县级土地利用尺度效应
——以内江市市中区为例
许 斌 ，甄 英
(内江师范学院 地理与资源科学学院， 四川 内江 641100)
摘 要 ：为探讨县级土地利用转换适宜尺度以减小土地结构边界信息损失引起的误差，选取内江市市中区土地利用变更调查数据，以29种尺度组成栅格序列，探讨二级地类分形特征与栅格转换尺度效应。结果表明：除其他林地、公路用地、水库水面、水工建筑用地等具二重或多重分形外，研究区其余地类矢量数据一重分形特征明显；2～10 m尺度土地面积损失量较小，大于10 m尺度损失显著增加且波动较大；景观层次及多数土地类型分维数呈线性增大，草地、交通用地、林地等类型分维数能非线性拟合、拐点明显，8～10 m尺度分段线性拟合R2高于0.9；水工建筑用地、其他林地、农村道路、内陆滩涂等由于面积比例较小、平均斑块形状指数较大，全部或部分尺度未能计算出分维数，为较好地保持土地空间分布特征和面积精度，最大栅格尺度应控制在8～10 m.
关键词 ：土地利用；分形；栅格转换；尺度效应；内江市市中区
0 引言
土地利用/土地覆被变化(LUCC)是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式[1]，20世纪90年代以来，在“国际地圈与生物圈计划(IGBP)”和“全球环境变化人文计划(IHDP)”的推动下，有关LUCC与生物多样性、与大气相互作用、对全球气候变化的响应[2]、LUCC可持续发展[3]、LUCC综合建模与评价[4]等在全球环境变化研究中得到加强，并建立了全球土地覆盖[5]和地表生物物理量数据库[6]，土地覆盖类型图[7]等.中国积极参与全球测图(Global Mapping)项目，已于2000年前按统一标准，应用TM影像制成全国100 m栅格的解译成果[8]，建成1∶10万比例尺土地利用矢量数据库[9-11].
防治措施：在种子播种前，可以采用70%噻虫嗪可分散粒剂与水混合，比例1∶50或1∶25，拌匀过程中加入20%病毒A，调制比例1∶25.将两者混合均匀，拌种10千克。这样在播种阶段可以起到有效预防作用。因为玉米粗缩病的发病原因主要因为灰飞虱传播病毒引起，所以在播种后可以采用吡虫啉可湿性粉剂按照实际种植区域大小进行比例调配，以此来进行有效的防治。
土地利用/景观格局具有尺度依赖[12-13]，国内学者在5 m～50 km尺度范围内，分别以重庆市、锡林郭勒盟、上海市、苏州市等为例，研究了土地利用类型随尺度变化信息损失情况，转换精度评价准则和方法，城市景观尺度效应，土地利用矢量和栅格数据分维数关系，面积最大法和中心属性值法从1 km数据粗化为4 km、8 km、10 km栅格过程中的误差特征以及地貌对尺度效应的影响[10-11，13-16]，以及基于元胞自动机降尺度方法由30 m栅格生成1 km分辨率全球土地利用数据集[17]等。
城市道路等线性廊道景观对尺度变化最为敏感[15].矢量数据比例尺愈大，发生第一次转折尺度就愈小，且第一尺度域是选择适宜尺度的较好范围[19]，可有效降低敏感地类分维数和稳定度的偏差[20].已有研究成果选取的栅格尺度较大，且多数集中在一级地类进行分析，没有较好地表达呈线状分布或数量较少的土地类型随栅格变化的尺度效应.因此，本文基于2014年四川省内江市市中区土地利用变更调查数据，以2 m～30 m间隔1 m共29种尺度栅格组成序列，探讨二级地类转换后面积损失和栅格分维数尺度效应，以期为该区及相似地区国土管理与监测提供理论指导和实践参考.
创新学习研究始终抓住课堂不放，总结提炼出创新学习课堂的教学思想和一般规律，并进行了大量研究与现场观摩课教学。在创新学习课堂教学中，教师是教学活动的组织者，为学生提供积极动脑、动手和动口的时间与空间。教师要将“一言堂”“满堂问”的课堂转变为群言堂、讨论式的课堂，使学生在教师的指导和点拨下，通过尝试、探索，建立新旧知识间的联系，将旧知识与所学知识进行新组合，形成新知识和新技能。同时，为了促进广大教师观摩创新教学，我们组织了学科创新教学大赛。为了让课堂能够真实改变，我到数百所学校指导，亲自担任公开课教师，数千教师也加入了研究与实验。
1 数据与方法
1.1 研究区概况
内江市市中区地处四川盆地东南部，沱江中下游右岸，介于104°05′～105°06′E、29°25′～29°41′N之间，丘陵约占90%，东南和西南低山环绕，海拔350～450 m；属中亚热带季风性湿润气候，年平均温度20℃，1月均温7℃，7月均温27℃，最高气温41℃，最低气温-5.4℃，年降水量1000 mm[21].
文献[1]公开了一种传统的化学镍废水处理方法：在pH为10 ～ 12的条件下用双氧水氧化化学镀镍废水中的配位剂，镍离子将生成氢氧化镍沉淀，再以氧化钙沉淀废水中的磷酸根。该专利的发明者认为处理后的废水能够满足GB 21900-2008中“表3”的要求，但试验表明，对于含有柠檬酸的化学镀镍废水，这种处理方法只能满足“表2”的要求，即镍的质量浓度小于0.5 mg/L。
潘律民：近年来不断加强的环保监管，提高了一些企业的经营成本。一些企业在环保风暴中也遭到关停并转，给整个行业带来很大震动。但从企业可持续发展，以及从对社会、对每个人生存环境的改善方面来看，环保都势在必行。中国的许多企业必须认识到，企业的竞争力不仅仅来自于规模、价格及产业链整合的优势。如今的企业必须重视可持续发展，并将可持续发展视为自己的竞争力，而不是一个包袱。
1.2 数据来源
数据为2014年内江市市中区土地利用变更调查资料，根据土地利用现状分类标准分为耕地、园地、林地、草地、交通运输用地、水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地和其他土地等8个一级地类，进一步细分为23个二级地类[22].研究区以耕地和建设用地为主，分别约占67.59%和18.09%，水域、林地和园地较多，草地最少，反映了本区的农业主体地位.
式中，A 0为某土地类型的矢量面积，A 为该土地类型的栅格面积，L 为土地类型面积损失相对值.当L 为正值时，表示面积增加；当L 为负值时，表示面积减少.
1.3 研究方法
矢量数据分维结果如表1.
土地类型面积精度用土地类型面积损失相对值来评估，计算式如下[10,16]：
忽然想起一件事，那天清理遗物时，发现水云天写了不少诗，蒋海峰想为他出版诗集。而夏梓桑正好在华夏出版社工作，很愿意为他帮忙。就这么定了，蒋海峰立即拨通水仙芝的电话，真诚地说道：
L =(A -A 0)/A 0×100，
2.2.5 进镜与膀胱镜检 视频监视下置入电切镜，观察全尿道。进入膀胱后进行细致、全面的膀胱镜检，评估肿瘤及可疑病变的数目、大小、位置、可能浸润深度及其与膀胱内标志，尤其是与输尿管口、膀胱颈口或膀胱憩室的毗邻关系。耻骨上膀胱按压与适当程度的膀胱充盈有助于观察膀胱前壁。
形状指数可描述地块轮廓在空间形态上的紧凑性[23]，反映斑块偏离正方形或圆形的程度.其值愈小，斑块形状愈规则、简单，长短轴比值愈小，几何形状愈趋近正方形或圆形；反之，斑块形状指数愈大，其形状愈复杂，计算式如下[24]：
，
其他林地、农村道路、内陆滩涂、水工建筑用地未能全部计算出分维数，可能受到面积比例较小、平均斑块形状指数较大，栅格转换过程中更容易被其他地类吞噬所致.
土地利用分维数(D )采用面积—周长关系描述，即取土地利用图斑周长(P )和面积(A )的自然对数，则有[11]
，
式中，k 为待定常数项.若研究区土地利用格局具有分形结构，则lnP —lnA 散点在一定标度域内同一直线上，表明其符合统计规律，可通过散点图拟合直线斜率得到土地利用结构分维数D ，D 理论上介于1～2之间，愈大表明该土地类型/景观形态愈复杂.当D =1时，表示土地类型斑块为正方形；当D =2时，表示土地类型斑块形状最复杂；D 愈接近1.5，表示该土地类型愈不稳定，当D =1.5时，表示该土地类型分布处于一种类似于布朗运动的随机状态，即最不稳定状态.采用景观分析软件Fragstats计算栅格数据分维数D [25]，若D 在一定尺度范围内不变，表明该土地类型形态结构此时具有自相似性[13].
2 结果分析
2.1 土地利用分形特征
基于ArcGIS软件，以2～30 m(间隔1 m)共29种栅格组成序列，采用格点中心法将矢量数据转换成栅格，统计转换后各二级地类面积.
表1 2014年内江市市中区土地利用特征
铁路用地在2～7 m尺度分维数较高，但随机分布;8～14 m尺度线性拟合R 2为0.718，斜率大于0;大于14 m尺度线性拟合R 2为0.631，斜率小于0.公路用地在3～5 m、5～10 m、10～21 m分维数尺度线性拟合R 2分别为0.999、0.940、0.952，第二段直线斜率大于0，第一、三段小于0，22～30 m尺度规律不明显，如图1d，该两种地类分维数变化可能受其自身用地宽度限制.水库水面在2～4 m、4～6 m、6～30m尺度分维数线性拟合R 2分别为1、0.971、0.973，第二段直线斜率小于0且急剧降低，第一、三段大于0且第一段变化很小，三重分形特征显著，可能受山地或丘陵区地貌影响[18]，水库边界被吞噬，斑块形状趋近规则所致.
除公路用地、铁路用地、沟渠、河流水面、其他林地、水工建筑用地、水库水面等7种二级地类分维数高于1.5外，其余地类分维数均低于1.5.其中公路用地和铁路用地分维数均高于1.90，沟渠分维数为1.745，这可能反映这些土地类型狭长条带状分布特征.河流水面因沱江江面较宽，分维数较沟渠小；水库水面分维数更接近1.5，这可能是由于地形影响，呈随机分布.耕地分维数处于1.271～1.466之间，这可能反映耕地受人类活动影响，随机分布特征较明显；其中水田分维数最大(1.466)，水浇地最小(1.271)，旱地为1.391，这表明水田分布受汇水区和地形限制较强，随机性更明显，而水浇地受人为影响更大，其分维数较水田小.建设用地分维数较低，处于1.136～1.278之间，可能与其受规划影响较大，结构人工化较高，分布更为规则相关；其中风景名胜及特殊用地面积较大，人为划定边界最为规则，分维数最低.园地分维数总体较小，表明其受人为影响，形状较为规则.林地分维数接近1.5，其分布较分散.
2.2 栅格分维数特征
水浇地和其他草地分维数亦具有明显拐点.水浇地在2～5 m、6～8 m、9～30 m尺度线性拟合R 2分别为0.934、0.969、0.766，直线斜率均大于0.其他草地在2～8 m、9～20 m尺度线性拟合R 2分别为0.949、0.910，斜率大于0，21～30 m尺度规律不明显.城市、采矿用地分维数拐点较多，随机波动较强，规律不明显，如图1c.
图1 几种典型土地类型分维数和面积变化与尺度关系
景观层次分维数随栅格尺度增加而增大，线性拟合R 2为0.963.在10 m尺度时存在较明显拐点，如图1a，分段线性拟合显示，2～10 m尺度R 2为0.967，10～30 m尺度R 2为0.985，均高于所有尺度线性拟合R 2值，表明景观层次二重分形特征更明显.8～10 m尺度其分维数值较接近，具较强自相关性.水田、旱地、果园、有林地、坑塘水面、设施农业用地、村庄、风景名胜及特殊用地等8种地类分维数随栅格尺度增加而增大，线性拟合R 2均高于0.939，没有明显拐点，如图1 b，表明该8种地类一重分形特征显著.
截止目前，电力通信光缆已覆盖至以上各站点，电网直属单位及直调厂站光纤覆盖率达到100%。舟山共拥有电力通信光缆2 148.7 km，其中OPGW光缆963.7 km，ADSS光缆76.5 km，普通光缆493.3 km，海底光缆615.2 km。舟山电网的变电站多分散在各海岛之上，站间联络通信线路由于地理环境等原因较易受到损害，考虑到其目前尚无备用路由作为容灾通道储备,故而多采用与移动联通电信等运营商置换光缆或2 M电路方式接入系统，进而达到补强网络的目的。
其他园地、河流水面、沟渠、建制镇等4种地类分维数与栅格尺度二次多项式拟合，R 2均高于0.916，具有明显拐点.其他园地在2～7 m、7～10 m、10～30 m尺度线性拟合R 2分别为0.753、0.992、0.795，第一、三段直线斜率均大于0，第二段斜率小于0.河流水面在2～15 m、16～21 m、22～25 m、26～30 m尺度线性拟合R 2分别为0.964、0.756、0.792、0.354，直线斜率均大于0，分维数第一段逐渐增大，后三段呈阶梯式下降.沟渠在3～10 m、11～18 m尺度线性拟合R 2分别为0.966、0.807，直线斜率均大于0，19～30m尺度规律不明显.建制镇在2～12 m、13～30 m尺度线性拟合R 2分别为0.92、0.968，直线斜率均大于0.
除所有尺度下水工建筑用地和部分尺度下其他林地、农村道路、内陆滩涂未能计算出分维数，城市、采矿用地分维数随尺度变化规律不明显外，其余17种二级地类具有分形特征，如图1表示景观层次的分析特征以及几种典型的具有一维、不明显、多维分形特征的地类.
由表1知,除其他林地、公路用地、水库水面、水工建筑用地外，其余土地类型周长—面积对数散点图拟合R 2均大于0.9，说明研究区土地利用格局分形特征明显.
式中，MSI 为土地类型形状指数，P i 为某类土地第i 块图斑周长，S i 为该地块面积，n 为此地类数量.
2.3 面积变化特征
各地类面积在2～10 m尺度均能得到较好地保持;大约10 m以上尺度，面积数在一定范围内随机分布，如图1.各地类在10～30 m尺度面积变化量较2～10 m明显增多，如图2(本文只绘制各地类2～20 m尺度面积损失数).9 m尺度时，旱地、村庄面积分别增多24 274 m2、14 111m2，5 m尺度时村庄面积减少12 864 m2，其余最大误差不超过10 000 m2.2～10 m尺度，除农村道路、水工建筑用地面积损失相对值分别为-2.38%、-1.89%外，其余地类均未超过0.83%.
栅格转换后，土地类型面积精度表现出较强的尺度效应，可能源于格点中心法强调土地利用/土地覆盖的空间格局，栅格面积主要受矢量数据精度影响，误差量随机分布[18]，亦可能与地类之间呈镶嵌空间格局有关。但由于目前对众多景观指数随栅格尺度变化的内在机理尚缺乏合理有效的解释[11]，精确量算各地类面积的方法有待于进一步研究.
图2 土地类型面积损失与尺度关系
3 讨论与结论
3.1 讨论
研究区土地利用栅格数据分维数尺度效应明显，景观层次和大多数地类分维数随栅格尺度增加而增大，与已有研究成果相一致[11,13,19]，土地类型亦具一重分形特征，或分维数存在明显拐点即多重分形特征明显[25-26]，拐点对应约10 m尺度.当尺度增加景观层次分维数分段线性拟合R 2较直线更高，河流水面、沟渠、建制镇分维数分段直线斜率变小；其他园地大于10 m尺度时，直线方向改变；水浇地、其他草地分维数在9 m尺度时急剧减小，后再规律增大；表明以上地类分形特征在大约10 m时具有尺度效应，其分维数突变明显，即8～10 m尺度可能表征土地空间结构特征的内在变化[27].
3.2 结论
(1)除其他林地、公路用地、水库水面、水工建筑用地具二重或多重分形特征外，其余地类矢量数据一重分形特征明显.
(2)2～10 m尺度土地类型栅格面积变化量较小，大于10 m尺度显著增加,呈随机分布.
在JCCAD中进行桩承台计算，要注意泵房部分门式刚架柱位置与承台关系，尤其不要将室内设备管廊钢柱遗漏。
(3)栅格转换后，随尺度增加，景观层次及多数土地类型分维数呈线性增大；草地、交通用地、林地等分维数能非线性拟合，拐点明显，8～10 m尺度，除铁路用地外分段线性拟合R 2均高于0.9；水工建筑用地、其他林地、农村道路、内陆滩涂等由于面积比例较小、平均斑块形状指数较大，全部或部分尺度未能计算出分维数.
(4)土地利用栅格转换尺度效应明显，为较好地保持土地空间分布形态和面积精度，最大栅格尺度控制在8～10 m较为适宜.
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Analysis of Scaling Effect of Land Use at the County Level ：A Case Study of Downtown District in Neijiang
XU Bin ,ZHEN Ying
(School of Geography and Resources Science, Neijiang Normal University, Neijiang, Sichuan 641100, China)
Abstract :Abstract: The appropriate scale of land use conversion is examined which would help reduce the error caused by the loss of boundary information of land structure at the county level. Based on the data from land use survey in the Downtown District of Neijiang, 29 scales are adopted to form a raster sequence, and then the raster-conversion scaling effect and the secondary fractal features are investigated. it is found that:1) except those land uses like the forest land, road land, reservoir area, hydraulic construction land that have dual or multiple fractal features, the other types of land use have obvious single fractal feature; the losses of land area are relatively small in scales of 2 to 10 meters, yet the losses are significantly increasing and fluctuating in terms of scales larger than 10 meters; The fractal dimension of landscape and the dimensions of most types of land use increase linearly, and the fractal dimension of some types of land use is found to be nonlinear fitting with an apparent inflection point, whose R2 is above 0.9 in the scales of 8～10 meters; 4) some or even all of the fractal dimensions of some land types have not been able to calculate due to their small area and large index of average patch shapes. In order to better maintain the spatial structure and area accuracy of land use, the maximum raster scale must be controlled at 8～10 meters. The results can provide theoretical guidance and practical reference for the monitoring and management of land use in this district and other similar regions.
Keywords : land use; fractal; raster conversion; scaling effect；shizhong District of Neijiang City
DOI ：10.13603/j.cnki.51-1621/z.2019.02.014
中图分类号 ：F301
文献标志码： A
文章编号： 1671-1785(2019)02-0078-06
收稿日期 ：2018-10-24
基金项目 :四川省教育厅科研项目(15ZB0271)； 四川省教育厅科研项目(16ZB0303)
作者简介 ：许斌(1984— )，男，贵州岑巩人，内江师范学院讲师，硕士，研究方向：地理信息系统应用
(责任编辑 ：谢玉华)
标签：土地利用论文; 分形论文; 栅格转换论文; 尺度效应论文; 内江市市中区论文; 内江师范学院地理与资源科学学院论文;