南京市土地利用結(jié)構(gòu)變化與土地利用績(jī)效的關(guān)聯(lián)度分析

[摘要]選取南京市2015～2017年土地利用變化調(diào)查數(shù)據(jù)和相應(yīng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，基于信息熵模型分析研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化特征，并找出影響信息熵波動(dòng)的因素。研究結(jié)果顯示：從時(shí)間上看，南京市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度逐年增加，集中度逐年下降。運(yùn)用Matlab進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析可知：南京市土地利用結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)在城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地的大范圍提升以及耕地、園地、林地、草地等土地類型的減少。南京市土地利用績(jī)效指數(shù)逐年上升，生態(tài)績(jī)效先降后升。研究發(fā)現(xiàn)，與土地利用績(jī)效有著最顯著相關(guān)性的是交通運(yùn)輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水域及水利設(shè)施用地。

[關(guān)鍵詞]土地利用結(jié)構(gòu);土地利用績(jī)效;信息熵;灰色關(guān)聯(lián)度;南京市

[中圖分類號(hào)]F293.2[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

為了實(shí)現(xiàn)土地的高效集約利用，有必要及時(shí)研究土地利用結(jié)構(gòu)的變化及其隨土地利用績(jī)效變化的規(guī)律，特別是在中國(guó)城市化快速發(fā)展和土地供需矛盾逐步升級(jí)與加劇的背景下。一個(gè)地區(qū)的自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r在很大程度上反映在該地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)中。土地利用績(jī)效水平直接受到不同土地利用結(jié)構(gòu)的影響，土地利用結(jié)構(gòu)和布局的合理化可促使土地利用績(jī)效水平不斷提升，土地利用績(jī)效水平的變化是對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)改變的反應(yīng)。

根據(jù)2015～2017年土地利用變化調(diào)查數(shù)據(jù)，本研究以江蘇省南京市行政轄區(qū)內(nèi)的所有土地為基礎(chǔ)，分析了南京市近期土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化規(guī)律和當(dāng)前土地利用存在的不足和解決方向，展現(xiàn)了土地利用結(jié)構(gòu)變化與土地利用績(jī)效的相互作用，為區(qū)域土地資源的可持續(xù)利用和人地關(guān)系的改善提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

南京市坐落于江蘇省西南部，位于東經(jīng)118°22′～119°14′、北緯31°14′～32°37′之間，與揚(yáng)州市、鎮(zhèn)江市、常州市及安徽省的滁州市、馬鞍山市、蕪湖市毗鄰，是江蘇省的省會(huì)城市，同時(shí)也是長(zhǎng)江下游的重要中心城市。

南京屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為17.8℃，日照時(shí)間為1685.5小時(shí)，降水量為1034mm。主要地形為丘陵，山川河流相互補(bǔ)充。南京是全國(guó)重要的交通樞紐，對(duì)外交通十分便捷。

2017年南京市的常住人口為833.5萬(wàn)人，城市化水平為82%。區(qū)域生產(chǎn)總值11715.1億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值141103元，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分別為2.3：38.0：59.7。財(cái)政收入1271.91億元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入54538元，農(nóng)村居民人均可支配收入23133元。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中的南京市土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系所需的數(shù)據(jù)源自南京市統(tǒng)計(jì)局公布的《南京市2017年統(tǒng)計(jì)年鑒》、《南京市2016年統(tǒng)計(jì)年鑒》和《南京市2017年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，南京市土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源于南京市國(guó)土資源局官網(wǎng)發(fā)布的2015～2017年的《土地利用現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)》，2015～2017年南京市土地利用結(jié)構(gòu)原始數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵模型

動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程中的土地利用系統(tǒng)有序度通過(guò)信息熵體現(xiàn)，其計(jì)算公式為：

式中：H是土地利用結(jié)構(gòu)信息熵，其值越小，土地利用系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越有序;Pi是i類土地利用類型與該區(qū)域土地總面積的比率;A是區(qū)域土地總面積;Ai是i類土地類型的面積。

基于信息熵公式，能獲得區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的均衡度和集中度：

;

式中：J是均衡度，體現(xiàn)該區(qū)域中各土地利用類型面積的差異，其值在0～1之間，J值越大，區(qū)域土地利用均衡程度越高;I是集中度，體現(xiàn)區(qū)域土地利用的集中程度。

2.3 土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)方法

2.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。指標(biāo)體系的構(gòu)建是評(píng)價(jià)土地利用綜合績(jī)效的基礎(chǔ)，與區(qū)域土地利用績(jī)效的科學(xué)有效評(píng)價(jià)有關(guān)，不同學(xué)者從不同角度對(duì)此進(jìn)行了討論。通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，本研究從科學(xué)性、地方實(shí)際和數(shù)據(jù)易獲取的角度出發(fā)，選取“經(jīng)濟(jì)+社會(huì)+生態(tài)”的結(jié)構(gòu)作為土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將其基本內(nèi)涵界定為：①經(jīng)濟(jì)績(jī)效是指土地的經(jīng)濟(jì)密度，它不僅反映了土地利用對(duì)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，而且反映了該地區(qū)土地利用變化與其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出之間的協(xié)調(diào)度，以地均GDP、地均社會(huì)消費(fèi)品零售額等指標(biāo)為代表;②社會(huì)績(jī)效主要考慮土地承載力和土地支持人民生活的能力，并用人口密度、運(yùn)營(yíng)線路網(wǎng)長(zhǎng)度等指標(biāo)表示;③生態(tài)績(jī)效主要從生態(tài)用地保護(hù)和環(huán)境保護(hù)等方面衡量土地利用績(jī)效水平，并以人均公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率等指標(biāo)為代表。南京市土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表2所示。

2.3.2 評(píng)價(jià)過(guò)程。①利用變異系數(shù)法確定權(quán)重，其公式如下：;。式中：指各指標(biāo)的權(quán)重，反映指標(biāo)對(duì)土地利用績(jī)效的貢獻(xiàn)程度;是各指標(biāo)的變異系數(shù);，分別表示各指標(biāo)的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差。②多因素加權(quán)分值法確定績(jī)效指數(shù)。通過(guò)極值標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，依據(jù)多因素加權(quán)分值法的基本原理得出區(qū)域土地利用績(jī)效綜合指數(shù)：。式中：是土地利用績(jī)效綜合指數(shù);是第i年第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;是指標(biāo)權(quán)重。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度模型

依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)的內(nèi)涵，選擇土地利用績(jī)效指數(shù) 為母序列，把左右土地利用績(jī)效水平的土地結(jié)構(gòu)類型及其表征值信息熵作為子序列，母序列與子序列在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

，

式中，為C和Ci在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù);為母序列和子序列在k點(diǎn)的絕對(duì)差;和分別代表最小絕對(duì)差和最大絕對(duì)差;指分辨系數(shù)，取值介于0和1之間，越小，分辨率越大，本研究中取。最后獲得關(guān)聯(lián)度：。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)時(shí)間序列的熵變分析

Excel用于計(jì)算2015～2017年南京市土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵、均衡度和集中度（見(jiàn)表3）。南京市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度在2015～2017年有所增加，集中度則有所下降。在研究期間，信息熵值僅增加0.0034，表明土地利用類型的總體結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大變化。從信息熵增加的程度看，南京市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵在研究期間沒(méi)有太大變化，反映了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和人口變化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)土地整體結(jié)構(gòu)的影響較小。

土地利用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整直接影響南京市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化，主要集中在城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利設(shè)施用地面積的增加和耕地、園地、林地、草地和其他土地面積的減少。耕地面積由2015年的237187.35hm2減少至2017年的235574.33 hm2，凈減少1613.02 hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地則凈增長(zhǎng)3149.03 hm2，城市化加速發(fā)展和耕地減少之間的矛盾突出。

注：鑒于表格數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性，草地一欄保留4位小數(shù)，在后續(xù)的運(yùn)算中，取8位小數(shù)，取值分別為0.00002643，0.00002645，0.00002552。信息熵基于自然對(duì)數(shù)來(lái)計(jì)算，單位為奈特（nat）。

3.2 土地利用績(jī)效分析

2015～2017年南京市土地利用績(jī)效指數(shù)（見(jiàn)表4）顯示，南京市土地利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)績(jī)效在研究期間有所增加，其中經(jīng)濟(jì)績(jī)效增幅最大，凈增0.1645，其次是社會(huì)績(jī)效，從0.8939增加到1，年均增長(zhǎng)率為5.45%，生態(tài)績(jī)效則先減后增。

南京市土地利用經(jīng)濟(jì)績(jī)效、社會(huì)績(jī)效和生態(tài)績(jī)效得分在研究期末達(dá)到最大值，反映了近期資金、技術(shù)、勞動(dòng)力、法規(guī)政策等因素愈加與土地利用系統(tǒng)內(nèi)部要素變化相協(xié)調(diào)。在未來(lái)的發(fā)展中，有必要保持土地利用政策的先見(jiàn)性、土地利用結(jié)構(gòu)的合理性和土地利用模式的科學(xué)性，以達(dá)到土地利用系統(tǒng)內(nèi)部的有序循環(huán)。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

基于Matlab，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法揭示南京市2015～2017年土地利用結(jié)構(gòu)變化及其表征值信息熵與土地利用經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)績(jī)效之間關(guān)聯(lián)度的動(dòng)態(tài)變化狀況（見(jiàn)表5）。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與土地利用單項(xiàng)績(jī)效具有明顯關(guān)聯(lián)度。區(qū)域土地利用類型的穩(wěn)定性和土地利用結(jié)構(gòu)的科學(xué)性的提高通過(guò)土地結(jié)構(gòu)信息熵單調(diào)遞增有所體現(xiàn)，但土地利用結(jié)構(gòu)變化不會(huì)立即作用于土地利用績(jī)效的改變，各地類面積變化受到多種投入因素變動(dòng)的影響。

3.3.1 土地利用結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)績(jī)效的關(guān)聯(lián)度。經(jīng)濟(jì)績(jī)效可直接體現(xiàn)土地經(jīng)濟(jì)密度的強(qiáng)弱。交通運(yùn)輸用地在所有地類中與經(jīng)濟(jì)績(jī)效關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)聯(lián)度為0.7137，其次是城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地和耕地，關(guān)聯(lián)度分別為0.6829，0.6689和0.6498。城市基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化、人居環(huán)境的改善使南京市的吸附能力更大，用地供給進(jìn)一步擴(kuò)張，土地資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐年增加，相應(yīng)的交通運(yùn)輸用地和城鎮(zhèn)村及工礦用地價(jià)值日益突出。

3.3.2 土地利用結(jié)構(gòu)與社會(huì)績(jī)效的關(guān)聯(lián)度。社會(huì)績(jī)效可判斷土地利用結(jié)構(gòu)變化與城市社會(huì)系統(tǒng)之間的相互作用程度。南京市土地利用結(jié)構(gòu)和社會(huì)績(jī)效的關(guān)聯(lián)度在研究期間由大到小依次為交通運(yùn)輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地、耕地、林地、其他土地、草地和園地。南京市土地利用結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)績(jī)效的關(guān)聯(lián)情況和社會(huì)績(jī)效的關(guān)聯(lián)特征相一致。

3.3.3 土地利用結(jié)構(gòu)與生態(tài)績(jī)效的關(guān)聯(lián)度。生態(tài)績(jī)效是土地利用在生態(tài)環(huán)境層面的體現(xiàn)。2015～2017年間，與南京市生態(tài)績(jī)效關(guān)聯(lián)最緊密的三大地類分別是耕地、林地和水域及水利設(shè)施用地，交通運(yùn)輸用地與生態(tài)績(jī)效的關(guān)聯(lián)度最小。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

土地利用結(jié)構(gòu)變化受到多種因素的影響，是一個(gè)反映系統(tǒng)變化的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。南京市土地利用結(jié)構(gòu)變化受到土地利用系統(tǒng)內(nèi)、外多重驅(qū)動(dòng)因素的影響，短時(shí)間內(nèi)城市化進(jìn)程和人口增加等外部力量比內(nèi)部整合、系統(tǒng)完善等內(nèi)驅(qū)動(dòng)力對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)及方式的影響更為直接，外部力量可加快土地結(jié)構(gòu)變化的頻率與速度。

總體上，南京市土地利用類型趨于穩(wěn)定，土地利用結(jié)構(gòu)日益合理，土地管理模式越來(lái)越科學(xué)，土地內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)更為順暢，土地利用程度和利用績(jī)效不斷提升，并主要體現(xiàn)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)績(jī)效上。

4.2 討論

南京市土地利用績(jī)效變化主要受城市化因素的影響。根據(jù)實(shí)際狀況，南京市在未來(lái)提高土地利用績(jī)效應(yīng)注重以下幾點(diǎn)：積極引導(dǎo)城鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)用地不占耕地、少占耕地，嚴(yán)格保護(hù)耕地和基本農(nóng)田，提高農(nóng)用地作為城鎮(zhèn)區(qū)域的生態(tài)承載和綠色空間的功能;貫徹落實(shí)節(jié)約集約用地精神，進(jìn)一步拓展土地利用的深度和廣度，鼓勵(lì)低效用地再開(kāi)放利用，抑制建設(shè)用地快速擴(kuò)張的趨勢(shì);注重生態(tài)資源的保護(hù)，落實(shí)生態(tài)紅線保護(hù)區(qū)域，切實(shí)保障生態(tài)安全，提高土地污染物的生態(tài)處理能力。推進(jìn)農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地和生態(tài)用地三者之間的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建“中心城區(qū)—新城—新市鎮(zhèn)”的城鎮(zhèn)空間格局，突出保護(hù)與建設(shè)的有機(jī)融合，“多規(guī)合一”、劃定三線以及用地空間管制、用地邊界管制。

本研究主要著眼于時(shí)間變化分析，缺少區(qū)域空間層面的差異對(duì)比。由于往年數(shù)據(jù)難以獲取，導(dǎo)致研究期較短，揭示相關(guān)問(wèn)題不夠深入;指標(biāo)的選取有限，土地利用的綜合效應(yīng)難以充分展示?；疑P(guān)聯(lián)分析方法可以較好地反映信息熵變化對(duì)土地利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的響應(yīng)，但是其值的取值以及關(guān)聯(lián)因子的選擇具有一定的主觀性。

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[收稿日期]2018-07-20

[作者簡(jiǎn)介]曹幸琪（1993—），女，江蘇南京人，碩士研究生在讀，研究方向：土地資源管理。