基于GIS和RS的云南山地民族社区植被分布格局及成因

李天星　杨红卫　余建中

摘 要：为探求云南山地民族社区可持续发展之路，采用生态学和民族学等学科交叉研究的方法，以遥感、地理信息系统和全球定位系统（3S）技术为平台，对云南山地民族社区——直苴村从1988年到1999年的植被分布格局及其成因进行研究。结果表明：在此期间，区域景观的异质性增强，景观的破碎化程度加深，区域植被的人为干扰指数不断增大，人为活动的影响遍及整个区域。研究可为实现云南山地民族社区的可持续发展提供科学依据和基础数据。

关键词：植被分布格局；云南山地；少数民族社区；地理信息系统；遥感技术

中图分类号：Q948.15+6 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.10.009

Vegetation Distribution Pattern and Causes in Mountainous Communities of Minority Nationality in Yunnan Province Based on GIS and RS

LI Tian-xing，YANG Hong-wei，YU Jian-zhong

（College of Chemistry and Life Sciences， Chuxiong Normal University， Chuxiong， Yunnan 675000， China）

Abstracts： Vegetation distribution pattern and causes were studied by using the methods of ecology， ethnology and the platform of `3S'（RS，GIS，GPS），in order to search for the road to sustainable development in mountainous communities of minority nationality with reference to Zhiju village —— minority nationality's community in mountainous regions in Yunnan Province from 1988 to 1999. The results showed that human disturbance index of different vegetation types was increased， and landscape heterogeneity was increased too， meanwhile the fragmentation degree was deepened， the influences of human activity expanded in Zhiju village from 1988 to 1999， which provided scientific basis and basic data for the realization of sustainable development in mountainous communities of minority nationality in Yunnan Province.

Key words： vegetation distribution pattern； mountainous regions in Yunnan Province； minority nationality's community； GIS； RS

金沙江为长江上游，由于人类的干扰及环境变迁的影响，近半个世纪以来，金沙江流域森林植被遭到严重破坏，自然环境防洪能力减弱，已严重制约了金沙江流域社会经济的可持续发展，阻碍了长期聚居于该流域的各少数民族社区生产生活水平的快速提高，进而还影响到长江中下游地区社会经济的可持续发展，因此，开展金沙江流域森林植被保护工作十分必要。本研究基于GIS和RS技术[1-3]，提取了云南山地民族行政村—直苴村与森林植被相关的时空信息，并结合民族学的田野调查等方法完成了对直苴村1988—1999年植被类型和空间分布特征的评估分析，以揭示亚热带常绿阔叶林在云南山区长期刀耕火种农业生产方式和近期现代农业生产方式下的演化机制，为分布于金沙江流域的云南山地民族社区天然林保护提供科学参考，为实现云南山地民族社区的可持续发展提供科学依据和基础数据。

1 研究区概况

以永仁县中和乡直苴村为研究区域。永仁县地处滇中北部（101°14′～101°49′E、25°51′～26°30′N），总面积2 189 km2，属金沙江流域，山区占97%[4]，是楚雄州内少数民族人口比例最大的山区小县[5]。彝族占总人口97%的直苴村是以彝族聚居的高寒特困山区村，总面积88.84 km2，年均降水量为1 083 mm，其所在区域，属万马河流域，万马河为金沙江的一级支流。区域内有棕壤、黄棕壤、红壤和水稻土4个土类，以红壤和黄棕壤为主，约占80%。到2001年全村总人口中约3/4的人没受到过学校教育。

2 研究方法

以RS、GPS和GIS 技术构建研究平台，采用生态学和民族学交叉研究的方法，以景观生态学研究为主要手段[6-9]，选取1988—1999年这个时间段，对区域植被分布格局及其变化趋势和成因进行研究。

2.1 数据来源与分辨率

采用1988年4月6日和1999年2月16日过境卫星的影像，轨道号为130-42，分辨率为30 m×30 m的7波段TM卫星影像，以及相关地区的1∶50 000标准分幅的地形图等。多次野外调查获取了大量的第一手资料，在调查过程中，收集到了永仁县行政区划图、降水图、土地利用总体规划图等一些图件及相关的书籍资料。

2.2 图件的研制

2.2.1 基础图件 在地理信息系统软件的支持下，将已获取的卫星影像以及相关1∶50 000标准分幅地形图等在统一的投影系统下进行投影转换，经修改、拼接等反复编辑处理后通过数字化得到水系、道路、居民点、边界图等。

2.2.2 土壤类型图 土壤类型图以永仁县的土壤类型为依据，通过剪切、修改等编辑处理，提取研究区的土壤类型图。

2.2.3 植被类型图 植被类型数据的获取是以TM卫星影像作为信息源，依据云南植被分类系统，结合遥感判读的可能性，建立研究区植被分类系统，将研究区植被类型划分为：水田栽培植被、旱地栽培植被、半湿润常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、针阔混交林等[6-9]（表1）。

根据植被分类系统，采用人机交互与监督分类相结合的方法进行影像解译。整个解译过程基本上分为建立解译标志、选取训练样本、监督分类、修改解译结果和解译结果合成等5个步骤。

2.3 景观分析指标

依据景观生态学的原理和方法，选用景观比例、景观密度、人为干扰指数等指标[7-9]。

Pi=Ai/A×100%，即景观组分i的面积（Ai）占景观总面积（A）的百分比为景观比例（Pi）。景观比例（Pi）是度量单一类型与景观整体的相似性程度，故Pi越大，景观组分与景观整体的就越相似，景观组分对景观整体的影响就越大。

Ri=Ni/A，即景观组分i的斑块数（Ni）与景观总面积（A）之比为景观密度（Ri）。景观密度是用来表示景观破碎化程度的一个关键指标，用于度量景观要素的破碎程度。通过对该指标的研究，就能反映出研究区景观空间结构的复杂性，同时揭示出区域人类活动对景观结构的影响程度。因此，景观密度（Ri）越大，景观组分i的斑块数（Ni）就越多，景观破碎化就越严重，空间异质性程度越大。

HD=Phd/Pn，式中HD为人为干扰指数，Phd为人为干扰景观比例，Pn为自然景观比例。人为干扰指数是用来表示区域景观受干扰的程度。由于人为干扰景观比例（Phd）与自然景观比例（Pn）之和等于1，故Phd越大，景观受人为干扰越强烈。

3 结果与分析

3.1 1988年前区域植被的演化

研究发现，从古代一直到20世纪80年代中后期，是长期的刀耕火种农业耕作方式解决了直苴村人的生存和发展问题[10-15]。而正是刀耕火种使当地人认识到森林对他们生存和发展的重要性，他们自觉地对水源林、神林、风景林等实行绝对的保护，同时对刀耕火种地实行休闲轮歇制，这一切有力地保护了当地森林，致使到1988年，直苴村人均占有土地面积中，74.37%是有林地，5.45%是旱地，0.94%是水田。20世纪80年代中后期，区域刀耕火种农业逐渐被现代农业所替代，区域植被的演化进入了一个新的阶段。

3.2 1988—1999年研究区植被类型的景观动态

如表2所示，整个研究区的自然景观和人为干扰景观由10种类型组成，其中类型1、类型7、类型8、类型10构成研究区的自然景观，而其它6种类型构成研究区人为干扰景观[10-11]。半湿润常绿阔叶林为研究区的地带性植被，中山湿性常绿阔叶林是研究区的垂直地带性原生植被，研究区的暖温性针叶林是次生性持续森林，研究区的灌丛是研究区的地带性植被遭到人类破坏后的产物，是次生灌丛。

1988年10种类型景观比例的排序为：类型7>类型1>类型8>类型2>类型3>类型4>类型9>类型10>类型6>类型5；最小斑块面积中类型5和类型6的最大，类型1的最小；最大斑块面积中类型1的最大，类型10的最小，同时，结合对研究区景观密度和人为干扰指数的研究，可以证明研究区原生植被遭到了大面积的破坏。

类型7的景观密度最大（0.280），类型8的景观密度也达0.217，这与实地调研中发现的当地人砍伐大量云南松外卖赚钱的现实相吻合。而类型9、类型6和类型5的景观密度却非常小，类型3的景观密度也仅有0.082，证明了人类对自然环境的干扰和破坏，致使研究区自然景观的破碎度大，人为干扰景观的破碎度小。

1999年10种类型景观比例的排序为：类型7>类型1>类型2>类型8>类型3>类型9>类型4>类型6>类型10>类型5。类型7的比例从1988年的30.59%增加到40.75%，研究表明，这是研究区原生植被遭到破坏后向次生林演化的结果；类型1的比例从1988年的26.35%增加到26.69%，实地调查发现，这源于半湿润常绿阔叶林的自然修复；类型2的比例从1988年的15.66%增加到20.97%，这主要是人们砍伐木料和采薪等使研究区原生植被遭到破坏后的结果；类型8的比例从1988年的16.64%减少到4.84%，这与当地人大量砍伐云南松外卖赚钱的事实相符；类型10的比例从1988年的0.78%减少到0.34%，这主要是人们大量砍伐木料和采薪等破坏研究区原生植被的结果。类型4的比例和类型3的比例都在下降，这是由于20世纪80年代初实行包产到户后，人们大面积开荒种地，后来由于水、肥及管理等跟不上，人们只好放弃这些旱地。类型9、类型6和类型5的比例由于受研究区地形等条件的限制在短时间内基本上没有什么变化。

最小斑块面积中类型9、类型5和类型6的最大，类型3的最小，类型1和类型7紧随其后；最大斑块面积中类型7的最大，类型10的最小，而类型1的最大斑块面积从1988年到1999年减少了48.41%，这一切综合起来说明了：十多年来研究区原生植被还在遭受大面积的破坏，这从对研究区景观密度和人为干扰指数（达0.376 8，比1988年的0.344 8增加了0.032 0）的研究中可以得到进一步的证明。

从1988年到1999年，研究区景观密度增加了14.42%；类型7的景观密度相比1988年增加了38.57%，成为最大（达0.388），处于第二位的类型1的景观密度相比1988年增加了109.68%，而类型8的景观比例虽然仅为4.84%，但景观密度却达0.118，这一切说明十多年来当地人还在大量砍伐云南松外卖赚钱。类型3的景观密度相比1988年增加了130.49%，高达0.189，而类型9、类型6和类型5的景观密度由于受区域地形等条件的限制在短时间内基本上没有什么变化。

可见，从1988年到1999年，研究区自然景观的破碎度越来越大，说明区域人类活动对自然的干扰和破坏不仅没有减弱，相反还越来越严重。

3.3 1988—1999年区域各植被类型的时空分布格局

3.3.1 1988年区域各植被类型沿海拔、坡度、坡向的分布 1988年，研究区71.31%的半湿润常绿阔叶林分布在海拔2 400～2 800 m之间，而且70.85%的分布在坡度25°以上的地带内。从坡向看，西北坡分布最多，达34.08%，其次为西坡20.16%，北坡17.66%。显示出半湿润常绿阔叶林在山高坡陡的地方和阴湿的地方分布较多的现象。

同期，86.50%的半湿润常绿栎类灌丛分布在海拔2 100～2 700 m的范围内，在坡度25°以上的地带内分布达62.65%。其坡向上的分布主要为东南坡21.33%、东坡17.29%、南坡15.64%、东北坡15.38%。

85.28%的中山湿性常绿阔叶林分布在海拔2 500～2 860 m的地带内，在坡度15°以上的地带内占了77.11%，而其中25～35°的地带就占了31.64%。坡向上，主要分布在西北坡（17.87%）和北坡（17.38%），与半湿润常绿阔叶林的分布格局相似，山高坡陡的地方和阴湿的地方分布较多。

72.17%的暖温性针叶林分布在海拔2 400～2 800 m之间，坡度25°以上的地带内占了67.32%。坡向上的分布相比其它植被类型而言较为均匀：东南坡15.11%、东坡14.94%、南坡10.13%、东北坡17.62%、北坡17.39%、西北坡11.26%、平地4.13%、西坡5.31%。

73.86%的针阔混交林分布在海拔2 400～2 800 m的范围内，坡度25°以上的地带内占了68.45%，坡向上，主要分布在东南坡（17.97%）、东坡（15.04%）和南坡（15.72%）。

荒草地主要分布于山高（海拔2 500～2 860 m占了56.72%）坡陡（坡度15°以上占了85.25%，而其中25～35°的地带就占了36.27%）和干旱（阳坡的分布占了65.86%）的地方。裸土地中，63.75%的分布在海拔2 100～2 300 m之间的地带内，坡度15°以上占了87.94%，而其中25～35°的地带就占了41.41%，在阳坡的分布达83.34%。

实地调研后发现，以上各种自然植被类型的分布格局主要是人类干扰自然和破坏森林植被的结果，是人类对自然环境和植物资源空间分布格局的主动回应。

居民点在相对平缓（73.44%的分布在海拔2 000～2 300m之间、坡度25°以下占了76.41%）之地和阳坡的分布较多（达56.86%）。71.29%的旱地栽培植被分布在海拔2 000～2 400 m，但直至区域的最高峰也有分布，足见人类对自然的干扰和破坏；同时，48.92%的旱地栽培植被分布在坡度25°以上的地带内，因此，有近一半的旱地栽培植被应退耕还林；坡向上在背阴的、相对潮湿的地方（阴坡的分布占了69.47%）分布较多。水田栽培植被主要分布在海拔2 000～2 100 m，占了74.66%，24.40%的分布在2 100～2 200 m的地带内；坡度25°以下的范围内占86.76%，坡向上84.86%的分布在平地和阴坡。

通过实地调查后发现，在研究区无论是居民点还是旱地和水田的空间分布格局都是当地人主动改造和适应当地自然环境和社会环境的结果。

3.3.2 1988—1999年区域各植被类型在海拔、坡度、坡向上的分布格局的变化 直苴村1999植被的分布格局与1988年的情况相似，半湿润常绿阔叶林主要分布在山高（海拔2 300～2 800 m）坡陡（坡度25°以上）和阴湿的地方，但在25°以上的坡度范围内的分布下降了3.86%，出现了西北坡等坡向上分布减少而东南坡等坡向上分布增多的现象。半湿润常绿栎类灌丛主要分布于海拔2 100～2 700 m，和1988年相比，阳坡的分布减少而阴坡的分布增加，和同时期半湿润常绿阔叶林在坡向上的分布格局的变化情况互补。

中山湿性常绿阔叶林主要分布在海拔2 500～2 860 m的地带内，占了97.70.%（1988年为85.28%），和1988年相比，越来越集中于高山陡坡之地，坡度35°以上占了36.72%（1988年为21.27%）。

暖温性针叶林比1988年更集中分布在干旱和山高（海拔2 500～2 860 m为82.21%，1988年海拔2 400～2 800 m为72.71%）坡陡（坡度25°以上）的地方。

针阔混交林和1988年相比，阳坡的分布减少而阴坡的分布增加，其分布越来越集中于山高（海拔2 400～2 800 m）坡陡（坡度25°以上）的地方。

和1988年相比，荒草地主要分布于海拔2 100～2 400 m，在向低海拔蔓延；而裸土地的分布却不断集中在人类对自然的干扰最为频繁也最为强烈的海拔范围内。

实地调研后发现，和1988年一样，1999年区域各种自然植被类型的分布格局主要还是人类干扰自然和破坏森林植被的结果。

和1988年相比，1999年研究区居民点的分布依然集中在相对平缓的地方和向阳的地方。旱地栽培植被的分布相比1988年，在不断向高海拔地带蔓延，主要分布于海拔2 100～2 600 m，但海拔2 400 m以上的地带内其分布不断增多，直至区域的最高峰也如此，而2 400 m以下的地带内却不断减少；52.44%（1988年为48.92%）的旱地栽培植被分布在坡度25°以上的地带内，且不断向山高坡陡之地和向阳的地方集中，因此，有一半多的旱地栽培植被应退耕还林。和1988年相比，水田栽培植被的分布格局变化不大，但在山高坡陡之处也有零星分布。

通过实地调查后发现，和1988年一样，研究区居民点、旱地和水田的空间分布格局都是人们主动改造和适应当地自然环境和社会环境的结果。

综上所述，从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向演化，这是组成研究区自然景观的各种元素被人为干扰和破坏的结果，十多年来，人们对自然的干扰和破坏越来越严重。

4 结论与讨论

亚热带常绿阔叶林在云南山区的广泛分布和云南山区复杂多样的自然地理环境条件，是研究区植被分布格局形成的基础和前提，研究区农业生产方式是研究区植被分布格局形成的重要原因。20世纪80年代中后期，区域刀耕火种农业逐渐被现代农业所替代，曾经依托于传统民族文化的保护、在刀耕火种农业时代保留下来的风景林、水源林和神树林等不少原生植被在现代农业背景下遭到了干扰和破坏。从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向上演化，区域内各种常见的云南植被类型在短期内遭到了大面积的破坏，经济利益的诱惑和快速脱贫的愿望致使区域暖温性针叶林大面积消失，由于人类耕地的步步紧逼，阔叶林的分布退缩到了山高坡陡之处。

然而，现代农业代替传统农业是人类历史发展的必然，人与自然的和谐共处、真正绿色的、生态的农业生产方式才是研究区植被永葆青春的根基和源泉。展望未来，有理由相信云南山区众多的传统民族文化和现代民族文化在云南山地民族社区森林资源的保护中将大放光彩。

致谢：感谢永仁县县委、政府，中和乡党委、政府，直苴村委会等对整个调研工作的支持。对云南大学叶辉教授、杨树华教授给予的指导表示感谢！

参考文献：

[1] 陈鹏， 吴剑， 傅世锋.平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析[J].生态科学，2013，32（3）： 265-270.

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[15] 李天星.云南山地民族社区社会系统优势性表现及影响因素[J]. 天津农业科学， 2014，20（2）：37-40.

通过实地调查后发现，和1988年一样，研究区居民点、旱地和水田的空间分布格局都是人们主动改造和适应当地自然环境和社会环境的结果。

综上所述，从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向演化，这是组成研究区自然景观的各种元素被人为干扰和破坏的结果，十多年来，人们对自然的干扰和破坏越来越严重。

4 结论与讨论

亚热带常绿阔叶林在云南山区的广泛分布和云南山区复杂多样的自然地理环境条件，是研究区植被分布格局形成的基础和前提，研究区农业生产方式是研究区植被分布格局形成的重要原因。20世纪80年代中后期，区域刀耕火种农业逐渐被现代农业所替代，曾经依托于传统民族文化的保护、在刀耕火种农业时代保留下来的风景林、水源林和神树林等不少原生植被在现代农业背景下遭到了干扰和破坏。从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向上演化，区域内各种常见的云南植被类型在短期内遭到了大面积的破坏，经济利益的诱惑和快速脱贫的愿望致使区域暖温性针叶林大面积消失，由于人类耕地的步步紧逼，阔叶林的分布退缩到了山高坡陡之处。

然而，现代农业代替传统农业是人类历史发展的必然，人与自然的和谐共处、真正绿色的、生态的农业生产方式才是研究区植被永葆青春的根基和源泉。展望未来，有理由相信云南山区众多的传统民族文化和现代民族文化在云南山地民族社区森林资源的保护中将大放光彩。

致谢：感谢永仁县县委、政府，中和乡党委、政府，直苴村委会等对整个调研工作的支持。对云南大学叶辉教授、杨树华教授给予的指导表示感谢！

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[15] 李天星.云南山地民族社区社会系统优势性表现及影响因素[J]. 天津农业科学， 2014，20（2）：37-40.

通过实地调查后发现，和1988年一样，研究区居民点、旱地和水田的空间分布格局都是人们主动改造和适应当地自然环境和社会环境的结果。

综上所述，从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向演化，这是组成研究区自然景观的各种元素被人为干扰和破坏的结果，十多年来，人们对自然的干扰和破坏越来越严重。

4 结论与讨论

亚热带常绿阔叶林在云南山区的广泛分布和云南山区复杂多样的自然地理环境条件，是研究区植被分布格局形成的基础和前提，研究区农业生产方式是研究区植被分布格局形成的重要原因。20世纪80年代中后期，区域刀耕火种农业逐渐被现代农业所替代，曾经依托于传统民族文化的保护、在刀耕火种农业时代保留下来的风景林、水源林和神树林等不少原生植被在现代农业背景下遭到了干扰和破坏。从1988年到1999年，在研究区无论是自然景观还是人为干扰景观都在向不断增大人为干扰指数的方向上演化，区域内各种常见的云南植被类型在短期内遭到了大面积的破坏，经济利益的诱惑和快速脱贫的愿望致使区域暖温性针叶林大面积消失，由于人类耕地的步步紧逼，阔叶林的分布退缩到了山高坡陡之处。

然而，现代农业代替传统农业是人类历史发展的必然，人与自然的和谐共处、真正绿色的、生态的农业生产方式才是研究区植被永葆青春的根基和源泉。展望未来，有理由相信云南山区众多的传统民族文化和现代民族文化在云南山地民族社区森林资源的保护中将大放光彩。

致谢：感谢永仁县县委、政府，中和乡党委、政府，直苴村委会等对整个调研工作的支持。对云南大学叶辉教授、杨树华教授给予的指导表示感谢！

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