基于信息熵的寧夏土地利用結(jié)構(gòu)研究

田廣星

(寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,寧夏銀川750021)

基于信息熵的寧夏土地利用結(jié)構(gòu)研究

田廣星

(寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,寧夏銀川750021)

應(yīng)用Shannon的信息熵理論,分析2002～2008年寧夏土地利用結(jié)構(gòu)信息熵,結(jié)果表明:在時(shí)間上,由于西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和國家生態(tài)退耕政策的落實(shí),土地利用信息熵呈單調(diào)遞增趨勢,并呈先快后穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢;在空間上,由于各縣市的地理位置、資源環(huán)境條件、地形地貌狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和土地利用政策的差異較大,土地利用信息熵呈現(xiàn)明顯的地域差異。

信息熵;寧夏;土地利用結(jié)構(gòu)

Shannon認(rèn)為信息熵有內(nèi)在的聯(lián)系,一般信息量越大,熵越小,系統(tǒng)越有序,結(jié)構(gòu)性就越強(qiáng);反之,信息量越小,熵越大,系統(tǒng)越無序,結(jié)構(gòu)性就越差。不同的土地利用方式下土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵是不同的,其有序程度也不同,信息熵的大小可以反映出土地利用系統(tǒng)的有序程度及土地利用方式的不同。

一、研究區(qū)概況

寧夏位于黃河中上游地區(qū),總面積6.64萬平方公里。南部屬黃土丘陵和六盤山地,為溫帶半干旱區(qū)和溫帶半濕潤區(qū);中部為靈鹽臺地、山地和山間平原;北部為平原和賀蘭山地,均屬溫帶干旱區(qū)。黃河從中北部穿越12個(gè)縣市,境內(nèi)流程397公里,屬溫帶大陸性半干旱氣候。全區(qū)現(xiàn)轄銀川、石嘴山、吳忠、固原、中衛(wèi)5個(gè)地級市,興慶、金鳳、西夏、大武口、惠農(nóng)、利通、中衛(wèi)城區(qū)和原州8個(gè)市轄區(qū),靈武、青銅峽2個(gè)縣級市,永寧、賀蘭、平羅、同心、鹽池、中寧、海原、涇源、西吉、隆德、彭陽11個(gè)縣和紅寺堡開發(fā)區(qū)(縣級移民開發(fā)區(qū)),2008年末總?cè)丝?17.69萬人,2008年底地區(qū)生產(chǎn)總值1098.51億元,人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到17892元。

二、研究方法

本文原始數(shù)據(jù)的分類系統(tǒng)采用國家頒布的過渡期間的全國土地分類系統(tǒng),把研究區(qū)土地利用類型按2級進(jìn)行分類,分為耕地、園地、林地、牧草地、其他農(nóng)用地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地、水利設(shè)施用地、未利用土地和其他土地。

(一)信息熵

設(shè)一個(gè)地區(qū)的土地總面積為 S,把該區(qū)域的土地分成n種利用類型,各種利用類型的土地面積為Si(i=1,2,…,n),則各種土地利用類型的面積占該區(qū)域土地總面積的比例(Pi)為:

式中,H為信息熵。它反映土地利用結(jié)構(gòu)的有序程度。熵越大,有序度越低;反之,有序度越高。

(二)均衡度與優(yōu)勢度

基于信息熵公式,可以定義土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度與優(yōu)勢度。

式中,J為均衡度,是實(shí)際熵值與最大熵值之比,表示土地利用的均衡程度,其值越高,各種土地利用類型的面積相差越小,土地利用的均衡偏離程度越小。由于 H≤Hm,可知0≤H≤1。當(dāng)J=0時(shí),土地處于最不均勻狀態(tài);J=1時(shí),則土地利用類型達(dá)到理想的均衡狀態(tài)。相應(yīng)地,優(yōu)勢度的表達(dá)式為:

優(yōu)勢度反映區(qū)域內(nèi)一種或幾種土地利用類型支配該區(qū)域土地類型的程度,與均衡度的意義相反。

三、寧夏土地利用結(jié)構(gòu)信息熵分析

2002～2008年寧夏土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈單調(diào)遞增趨勢,土地利用結(jié)構(gòu)呈無序發(fā)展的態(tài)勢。寧夏土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以劃分為兩個(gè)階段。第一階段:2002～2005年的快速增長階段。這期間寧夏的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵由 114769快速上升到115604,年均增長010278。其主要原因是西部大開發(fā)戰(zhàn)略推進(jìn)國家生態(tài)退耕政策的實(shí)施,使全區(qū)的林地變化幅度顯著。第二階段:2005～2008年的平穩(wěn)增長階段。隨著國家生態(tài)退耕政策的落實(shí)和宏觀調(diào)控政策的實(shí)施,耕地和牧草地減少,由生態(tài)退耕變?yōu)檗r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)用地占用,這期間各類土地利用類型變化較為平穩(wěn),土地利用結(jié)構(gòu)信息熵因而處于平穩(wěn)增長階段。

應(yīng)用相關(guān)系數(shù)分析寧夏土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化與信息熵之間的關(guān)聯(lián)程度,結(jié)果表明:林地與信息熵的關(guān)聯(lián)程度最大,其次為耕地、牧草地。這說明林地、耕地和牧草地等所占比例的高低是影響寧夏土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的主要因素。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵增加的原因主要是由于國家生態(tài)退耕、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)用地占用耕地和牧草地。2002～2008年寧夏土地利用類型中,耕地所占的比重從24184%下降到 21124%,牧草地所占的比重從46166%下降到43164%,但同時(shí),林地所占比重從5156%上升到11167%,居民點(diǎn)及工礦用地所占比重從3111%上升到3153%,交通用地所占的比重從0126%增加到0135%,土地利用結(jié)構(gòu)無序程度發(fā)展態(tài)勢明顯。

2008年寧夏各個(gè)縣市之間的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和優(yōu)勢度有明顯差異,信息熵和均衡度最大的是銀川市郊區(qū),其值分別為 118316和017954;最小的是鹽池縣,其值分別為111307和014911。就全區(qū)來看,基本呈現(xiàn)出北部川區(qū)、南部黃土丘陵和六盤山地較高,中部干旱風(fēng)沙區(qū)較低的趨勢。北部的銀川郊區(qū)、永寧縣、賀蘭縣、平羅縣和南部的原州區(qū)、西吉縣、隆德縣、彭陽縣的土地利用信息熵值均超過全區(qū)的平均水平,該區(qū)域的土地利用類型分配較為均勻,沒有占絕對優(yōu)勢的土地利用類型;而中部的鹽池縣、同心縣、青銅峽市、靈武市、中衛(wèi)城區(qū)、中寧縣的土地利用類型較集中,分布不均衡,牧草地在該區(qū)域土地利用類型中占絕對優(yōu)勢,其比例均超高50%。筆者認(rèn)為,影響寧夏的土地利用區(qū)域差異的主要原因是自然地理和資源條件、地形地貌狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和土地利用政策差異。

四、結(jié)論與建議

第一,寧夏土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵值在時(shí)間上具有動(dòng)態(tài)演變規(guī)律,呈單調(diào)遞增趨勢,表明寧夏土地利用系統(tǒng)正朝著無序狀態(tài)演變,耕地、牧草地和未利用土地呈遞減趨勢,林地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地呈遞增趨勢。但同全國土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值相比仍處于較低水平,土地利用系統(tǒng)仍保持在一個(gè)低水平的有序狀態(tài)。因此,今后在保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的前提下,適當(dāng)開發(fā)未利用土地資源,優(yōu)化寧夏土地利用結(jié)構(gòu),加強(qiáng)居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地和水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),以充分發(fā)揮全區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的最佳效益。

第二,由于自然地理、區(qū)位條件、資源條件、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等存在差異,各縣市在土地利用空間結(jié)構(gòu)上存在較大差異。今后各縣市應(yīng)根據(jù)各自優(yōu)勢和特色,確定土地利用的最佳發(fā)展方向,進(jìn)一步優(yōu)化寧夏土地結(jié)構(gòu)和布局,實(shí)現(xiàn)寧夏土地利用的可持續(xù)發(fā)展。如北部川區(qū)應(yīng)充分利用該區(qū)域土壤肥沃、地勢平坦、匹配良好的水熱條件和耕地的區(qū)位優(yōu)勢,進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力,優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。中部干旱風(fēng)沙區(qū)鹽池、同心兩縣和靈武、中衛(wèi)的臺地、山地部分,應(yīng)針對該區(qū)域牧草地利用比例大、草場退化和沙化嚴(yán)重的現(xiàn)狀,加強(qiáng)天然草場的保護(hù),建設(shè)人工草場和改良草場。南部黃土丘陵區(qū)應(yīng)當(dāng)在繼續(xù)實(shí)施生態(tài)退耕工程,加強(qiáng)林業(yè)建設(shè)的同時(shí),充分利用該區(qū)域的農(nóng)業(yè)資源優(yōu)勢,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)。

[1]敖紅.對信息熵的探討[J].遼寧高等?？坡殬I(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001(1).

[2]姬貴珍,吳承禎,洪偉,等.武夷山市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵動(dòng)態(tài)研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2004(4).

責(zé)任編輯 葉利榮 E2mail:yelirong@126.com

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F301.24

A

1673-1395(2010)04-0218-02

20100610

田廣星(1972—),男,寧夏鹽池人,副教授,碩士,主要從事土地利用規(guī)劃和房地產(chǎn)經(jīng)營管理研究。