基于全國第二次土地調查和Lorenz曲線的土地利用結構分析
——以新疆托克遜縣為例

陰英超 高敏華 梁霞 張秀麗

1.新疆大學資源與環境科學學院 830046；2.托克遜縣國土資源局 838100

基于全國第二次土地調查和Lorenz曲線的土地利用結構分析
——以新疆托克遜縣為例

陰英超1高敏華1梁霞2張秀麗1

1.新疆大學資源與環境科學學院 830046；2.托克遜縣國土資源局 838100

基于全國第二次土地調查中的托克遜縣2008年土地利用數據，應用經濟學中的洛倫茨曲線和基尼系數,進行土地利用結構分析。結果表明：2008年托克遜縣未利用地分布較為均勻，基尼系數為0.136；林地、草地其次, 基尼系數為0.320、0.325；交通用地、建設用地、水域、耕地和園地曲線距絕對均勻線較遠，基尼系數分別為0.425、0.547、0.668、0.740、0.772，分布極不均衡，均超出0.4的國際警戒線。各項用地的離散或集中程度，可為托克遜縣的土地資源合理利用及結構調整提供參考。

國土二調；Lorenz曲線；基尼系數；土地利用結構

土地利用是一個包含自然和人文活動的綜合過程,是人類活動的產物。土地利用及其變化作為全球環境變化研究的一個重要組成部分,長期以來一直受到國內外學者的廣泛關注。全國土地調查作為一項重大的國情調查，目的是全面查清全國土地利用狀況,掌握真實的土地基礎數據,滿足經濟社會發展、土地宏觀調控及國土資源管理的需要。我國自1984年至1996年歷時12年進行了第一次土地調查。根據國務院部署,從2008年7月1日起開展全國第二次土地調查。

土地利用結構是人類長期生產實踐的結果，反映了土地利用類型在地域上的配置及其對比關系。當前，對土地利用結構分析方法的探討已經成為土地科學研究的焦點，多種研究方法被廣泛應用,如信息熵方法、神經網絡法、RS-GIS方法、最優線性規劃法等,上述方法較為復雜,工作量也比較大。而經濟學中的洛倫茨（Lorenz）曲線－基尼系數的方法操作簡單，并且能較準確、直觀地反映土地利用結構，因此本研究應用洛倫茨曲線和基尼系數的基本原理，結合第二次土地調查成果，對托克遜縣2008年土地利用空間結構進行分析，以期為優化配置土地資源和區域產業合理布局提供指導，為托克遜縣社會經濟發展戰略制定、區域生態環境質量改善等提供一定參考依據。

1 研究區概況

托克遜縣位于新疆維吾爾自治區中部，天山南麓，托克遜盆地西部?？傮w地勢西北高東南低，三面山地環繞。地貌分為山地、丘陵、平原。氣候屬暖溫帶干旱荒漠氣候。托克遜縣下轄4鄉4鎮，分別是：博斯坦鄉、郭勒布依鄉、夏鄉、伊拉湖鄉、托克遜鎮、庫米什鎮、庫加依鎮、石烽鎮，另有縣直轄土地。近兩年來，托克遜縣工業經濟呈現快速發展態勢，建立了煤電、煤化工、無機鹽化工、有色金屬和非金屬“五大產業”。但是，水資源的極度缺乏、極端的氣候環境、獨特的盆地結構及非常低的植被覆蓋度，形成了十分脆弱的生態環境。如果不注重生態保護，尤其北部山區是綠洲區域發展的水資源的供給區，其生態環境的微小變化都會對綠洲區產生巨大影響。

2 研究方法

2.1 數據源

國土二調中托克遜縣農村土地利用現狀調查采用影像糾正后的正射影像圖（0. 61m分辨率QUICKBIRD衛星遙感影像）作為主要信息源，比例尺為1:10000和1: 50000，以1996年土地利用現狀圖、2006年土地利用更新調查數據、2006年托克遜縣統計年鑒等現有數據為輔助信息源。本文采用調查后獲得的2008年托克遜縣土地利用數據，結合我國土地利用現狀分類系統，選取耕地、園地、林地、草地、建設用地、交通用地、水域和未利用地8種土地利用類型，對新疆托克遜縣土地利用結構進行分析。

2.2 技術路線

采用航天遙感技術獲取客觀現時的地面影像，基于DEM和GPS控制點的微分糾正技術將獲得的地面影像進行正射糾正，提高影像的幾何精度；采用星歷參數和物理成像模型相結合的衛星影像定位技術，實現對無控制點或稀少控制點地區的影像校正，生成正射影像圖。采用遙感圖像處理軟件ERDAS8.6、地理信息系統軟件Mapgis6.7，將土地利用現狀圖與1:1萬、1:5萬主比例尺的正射影像圖進行疊加，作為調查基礎底圖，進行G P S引導的外業調查并準確記錄土地利用變化信息。以外業調繪圖件為基礎，采用成熟的目視解譯與計算機自動識別相結合的信息提取技術，在蒼穹ARCGIS軟件中對每一地塊的形狀、范圍、位置進行數字化，準確獲取每一塊土地的界線、范圍、面積等土地利用信息。根據第二次全國調查總體方案和數據庫建設相關規范的要求，以本次調查形成的土地利用、土地權屬、基本農田等數據為基礎，利用計算機、GIS軟件、數據庫技術，建立托克遜縣土地利用數據庫，從而得到2008年托克遜縣土地利用現狀數據，應用經濟學中的洛倫茨（Lorenz）曲線－基尼系數的方法，對托克遜縣現時的土地結構進行分析，分別進行直觀描述和定量描述。技術流程見圖1。

圖1 技術路線圖

2.3 洛倫茨曲線的基本原理

洛倫茨曲線在經濟學上常用作地區之間收入差距或財富不平等的分析手段，是美國經濟統計學家M.Lorenz在20世紀初期提出的。它利用頻率累積數繪制成的曲線來刻畫不平等(集中或分散)程度。洛倫茨曲線在坐標軸中的意義是：坐標橫軸和縱軸上的點都是由累計百分比構成，曲線上任意一點的含義是某一百分比的人口擁有的財富百分比。洛倫茨曲線為向外凸的曲線，與橫坐標成45°夾角時，稱為絕對均勻線。當曲線距離絕對均勻線越近時表示地區間收入差距越小，財富分配較為平等；反之，則表示地區間收入差距越大，財富分配越不平等。本文利用這一原理來研究托克遜縣土地利用類型的分散或集中的程度。

2.4 基尼系數的原理

基尼系數是意大利經濟學家基尼于1922年提出，是國際上用來綜合考察居民內部收入分配差異狀況的一個重要分析指標。一般認為，若低于0.2表示收入絕對平均，0.2～0.3表示比較平均，0.3～0.4表示相對合理，0.4～0.5表示收入差距較大，0. 6以上表示收入差距懸殊。本文利用這一原理來定量描述土地利用類型在各鄉鎮的分布情況。

3 結果與分析

3.1 國土二調成果整理

3.1.1 矢量數據

對套合后的影像進行目視解譯，并與外業地類實地調查結合，將外業獲取的各類要素采用蒼穹ARCGIS軟件完成轉繪工作，并進行數據處理和檢查。圖2示出托克遜縣農區矢量圖。

3.1.2 農村土地利用現狀一級分類面積

采用蒼穹國土軟件建立土地利用數據庫，在業務庫中計算臺帳，導出2008年托克遜縣農村土地利用現狀一級分類面積匯總表(表1)。

3.2 空間洛倫茨曲線分析

3.2.1 洛倫茨曲線的繪制

首先，利用各鄉鎮2008年各地類土地利用原始數據，求出各鄉鎮某地類的區位熵。區位熵又稱為專門化率，指某一地區該土地利用類型面積占托克遜縣該土地類型總面積的比值與該鄉鎮土地總面積占托克遜縣土地總面積之比。公式為Q=(A1/ A2)/(A3/A4)=各地類面積百分比/總土地面積百分比。

式中：Q為區位熵；A1為某鄉鎮某種土地利用類型的面積，hm2；A2為托克遜縣某土地類型總面積，hm2；A3為某鄉鎮土地總面積，hm2；A4為托克遜縣土地總面積，h m2。其次，按區位熵大小，依次列出各區各地類面積占總土地面積的百分比，并計算累計百分比，這里僅以耕地為例，其它地類略(表2)。

表12008 年托克遜縣農村土地利用面積匯總表

表22008 年托克遜縣耕地及總面積累計百分比

最后，以總土地面積累計百分比為橫坐標，以某地類面積累計百分比為縱坐標，各取100長度，以各累計數繪制坐標點，得到的曲線至絕對均勻線的離差就是該地類實際分布與其在全縣均勻分布的差異測度，如圖3所示。越接近絕對均勻線，曲線離差較小，表明該地類在全縣分布越均勻；反之，離絕對均勻線較遠的曲線，表明該土地利用類型在全縣中的區域分布差異較大，即分布相對分散。

圖32008 托克遜縣各項用地洛倫茨曲線

3.2.2 空間洛倫茨曲線分析

從圖3中可以看出，未利用地的洛倫茨曲線與絕對均勻線較近，說明這種用地類型在托克遜縣分布較為分散，即分布在各鄉鎮的面積比例大致相等；林地、草地其次；耕地和園地曲線距絕對均勻線最遠，這兩種用地類型在托克遜縣分布極不均衡，即某些鄉鎮的耕地、園地數量所占比重遠遠高于其他鄉鎮的平均水平。

其次，根據空間洛倫茨曲線的斜率和拐點位置判斷某鄉鎮土地利用的專門化程度。某一條洛倫茨曲線從原點開始，各點順序與該土地利用類型的區位熵順序一致[7]，斜率大于1的點說明該鄉鎮某種地類在全縣該地類的比例高于該鄉鎮土地總面積占全縣總面積的比例。以圖1中耕地的洛倫茨曲線為例，從原點開始，自下向上分別代表石烽鎮、縣直轄、庫加依鎮、庫米什鎮、伊拉湖鄉、博斯坦鄉、郭勒布依鄉、夏鄉、托克遜鎮等，石烽鎮－伊拉湖鄉連線斜率較小，說明耕地在這五個鄉鎮分布較少，在博斯坦鄉斜率開始增大，說明博斯坦鄉單位面積上耕地面積比例較大。事實上也正是如此，石烽鎮約占全縣4.84%的土地上分布的耕地僅占全縣的0.03%，而托克遜鎮僅占全縣0.09%的土地，其耕地面積占全縣的1.55%。同理，其他七種土地利用類型也可用相同方法進行分析，空間洛倫茨曲線法得到的分析結果和現實情況基本相符。

3.3 基尼系數分析

洛倫茨曲線直觀地刻畫了某種土地利用類型在全縣空間分布的差異程度，但尚未對其精確量化。為此，本文引入基尼系數，來進一步定量描述各土地利用類型的分布差異程度。

3.3.1 基尼系數的計算

在洛倫茨曲線圖上，基尼系數反映的幾何意義是曲線與絕對均勻線之間面積和絕對均勻線以下的三角形面積之比，因此，也稱為洛倫茨系數。

基尼系數的計算方法有多種,常用公式是[8]：

式中:G為基尼系數；Xi為某鄉鎮土地占全縣土地面積的累計百分比；Yi為某鄉鎮某一用地類型面積累計百分比。本研究選擇了托克遜縣8個鄉鎮和縣直轄土地，故i的取值范圍是0

3.3.2 基尼系數分析

未利用地的基尼系數0.136＜0.2，表示分布很平均；林地和草地的基尼系數表示分布比較平均；交通用地、建設用地、水域、耕地、園地分布不均勻，都超過了0.4的國際警戒線，說明開發程度差異較大，鄉鎮間較不平衡。分析結果與洛倫茨曲線分析出的結果相同。

4 結論與討論

從以上分析可以看出，托克遜縣土地利用結構分布基本符合地形、地貌特征。但是交通用地、耕地、園地分布相對較不均勻，原因如下：

(1)在洛倫茨曲線上看，交通用地從伊拉湖鄉開始，到郭勒布依鄉、夏鄉、托克遜鎮，斜率持續增大，說明這幾個鄉鎮的交通用地面積相對較大。這幾個鄉鎮是托克遜縣的高度發展區，對交通用地的需求較大。郭勒布依鄉和夏鄉有312國道通過，縣境內路段里程14公里。2005年，九龍公路的修建也使夏鄉交通用地的比重明顯高于其他鄉鎮。因此，應充分發揮地區優勢，結合區域實際，未來的發展定位應該是托克遜縣政治、經濟中心及現代物流核心區。

(2)托克遜縣處于極度干旱條件下，降水稀少。水資源量的大小決定區域土地利用的核心——綠洲的大小，水資源來源于西部阿拉溝和北部的白楊河，經過地表和地下兩種方式遠距離輸送到地勢平緩、土壤條件優越的平原，形成綠洲，綠洲規模完全由水資源的多寡決定。白楊河流經伊拉湖鄉、郭勒布依鄉、博斯坦鄉、夏鄉、托克遜鎮，因此這幾個鄉鎮的綠洲范圍較大，即耕地和園地分布比較集中，面積比例較大。

洛倫茨曲線合理、直觀、簡明，基尼系數可定量化描述分布情況，本文結合兩者進行研究，揭示了托克遜縣2008年土地利用空間結構特點，為切實保護現有的土地資源，促進土地利用結構的不斷優化，土地節約集約利用提供科學依據。

[1] 楊衛國.第二次土地調查若干問題探討[J].現代測繪.2008,31(4):34-37.

[2] 董高梅，秦巖賓，李奎等. MAPGIS在第二次全國土地調查數據庫建設中的應用[J].四川地質學報.2008,28(4):352-354.

[3] 鄧晶,刁承泰.基于空間洛倫茨曲線和基尼系數的土地利用結構分析[J].國土與自然資源研究.2008(1):38-40.

[4] 施衛國.一種簡易的基尼系數的計算方法[J].江蘇統計.1997(2):16-18.

高等學校博士學科點專項科研基金項目資助（20050755002）

表3 托克遜縣各項用地基尼系數