土地利用結構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

(山東理工大學商學院，山東淄博255012)

土地利用結構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

(山東理工大學商學院，山東淄博255012)

區域土地利用結構變化與區域人口、環境及社會經濟發展密切相關，研究土地利用結構變化規律是研究區域土地優化配置的重要內容，對區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年土地開發與利用數據，對濰坊市土地利用結構進行定量分析，得到其土地利用的信息熵、均衡度及優勢度，從而分析濰坊市土地利用結構變化，以改進濰坊市統籌區域發展并合理制定土地政策。

濰坊市；土地利用結構；信息熵

土地資源已經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政策必須考慮的重要因素。近年來，學術界對土地結構的變化問題做了大量卓有成效的研究，成為經濟地理學研究的前沿和熱點，研究內容主要涵蓋了區域土地利用結構的時空變化及其影響因素，區域土地結構合理度評價與研究，區域土地變化的環境影響等，為解釋區域土地利用結構變化規律和合理調整區域土地利用結構等提供了科學依據。[1][2][3][4]

土地利用結構的變化具有復雜系統的演化特征，受到社會、經濟、文化、技術和自然環境等方面的影響。[5]從時空變化特征來分析，既有演替的過程、階段和規律，又有不同的格局和組合關系，是一個典型的耗散結構系統。美國貝爾電訊實驗所的工程師Shannon 創立的信息熵理論逐漸成為研究耗散結構的有效工具。在對土地利用結構演化分析方面,土地結構系統的穩定性主要看信息熵的大小，信息量多,土地結構信息熵就越低,意味著該系統越有序,結構性越強；信息量越少, 土地結構信息熵就越高,意味著該系統越無序,結構性越差。土地利用結構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的有序性。[6]基于Shannon 創立的信息熵理論，選擇濰坊市作為研究對象，研究該區域土地利用結構信息熵的變化規律，并進一步分析濰坊市不同地區土地利用結構特點，改進濰坊市土地開發和利用決策和措施。

一、濰坊市概況

濰坊市是黃河三角洲高效生態經濟區和半島藍色經濟區的核心城市，濰坊市土地的有效利用是推動山東省“藍黃戰略”實施的重要內容。濰坊市屬于魯中地區，處于東經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。總面積約1.6萬平方公里，現轄濰城、奎文、寒亭、坊子、昌邑、高密、壽光、昌樂、青州、臨朐、諸城、安丘等12個區縣市，另有高新技術產業開發區、濱海經濟技術開發區、綜合保稅區、峽山生態經濟發展區。

在國家大力推進新型工業化和城鎮化的進程中，濰坊市城鎮人口數量逐年增加，經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。從濰坊市目前發展階段的特征和城市功能定位來看，實現社會發展的各項目標和經濟的平穩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，農業產業結構調整和自然災害也將造成部分耕地損失，增加了土地的緊缺程度。而濰坊市土地開發程度較高，后備資源較少，可供開發為農用地的土地資源特別是開發為耕地的土地資源已經很少，耕地和基本農田保護的壓力越來越大。

二、濰坊市土地利用結構變化的量化分析

(一)數據來源

濰坊市土地利用結構的數據來源于濰坊市土地利用變更調查資料，土地利用數據的分類系統采用現行的《土地利用現狀分類》體系，最終將濰坊市土地資源分為農用地、園林、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水利設施用地、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構的變化特征的。假定某一區域土地總面積為A，各類土地根據其職能劃分為n類，每一種土地類型的面積分別為Ai(i=1,2,…n)。

1.土地利用結構信息熵(H)

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

(1)

其中,Pi——各土地利用類型占該區域土地總面積的比例(Pi=Ai/A)。

信息熵H是系統復雜性和均衡性的測量指標,本文用來描述土地利用結構的多樣性,多樣性指數是描述某一地區土地結構復雜程度的指標。 當該地區土地未被開發利用時,其土地結構多樣性指數假定為0 ,即Hmin=0；當該地區土地開發利用達到成熟狀態,即各類土地面積已趨于穩定、均勻,即A1=A2=…=An=A/n,滿足信息熵值最大化條件時,土地利用結構多樣性指數最大,即Hmax=lnn。

根據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,則土地利用結構信息熵就越大。

2.土地利用結構的均衡度(E)與優勢度(I)

信息熵是某一地區土地利用復雜程度的具體表征,而土地類型之間面積大小的差異以及各職能類型的結構格局則用土地利用的均衡度和優勢度來表征。[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，反映該地區土地利用結構的均質性越強。由均衡度計算出來的土地利用結構均質性與信息熵相比，其直觀性和可比性都有所增強。

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

I=1-E

(3)

(三)土地結構利用均衡性的時間序列分析

將相關數據代入土地結構利用信息熵、均衡度和優勢度的計算公式，可以計算出濰坊市2005～2011年土地利用結構信息熵、均衡度和優勢度的變化情況，計算結果見表1。

對2005～2011年濰坊市土地利用結構信息熵、均衡度及優勢度的變化分析得出, 濰坊市土地利用結構信息熵從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的增減，土地結構逐漸趨于均衡，各類土地的優勢度也呈減小趨勢，從時間序列來分析說明濰坊市土地利用結構漸趨合理。

表1 濰坊市2005～2011年土地利用結構及信息熵、均衡度和優勢度

(四)土地利用結構的空間序列分析

選擇濰坊市12個區縣2010年的相關數據，對各個區縣土地利用結構的信息熵、均衡度和優勢度進行測算，如表2所示，結果顯示：濰城區、寒亭區、壽光市、臨朐縣的信息熵較大，均超過1.2，奎文區和高密市的信息熵小于1，說明濰坊市各區縣的土地利用結構不均衡，其中，奎文區土地結構的優勢度達到0.472，這是因為奎文區是濰坊市的政治、經濟和文化中心，建設用地占了總土地面積的0.731，耕地面積僅為0.129。全市土地利用結構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，而土地利用結構的優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，濰坊市土地利用結構呈現不均衡特征。從行政區劃來看，由于縣(市、區)的自然地理分布、區位條件以及經濟社會發展水平不同，土地利用結構存在較大差異。以膠濟鐵路為南北分界線，土地利用結構呈現明顯差異：濰坊市中部是城鎮和農用地的主要分布區，地理特征主要是平原，是糧食主產區；北部是濱海地區，土地結構主要是鹽田，占了北部濱海地區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，森林覆蓋率高，主要發展林果業，該區域是濰坊市的自然風景區。

表2 2010年濰坊市各區縣土地利用結構信息熵、均衡度和優勢度

三、濰坊市土地利用結構變化影響因素分析

區域土地利用結構的變化不僅受政策、法規等外部環境的硬約束，而且還受人口增長、經濟發展、產業結構變動等因素的軟約束。因此，影響土地利用結構變化的因素較為復雜，且各因素之間也存在一定相關關系。本文運用SPSS軟件綜合處理分析這些因素的相關關系，對濰坊市土地利用結構變化的影響情況，選取國內生產總值、產業結構及人口結構對土地利用結構演化的影響。

選擇濰坊市2005～2011年國民生產總值及三次產業與土地利用結構的信息熵進行相關性分析，結果表明，在顯著性水平為0.01時，說明濰坊市國民生產總值和三次產業的產值與土地利用結構信息熵呈現出高度相關性，特別是第二產業和第三產業，其與信息熵的相關性高于第一產業，說明第二、三產業的迅速發展，使得濰坊市建設用地的規模和需求量不斷增長，對信息熵的增大起到正向促進作用，提高了土地利用系統的無序性，土地利用結構向均衡性轉變。

從人口結構看，農村人口向城市流動，農業人口的減少和非農人口的增加是當前人口變化的主要趨勢，兩種人口類型的變化對區域土地利用結構產生顯著影響。通過對濰坊市人口結構的變動及信息熵的變動分析，土地利用結構信息熵與人口總數的相關性系數為0.985，呈正相關關系，與農業人口數量的相關性系數為0.967，呈正相關；與非農業人口的相關性系數為0.963，呈負相關。說明濰坊市土地利用結構信息熵的增加與人口數量和人口結構具有高度相關性。

四、結論

對濰坊市土地利用結構特征進行分析，結果顯示：在研究期內濰坊市土地利用結構信息熵和均衡度逐年增大，而優勢度則相應呈減少趨勢。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格的耕地保護制度。濰坊市居民點和工礦用地也呈逐年減少態勢，其原因，一方面是城市化導致農村人口向城市或中心鎮集聚，在土地利用上表現為城鎮用地規模的持續增加，農村居民點用地變化較穩定；另一方面，近幾年土地整理力度加大，對農村居民點的整理導致面積有所下降。從空間角度看，由于濰坊市各區縣發展水平不均衡以及自然因素影響，各區縣土地利用結構的均質性存在很大差異。分析濰坊市土地利用結構演化的主要因素，可以看出：濰坊市國民生產總值、產業結構及人口結構都與土地利用結構的信息熵有很強的相關性，經濟發展水平、產業結構變化及人口結構的優化都會對土地利用結構產生影響。

[1]潭永忠,吳次芳. 區域土地利用結構的信息熵分異規律研究[J]. 自然資源學報, 2003, (1).

[2]程浩, 舒曉波，等. 土地利用結構信息熵時空變化分析——以宜春市為例[J]. 江西農業學報, 2011, (12).

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

[4]張英輝. 河北城市化進程中土地利用結構的變動分析 [J]. 統計與決策, 2008, (14).

[5]陳榮蓉,宋光煜,等.土地利用結構熵特征與社會經濟發展關聯分析——以重慶市榮昌縣為例[J]. 西南大學學報(自然科學版),2008, (7).

[6]周于翔.重慶市農用地動態變化及其驅動力研究[D].南寧：廣西大學,2008.

[7]蔣鑫鑫.桃江縣耕地驅動力分析及未來利用結構變化預測[D].長沙：湖南農業大學,2011.

(責任編輯 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“區域復合生態經濟系統耦合效應與政策調控研究——以黃河三角洲高效生態經濟區為例”(71371112)；山東省自然科學基金項目“山東半島藍色經濟區環境經濟復合系統仿真與預警機制研究”(ZR2012GM020)。

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

F061.6

A

1672-0040(2015)05-0005-04