吴江土地利用结构信息熵变化诱因

福建农林大学学报(自然科学版)第37卷第4期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Editi on)2008年7月
吴江土地利用结构信息熵变化诱因
李冬梅1,濮励杰1,2,韩书成3,周　强1
(1.南京大学国土资源与旅游学系,江苏南京210093;2.国土资源部土地利用重点实验室,
北京100029;3.华南理工大学政治与公共管理学院,广东广州510640)
摘要:结果表明,吴江土地利用结构信息熵变化的原因是耕地、园地减少及居民点工矿、交通用地增加,其主要诱因是吴江社会整体经济发展水平.因此,在土地利用和配置中,应以土地的社会、经济、环境综合效益为目标.
关键词:土地利用结构;信息熵;诱因;吴江
中图分类号:F301.2文献标识码:A文章编号:167125470(2008)0420415205
I nducem en t of i n forma ti on en tropy of W uji a ng l and2use structure
L IDong2mei1,P U L i2jie1,2,HAN Shu2cheng3,Z HOU Q iang1
(1.Depart m ent of Land Res ources and Touris m,Nanjing University,Nanjing,J iangsu210093,China;
2.Key Laborat ory of Land U se,M inistry of Land and Res ources,Beijing100029,China;
3.School of Politics
and Public Ad m inistrati on,South China University of Technol ogy,Guangzhou,Guangdong510640,China)
Abstract:The results were as foll ows:the decrease of cr op and garden land and the increase of resident,industry,m ine and trans2 portati on land caused most inf or mati on entr opy ofW ujiang land2use structure t o change;s oci o2econom ic level of the whole regi on was the main induce ment of entr opy change.The goalwas integrally s ocial,econom ical and envir on mental benefits f or the use and distri2 buti on of lands.
Key words:land2use structure;inf or mati on entr opy;inducement;W ujiang
土地利用状况客观上反映了一个地区社会经济发展和城市化的程度,而土地利用结构信息熵则是判别区域土地利用结构变化的标志.目前有关土地利用结构变化的研究主要集中在土地利用的时空变化过程,驱动力分析,土地利用对区域自然、社会经济环境的影响分析,土地利用变化模型等方面[1-8].土地利用结构信息熵反映了土地系统的宏观变化程度,信息熵越高,系统有序度越低,各类型土地结构越均衡.对区域土地利用结构信息熵变化及其诱因进行分析有助于更合理地利用和配置土地.在分析土地利用时空变化规律时,主要采用土地利用变化率等指标进行数量分析.而针对土地利用总体结构变化的研究较少,如利用区位指数研究土地结构特征[9].目前,土地学界利用信息熵对土地利用结构状况的研究主要集中在以下几个方面:区域比较研究[10-13]、单个城市土地利用演变状况[14-16]、城市空间扩展[17-19],以及信息熵变化原因[20].本文通过土地利用结构信息熵和均衡度指数对吴江市土地利用系统的总体状况进行研究,了解各类型土地利用结构的总体变化情况,并进一步研究土地利用结构信息熵变化的诱因.
1　研究区概况
吴江市位于江苏省东南部,北纬30°45′36″-31°13′41″,东经120°21′4″-120°53′59″,全市总面积1176.68km2(不包括所辖太湖水面),地势低平.吴江区域经济以工业、服务业为主,非农产业占95.65%,近年来已成为长江三角洲地区最具发展潜力和全国经济发展最有活力的新兴城市之一.
2　研究方法
我国学者将信息熵应用到城市土地利用结构研究中,用以说明土地利用系统的多样性及有序度[21-22],信息熵越大,系统有序度越低.均衡度是衡量不同职能类土地利用对信息熵影响的指标[22],均衡
收稿日期:2007-07-10 修回日期:2007-12-24
基金项目:江苏省自然科学基金(BK2005080)、国家自然科学基金(40371106)和教育部跨世纪优秀人才培养计划基金(2003)资助项目.
作者简介:李冬梅(1983-),女,硕士研究生.研究方向:土地利用与规划.Email:ldm2310@.
度越大,土地系统各职能类结构越均衡.
数据来源于吴江市1995-2004年土地利用变更调查表.将吴江市土地分为耕地、园地、林地、居民点工矿用地、交通用地、水域及其他用地7个职能类进行分析.
土地利用信息熵指数、均衡度指数的计算采用陈彦光的方法[22]
.假设区域土地总面积为A,各职能类土地面积为a i ,各职能类土地面积所占百分比用P i 表示,P i =a i /A,∑N
i =1
P i =1,那么土地利用结构信息熵指数(H )、均衡度指数(J )分别如下:H =-∑N
j =1
P i ・l og P i ,J =H /H m =-∑N j =1
P i ・l og N ,N 表示土地利用职能数,
0≤J ≤1.
将土地利用结构信息熵、均衡度与各职能土地所占百分比进行Pears on 相关分析.选取人口、经济、产业结构三方面社会经济因素,采用多元回归分析法进行土地利用结构信息熵变化的诱因分析.
3　结果与分析
3.1　土地信息熵时序
根据信息熵及均衡度公式计算吴江市1995-2004年土地利用的信息熵及均衡度,结果见表1.
表1　吴江市1995-2004年土地利用结构及其信息熵和均衡度的变化情况
Table 1　Change of land 2use structure,inf or mati on entr opy and equilibrium during 1995-2004in W ujiang
年份
土地总面
积/万hm 2
耕地百分比/%
园地百分比/%
林地百分比/%居民点工矿百分比/%交通用地百分比/%
水域百分比/%
其他用地百分比/%
信息熵
均衡度
199512.19739.6811.230.3710.01 2.1436.320.24 1.32850.6827199612.19739.2511.220.3710.37 2.2236.120.45 1.34500.6912199712.19739.4910.780.3710.56 2.2536.100.45 1.34280.6901199812.19739.4310.770.3710.63 2.2636.090.45 1.34390.6906199912.19739.3810.730.3710.74 2.2636.060.45 1.34470.6911200012.19739.2510.690.3711.05 2.2535.960.43 1.34680.6921200112.19738.7410.650.3711.69 2.2635.880.43 1.35400.6958200212.19732.8910.050.4912.52 2.5841.030.44 1.36680.7024200312.19733.159.920.4912.83 2.7940.370.46 1.37520.70672004
12.197
32.63
9.68
0.49
13.81
2.81
39.91
0.68
1.3915
0.7151
从表1可知,吴江市1995-2004年信息熵值提高了0.063,变化幅度为4.74%,年均变化率为0.516%.而1995-1996年、1996-2000年、2000-2004年3个阶段信息熵的年均变化率分别为1.242%、0.127%和0.779%.从图1可知,土地利用结构变化呈现阶段性特征,即熵值先上升,再经平缓过渡后上升.总体上其土地利用结构信息熵呈上升趋势,土地利用有序度降低.而1995-2004年土地利用均衡度呈上升趋势,说明吴江市土地利用各类型间的均质性增强.这10a 间吴江市的土地利用结构信息熵的变化过程与其G DP 总量变化趋势存在明显的耦合关系(图1、2).其中,1995-1996年和2000-2004年2个时间段为吴江市土地利用信息熵快速上升时期,而这也是吴江市经济快速增长时期.经济的快速增长促使吴江市土地利用结构不断向均衡化方向发展.此外,2002年吴江市推行了退耕还湖政策,大面积灌溉水田转
化为其他用地类型.该年吴江市灌溉水田面积减少7118.61h m 2
,其中转化为水域的占80.86%,转化为居民点工矿的占11.24%.2002年水域面积百分比与耕地面积百分比均发生了较明显的变化,这也使吴江市各职能类土地结构的均衡性发生了变化.而1996-2001年,吴江市经济在经历了一个快速发展时期后进入了相对稳定阶段,总体发展态势比较平稳,各行业对于用地规模的要求保持原有水平,各土地利用类型结构变化不显著,总体上土地利用结构的信息熵变化不明显.3.2　信息熵与各职能类土地利用结构的相关性
从表1可知:在7个土地职能类中,耕地、园地所占百分比持续减小,水域所占百分比在2002年增大后又恢复为逐年递减的趋势;其余4个土地利用职能类所占百分比逐年增大.从表2可知:与信息熵变化呈强正相关的2个职能类分别是居民点工矿用地和交通用地.居民点工矿及交通用地百分比的增加,是由于吴江市工业化、城市化进程加大了对这些职能类土地用地规模的需求,促使其土地利用结构趋向优化,提高了土地利用的均衡度.而耕地百分比、园地百分比与土地利用信息熵呈强负相关.近10a 以来吴江市的农业用地(包括耕地、园地)所占百分比持续下降,2004年达42.8%左右,这种负向强烈变化对于总用地6
14福建农林大学学报(自然科学版)第37卷　
结构信息熵起着重要作用.总之,吴江市农业用地特别是耕地、园地向其他用地职能的转化促使信息熵增大,从而使得其土地利用结构更加均衡.同时,在农用地内部,耕地、园地所占百分比不断减小而林地所占百分比增大,表明吴江市农业用地内部结构得到相应调整,土地利用的均衡度也得到相应提高.
表2　信息熵、均衡度与土地利用结构各职能类的相关性1
)
Table 2　Correlati on bet w een infor mati on entr opy,equilibrium and different kinds of land structure
耕地
园地
林地
居民点工矿
交通
水域
其他
信息熵
-0.91433-0.948330.875330.983330.954330.823330.81333均衡度
-0.91433
-0.94833
0.87533
0.98333
0.95433
0.82333
0.81333
1)3表示相关性达0.05显著水平,33表示相关性达0.01显著水平
.
3.3　土地信息熵变化诱因3.3.1　人口因素对信息熵的影响　选取总人口数(X 1)、农业人口数(X 2)、非农人口数(X 3)、户籍人口数
(X 4)、非农人口百分比(X 5)、流动人口百分比(X 6)为自变量,以信息熵为因变量(Y ),进行逐步多元回归
分析,得到如下方程:
Y =0.947X 6
(1)方程调整后的R 2
值为0.884,通过1%的显著性检验.式(1)表明对土地利用信息熵影响最大的人口因素是流动人口百分比.由于吴江市流动人口多,所以计算总人口数时必须加上流动人口数.1995-1996年吴江市流动人口百分比维持在7.19%-7.76%,说明流动人口规模比较稳定;1996-2000年流动人口百分比整体变化呈上升趋势,为7.11%-11.06%;2000-2004年流动人口百分比从11.06%提高到31.24%,流动人口数大规模增加.从图1可知,流动人口百分比变化与土地结构信息熵的阶段性变化趋势大体一致.从2003年开始,吴江市的非农人口百分比低于流动人口百分比.近几年来,吴江市流动人口规模的快速增长标志着吴江进入快速城市化的阶段.城市化促使城市基础设施、公共设施以及交通设施用地增加,与其相对应的居民点工矿用地和交通用地规模也增大.不同职能类用地规模的此消彼长,促使区域用地结构不断趋于均衡.
7
14　第4期李冬梅等:吴江土地利用结构信息熵变化诱因
福建农林大学学报(自然科学版)第37卷　3.3.2　经济因素对信息熵的影响　选取人均生产总值(X7)、城镇化率(X8)、人均固定资产投资额(X9)、人均社会消费品零售额(X
)、客运量(X11)、地方财政收入(X12)、工业企业个数(X13)、工业总产值(X14)、10
农业总产值(X
)8个变量作为自变量,以信息熵为因变量(Y),进行逐步回归分析,得到如下方程: 15
Y=0.980X7(2)
方程调整后的R2值为0.955,通过1%的显著性检验.从式(2)可以看出,对土地利用结构信息熵影响最大的经济因素是人均生产总值.反映经济系统具体要素的变量(如反映人民生活水平的人均消费品零售额)对土地信息熵影响较小.人均生产总值反映了地区整体经济发展水平,说明土地利用结构信息熵变化的主要经济诱因是地区整体经济发展水平.经济发展的内在要求促使土地利用由比较效益低的类型向比较效益高的类型转化.因而吴江市的耕地不断转化为比较收益高的用地类型,如居民点和工矿用地、交通用地等.土地职能类型的转化使原本在吴江市土地利用结构中占主导地位的农业用地的百分比降低,其他用地职能类的百分比上升.这促使各职能类之间更加均衡,区域土地系统无序程度加强,从而提高了区域土地利用信息熵.
3.3.3　产业结构对信息熵的影响　选取第1、2、3产业在G DP中所占百分比(X16、X17、X18)作为自变量,以信息熵为因变量(Y),进行逐步回归分析,得到如下方程:
Y=-0.945X16(3)
该方程调整后R2值为0.879,通过1%的显著性检验.式(3)表明吴江市土地利用结构信息熵变化受第1产业所占百分比的影响最为显著.比较效益高的产业在与比较效益低的产业在竞争生产要素过程中处于优势地位.在土地利用过程中,部分土地职能类由比较效益低的产业用地类转化为比较效益高的产业用地类,也就是区域土地利用结构对区域产业结构变化的响应过程.目前吴江市第1产业的比较效益远远低于第2、3产业,第1产业在与第2、3产业竞争生产要素(资本、土地、劳动力)的过程中处于弱势地位.第1产业规模在竞争中不断被压缩,其最主要生产要素———土地,部分转化为其他产业生产要素.由于土地利用结构对产业结构的响应存在滞后性,所以目前吴江市第1产业百分比尽管很低(2004年已下降为4.35%),但其用地规模百分比依然高达45%以上(由于一部分水域用于渔业捕捞).因此,第1产业百分比下降所导致的第1产业用地规模缩小对区域土地利用结构具有显著的影响,使得区域土地利用具有较高的社会经济效益,从而区域土地利用结构得到了优化.
3.3.4　主要影响因素分析　对土地利用结构信息熵变化影响最显著的3个影响因子是流动人口百分比(X
)、人均生产总值(X7)及第1产业百分比(X16),以这三者为自变量,以信息熵为因变量(Y),进行逐步6
多元回归分析,得到如下方程:
Y=0.980X7(4)
方程调整后的R2值为0.955,通过1%的显著性检验.式(4)表明,上述3个影响因子中,人均生产总值对土地利用结构信息熵变化的影响最大.由此可知,在社会经济系统中,土地利用结构信息熵变化的主要诱因是区域整体经济发展水平.经济发展意味着结构转换,它突出表现在2个方面:一是产业结构的升级换代,二是城市化水平的提高[23].所以,吴江市流动人口百分比上升反映的快速城市化进程和第1产业百分比不断下降反映的产业结构调整过程,实际上都是吴江市经济快速发展的子过程,这2个子过程引起吴江市土地利用结构变化的内在动因来源于吴江市整体经济发展.
4　结论
(1)吴江市1995-2004年土地利用结构信息熵变化呈现阶段性的变化特征,即信息熵表现为上升—平缓—上升的变化趋势,也就是说土地利用在经历一个快速变化期后慢慢进入稳定期,再由稳定期进入快速变化期,直到各类土地利用规模满足社会经济发展的需求.在此之前,随着城市化、工业化进程的加快,土地利用各职能间需进行相互转化,以达到各项土地利用的最佳效益,并且在整个人类社会系统中寻求土地整体效益的最大化.总体而言,吴江市土地利用信息熵会继续增大,土地系统有序度会降低,而各职能土地类之间结构的均衡性将趋向于增强.
(2)人口因素中流动人口的变化对信息熵变化的影响最为显著.流动人口的大幅增加是快速城市化的标志,它引发了对居民点工矿及交通用地的需求.经济因素中,人均生产总值对信息熵的影响最为显著,这也表明土地利用结构的变化是经济发展的需要,也是城市发展自立寻求社会经济效益最大化的结果.产业结构中,第1产业百分比对于信息熵的影响呈显著负相关,说明产业结构的调整,特别是第1产业百分814
　第4期李冬梅等:吴江土地利用结构信息熵变化诱因
比的下降直接引发了用地结构的快速变化.总体来讲,经济因素对于土地利用结构变化的影响最为显著,因为在现阶段,土地利用结构调整的目的是为了更好、更快地发展社会经济,提高人民生活水平,土地利用类型也就从比较效益低的方向向比较效益高的方向转化.
土地经济学与产业经济学研究表明,比较效益低的职能地类(如占吴江总面积72.54%的耕地、水域)的生态功能及其调节环境的功能很难得到充分体现.如果仅以与地区经济发展紧密相关的土地利用结构信息熵作为衡量区域土地利用结构优劣的唯一指标,为提高信息熵而大规模缩减耕地、水域面积,则将有可能出现区域土地结构因无序程度增强而出现土地利用功能紊乱的状况,同时也会使吴江的生态环境严重恶化.因此,在以土地利用信息熵为依据对区域土地利用结构进行调整时,应适当引入生态指标及环境指标作为区域土地利用结构调整的参照因子.在严格保护特殊功能地块,维护良好生态环境的前提下,通过改善地类内部结构,优化第1产业构成,发展能耗低、污染小、高科技的工业,加大第3产业发展力度等,满足社会经济发展对不同土地职能类的需求,协调好土地利用系统与社会经济环境系统之间的关系.
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(责任编辑:叶济蓉)
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