土地利用結(jié)構(gòu)變化及影響因素分析
——以山東省濰坊市為例

吳宗杰,董會忠,王 格

(山東理工大學(xué)商學(xué)院，山東淄博255012)

土地利用結(jié)構(gòu)變化及影響因素分析
——以山東省濰坊市為例

吳宗杰,董會忠,王 格

(山東理工大學(xué)商學(xué)院，山東淄博255012)

區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化與區(qū)域人口、環(huán)境及社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)，研究土地利用結(jié)構(gòu)變化規(guī)律是研究區(qū)域土地優(yōu)化配置的重要內(nèi)容，對區(qū)域土地合理利用具有重要意義。運用Shannon的信息熵理論，選取濰坊市2005～2011年土地開發(fā)與利用數(shù)據(jù)，對濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，得到其土地利用的信息熵、均衡度及優(yōu)勢度，從而分析濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)變化，以改進(jìn)濰坊市統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展并合理制定土地政策。

濰坊市；土地利用結(jié)構(gòu)；信息熵

土地資源已經(jīng)越來越成為稀缺資源，土地資源的有效利用已是各國制定相關(guān)政策必須考慮的重要因素。近年來，學(xué)術(shù)界對土地結(jié)構(gòu)的變化問題做了大量卓有成效的研究，成為經(jīng)濟地理學(xué)研究的前沿和熱點，研究內(nèi)容主要涵蓋了區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的時空變化及其影響因素，區(qū)域土地結(jié)構(gòu)合理度評價與研究，區(qū)域土地變化的環(huán)境影響等，為解釋區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和合理調(diào)整區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)等提供了科學(xué)依據(jù)。[1][2][3][4]

土地利用結(jié)構(gòu)的變化具有復(fù)雜系統(tǒng)的演化特征，受到社會、經(jīng)濟、文化、技術(shù)和自然環(huán)境等方面的影響。[5]從時空變化特征來分析，既有演替的過程、階段和規(guī)律，又有不同的格局和組合關(guān)系，是一個典型的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。美國貝爾電訊實驗所的工程師Shannon 創(chuàng)立的信息熵理論逐漸成為研究耗散結(jié)構(gòu)的有效工具。在對土地利用結(jié)構(gòu)演化分析方面,土地結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要看信息熵的大小，信息量多,土地結(jié)構(gòu)信息熵就越低,意味著該系統(tǒng)越有序,結(jié)構(gòu)性越強；信息量越少, 土地結(jié)構(gòu)信息熵就越高,意味著該系統(tǒng)越無序,結(jié)構(gòu)性越差。土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵是隨著土地利用方式的改變而變化的，土地利用系統(tǒng)的有序程度也隨著改變，信息熵可以表征土地利用方式的改變及其系統(tǒng)的有序性。[6]基于Shannon 創(chuàng)立的信息熵理論，選擇濰坊市作為研究對象，研究該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化規(guī)律，并進(jìn)一步分析濰坊市不同地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)特點，改進(jìn)濰坊市土地開發(fā)和利用決策和措施。

一、濰坊市概況

濰坊市是黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)和半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)的核心城市，濰坊市土地的有效利用是推動山東省“藍(lán)黃戰(zhàn)略”實施的重要內(nèi)容。濰坊市屬于魯中地區(qū)，處于東經(jīng)114°36′～122°43′,北緯34°25′～38°23′之間，東部與煙臺、青島接壤，西部連接淄博市和東營市，南部則是泰沂山脈，北靠渤海萊州灣?？偯娣e約1.6萬平方公里，現(xiàn)轄濰城、奎文、寒亭、坊子、昌邑、高密、壽光、昌樂、青州、臨朐、諸城、安丘等12個區(qū)縣市，另有高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、濱海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、綜合保稅區(qū)、峽山生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展區(qū)。

在國家大力推進(jìn)新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，濰坊市城鎮(zhèn)人口數(shù)量逐年增加，經(jīng)濟總量呈不斷上升趨勢，對各種資源的需求不斷加大，尤其是對土地資源的需求。從濰坊市目前發(fā)展階段的特征和城市功能定位來看，實現(xiàn)社會發(fā)展的各項目標(biāo)和經(jīng)濟的平穩(wěn)增長仍需要土地資源的大量投入，對耕地的占用量將居高不下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和自然災(zāi)害也將造成部分耕地?fù)p失，增加了土地的緊缺程度。而濰坊市土地開發(fā)程度較高，后備資源較少，可供開發(fā)為農(nóng)用地的土地資源特別是開發(fā)為耕地的土地資源已經(jīng)很少，耕地和基本農(nóng)田保護(hù)的壓力越來越大。

二、濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)變化的量化分析

(一)數(shù)據(jù)來源

濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)來源于濰坊市土地利用變更調(diào)查資料，土地利用數(shù)據(jù)的分類系統(tǒng)采用現(xiàn)行的《土地利用現(xiàn)狀分類》體系，最終將濰坊市土地資源分為農(nóng)用地、園林、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水利設(shè)施用地、未利用土地及其他類型等8種。

(二)研究方法

本研究是運用信息熵來表征土地利用結(jié)構(gòu)的變化特征的。假定某一區(qū)域土地總面積為A，各類土地根據(jù)其職能劃分為n類，每一種土地類型的面積分別為Ai(i=1,2,…n)。

1.土地利用結(jié)構(gòu)信息熵(H)

參考信息論中的Shannon Weaner指數(shù),土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵(H)可以定義為:

(1)

其中,Pi——各土地利用類型占該區(qū)域土地總面積的比例(Pi=Ai/A)。

信息熵H是系統(tǒng)復(fù)雜性和均衡性的測量指標(biāo),本文用來描述土地利用結(jié)構(gòu)的多樣性,多樣性指數(shù)是描述某一地區(qū)土地結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的指標(biāo)。 當(dāng)該地區(qū)土地未被開發(fā)利用時,其土地結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)假定為0 ,即Hmin=0；當(dāng)該地區(qū)土地開發(fā)利用達(dá)到成熟狀態(tài),即各類土地面積已趨于穩(wěn)定、均勻,即A1=A2=…=An=A/n,滿足信息熵值最大化條件時,土地利用結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)最大,即Hmax=lnn。

根據(jù)最大熵值和最小熵值原理,土地利用過程中劃分的職能類型越多,各類土地的面積相差越小,則土地利用結(jié)構(gòu)信息熵就越大。

2.土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度(E)與優(yōu)勢度(I)

信息熵是某一地區(qū)土地利用復(fù)雜程度的具體表征,而土地類型之間面積大小的差異以及各職能類型的結(jié)構(gòu)格局則用土地利用的均衡度和優(yōu)勢度來表征。[7]運用信息熵公式,可以計算土地利用的均衡度，如式2所示：

(2)

土地利用均衡度E值的取值介于0～1之間，E值越大，反映該地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性越強。由均衡度計算出來的土地利用結(jié)構(gòu)均質(zhì)性與信息熵相比，其直觀性和可比性都有所增強。

土地的優(yōu)勢度則是表征某一區(qū)域中一種或幾種土地利用類型支配該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)程度的變量，I與均衡度的意義相反，用公式表示：

I=1-E

(3)

(三)土地結(jié)構(gòu)利用均衡性的時間序列分析

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入土地結(jié)構(gòu)利用信息熵、均衡度和優(yōu)勢度的計算公式，可以計算出濰坊市2005～2011年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和優(yōu)勢度的變化情況，計算結(jié)果見表1。

對2005～2011年濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度及優(yōu)勢度的變化分析得出, 濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵從2005年的1.565增加到2011年的1.577，均衡度從2005年的0.712增長到2011年的0.718，優(yōu)勢度從2005年的0.228 減少到2011年的0.282。從以上三個評判指標(biāo)的增減，土地結(jié)構(gòu)逐漸趨于均衡，各類土地的優(yōu)勢度也呈減小趨勢，從時間序列來分析說明濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)漸趨合理。

表1 濰坊市2005～2011年土地利用結(jié)構(gòu)及信息熵、均衡度和優(yōu)勢度

(四)土地利用結(jié)構(gòu)的空間序列分析

選擇濰坊市12個區(qū)縣2010年的相關(guān)數(shù)據(jù)，對各個區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵、均衡度和優(yōu)勢度進(jìn)行測算，如表2所示，結(jié)果顯示：濰城區(qū)、寒亭區(qū)、壽光市、臨朐縣的信息熵較大，均超過1.2，奎文區(qū)和高密市的信息熵小于1，說明濰坊市各區(qū)縣的土地利用結(jié)構(gòu)不均衡，其中，奎文區(qū)土地結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢度達(dá)到0.472，這是因為奎文區(qū)是濰坊市的政治、經(jīng)濟和文化中心，建設(shè)用地占了總土地面積的0.731，耕地面積僅為0.129。全市土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵的空間差異比較顯著，均衡度空間特征與信息熵基本一致，而土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢度則與信息熵和均衡度呈相反變化。

由于自然和歷史原因，濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不均衡特征。從行政區(qū)劃來看，由于縣(市、區(qū))的自然地理分布、區(qū)位條件以及經(jīng)濟社會發(fā)展水平不同，土地利用結(jié)構(gòu)存在較大差異。以膠濟鐵路為南北分界線，土地利用結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯差異：濰坊市中部是城鎮(zhèn)和農(nóng)用地的主要分布區(qū)，地理特征主要是平原，是糧食主產(chǎn)區(qū)；北部是濱海地區(qū)，土地結(jié)構(gòu)主要是鹽田，占了北部濱海地區(qū)居民點及工礦用地總面積的62.40%；南部的地理特征是低山丘陵區(qū)，森林覆蓋率高，主要發(fā)展林果業(yè)，該區(qū)域是濰坊市的自然風(fēng)景區(qū)。

表2 2010年濰坊市各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和優(yōu)勢度

三、濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)變化影響因素分析

區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的變化不僅受政策、法規(guī)等外部環(huán)境的硬約束，而且還受人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動等因素的軟約束。因此，影響土地利用結(jié)構(gòu)變化的因素較為復(fù)雜，且各因素之間也存在一定相關(guān)關(guān)系。本文運用SPSS軟件綜合處理分析這些因素的相關(guān)關(guān)系，對濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)變化的影響情況，選取國內(nèi)生產(chǎn)總值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及人口結(jié)構(gòu)對土地利用結(jié)構(gòu)演化的影響。

選擇濰坊市2005～2011年國民生產(chǎn)總值及三次產(chǎn)業(yè)與土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，在顯著性水平為0.01時，說明濰坊市國民生產(chǎn)總值和三次產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值與土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈現(xiàn)出高度相關(guān)性，特別是第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)，其與信息熵的相關(guān)性高于第一產(chǎn)業(yè)，說明第二、三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得濰坊市建設(shè)用地的規(guī)模和需求量不斷增長，對信息熵的增大起到正向促進(jìn)作用，提高了土地利用系統(tǒng)的無序性，土地利用結(jié)構(gòu)向均衡性轉(zhuǎn)變。

從人口結(jié)構(gòu)看，農(nóng)村人口向城市流動，農(nóng)業(yè)人口的減少和非農(nóng)人口的增加是當(dāng)前人口變化的主要趨勢，兩種人口類型的變化對區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。通過對濰坊市人口結(jié)構(gòu)的變動及信息熵的變動分析，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與人口總數(shù)的相關(guān)性系數(shù)為0.985，呈正相關(guān)關(guān)系，與農(nóng)業(yè)人口數(shù)量的相關(guān)性系數(shù)為0.967，呈正相關(guān)；與非農(nóng)業(yè)人口的相關(guān)性系數(shù)為0.963，呈負(fù)相關(guān)。說明濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的增加與人口數(shù)量和人口結(jié)構(gòu)具有高度相關(guān)性。

四、結(jié)論

對濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：在研究期內(nèi)濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度逐年增大，而優(yōu)勢度則相應(yīng)呈減少趨勢。從土地類型看，濰坊市耕地面積變化不大，主要原因是我國在耕地管理方面實行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度。濰坊市居民點和工礦用地也呈逐年減少態(tài)勢，其原因，一方面是城市化導(dǎo)致農(nóng)村人口向城市或中心鎮(zhèn)集聚，在土地利用上表現(xiàn)為城鎮(zhèn)用地規(guī)模的持續(xù)增加，農(nóng)村居民點用地變化較穩(wěn)定；另一方面，近幾年土地整理力度加大，對農(nóng)村居民點的整理導(dǎo)致面積有所下降。從空間角度看，由于濰坊市各區(qū)縣發(fā)展水平不均衡以及自然因素影響，各區(qū)縣土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性存在很大差異。分析濰坊市土地利用結(jié)構(gòu)演化的主要因素，可以看出：濰坊市國民生產(chǎn)總值、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及人口結(jié)構(gòu)都與土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵有很強的相關(guān)性，經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化及人口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化都會對土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

[1]潭永忠,吳次芳. 區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵分異規(guī)律研究[J]. 自然資源學(xué)報, 2003, (1).

[2]程浩, 舒曉波，等. 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵時空變化分析——以宜春市為例[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, (12).

[3]周杜輝, 王佑漢, 等. 基于熵值函數(shù)模型的土地利用變化響應(yīng)研究——以四川省閬中市為例[J]. 水土保持通報, 2010, (1).

[4]張英輝. 河北城市化進(jìn)程中土地利用結(jié)構(gòu)的變動分析 [J]. 統(tǒng)計與決策, 2008, (14).

[5]陳榮蓉,宋光煜,等.土地利用結(jié)構(gòu)熵特征與社會經(jīng)濟發(fā)展關(guān)聯(lián)分析——以重慶市榮昌縣為例[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008, (7).

[6]周于翔.重慶市農(nóng)用地動態(tài)變化及其驅(qū)動力研究[D].南寧：廣西大學(xué),2008.

[7]蔣鑫鑫.桃江縣耕地驅(qū)動力分析及未來利用結(jié)構(gòu)變化預(yù)測[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

(責(zé)任編輯 魯守博)

An Analysis of Changes and Influence Factors in Land Utilization Structure of Weifang City

Wu Zongjie, Dong Huizhong, Wang Ge

(BusinessSchool,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255012,China)

Changes in regional land utilization structure are closely related to the population, environment and the social-economic development of this region. Knowledge of the laws of land utilization structure changes helps optimize the land allocation, which is of great significance for rational utilization of the regional land. Based on the data of land utilization structure from the year 2005 to 2011, this paper presents the information entropy, proportion and dominance degree through a quantitative analysis of land utilization structure of Weifang City by applying Shannon’s Information Entropy Theory. In the end the characteristics of land utilization structure changes in Weifang city are summarized, which will help improve the integrating planning of regional development and make proper land policies in this city.

Weifang City; land utilization structure; information entropy

2015-07-12

國家自然基金項目“區(qū)域復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合效應(yīng)與政策調(diào)控研究——以黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)為例”(71371112)；山東省自然科學(xué)基金項目“山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)環(huán)境經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)仿真與預(yù)警機制研究”(ZR2012GM020)。

吳宗杰，男，山東淄博人，山東理工大學(xué)商學(xué)院教授，管理學(xué)博士；董會忠，男，山東煙臺人，山東理工大學(xué)商學(xué)院副教授，管理學(xué)博士；王格，男，山東泰安人，山東理工大學(xué)商學(xué)院研究生。

F061.6

A

1672-0040(2015)05-0005-04