董海源

摘要為了增進對土地利用空間格局變化的理解，在地理信息技術的支持下，以分形理論為指導，利用“二調(diào)”數(shù)據(jù)庫，定量計算西安市高陵區(qū)2008和2015年各土地利用類型的分形維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)。結(jié)果表明，2008—2015年，全區(qū)的水田、水澆地、園地、溝渠、交通用地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點分形維數(shù)減低，穩(wěn)定性指數(shù)提高；林地、設施農(nóng)用地、工礦及特殊用地分形維數(shù)提高，穩(wěn)定性指數(shù)降低；河流水面、水工建筑、未利用地基本保持不變。針對這一結(jié)果，分析了各土地利用類型隨時間和空間的變化原因，為區(qū)域土地規(guī)劃及其土地資源合理利用提供一定的參考。

關鍵詞空間格局；分形維數(shù)；穩(wěn)定性指數(shù)；資源合理利用

中圖分類號F301.24文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）31-0199-03

AbstractIn order to deepen the understanding of the spatial pattern of land use， with the support of geographic information technology and the fractal theory， the paper used the "the second national land use investigation data" database to calculate quantitatively the fractal dimension and stability index of land use types of Gaoling District of Xi′an in 2008 and 2015 respectively.The results showed that the fractal dimension of paddy field， irrigated land，garden，ditch，traffic land， urban land and rural residential reduced and stability index increased. The fractal dimension of forest land， facilities， agricultural land， industrial， mining and special land improved and stability index decreased. The fractal dimension and the stability index of river water， hydraulic construction， unused land remained the same. According to the present situation of the results， the reasons of land use types changed with time and space were analyzed，which provided some reference for regional land planning and rational utilization of land resources.

Key wordsSpatial pattern； Fractal dimension； Stability index； Rational use of resources

20世紀70年代中期以來，分形理論得到了快速發(fā)展，通過對自然界中不規(guī)則的現(xiàn)象所內(nèi)含的規(guī)律進行研究，為人類認識自然界提供了新的工具[1-7]。分形最突出的特點是無特征尺度性，只有通過分形的特征量——分形維數(shù)進行描述。分形維數(shù)是表征自相似系統(tǒng)或結(jié)構的定量指標之一，定量描述其核心面積的大小及其邊界線的曲折性[8-9]。土地利用類型受自然因素與人類活動的雙重影響，其空間形態(tài)變化具有不穩(wěn)定性、不規(guī)則性和復雜性等特征?？梢酝ㄟ^分形理論，對土地利用分形維數(shù)、穩(wěn)定性指數(shù)等方面進行探討[2，10]。徐建華[11]拓展了分形維數(shù)的計算，使其適用于圖斑空間維度的測算。

2014年12月，經(jīng)國務院批準，撤銷高陵縣，設立西安市高陵區(qū)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，全區(qū)域的土地利用格局發(fā)生

了巨大的變化。筆者基于分形理論，對比2008和2015年高陵區(qū)的土地利用狀況，分析其內(nèi)在變化原因，為優(yōu)化土地利用方式、合理布局相關產(chǎn)業(yè)提供參考依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源以西安市高陵區(qū)2008年“二調(diào)”數(shù)據(jù)為基期年數(shù)據(jù)， 2015年變更調(diào)查數(shù)據(jù)為末期數(shù)據(jù)，對比分析2個年度的各地類的分形維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)。由表1可知，2008—2015年高陵區(qū)農(nóng)用地特別是耕地大量減少，7年間農(nóng)用地共減少2 269.704 hm2；交通和城鎮(zhèn)用地在增加，共增加2 263.134 hm2。其主要原因是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量的農(nóng)業(yè)用地，特別是用地條件比較優(yōu)越的耕地被開發(fā)建設成為城市建設用地。

利用土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，對2008和2015年高陵區(qū)各類土地利用類型要素圖斑的面積和周長進行計算，得出各地類結(jié)構的分形模型，并且根據(jù)模型計算出相應要素類型的分形維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)。在研究中發(fā)現(xiàn)某些土地利用類型（包括鐵路、旱地、和草地）樣本數(shù)目過少，而且這些土地利用類型不是該研究區(qū)的土地利用類型，因此對這些類型做了剔除處理。

從表2可以看出，各土地利用類型圖斑面積和周長之間具有很高的相關性，擬合優(yōu)度R2均在0.8以上，說明它們具有統(tǒng)計意義上的自相關性，是一種隨機分形結(jié)構。土地利用類型面積與周長之間的線性關系顯著。

比較2008和2015年西安市高陵區(qū)各個地類的分維值可以看出該區(qū)域土地利用覆被變化的狀況。從表2中的△D分維值的變化量中可以看出，林地、設施農(nóng)用地和工礦及特殊用地的分維值變化量△D為正，說明其空間分布有增加的趨勢，其復雜性增加；而水田、水澆地、園地、溝渠、交通用地、城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點的分維值變化量△D為負，說明其空間分布有所降低，空間鑲嵌的復雜性也降低，河流水面、水工建筑、未利用地基本保持不變。具體變化原因見表3。

3結(jié)論與建議

通過地理信息系統(tǒng)技術，以分形理論為指導，分析比較2008和2015年高陵區(qū)土地利用類型各指數(shù)情況。結(jié)果表明，一般受人類活動影響較大的地類，復雜性較低，穩(wěn)定性較高；而自然狀態(tài)下，受人為活動干預較少的地類，復雜性提高，穩(wěn)定性降低?？傮w而言，2008—2015年，高陵區(qū)土地利用空間格局發(fā)生了較大變化，總趨勢由復雜趨向于簡單，空間結(jié)構更加穩(wěn)定。因此，在后期的土地管理及其規(guī)劃中，要繼續(xù)加強對耕地的保護，控制建設用地的規(guī)模，合理安排工礦及其特殊用地布局，進一步提高土地的集約節(jié)約利用水平。

參考文獻

[1]

成受明，李宸強，陳春華.基于分型理論的四川秦巴山區(qū)城鎮(zhèn)體系研究[J].國土資源科技管理， 2016， 33（6）：108-114.

[2] 王洪新，張利，朱偉亞，等.曹妃甸新區(qū)土地利用類型空間分形研究[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科 學，2013，41（11）：205-209.

[3] 楊書龍，李鵬，戚玥.分形理論在土地利用中的GIS支撐與結(jié)合前景[J].江西農(nóng)業(yè)學報，2014，26（4）：115-120.

[4] 田義超，任志遠.基于分維模型的土地利用變化研究：以延安市寶塔區(qū)為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（7）：184-189.

[5] 榮琨.基于分形理論的山美水庫流域土地利用結(jié)構變化研究[J].生態(tài)科學，2016，35（3）：129-133.

[6] 王衛(wèi)，陳曉遠.基于分形理論的土地利用格局分析：以廣東省韶關市轄區(qū)為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2015（10）：351-355.

[7] 秦占飛，常慶瑞.土地利用類型分維數(shù)及穩(wěn)定性研究：以陜西省蒲城縣為例[J].水土保持通報，2012，32（1）：115-118.

[8] 王麗萍.分形理論在土地科學研究中的應用[J].連云港師范高等?？茖W校學報，2005（4）：81-84.

[9] 楊國安，甘國輝.基于分形理論的北京市土地利用空間格局變化研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2004，24（10）：131-137.

[10] 郄瑞卿，劉富民.基于分形理論的土地利用景觀格局變化研究：以鎮(zhèn)賚縣鎮(zhèn)賚鎮(zhèn)為例[J].水土保持研究，2013，20（2）：217-222.

[11] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2004.

[12] 劉繼生，陳彥光.城鎮(zhèn)體系空間結(jié)構的分形維數(shù)及其測算方法[J].地理研究，1999，17（2）：171-178.