綿陽(yáng)市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵時(shí)空差異研究

陳浩　董廷旭　羅培

摘要 根據(jù)1995年綿陽(yáng)市土地利用詳查數(shù)據(jù)和2009年綿陽(yáng)市第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用信息熵理論對(duì)綿陽(yáng)市所轄各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)的空間差異和時(shí)序變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，信息熵?cái)?shù)值的高低與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在相關(guān)性，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速的主城區(qū)處于信息熵高值區(qū)和增長(zhǎng)區(qū)，經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的山區(qū)縣處于信息熵低值區(qū)和下降區(qū)，中等經(jīng)濟(jì)水平的丘陵縣處于信息熵中值區(qū)。一個(gè)良好的土地利用結(jié)構(gòu)，其土地分異應(yīng)介于混沌與有序之間，因而，對(duì)于不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的區(qū)域，應(yīng)采取相應(yīng)措施適度提高或降低信息熵，以促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 土地利用結(jié)構(gòu)；信息熵；時(shí)空差異；綿陽(yáng)市

中圖分類號(hào) G28；F293.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）13-04078-03

Abstract Based on the land use survey data on Mianyang City in 1995 and the second land survey data on Mianyang City in 2009， the temporal and spatial variations of land use structure in Mianyang City were analyzed based on information entropy. The results showed that there was a significant correlation between information entropy and economic development level. The economic developed main urban area was located in the high value area and growth region of information entropy， the economybackward mountain counties was located in the low value area and decreasing region of information entropy， and the economic medium hilly county was located in the median value area of information entropy. The good land use structure lied between chaos and order. Therefore corresponding measures were used to improve or decrease information entropy and promote economic development.

Key words Land use structure； Information entropy； Temporalspatial changes； Mianyang City

土地是一個(gè)具有耗散結(jié)構(gòu)的自然歷史綜合體，具有結(jié)構(gòu)和功能的有序性特征[1]。土地系統(tǒng)不僅在空間與功能上表現(xiàn)出不同的組合關(guān)系和結(jié)構(gòu)格局，而且在時(shí)間上也表現(xiàn)出演替的階段性和規(guī)律性[2]。人類對(duì)土地綜合體所施加的擾動(dòng)在不同的時(shí)空尺度上對(duì)土地系統(tǒng)的有序程度產(chǎn)生影響，土地系統(tǒng)的有序程度可以用信息熵來(lái)描述和刻畫[3]。筆者運(yùn)用計(jì)量地理學(xué)方法對(duì)綿陽(yáng)市所轄各區(qū)縣不同時(shí)期的土地利用結(jié)構(gòu)信息熵進(jìn)行計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)，探討信息熵的空間分異規(guī)律和時(shí)間演變規(guī)律，從而為綿陽(yáng)市土地資源的可持續(xù)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

綿陽(yáng)市位于四川盆地西北部，地處103°45′～105°43′ E、30°42′～33°02′ N，下轄涪城區(qū)、游仙區(qū)、三臺(tái)縣、鹽亭縣、安縣、梓潼縣、北川縣、平武縣、江油市等2區(qū)7縣（江油市為縣級(jí)市）。區(qū)域內(nèi)地貌類型多樣，山地、丘陵、平壩面積分別為109.02萬(wàn)、54.52萬(wàn)和39.14萬(wàn)hm2。在綿陽(yáng)市各地類中，林地所占面積最大，為118.04萬(wàn)hm2，耕地面積（44.34萬(wàn)hm2）次之，上述2種地類面積占綿陽(yáng)市土地資源總面積（202.57萬(wàn)hm2）的比例高達(dá)80.16%。隨著城市化進(jìn)程的加快，人類對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的干預(yù)程度日趨加強(qiáng)，綿陽(yáng)市土地利用格局正發(fā)生著深刻變化。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究數(shù)據(jù)來(lái)源于1995年綿陽(yáng)市土地利用詳查數(shù)據(jù)和2009年綿陽(yáng)市第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

信息熵原是一個(gè)物理學(xué)的概念，用來(lái)測(cè)度系統(tǒng)的復(fù)雜性和均衡性，一般來(lái)說(shuō)，信息熵值越高，其系統(tǒng)有序度越低，系統(tǒng)越紊亂，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以綜合反映一定時(shí)期研究區(qū)域內(nèi)各種土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化以及轉(zhuǎn)化的程度[4]。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)1995年綿陽(yáng)市土地利用詳查數(shù)據(jù)和2009年綿陽(yáng)市第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)，利用公式（1）、（2），計(jì)算得出綿陽(yáng)市各區(qū)縣1995、2009年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵（表1、2）。

2.1 綿陽(yáng)市土地利用結(jié)構(gòu)空間差異

由表1、2可以看出，綿陽(yáng)市所轄各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵存在明顯區(qū)域差異，根據(jù)2009年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵計(jì)算結(jié)果，可將研究區(qū)分為信息熵高值區(qū)（1.696 1≥H≥1.637 5） 、信息熵中值區(qū)（1.469 5≥H≥1.296 6）、信息熵低值區(qū)（0.749 8≥H≥0.738 5）3個(gè)不同區(qū)域（圖1）。

信息熵高值區(qū)為綿陽(yáng)市主城區(qū)——涪城區(qū)和游仙區(qū)，這2區(qū)主要位于涪江和安昌江Ⅰ級(jí)階地面上，區(qū)域內(nèi)人口密度大、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，反映城市化發(fā)展水平的城市建設(shè)用地（城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地）和城鎮(zhèn)配套服務(wù)用地（水域及水利設(shè)施用地、城郊菜園地和果園地）所占比重高，上述4類用地分別占涪城區(qū)和游仙區(qū)土地資源總面積的49.88%和31.46%，明顯高于全市平均水平值12.03%。信息熵低值區(qū)位于北川、平武2個(gè)山區(qū)縣（2縣境內(nèi)山地面積均占全縣土地總面積的98.8%以上），該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一（以林業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)），經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，反映城市化發(fā)展水平的4類用地面積僅占北川縣和平武縣土地資源總面積的5.12%和2.00%，均不及全市平均值的1/2。信息熵中值區(qū)分布于綿陽(yáng)市所轄各丘陵縣，包括三臺(tái)、鹽亭、安縣、梓潼、江油5縣，該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r介于主城區(qū)和山區(qū)縣之間，城鎮(zhèn)村及工礦用地等4類代表城市化發(fā)展水平的用地類型面積占5縣土地總面積的16.43%， 比全市平均值略高?？傮w來(lái)看，各區(qū)域城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、園地所占比重大小是導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)信息熵區(qū)域分異的最主要原因。上述地類所占比重越大，信息熵的值越高，土地利用系統(tǒng)的均衡度亦愈高。

2.2 綿陽(yáng)市土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)序變化

根據(jù)表1、2計(jì)算結(jié)果，將綿陽(yáng)市各縣區(qū)信息熵變化反映到圖上（圖1、2）。從圖2可以看出，信息熵增長(zhǎng)區(qū)主要分布于綿陽(yáng)轄區(qū)的西南角，即涪城區(qū)（綿陽(yáng)中心城區(qū)所在地，是綿陽(yáng)市各轄各區(qū)縣中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高的地區(qū)）和環(huán)繞涪城區(qū)的安縣、游仙區(qū)、三臺(tái)縣。其余區(qū)縣處于信息熵下降區(qū)。

深入分析可知，信息熵變化歸根結(jié)底為土地利用結(jié)構(gòu)變化所導(dǎo)致。在以第一產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的低水平經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期，區(qū)域內(nèi)主要分布耕地、林地、草地等用地類型，土地處于單一利用結(jié)構(gòu)狀態(tài)，信息熵處于低值階段。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地等被人類強(qiáng)力改造的用地類型逐漸取代自然土地，土地利用結(jié)構(gòu)有序度不斷降低，信息熵也呈不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。作為綿陽(yáng)市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極，涪城區(qū)通過(guò)輻射效應(yīng)不斷把經(jīng)濟(jì)動(dòng)力和創(chuàng)新成果傳導(dǎo)到與之相鄰的游仙區(qū)、安縣和三臺(tái)縣，上述3縣的土地利用結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化，代表城市化發(fā)展水平的城市建設(shè)用地和城鎮(zhèn)配套服務(wù)用地比重增大，區(qū)域內(nèi)土地利用類型向多樣化方向發(fā)展，各類土地面積漸趨接近，信息熵趨于增長(zhǎng)。處于信息熵增長(zhǎng)區(qū)的各區(qū)縣中，涪城區(qū)信息熵增長(zhǎng)速度最快，1995～2009年信息熵增長(zhǎng)了0.320 6，游仙區(qū)次之，信息熵增長(zhǎng)了0.265 9，安縣和三臺(tái)縣分別增長(zhǎng)了0.123 3和0.014 3。

北川縣、平武縣、江油市、梓潼縣、鹽亭縣處于信息熵下降區(qū)。國(guó)家相關(guān)部門從改善生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，鼓勵(lì)在不適宜耕種的土地上退耕還林還草、封山育林，使得上述5縣林地面積在全縣土地資源總面積中的比重增加。另外，隨著土地整理力度的加大，江油市、梓潼縣、鹽亭縣耕地面積均有不同程度增長(zhǎng)。林地、耕地面積的增大使土地利用結(jié)構(gòu)向單一狀態(tài)方向轉(zhuǎn)化，區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)工礦用地、交通運(yùn)輸用地等地類面積與林地、耕地面積的差距進(jìn)一步擴(kuò)大，信息熵值隨之減小。

3 結(jié)論和討論

綿陽(yáng)市所轄各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵存在明顯區(qū)域差異。總體來(lái)看，城市化發(fā)展水平較高的涪城、游仙處于信息熵高值區(qū)和增長(zhǎng)區(qū)；經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的北川、平武處于信息熵低值區(qū)和下降區(qū)；經(jīng)濟(jì)水平介于主城區(qū)和山區(qū)縣的各丘陵縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵處于中值區(qū)，其中，位于涪城區(qū)南北兩端的三臺(tái)縣、安縣信息熵趨于增長(zhǎng)，其余丘陵縣信息熵趨于下降。

一個(gè)良好的土地利用結(jié)構(gòu)，其土地分異應(yīng)介于混沌與有序之間[6]。土地利用結(jié)構(gòu)處于完全混沌無(wú)序的區(qū)域，其土地利用功能可能會(huì)出現(xiàn)紊亂，土地利用系統(tǒng)將處于無(wú)組織狀態(tài)；相反，如果一個(gè)區(qū)域的土地利用系統(tǒng)過(guò)于有序，將弱化土地系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)構(gòu)和多方面的聯(lián)系，同樣會(huì)降低該區(qū)域土地利用系統(tǒng)的功能[3]。因此，對(duì)于涪城、游仙等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)近郊耕地、林地的保護(hù)，避免土地利用結(jié)構(gòu)信息熵因耕地、林地被城市建設(shè)用地、工礦用地所蠶食而大幅上升；對(duì)于北川、平武等經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后地區(qū)，應(yīng)加大對(duì)城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地等用地類型的建設(shè)力度，適度提高信息熵，以促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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