基于洛倫茨曲線和基尼系數(shù)的長株潭城市群土地利用結(jié)構(gòu)分析

胡雁娟 段建南 袁哲偉 胡彩婷

摘要：運(yùn)用長株潭城市群1999-2008年的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，采用洛倫茨曲線和基尼系數(shù)方法對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量化研究。結(jié)果表明，在空間尺度上，耕地、園地、林地在各縣市（區(qū)）的分布較為均衡，居民點及工礦用地、水域次之，交通用地、未利用地分布集中；在時間尺度上，耕地變化存在區(qū)域差異，園地分布趨于平均，交通用地、未利用地的不均衡程度增加。

關(guān)鍵詞：土地利用結(jié)構(gòu)；長株潭城市群；洛倫茨曲線；基尼系數(shù)

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）08-1792-04

土地利用結(jié)構(gòu)是土地利用類型在地域上的配置及對比關(guān)系的反映，土地利用結(jié)構(gòu)的合理性決定了土地功能的發(fā)揮和用地效益，研究土地利用空間結(jié)構(gòu)可以使人們更好地認(rèn)識土地利用與自然條件、資源和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系以及土地利用類型的空間分布規(guī)律，進(jìn)而分析土地利用布局的區(qū)域差異性與合理性[1]。目前，學(xué)術(shù)界對土地利用結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)形成了比較成熟的體系，許多研究方法被廣泛應(yīng)用，如信息熵和主成分分析法[2]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[3]、灰色線性規(guī)劃方法[4]、數(shù)學(xué)模型（重要度、多度、土地利用動態(tài)度、墾殖系數(shù)）等[5，6]。這些研究方法應(yīng)用起來都比較繁瑣，工作量大且結(jié)果不夠直觀。經(jīng)濟(jì)學(xué)中的洛倫茨曲線和基尼系數(shù)方法的操作簡單，并且能較準(zhǔn)確、直觀地揭示土地利用結(jié)果的變化規(guī)律，一些學(xué)者已經(jīng)在縣域、省域等尺度上應(yīng)用該方法對土地利用結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了研究，并取得了一定的效果[7，8]。為此，借鑒前人的研究成果，結(jié)合長株潭城市群的土地利用現(xiàn)狀與特點，應(yīng)用洛倫茨曲線和基尼系數(shù)方法的基本原理，分析長株潭城市群1999-2008年土地利用結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，以期為長株潭城市群“兩型”社會建設(shè)中的產(chǎn)業(yè)合理布局及土地集約節(jié)約利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

長株潭城市群位于我國中南部、湘江下游、京廣鐵路和京珠高速公路沿線，呈“品”字形分布，是湖南省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，包括長沙、株洲、湘潭的11個市轄區(qū)、4個縣級市、8個縣。自1980年長株潭推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展以來，取得了很大的成效，其綜合實力領(lǐng)先湖南。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力全國突出，區(qū)域性交通樞紐的作用日益增強(qiáng)，科教文化資源在全國擁有一定優(yōu)勢[9]。2007年12月，國務(wù)院正式批準(zhǔn)長株潭城市群為“全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)”，這對長株潭城市群土地資源的有效配置及合理利用提出了更高的要求，分析長株潭城市群的土地利用空間結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律，有助于促進(jìn)長株潭城市群土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實現(xiàn)土地的合理布局和資源的集約節(jié)約利用。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

所用的土地利用數(shù)據(jù)來源于長沙、株洲、湘潭三市國土資源局1999-2008年土地利用變更調(diào)查資料，其他資料來自長沙、株洲、湘潭三市的統(tǒng)計年鑒。采用經(jīng)濟(jì)學(xué)中反映國民收入分配差距的洛倫茨曲線和基尼系數(shù)的方法，對長株潭城市群各市（縣）及市轄區(qū)1999-2008年各土地利用類型的空間變化規(guī)律進(jìn)行分析。為便于研究，根據(jù)長株潭城市群土地利用現(xiàn)狀和特點，選取了耕地、園地、林地、居民及工礦用地、交通用地、水域和未利用地7個指標(biāo)。

2.1 洛倫茨曲線的基本原理

洛倫茨曲線（Lorenz curve）又稱實際分配曲線，最早由美國統(tǒng)計學(xué)家洛倫茨于1905年提出。他以收入獲得者在總?cè)丝谥械睦塾嫳壤秊闄M軸，以各個比例人口所獲得的收入累計比例為縱軸，繪出一條曲線（即洛倫茨曲線），用來反映國民收入分配平均程度。洛倫茨曲線的彎曲程度代表了收入分配的不平等程度。彎曲程度越小，表示收入分配越平均；彎曲程度越大，表示收入分配越不均衡，貧富差距越大。將洛倫茨曲線引入到土地利用類型在區(qū)域的空間配置及對比關(guān)系研究中，可以直觀地反映土地利用類型在全區(qū)域的分配均勻程度及各區(qū)域土地利用特點。

2.2 洛倫茨曲線的繪制

首先，利用各縣（市、區(qū)）1999和2008年各地類土地利用原始數(shù)據(jù)，分別求出各縣（市、區(qū)）某地類的區(qū)位熵。區(qū)位熵又稱專門化率，是指某一地區(qū)該土地利用類型面積占區(qū)域該土地類型總面積的比值與該地區(qū)土地總面積占區(qū)域土地總面積之比[10]，公式為：

Q=（A1/A2）/（A3/A4） （1）

式（1）中，Q為區(qū)位熵；A1為長株潭某縣（市、區(qū)）某種土地利用類型的面積，A2為長株潭某土地類型總面積，A3為長株潭某縣（市、區(qū)）土地總面積，A4為長株潭土地總面積。然后，按區(qū)位熵大小從低到高進(jìn)行排序，計算出土地總面積的累計比例和各類土地面積的累計比例。這里僅以1999年耕地的區(qū)位熵為例（表1）。

最后，以總土地面積累計比例作為橫坐標(biāo)，耕地面積累計比例作為縱坐標(biāo)，繪出耕地洛倫茨曲線（圖1），得到的曲線至絕對均勻線的離差就是該地類實際分布與其在全區(qū)均勻分布的差異度。曲線越接近絕對均勻線，表明該地類在全區(qū)分布越均勻；反之，離絕對均勻線越遠(yuǎn)，表明該地類在全區(qū)中的分布越不均衡，即分布相對分散。

2.3 基尼系數(shù)

基尼系數(shù)是20世紀(jì)初意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼根據(jù)洛倫茨曲線所計算出來的判斷收入分配公平程度的指標(biāo)[11]，又稱洛倫茨系數(shù)，它是一個絕對值為0～1的比例數(shù)值。洛倫茨曲線雖可以直觀地顯示某種土地利用類型在全區(qū)空間分布的差異性，但卻無法對差異（均勻或不均勻）的程度進(jìn)行定量描述。因此，這里需要引入基尼系數(shù)來進(jìn)一步對土地利用類型的分布情況進(jìn)行定量描述。在洛倫茨曲線圖上，基尼系數(shù)反映的幾何意義是曲線與絕對均勻線所組成的面積和絕對均勻線與橫軸所組成的面積之比。計算公式采用：

G=■（Mi+1Qi-MiQi+1） （2）

式（2）中，G為基尼系數(shù)；Mi為某縣（市、區(qū)）某一地類面積累計比例；Qi為某縣（市、區(qū)）土地面積占長株潭城市群土地總面積的累計比例。選擇了長株潭城市群23個縣（市、區(qū)），故i的取值范圍是0

一般認(rèn)為，基尼系數(shù)0.2以下表示絕對平均、0.2～0.3表示比較平均，0.3～0.4表示相對合理、0.4～0.5表示分布差異較大、0.6以上分布差異懸殊。

3 結(jié)果與分析

3.1 洛倫茨曲線分析結(jié)果

3.1.1 土地利用分布情況分析結(jié)果 依據(jù)洛倫茨曲線的原理及方法，分別繪制出長株潭城市群1999年各地類的洛倫茨曲線（圖2）和2008年各地類的洛倫茨曲線（圖3）。

從圖2、圖3可以看出，1999、2008年耕地、林地洛倫茨曲線都離絕對均勻線相對較近，說明這兩種地類在各縣（市、區(qū)）的分布比較均衡；園地、居民點及工礦用地、水域次之；交通用地、未利用土地離絕對均勻線較遠(yuǎn)，說明這兩種地類的分布在各縣（市、區(qū)）的分布不均衡。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，1999年未利用地洛倫茨曲線斜率大于1的有荷塘區(qū)、天元區(qū)、湘鄉(xiāng)市、攸縣、茶陵縣，這5個地方的土地累計面積占全區(qū)域26.57%，而未利用地累計面積達(dá)58.29%。2008年該地類洛倫茨曲線斜率大于1的為炎陵縣、荷塘區(qū)、湘鄉(xiāng)市、攸縣和茶陵縣，其未利用地累計面積達(dá)66.34%。2008年長株潭11個市轄區(qū)土地面積占全區(qū)的4.88%，分布了21.59%的交通用地，炎陵縣、茶陵縣、瀏陽市、攸縣、湘潭縣、寧鄉(xiāng)縣、醴陵市土地面積占全區(qū)土地總面積的70.36%，交通用地卻僅占了43.44%。

3.1.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化分析結(jié)果 2008年洛倫茨曲線與1999年相比，耕地、林地、水域曲線的彎曲程度基本不變，園地向絕對均勻線靠近，表明林地、水域在各地面積分布較為穩(wěn)定，各縣（市、區(qū)）分布差異不大。而由于建設(shè)占用、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因，園地面積大量減少，其分布趨于均衡。交通用地、居民點及工礦用地、未利用地遠(yuǎn)離絕對均勻線，尤其是交通用地，區(qū)域差異明顯增大。表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加，導(dǎo)致對居民用地、基礎(chǔ)設(shè)施用地的需求增加。據(jù)統(tǒng)計， 2008年長株潭城市群人口總規(guī)模達(dá)到1 333.75萬人，較1999年增加了102.65萬人，工業(yè)總產(chǎn)值為4 777.36億元。工業(yè)的聚集效應(yīng)使得工業(yè)用地的布局由分散轉(zhuǎn)為集中。

耕地的洛倫茨曲線彎曲程度雖基本無變化，但結(jié)合區(qū)位熵的變化來看，長株潭城市群耕地的變化存在較大的區(qū)域差異。2008年長沙市5個區(qū)和株洲的岳塘區(qū)、天元區(qū)的耕地區(qū)位熵與1999年相比都有所減少，其中岳麓區(qū)、雨花區(qū)、芙蓉區(qū)的區(qū)位熵減少幅度較大，由于該區(qū)域是長株潭城市群發(fā)展的中心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)張迅速，建設(shè)用地對于耕地的占用居于該區(qū)域的首位[12]。

3.1.3 土地利用特色分析結(jié)果 根據(jù)區(qū)位熵及洛倫茨曲線分析長株潭城市群各縣（市、區(qū)）的土地利用特色。1999年和2008年的兩個時間段的洛倫茨曲線在長沙縣、湘潭縣、寧鄉(xiāng)縣、望城縣比較陡，這4個縣的耕地占整個長株潭城市群耕地總面積的43%～44%，且耕地質(zhì)量高、生產(chǎn)條件好，是長株潭城市群重要的糧食和蔬菜生產(chǎn)基地。

瀏陽市、茶陵縣、炎陵縣作為湖南山區(qū)縣（市），林地面積分別占區(qū)域總林地面積的23.68%、11.53%、10.81%，主要發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，包括生態(tài)型特色農(nóng)業(yè)（如無公害蔬菜）和休閑觀光型農(nóng)業(yè)等；對于具有人文資源特色的可以發(fā)展風(fēng)景旅游區(qū)，如茶陵革命紀(jì)念旅游區(qū)、炎帝陵文化旅游區(qū)等。

3.2 基尼系數(shù)分析結(jié)果

通過上述的基尼系數(shù)公式計算出長株潭城市群1999年和2008年的基尼系數(shù)（表2），得到的結(jié)果與洛倫茨曲線的分析結(jié)果是一致的。

1999年耕地、林地的基尼系數(shù)在0.2以下，地區(qū)間分布均勻，園地、居民點及工礦用地、交通用地、水域的分布相對合理。2008年與1999年相比，耕地、林地、水域的基尼系數(shù)年際變化不大，園地的基尼系數(shù)變化為負(fù)值，分布趨于均勻；居民點及工礦用地、交通用地的基尼系數(shù)變化為較大的正值，表明這兩種土地利用類型的分布離散程度增大，交通用地的變化最大，2008年的基尼系數(shù)向0.4靠近；未利用地2008年的基尼系數(shù)已經(jīng)超過0.4，代表該地類的分布差異大，且有加大的趨勢。

4 結(jié)論與討論

1）長株潭城市群的耕地、林地在各縣（市、區(qū)）的分布均衡，交通用地、未利用地分布集中，居民點及工礦用地、水域、園地分布相對合理。10年間林地和水域的變化不大，居民點及工礦用地、交通用地數(shù)量的增加與耕地、園地數(shù)量的減少形成對比。

2）從土地利用空間結(jié)構(gòu)變化上看，耕地變化區(qū)域差異大，作為長株潭城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心區(qū)域的岳麓區(qū)、雨花區(qū)、芙蓉區(qū)建設(shè)用地占用耕地的速度居于首位。長株潭城市群11個市轄區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度遠(yuǎn)大于其他縣（市），2008年交通用地基尼系數(shù)趨近0.4的合理值上限。長株潭一體化建設(shè)要求將縣（市），特別是縣（市）所在地融入中心城市，創(chuàng)造條件加快各地與中心城市在產(chǎn)業(yè)鏈上的對接、基礎(chǔ)設(shè)施共享、發(fā)展平臺共用。

3）長株潭城市群未利用地分布過于集中，主要分布在幾個縣（市、區(qū)），其他大部分縣（市、區(qū)）未利用地數(shù)量少，土地后備資源嚴(yán)重匱乏，資源集約節(jié)約利用壓力大。提高土地利用效率，推動土地利用由外延擴(kuò)展向內(nèi)涵挖潛轉(zhuǎn)變、由粗放低效型向集約高效型轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵。

4）通過洛倫茨曲線可以直觀反映土地利用特色，明確土地利用目標(biāo)。對于耕地質(zhì)量高、生產(chǎn)條件好且分布集中的地區(qū)，實行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，大力發(fā)展糧食和蔬菜生產(chǎn)基地，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶建設(shè)。山區(qū)縣（市）主要發(fā)展無公害蔬菜和休閑觀光型農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；對具有人文資源特色的地區(qū)建設(shè)風(fēng)景名勝區(qū)、生態(tài)旅游區(qū)等，形成生態(tài)環(huán)境建設(shè)促保護(hù)的局面。

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