土地利用結(jié)構(gòu)變化及其社會經(jīng)濟(jì)效應(yīng)研究

張?zhí)熘? 王雯 劉春芳

摘要以隴南市為例，運用熵值函數(shù)模型和灰色關(guān)聯(lián)分析方法，采用土地利用結(jié)構(gòu)信息熵對西部山地過渡區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化及其社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展效應(yīng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：①由于分類體系的變化，1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)變化可分為1997～2003年、2004～2008年和2009～2013年3個階段。②1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈現(xiàn)波動式增長趨勢，2004～2008年為一個緩慢增長階段，2009～2013年達(dá)到一個高速增長的水平。③隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與社會商品零售總額、固定資產(chǎn)投資總額、人均GDP、單位土地面積GDP、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比、城鎮(zhèn)化率呈現(xiàn)強關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示，除政策影響之外，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展是間接引起該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化的主要內(nèi)在驅(qū)動力。

關(guān)鍵詞西部山地過渡區(qū)；土地利用結(jié)構(gòu)；社會經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

中圖分類號S-9文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）31-125-03

Land Use Structural Changes and Its Social Economic Effects— A Case of Longnan Mountain Area

ZHANG Tianzhong1，2 ， WANG Wen1，2*， LIU Chunfang3

（1.Land Resource Planning and Research Institute of Gansu Province， Lanzhou，Gansu 730000， 2.Gansu Scientific Research Base， Key Lab of Land Use， China Institute of Land Surveying and Planning， Ministry of Land and Resources， Lanzhou，Gansu 730000；3.College of Geography and Environment Science， Northwest normal university， Lanzhou ，Gansu 730000）

Abstract In this paper， the entropy function model and gray relational analysis have been applied to analyze the relationship between the entropy of land use structure and social economic development in Longnan. The results showed that，①Due to the change of classification system， the land use structure change can be divided into three phases in Longnan from 1997 to 2013，1997-2003， 2004-2008 and 2009-2013. ②The information entropy of land use structure showed a trend of fluctuation growth in Longnan from 1997 to 2013，in 2004-2008 for a slow growth stage， and to achieve a rapid growth in 2009-2013.③In Longnan， the information entropy of land use structure had a strong relationship with the social total retail sales of commodities， gross fixed asset investment， per capita GDP， unit land area GDP， nonagricultural and agricultural industries output value ratio and urbanization rate.Correlation analysis results showed that besides policy， social and economic development which were indirectly caused the regional land use structure information entropy change was the mainly internal driving force.

Key words Western mountain transition zone；Land use structure； Social Economic Effects

土地資源系統(tǒng)是一個典型的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，具有開放的、可調(diào)控的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的顯著特征。區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化是人們有目的的行為對土地資源系統(tǒng)施加的一種人為的干擾，這種干擾對土地資源系統(tǒng)的有序程度會帶來不同程度的影響[1-7]。它不僅在空間與功能上表現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)格局，而且在時間上表現(xiàn)出演替的階段、過程和規(guī)律[8]。土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整是在有目的的行為指導(dǎo)下對土地利用系統(tǒng)施加的一種人為干擾[3]，人類對土地綜合體施加的這種干擾有正負(fù)之分[4]，它在不同時空尺度上對土地利用系統(tǒng)的有序程度產(chǎn)生影響，這種有序程度可以用信息熵來描述和刻畫[5]。信息熵是對均衡度和無序度的量度。它是不確定性的量度，不確定性越大越無序，所以信息熵也是無序性的一種量度[5]。土地利用信息熵越大，各要素發(fā)展越均衡，土地利用系統(tǒng)的有序性程度愈低，當(dāng)系統(tǒng)完全達(dá)到平衡時，熵達(dá)到極大值。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

隴南市位于104°01′～106°35′ E、32°35′～34°32′ N，東接陜西，南通四川，素有“秦隴鎖月，巴蜀咽喉”之說，地質(zhì)上屬秦嶺褶皺系，是甘肅省唯一屬于長江水系并擁有亞熱帶氣候的地區(qū)。境內(nèi)高山、河谷、丘陵、盆地交錯，海拔550～4 200 m；熱、溫、寒帶氣候并存，年平均氣溫9～16 ℃，降水量400～1 000 mm，日照時數(shù)1 600 h以上，無霜期160～240 d。總面積2.79萬km2，東西長約237 km，南北寬約203 km。2013年全市總?cè)丝?57.52萬，其中城鎮(zhèn)人口6358萬。全市國內(nèi)生產(chǎn)總值為249.5億元，人均GDP達(dá)9 690元。

1.2研究方法

1.2.1土地利用結(jié)構(gòu)信息熵計算。假定區(qū)域總面積為A，區(qū)域內(nèi)的土地按其職能可分成m種，每個職能類面積為Ai，第i種土地利用類型在該區(qū)域所有土地利用類型中出現(xiàn)的可能性用Pi表示，則有：Pi=Ai/A；按照信息論的原理，并參考ShannonWeaner指數(shù)，則定義土地利用結(jié)構(gòu)的信息熵函數(shù)為：

H=-mi=1（Pi）lnPi（1）

由信息熵函數(shù)可知，信息熵高低可以反映區(qū)域用地結(jié)構(gòu)均衡程度，熵值越高，表明不同職能的用地類型數(shù)越多，各職能類型的面積相差越小，土地分布越均衡。當(dāng)區(qū)域內(nèi)各用地類型的面積相等，即A1=A2=…=AM=1/m時，熵值達(dá)到最大，則表明區(qū)域土地利用達(dá)到了均衡狀態(tài)。為了顯示土地利用結(jié)構(gòu)熵年度變化速度的大小，更好地反映土地利用結(jié)構(gòu)變化，可定義土地利用結(jié)構(gòu)熵變化率（Vt）[6]：

Vt=Ht-Ht-1Ht-1×100%（2）

式中，Vt為第t年的土地利用結(jié)構(gòu)熵變化率；Ht為第t年的土地利用結(jié)構(gòu)熵；Ht-1為第t-1年的土地利用結(jié)構(gòu)熵。

1.2.2灰色關(guān)聯(lián)模型。由于土地利用結(jié)構(gòu)與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性和復(fù)雜性，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法是對土地利用結(jié)構(gòu)熵與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的關(guān)系進(jìn)行刻畫的一種較好的方法。該方法的分析思路為：

（1）確定分析序列。將土地利用結(jié)構(gòu)熵序列組（xi）作為參考序列，研究區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)序列組（yj）作為比較序列。

（2）無量綱化處理。由于選取的多個指標(biāo)的量綱不同，不便于統(tǒng)計分析，可進(jìn)行初值化處理，把所有的數(shù)據(jù)均用每個序列的第一個數(shù)據(jù)相除，可得一無量綱的新數(shù)列。這個新的數(shù)列即是各個不同時刻的值相對于第一個時刻值的百分比，從而使數(shù)列靈敏地呈現(xiàn)事物變化增長后的情形。初值化計算公式為：

xi（k）=x′i（k）/x′1（k）

yj（k）=y′j（k）/y′1（k）（k=1，2，…，n）（3）

（3）求絕對差z（k）。計算序列組（yj）與序列組（xi）數(shù)列差的絕對值，并找出最小值和最大值。計算公式為：

z（k）=|xi（k）-yj（k）|（4）

（4）求關(guān)聯(lián)函數(shù)ξij（k）。計算公式為：

ξij（k）=z（k）min+ρz（k）maxz（k）+ρz（k）max（5）

式中，ρ為分辨系數(shù)，其意義是削弱因最大絕對差數(shù)值太大而引起的失真，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性。ρ∈（0，1），該研究參照文獻(xiàn)[9-10]ρ取值為0.50。在此基礎(chǔ)上計算關(guān)聯(lián)度rij。

（5）計算關(guān)聯(lián)度rij。計算公式為：

rij=1nnk=1ξij（k）（6）

1.3數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于隴南市1997～2013年土地利用變更調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)；社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自《甘肅年鑒》和《隴南統(tǒng)計年鑒》。由于1997～2013年土地利用變更調(diào)查共使用了3種分類體系：1984年土地利用分類系統(tǒng)（全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒布）、2002年頒布的《全國土地分類》（試行）和2007年頒布的《土地利用分類》（GB/T21010-2007）。該研究以GB/T21010-2007為標(biāo)準(zhǔn)對歷年土地調(diào)查數(shù)據(jù)整理成耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地及其他用地8大類。1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)見表1。

2結(jié)果與分析

2.1隴南市土地利用結(jié)構(gòu)變化分析根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，利用公式（1）～（5），計算得出1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和熵變率（圖1）。

1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)變化可分為3個階段，即 1997～2003年、2004～2008年和2009～2013年。2003年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵由1.378 7變成2004年的1.375 3；2008年1.377 2變成2009年的1.284 0；熵變率高達(dá)-0.002 4和-0.067 6，與歷年變化差距較大，而變化年份與土地利用分類體系變化年份正好相同，因此可認(rèn)為這2個年度的變化是由分類體系的不同引起的。因此，以分類體系變更為時間界限，將1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)變化分為1997～2003年、2004～2008年和2009～2013年3個階段，對分類體系相同的年份做對比研究（圖1）。

第一階段（1997～2003年），又分為2個不同的階段，1997～2000年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵為一個小幅增長時期，從1997年的1.378 7增長到2000年的1.379 8，年均熵變率為0.036%，2000年達(dá)到頂峰后出現(xiàn)下滑態(tài)勢，至2003年又恢復(fù)到1997年的1.378 7，年均熵變率為-0.036%；第二階段（2004～2008年）為隴南市土地利用信息熵加速增長時期，2004年為1.375 3，2008年達(dá)到1.377 2，年均熵變率為0.048%，相比第一階段增長速度加快；第三階段（2009～2013年），為土地利用結(jié)構(gòu)信息熵持續(xù)增長時期，由2009年的1284增加到2013年的1.286 7，年均熵變率為0.068%，為各個階段增長率的最高時期。由3個階段熵變率變化情況來看，自1997年以來，隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈現(xiàn)波動式增長趨勢，1997～2003年階段呈現(xiàn)先增長后下降的拋物線趨勢，2004～2008年為一個緩慢增長階段，2009～2013年達(dá)到一個高速增長的水平，年均增長率為歷年最高水平。

2.2土地利用類型變化對土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的影響

土地利用信息熵表征了土地利用結(jié)構(gòu)的情況，土地利用的變化引起土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的變化，所以對隴南市各個階段的土地利用類型與信息熵的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1997～2003年，各地類與信息熵的相關(guān)性不是很強，相關(guān)性最強的是園地和城鎮(zhèn)及工礦用地，分別是0402和0.401；相關(guān)性最低的是水域和耕地，分別是0.159和-0.162，說明1997～2003年信息熵變化是各類土地利用變化共同作用的結(jié)果。2004～2008年，耕地、其他用地與信息熵相關(guān)性為-0.96和-0.91，園地、城鎮(zhèn)工礦用地相關(guān)性為0.97和0.92，說明由于耕地和其他用地的減少及園地和城鎮(zhèn)工礦用地的增加，導(dǎo)致了該階段土地利用信息熵的增大；2009～2013年，耕地、園地、林地及其他用地都與信息熵成負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.96、-0.92、-0.91和-0.93；而城鎮(zhèn)工礦用地和交通運輸用地與信息熵成正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.98和0.95，說明該階段土地利用主要是由耕地、園地、林地及其他用地向城鎮(zhèn)工礦用地和交通運輸用地流轉(zhuǎn)，間接說明了隴南市由于城鎮(zhèn)化建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展直接導(dǎo)致了耕地、園地、林地及其他用地的減少。

2.3土地利用結(jié)構(gòu)與社會經(jīng)濟(jì)相關(guān)性分析

以灰色關(guān)聯(lián)理論為指導(dǎo)，結(jié)合隴南市實際情況，選取土地經(jīng)濟(jì)密度（單位土地面積GDP）、人均GDP、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比、城鎮(zhèn)化率、社會商品零銷售總額、固定資產(chǎn)投資等6個反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)與土地利用結(jié)構(gòu)熵建立灰色關(guān)聯(lián)模型，計算其關(guān)聯(lián)度，揭示土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)關(guān)系。利用所選社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過灰色關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可獲得土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)聯(lián)度結(jié)果（表3）。

由表3可知，1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度由大到小排序為y3、y1、y4、y2、y5、y6。其中，關(guān)聯(lián)度最高的是非農(nóng)產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比社會商品零銷售總額，最弱的是固定資產(chǎn)投資總額。從關(guān)聯(lián)度來看，土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會商品零售總額、固定資產(chǎn)投資總額、人均GDP、單位土地面積GDP、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比、城鎮(zhèn)化率都呈中度關(guān)聯(lián)。上述分析說明，隴南市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用結(jié)熵的變化存在較為密切的內(nèi)在關(guān)系，是引起土地利用結(jié)構(gòu)熵變化的主要驅(qū)動力。

3結(jié)論與討論

通過對隴南市土地利用結(jié)構(gòu)熵特征及其土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性的分析，可得出以下結(jié)論：①由于分類體系的變更，1997～2013年隴南市土地利用結(jié)構(gòu)變化可分為1997～2003年、2004～2008年和2009～2013年3個階段。②自1997年以來，隴南市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵呈現(xiàn)波動式增長趨勢。1997～2003年呈現(xiàn)先增長后下降的拋物線趨勢，2004～2008年為一個緩慢增長階段，至2009～2013年達(dá)到一個高速增長的水平。③隴南市土地利用結(jié)構(gòu)熵與社會商品零售總額、固定資產(chǎn)投資總額、人均GDP、單位土地面積GDP、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比、城鎮(zhèn)化率呈現(xiàn)強關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，除政策影響之外，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展是間接引該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)熵變化的主要內(nèi)在驅(qū)動力。基于實證研究形成的基本認(rèn)識，筆者認(rèn)為西部地區(qū)的開發(fā)建設(shè)以及所實施的相關(guān)工業(yè)化、城市化推戰(zhàn)略，應(yīng)格外關(guān)注社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展可能引起的土地利用系統(tǒng)過度無序和土地利用結(jié)構(gòu)的不合理，防止土地利用生態(tài)背景惡化。

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