黑龙江省土地利用结构信息熵分析

黑龙江省土地利用结构信息熵分析

1构建9月全省土地和地貌黑龙江省是中国的一个省份，面积超过46万公里。北部、东部以黑龙江、乌苏里江为界,与俄罗斯相望;西部与内蒙古自治区毗邻;南部与吉林省接壤。2010年9月全省共划12地级市、1地区。黑龙江省的地势大致是西北部、北部和东南部高,东北部、西南部低;主要由山地、台地、平原和水面构成。西北部为东北—西南走向的大兴安岭山地,北部为西北—东南走向的小兴安岭山地,东南部为东北—西南走向的张广才岭、老爷岭、完达山脉,土地约占全省总面积的24.7%;海拔高度在300米以上的丘陵地带约占全省的35.8%;东北部的三江平原、西部的松嫩平原,是中国最大的东北平原的一部分,平原占全省总面积的37.0%,海拔高度为50-200米。2数据来源与研究方法2.1年耕地、绿地及领域的时空分布及变化规律本文选取1996-2008年黑龙江省土地利用变更调查数据,借用信息熵、均衡度和集中度的概念对黑龙江省及各地市1996-2008年耕地、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、未利用地以及其他土地的时空分布情况及变化规律进行比较分析。由于1996年和2008年采用不同土地分类体系,本文采用2001年国土资源部制定的全国土地分类体系,将1984年9月颁发的土地利用现状分类、2002年1月1日行试的全国土地分类(行试)和全国第二次土地调查,转换到全国土地分类体系。2.2学习方法2.2.1时空尺度对土地利用系统有序程度的影响人类所进行的各种活动结果最终都体现在土地利用结构的变化上,不同的土地利用结构将产生不同的经济、社会和生态效益。人类对土地综合体施加的这种干扰有正负之分,在不同时空尺度对土地利用系统的有序程度产生影响,这种有序程度可以用信息熵来描述和刻画,土地利用结构信息熵越大,土地利用系统的有序性程度越低。假设某一地区的土地总面积为A,共分n类土地利用类型,各类型的面积分别为Ai(i=l,2,……,n),则:式中:H为土地利用结构信息熵,信息熵的大小可以反映区域土地利用系统的有序程度。一般来说,土地利用结构信熵值越小,土地利用系统的有序程度越高,反之亦然。当区域内各种土地利用类型的面积相等时,即P1=P2=…=Pn=1/n时,信息熵值达到最大。2.2.2结构的集中度由于按照实际土地利用类型计算没有考虑到研究区域不同或者同一研究区域的不同发展阶段土地利用类型数量不同的影响,所以地理学家们在信息熵的基础上引入均衡度和集中度的概念。基于信息熵公式,土地利用结构的均衡度的表达式为:式中:Hm为最大信息熵值,J为均衡度,是实际信息熵值与最大信息熵值之比。由于H≤Hm,J值变化在0-1之间。J值越大,则区域土地利用的均衡程度就越高;相反J值越小,则区域土地利用的均衡程度就越低。当J=0时,土地利用处于最不均衡状态;J=1时,则土地利用达到均衡的理想状态。土地利用结构的集中度的表达式为:I=1-J。I为集中度,是实际信息熵值增量与最大信息熵值增量之比,表示区域土地利用的集中程度。3土地使用结构的信息熵的动态变化3.1土地利用结构信息熵与因素的关联分析根据信息熵、均衡度和集中度公式计算出黑龙江省1996-2008年土地利用结构信息熵、均衡度和集中度数值(表1)。由表1可以看出,13年来黑龙江省土地利用结构信息熵总体趋于下降的趋势,表明黑龙江省土地利用系统的有序性不断升高。信息熵平均为1.4166,年均增长幅度为0.14%;均衡度和集中度的变化不明显,但从总体上来看,均衡度呈下降趋势,集中度上升,表明黑龙江省土地利用的均衡程度不断下降。1996-2008年黑龙江省土地利用结构熵值变化主要分四个阶段:1996-1998年熵值分布在1.4200-1.4253;1999-2001年熵值集中在1.4150-1.4200之间;2002-2005年熵值集中在1.4100-1.4153之间;2006-2008年熵值分布在1.4050-1.4100之间。其中,1997年土地利用熵值最高为1.4253,说明此时土地利用系统的有序度最低,无序度升高。此后呈现下降趋势,到2007年土地利用结构信息熵值达到最低为1.4088,说明此时土地利用系统有序度最高,无序度降低。应用SPSS软件分别针对黑龙江省10种土地利用类型与土地利用结构信息熵之间的关联程度进行相关分析(见表2),可以看出:牧草地、其他农用地、未利用土地、其他土地这4种土地利用类型与土地利用结构信息熵正相关;剩下6种土地利用类型耕地、园地、林地、居民点及工矿用地、交通运输用地、水利设施用地与土地利用结构信息熵负相关。结合表1我们可以发现与土地利用结构信息熵正相关的土地利用类型的面积总体上呈下降趋势;与土地利用结构信息熵负相关的土地利用类型的面积总体呈上趋势。此外,林地比重与土地利用结构信息熵的关联程度最大,绝对值为0.974;其次是牧草地、其他用地和交通用地;耕地与土地利用结构信息熵的关联程度最小,仅为-0.577。表明了耕地、牧草地、其他用地和交通用地等用地类型面积所占比重对黑龙江省土地利用结构信息熵值的变化起主要作用。3.2地市地区土地利用结构信息熵的区域差异通过对黑龙江省13个地市(地区)2008年土地利用结果信息熵进行计算(见表3),可以看出:黑龙江省各地市(地区)土地利用结构信息熵值由大到小依次分布在大庆市、鸡西市、佳木斯市、齐齐哈尔市、绥化市、鹤岗市、双鸭山市、哈尔滨市、七台河市、黑河市、牡丹江市、伊春市、大兴安岭地区。黑龙江省13个地市(地区)土地利用结构信息熵具有明显的区域差异。2008年黑龙江省土地利用结构信息熵为1.4095,在全省13个地市(地区)中,土地利用结构信息熵高于全省平均值的有大庆市、鸡西市、佳木斯市、齐齐哈尔市、绥化市、鹤岗市。而其他5个地市则低于全省平均水平。其中13个地市(地区)中有10个地市信息熵值大于1,包括:大庆市、鸡西市、佳木斯市、齐齐哈尔市、绥化市、鹤岗市、双鸭山、哈尔滨市、七台河市、黑河市。其余牡丹江市、伊春市、大兴安岭地区三个地市(地区)信息熵值小于1。根据表3可以将黑龙江省13个地市(地区)土地利用结构信息熵区域差异分为三种类型区,信息熵高值区(H≥1.4088)、信息熵中值区(1≤H≤1.4088)和信息熵低值区(H≤1)。3.2.1土地利用类型位于大庆市、鸡西市、佳木斯市、齐齐哈尔市、绥化市、鹤岗市。该区域的各类土地利用类型的面积都比信息熵中值区和信息熵低值区大。其中土地利用类型比重较大的为耕地和牧草地。2008年全省耕地面积为3.750万公顷,该区占62.4%;牧草地面积为0.67万公顷,占该区土地总面积的83.3%。3.2.2不同类型土地利用的数量结构分析主要分布在双鸭山、哈尔滨市、七台河市、黑河市。该区域的各类土地利用类型的面积介于信息熵中值区和信息熵低值区之间。土地利用类型中园地、交通运输用地在土地利用结构中占有相对较高的比重。2008年全省园地面积为0.46万公顷,该区占37.1%;交通运输用地面积为0.54万公顷,占该区土地总面积的33.5%。该区耕地减少和建设用地增加的速度不大,因此土地利用结构变化相对来说不是很大。3.2.3土地利用类型包括牡丹江市、伊春市、大兴安岭地区。该区域的各类土地利用类型的面积均比信息熵中值区和信息熵低值区小。其中土地利用类型比重较大的为林地和未利用土地。2008年全省林地面积为5.947万公顷,该区占42.2%;其他用地面积为0.590万公顷,占该区土地总面积的13.9%。4省各地土地利用结构、土地集约利用水平结论随着近几年来黑龙江省经济的不断发展,其土地利用结构信息熵也不断降低。因此本文也同不少研究成果一致,土地利用结构信息熵与经济发展水平的高低密切相关,经济发展水平越高,信息熵值越大。由于黑龙江省各地市(地区)土地类型比重差异较大,其利用土地的方式与程度就不同,所以土地利用结构信息熵区域差异明显。另外,通过上述分析我们还得出一个结论:土地利用结构信息熵值大小与区域土地利用类型比重存在明显的正相关。土地利