唐中立

(广东省博罗县国土资源局, 广东博罗 516100)



基于信息熵的博罗县土地利用结构分析

唐中立

(广东省博罗县国土资源局, 广东博罗 516100)

基于信息熵原理,运用定量方法对博罗县土地利用结构的时间演变及空间差异进行分析。结果表明：总体上来说，2009～2014年博罗县土地利用结构的信息熵、均衡度不断上升，优势度不断下降，土地利用结构无序程度不断提高；2014年，各镇间土地利用结构的差异明显，总体上经济发展水平较高的区域土地利用结构的信息熵较高，而经济欠发达的区域土地利用结构的信息熵较低。

土地利用结构；信息熵；均衡度；优势度；博罗县

土地利用系统是指为人类活动所利用的土地表层及其以上和以下的所有要素相互联系、相互制约而结合成的具有特定功能的有机综合体。任何类型的系统总有一定的结构和功能，有什么样的结构就有什么样的功能，即结构决定功能[1]。若要一定区域的土地利用具备良好的功能，即土地利用取得良好的经济、社会和生态效益，必须有一个合理的土地利用结构作为支撑。因此，对区域的土地利用结构进行分析就显得非常必要。信息熵是系统有序化程度的一个度量,可以用来衡量区域土地利用结构的有序程度[2-14]。笔者运用信息熵理论，分析博罗县土地利用结构信息熵的时间演变规律和空间分布规律，以期为博罗县土地利用结构调整优化工作提供参考。

1　研究区概况

博罗县位于113°49′50″ ～114°45′50″ E，23°03′50″～23°43′20″ N,地处广东省中南部、珠江三角洲东北端的东江中下游，南北相距42 km，东西相距69 km;东接河源、紫金，南毗惠阳、东莞，西连增城，北邻龙门;距广州110 km、深圳97 km、惠州18 km;2014年，总面积2 855.11 km2。博罗县地势东北高西南低，自东北向西南倾斜，河流多由北向东南注入东江，形成北部山地丘陵、间有山谷平原，中部丘陵台地，南部沿东江自东向西的冲积平原3个地带。其中，山地占全县土地总面积的62.37%、丘陵占20.53%、平原占17.1%。2014年,博罗县下辖石坝、麻陂、观音阁、公庄、杨村、杨侨、柏塘、湖镇、长宁、福田、石湾、园洲、龙华、龙溪、罗阳、泰美、横河共17个镇[15]。

2　数据来源与研究方法

2.1数据来源数据来源于博罗县2009～2014年的土地利用现状变更数据。在该时段，每年的现状变更表都包含8种土地利用类型，即耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地，全县也未进行行政区划调整，因此，不需要对数据进行归并、调整，数据的真实性、准确性较高。2009～2014年博罗县土地利用结构见表1,2014年各镇土地利用结构见表2。

2.2研究方法选取信息熵、均衡度和优势度3个指标对区域的土地利用结构进行分析，指标的含义及计算方法如下：

表1　2009～2014年博罗县土地利用结构

表2　2014年博罗县各镇土地利用结构

2.2.1信息熵。假定区域的土地总面积为A，区域内的土地可以依据一定的标准划分为N种土地利用类型，每种土地利用类型的面积为Ai(i=1,2,3,…,N),则有：

(1)

各利用类型的土地面积占区域土地总面积的比例Pi为：

Pi=Ai/A

(2)

最后，定义信息熵H为：

(3)

土地利用信息熵是表征区域土地利用系统有序程度的指标，单位为Nat,其值的高低取决于区域土地利用类型的多寡及各利用类型土地面积的差异大小。区域内土地利用类型越少，各类土地面积差异越大，信息熵值越小，当一个区域只有1种土地利用类型时，信息熵值达到最小值0；区域内土地利用类型越多，各类土地面积差异越小，信息熵值越大，当一个区域有N种土地利用类型，每种类型土地的面积均相等，即A1=A2=A3=…=AN=A/N时，信息熵值达到最大值Hmax=lnN[2-14]。

2.2.2均衡度。在信息熵H的基础上，定义土地利用结构均衡度J为：

(4)

(4)式中H为区域土地利用结构的信息熵，Hmax为区域土地利用结构信息熵理论最大值。由于H≤Hmax，因此J的取值范围是[0,1][2-3]。

2.2.3优势度。在土地利用结构均衡度的基础上,定义与之密切相关的土地利用结构优势度I。

I=1-J

(5)

土地利用结构优势度I的意义与土地利用结构均衡度相反，取值范围也是[0,1]，用来表示土地利用的集中程度[2-3]。

3　 结果与分析

3.1土地利用结构的时间变化表3显示，2009～2014年博罗县的土地利用结构信息熵呈上升趋势，由1.459 8 Nat上升到1.467 8 Nat，均衡度由0.702 0上升到0.705 8，与此同时，优势度则处于不断下降的趋势，由0.298 0下降到0.294 2。这表明，在该时段博罗县不同土地利用类型之间面积差异在缩小，某种或某几种占优势的土地利用类型的支配度在降低，博罗县土地利用系统的结构性越来越差，土地利用结构无序程度不断加深。

经分析得知，2009～2014年博罗县土地利用结构信息熵不断上升，主要源于经济快速发展背景下城镇村建设和交通设施建设等非农建设及农业结构调整带来的不同土地利用类型之间面积的“此消彼长”。一方面，该时段内城镇村及工矿用地、交通设施用地分别增长了16.45%、14.69%；另一方面，耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、其他土地则分别下降了0.24%、4.68%、0.56%、13.48%、1.80%、4.91%。

3.2土地利用结构的空间差异

通过对表4中各镇2014年土地利用结构信息熵值与表3中2014年博罗县土地利用结构信息熵值做比较，笔者将全县17个镇划分为2种类型：信息熵值低于和高于全县信息熵值的镇，并绘制图1。图1中画横线的为信息熵值低于全县的镇，画竖线的为信息熵值高于全县的镇。从中可以发现，信息熵值低于全县信息熵值的石坝、公庄、柏塘、湖镇和横河镇都位于传统上的博罗县经济欠发达地区，而信息熵值相对较高的龙溪、罗阳、园洲、石湾等镇则是博罗县经济发展水平相对较高的地区。这主要是由于欠发达地区土地开发程度低，土地利用类型之间面积差异大，某种或少数几种土地利用类型的面积占绝对优势，因而信息熵值较低。以信息熵值最低的横河镇为例，2014年该镇的林地面积比例为77.79%，除耕地比例11.70%相对较高外，其他地类的比例都非常低。而经济发展水平较高的地区由于经济活动复杂多样，需要各种用地类型，因而土地利用类型之间面积差异相对较小，信息熵值相对较高。以信息熵值最高的龙溪镇为例，2014年该镇面积比例最高的是耕地，比例为25.09%，除交通运输用地、草地和其他土地的比例为2.66%、3.23%、6.08%外，其他地类的比例在10.59%～22.39%，面积比例较为均衡。

表32009～2014年博罗县土地利用结构信息熵、均衡度、优势度

Table 3The information entropy, equilibrium degree and dominance degree of land use structure of Boluo County during 2009-2014

年份Year信息熵Informationentropy(Nat)均衡度Equilibriumdegree优势度Dominancedegree20091.45980.70200.298020101.46260.70330.296720111.46430.70420.295820121.46590.70500.295020131.46650.70520.294820141.46780.70580.2942

表42014年各镇土地利用结构信息熵、均衡度、优势度

Table 4 The information entropy, equilibrium degree and dominance degree of land use structure of towns in Boluo County in 2014

镇名Towns信息熵Informationentropy(Nat)均衡度Equilibriumdegree优势度Dominancedegree石坝镇ShibaTown1.25820.60510.3949麻陂镇MabeiTown1.60590.77230.2277观音阁镇GuanyingeTown1.55470.74770.2523公庄镇GongzhuangTown1.20230.57820.4218杨村镇YangcunTown1.59140.76530.2347柏塘镇BaitangTown1.04560.50280.4972泰美镇TaimeiTown1.53610.73870.2613罗阳镇LuoyangTown1.62300.78050.2195湖镇镇HuzhenTown1.35050.64940.3506横河镇HengheTown0.84110.40450.5955长宁镇ChangningTown1.67450.80530.1947福田镇FutianTown1.59630.76770.2323龙华镇LonghuaTown1.73820.83590.1641龙溪镇LongxiTown1.86620.89740.1026园洲镇YuanzhouTown1.60710.77280.2272石湾镇ShiwanTown1.62560.78170.2183杨侨镇YangqiaoTown1.67600.80600.1940

图1　2014年博罗县土地利用结构信息熵分区Fig.1　The information entropy zoning of land use structure of Boluo County in 2014

4　结论

2009～2014年博罗县土地利用结构的信息熵总体呈不断上升趋势，表明博罗县土地利用系统的无序度在不断提高，有序度逐渐降低；土地利用系统处于由低水平有序状态向较高水平的无序状态转变的阶段；从空间分布上看，总体而言经济发展水平较高的区域土地利用结构的信息熵较高，而经济欠发达的区域土地利用结构的信息熵较低。

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Analysis of Land Use Structure in Boluo County Based on Information Entropy

TANG Zhong-li

(Bureau of Land and Resources of Boluo County, Boluo, Guangdong 516100)

Based on the principle of information entropy, the evolution in time and spatial differences among the towns of land use structure in Boluo County were analyzed by using quantitative method. The results showed that on the whole, information entropy and equilibrium degree of land use structure of Boluo County rose during 2009-2014, and dominance degree declined, disorder level of land use structure constantly raised; There were significant differences in land use structure among the towns in 2014. Overall, the higher the level of economic development, the higher the information entropy of land use structure, the lower the level of economic development, the lower the information entropy of land use structure.

Land use structure; Information entropy; Equilibrium degree; Dominance degree; Boluo County

唐中立(1980-)，男，湖南怀化人，工程师，硕士，从事土

2016-05-23

S 27

A

0517-6611(2016)18-210-03

地利用的研究和管理工作。