基于信息熵的寧夏土地利用結構研究

田廣星

(寧夏大學資源環境學院,寧夏銀川750021)

基于信息熵的寧夏土地利用結構研究

田廣星

(寧夏大學資源環境學院,寧夏銀川750021)

應用Shannon的信息熵理論,分析2002～2008年寧夏土地利用結構信息熵,結果表明:在時間上,由于西部大開發戰略的實施和國家生態退耕政策的落實,土地利用信息熵呈單調遞增趨勢,并呈先快后穩的發展態勢;在空間上,由于各縣市的地理位置、資源環境條件、地形地貌狀況、經濟發展水平和土地利用政策的差異較大,土地利用信息熵呈現明顯的地域差異。

信息熵;寧夏;土地利用結構

Shannon認為信息熵有內在的聯系,一般信息量越大,熵越小,系統越有序,結構性就越強;反之,信息量越小,熵越大,系統越無序,結構性就越差。不同的土地利用方式下土地利用結構的信息熵是不同的,其有序程度也不同,信息熵的大小可以反映出土地利用系統的有序程度及土地利用方式的不同。

一、研究區概況

寧夏位于黃河中上游地區,總面積6.64萬平方公里。南部屬黃土丘陵和六盤山地,為溫帶半干旱區和溫帶半濕潤區;中部為靈鹽臺地、山地和山間平原;北部為平原和賀蘭山地,均屬溫帶干旱區。黃河從中北部穿越12個縣市,境內流程397公里,屬溫帶大陸性半干旱氣候。全區現轄銀川、石嘴山、吳忠、固原、中衛5個地級市,興慶、金鳳、西夏、大武口、惠農、利通、中衛城區和原州8個市轄區,靈武、青銅峽2個縣級市,永寧、賀蘭、平羅、同心、鹽池、中寧、海原、涇源、西吉、隆德、彭陽11個縣和紅寺堡開發區(縣級移民開發區),2008年末總人口617.69萬人,2008年底地區生產總值1098.51億元,人均地區生產總值達到17892元。

二、研究方法

本文原始數據的分類系統采用國家頒布的過渡期間的全國土地分類系統,把研究區土地利用類型按2級進行分類,分為耕地、園地、林地、牧草地、其他農用地、居民點及工礦用地、交通用地、水利設施用地、未利用土地和其他土地。

(一)信息熵

設一個地區的土地總面積為 S,把該區域的土地分成n種利用類型,各種利用類型的土地面積為Si(i=1,2,…,n),則各種土地利用類型的面積占該區域土地總面積的比例(Pi)為:

式中,H為信息熵。它反映土地利用結構的有序程度。熵越大,有序度越低;反之,有序度越高。

(二)均衡度與優勢度

基于信息熵公式,可以定義土地利用結構的均衡度與優勢度。

式中,J為均衡度,是實際熵值與最大熵值之比,表示土地利用的均衡程度,其值越高,各種土地利用類型的面積相差越小,土地利用的均衡偏離程度越小。由于 H≤Hm,可知0≤H≤1。當J=0時,土地處于最不均勻狀態;J=1時,則土地利用類型達到理想的均衡狀態。相應地,優勢度的表達式為:

優勢度反映區域內一種或幾種土地利用類型支配該區域土地類型的程度,與均衡度的意義相反。

三、寧夏土地利用結構信息熵分析

2002～2008年寧夏土地利用結構信息熵呈單調遞增趨勢,土地利用結構呈無序發展的態勢。寧夏土地利用結構信息熵可以劃分為兩個階段。第一階段:2002～2005年的快速增長階段。這期間寧夏的土地利用結構信息熵由 114769快速上升到115604,年均增長010278。其主要原因是西部大開發戰略推進國家生態退耕政策的實施,使全區的林地變化幅度顯著。第二階段:2005～2008年的平穩增長階段。隨著國家生態退耕政策的落實和宏觀調控政策的實施,耕地和牧草地減少,由生態退耕變為農業結構調整和建設用地占用,這期間各類土地利用類型變化較為平穩,土地利用結構信息熵因而處于平穩增長階段。

應用相關系數分析寧夏土地利用結構動態變化與信息熵之間的關聯程度,結果表明:林地與信息熵的關聯程度最大,其次為耕地、牧草地。這說明林地、耕地和牧草地等所占比例的高低是影響寧夏土地利用結構信息熵的主要因素。土地利用結構信息熵增加的原因主要是由于國家生態退耕、農業結構調整和建設用地占用耕地和牧草地。2002～2008年寧夏土地利用類型中,耕地所占的比重從24184%下降到 21124%,牧草地所占的比重從46166%下降到43164%,但同時,林地所占比重從5156%上升到11167%,居民點及工礦用地所占比重從3111%上升到3153%,交通用地所占的比重從0126%增加到0135%,土地利用結構無序程度發展態勢明顯。

2008年寧夏各個縣市之間的土地利用結構信息熵、均衡度和優勢度有明顯差異,信息熵和均衡度最大的是銀川市郊區,其值分別為 118316和017954;最小的是鹽池縣,其值分別為111307和014911。就全區來看,基本呈現出北部川區、南部黃土丘陵和六盤山地較高,中部干旱風沙區較低的趨勢。北部的銀川郊區、永寧縣、賀蘭縣、平羅縣和南部的原州區、西吉縣、隆德縣、彭陽縣的土地利用信息熵值均超過全區的平均水平,該區域的土地利用類型分配較為均勻,沒有占絕對優勢的土地利用類型;而中部的鹽池縣、同心縣、青銅峽市、靈武市、中衛城區、中寧縣的土地利用類型較集中,分布不均衡,牧草地在該區域土地利用類型中占絕對優勢,其比例均超高50%。筆者認為,影響寧夏的土地利用區域差異的主要原因是自然地理和資源條件、地形地貌狀況、經濟發展水平和土地利用政策差異。

四、結論與建議

第一,寧夏土地利用結構的信息熵值在時間上具有動態演變規律,呈單調遞增趨勢,表明寧夏土地利用系統正朝著無序狀態演變,耕地、牧草地和未利用土地呈遞減趨勢,林地、居民點及工礦用地、交通用地呈遞增趨勢。但同全國土地利用結構信息熵值相比仍處于較低水平,土地利用系統仍保持在一個低水平的有序狀態。因此,今后在保護當地生態環境的前提下,適當開發未利用土地資源,優化寧夏土地利用結構,加強居民點及工礦用地、交通用地和水利基礎設施的建設,以充分發揮全區土地利用結構的最佳效益。

第二,由于自然地理、區位條件、資源條件、經濟基礎等存在差異,各縣市在土地利用空間結構上存在較大差異。今后各縣市應根據各自優勢和特色,確定土地利用的最佳發展方向,進一步優化寧夏土地結構和布局,實現寧夏土地利用的可持續發展。如北部川區應充分利用該區域土壤肥沃、地勢平坦、匹配良好的水熱條件和耕地的區位優勢,進一步提高農業綜合生產能力,優化農業產業結構。中部干旱風沙區鹽池、同心兩縣和靈武、中衛的臺地、山地部分,應針對該區域牧草地利用比例大、草場退化和沙化嚴重的現狀,加強天然草場的保護,建設人工草場和改良草場。南部黃土丘陵區應當在繼續實施生態退耕工程,加強林業建設的同時,充分利用該區域的農業資源優勢,加強農業基礎設施建設,調整農業產業結構,大力發展特色農業。

[1]敖紅.對信息熵的探討[J].遼寧高等專科職業學院學報(自然科學版),2001(1).

[2]姬貴珍,吳承禎,洪偉,等.武夷山市土地利用結構信息熵動態研究[J].安全與環境學報,2004(4).

責任編輯 葉利榮 E2mail:yelirong@126.com

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F301.24

A

1673-1395(2010)04-0218-02

20100610

田廣星(1972—),男,寧夏鹽池人,副教授,碩士,主要從事土地利用規劃和房地產經營管理研究。