綿陽市土地利用結構信息熵時空差異研究

陳浩　董廷旭　羅培

摘要 根據1995年綿陽市土地利用詳查數據和2009年綿陽市第二次土地調查數據，運用信息熵理論對綿陽市所轄各區縣土地利用結構的空間差異和時序變化進行分析。結果表明，信息熵數值的高低與經濟發展水平存在相關性，經濟增長迅速的主城區處于信息熵高值區和增長區，經濟相對落后的山區縣處于信息熵低值區和下降區，中等經濟水平的丘陵縣處于信息熵中值區。一個良好的土地利用結構，其土地分異應介于混沌與有序之間，因而，對于不同經濟發展水平的區域，應采取相應措施適度提高或降低信息熵，以促進區域經濟的發展。

關鍵詞 土地利用結構；信息熵；時空差異；綿陽市

中圖分類號 G28；F293.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-04078-03

Abstract Based on the land use survey data on Mianyang City in 1995 and the second land survey data on Mianyang City in 2009， the temporal and spatial variations of land use structure in Mianyang City were analyzed based on information entropy. The results showed that there was a significant correlation between information entropy and economic development level. The economic developed main urban area was located in the high value area and growth region of information entropy， the economybackward mountain counties was located in the low value area and decreasing region of information entropy， and the economic medium hilly county was located in the median value area of information entropy. The good land use structure lied between chaos and order. Therefore corresponding measures were used to improve or decrease information entropy and promote economic development.

Key words Land use structure； Information entropy； Temporalspatial changes； Mianyang City

土地是一個具有耗散結構的自然歷史綜合體，具有結構和功能的有序性特征[1]。土地系統不僅在空間與功能上表現出不同的組合關系和結構格局，而且在時間上也表現出演替的階段性和規律性[2]。人類對土地綜合體所施加的擾動在不同的時空尺度上對土地系統的有序程度產生影響，土地系統的有序程度可以用信息熵來描述和刻畫[3]。筆者運用計量地理學方法對綿陽市所轄各區縣不同時期的土地利用結構信息熵進行計算，并以此為基礎，探討信息熵的空間分異規律和時間演變規律，從而為綿陽市土地資源的可持續利用提供理論基礎。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

綿陽市位于四川盆地西北部，地處103°45′～105°43′ E、30°42′～33°02′ N，下轄涪城區、游仙區、三臺縣、鹽亭縣、安縣、梓潼縣、北川縣、平武縣、江油市等2區7縣（江油市為縣級市）。區域內地貌類型多樣，山地、丘陵、平壩面積分別為109.02萬、54.52萬和39.14萬hm2。在綿陽市各地類中，林地所占面積最大，為118.04萬hm2，耕地面積（44.34萬hm2）次之，上述2種地類面積占綿陽市土地資源總面積（202.57萬hm2）的比例高達80.16%。隨著城市化進程的加快，人類對土地利用結構的干預程度日趨加強，綿陽市土地利用格局正發生著深刻變化。

1.2 數據來源

該研究數據來源于1995年綿陽市土地利用詳查數據和2009年綿陽市第二次土地調查數據。

1.3 研究方法

信息熵原是一個物理學的概念，用來測度系統的復雜性和均衡性，一般來說，信息熵值越高，其系統有序度越低，系統越紊亂，土地利用結構信息熵可以綜合反映一定時期研究區域內各種土地利用類型的動態變化以及轉化的程度[4]。

2 結果與分析

根據1995年綿陽市土地利用詳查數據和2009年綿陽市第二次土地調查數據，利用公式（1）、（2），計算得出綿陽市各區縣1995、2009年土地利用結構信息熵（表1、2）。

2.1 綿陽市土地利用結構空間差異

由表1、2可以看出，綿陽市所轄各區縣土地利用結構信息熵存在明顯區域差異，根據2009年土地利用結構信息熵計算結果，可將研究區分為信息熵高值區（1.696 1≥H≥1.637 5） 、信息熵中值區（1.469 5≥H≥1.296 6）、信息熵低值區（0.749 8≥H≥0.738 5）3個不同區域（圖1）。

信息熵高值區為綿陽市主城區——涪城區和游仙區，這2區主要位于涪江和安昌江Ⅰ級階地面上，區域內人口密度大、經濟增長迅速，反映城市化發展水平的城市建設用地（城鎮村及工礦用地、交通運輸用地）和城鎮配套服務用地（水域及水利設施用地、城郊菜園地和果園地）所占比重高，上述4類用地分別占涪城區和游仙區土地資源總面積的49.88%和31.46%，明顯高于全市平均水平值12.03%。信息熵低值區位于北川、平武2個山區縣（2縣境內山地面積均占全縣土地總面積的98.8%以上），該區域產業結構單一（以林業為主導產業），經濟相對落后，反映城市化發展水平的4類用地面積僅占北川縣和平武縣土地資源總面積的5.12%和2.00%，均不及全市平均值的1/2。信息熵中值區分布于綿陽市所轄各丘陵縣，包括三臺、鹽亭、安縣、梓潼、江油5縣，該區域經濟發展狀況介于主城區和山區縣之間，城鎮村及工礦用地等4類代表城市化發展水平的用地類型面積占5縣土地總面積的16.43%， 比全市平均值略高。總體來看，各區域城鎮村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、園地所占比重大小是導致土地利用結構信息熵區域分異的最主要原因。上述地類所占比重越大，信息熵的值越高，土地利用系統的均衡度亦愈高。

2.2 綿陽市土地利用結構時序變化

根據表1、2計算結果，將綿陽市各縣區信息熵變化反映到圖上（圖1、2）。從圖2可以看出，信息熵增長區主要分布于綿陽轄區的西南角，即涪城區（綿陽中心城區所在地，是綿陽市各轄各區縣中經濟發展水平最高的地區）和環繞涪城區的安縣、游仙區、三臺縣。其余區縣處于信息熵下降區。

深入分析可知，信息熵變化歸根結底為土地利用結構變化所導致。在以第一產業為主導產業的低水平經濟發展時期，區域內主要分布耕地、林地、草地等用地類型，土地處于單一利用結構狀態，信息熵處于低值階段。隨著經濟發展和城市化進程的加快，城鎮村及工礦用地、交通運輸用地等被人類強力改造的用地類型逐漸取代自然土地，土地利用結構有序度不斷降低，信息熵也呈不斷增長態勢。作為綿陽市的經濟增長極，涪城區通過輻射效應不斷把經濟動力和創新成果傳導到與之相鄰的游仙區、安縣和三臺縣，上述3縣的土地利用結構隨之發生變化，代表城市化發展水平的城市建設用地和城鎮配套服務用地比重增大，區域內土地利用類型向多樣化方向發展，各類土地面積漸趨接近，信息熵趨于增長。處于信息熵增長區的各區縣中，涪城區信息熵增長速度最快，1995～2009年信息熵增長了0.320 6，游仙區次之，信息熵增長了0.265 9，安縣和三臺縣分別增長了0.123 3和0.014 3。

北川縣、平武縣、江油市、梓潼縣、鹽亭縣處于信息熵下降區。國家相關部門從改善生態環境的角度出發，鼓勵在不適宜耕種的土地上退耕還林還草、封山育林，使得上述5縣林地面積在全縣土地資源總面積中的比重增加。另外，隨著土地整理力度的加大，江油市、梓潼縣、鹽亭縣耕地面積均有不同程度增長。林地、耕地面積的增大使土地利用結構向單一狀態方向轉化，區域內城鎮工礦用地、交通運輸用地等地類面積與林地、耕地面積的差距進一步擴大，信息熵值隨之減小。

3 結論和討論

綿陽市所轄各區縣土地利用結構信息熵存在明顯區域差異。總體來看，城市化發展水平較高的涪城、游仙處于信息熵高值區和增長區；經濟相對落后的北川、平武處于信息熵低值區和下降區；經濟水平介于主城區和山區縣的各丘陵縣土地利用結構信息熵處于中值區，其中，位于涪城區南北兩端的三臺縣、安縣信息熵趨于增長，其余丘陵縣信息熵趨于下降。

一個良好的土地利用結構，其土地分異應介于混沌與有序之間[6]。土地利用結構處于完全混沌無序的區域，其土地利用功能可能會出現紊亂，土地利用系統將處于無組織狀態；相反，如果一個區域的土地利用系統過于有序，將弱化土地系統的有機結構和多方面的聯系，同樣會降低該區域土地利用系統的功能[3]。因此，對于涪城、游仙等經濟發展水平較高的地區，應加強對近郊耕地、林地的保護，避免土地利用結構信息熵因耕地、林地被城市建設用地、工礦用地所蠶食而大幅上升；對于北川、平武等經濟相對落后地區，應加大對城鎮村及工礦用地、交通運輸用地等用地類型的建設力度，適度提高信息熵，以促進區域經濟的發展。

參考文獻

[1] 董杰，楊春德，張保華，等.山東省土地利用結構動態變化及宏觀驅動力研究[J].安徽農業科學，2006，34（20）：5336-5339.

[2] 劉彥隨.區域土地利用優化配置[M].北京：學苑出版社，1999.

[3] 譚永忠，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，2003，18（1）：112-117.

[4] 周子英，段建南，梁春鳳.長沙市土地利用結構信息熵時空變化研究[J].經濟地理，2012，32（4）：124-129.

[5] 高永年，劉友兆.經濟快速發展地區土地利用結構信息熵變化及其動因分析[J].土壤，2004，36（5）：527-531.

[6] 陳彥光，劉明華.城市土地利用結構的熵值定律[J].人文地理，2001，16（4）：20-24.