地；靖遠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)建設用地、交通水利用地和其他建設用地的區(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 白銀市土地利用結構信息熵變化圖

圖2 白銀區(qū)土地利用結構信息熵變化圖

圖3 平川區(qū)土地利用結構信息熵變化圖

圖4 靖遠縣土地利用結構信息熵變化圖

圖5 會寧縣土地利用結構信息熵變化圖

圖6 景泰縣土地利用結構信息熵變化圖

根據(jù)系統(tǒng)論原理，熵是用來表達某個系統(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)的復雜性越大、不確定性越大越無序。

從白銀市土地利用結構信息熵變化圖可以看出，白銀市土地利用結構信息熵在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構變化幅度不大；2013-2014年，白銀市土地利用結構信息熵減小了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。景泰縣土地利用結構信息熵變化圖和白銀市土地利用信息變化類似，2010-2013年，土地利用結構信息熵增加，減小值為0.0089Nat，2013-2014年，景泰縣土地利用結構信息熵有所增大，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)的土地利用結構信息熵變化圖類似，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)的土地利用結構信息熵相對較小，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)越復雜，不確定性越大。

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