基于分形理論的西安市高陵區土地利用空間格局變化研究

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”數據庫，定量計算西安市高陵區2008和2015年各土地利用類型的分形維數和穩定性指數。結果表明，2008—2015年，全區的水田、水澆地、園地、溝渠、交通用地、城鎮用地、農村居民點分形維數減低，穩定性指數提高；林地、設施農用地、工礦及特殊用地分形維數提高，穩定性指數降低；河流水面、水工建筑、未利用地基本保持不變。針對這一結果，分析了各土地利用類型隨時間和空間的變化原因，為區域土地規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；穩定性指數；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展，通過對自然界中不規則的現象所內含的規律進行研究，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——分形維數進行描述。分形維數是表征自相似系統或結構的定量指標之一，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，其空間形態變化具有不穩定性、不規則性和復雜性等特征。可以通過分形理論，對土地利用分形維數、穩定性指數等方面進行探討[2，10]。徐建華[11]拓展了分形維數的計算，使其適用于圖斑空間維度的測算。

2014年12月，經國務院批準，撤銷高陵縣，設立西安市高陵區。隨著經濟的快速發展，全區域的土地利用格局發生

了巨大的變化。筆者基于分形理論，對比2008和2015年高陵區的土地利用狀況，分析其內在變化原因，為優化土地利用方式、合理布局相關產業提供參考依據。

1數據來源與研究方法

1.1數據來源以西安市高陵區2008年“二調”數據為基期年數據， 2015年變更調查數據為末期數據，對比分析2個年度的各地類的分形維數和穩定性指數。由表1可知，2008—2015年高陵區農用地特別是耕地大量減少，7年間農用地共減少2 269.704 hm2；交通和城鎮用地在增加，共增加2 263.134 hm2。其主要原因是隨著經濟的發展，大量的農業用地，特別是用地條件比較優越的耕地被開發建設成為城市建設用地。

利用土地利用現狀數據庫，對2008和2015年高陵區各類土地利用類型要素圖斑的面積和周長進行計算，得出各地類結構的分形模型，并且根據模型計算出相應要素類型的分形維數和穩定性指數。在研究中發現某些土地利用類型（包括鐵路、旱地、和草地）樣本數目過少，而且這些土地利用類型不是該研究區的土地利用類型，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，擬合優度R2均在0.8以上，說明它們具有統計意義上的自相關性，是一種隨機分形結構。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年西安市高陵區各個地類的分維值可以看出該區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、城鎮用地和農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結論與建議

通過地理信息系統技術，以分形理論為指導，分析比較2008和2015年高陵區土地利用類型各指數情況。結果表明，一般受人類活動影響較大的地類，復雜性較低，穩定性較高；而自然狀態下，受人為活動干預較少的地類，復雜性提高，穩定性降低?？傮w而言，2008—2015年，高陵區土地利用空間格局發生了較大變化，總趨勢由復雜趨向于簡單，空間結構更加穩定。因此，在后期的土地管理及其規劃中，要繼續加強對耕地的保護，控制建設用地的規模，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約利用水平。

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