第二節土地利用、土地覆被鑲嵌體分形結構(2 / 2)

從動力學觀點看,在地學信息圖譜上形成的這種農林牧“無窮”鑲嵌,宏觀上是穩定的結構,微觀上動態變化,或說宏觀穩定結構是一個動態穩定結構,是係統動力演化的一個穩定吸引子。元謀農林牧交錯帶的這種動力學特點,可從係統動力學研究其微觀動態變化,並運用土地利用/土地覆被生態學研究其宏觀的鑲嵌結構。

分形研究是研究土地利用/土地覆被要素形狀複雜程度的有力工具。研究發現,分維數與人類對土地利用/土地覆被的管理密切相關。小的分維意味著人類對土地利用/土地覆被的幹擾大或地理條件單一,所以通過分維數大小可以判定土地利用/土地覆被要素受人類活動影響的大小。

在土地利用/土地覆被空間分析中,對於研究對象常采用的具體方法有麵積周長法和變異函數法

[151,163,164]。Mandelbrot(1982年)研究分形幾何體的形態結構,建立了如下模型:

A(r)1/D-V(r)1/3(11)

式中:A(r)——表麵積;

V(r)——體積;

r——度量尺度;

D——分形維數,即分維值。

董連科等(1991年)應用(11)式推導了適合於n維歐氏空間的分形維數計算公式:

A(r)1/Dn-1=kr(n-1-Dn-1)/Dn-1V(r)1/n(12)

式中:令n=2,可得到2維空間中分形幾何體的分維值與麵積及周長的關係。

在土地利用/土地覆被鑲嵌體中,對任一類型的嵌塊形態,如果用r為尺度去測量其周長和麵積,有結果:

L(r)1/D-kr(1-D)/DA(r)1/2(13)

式中:D——該土地利用/土地覆被類型的分維值;

L(r)——該土地利用/土地覆被要素嵌塊體周長;

A(r)——麵積,k為常數。

對(13)對數變換,得:

lnA(r)=2DlnL(r)+C(C為常數)

(14)

由(14)式可知,對於一個特定的區域,隻要設定好特定的比例尺,構建出土地利用/土地覆被圖譜,然後對於每一種土地利用/土地覆被類型,用其各個圖斑的麵積和周長數據做回歸分析擬合,就可以求出2/D,這樣就可以得到不同時期該土地利用/土地覆被類型鑲嵌結構的分維值D。D值的大小代表了該土地利用/土地覆被類型鑲嵌結構的複雜性。對於某種土地利用/土地覆被類型而言,D值越大,就表示該類型的鑲嵌結構越複雜。

為了研究元謀縣各種土地利用/土地覆被鑲嵌結構的複雜性和穩定性,在RS與GIS支持下,做出了1986年和2000年度元謀縣土地利用/土地覆被鑲嵌體的空間分布圖,並應用GIS統計土地利用嵌塊體的麵積和周長數據,運用最小二乘法,計算擬合出公式14的回歸模型。

相對於1986年,2000年的森林、疏林或果園、草地、水域、裸土裸岩地分維數分別由1.6288、1.6023、1.4573、1.4522、1.6672升高到1.6373、1.6036、1.4653、1.4594、1.6827,表明它們的空間結構變得分散和複雜化,而水澆地、旱地、灌木林和城鄉建設地分維數下降分別由1.3473、1.4088、1.6186、1.2907下降到1.3266、1.3892、1.5974、1.2835,表明它們的空間結構變得簡單。這種變化說明土地利用/土地覆被鑲嵌結構的複雜性與人類對土地利用/土地覆被改造和利用密切相關。人類未施加影響或影響很小的裸土裸岩地、森林、灌木林鑲嵌結構複雜,鑲嵌結構的分維值較大;而影響程度大的城鄉建設用地、水澆地鑲嵌結構較為簡單,分維值較小。