基于分形理论的土地利用时空格局变化——以嘉陵江流域为例.pdf

摇第 21 卷摇 第 5 期2023 年 10 月中 国 水 土 保 持 科 学Science of Soil and Water ConservationVol.21摇 No.5Oct.2023基于分形理论的土地利用时空格局变化 以嘉陵江流域为例郭兴月1,王摇 添1,2覮,程圣东1,李占斌1,2,张摇 皎1,李摇 鹏1,2(1.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,710048,西安;2.西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业局重点实验室,710048,西安)摘要:土地利用影响流域水土流失状况,从分形理论的角度探讨土地利用的时空变化格局,为流域水土保持规划提供科学参考。基于分形理论,计算各土地利用类型分形维数和稳定性指数,分析面积转化情况和空间格局稳定性,阐明土地利用结构变化和演变转换规律。结果表明:19902020 年间,耕地、草地面积减少,林地、水域、建设用地、未利用地面积增加;整体土地利用类型斑块数减少,平均斑块面积呈现上升趋势;耕地、林地、草地、水域和建设用地分形维数逐年增加,未利用地的分形维数为先减少后增加状态。在此期间,土地利用整体分形维数逐步上升,流域内部自相似性减弱,斑块形状向着不规则状态发展,多边形斑块嵌套结构复杂化,空间结构稳定性减少。关键词:分形理论;土地利用变化;分形维数;稳定性指数;分形;转移矩阵;嘉陵江流域中图分类号:S157;P901郾 8文献标志码:A文章编号:2096鄄2673(2023)05鄄0009鄄10DOI:10.16843/j.sswc.2023.05.002收稿日期:2022 03 16摇 修回日期:2022 12 11项目名称:国家自然科学基金“基于侵蚀能量过程的长江经济带集合式流域水土流失预报模型冶(U2040208),“全沙坡面流挟沙力机理与侵蚀过程高分辨数值模拟研究冶(52009104),“淤地坝对流域侵蚀能量的调控与长效作用机制研究冶(52179043),“沉水植被对河道中泥沙沉积和输移的影响机理研究冶(52109100);陕西省水利科技项目“窟野河流域水沙关系变化趋势与水土保持治理布局研究冶(2022slkj鄄04)第一作者简介:郭兴月(1999),女,硕士研究生。主要研究方向:流域泥沙与生态水利。E鄄mail:覮 通信作者简介:王添(1989),男,博士,讲师。主要研究方向:流域泥沙与环境水利。E鄄mail:t.wang Spatio鄄temporal pattern change of land use based on fractal theory:Taking Jialing River basin as an exampleGUO Xingyue1,WANG Tian1,2,CHENG Shengdong1,LI Zhanbin1,2,ZHANG Jiao1,LI Peng1,2(1.State Key Laboratory of Eco鄄hydraulics in Northwest Arid Region,Xi忆an University of Technology,710048,Xi忆an,China;2.Key Laboratory of National Forestry Administration on Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid Regions,Xi忆an University of Technology,710048,Xi忆an,China)Abstract:BackgroundLand use type is an important indicator to quantitatively predict the degree ofsoil erosion,which reflects the situation of soil and water loss in the basin to a certain extent.Its changeprocess directly reflects the interaction between human activities and the natural environment.Over theyears,scholars have constantly innovated research methods and models to explore the law of land usechange.This study discusses the temporal and spatial change pattern of land use from the perspective offractal theory,and provides scientific reference for future watershed soil and water conservation planning.Methods Based on fractal theory,Jialing River basin was selected as the research object.Bycalculating the land use conversion matrix from 1990 to 2005 and from 2005 to 2020,we calculated thefractal dimension and stability index of the whole basin and different land uses in the third phase,andestablished a regression model.Further we analyzed the transformation of area and the stability of spatial摇中国水土保持科学2023 年pattern,and deeply explored the changes of spatial and temporal pattern of land use in 1990,2005 and2020 to clarify the rules of land use structure change and evolution transformation.Results From 1990to 2020,the area of cultivated land and grassland decreased,and the area of woodland,waters,construction land and unused land increased.The number of patches in the overall land use typedecreased,and the average patch area showed an upward trend.The number of patches of the overallland use type showed a downward trend,and the average patch area showed an upward trend.Theaverage patch area of woodland increased the most,11郾 81 hm2,and the average patch area of grasslandincreased the least,0郾 74 hm2.The number of patches of cultivated land,woodland,grassland,watersand unused land showed a downward trend,while the number of patches of construction land only showedan upward trend,of which the number of patches of woodland decreased the most,by 591 833,and thenumber of patches of construction land increased the most,by 15 130.The fractal dimensions of theoverall land use in 1990,2005 and 2020 were 1郾 486 3,1郾 497 2 and 1郾 514 2 respectively,risinggradually.The internal self similarity of the Jialing River basin weakened,and the patch shape developedtoward an irregular state.The fractal dimensions of cultivated land,woodland,grassland,waters andconstruction land increased year by year.The fractal dimensions of unused land decreased first and thenincreased.The fragmentation of polygon patches of most land use types increased,fragmentation wasserious,nestingstructuresbecamemorecomplex,andspatialstructurestabilitydecreased.Conclusions Influenced by the“Changzhi冶 project and the policy of returning farmland to forests,theland use in the Jialing River region has changed greatly from 1990 to 2020 due to human activities.Theoverall fractal dimension of land use has gradually increased,the self similarity within the watershed hasweakened,the patch shape has developed towards an irregular state,the nested structure of polygonpatches has become complex,and the stability of spatial structure has decreased.Keywords:fractal theory;land use change;fractal dimension;stability index;fractal;transitionmatrix;Jialing River basin摇 摇 2020 年全国水土流失面积为 269郾 27 万 km2,约占国土面积 25郾 767%1。水土流失会导致土地生产力降低、土壤贫瘠;与此同时,化学污染物随着水土流失进入水体,不仅带来环境污染,还直接影响人们生产生活,严重破坏生态环境2。土地利用类型是定量预测土壤侵蚀程度的重要指标,在一定程度上反映流域内水土流失情况3,为水土保持规划提供科学参考,研究土地利用情况显得尤为重要。分形理论由法国曼德尔布罗特提出的,利用整体内部离散多边形斑块的面积和周长,计算分形维数,研究事物整体的内部熵值。人类生产活动引起的土地利用变化是全球环境变化的重要因素,土地利用动态分析是土地资源管理中的关键环节,是土壤侵蚀预报的重要内容4。自然环境和人类活动的共同作用导致土地利用变化,使其演变存在非持续、中断甚至突变的特点5。分形维数和稳定性指数的大小可以体现不同土地利用类型斑块形状的嵌套复杂程度与其所受人类活动干扰的程度6 7,反映土地利用结构变化和演变转换规律,体现土地利用类型的空间分布状态是否具有稳定性,评估其可持续发展潜力。笔者利用分形理论,选取嘉陵江流域作为研究对象,通过计算 19902005、20052020 年的土地利用转换矩阵和 3 期流域整体以及不同土地利用的分形维数,对 1990、2005 和 2020 年间土地利用时空格局变化进行深入探究,得到各地类面积转化方向和比例变化大小,对比土地利用分形维数及稳定性指数的变化趋势,概括 30 a 嘉陵江流域土地利用时空变化格局,为土地利用地类合理布局及水土流失治理的规划提供一定的科学依据。1摇 研究区概况嘉陵江流域介于 E 102毅35忆36义 109毅01忆08义、N 29毅17忆30义 34毅28忆11义之间。发源于陕西省秦岭北麓的凤县代王山。嘉陵江中途流经陕西、甘肃、四川 3 省和重庆市,在重庆与长江干流交汇,流域总面积约 16 万 km2。为亚热带季风气候,全年降雨量分01摇摇 第 5 期郭兴月等:基于分形理论的土地利用时空格局变化配不均匀,夏季和秋季降雨量多,占年度降雨量的70%90%。2摇 数据与研究2郾 1摇 数据来源选取 1990、2005 和 2020 年嘉陵江流域的 TM遥感数据,1990、2005 年数据来自卫星 Landsat 4鄄5,2020 年数据来自卫星 Landsat 8。TM 遥感数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http:/)。时间跨 度 长 达30 a。2郾 2摇 土地利用分形维数及稳定性指数分形维数是表示整体内部自相似性的定量指标之一8。计算不同土地利用种类的封闭多边形斑块,用分形维数定量表述其核心区大小和边界周长之间的关系9。分形维数的大小能够展示事物内部的复杂程度及稳定程度10。对于特定土地利用种类斑块,以 r=1 km 为尺度,测量各斑块面积和周长,则其分形维数的计算公式为:LnA(r)=DlnP(r)+C。(1)式中:A(r)为斑块面积,km2;D 为分形维数,量纲为1;P(r)为斑块周长,km;C 为待定常数。可知,对周长与面积同时取对数,进行拟合分析,建立回归模型,若 lnA(r)与 lnP(r)呈线性关系,斜率数值即 D 的取值。其取值正常范围为1,2,当 D=1 时表示嵌套结构最为简单的正方形斑块;当 D=2 时,表示等面积下嵌套结构最为复杂的多边形斑块,边界最不规则;若 D 的值越低,斑块镶嵌结构越简单清晰,表示内部事物分布规律性高,破碎性低,共通性强;若D 的值越高,斑块镶嵌结构越复杂混乱,表示内部事物分布规律性低,破碎性强,共通性弱11。当 D 取值 1郾 5 时,则表明该种斑块处于极其不稳定的情况,称为布朗随机运动12。在此基础上,引入稳定性指数 S 来描述事物空间分布有序性。S=|D-1郾 5|。(2)式中:S 为稳定性指数,量纲为 1,取值范围为0,0郾 5,空间结构分布越清晰有序,S 的取值就越大。对 1900、2005 和 2020 年的影像数据进行计算处理,得到每个时间整体及各土地利用类型的分形维数与稳定性指数。以嘉陵江流域 1990、2005 和 2020 年的 TM 遥感数据为数据源,选择 5 月下旬6 月中旬与 8 月下旬9 月中旬 TM 遥感图像,其地物信息清楚,地物反射光谱具有显著差异,易识别,方便进行影像解译工作。经过处理后,按照土地利用划分标准,利用ENVI 软件中的监督分类法,将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地,解译过后的栅格数据导入 ArcGIS 软件中,栅格转矢量,利用 Merge 进行图斑合并,得到研究区 3 期土地利用划分图,统计整体周长、面积、斑块数、平均斑块面积等参数数据,再经分类得各地类斑块数、平均斑块面积等指标数据。利用混淆矩阵法进行验证,图像精度均 85%,满足研究要求。3摇 结果与分析3郾 1摇 土地利用面积转化3郾 1郾 1摇 19902005 年土地利用面积转化摇 19902005 年间,如表 1 所示,嘉陵江流域中林地、水域、建设用地、未利用地的面积逐渐增加,耕地、草地的面积逐渐减少。耕地和林地相互转换频繁,研究期间,耕地主要转换为林地,转换面积比例为 3郾 34%,有 39郾 64%仍保持初始耕地属性,林地主要转换为耕地,转换面积比例为 2郾 41%。草地、水域、建设用地与未利用地转化流动面积比例较小,各自主要转化为林地(1郾 16%)、耕地(0郾 07%)、水域(0郾 04%)、草地(0郾 01%),草地与建设用地主要由耕地转换得到,水域、未利用地分别主要由建设用地、草地转换得到。经过转化后,林地面积增加最多,增幅为1郾 99%,通 过 转 移 矩 阵 分 析,其 主 要 来 自 耕 地(3郾 34%)与草地(1郾 16%)2 类;草地面积减少最多,降幅为 1郾 41%,主要转换为林地(1郾 16%)、耕地(1郾 06%)2 类。3郾 1郾 2摇 20052020 年土地利用面积转化摇 20052020 年间,如表 2 所示,嘉陵江流域中林地、水域、建设用地、未利用地的面积逐渐增加,耕地、草地的面积逐渐减少。耕地和林地相互转换频繁,研究期间,耕地主要转换为林地,转换面积比例为 5郾 68%,林地主要转换为耕地,转换面积比例为 1郾 81%。草地、水域、建设用地与未利用地转化流动面积比例较小,各自主要转化为林地(0郾 90%)、耕地(0郾 05%)、水域(0郾 09%)、草地(0郾 02%),草地、水域与建设用地主要由耕地转换得到,未利用地主要由草地转换得到。经过转化后,林地面积增加最多,增幅为4郾 69%,通 过 转 移 矩 阵 分 析,其 主 要 来 自 耕 地(5郾 68%)与草地(0郾 90%)2 类;耕地面积减少最多,降幅为 4郾 65%,主要转换为林地(5郾 68%)、草地(0郾 82%)、建设用地(0郾 66%)3 类。11摇中国水土保持科学2023 年表 1摇 19902005 年各土地利用种类之间转化比例Tab.1摇 Conversion ratios among land use types from 1990 to 2005%年份Year地类Land use type2005耕地Cultivated land林地Woodland草地Grassland水域Waters建设用地Construction land未利用地Unused land总计Total耕地 Cultivated land39郾 643郾 340郾 770郾 070郾 24044郾 06林地 Woodland2郾 4142郾 680郾 1100045郾 201990草地 Grassland1郾 061郾 167郾 380郾 030郾 010郾 049郾 68水域 Waters0郾 070郾 0100郾 510郾 0300郾 62建设用地 Construction land0000郾 040郾 3600郾 40未利用地 Unused land000郾 01000郾 030郾 04总计 Total43郾 1847郾 198郾 270郾 650郾 640郾 07100郾 00表 2摇 20052020 年各土地利用种类之间转化比例Tab.2摇 Conversion ratios among land use types from 2005 to 2020%年份Year地类Land use type2020耕地Cultivated land林地Woodland草地Grassland水域Waters建设用地Construction land未利用地Unused land总计Total耕地 Cultivated land35郾 905郾 680郾 820郾 110郾 66043郾 17林地 Woodland1郾 8145郾 290郾 0800郾 01047郾 192005草地 Grassland0郾 760郾 906郾 540郾 010郾 010郾 058郾 27水域 Waters0郾 050郾 010郾 020郾 560郾 0200郾 66建设用地 Construction land0000郾 090郾 5500郾 64未利用地 Unused land000郾 02000郾 050郾 07总计 Total38郾 5251郾 887郾 480郾 771郾 250郾 10100郾 003郾 2摇 嘉陵江流域土地利用分形维数变化特征利用 ArcGIS 10郾 7 软件,计算各斑块的周长面积,通过 Origin 软件进行数据处理及绘图。1990、2005 和 2020 年的整体土地利用分形维数分别为1郾 486 3、1郾 497 2 和 1郾 514 2,整体分形维数逐步上升,说明嘉陵江流域内部自相似性减弱,斑块形状向着不规则状态发展。19902020 年内,如表 3 所示,嘉陵江流域内的土地利用情况有较大变化,耕地、草地的面积都呈现减少态势,林地、水域、建设用地、未利用地的面积都呈现增加态势。其中,耕地面积减少最多,减少面积为 8 961郾 79 km2,相较于 1990 年初始土地面积,草地同比下降最多,为-22郾 68%;林地的增加面积最多,增长量高达 1 万 803郾 93 km2,相较于 1990 年初始土地所占比例,建设用地同比增长最多,高达209郾 09%。整体土地利用类型的斑块数呈现下降趋势,减少 135 万 7 590 个,平均斑块面积呈现上升趋势,增加4郾 69 hm2。耕地、林地、草地、水域、未利用地的斑块数呈现下降趋势,仅有建设用地的斑块数呈现增加趋势,其中林地的斑块数减少最多,减少 59 万1 833 个,未 利 用 地 的 斑 块 数 减 少 最 少,减 少6 717 个,建 设 用 地 的 斑 块 数 增 加 最 多,增 加1 万 5 130 个。所有土地利用类型的平均斑块面积均呈现逐年增加态势,其中林地的平均斑块面积增加的最多,增加 11郾 81 hm2,草地的平均斑块面积增加的最少,增加 0郾 74 hm2。3郾 3摇 土地利用分形维数及稳定性指数变化特征3郾 3郾 1摇 耕地摇 如表3 和表4 所示,19902020 年间耕地面积比例呈现逐步下降趋势,由 44郾 07%降至38郾 53%,减少 5郾 54%。2020 年相对于 1990 年同比减少 12郾 56%,减少面积高达 8 961郾 79 km2。如图 1和表 5 所示,耕地分形维数逐年上升,由 1郾 483 4 增高至 1郾 513 5。而稳定性指数呈现出先下降后上升的趋势。结果表明 19902020 年间耕地的多边形斑块嵌套结构愈发复杂,逐渐趋于混乱状态,规则性减弱,内部的无序性增强。在 19002005 年,耕地的分形维数从 1郾 5,增长为 1郾 500 9,超过临界点21摇摇 第 5 期郭兴月等:基于分形理论的土地利用时空格局变化摇 摇 摇表 3摇 19902020 年各土地利用类型斑块面积变化Tab.3摇 Area changes of various land use types from 1990 to 2020地类Land use type年份Year斑块数Number of plaques周长Perimeter/km面积Area/km2平均斑块面积Average plaque area/hm2比例Proportion/%2020532 678615 455郾 2362 371郾 9011郾 7138郾 53耕地 Cultivated land2005670 585680 745郾 8169 895郾 9010郾 4243郾 181990934 350796 706郾 6571 333郾 697郾 6344郾 072020445 115601 465郾 0983 969郾 0418郾 8651郾 87林地 Woodland2005655 141680 184郾 1476 398郾 1811郾 6647郾 1919901 036 948787 862郾 1273 165郾 117郾 0645郾 202020452 800241 202郾 6012 116郾 852郾 687郾 49草地 Grassland2005500 447273 006郾 6913 373郾 812郾 678郾 261990808 990369 267郾 4215 672郾 041郾 949郾 68202045 27526 826郾 361 246郾 212郾 750郾 77水域 Waters200548 95128 025郾 831 053郾 862郾 150郾 65199061 58329 776郾 30992郾 371郾 610郾 612020102 47353 917郾 602 008郾 991郾 961郾 24建设用地 Construction land200583 19633 883郾 261 041郾 181郾 250郾 64199087 34327 862郾 51649郾 970郾 740郾 40202011 4554 667郾 01167郾 491郾 460郾 10未利用地 Unused land200514 8334 761郾 35117郾 540郾 790郾 07199018 1724 246郾 1667郾 290郾 370郾 0420201 589 7961 543 533郾 89161 880郾 4810郾 18100郾 00合计 Total20051 973 1531 700 607郾 08161 880郾 488郾 20100郾 0019902 947 3862 015 721郾 15161 880郾 485郾 49100郾 00表 4摇 19902020 年整体面积和分形维数变化Tab.4摇 Changes in overall areas and fractal dimensions from 1990 to 2020地类Land use type分形维数 D 均值Mean fractaldimension面积变化Areachange/km2比例变化Percentagechange/%分形维数 D 变化Fractal dimensionchange面积同比变化Year on year changeof area/%耕地 Cultivated land1郾 499 3-8 961郾 79-5郾 540郾 030 1-12郾 56林地 Woodland1郾 497 410 803郾 936郾 670郾 033 014郾 77草地 Grassland1郾 496 9-3 555郾 19-2郾 190郾 011 2-22郾 68水域 Waters1郾 480 5253郾 840郾 160郾 016 725郾 58建设用地 Construction land1郾 516 61 359郾 020郾 840郾 009 0209郾 09未利用地 Unused land1郾 506 6100郾 190郾 060郾 029 3148郾 891郾 5,故耕地从 1990 年具有规则有序状态的稳定性,转变为具有无序混乱状态的稳定性。可能存在以下几点原因:一是响应退耕还林(草)政策,开展国土绿化工程,为建设和谐绿色的生态环境,推进天然防护林保护,满足条件的耕地被改造成草地或林地,使耕地面积呈现减少的趋势;二是城市中心化,中国城乡之间巨大经济差距使大量农村剩余劳动力流向城市,导致部分耕地荒废或非农化。与此同时,许多土地经过租赁汇合到少数人手中,方便其对耕地进行有序化、合理化的划分与种植,使耕地多边形斑块平均面积呈现增加趋势;三是耕地部分转化为林地,斑块之间的连通性减弱,新增斑块使耕地破碎度增加,碎片化、零星化分布导致耕地分形维数增加13;四是嘉陵江流域上游地区约 90%县为山区县,受制于31摇中国水土保持科学2023 年摇 摇摇 A 为斑块面积,km2;P 为斑块周长,km。下同。A in the figure represents the plaque area,km2;P is the perimeter of the plaque,km.Thesame below.图 1摇 1990、2005、2020 年耕地双对数面积周长散点图Fig.1摇 Scatter plot of double logarithm area鄄perimeters of cultivated land in 1990,2005 and 2020摇表 5摇 19902020 年间各土地利用类型分形维数变化Tab.5摇 Changes of fractal dimensions of land use types from 1990 to 2020土地利用类型Land use type年份Year拟合模型Fitting model决定系数Coefficient of determinationDFractal dimension稳定性指数Stability index2020lnA=1郾 513 5lnP-0郾 411 40郾 986 31郾 513 50郾 013 5耕地 Cultivated land2005lnA=1郾 500 9lnP-0郾 358 60郾 986 91郾 500 90郾 000 91990lnA=1郾 483 4lnP-0郾 280 30郾 986 51郾 483 40郾 016 62020lnA=1郾 517 5lnP-0郾 422 50郾 987 21郾 517 50郾 017 5林地 Woodland2005lnA=1郾 490 2lnP-0郾 299 20郾 986 31郾 490 20郾 009 81990lnA=1郾 484 5lnP-0郾 285 70郾 986 51郾 484 50郾 015 52020lnA=1郾 501 8lnP-0郾 376 90郾 986 81郾 501 80郾 001 8草地 Grassland2005lnA=1郾 498 2lnP-0郾 359 00郾 986 31郾 498 20郾 001 81990lnA=1郾 490 6lnP-0郾 325 30郾 985 91郾 490 60郾 009 42020lnA=1郾 489 8lnP-0郾 291 30郾 982 51郾 489 80郾 010 2水域 Waters2005lnA=1郾 478 6lnP-0郾 232 90郾 981 51郾 478 60郾 021 41990lnA=1郾 473 1lnP-0郾 217 60郾 980 81郾 473 10郾 026 92020lnA=1郾 520 0lnP-0郾 449 20郾 986 11郾 520 00郾 020 0建设用地 Construction land2005lnA=1郾 518 9lnP-0郾 460 40郾 988 21郾 518 90郾 018 91990lnA=1郾 511 0lnP-0郾 430 90郾 988 61郾 511 00郾 011 02020lnA=1郾 533 1lnP-0郾 531 80郾 989 31郾 533 10郾 033 1未利用地 Unused land2005lnA=1郾 482 8lnP-0郾 288 90郾 986 51郾 482 80郾 017 21990lnA=1郾 503 8lnP-0郾 398 90郾 984 31郾 503 80郾 003 82020lnA=1郾 514 2lnP-0郾 420 60郾 986 71郾 514 20郾 014 2合计 Total2005lnA=1郾 497 2lnP-0郾 342 30郾 986 51郾 497 20郾 002 81990lnA=1郾 486 3lnP-0郾 298 00郾 986 41郾 486 30郾 013 7山区地形,不利于农业机械化灌溉与生产14。3郾 3郾 2摇林地摇林地面积比例在所有土地利用类型中最高。如表 3 和表 4 所示,在 19902020 年内,嘉陵江流域内的林地面积增加 1 万 803郾 93 km2,比例由 45郾 20%升至 51郾 87%,达到历史峰值,增加 6郾 67%,其中 2020 年相对于 1990 年同比增长14郾 77%。如图 2 所示,研究区内林地斑块的分形维数 逐 渐 升 高,由 1郾 484 5 增 加 至 1郾 517 5。19902020 期间,稳定性指数先减少后增加。表明林地的多边形斑块稳定性降低,空间结构规则41摇摇 第 5 期郭兴月等:基于分形理论的土地利用时空格局变化性减弱,内部无序性增加,整体状态从 1990 年具有规则有序状态的稳定性,转变为具有无序混乱状态的稳定性。可能存在以下几点原因:一方面20 世纪 90 年代初期许多树木被砍伐后,林地被建设成工业用地、商业用地等人类生产生活场所,导致其破碎性增加,原有的完整性遭到人为破坏,使其分形维数增加,林地面积也稍有减少;另一方面于 1988 年,国务院批准将长江上游地区作为国家水土保持重点防治对象,其中包括嘉陵江流域、三峡库区和金沙江下游;1999 年,四川、陕西、甘肃 3省率先进行退耕还林试点,以“退耕还林,封山绿化,以粮代赈,个体承包冶为基本措施,大量耕地经过改造后,成为栽种适宜当地气候树木类型的林地,使林地面积得到大量补充,但在此过程中,区域绿化方案的要求较低,没有在保持天然防护林完整性的基础上,将人工防护林与之完美衔接与扩展,使林地面积大幅增加,但林地分形维数并未降低。图 2摇 1990、2005、2020 年林地双对数面积周长散点图Fig.2摇 Scatter plot of double logarithm area鄄perimeters of woodland in 1990,2005 and 2020摇图 3摇 1990、2005、2020 年草地双对数面积周长散点图Fig.3摇 Scatter plot of double logarithm area鄄perimeter of grassland in 1990,2005 and 20203郾 3郾 3摇 草地摇 草地面积大小逐渐减小,由占嘉陵江流 域 总 面 积 的 9郾 68%降 低 至 7郾 49%,减 少2郾 19%,减少面积为 3 555郾 19 km2,减少面积仅次于耕地。如图 3 所示,19902020 年间草地的分形维数呈现逐年增加的趋势,从 1郾 490 6 增加到1郾 501 8,增加0郾 011 2。19902005 年期间稳定性指数减少0郾 007 6,20052020 年保持不变。结果表明:在研究期间内,该流域内的草地破碎度增加,嵌套结构愈发复杂,土地斑块形态趋于碎片化,空间结构不稳定。于 20 世纪 90 年代,实施退耕还林(草)土地利用结构调整政策和“长治冶工程,使 90 年代末期草地面积的减少大大减缓。草地分形维数增加可能存在以下两个原因:一是大量草地被开垦为耕地,用于种植农作物,导致草地面积大幅度减少,完整性遭到破坏,连通性减弱,分形维数增加;二是因草地面积逐年减少,导致更多草地零星地镶嵌在林地、耕地等大面积景观内,分形维数进一步增加15。3郾 3郾 4摇 水域摇 嘉陵江流域水域面积呈现增加态势,由最 初 992郾 37 km2增 加 到 1 246郾 21 km2,增 加253郾 84 km2,面积比例从 0郾 61%增加到 0郾 77%。如图 4 所示,3 期各地类分形维数平均值中,水域的平均值最小,表示其在所有地类中,水域的空间结构最稳定,规则