基于全国第二次土地调查和Lorenz曲线的土地利用结构分析——以新疆托克逊县为例

阴英超 高敏华 梁霞 张秀丽

1.新疆大学资源与环境科学学院 830046；2.托克逊县国土资源局 838100

基于全国第二次土地调查和Lorenz曲线的土地利用结构分析
——以新疆托克逊县为例

阴英超1高敏华1梁霞2张秀丽1

1.新疆大学资源与环境科学学院 830046；2.托克逊县国土资源局 838100

基于全国第二次土地调查中的托克逊县2008年土地利用数据，应用经济学中的洛伦茨曲线和基尼系数,进行土地利用结构分析。结果表明：2008年托克逊县未利用地分布较为均匀，基尼系数为0.136；林地、草地其次, 基尼系数为0.320、0.325；交通用地、建设用地、水域、耕地和园地曲线距绝对均匀线较远，基尼系数分别为0.425、0.547、0.668、0.740、0.772，分布极不均衡，均超出0.4的国际警戒线。各项用地的离散或集中程度，可为托克逊县的土地资源合理利用及结构调整提供参考。

国土二调；Lorenz曲线；基尼系数；土地利用结构

土地利用是一个包含自然和人文活动的综合过程,是人类活动的产物。土地利用及其变化作为全球环境变化研究的一个重要组成部分,长期以来一直受到国内外学者的广泛关注。全国土地调查作为一项重大的国情调查，目的是全面查清全国土地利用状况,掌握真实的土地基础数据,满足经济社会发展、土地宏观调控及国土资源管理的需要。我国自1984年至1996年历时12年进行了第一次土地调查。根据国务院部署,从2008年7月1日起开展全国第二次土地调查。

土地利用结构是人类长期生产实践的结果，反映了土地利用类型在地域上的配置及其对比关系。当前，对土地利用结构分析方法的探讨已经成为土地科学研究的焦点，多种研究方法被广泛应用,如信息熵方法、神经网络法、RS-GIS方法、最优线性规划法等,上述方法较为复杂,工作量也比较大。而经济学中的洛伦茨（Lorenz）曲线－基尼系数的方法操作简单，并且能较准确、直观地反映土地利用结构，因此本研究应用洛伦茨曲线和基尼系数的基本原理，结合第二次土地调查成果，对托克逊县2008年土地利用空间结构进行分析，以期为优化配置土地资源和区域产业合理布局提供指导，为托克逊县社会经济发展战略制定、区域生态环境质量改善等提供一定参考依据。

1 研究区概况

托克逊县位于新疆维吾尔自治区中部，天山南麓，托克逊盆地西部。总体地势西北高东南低，三面山地环绕。地貌分为山地、丘陵、平原。气候属暖温带干旱荒漠气候。托克逊县下辖4乡4镇，分别是：博斯坦乡、郭勒布依乡、夏乡、伊拉湖乡、托克逊镇、库米什镇、库加依镇、石烽镇，另有县直辖土地。近两年来，托克逊县工业经济呈现快速发展态势，建立了煤电、煤化工、无机盐化工、有色金属和非金属“五大产业”。但是，水资源的极度缺乏、极端的气候环境、独特的盆地结构及非常低的植被覆盖度，形成了十分脆弱的生态环境。如果不注重生态保护，尤其北部山区是绿洲区域发展的水资源的供给区，其生态环境的微小变化都会对绿洲区产生巨大影响。

2 研究方法

2.1 数据源

国土二调中托克逊县农村土地利用现状调查采用影像纠正后的正射影像图（0. 61m分辨率QUICKBIRD卫星遥感影像）作为主要信息源，比例尺为1:10000和1: 50000，以1996年土地利用现状图、2006年土地利用更新调查数据、2006年托克逊县统计年鉴等现有数据为辅助信息源。本文采用调查后获得的2008年托克逊县土地利用数据，结合我国土地利用现状分类系统，选取耕地、园地、林地、草地、建设用地、交通用地、水域和未利用地8种土地利用类型，对新疆托克逊县土地利用结构进行分析。

2.2 技术路线

采用航天遥感技术获取客观现时的地面影像，基于DEM和GPS控制点的微分纠正技术将获得的地面影像进行正射纠正，提高影像的几何精度；采用星历参数和物理成像模型相结合的卫星影像定位技术，实现对无控制点或稀少控制点地区的影像校正，生成正射影像图。采用遥感图像处理软件ERDAS8.6、地理信息系统软件Mapgis6.7，将土地利用现状图与1:1万、1:5万主比例尺的正射影像图进行叠加，作为调查基础底图，进行G P S引导的外业调查并准确记录土地利用变化信息。以外业调绘图件为基础，采用成熟的目视解译与计算机自动识别相结合的信息提取技术，在苍穹ARCGIS软件中对每一地块的形状、范围、位置进行数字化，准确获取每一块土地的界线、范围、面积等土地利用信息。根据第二次全国调查总体方案和数据库建设相关规范的要求，以本次调查形成的土地利用、土地权属、基本农田等数据为基础，利用计算机、GIS软件、数据库技术，建立托克逊县土地利用数据库，从而得到2008年托克逊县土地利用现状数据，应用经济学中的洛伦茨（Lorenz）曲线－基尼系数的方法，对托克逊县现时的土地结构进行分析，分别进行直观描述和定量描述。技术流程见图1。

图1 技术路线图

2.3 洛伦茨曲线的基本原理

洛伦茨曲线在经济学上常用作地区之间收入差距或财富不平等的分析手段，是美国经济统计学家M.Lorenz在20世纪初期提出的。它利用频率累积数绘制成的曲线来刻画不平等(集中或分散)程度。洛伦茨曲线在坐标轴中的意义是：坐标横轴和纵轴上的点都是由累计百分比构成，曲线上任意一点的含义是某一百分比的人口拥有的财富百分比。洛伦茨曲线为向外凸的曲线，与横坐标成45°夹角时，称为绝对均匀线。当曲线距离绝对均匀线越近时表示地区间收入差距越小，财富分配较为平等；反之，则表示地区间收入差距越大，财富分配越不平等。本文利用这一原理来研究托克逊县土地利用类型的分散或集中的程度。

2.4 基尼系数的原理

基尼系数是意大利经济学家基尼于1922年提出，是国际上用来综合考察居民内部收入分配差异状况的一个重要分析指标。一般认为，若低于0.2表示收入绝对平均，0.2～0.3表示比较平均，0.3～0.4表示相对合理，0.4～0.5表示收入差距较大，0. 6以上表示收入差距悬殊。本文利用这一原理来定量描述土地利用类型在各乡镇的分布情况。

3 结果与分析

3.1 国土二调成果整理

3.1.1 矢量数据

对套合后的影像进行目视解译，并与外业地类实地调查结合，将外业获取的各类要素采用苍穹ARCGIS软件完成转绘工作，并进行数据处理和检查。图2示出托克逊县农区矢量图。

3.1.2 农村土地利用现状一级分类面积

采用苍穹国土软件建立土地利用数据库，在业务库中计算台帐，导出2008年托克逊县农村土地利用现状一级分类面积汇总表(表1)。

3.2 空间洛伦茨曲线分析

3.2.1 洛伦茨曲线的绘制

首先，利用各乡镇2008年各地类土地利用原始数据，求出各乡镇某地类的区位熵。区位熵又称为专门化率，指某一地区该土地利用类型面积占托克逊县该土地类型总面积的比值与该乡镇土地总面积占托克逊县土地总面积之比。公式为Q=(A1/ A2)/(A3/A4)=各地类面积百分比/总土地面积百分比。

式中：Q为区位熵；A1为某乡镇某种土地利用类型的面积，hm2；A2为托克逊县某土地类型总面积，hm2；A3为某乡镇土地总面积，hm2；A4为托克逊县土地总面积，h m2。其次，按区位熵大小，依次列出各区各地类面积占总土地面积的百分比，并计算累计百分比，这里仅以耕地为例，其它地类略(表2)。

表12008 年托克逊县农村土地利用面积汇总表

表22008 年托克逊县耕地及总面积累计百分比

最后，以总土地面积累计百分比为横坐标，以某地类面积累计百分比为纵坐标，各取100长度，以各累计数绘制坐标点，得到的曲线至绝对均匀线的离差就是该地类实际分布与其在全县均匀分布的差异测度，如图3所示。越接近绝对均匀线，曲线离差较小，表明该地类在全县分布越均匀；反之，离绝对均匀线较远的曲线，表明该土地利用类型在全县中的区域分布差异较大，即分布相对分散。

图32008 托克逊县各项用地洛伦茨曲线

3.2.2 空间洛伦茨曲线分析

从图3中可以看出，未利用地的洛伦茨曲线与绝对均匀线较近，说明这种用地类型在托克逊县分布较为分散，即分布在各乡镇的面积比例大致相等；林地、草地其次；耕地和园地曲线距绝对均匀线最远，这两种用地类型在托克逊县分布极不均衡，即某些乡镇的耕地、园地数量所占比重远远高于其他乡镇的平均水平。

其次，根据空间洛伦茨曲线的斜率和拐点位置判断某乡镇土地利用的专门化程度。某一条洛伦茨曲线从原点开始，各点顺序与该土地利用类型的区位熵顺序一致[7]，斜率大于1的点说明该乡镇某种地类在全县该地类的比例高于该乡镇土地总面积占全县总面积的比例。以图1中耕地的洛伦茨曲线为例，从原点开始，自下向上分别代表石烽镇、县直辖、库加依镇、库米什镇、伊拉湖乡、博斯坦乡、郭勒布依乡、夏乡、托克逊镇等，石烽镇－伊拉湖乡连线斜率较小，说明耕地在这五个乡镇分布较少，在博斯坦乡斜率开始增大，说明博斯坦乡单位面积上耕地面积比例较大。事实上也正是如此，石烽镇约占全县4.84%的土地上分布的耕地仅占全县的0.03%，而托克逊镇仅占全县0.09%的土地，其耕地面积占全县的1.55%。同理，其他七种土地利用类型也可用相同方法进行分析，空间洛伦茨曲线法得到的分析结果和现实情况基本相符。

3.3 基尼系数分析

洛伦茨曲线直观地刻画了某种土地利用类型在全县空间分布的差异程度，但尚未对其精确量化。为此，本文引入基尼系数，来进一步定量描述各土地利用类型的分布差异程度。

3.3.1 基尼系数的计算

在洛伦茨曲线图上，基尼系数反映的几何意义是曲线与绝对均匀线之间面积和绝对均匀线以下的三角形面积之比，因此，也称为洛伦茨系数。

基尼系数的计算方法有多种,常用公式是[8]：

式中:G为基尼系数；Xi为某乡镇土地占全县土地面积的累计百分比；Yi为某乡镇某一用地类型面积累计百分比。本研究选择了托克逊县8个乡镇和县直辖土地，故i的取值范围是0

3.3.2 基尼系数分析

未利用地的基尼系数0.136＜0.2，表示分布很平均；林地和草地的基尼系数表示分布比较平均；交通用地、建设用地、水域、耕地、园地分布不均匀，都超过了0.4的国际警戒线，说明开发程度差异较大，乡镇间较不平衡。分析结果与洛伦茨曲线分析出的结果相同。

4 结论与讨论

从以上分析可以看出，托克逊县土地利用结构分布基本符合地形、地貌特征。但是交通用地、耕地、园地分布相对较不均匀，原因如下：

(1)在洛伦茨曲线上看，交通用地从伊拉湖乡开始，到郭勒布依乡、夏乡、托克逊镇，斜率持续增大，说明这几个乡镇的交通用地面积相对较大。这几个乡镇是托克逊县的高度发展区，对交通用地的需求较大。郭勒布依乡和夏乡有312国道通过，县境内路段里程14公里。2005年，九龙公路的修建也使夏乡交通用地的比重明显高于其他乡镇。因此，应充分发挥地区优势，结合区域实际，未来的发展定位应该是托克逊县政治、经济中心及现代物流核心区。

(2)托克逊县处于极度干旱条件下，降水稀少。水资源量的大小决定区域土地利用的核心——绿洲的大小，水资源来源于西部阿拉沟和北部的白杨河，经过地表和地下两种方式远距离输送到地势平缓、土壤条件优越的平原，形成绿洲，绿洲规模完全由水资源的多寡决定。白杨河流经伊拉湖乡、郭勒布依乡、博斯坦乡、夏乡、托克逊镇，因此这几个乡镇的绿洲范围较大，即耕地和园地分布比较集中，面积比例较大。

洛伦茨曲线合理、直观、简明，基尼系数可定量化描述分布情况，本文结合两者进行研究，揭示了托克逊县2008年土地利用空间结构特点，为切实保护现有的土地资源，促进土地利用结构的不断优化，土地节约集约利用提供科学依据。

[1] 杨卫国.第二次土地调查若干问题探讨[J].现代测绘.2008,31(4):34-37.

[2] 董高梅，秦岩宾，李奎等. MAPGIS在第二次全国土地调查数据库建设中的应用[J].四川地质学报.2008,28(4):352-354.

[3] 邓晶,刁承泰.基于空间洛伦茨曲线和基尼系数的土地利用结构分析[J].国土与自然资源研究.2008(1):38-40.

[4] 施卫国.一种简易的基尼系数的计算方法[J].江苏统计.1997(2):16-18.

高等学校博士学科点专项科研基金项目资助（20050755002）

表3 托克逊县各项用地基尼系数