红河哈尼梯田空间分布特征研究

刘宗滨 宋维峰 马 菁（西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224）



红河哈尼梯田空间分布特征研究

刘宗滨 宋维峰 马 菁
（西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224）

摘要：基于ASTER-GDEM V2数字高程模型，选择云南省元阳、绿春、红河、金平4县为代表的红河哈尼梯田为研究区域，结合野外调查，应用GIS平台提供的空间分析方法，依据梯田斑块图和数字高程模型，对红河哈尼梯田的空间分布与海拔、坡向、坡度等地形指数的关系和规律进行研究。结果表明：研究区梯田总面积是68 927 hm2，面积≥10 hm2的梯田斑块数量较少，但面积占梯田总面积的59.15%，说明梯田以连续大面积斑块分布为主；梯田多分布在海拔800～1 800 m，坡度6°～35°的南坡、东南坡和西南坡坡向上，而连续大片梯田则集中分布在海拔1 200～1 400 m，坡度15°～25°的南坡上；红河哈尼梯田的空间分布特征，与哈尼族聚落的空间分布格局、哀牢山地貌和环境特征密切相关。

关键词：DEM；红河哈尼梯田；地形指数；空间分布；特征

红河哈尼梯田是哈尼族人民充分利用当地特殊的自然环境条件，历经千年开垦、耕作而形成的以森林-村庄-梯田-江河“四素共构”为特征的良性生态农业系统［1-4］，具有极高的历史、文化、生态、经济、科学等价值［5］。哈尼梯田是世界农耕文明的典范，更是世界山区水土保持工程的奇迹［6］。哈尼梯田分布于云南省南部的哀牢山南段、红河南岸［7］，而红河州所属的元阳、绿春、红河、金平等县是哈尼梯田分布最集中、最典型的区域［8-10］。在2010年西南特大干旱中，哈尼梯田始终水源充足，在西南干旱区少见。但随着我国城镇化、农业现代化和旅游产业的快速发展，当地居民的思想以及生活方式受到巨大冲击，使得哈尼梯田农业生态系统的继承、发展和保护面临严重的挑战。

目前，关于哈尼梯田的研究已经很多，研究区主要集中于元阳县，研究内容涉及梯田文化、梯田景观、梯田生态系统、梯田生物多样性以及梯田水资源等多方面。从大尺度出发，对集中分布在哀牢山南段的哈尼梯田整体空间分布特征的研究较少。因此，本研究应用3S技术，利用空间分析和统计分析方法，研究云南省红河州、哀牢山南段哈尼梯田的分布特征。通过揭示红河哈尼梯田的空间分布格局，以期为红河哈尼梯田的保护、可持续发展和西南地区生态文明建设提供参考。

1　研究区概况

研究区位于云南省红河哈尼族彝族自治州南部、哀牢山南段、红河南岸，地处东经101°48′～103°38′，北纬22°33′～23°08′，行政区划包括红河州的元阳县、绿春县、红河县、金平苗族瑶族傣族自治县，总面积11 019.88 km2。由于研究区受构造侵蚀和剥蚀作用，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。研究区域属低纬度山地季风气候，四季不分明，但干湿季分明。年平均气温18～20℃，全年日照达2 000 h以上；常年降雨量800～1 800 mm，主要分布5—10月的雨季。由于山体相对高差大，随着海拔升高，研究区的日照、温度、降雨、湿度、土壤、植被等具有明显垂直变化特征。其中，土壤类型垂直带谱呈：砖红壤-赤红壤-红壤-黄壤-黄棕壤-棕壤；气候类型垂直带谱呈：北热带-南亚热带-中亚热带-北亚热带-南温带-中温带；森林类型垂直带谱呈：干热河谷植被带-半湿性常绿阔叶林带-湿性常绿阔叶林带-常绿阔叶矮曲林及灌丛带［11］。研究区地理位置见图1。

图1　研究区地理位置Fig.1 The geographical position of study area

2　研究方法

2.1数据来源与处理方法

根据研究区的地理基础资料，选择元阳、绿春、红河、金平苗族瑶族傣族自治县哈尼梯田典型分布区域展开外业调查，设置地面控制点，测定每个控制点的坐标、海拔、坡度、坡向等信息。根据外业调查资料，借助Erdas平台，在Google遥感影像上，目视解译研究区的梯田地块，最终获得梯田斑块22 765块。最后，将梯田斑块Shp矢量数据导入ArcMAP中进行拓扑检查，纠正错误，添加投影并计算每个斑块的面积。

2.2空间分析方法

基于ASTER-GDEM V2高程数据（http：/ / www.gscloud.cn），应用ArcGIS 10.1，在Arc MAP平台上，利用空间分析工具对梯田斑块数字化结果进行地形分析。利用Surface中的Aspect、Slope生成坡向及坡度专题图，然后利用Zonal Statistics工具计算出每个梯田斑块在Elevation、Aspect、Slope上的平均值。借助SPSS 17.0平台，依据评价指标的划分情况进行数据分析。

2.3地形指数分级

2.3.1海拔指数分级

根据纠正后的数字化结果，结合梯田在海拔上的分布情况，以200 m为间距，将海拔指数（elevation，E）分为12个区间。依次为：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坡度指数分级

依据国际地理学联合会地貌调查与地貌制图委员会坡度分级体系和全国第二次土地调查的耕地坡度分级体系［12-13］，再结合GIS空间分析结果，将坡度指数（slope，S）划分为6个区间。依次为：Ⅰ级（S≤2°）；Ⅱ级（2°＜S≤6°）；Ⅲ级（6°＜S≤15°）；Ⅳ级（15°＜S≤25°）；V级（25°＜S≤35°）；Ⅵ级（S>35°）。

2.3.3坡向指数划分

依据国家林业局《森林资源规划设计调查主要技术规定》（［2003年］6号），将坡向分为8个区间。依次划分为：东坡（67.5°～112.5°）；南坡（157.5°～202.5°）；西坡（247.5°～292.5°）、北坡（0°～22.5°、337.5°～360°）；东北坡（22.5°～67.5°）；东南坡（112.5°～157.5°）；西北坡（292.5°～337.5°）；西南坡（202.5°～247.5°）。

3　结果与分析

3.1哈尼梯田面积分布特征

本研究目视解译获得梯田斑块数为22 765块，梯田总面积为68 927 hm2，其中绿春县共有梯田面积为14819 hm2，金平县共有梯田面积为13 410 hm2，元阳县共有梯田面积为25 520 hm2，红河县共有梯田面积为15 178 hm2。将22 765块梯田斑块划分为5个面积区间，见表1。

表1　不同面积区间哈尼梯田斑块分布情况Table 1 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different area range

由表1可知，红河哈尼梯田斑块的分布呈现随着面积区间的增大，梯田斑块数量减少但面积增加的趋势。其中，面积＜1 hm2的梯田斑块数量占总梯田斑块数量的比例最大，为61.59%，其面积占梯田总面积的8%；而面积≥10 hm2的梯田斑块数量较少，其面积占斑块总数的5.14%，占梯田总面积的59.15%。可见，哈尼梯田主要以连续的大面积斑块分布为主。

3.2哈尼梯田海拔分布特征

哈尼梯田在不同海拔区间的分布情况见表2。

表2　不同海拔区间哈尼梯田斑块分布情况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为210.61 m，最高海拔为2 396 m，平均海拔为1 244.67 m。梯田主要分布在海拔800～1 800 m，斑块数占梯田总斑块数的91.29%，面积占梯田斑块总面积的85.14%。在海拔＜600 m和>1 800 m的区域，梯田小面积零星分布，其面积占总梯田斑块面积的8.63%，斑块数占总梯田斑块数的14.8%。海拔1 200～1 400 m是连续大片梯田的主要集中分布区，梯田面积占梯田总面积的30.14%，斑块数占总斑块数量的21.73%。而在其余海拔区间，梯田斑块数量和面积比例均较小，且各区间的面积比例普遍低于斑块数比例。

哈尼梯田在海拔上的分布特征与以下因素有关：1）哈尼梯田主要是以哈尼族为代表的少数名族创造的，其与哈尼族人民的分布位置有关。红河哈尼族分布于哀牢山海拔800～2 500 m的山区地带［14］，主要集中居住在海拔1 400～2 000 m，在海拔1 000～1 400 m也有居住［4］。2）与哈尼族人民朴实的自然生态观有关。“树是水的命根，水是田的命根，田是人的命根”就是哈尼族最朴实的自然生态观。哈尼族将森林分为水源林、村寨林和龙树林，规定这3种树林在任何时候都不许砍伐［15］，而这些森林主要分布在海拔1 800 m以上到山顶部分［16］，因此，96%的梯田分布于海拔1 800 m以下。3）与山区的降雨量、温度有关。山地降水规律一般是随海拔高度的增加而增加，降水量在山顶最大［17］，这样为山下梯田提供了相对充足的水源。

3.3哈尼梯田坡度分布特征

哈尼梯田在坡度区间上的分布情况见图2。

图2　不同坡度区间哈尼梯田斑块分布情况Fig.2 The patches distribution of Honghe Hani Terrace at different slope range

由图2可知，梯田分布的最小坡度为0.5°，最大坡度为61.81°，平均坡度为22.15°。梯田斑块在Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅵ级坡度上零星分布，大部分梯田主要分布在Ⅲ级、Ⅳ级、V级坡度，其面积占梯田总面积的99.3%，斑块数占总斑块数的94.11%。Ⅳ级（15°～25°）坡度是大片梯田的主要集中分布区。该坡度等级梯田面积和斑块数量的比例分别为74.80%和52.13%；而其他坡度等级的梯田面积和斑块数比例均小于Ⅳ级，且面积比例低于斑块数比例；这不仅说明Ⅳ级坡度分布的梯田斑块数量多，且梯田斑块面积大。在V级（25°～35°）坡度上，仍然分布着大量的梯田斑块，但梯田斑块面积大幅减小，V级坡度梯田面积比例为17.81%，斑块数比例为28.17%。

哈尼梯田在坡度上的这种分布特征与哀牢山地貌以及哈尼族农业生产生活区位置有关。哀牢山是地面大规模抬升，河流急剧下切，形成深度切割的山地地貌。由于河流水系不断剥蚀切割，导致地表破碎，地形曲折陡峭，从而地表坡度也随之变得比较陡峭，导致在半山腰的哈尼族所在农业生产生活区内，坡度较小且有利于梯田建设的面积非常有限，而较大坡度的地貌对于梯田的建设和维护又非常艰难。

3.4哈尼梯田坡向分布特征

不同坡向哈尼梯田分布特征见图3。

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

由图3可知，在坡向分布上，梯田斑块数大小顺序为：南坡>西南坡>东南坡>东坡>西坡>东北坡>西北坡>北坡；梯田斑块面积大小顺序为：南坡>东南坡>西南坡>东坡>西坡>东北坡>西北坡>北坡。梯田在北坡、西北坡和东坡上以小面积零星分布为主，大部分梯田主要分布在南坡、东坡、西坡、东南坡和西南坡，其面积占总梯田面积的94.99%，斑块数占总梯田斑块数的82.76%。南坡是大片梯田相对集中的分布区，面积占总梯田面积的26.95%，斑块数占总斑块数的19.10%；其次是东南坡和西南坡，东南坡的面积比例为21.49%，斑块比例为17.88%，西南坡的面积比例为19.87%，斑块比例为18.12%。

哈尼梯田在坡向上的分布特征与山区梯田作物的生长特性和不同坡向的太阳辐射强度有关。水稻（Oryza sativa）是喜光温湿的作物，温度与光照是其最重要的2个环境影响因子［18-19］，而南坡温度和光照最高，其余坡向次之，北坡最低。在相同海拔等环境条件下，山地坡向与日照时数和太阳辐射强度的关系为：太阳辐射在南坡最多，其次为东南坡和西南坡，再次为东坡、西坡及东北坡和西北坡，最少的坡向为北坡。因此，梯田在南坡分布最多，东南坡和西南坡次之，北坡分布最少。

4　结　论

1）哈尼梯田的分布随着面积区间的增大，呈斑块数量减少、面积增加的趋势。面积≥10 hm2的梯田斑块数量占总梯田斑块数的5.14%，但面积占总面积的59.15%。因此，哈尼梯田主要以连续大面积分布为主。

2）哈尼梯田多见于海拔800～1 800 m，坡度6°～35°的南坡、东南坡和西南坡坡向上，而连续大片梯田则集中分布在海拔1 200～1 400 m，坡度15°～25°的南坡上。

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（责任编辑曹龙）

第1作者：刘宗滨（1988—），男，硕士生。研究方向：土壤侵蚀。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：宋维峰（1967—），男，博士，教授。研究方向：森林水文、生态环境工程。Email：songwf＠126.com。

基金项目：西南林业大学云南省省级重点学科（林学）资助；国家自然科学基金项目（41371066）资助；西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室开放基金资助。

收稿日期：2015-12-29

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.026

中图分类号：S771.8

文献标志码：A

文章编号：2095-1914（2016）03-0153-05