基于GIS的蘭州市土地利用結構信息熵動態演變規律及驅動因素分析

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

目前，隨著深入探討人類活動在全球變化中的作用機制，研究土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）的特點正從“全球到區域”轉變到“自然到人文”，區域土地利用演變已成為研究焦點[1]。通常情況下，經濟欠發達地區土地利用結構的變化相對較慢，而經濟發達地區土地利用結構的變化相對較快。比較發現，這是一個重要的研究課題，即分析這種變化是向趨于合理的方向發展，還是向相反的方向發展。

本研究應用Shannon等提出的Shannon熵理論[2]，探討研究區土地利用結構信息熵的動態演變規律，并分析其成因，以期為以下土地管理工作提供借鑒依據：研究區土地資源的合理開發利用、國土空間土地利用總體規劃的研究與制定、土地利用結構變動機制的修改等。

1 數據來源

數據主要采用2015～2018年土地統計資料，來源于甘肅省自然資源規劃研究院。根據收集的4年土地利用變更數據，把土地利用現狀分類系統按2級進行分類，其中1級類型8個，即耕地、園地、林地、草地、居民點及工礦用地、交通運輸用地、水域用地、其他用地。

2 技術路線

結合2015～2018年蘭州市土地利用類型數據，根據信息熵公式，得出研究區4年土地利用結構信息熵、均衡度和優勢度，并在統計軟件SPSS的支持下分析信息熵與各土地利用類型之間的關系，以找到土地利用結構信息熵的動態演變規律及驅動因素。技術流程如圖1。

圖1 技術流程圖

3 土地利用結構信息熵的動態演變規律及成因

利用信息熵描述與刻畫土地利用系統的有序程度[3]。熵越大，表示系統有序度越低，反之，有序度越高。依據信息熵公式計算蘭州市2015～2018年的土地利用結構信息熵，熵值最低的年份為2015年，此后逐漸升高，至2018年達到最高值，反映出土地利用系統的有序程度較高的年份為2015年，土地利用系統的結構性較強，2015年后土地利用系統的有序程度逐漸降低，土地利用系統的結構性較差。同時，均衡度J值的變化與H值的變化趨勢相同，呈上升趨勢，即蘭州市土地利用系統結構逐漸向均衡狀態發展。優勢度I值的變化則剛好與J值相反，呈逐漸下降的趨勢。

分析可知，2015年以后，農業結構調整變化和城市建設占用耕地增加是研究區土地利用結構信息熵和均衡度增加的主要原因，從而城市的職能越來越均衡化。這一結果表明，研究區正處在由傳統農業向現代化、工業化產業結構升級過程中。產業結構調整變化的“縮影”通過區域土地利用的結構變化得以反映，表現在產業間、部門間對土地及其他資源的重新分配與組合[4]。非農建設用地量與耕地數量的此長彼消，一個原因是農地產出效益低，導致農地非農化趨勢顯著[5]；另一個原因是近4年來蘭州市一直處于城鎮化快速發展中，城鎮建成區的規模擴張帶來了城郊區的顯著變化，即耕地變更為建設用地、農地景觀變更為非農地景觀。在這兩方面原因影響下，蘭州市耕地資源總面積大大變少，人地矛盾日漸突出，土地自然生態系統的平衡性越來越差。

表1 蘭州市2015～2018年土地利用結構（%）及其信息熵、均衡度、優勢度

在統計軟件SPSS的支持下，應用相關系數[6]分析研究區8種土地利用類型與信息熵之間的關聯程度，結果顯示，耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域用地、未利用土地與信息熵之間的相關系數r2分別為0.9960、0.9940、0.9936、0.9982、0.9984、0.9354、0.7193、0.9506，可見與信息熵的關聯程度最大的是居民點及工礦用地，其次是牧草地，與信息熵的關聯程度最低的是水域用地。由此可知，影響蘭州市土地利用結構信息熵動態變化的主要因素是居民點及工礦用地和牧草地。

4 結論與討論

研究蘭州市土地利用結構信息熵的動態演變規律，并分析其成因，總結出以下結論：

1）蘭州市土地利用結構信息熵值在時間上呈遞增趨勢，土地利用系統的有序度越來越差，主要是農業用地被征用為建設用地的現象越來越顯著。這一結果表明研究區正處于產業結構升級過程中，即由傳統農業向現代化、工業化轉變[7]。

2）蘭州市經濟較落后，土地利用結構熵值較低，土地自然生態系統保持在一個低水平的有序狀態，可采取措施減少牧草地的面積和提高水域用地和林地的面積，適度提高土地利用結構信息熵。解決的有效途徑是在不破壞和損害生態環境的前提下，加快森林資源培育，提高未利用土地資源的開發利用水平，全面加強水利基礎設施的建設，從而達到提高土地利用的產出效益，推動經濟社會持續健康發展的目的。