劉宗濱 宋維峰 馬 菁（西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

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紅河哈尼梯田空間分布特征研究

劉宗濱 宋維峰 馬 菁
（西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

摘要：基于ASTER-GDEM V2數(shù)字高程模型，選擇云南省元陽、綠春、紅河、金平4縣為代表的紅河哈尼梯田為研究區(qū)域，結(jié)合野外調(diào)查，應(yīng)用GIS平臺提供的空間分析方法，依據(jù)梯田斑塊圖和數(shù)字高程模型，對紅河哈尼梯田的空間分布與海拔、坡向、坡度等地形指數(shù)的關(guān)系和規(guī)律進行研究。結(jié)果表明：研究區(qū)梯田總面積是68 927 hm2，面積≥10 hm2的梯田斑塊數(shù)量較少，但面積占梯田總面積的59.15%，說明梯田以連續(xù)大面積斑塊分布為主；梯田多分布在海拔800～1 800 m，坡度6°～35°的南坡、東南坡和西南坡坡向上，而連續(xù)大片梯田則集中分布在海拔1 200～1 400 m，坡度15°～25°的南坡上；紅河哈尼梯田的空間分布特征，與哈尼族聚落的空間分布格局、哀牢山地貌和環(huán)境特征密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：DEM；紅河哈尼梯田；地形指數(shù)；空間分布；特征

紅河哈尼梯田是哈尼族人民充分利用當(dāng)?shù)靥厥獾淖匀画h(huán)境條件，歷經(jīng)千年開墾、耕作而形成的以森林-村莊-梯田-江河“四素共構(gòu)”為特征的良性生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)［1-4］，具有極高的歷史、文化、生態(tài)、經(jīng)濟、科學(xué)等價值［5］。哈尼梯田是世界農(nóng)耕文明的典范，更是世界山區(qū)水土保持工程的奇跡［6］。哈尼梯田分布于云南省南部的哀牢山南段、紅河南岸［7］，而紅河州所屬的元陽、綠春、紅河、金平等縣是哈尼梯田分布最集中、最典型的區(qū)域［8-10］。在2010年西南特大干旱中，哈尼梯田始終水源充足，在西南干旱區(qū)少見。但隨著我國城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和旅游產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)?shù)鼐用竦乃枷胍约吧罘绞绞艿骄薮鬀_擊，使得哈尼梯田農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的繼承、發(fā)展和保護面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

目前，關(guān)于哈尼梯田的研究已經(jīng)很多，研究區(qū)主要集中于元陽縣，研究內(nèi)容涉及梯田文化、梯田景觀、梯田生態(tài)系統(tǒng)、梯田生物多樣性以及梯田水資源等多方面。從大尺度出發(fā)，對集中分布在哀牢山南段的哈尼梯田整體空間分布特征的研究較少。因此，本研究應(yīng)用3S技術(shù)，利用空間分析和統(tǒng)計分析方法，研究云南省紅河州、哀牢山南段哈尼梯田的分布特征。通過揭示紅河哈尼梯田的空間分布格局，以期為紅河哈尼梯田的保護、可持續(xù)發(fā)展和西南地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省紅河哈尼族彝族自治州南部、哀牢山南段、紅河南岸，地處東經(jīng)101°48′～103°38′，北緯22°33′～23°08′，行政區(qū)劃包括紅河州的元陽縣、綠春縣、紅河縣、金平苗族瑤族傣族自治縣，總面積11 019.88 km2。由于研究區(qū)受構(gòu)造侵蝕和剝蝕作用，形成了深切割的中山地貌，最高海拔3 074.3 m，最低海拔105 m。研究區(qū)域?qū)俚途暥壬降丶撅L(fēng)氣候，四季不分明，但干濕季分明。年平均氣溫18～20℃，全年日照達2 000 h以上；常年降雨量800～1 800 mm，主要分布5—10月的雨季。由于山體相對高差大，隨著海拔升高，研究區(qū)的日照、溫度、降雨、濕度、土壤、植被等具有明顯垂直變化特征。其中，土壤類型垂直帶譜呈：磚紅壤-赤紅壤-紅壤-黃壤-黃棕壤-棕壤；氣候類型垂直帶譜呈：北熱帶-南亞熱帶-中亞熱帶-北亞熱帶-南溫帶-中溫帶；森林類型垂直帶譜呈：干熱河谷植被帶-半濕性常綠闊葉林帶-濕性常綠闊葉林帶-常綠闊葉矮曲林及灌叢帶［11］。研究區(qū)地理位置見圖1。

圖1　研究區(qū)地理位置Fig.1 The geographical position of study area

2　研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源與處理方法

根據(jù)研究區(qū)的地理基礎(chǔ)資料，選擇元陽、綠春、紅河、金平苗族瑤族傣族自治縣哈尼梯田典型分布區(qū)域展開外業(yè)調(diào)查，設(shè)置地面控制點，測定每個控制點的坐標(biāo)、海拔、坡度、坡向等信息。根據(jù)外業(yè)調(diào)查資料，借助Erdas平臺，在Google遙感影像上，目視解譯研究區(qū)的梯田地塊，最終獲得梯田斑塊22 765塊。最后，將梯田斑塊Shp矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcMAP中進行拓?fù)錂z查，糾正錯誤，添加投影并計算每個斑塊的面積。

2.2空間分析方法

基于ASTER-GDEM V2高程數(shù)據(jù)（http：/ / www.gscloud.cn），應(yīng)用ArcGIS 10.1，在Arc MAP平臺上，利用空間分析工具對梯田斑塊數(shù)字化結(jié)果進行地形分析。利用Surface中的Aspect、Slope生成坡向及坡度專題圖，然后利用Zonal Statistics工具計算出每個梯田斑塊在Elevation、Aspect、Slope上的平均值。借助SPSS 17.0平臺，依據(jù)評價指標(biāo)的劃分情況進行數(shù)據(jù)分析。

2.3地形指數(shù)分級

2.3.1海拔指數(shù)分級

根據(jù)糾正后的數(shù)字化結(jié)果，結(jié)合梯田在海拔上的分布情況，以200 m為間距，將海拔指數(shù)（elevation，E）分為12個區(qū)間。依次為：1（E＜200 m）、2（200 m≤E＜400 m）、……、11（2 000 m≤E＜2 200 m）、12（E≥2 200 m）。

2.3.2坡度指數(shù)分級

依據(jù)國際地理學(xué)聯(lián)合會地貌調(diào)查與地貌制圖委員會坡度分級體系和全國第二次土地調(diào)查的耕地坡度分級體系［12-13］，再結(jié)合GIS空間分析結(jié)果，將坡度指數(shù)（slope，S）劃分為6個區(qū)間。依次為：Ⅰ級（S≤2°）；Ⅱ級（2°＜S≤6°）；Ⅲ級（6°＜S≤15°）；Ⅳ級（15°＜S≤25°）；V級（25°＜S≤35°）；Ⅵ級（S>35°）。

2.3.3坡向指數(shù)劃分

依據(jù)國家林業(yè)局《森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》（［2003年］6號），將坡向分為8個區(qū)間。依次劃分為：東坡（67.5°～112.5°）；南坡（157.5°～202.5°）；西坡（247.5°～292.5°）、北坡（0°～22.5°、337.5°～360°）；東北坡（22.5°～67.5°）；東南坡（112.5°～157.5°）；西北坡（292.5°～337.5°）；西南坡（202.5°～247.5°）。

3　結(jié)果與分析

3.1哈尼梯田面積分布特征

本研究目視解譯獲得梯田斑塊數(shù)為22 765塊，梯田總面積為68 927 hm2，其中綠春縣共有梯田面積為14819 hm2，金平縣共有梯田面積為13 410 hm2，元陽縣共有梯田面積為25 520 hm2，紅河縣共有梯田面積為15 178 hm2。將22 765塊梯田斑塊劃分為5個面積區(qū)間，見表1。

表1　不同面積區(qū)間哈尼梯田斑塊分布情況Table 1 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different area range

由表1可知，紅河哈尼梯田斑塊的分布呈現(xiàn)隨著面積區(qū)間的增大，梯田斑塊數(shù)量減少但面積增加的趨勢。其中，面積＜1 hm2的梯田斑塊數(shù)量占總梯田斑塊數(shù)量的比例最大，為61.59%，其面積占梯田總面積的8%；而面積≥10 hm2的梯田斑塊數(shù)量較少，其面積占斑塊總數(shù)的5.14%，占梯田總面積的59.15%?？梢?，哈尼梯田主要以連續(xù)的大面積斑塊分布為主。

3.2哈尼梯田海拔分布特征

哈尼梯田在不同海拔區(qū)間的分布情況見表2。

表2　不同海拔區(qū)間哈尼梯田斑塊分布情況Table 2 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different elevation range

由表2可知，梯田分布的最低海拔為210.61 m，最高海拔為2 396 m，平均海拔為1 244.67 m。梯田主要分布在海拔800～1 800 m，斑塊數(shù)占梯田總斑塊數(shù)的91.29%，面積占梯田斑塊總面積的85.14%。在海拔＜600 m和>1 800 m的區(qū)域，梯田小面積零星分布，其面積占總梯田斑塊面積的8.63%，斑塊數(shù)占總梯田斑塊數(shù)的14.8%。海拔1 200～1 400 m是連續(xù)大片梯田的主要集中分布區(qū)，梯田面積占梯田總面積的30.14%，斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)量的21.73%。而在其余海拔區(qū)間，梯田斑塊數(shù)量和面積比例均較小，且各區(qū)間的面積比例普遍低于斑塊數(shù)比例。

哈尼梯田在海拔上的分布特征與以下因素有關(guān)：1）哈尼梯田主要是以哈尼族為代表的少數(shù)名族創(chuàng)造的，其與哈尼族人民的分布位置有關(guān)。紅河哈尼族分布于哀牢山海拔800～2 500 m的山區(qū)地帶［14］，主要集中居住在海拔1 400～2 000 m，在海拔1 000～1 400 m也有居?。?］。2）與哈尼族人民樸實的自然生態(tài)觀有關(guān)?！皹涫撬拿?，水是田的命根，田是人的命根”就是哈尼族最樸實的自然生態(tài)觀。哈尼族將森林分為水源林、村寨林和龍樹林，規(guī)定這3種樹林在任何時候都不許砍伐［15］，而這些森林主要分布在海拔1 800 m以上到山頂部分［16］，因此，96%的梯田分布于海拔1 800 m以下。3）與山區(qū)的降雨量、溫度有關(guān)。山地降水規(guī)律一般是隨海拔高度的增加而增加，降水量在山頂最大［17］，這樣為山下梯田提供了相對充足的水源。

3.3哈尼梯田坡度分布特征

哈尼梯田在坡度區(qū)間上的分布情況見圖2。

圖2　不同坡度區(qū)間哈尼梯田斑塊分布情況Fig.2 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different slope range

由圖2可知，梯田分布的最小坡度為0.5°，最大坡度為61.81°，平均坡度為22.15°。梯田斑塊在Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅵ級坡度上零星分布，大部分梯田主要分布在Ⅲ級、Ⅳ級、V級坡度，其面積占梯田總面積的99.3%，斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的94.11%。Ⅳ級（15°～25°）坡度是大片梯田的主要集中分布區(qū)。該坡度等級梯田面積和斑塊數(shù)量的比例分別為74.80%和52.13%；而其他坡度等級的梯田面積和斑塊數(shù)比例均小于Ⅳ級，且面積比例低于斑塊數(shù)比例；這不僅說明Ⅳ級坡度分布的梯田斑塊數(shù)量多，且梯田斑塊面積大。在V級（25°～35°）坡度上，仍然分布著大量的梯田斑塊，但梯田斑塊面積大幅減小，V級坡度梯田面積比例為17.81%，斑塊數(shù)比例為28.17%。

哈尼梯田在坡度上的這種分布特征與哀牢山地貌以及哈尼族農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活區(qū)位置有關(guān)。哀牢山是地面大規(guī)模抬升，河流急劇下切，形成深度切割的山地地貌。由于河流水系不斷剝蝕切割，導(dǎo)致地表破碎，地形曲折陡峭，從而地表坡度也隨之變得比較陡峭，導(dǎo)致在半山腰的哈尼族所在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活區(qū)內(nèi)，坡度較小且有利于梯田建設(shè)的面積非常有限，而較大坡度的地貌對于梯田的建設(shè)和維護又非常艱難。

3.4哈尼梯田坡向分布特征

不同坡向哈尼梯田分布特征見圖3。

圖3　不同坡向哈尼梯田斑塊分布特征Fig.3 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different aspect

由圖3可知，在坡向分布上，梯田斑塊數(shù)大小順序為：南坡>西南坡>東南坡>東坡>西坡>東北坡>西北坡>北坡；梯田斑塊面積大小順序為：南坡>東南坡>西南坡>東坡>西坡>東北坡>西北坡>北坡。梯田在北坡、西北坡和東坡上以小面積零星分布為主，大部分梯田主要分布在南坡、東坡、西坡、東南坡和西南坡，其面積占總梯田面積的94.99%，斑塊數(shù)占總梯田斑塊數(shù)的82.76%。南坡是大片梯田相對集中的分布區(qū)，面積占總梯田面積的26.95%，斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的19.10%；其次是東南坡和西南坡，東南坡的面積比例為21.49%，斑塊比例為17.88%，西南坡的面積比例為19.87%，斑塊比例為18.12%。

哈尼梯田在坡向上的分布特征與山區(qū)梯田作物的生長特性和不同坡向的太陽輻射強度有關(guān)。水稻（Oryza sativa）是喜光溫濕的作物，溫度與光照是其最重要的2個環(huán)境影響因子［18-19］，而南坡溫度和光照最高，其余坡向次之，北坡最低。在相同海拔等環(huán)境條件下，山地坡向與日照時數(shù)和太陽輻射強度的關(guān)系為：太陽輻射在南坡最多，其次為東南坡和西南坡，再次為東坡、西坡及東北坡和西北坡，最少的坡向為北坡。因此，梯田在南坡分布最多，東南坡和西南坡次之，北坡分布最少。

4　結(jié)　論

1）哈尼梯田的分布隨著面積區(qū)間的增大，呈斑塊數(shù)量減少、面積增加的趨勢。面積≥10 hm2的梯田斑塊數(shù)量占總梯田斑塊數(shù)的5.14%，但面積占總面積的59.15%。因此，哈尼梯田主要以連續(xù)大面積分布為主。

2）哈尼梯田多見于海拔800～1 800 m，坡度6°～35°的南坡、東南坡和西南坡坡向上，而連續(xù)大片梯田則集中分布在海拔1 200～1 400 m，坡度15°～25°的南坡上。

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（責(zé)任編輯曹龍）

第1作者：劉宗濱（1988—），男，碩士生。研究方向：土壤侵蝕。Email：18208818132＠qq.com。

Spatial Distribution Characteristics of Honghe Hani Terrace

Liu Zongbin，Song Weifeng，Ma Jing
（College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China）

Abstract：Based on digital elevation model of ASTER-GDEM V2，representative Hani terraced fields in Yuanyang county，Lvchun County，Honghe County and Jinping County of Yunnan Province were selected as a case study area.Combing with field investigation and using spatial analysis method based on GIS platform.The relationships between the spatial distribution of Honghe Hani Terrace and topographic index of elevation，slope and aspect was analyzed.The research results showed that the total area of terrace of the study area was 68 927 hm2.The number of terrace patches which area was larger than 10 hm2were few，but accounted for fifty-nine percent of the total area of the terraces.So the results showed that the distribution of the terrace was a continuous large area.The terraces are mainly distributed from 800 m to 1 800 m，the slope of 6°-35°，with the southeastern slope and southwestern slope.The large continuous terrace was concentrically distributed at the elevation of 1 200-1 400 m，the slope of 15°-25°，with the southern slope.The distribution characteristics of Hani terraces in space were related to the spatial distribution pattern of settlements，the geomorphological features and the environmental factors of Ailao Mountain.

Key words：digital elevation model，Honghe Hani terrace，topographic index，spatial distribution，characteristic

通信作者：宋維峰（1967—），男，博士，教授。研究方向：森林水文、生態(tài)環(huán)境工程。Email：songwf＠126.com。

基金項目：西南林業(yè)大學(xué)云南省省級重點學(xué)科（林學(xué)）資助；國家自然科學(xué)基金項目（41371066）資助；西南地區(qū)生物多樣性保育國家林業(yè)局重點實驗室開放基金資助。

收稿日期：2015-12-29

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.026

中圖分類號：S771.8

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-1914（2016）03-0153-05