王新民，邸文铂

（1.天水师范学院 生命科学与化学学院，甘肃 天水 741001；2.中国建设银行信用卡中心，甘肃 兰州 730000）

人类的长期生产实践引起了土地利用结构的演化，在不同的空间和时间尺度上对各类型的土地利用结构造成影响。农业用地在土地利用中占主导地位，所以其空间分布是影响该地区的可持续发展的关键问题之一。农业用地的空间分布一方面是耗散结构系统，具有系统结构和功能等有序性特征，另一方也是一个未精确定义的系统，并具有复杂的系统的一般特性，如开放性、动态性、自组织性、自适应性等。而信息熵是对系统的无序性的一种量度，熵值越大则表明系统越无序，因此，农业用地的空间分布的有序程度可以借助信息熵来加以度量。

1 研究区概况

天水市位于甘肃中部黄土高原、六盘山和秦岭山地的交接处，地跨长江、黄河两大水系，是陕、川两省的交通要道，位置优越，交通便利。天水属于温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温11°C左右，年平均降雨量531mm，平均年积温3523°C，适宜于多种粮食作物、经济作物和林果瓜菜的生长。天水市是以种植业为主体的农业城市，2010年全市常住人口为326.25万人，其中农村人口305.5万人，占全市总人口的87%，十年间农民人均纯收入1800元/年，全市农业生产总值35.81亿元，占全市生产总值196.2亿元的18.3%，农业和农村经济在全市经济中起着相当重要的作用，[1]所以天水市的农业土地利用结构对全市的经济和人民的生活都具有绝对的影响力。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

数据主要来源于《天水市统计年鉴》（2001～2010）、《甘肃省统计年鉴》（2001～2010）、天水市社会经济与发展统计公报（2001～2010）等。

2.2 研究方法

在本文中用信息熵的大小及变化来描述土地利用系统的有序程度。一般情况下，信息熵越小，系统就越有序，结构性就越强；反之，信息熵越大，系统就越无序，结构性就越差。[2]熵可以描述某个系统的存在状态，熵的变化可以表征系统的演化方向，在研究土地利用结构变化时定义土地利用结构的信息熵为：

式中:H为土地利用结构的信息熵；Pi为第i种土地类型所占的比例。[3]根据熵值最大和最小原理，当区域处于未开发状态时，其土地利用结构信息熵为0，即Hmax=0)；相反，当区域已发展成熟，各土地类型已趋于稳定、均匀，且满足熵最大化条件时，即p1=p2…=pn=1 n时，土地利用结构信息熵为最大，即Hmax=ln(n).[4]土地职能类型越多，各职能内的土地面积相差越小，则其熵值也越大，某个系统结构的有序程度就可以用信息熵来反映，农业用地具有结构和功能的有序特征，故信息熵可用来度量农业用地内部结构的有序程度，同时反映出的是在特定的区域内农业用地内部各土地子类别的动态演变规律及其相互转换程度。假设1个区域农业用地总面积为S，农业用地可分为n种小类，每种类型的面积为Si，则有：S=i(i = 1,2,…,n )各种子类别占农业用地总面积的比例为：

在实际应用中，由于不同的区域或同一区域的不同发展阶段可能有不同的土地职能数，土地利用结构的信息熵往往缺乏可比性，由此将实际熵值与最大熵值之比作为区域土地利用构成的均衡度(J).基于信息熵公式，土地利用结构的均衡度为：

因为H≤Hmax，所以0≤J≤1，当J=0时，表示土地利用结构处于最不均匀状态，而当J=1时，则表明土地利用类型达到理想的平衡状态.[3]将优势度表达式定义为：D=1-J，式中D表示优势度，它反映的是区域内一种或者几种土地类型影响该区域土地类型的程度。

3 结果与分析

3.1天水市农业用地总体规模

本文将所用到的天水市所有的农业用地划分为耕地、园地、林地等。天水市耕地、园地、林地等用地总体规模2001年为68.49万hm2，2010年为73.76万hm2，10年间增加了5.27万hm2，平均年增长率为0.23%，总的增长幅度不大，增长趋势基本保持平稳。

3.2天水市农业土地利用结构信息熵和均衡度分析

根据2001～2010年天水市农业用地土地利用变更调查数据，把研究区土地利用类型按耕地、园地、林地等进行分类。根据上述方法，计算出2001～2010年天水市农业用地结构的信息熵（H）、均衡度（J）、优势度（D）。（见表1）

表1 天水市2001～2010年农业用地利用结构信息熵（Nat）

通过分析，可以得到：天水市农业用地结构信息熵总体呈波动趋势，信息熵（H）的均值是0.6667，这就表明十年来天水市农业土地的利用结构没有很好地向均衡状态发展，各职能类型的农业用地面积差别比较明显，土地利用系统的无序度在增加。农业土地利用结构的信息熵从2001年的0.5294上升到2002年的0.7227，涨幅较大；而在2002～2004年间呈平稳上升趋势，从0.7227增加到0.7496；但在2004～2006年间又呈现出平稳下降趋势，从0.7496下降到0.6181.

图1 2001～2010年天水市农业用地利用结构信息熵

结合表1和图1可将天水市农业土地利用结构信息熵波动分成了三个明显的变化阶段。第一阶段：2001～2002年土地利用信息熵处于剧烈增长阶段，从2001年的0.5294增长到2002年的0.7227，增长幅度较大，说在这段时间内农业土地利用种类增多，各职能内的土地面积差额减小，系统无序程度增大。第二阶段：2002～2004年处于平稳上升阶段，土地利用结构信息熵从2002年的0.7227增长到2004年的0.7496，增长较为稳定，说明土地利用结构发生了比较合理的逐步变化。经分析发现造成这种变化的主要原因是：这一阶段天水市开始着力发展特色优势产业，不断提升农业综合生产能力，农业和农村经济呈现出良好的发展态势，职能用地面积差异缩小，导致了土地利用结构信息熵平稳增加。第三阶段：2005～2010年处于上升后稳定阶段，较前一阶段增长后有所回落。从2004年的0.7496下降到2005年的0.6683.之后一直处于较平稳状态，变化较小。可见天水市土地利用趋于平衡，农业土地利用结构信息熵基本达到稳定状态，同时说明天水市农业产业正处于稳定发展阶段。此外，结合图2可以看出：土地利用结构均衡度变化与信息熵变化一致，优势度变化与均衡度、信息熵变化相反，呈下降趋势，表明天水市土地利用类型正趋于平衡状态。这一变化也符合土地结构信息熵的动态演变规律。

3.3天水市各县区农业用地信息熵

由图3可将天水市各县区农业用地信息熵变化情况分成3类：（1）信息熵较低且一直处于变化较大的状态。2001～2010年张川县、武山县农业用地信息熵一直处于较低水平，平均水平为0.5，低于天水市整体水平而且变化较大，一直是变动状态且变动较为剧烈。说明张川县、武山县农业用地用地内部职能较单一，各职能类型土地面积相差较大，总体均衡度较差。（2）信息熵较高且比较平稳。秦州区、麦积区两区2001年农业用地平均信息熵为0.54，与天水市整体水平基本持平。2001～2010年两区农业用地信息熵一直处于上升后的平稳状态，2010年两区农业用地平均信息熵为0.69.说明伴随社会经济不断发展，两区农业用地职能数不断增多，且地类面积差别逐渐减小，农业用地的均质性逐渐增强。（3）信息熵水平处于秦州区与张川县之间且较为平稳。此类型的代表县区为秦安县、甘谷县、清水县。2001年这三个县农业用地信息熵分别为0.48、0.62、0.48，到2002年信息熵值分别为0.71、0.74、0.71，增长幅度较大，之后一直处于基本平稳趋势。说明这三个县农业用地各职能数在较大增长后又处于平稳状态，近几年没有较大的发展。总体上，天水市整体农业用地信息熵水平较低，且表现出较为平稳的态势，说明就天水市两区五县整体农业用地而言各类农业用地面积相差较大，整体均衡度较差。

图2 2001～2010年天水农业用地利用结构均衡度和优势度柱状图

图3 2001～2010年天水市各县区农业用地信息熵变化趋势

4 结 语

通过对2001～2010年天水市农业用地结构信息熵、均衡度和优势度的计算，并对其变化趋势的特点进行分析，可以得出以下结论：

（1）天水市2001～2010年农业土地利用结构信息熵和均衡度都处于较为稳定状态，这表明在十年间天水市农业土地利用结构逐步向均衡发展，但总体变化并不大，也就是说未能很好地发展各土地类型的职能，各土地利用职能类型的面积差别并没有明显的减小，土地利用系统无序度没有得到很好的改善和发展。

（2）该区农业用地结构动态演变的信息熵经历了三个不同的变化阶段：2001～2002年土地利用信息熵处于剧烈增长阶段，从2001年的0.5294增长到2002年的0.7227，增长比较明显。2002～2004年处于比较平稳的上升阶段，其农业土地利用结构的信息熵从2002年的0.7227增长到2004年的0.7496，增长较为稳定，说明土地利用结构发生了比较合理的变化。2005～2010年处于上升后稳定阶段，较前一阶段增长后有所回落。从2004年的0.7496下降到2005年的0.6683.2005年之后一直处于较平稳状态，变化较小。可见天水市土地利用趋于平衡，农业土地利用结构信息熵基本达到稳定状态，从另一侧面说明了天水市农业产业正处于稳定发展阶段。此外，农业土地利用结构均衡度的变化与信息熵的变化基本一致。优势度变化与均衡度、信息熵变化相反，呈下降趋势。以上分析表明天水市土地利用类型正趋于平衡状态，这一变化也符合土地结构信息熵的动态演变规律。

（3）天水市农业土地利用结构的演变，除了区域的自然的环境条件和政策、制度等因素有关，结合十年内天水市农业产值及农民的人均收入变化情况，影响天水市农业用地利用结构动态演变的经济社会驱动力有经济、人口、农业投资、农业产业化经营、名优特产品的开发、科技水平和管理水平的增长等。

[1]陶志刚,郭健健,等.制约天水市农业发展的因素及对策[J].甘肃农业,2009,(9):54-55.

[2]戎晓红,李春侠,等.基于信息熵的徐州市土地利用结构分析及其GM预测[J].国土资源科技管理,2013,(1).

[3]陈英,张仁陟,谢保鹏,等.基于信息熵的兰州市各县区建设用地变化及驱动力分析[J].甘肃农业大学学报,2012,(4):83-89.

[4]廖磊,唐国滔,等.基于信息熵的永州市土地利用结构演化研究[J].北京农业,2008,(下):52-53.