喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展灰色關(guān)聯(lián)分析

康建鋒， 張永福， 孫國軍

(1. 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；2.河西學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，甘肅張掖 734000)

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喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展灰色關(guān)聯(lián)分析

康建鋒1， 張永福*， 孫國軍2

(1. 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；2.河西學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，甘肅張掖 734000)

根據(jù)2000～2012年喀什市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用信息熵方法對(duì)期間喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵進(jìn)行分析，并對(duì)熵值與灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2000～2012年，喀什市土地利用信息熵由0.693 2上升到1.664 8，均衡度由0.693 2上升到0.723 0，優(yōu)勢(shì)度由0.306 8下降到2012年的0.277 0。信息墑、均衡度總體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，優(yōu)勢(shì)度總體出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，土地利用系統(tǒng)無序性增加，均質(zhì)性增強(qiáng)。土地利用結(jié)構(gòu)熵與固定資產(chǎn)投資存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)強(qiáng)度值為0.704 4，與城鎮(zhèn)化率、土地經(jīng)濟(jì)密度、社會(huì)商品零銷售總額、人均GDP、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比呈中等關(guān)聯(lián)。利用土地利用結(jié)構(gòu)信息墑和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析，得出土地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化是信息熵值變化的直接原因，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是土地利用結(jié)構(gòu)熵變化的主要原因。

喀什市；土地利用結(jié)構(gòu)；信息熵；灰色關(guān)聯(lián)分析

土地是一個(gè)自然歷史綜合體，具有結(jié)構(gòu)與功能的有序性特征[1]。土地利用系統(tǒng)是子系統(tǒng)組合而成的復(fù)雜巨系統(tǒng)，不僅時(shí)間上表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，而且空間上表現(xiàn)出不同的功能結(jié)構(gòu)格局[2]。對(duì)于一個(gè)土地利用系統(tǒng)而言，在不同的土地利用方式下，土地利用結(jié)構(gòu)的熵值和有序程度是不同的。熵值越低，說明土地利用系統(tǒng)的有序程度高；熵值越高，土地利用系統(tǒng)的有序程度越低[3]。近年來，許多專家學(xué)者利用信息熵理論、模型和方法，分析研究了土地利用結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，揭示了其變化的原因和主要驅(qū)動(dòng)力，并且取得了顯著成果[4-12]。但選取的研究區(qū)域多集中在東部發(fā)達(dá)區(qū)域，西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的研究甚少。筆者分析了喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的動(dòng)態(tài)變化及其成因，在此基礎(chǔ)上，對(duì)喀什市土地利用結(jié)構(gòu)變化的信息熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系進(jìn)行了研究，以期為喀什市土地資源節(jié)約集約利用及喀什市土地利用總體規(guī)劃修改提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

1 根據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況喀什市地處歐亞大陸中部，地理坐標(biāo)為75°48′50″～76°18′30″E、39°23′50″～39°37′30″N。東西寬45 km，南北長25 km，全市土地總面積55 010.90 hm2。東臨塔克拉瑪干大沙漠，南依喀喇昆侖山，與西藏阿里地區(qū)為鄰，西靠帕米爾高原。屬于喀什噶爾河水系形成的洪積、沖擊平原。氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶愿珊禋夂?，降水少，蒸發(fā)大，光照充足，積溫高，氣溫年際變化不大，而日溫差大，無霜期長。

2012年喀什市實(shí)現(xiàn)國民生產(chǎn)總值132.15億元，較2000年的1.18億元增長130.97億元，人均生產(chǎn)總值達(dá)到2.39萬元，完成固定資產(chǎn)投資113.20億元。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)增加值為81.44億元，在國民經(jīng)濟(jì)中的比重達(dá)到61.70%；二產(chǎn)特別是工業(yè)取得長足進(jìn)展，2012年工業(yè)增加值達(dá)到45.51億元；一、二、三產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率分別為2.46%、34.49%、62.05%；經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力顯著增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)已步入加快發(fā)展時(shí)期，全市經(jīng)濟(jì)和各項(xiàng)事業(yè)取得了輝煌成就。

1.2 數(shù)據(jù)來源該研究土地利用類型數(shù)據(jù)來源于喀什市國土資源局、規(guī)劃研究院提供的2000～2012年喀什市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于喀什市人民政府和各部門提供的歷年統(tǒng)計(jì)年鑒、政府公報(bào)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1土地利用結(jié)構(gòu)信息熵。“熵”原本是一個(gè)物理學(xué)概念，用以表示分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)程度，即表示隨機(jī)無約束程度一種變量。信息熵用來衡量系統(tǒng)有序度，是對(duì)有序度的度量[13-14]。土地利用結(jié)構(gòu)是人為對(duì)土地利用系統(tǒng)施加的影響，不同尺度干擾對(duì)土地利用系統(tǒng)產(chǎn)生不同的反應(yīng)，這種有序度經(jīng)常用信息熵來表述[15]。

假如區(qū)域土地總面積為S，土地利用類型分為N種，每一種類型面積表示為Si(i=1,2,…,N)，則有：

(1)

各類土地占土地總面積比例為：

Pi=Si/S

(2)

按照信息論的原理，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的公式定義為[10]：

(3)

式中,H是土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵，熵值的大小反映土地類型多少和各土地類型面積的均一程度。信息熵的熵值越高，說明不同用地類型數(shù)越多，即各土地類型的面積差越小，土地分布的越均衡。即P1=P2=…=Pn=1/N時(shí)，熵值是最大的，該區(qū)域的土地利用處于均衡狀態(tài)。

信息熵也可說明土地類型復(fù)雜度、有序度，但通常它不能反映職能數(shù)N的影響，這就使信息熵在分析土地利用均衡性的時(shí)時(shí)候有一定的困難。因此，通常引進(jìn)均衡度的概念，在信息熵的基礎(chǔ)上構(gòu)造均衡度公式[16]：

(4)

式中,J是均衡度，它表示信息熵與最大熵值之比。因?yàn)镠≤Hm，所以J值變化處于0～1之間，J的值越大，說明均質(zhì)性越強(qiáng)。當(dāng)J=0時(shí)，處于最不均勻的狀態(tài)；當(dāng)J=1時(shí)，土地利用類型達(dá)到最理想狀態(tài)。

優(yōu)勢(shì)度表示為D：

D=1-J

(5)

優(yōu)勢(shì)度通常反映區(qū)域的一類或多類土地利用類型，表示該區(qū)域的土地類型程度一類或幾類土地類型來支配區(qū)域土地類型的程度[16]。

1.3.2灰色關(guān)聯(lián)分析?；疑P(guān)聯(lián)分析是多因素的統(tǒng)計(jì)分析方法，以各因素樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)度來刻畫、描述因素間關(guān)系強(qiáng)弱大小與次序[17-18]。但是土地利用結(jié)構(gòu)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系是模糊的，很難確定影響該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，能在一定程度上對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展間關(guān)系進(jìn)行描述[19]。該分析方法的思路是：

(1)確定分析對(duì)象序列。將土地利用結(jié)構(gòu)熵的序列組(Xi)設(shè)為參考序列；喀什市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的序列組(yi)為比較序列。

(2)進(jìn)行無量綱化的處理。選取的多個(gè)指標(biāo)的量綱是不一樣，不利于分析統(tǒng)計(jì)，首先進(jìn)行初值化的處理，初值化公式為[20]：

(6)

(3) 計(jì)算絕對(duì)差，用z(k)表示。計(jì)算出序列組yj與序列組xi數(shù)列差的絕對(duì)值，并統(tǒng)計(jì)出最小值和最大值。計(jì)算公式為[20]：

E(k)=|xi(k)-yj(k)|

(7)

(4) 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，用ξij(k)表示。計(jì)算出序列組yj與參考序列組xi在不同時(shí)刻間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。計(jì)算公式為[20]：

(8)

(5)計(jì)算關(guān)聯(lián)度rij。關(guān)聯(lián)度的一般計(jì)算公式為[20]：

(9)

2 結(jié)果與與分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化根據(jù)2000～2012年喀什市土地分類數(shù)據(jù)，利用公式(3)～(5)進(jìn)行分析處理，計(jì)算得出研究期間喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度(表1)。

表1 2000～2012年喀什市土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度

由表1可知，2000～2012年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈波動(dòng)上升趨勢(shì)；信息熵最低值為1.498 7(2009年)，最高值為1.664 8(2012年)，年均增長率為0.057%。在波動(dòng)上升過程中，分為4個(gè)明顯階段：第一階段，2000～2007年研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵處于平穩(wěn)上升時(shí)期，但總體上升幅度較小，年均增長0.053%。主要原因是由于園地、林地、其他農(nóng)用地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地的增加和耕地、未利用地的減少變動(dòng)引起的。 第二階段，2007～2009年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵出現(xiàn)劇烈下降，由2007年的1.639 0減少到2009年的1.498 7，年遞減率0.468%。其他農(nóng)用地、居民點(diǎn)及工礦用地增加快，園地、林地、牧草地減少速度快。第三階段，2009～2010年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈上升階段，由2009年的1.498 7增長到2010年的1.655 9，年增長率為0.786%。其他農(nóng)用地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地快速增加，耕地、園地、林地、未利用地減少速度快。第四階段，2010～2012年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵出現(xiàn)平穩(wěn)上升，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵由2010年的1.655 9增長到2012年的1.664 8，年增長率為0.089%。

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)聯(lián)分析土地利用結(jié)構(gòu)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本，熵值的變化直接原因是結(jié)構(gòu)的調(diào)整與變化，土地利用結(jié)構(gòu)變化大多是人類通過各種人為干擾造成的，因而分析土地利用結(jié)構(gòu)變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的相互關(guān)系顯得非常重要。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，利用收集到的喀什市統(tǒng)計(jì)分析資料，在綜合分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)喀什市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況，選取城鎮(zhèn)化率(y1)、土地經(jīng)濟(jì)密度(y2)、固定資產(chǎn)投資(y3)、社會(huì)商品零銷售總額(y4)、人均GDP(y5)、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比(y6)等6個(gè)指標(biāo)[21]，并建立灰色關(guān)聯(lián)模型計(jì)算其關(guān)聯(lián)度。

以灰色關(guān)聯(lián)模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)聯(lián)度結(jié)果，根據(jù)關(guān)聯(lián)度強(qiáng)弱劃分，關(guān)聯(lián)度在(0,0.3]區(qū)間為弱關(guān)聯(lián)；關(guān)聯(lián)度在(0.35,0.70]區(qū)間為中等關(guān)聯(lián)；關(guān)聯(lián)度在(0.70,1]區(qū)間為強(qiáng)關(guān)聯(lián)，列出計(jì)算強(qiáng)度等級(jí)(表2)。

表2 土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)聯(lián)度

表2結(jié)果顯示，喀什市信息熵熵值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度從大到小排序?yàn)閥3>y4>y2>y6>y1>y5。其中，關(guān)聯(lián)度最強(qiáng)的為固定資產(chǎn)投資，最弱的為人均GDP。從關(guān)聯(lián)強(qiáng)度來看，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與固定資產(chǎn)投資呈現(xiàn)強(qiáng)關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)強(qiáng)度值為0.704 4。與社會(huì)商品零售總額、土地經(jīng)濟(jì)密度、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比、城鎮(zhèn)化率、人均GDP呈中等關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)強(qiáng)度值分別為0.678 6、0.631 4、0.624 8、0.600 8、0.580 9。選取與喀什市經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)性較高的6項(xiàng)重要指標(biāo)，分別為人均GDP、城鎮(zhèn)化率、土地經(jīng)濟(jì)密度、社會(huì)商品零售總額人均GDP、社會(huì)商品零售總額及固定資產(chǎn)投資。結(jié)果表明，喀什市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用結(jié)構(gòu)熵的變化存在較為密切的內(nèi)在聯(lián)系，是間接引起該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)熵變化的主要原因。

3 結(jié)語

根據(jù)信息熵理論，運(yùn)用綜合分析方法，對(duì)喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息墑與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和建設(shè)用地大幅增加，是引起土地利用信息熵增大的直接因素。農(nóng)用地比重從2000年的45.15%下降到2012年的41.35%；建設(shè)用地比重從2000年的14.39%上升到31.71%。這種變化使得各類土地利用所占比重趨于均衡，從而使土地利用信息熵值增大。

(2)2009年喀什市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵突降，熵值為歷史最低的1.498 7，主要是未利用土地的減少所致。2000年喀什市未利用土地面積為22 252.49 hm2，2012年為14 819.98 hm2，凈減少7 432.51 hm2，占土地總面積的比重從2000年的40.45%減小到2012年的26.94%，從而導(dǎo)致信息熵急劇減小。

(3) 喀什市人口的增長、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快及國家各種優(yōu)惠政策的推行，是土地利用結(jié)構(gòu)信息熵發(fā)生變化的主要原因。

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The Grey Relational Analysis of Land Use Structure Information Entropy and Socio-economic Development in Kashi City

KANG Jian-feng1, ZHANG Yong-fu*, SUN Guo-jun2

(1. School of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046; 2. Historical Culture and Tourism College, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000)

According to land use change data of Kashi City during 2000-2012, using entropy, the land use structure entropy was analyzed, as well as the grey relational degree. The results showed that compared with 2000, information entropy of land use rose from 0.693 2 to 1.664 8 in 2012, equilibrium degree rose from 0.693 2 to 0.723 0 in 2012, dominance degree dropped from 0.306 8 to 0.277 0 in 2012. Entropy and equilibrium degree were generally on the rise, dominance degree declined, the degree of disorder of land use system increased, and homogeneity enhanced. Entropy of land use structure and investment in fixed assets had a strong correlation, and the strength of association was 0.704 4. And the rate of urbanization, land economic density, total sales of social commodities to zero per capita GDP, non-agricultural and agricultural industry output ratio showed a moderate association. Using the comprehensive analysis of gray correlation degree of land use structure information entropy and the development of society and economy, it can be obtained that the land use change of internal structure was the direct cause of the changes of information entropy, and the development of social economy is the main reason of the changes of land use structure entropy.

Kashi City; Land use structure; Entropy; Grey relational analysis

康建鋒(1987-)，男，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向：國土資源信息技術(shù)。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事國土資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃、土地管理研究。

2015-02-09

S 28

A

0517-6611(2015)09-301-03