基于分形理論的西安市高陵區(qū)土地利用空間格局變化研究

董海源

摘要為了增進(jìn)對(duì)土地利用空間格局變化的理解，在地理信息技術(shù)的支持下，以分形理論為指導(dǎo)，利用“二調(diào)”數(shù)據(jù)庫(kù)，定量計(jì)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(diǎn)分形維數(shù)減低，穩(wěn)定性指數(shù)提高；林地、設(shè)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(duì)這一結(jié)果，分析了各土地利用類型隨時(shí)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(guān)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(hào)F301.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)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(jì)70年代中期以來(lái)，分形理論得到了快速發(fā)展，通過對(duì)自然界中不規(guī)則的現(xiàn)象所內(nèi)含的規(guī)律進(jìn)行研究，為人類認(rèn)識(shí)自然界提供了新的工具[1-7]。分形最突出的特點(diǎn)是無(wú)特征尺度性，只有通過分形的特征量——分形維數(shù)進(jìn)行描述。分形維數(shù)是表征自相似系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的定量指標(biāo)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(dòng)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(fù)雜性等特征。可以通過分形理論，對(duì)土地利用分形維數(shù)、穩(wěn)定性指數(shù)等方面進(jìn)行探討[2，10]。徐建華[11]拓展了分形維數(shù)的計(jì)算，使其適用于圖斑空間維度的測(cè)算。

2014年12月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，撤銷高陵縣，設(shè)立西安市高陵區(qū)。隨著經(jīng)濟(jì)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(duì)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(guān)產(chǎn)業(yè)提供參考依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)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(duì)比分析2個(gè)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(jì)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(shè)成為城市建設(shè)用地。

利用土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)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(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，得出各地類結(jié)構(gòu)的分形模型，并且根據(jù)模型計(jì)算出相應(yīng)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(duì)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(zhǎng)之間具有很高的相關(guān)性，擬合優(yōu)度R2均在0.8以上，說(shuō)明它們具有統(tǒng)計(jì)意義上的自相關(guān)性，是一種隨機(jī)分形結(jié)構(gòu)。土地利用類型面積與周長(zhǎng)之間的線性關(guān)系顯著。

比較2008和2015年西安市高陵區(qū)各個(gè)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(shè)施農(nóng)用地和工礦及特殊用地的分維值變化量△D為正，說(shuō)明其空間分布有增加的趨勢(shì)，其復(fù)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(diǎn)的分維值變化量△D為負(fù)，說(shuō)明其空間分布有所降低，空間鑲嵌的復(fù)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(shù)，以分形理論為指導(dǎo)，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(dòng)影響較大的地類，復(fù)雜性較低，穩(wěn)定性較高；而自然狀態(tài)下，受人為活動(dòng)干預(yù)較少的地類，復(fù)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(shì)由復(fù)雜趨向于簡(jiǎn)單，空間結(jié)構(gòu)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(qiáng)對(duì)耕地的保護(hù)，控制建設(shè)用地的規(guī)模，合理安排工礦及其特殊用地布局，進(jìn)一步提高土地的集約節(jié)約利用水平。

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