湖北省土地結(jié)構(gòu)演變與驅(qū)動(dòng)力分析

張濤　成金華

摘要：目前湖北省土地結(jié)構(gòu)利用不合理，土地價(jià)值沒(méi)有得到充分體現(xiàn)?；诖?，利用信息熵和皮爾遜分析理論對(duì)湖北省1999-2014年土地利用結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程和驅(qū)動(dòng)力因素進(jìn)行相關(guān)研究。結(jié)果表明，湖北省土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵在下降，利用結(jié)構(gòu)相對(duì)趨于穩(wěn)定；土地利用結(jié)構(gòu)由單一趨于復(fù)雜，由居民用地占主導(dǎo)逐步演變成居民、工業(yè)、建筑、商業(yè)等用地組成的多元消費(fèi)結(jié)構(gòu)：社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素驅(qū)動(dòng)土地利用結(jié)構(gòu)演變，主要影響因素是人口密度、城鎮(zhèn)化率和工業(yè)化率。

關(guān)鍵詞：土地結(jié)構(gòu)：演變：信息熵：驅(qū)動(dòng)力：湖北省

中圖分類(lèi)號(hào)：F301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）09-2233-05

土地資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，其利用變化是地球環(huán)境變化的主要原因和組成部分。近年來(lái)，土地資源利用變化成為地學(xué)和生態(tài)環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，土地利用變化不僅包括資源環(huán)境的變化，而且還包含著社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的發(fā)展趨勢(shì)。土地的城鎮(zhèn)化勢(shì)必引起土地利用結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，進(jìn)而影響著土地相關(guān)領(lǐng)域的制度變革。因此，土地利用方式和結(jié)構(gòu)等成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。目前，已有許多學(xué)者對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，主要集中在區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)合理度評(píng)價(jià)與優(yōu)化、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境影響等方面。一方面，土地利用系統(tǒng)是一個(gè)包涵資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜系統(tǒng)：另一方面，信息熵理論可以用來(lái)刻畫(huà)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的變動(dòng)趨勢(shì)。因此，信息熵理論被引入到土地利用結(jié)構(gòu)的研究中，用來(lái)測(cè)度土地結(jié)構(gòu)演變的動(dòng)態(tài)性和有序性。本研究引入信息熵理論來(lái)分析湖北省1999-2014年土地利用結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)及演變?cè)颍瑱z驗(yàn)土地驅(qū)動(dòng)的影響因素。

目前湖北省土地結(jié)構(gòu)利用不合理，土地自身的市場(chǎng)價(jià)值沒(méi)有得到充分的體現(xiàn)。土地利用結(jié)構(gòu)是復(fù)雜系統(tǒng)的典例，其利用結(jié)構(gòu)的變化與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等變化有著緊密聯(lián)系，土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在不斷的演變。信息熵原本是熱力學(xué)物理研究中的方法，但其可以定量測(cè)度復(fù)雜系統(tǒng)的擾動(dòng)，因而被引入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)研究領(lǐng)域，也出現(xiàn)了被引入到土地資源變化的研究中。在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)最大化的目標(biāo)推動(dòng)下，如何發(fā)揮土地資源的最大價(jià)值受到廣泛關(guān)注，這就要求決策者要充分考慮土地利用結(jié)構(gòu)，合理地規(guī)劃使用土地類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)其市場(chǎng)效益最大化。土地使用類(lèi)型的劃分和布局將直接影響一個(gè)地區(qū)的發(fā)展與進(jìn)步，通過(guò)信息熵的研究將有利于對(duì)土地使用類(lèi)型的深入研究。因此土地利用結(jié)構(gòu)的演變與驅(qū)動(dòng)力問(wèn)題值得進(jìn)一步研究，以期為類(lèi)似地區(qū)的土地資源可持續(xù)利用和人地關(guān)系調(diào)控提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與方法

1.1 研究區(qū)域概況

湖北省位于長(zhǎng)江中下游。地貌類(lèi)型種類(lèi)較多，山地約占國(guó)土面積的55.5%，崗地丘陵占國(guó)土面積的24.5%，平原湖區(qū)約占國(guó)土面積的20%，地勢(shì)起伏較大，西部神農(nóng)頂?shù)貐^(qū)海拔最高，而東南部則主要為平原。全省東、西、北三面被眾山環(huán)繞。中南部則為“魚(yú)米之鄉(xiāng)”之稱(chēng)的江漢平原。2012年全省土地總面積18.59萬(wàn)km²，其中，耕地389.99萬(wàn)hm²、園地59.87萬(wàn)hm²、林地586.04萬(wàn)hm²、牧草地7.58萬(wàn)hm²。湖北省完整的土地利用形式將有助于利用信息熵對(duì)其利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。2014年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)2.74萬(wàn)億元，增速為9.7%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值為47192.69元。全省城鎮(zhèn)化率提高到55.67%，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展加速了土地資源的多樣化利用，這也為研究土地變革的驅(qū)動(dòng)力分析提供了基礎(chǔ)。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

公式（1）可以用來(lái)描述研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，探究其演變趨勢(shì)。

通常情況，如果研究區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，土地資源利用結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，利用種類(lèi)較少，且多集中在某一兩個(gè)使用類(lèi)型上。如果出現(xiàn)極端情況，整個(gè)地區(qū)只有一種土地資源利用形式，此時(shí)H_min=0；相反，若所有類(lèi)行業(yè)土地資源使用量的比例相等，即m₁=m₂=…=m_n=1/M，則此時(shí)H_max=lnM。然而在現(xiàn)實(shí)生活中，這兩種情況均不會(huì)出現(xiàn)，信息熵一般會(huì)介于兩者之間，熵是概率分布不確定性估計(jì)的一種有效方法。為了進(jìn)一步深入分析，學(xué)者基于申農(nóng)信息熵提出土地利用的均衡度概念?；谛畔㈧毓?，均衡度（J）的表達(dá)式為：

即均衡度是信息熵和最大熵之間的比值，取值范圍為0～1，其值越大，各類(lèi)型土地利用量的比例差別就越小，當(dāng)J=0時(shí)，土地資源利用結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度最低。均衡度是通過(guò)描述土地利用類(lèi)型之間面積分布的均勻程度來(lái)揭示土地的結(jié)構(gòu)特征。優(yōu)勢(shì)度（D）的表達(dá)式為：D=1-J，反映了一類(lèi)或幾類(lèi)行業(yè)支配土地資源利用的程度，與均衡度的意義正好相反。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集 根據(jù)《湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000-2014）、《中國(guó)國(guó)土資源統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000-2014）、《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000-2015），筆者整理出1999-2014年期間湖北省各項(xiàng)土地利用消耗量數(shù)據(jù)作為本研究的基礎(chǔ)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地結(jié)構(gòu)的演變

湖北省1999-2014年土地利用消費(fèi)結(jié)構(gòu)趨勢(shì)如圖1所示。根據(jù)土地消費(fèi)結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)，可以將1999-2014年分成3個(gè)階段：1999-2003年，居民用地面積所占比例由27.09%增加至29.06%，工業(yè)用地和公共設(shè)施用地面積所占比例則有所下降，其他類(lèi)型用地量基本持平：2003-2009年，公共基礎(chǔ)設(shè)施用地面積所占比例從13.90%上升到15.02%，居民用地面積所占比例有所下降，期間工業(yè)用地面積所占比例和道路廣場(chǎng)用地面積所占比例則相對(duì)穩(wěn)定，綠地和倉(cāng)儲(chǔ)用地面積所占比例都有不同程度的下降：2009-2014年，各類(lèi)土地利用類(lèi)型所占比例變化平緩。由此可見(jiàn)，隨著湖北省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，城市化進(jìn)程加速推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，湖北省的土地利用結(jié)構(gòu)在不斷地調(diào)整和變動(dòng)。

筆者利用湖北省城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒和中國(guó)國(guó)土資源統(tǒng)計(jì)年鑒公布的1999-2014年居民用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉(cāng)儲(chǔ)用地、綠地等土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)“1.2.1”中的公式（1）和公式（2），計(jì)算得出1999-2014年湖北省土地利用結(jié)構(gòu)及其信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

對(duì)表1中1999-2014年湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵以及均衡度和優(yōu)勢(shì)度的動(dòng)態(tài)變化情況作圖，結(jié)果如圖2所示。從表1和圖2可知，1999-2014年，湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)：信息熵最高值為1.940 Nat（1999年）。最低值為1.897 Nat（2010年）：信息熵值變化的過(guò)程可以劃分為3個(gè)階段（1999-2007年、2007-2009年、2009-2014年），每個(gè)階段土地利用結(jié)構(gòu)信息熵都有不同程度的增長(zhǎng)或下降。1999-2007年土地結(jié)構(gòu)信息熵值在下降，說(shuō)明該地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定：2007-2009年土地結(jié)構(gòu)信息熵上升。說(shuō)明土地利用結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定：2009-2014年土地結(jié)構(gòu)信息熵值在波動(dòng)中下降，可以說(shuō)明湖北省的土地利用形式又發(fā)生新一輪的變化，城鎮(zhèn)化速度進(jìn)一步加快。同時(shí)根據(jù)圖2中優(yōu)劣度和均衡度變化趨勢(shì)，同樣可以劃分為3個(gè)階段：1999-2007年、2007-2009年、2009-2014年，發(fā)現(xiàn)土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度與信息熵的變動(dòng)趨勢(shì)一致，而優(yōu)勢(shì)度則與信息熵的變動(dòng)趨勢(shì)相反，

在研究期內(nèi)，信息熵值在1.897-1.940 Nat穩(wěn)定波動(dòng)，說(shuō)明湖北省土地利用結(jié)構(gòu)在1999-2014年整體穩(wěn)定，土地利用朝有序方向發(fā)展，但土地利用結(jié)構(gòu)的均衡性下降，而單一類(lèi)型土地利用形式的優(yōu)勢(shì)度增加，可以預(yù)見(jiàn)在將來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)，信息熵值將由穩(wěn)定變成振動(dòng)上升，但最終仍趨于一個(gè)特定值。進(jìn)一步分析湖北省土地利用結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，形成以上趨勢(shì)的原因如下：①2007年之前，國(guó)家和湖北省行政部門(mén)加大了對(duì)違章利用土地行為的查處，從而此階段湖北省土地利用相對(duì)平穩(wěn)：②2007年之后，全球金融危機(jī)的爆發(fā)，國(guó)家在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域投入4萬(wàn)億，湖北省的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域建設(shè)得到快速發(fā)展，建設(shè)用地面積增速較快，同時(shí)隨著城市化的推進(jìn)，城鎮(zhèn)人口增加，城市面積不斷擴(kuò)大，用地結(jié)構(gòu)得到完善：③2009-2010年，全國(guó)房?jī)r(jià)飛漲，住房面積激增。隨后國(guó)家加大對(duì)住房調(diào)控。嚴(yán)打投機(jī)、炒房等非法行為，住房用地得到遏制，其他基礎(chǔ)建設(shè)用地也得到控制，因而此階段湖北省土地利用結(jié)構(gòu)變化平緩。④2010年之后，隨著經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，外商投資、固定資產(chǎn)投資增加。建設(shè)用地面積比例上升，城鎮(zhèn)化速度進(jìn)一步加快，土地城鎮(zhèn)化成為土地利用加速的動(dòng)力，然而另一方面由于國(guó)家的宏觀(guān)調(diào)控政策以及耕地的紅線(xiàn)政策，土地利用又受到約束，因此，信息熵在2010年之后出現(xiàn)先升后降的變動(dòng)趨勢(shì)。

2.2 土地結(jié)構(gòu)演變的驅(qū)動(dòng)力

土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化本質(zhì)上是土地利用結(jié)構(gòu)的變化。根據(jù)湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度的分析，進(jìn)一步深入分析湖北省城鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)因素，為其土地結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供智力支持。筆者根據(jù)前人研究，從社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素中選取了人均GDP（元/人）、人口密度（人/m²）、經(jīng)濟(jì)密度（萬(wàn)元/m²）、固定資產(chǎn)投資總額（萬(wàn)元）、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)民人均純收入（元/人）、第三產(chǎn)業(yè)率和工業(yè)化率。

基于所選出的影響指標(biāo)，根據(jù)湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS16.0對(duì)1999-2014年的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過(guò)SPSS軟件中的Correlate命令，對(duì)所選的8個(gè)指標(biāo)與土地結(jié)構(gòu)信息熵做Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，總體上這些指標(biāo)因素對(duì)湖北省土地利用有較強(qiáng)的影響力和驅(qū)動(dòng)力。進(jìn)一步分析可以看出，主要的影響因素有人口密度、城鎮(zhèn)化率以及工業(yè)化率。由此可見(jiàn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展是引起湖北省土地利用信息熵變動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，湖北省人口密度的增加和經(jīng)濟(jì)總量的增加導(dǎo)致總體用地量的增加和用地類(lèi)型的增多，因而推動(dòng)土地結(jié)構(gòu)信息熵的演變：城鎮(zhèn)化和工業(yè)化加速推進(jìn)影響著土地利用種類(lèi)的變化，農(nóng)業(yè)用地也隨之變成工業(yè)用地、建設(shè)用地等，耕地面積不斷減少說(shuō)明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革也推動(dòng)著土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的改變。

3 結(jié)論

利用信息熵和Pearson相關(guān)性分析方法對(duì)湖北省土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變及驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，很好地觀(guān)測(cè)到不同行業(yè)土地的利用比例變化趨勢(shì)，驅(qū)動(dòng)及其變化的因素，如果采用預(yù)測(cè)熵模型還可以對(duì)湖北省未來(lái)土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵及均衡度、優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。本研究得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）通過(guò)對(duì)湖北省土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的分析，可以計(jì)算出信息熵值在不斷下降，表明湖北省的土地利用形式趨于穩(wěn)定。湖北省的土地利用形式由單一走向復(fù)雜，由過(guò)去的居民用地占主導(dǎo)逐步演變?yōu)榫用?、工業(yè)、建筑和商業(yè)用地的多元利用局面。

2）通過(guò)Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)推動(dòng)目前湖北省土地利用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的主要因素為人口密度、城鎮(zhèn)化率和工業(yè)化率。土地利用結(jié)構(gòu)的變化是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化的重要外在表現(xiàn)。因此，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵是一地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的重要表征。作為一種研究方法，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵?zé)o論在國(guó)家尺度上。還是對(duì)于單個(gè)城市，甚至具體到某一地區(qū)這樣的領(lǐng)域，都是非常適用的。

3）城市化進(jìn)程中出現(xiàn)的各種倒U型曲線(xiàn)，它們之間應(yīng)該存在某種耦合關(guān)系，如何將土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化與城市化進(jìn)程、工業(yè)化進(jìn)程、城市環(huán)境變化等因素結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一到地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)中，這是下一步有待于研究的問(wèn)題。

4）信息熵值僅僅反映土地利用是否有序，而不能表征土地利用結(jié)構(gòu)是否合理。由于土地資源利用功能不一，如果相對(duì)比例保持不變。而土地利用類(lèi)型互換，最終測(cè)度出來(lái)的信息熵值也是不變的，然而此時(shí)土地的利用狀態(tài)和之前相比已發(fā)生明顯變化。因此。需要后續(xù)進(jìn)一步研究，拓展信息熵的理論與實(shí)踐范圍，使其成為測(cè)度土地資源利用是否合理的指標(biāo)之一。

5）本研究?jī)H針對(duì)1999-2014年湖北省這一特定時(shí)間段、特定研究區(qū)域內(nèi)的土地資源結(jié)構(gòu)演變和驅(qū)動(dòng)力做了定量分析。湖北省土地利用類(lèi)型完整且多樣，但是地形也相對(duì)復(fù)雜，不同地形條件之間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件差異較大，因此影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子也存在差異。由于統(tǒng)計(jì)資料的限制，這些因素的差異沒(méi)有被完全考慮，此外還有自然資源的影響因素遺漏，這些都將是后續(xù)研究的方向和目標(biāo)。為了進(jìn)一步客觀(guān)地分析湖北省土地資源利用現(xiàn)狀和演變趨勢(shì)，需要在這些限制條件、遺漏條件上進(jìn)一步挖掘，進(jìn)行深入的研究。