金伊寧，王文棣

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，蘭州730070）

土地利用結(jié)構(gòu)的合理化能夠帶來土地資源的可持續(xù)利用。近幾年我國一些學(xué)者應(yīng)用信息熵理論對土地利用結(jié)構(gòu)變動進行了一系列研究分析，如石培基、居玲華對我國西部土地利用結(jié)構(gòu)進行了分析研究，并得出結(jié)論，西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境相對脆弱，土地資源面臨利用困難、利用結(jié)構(gòu)不合理、利用效率低，土地質(zhì)量退化等問題[1]。李冬梅等對吳江土地信息熵轉(zhuǎn)變誘因進行研究，采用土地利用結(jié)構(gòu)信息熵測算模型和多元回歸分析[2]。朱光明對長春市土地利用構(gòu)造變更及優(yōu)化研究，進行定性與定量分析相結(jié)合，基于信息熵、空間分析法進行研究[3]。本文研究區(qū)域是張掖市，從土地利用結(jié)構(gòu)信息熵出發(fā)，通過對張掖市土地利用結(jié)構(gòu)十年動態(tài)變化進行調(diào)研，并結(jié)合主成分分析法對張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動因素進行分析。

1 研究區(qū)概況

自然環(huán)境狀況：其地域范圍為東經(jīng)97°12′～102°20′，北緯37°28′～39°57′，位于甘肅省河西走廊中段。

經(jīng)濟狀況：近年來，張掖市經(jīng)濟持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展，截至2016 年年底，全市生產(chǎn)總值399.94億元，比上年增長8%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增長5.5%；第二產(chǎn)業(yè)增長7.9%；第三產(chǎn)業(yè)增長9.3%。按常住人口計算，人均生產(chǎn)總值32 729元。

土地利用情況： 全市區(qū)域總面積3 859 205.96hm2， 截 至 2016 年 年 底， 耕地 354 828.44hm2。 林 地 421 075.44hm2； 草地2 108 903.88hm2； 水 域165 100.83hm2； 交通 道 路 27 480.14hm2， 城 鄉(xiāng) 建 筑 和 居 民用 地 僅 占 48 506.91hm2， 占 總 面 積 的1.25% ； 鹽 堿 地、 裸 土、 沙 漠 戈 壁 等難利用地占地726 096.96hm2。

生態(tài)情況：市內(nèi)植被大體分為三類：荒漠植被、草甸草原、半荒漠草原植被。轄區(qū)內(nèi)森林總面積507 269.20hm2，草場面積2 546 512.73hm2。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵

土地利用結(jié)構(gòu)信息熵主要是衡量一個地區(qū)土地利用現(xiàn)狀的有序程度、均衡度程度和集中程度能綜合反映一定時期研究區(qū)域內(nèi)各種土地的轉(zhuǎn)換水平以及動態(tài)變化，對優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)具有一定指導(dǎo)作用[4]。

①土地利用結(jié)構(gòu)信息熵。信息熵的定義如下：

式中，H為土地利用結(jié)構(gòu)信息熵，Pi為各土地利用類型占該區(qū)域土地總面積比例。其中Pi=Ai/A,A表示區(qū)域土地總面積，Ai為各種土地類型的面積[5]。

②土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度及集中度。構(gòu)建的均衡度公式如下：

式中，H表示信息熵，由于H≤Hmax,故J的變化區(qū)間為[0,1]，J表示均衡度，是實際土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值與最大熵值之比，基于均衡度的概念，構(gòu)建出土地利用結(jié)構(gòu)的集中度公式：

式中，I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。

2.2 主成分分析法

堅持指標選取的科學(xué)性、目的性、系統(tǒng)性、數(shù)據(jù)的可獲取性，本文選取12 個指標作為分析張掖市土地利用結(jié)構(gòu)的驅(qū)動因素。這12 個因素涵蓋了人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平、城市化進程等影響土地利用結(jié)構(gòu)變化的社會經(jīng)濟因素。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本文研究的張掖市各土地利用類型面積數(shù)據(jù)來源于2007—2016 年《張掖綜合年鑒》和《甘肅省統(tǒng)計年鑒》。本文土地利用分類沿用8 大地類分類系統(tǒng)。根據(jù)《中華人民共和國國家標準(GB/T21010-2007)：土地利用現(xiàn)狀分類》，對數(shù)據(jù)做出如下調(diào)整：①耕地、園地、林地、牧草地保持不變，按照原始數(shù)據(jù)處理；②將水域以及水利設(shè)施用地和溝渠土地用地類型分類并入水域及水利設(shè)施用地；③把田坎從其他農(nóng)用地歸入未利用。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 張掖市土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀統(tǒng)計

根據(jù)2016 年《張掖綜合年鑒》土地利用結(jié)構(gòu)圖如表1 所示，張掖市土地利用類型主要是以耕地、林地、草地園地、其他用地為主、交通用地所占比例很小，都不到1%。張掖市各區(qū)縣的土地利用差別比較明顯，山丹縣、肅南縣的土地類型以草為主，尤其是肅南縣草地用地面積的比例達到71.27%，民樂縣主要以耕地為主，其他地區(qū)土地利用類型的差別不是很明顯。

3.2 張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度、集中度分析

根據(jù)信息熵、均衡度、集中度的公式計算出張掖市2007—2016 年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和集中度數(shù)值。計算結(jié)果見表2。

由表2和圖1可以看出，2007—2016年中張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵總體的變化趨勢為：緩慢增長—增長—迅速增長，信息熵值平均為1.296 68。從總體上來看，均衡度呈上升趨勢，集中度呈下降趨勢。說明張掖市土地利用系統(tǒng)有序性降低，土地利用結(jié)構(gòu)逐步向均衡狀態(tài)發(fā)展。

根據(jù)張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值的波動規(guī)律，能夠發(fā)現(xiàn)張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化經(jīng)歷了三個比較顯著的階段：第一階段，緩慢增長階段，2007 年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值1.282 3 增長到2009年的1.283 0,年增長率為0.023 3%。這個階段變化最大的是耕地、水域及水利設(shè)施用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地的增多，園地、草地、其他用地的減少。第二階段土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈加速增長期，從2009 年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值的1.283 0 增長到2014 年的1.290 3，年增長率為0.146%。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值開始大幅度提高，說明張掖市土地利用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模調(diào)整，其穩(wěn)定度變化明顯。第三階段土地結(jié)構(gòu)信息熵呈大幅度增長期，從2014年的1.290 3增長到2016年的1.342 6，年增長率為1.74% ，相比較前兩個階段增長幅度最大。說明張掖市土地利用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模調(diào)整，其穩(wěn)定度變化明顯。尤其是耕地，比2014 年所占耕地總面積增加了38.81%，另外園地及其他土地減少，可見其他土地的利用率提高。

張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值不斷變化，整體表現(xiàn)為：平穩(wěn)—微調(diào)整—調(diào)整，在這個過程中，土地利用一直處于調(diào)整的狀態(tài)，由剛開始的平穩(wěn)增長到快速增長，最后到大幅度增長。

3.3 張掖市各區(qū)縣土地利用信息熵值變化分析

通過對張掖市各區(qū)（縣）2016年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵進行計算（見表3），可以看出張掖市各區(qū)（縣）土地利用結(jié)構(gòu)熵值由大到小依次是肅南縣、山丹縣、高臺縣、臨澤縣、民樂縣、甘州區(qū)?？梢詫堃词形蹇h一區(qū)的區(qū)域差異分為兩種類型，①信息熵高值區(qū)（H≧1），包括高臺縣、山丹縣、肅南縣，占全市土地總面積的72.37%。這三個縣經(jīng)濟發(fā)展相對較快，土地利用結(jié)構(gòu)變化也相對較大，草地及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整占地較多，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值高。主要土地利用結(jié)構(gòu)類型為：草地、林地。2016年三個縣區(qū)草地、林地共2 071 517.02hm2，占全市土地總面積的53.68%。②信息熵低值區(qū)（H≦1），包括甘州區(qū)、臨澤縣、民樂縣，占全市總面積的22.35%。這三個區(qū)縣位于張掖市的中心地帶，經(jīng)濟較為發(fā)達，人口密度相對較大，經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展程度較高。2016 年，該區(qū)域交通運輸用地為14 786.74hm2，占全市交通用地總面積的53.82%,該區(qū)域城鎮(zhèn)及工礦用地為x3 733.35hm2，占全市城鎮(zhèn)及工礦用地區(qū)的62.23%。

圖1 張掖市2007—2016年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵

3.4 運用主成分分析法對張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化驅(qū)動因素進行分析

通過運用SPSS 軟件，計算張掖市土地利用結(jié)構(gòu)驅(qū)動因素指標體系的相關(guān)關(guān)系數(shù)矩陣。

①從本文選取的張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的12 個指標之間有著不同的相關(guān)性，其中城鎮(zhèn)居民均可支配收入與農(nóng)村居民純收入的相關(guān)系數(shù)達到0.999，表明它們存在信息上的重疊，有必要對其進行主成分分析。②依據(jù)主成分分析法計算各驅(qū)動因素的特征值及驅(qū)動因素的貢獻率。第一、第二主成分的累積貢獻率為95.415，其充分反映張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的綜合狀況。③進一步求出兩個主成分的荷載矩陣。對上述12 個因子進行分析，第一主成分的貢獻率為86.002%，所反映的信息比較全面，主要反映了經(jīng)濟發(fā)展、城市化對張掖市土地利用變化結(jié)構(gòu)的影響。第二主成分貢獻率為9.413%，主要反映了工業(yè)發(fā)展對張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的影響。根據(jù)分析結(jié)構(gòu)，把選取的12 個驅(qū)動因子歸納為：城市化、經(jīng)濟發(fā)展狀況、工業(yè)發(fā)展三類。

表1 張掖市2016年土地利用類型結(jié)構(gòu)圖

表2 張掖市2007—2016年各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)及信息熵、均衡度、集中度

表3 張掖市各區(qū)縣2016年土地利用結(jié)構(gòu)及其信息熵

計算主成分分數(shù)及驅(qū)動因素綜合得分將因子得分矩陣見表8，得到的主成分分數(shù)系數(shù)乘以標準化后的數(shù)據(jù)，得到主要成分分數(shù)，并得出各個年份的土地利用結(jié)構(gòu)變化驅(qū)動力得分。

由圖2 可以看出，從2006—2016 年影響張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動因素綜合得分值逐年增加：2006—2010 年的驅(qū)動因素得分為負。2011—2016 年驅(qū)動因素綜合得分均大于0，從2009 年起大幅度增加，說明張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動因素不斷加強。

圖2 驅(qū)動因素綜合得分圖

根據(jù)上述分析結(jié)果得出，影響張掖市土地利用結(jié)構(gòu)變化的主要驅(qū)動力為：工業(yè)的發(fā)展、城市化進程、經(jīng)濟發(fā)展水平。①人類所進行的各種工業(yè)進程最終都會體現(xiàn)在土地利用結(jié)構(gòu)的變化上，張掖市工業(yè)增加值從2005 年的24.38 億元到2016年72.7億元，翻了一番多，可見其工業(yè)發(fā)展迅速。②隨著張掖市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)及工礦用地、交通運輸用地不斷增加，為經(jīng)濟快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)，同時擴大了居民和企業(yè)的活動空間，城市建設(shè)不斷向郊區(qū)農(nóng)村發(fā)展。③經(jīng)濟發(fā)展明顯的標志是人民生活水平的不斷提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷改進。經(jīng)濟發(fā)展促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級改造，引起土地資源的各個部門對土地進行調(diào)整，所以土地利用結(jié)構(gòu)不斷變化。

4 結(jié)論

①從2007—2016 年的10 年間，張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵表現(xiàn)為平緩—上升—加速上升的趨勢，說明土地利用在經(jīng)歷一個穩(wěn)定期后進入變化期，再由變化期進入快速變化期，總體而言，張掖市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵會持續(xù)增加，土地利用結(jié)構(gòu)有序性會降低，但是各土地之間的結(jié)構(gòu)的均衡性區(qū)域增強。②張掖市五縣一區(qū)中土地利用結(jié)構(gòu)信息熵具有明顯的區(qū)域差異，高臺縣、山丹縣、肅南縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵高于全市平均水平；甘州區(qū)、臨澤縣、民樂縣則低于全市平均水平。也就是說相對于甘州區(qū)、臨澤縣、民樂縣，高臺縣、山丹縣、肅南縣的土地利用結(jié)構(gòu)的有序性高、集中度低。③土地利用結(jié)構(gòu)變化的主成分分析法結(jié)果表明，工業(yè)化發(fā)展、城市化進程、經(jīng)濟發(fā)展這3 個因素是張掖市近10 年來土地利用變化的主導(dǎo)社會驅(qū)動因素。④本文僅計算了張掖市的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵，對于某一城市，它的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵具體多少合適，才能促進土地資源的可持續(xù)化利用、促進緊急、社會效益的同步實現(xiàn)，有待進一步研究。