基于信息熵的宁夏土地利用结构研究

田广星

(宁夏大学资源环境学院,宁夏银川750021)

基于信息熵的宁夏土地利用结构研究

田广星

(宁夏大学资源环境学院,宁夏银川750021)

应用Shannon的信息熵理论,分析2002～2008年宁夏土地利用结构信息熵,结果表明:在时间上,由于西部大开发战略的实施和国家生态退耕政策的落实,土地利用信息熵呈单调递增趋势,并呈先快后稳的发展态势;在空间上,由于各县市的地理位置、资源环境条件、地形地貌状况、经济发展水平和土地利用政策的差异较大,土地利用信息熵呈现明显的地域差异。

信息熵;宁夏;土地利用结构

Shannon认为信息熵有内在的联系,一般信息量越大,熵越小,系统越有序,结构性就越强;反之,信息量越小,熵越大,系统越无序,结构性就越差。不同的土地利用方式下土地利用结构的信息熵是不同的,其有序程度也不同,信息熵的大小可以反映出土地利用系统的有序程度及土地利用方式的不同。

一、研究区概况

宁夏位于黄河中上游地区,总面积6.64万平方公里。南部属黄土丘陵和六盘山地,为温带半干旱区和温带半湿润区;中部为灵盐台地、山地和山间平原;北部为平原和贺兰山地,均属温带干旱区。黄河从中北部穿越12个县市,境内流程397公里,属温带大陆性半干旱气候。全区现辖银川、石嘴山、吴忠、固原、中卫5个地级市,兴庆、金凤、西夏、大武口、惠农、利通、中卫城区和原州8个市辖区,灵武、青铜峡2个县级市,永宁、贺兰、平罗、同心、盐池、中宁、海原、泾源、西吉、隆德、彭阳11个县和红寺堡开发区(县级移民开发区),2008年末总人口617.69万人,2008年底地区生产总值1098.51亿元,人均地区生产总值达到17892元。

二、研究方法

本文原始数据的分类系统采用国家颁布的过渡期间的全国土地分类系统,把研究区土地利用类型按2级进行分类,分为耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民点及工矿用地、交通用地、水利设施用地、未利用土地和其他土地。

(一)信息熵

设一个地区的土地总面积为 S,把该区域的土地分成n种利用类型,各种利用类型的土地面积为Si(i=1,2,…,n),则各种土地利用类型的面积占该区域土地总面积的比例(Pi)为:

式中,H为信息熵。它反映土地利用结构的有序程度。熵越大,有序度越低;反之,有序度越高。

(二)均衡度与优势度

基于信息熵公式,可以定义土地利用结构的均衡度与优势度。

式中,J为均衡度,是实际熵值与最大熵值之比,表示土地利用的均衡程度,其值越高,各种土地利用类型的面积相差越小,土地利用的均衡偏离程度越小。由于 H≤Hm,可知0≤H≤1。当J=0时,土地处于最不均匀状态;J=1时,则土地利用类型达到理想的均衡状态。相应地,优势度的表达式为:

优势度反映区域内一种或几种土地利用类型支配该区域土地类型的程度,与均衡度的意义相反。

三、宁夏土地利用结构信息熵分析

2002～2008年宁夏土地利用结构信息熵呈单调递增趋势,土地利用结构呈无序发展的态势。宁夏土地利用结构信息熵可以划分为两个阶段。第一阶段:2002～2005年的快速增长阶段。这期间宁夏的土地利用结构信息熵由 114769快速上升到115604,年均增长010278。其主要原因是西部大开发战略推进国家生态退耕政策的实施,使全区的林地变化幅度显著。第二阶段:2005～2008年的平稳增长阶段。随着国家生态退耕政策的落实和宏观调控政策的实施,耕地和牧草地减少,由生态退耕变为农业结构调整和建设用地占用,这期间各类土地利用类型变化较为平稳,土地利用结构信息熵因而处于平稳增长阶段。

应用相关系数分析宁夏土地利用结构动态变化与信息熵之间的关联程度,结果表明:林地与信息熵的关联程度最大,其次为耕地、牧草地。这说明林地、耕地和牧草地等所占比例的高低是影响宁夏土地利用结构信息熵的主要因素。土地利用结构信息熵增加的原因主要是由于国家生态退耕、农业结构调整和建设用地占用耕地和牧草地。2002～2008年宁夏土地利用类型中,耕地所占的比重从24184%下降到 21124%,牧草地所占的比重从46166%下降到43164%,但同时,林地所占比重从5156%上升到11167%,居民点及工矿用地所占比重从3111%上升到3153%,交通用地所占的比重从0126%增加到0135%,土地利用结构无序程度发展态势明显。

2008年宁夏各个县市之间的土地利用结构信息熵、均衡度和优势度有明显差异,信息熵和均衡度最大的是银川市郊区,其值分别为 118316和017954;最小的是盐池县,其值分别为111307和014911。就全区来看,基本呈现出北部川区、南部黄土丘陵和六盘山地较高,中部干旱风沙区较低的趋势。北部的银川郊区、永宁县、贺兰县、平罗县和南部的原州区、西吉县、隆德县、彭阳县的土地利用信息熵值均超过全区的平均水平,该区域的土地利用类型分配较为均匀,没有占绝对优势的土地利用类型;而中部的盐池县、同心县、青铜峡市、灵武市、中卫城区、中宁县的土地利用类型较集中,分布不均衡,牧草地在该区域土地利用类型中占绝对优势,其比例均超高50%。笔者认为,影响宁夏的土地利用区域差异的主要原因是自然地理和资源条件、地形地貌状况、经济发展水平和土地利用政策差异。

四、结论与建议

第一,宁夏土地利用结构的信息熵值在时间上具有动态演变规律,呈单调递增趋势,表明宁夏土地利用系统正朝着无序状态演变,耕地、牧草地和未利用土地呈递减趋势,林地、居民点及工矿用地、交通用地呈递增趋势。但同全国土地利用结构信息熵值相比仍处于较低水平,土地利用系统仍保持在一个低水平的有序状态。因此,今后在保护当地生态环境的前提下,适当开发未利用土地资源,优化宁夏土地利用结构,加强居民点及工矿用地、交通用地和水利基础设施的建设,以充分发挥全区土地利用结构的最佳效益。

第二,由于自然地理、区位条件、资源条件、经济基础等存在差异,各县市在土地利用空间结构上存在较大差异。今后各县市应根据各自优势和特色,确定土地利用的最佳发展方向,进一步优化宁夏土地结构和布局,实现宁夏土地利用的可持续发展。如北部川区应充分利用该区域土壤肥沃、地势平坦、匹配良好的水热条件和耕地的区位优势,进一步提高农业综合生产能力,优化农业产业结构。中部干旱风沙区盐池、同心两县和灵武、中卫的台地、山地部分,应针对该区域牧草地利用比例大、草场退化和沙化严重的现状,加强天然草场的保护,建设人工草场和改良草场。南部黄土丘陵区应当在继续实施生态退耕工程,加强林业建设的同时,充分利用该区域的农业资源优势,加强农业基础设施建设,调整农业产业结构,大力发展特色农业。

[1]敖红.对信息熵的探讨[J].辽宁高等专科职业学院学报(自然科学版),2001(1).

[2]姬贵珍,吴承祯,洪伟,等.武夷山市土地利用结构信息熵动态研究[J].安全与环境学报,2004(4).

责任编辑 叶利荣 E2mail:yelirong@126.com

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1673-1395(2010)04-0218-02

20100610

田广星(1972—),男,宁夏盐池人,副教授,硕士,主要从事土地利用规划和房地产经营管理研究。