基于分形理论的西安市高陵区土地利用空间格局变化研究

董海源

摘要为了增进对土地利用空间格局变化的理解，在地理信息技术的支持下，以分形理论为指导，利用“二调”数据库，定量计算西安市高陵区2008和2015年各土地利用类型的分形维数和稳定性指数。结果表明，2008—2015年，全区的水田、水浇地、园地、沟渠、交通用地、城镇用地、农村居民点分形维数减低，稳定性指数提高；林地、设施農用地、工矿及特殊用地分形维数提高，稳定性指数降低；河流水面、水工建筑、未利用地基本保持不变。针对这一结果，分析了各土地利用类型随时间和空间的变化原因，为区域土地规划及其土地资源合理利用提供一定的参考。

关键词空间格局；分形维数；稳定性指数；资源合理利用

中图分类号F301.24文献标识码

A文章编号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世纪70年代中期以来，分形理论得到了快速发展，通过对自然界中不规则的现象所内含的规律进行研究，为人类认识自然界提供了新的工具[1-7]。分形最突出的特点是无特征尺度性，只有通过分形的特征量——分形维数进行描述。分形维数是表征自相似系统或结构的定量指标之一，定量描述其核心面积的大小及其边界线的曲折性[8-9]。土地利用类型受自然因素与人类活动的双重影响，其空间形态变化具有不稳定性、不规则性和复杂性等特征。可以通过分形理论，对土地利用分形维数、稳定性指数等方面进行探讨[2，10]。徐建华[11]拓展了分形维数的计算，使其适用于图斑空间维度的测算。

2014年12月，经国务院批准，撤销高陵县，设立西安市高陵区。随着经济的快速发展，全区域的土地利用格局发生

了巨大的变化。笔者基于分形理论，对比2008和2015年高陵区的土地利用状况，分析其内在变化原因，为优化土地利用方式、合理布局相关产业提供参考依据。

1数据来源与研究方法

1.1数据来源以西安市高陵区2008年“二调”数据为基期年数据， 2015年变更调查数据为末期数据，对比分析2个年度的各地类的分形维数和稳定性指数。由表1可知，2008—2015年高陵区农用地特别是耕地大量减少，7年间农用地共减少2 269.704 hm2；交通和城镇用地在增加，共增加2 263.134 hm2。其主要原因是随着经济的发展，大量的农业用地，特别是用地条件比较优越的耕地被开发建设成为城市建设用地。

利用土地利用现状数据库，对2008和2015年高陵区各类土地利用类型要素图斑的面积和周长进行计算，得出各地类结构的分形模型，并且根据模型计算出相应要素类型的分形维数和稳定性指数。在研究中发现某些土地利用类型（包括铁路、旱地、和草地）样本数目过少，而且这些土地利用类型不是该研究区的土地利用类型，因此对这些类型做了剔除处理。

从表2可以看出，各土地利用类型图斑面积和周长之间具有很高的相关性，拟合优度R2均在0.8以上，说明它们具有统计意义上的自相关性，是一种随机分形结构。土地利用类型面积与周长之间的线性关系显著。

比较2008和2015年西安市高陵区各个地类的分维值可以看出该区域土地利用覆被变化的状况。从表2中的△D分维值的变化量中可以看出，林地、设施农用地和工矿及特殊用地的分维值变化量△D为正，说明其空间分布有增加的趋势，其复杂性增加；而水田、水浇地、园地、沟渠、交通用地、城镇用地和农村居民点的分维值变化量△D为负，说明其空间分布有所降低，空间镶嵌的复杂性也降低，河流水面、水工建筑、未利用地基本保持不变。具体变化原因见表3。

3结论与建议

通过地理信息系统技术，以分形理论为指导，分析比较2008和2015年高陵区土地利用类型各指数情况。结果表明，一般受人類活动影响较大的地类，复杂性较低，稳定性较高；而自然状态下，受人为活动干预较少的地类，复杂性提高，稳定性降低。总体而言，2008—2015年，高陵区土地利用空间格局发生了较大变化，总趋势由复杂趋向于简单，空间结构更加稳定。因此，在后期的土地管理及其规划中，要继续加强对耕地的保护，控制建设用地的规模，合理安排工矿及其特殊用地布局，进一步提高土地的集约节约利用水平。

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