哈尼梯田遗产地人类活动强度定量化研究

章侃丰，角媛梅，丁智强，刘歆

云南师范大学旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500

哈尼梯田遗产地人类活动强度定量化研究

章侃丰，角媛梅*，丁智强，刘歆

云南师范大学旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500

人类活动强度是表征人类对环境影响和作用程度的指标，可通过土地利用类型来定量化。本研究运用地理信息系统 (GIS) 技术，以哈尼梯田遗产地所在的元阳县的土地利用数据为基础，结合研究区实际情况，建立了元阳县不同土地利用类型的人类影响强度系数，量化了研究区域的人类活动强度的大小和空间分异。结果表明元阳县人类活动强度整体较低，但从元阳县到遗产区再到遗产核心区，人类活动强度呈明显的递增趋势。空间上看，元阳县人类活动强度西高东低，高值一般出现在 1500 m-2000 m 的中高海拔地区。遗产区和遗产核心区的人类活动强度则以主要梯田片区为表征，呈块状分布，高值主要集中在牛角寨、坝达、多依树、老虎嘴4大梯田片区。

哈尼梯田；人类活动强度；土地利用/覆被；空间分异

引言

人类活动是指人类为满足自身生存和发展的需求，对自然环境所采取的一系列开发、利用和保护等行为的总称[1]。随着人口的增长和科学技术的进步，人类对地球的作用越来越明显，人类活动对地球的影响范围和强度不断增加，成为引起全球变化的重要驱动力[2]。人类活动对生态环境的影响分为正、负两个方面，因此，研究人类活动对生态环境的影响机制和规律，调控人类活动作用方向和速率，从而发挥其积极作用或降低其负面影响，已经成为当今资源环境领域的热点问题[3]。

目前已经有众多学者对人类活动与各自然要素的关系进行了大量的研究，包括人类活动对土壤、水文、气候等的影响[4-6]。然而如何将人类活动强度进行定量化和空间化是建立人类活动与各自然要素定量关系的重点和难点[7-8]。文英最早开始进行关于人类活动强度的量化研究。她从自然、经济、社会的相互制约和影响角度提出了评价人类活动强度的概念框架，并据此提出了评价人类活动强度的指标体系，最后采用层次分析法和公式法相结合，计算了 1995年全国各省市的人类活动强度[9]。之后还有很多学者在其研究成果的基础上进行了人类活动强度量化的实证研究[10-12]。然而，这种以统计数据为基础的人类活动评价方法缺乏空间的定量化，不适用于小尺度或小区域上人类活动强度的空间分异及其评价。地理信息系统 (GIS) 具有强大的空间模拟和数据综合分析能力，能弥补传统的人类活动强度量化方法的缺陷，较好地实现人类活动强度的空间化表达。越来越多的学者开始将 GIS 技术运用到该领域的研究上来[13-14]。

哈尼梯田世界文化景观遗产作为“自然和人类的共同作品”，它的形成离不开超过千年的人类活动历史。本研究运用 GIS 技术，以哈尼梯田遗产地所在的元阳县土地利用数据为基础，研究该区域人类活动强度的大小和空间分异，以量化人类对景观的压力及其空间分异规律，揭示人类活动与景观形成和演化的机制，并为该区景观建设和保护提供科学依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区及数据来源

红河哈尼梯田世界文化景观遗产位于中国西南部的云南省红河州元阳县 (图1)，面积 2277.71 km2，整个遗产区分布于元阳县的中西部，面积 461.28 km2，遗产核心区面积 166.12 km2，其地理坐标为 22°49-23°19′N、120°27′-103°13′E，地处北回归线以南。遗产区位于哀牢山南段，为山高谷深的深切割中山地貌区，平均海拔 2000 m 以上，其中梯田多分布在海拔400-1900 m，属亚热带季风气候。元阳县主要土地类型为林地、耕地、园地等。主要产业是农业，工业等其他产业比重较小。伴随着近年来哈尼梯田申遗成功，元阳作为遗产区，旅游业得以巨大发展，同时，以餐饮住宿等为主的服务业也受到了连带效应，迅速发展扩张起来，人类活动愈加频繁。

图1 研究区位置和元阳县 DEMFig.1 Location of the study area and Yuanyang County DEM

图2 元阳县土地利用Fig.2 Land use/cover in Yuanyang County

本研究以 30 m 分辨率的 2010年Landsat TM数据和元阳县数字高程 (DEM) 为数据源。通过地理坐标配准、几何校正、裁剪等处理后，通过自动识别、目视辅助解译获得元阳县土地利用分布图，见图2。

1.2 人类活动强度的计算方法

1.2.1 人类活动强度指数

人类活动会造成景观组分的原始自然特性不断降低，因此不同类型的景观组分反映了不同等级的人为活动或开发利用强度，为计算人类影响程度，曾辉等[15]利用不同景观组分的面积比重，提出人工改造活动指数计算方法，用来描述一定区域内景观人工改造活动强度。本研究引用曾辉提出的人工改造活动指数，并根据元阳的实际情况对不同景观类型的人类影响强度系数进行修正，在土地利用图的基础上，定量化描述其人类活动强度。具体公式如下：

式中 HAI (Human Activity Intensity) 为人类活动强度指数，其值越大，表示人类活动强度越大、影响程度越高。n是景观组分类型的数量，Ai是第i种景观组分的面积，TA是景观总面积，Pi是第i种景观类型的人类影响强度系数。

1.2.2 人类影响强度系数确定

人类影响强度系数反映了不同类型景观的属性特征和人类参与、管理、改造的强度。通常是通过专家打分来确定的，徐勇等[1]提出建设用地当量 (CLE，Construction land equivalent) 的概念，以人类活动强度最大、程度最高的土地利用类型——建设用地为度量基本单位，并根据人类活动对陆地表层的作用大小给出了不用土地利用类型的建设用地当量折算系数(CI，Conversion index of construction land equivalent)。本研究在其研究基础上，结合元阳县的实际情况，将元阳县不同土地利用类型的人类影响强度分成三个层级：未利用、极少利用层，包括裸地和林地，该层表示自然覆被未被改变且未被利用、或极少被利用，人类影响强度最低。一般利用层有草地、园地、河流，指的是对表层覆被加以利用。该层中园地中虽然自然覆被有变化，但变化主要是物种间变化，同一种作物统一集中种植，土地利用类型变化较小，因此划为一般利用层。河流虽然覆被未被改变，但是由于元阳县内有较多采沙场，加上元阳县当地居民会从各自然河流引水灌溉，人类影响较大，故其系数高于园地等。改造或开发利用层有水库、耕地和居住交通用地，该层均有较大的人为干扰，不仅覆被改变，有的甚至影响到表层上下的能量交换。具体介绍见下表1。

表1 元阳县不同土地利用类型的人类影响强度系数Table 1 Human impact intensity coef ficient of different land use in yuanyang county

2 结果与分析

2.1 哈尼梯田区人类活动强度分析

将元阳县土地利用数据导入 Arcgis，根据公式(1) 进行转换和计算，得到元阳县、遗产区、遗产核心区的人类活动强度指数 (HAI)，结果见表2。由表可见，元阳县的主要土地利用类型为人类活动影响较小的林地，占总面积的 65.87%，其中遗产区林地占遗产区总面积的 67.39%，遗产核心区林地占核心区总面积的 62.78%。这也导致了最后 HAI 值较小，说明总体上，哈尼梯田区人类活动强度偏弱。人类影响较低。分级来看，人类活动强度指数由小到大排序为：元阳县＜遗产区＜遗产核心区，从县级到遗产核心区呈递进趋势。这是因为，遗产核心区中表现为人类影响较大的开发改造层 (水库、耕地、居住交通用地) 面积的比重最高，达到 28.65%，远远高于遗产区的 21.11% 和整个元阳县的 12.42%。其中水库、城镇、旱地等土地利用类型面积比重三者基本持平，水田的面积比重遗产核心区远远高于遗产区和元阳县，元阳县水田面积比为 5.12%，遗产区为 14.28%，而遗产核心区达到 21.91%。水稻种植作为哈尼梯田的传统耕作方式，与人类的管理活动密切相关，需要哈尼人采取精耕细作的方式来保证梯田的产量，就一年的水稻生长来说，需要经过播种、犁田、耙田、栽秧、薅秧等 20 多道繁杂的工序。近年来，随着城市化的发展、劳动力转移等因素的影响，元阳的水稻梯田出现弃耕撂荒，或者转变为旱作的现象，而遗产核心区是哈尼传统稻作梯田系统保存最完好的地方。这也导致遗产核心区 HAI 相对较高。

表2 哈尼梯田人类活动强度指数Table 2 Human activity intensity index of Hani Rice Terrace

2.2 哈尼梯田区人类活动强度的空间分异

哈尼梯田作为世界文化景观遗产，是哈尼文化与当地的自然景观长期相互影响、相互作用的结果，不同的人类活动强度在空间上形成不同的景观及其类型。由于哈尼梯田景观类型的分布具有明显的空间分异特征，呈现森林在上、村寨居中、梯田在下、河流贯穿其中的垂直分布[16]。因而可以根据景观类型的分布状况来分析人类活动强度的空间分异。将元阳县分成 1×1 km 的网格，利用元阳景观分类图，按公式 (1)和表1 中的人类影响强度系数，通过 Arcgis 的空间分析，计算单元格的人类活动强度值，得到元阳县人类活动强度的空间分布图，图3。

总的来看，整个元阳县的人类活动强度具有明显西高东低的空间分异，人类影响最大的城镇和水田集中分布在海拔 1500-2000 m 的中部、中西部地区，这里人类活动强度也最高，但分布不均匀。北部红河沿岸地区和以园地为主的南部地区人类活动强度较高且分布较均匀。而以林地为主的中东部、东部地区，人类活动强度较低，地处元阳东南部的大坪乡地区不同于人类活动强度普遍较低的其他东部区域，该乡矿石资源丰富，盛产草果，农业较发达，因此人类活动强度较高。遗产区和遗产核心区的人类活动强度则呈现以梯田为表征的块状分布，遗产核心区人类活动强度最高的三块区域分别对应哈尼梯田最负盛名的三大梯田片区，坝达片区、多依树片区和老虎嘴片区，而地处核心区以外，遗产缓冲区西北部的牛角寨梯田片区人类活动强度也很高。这四大梯田片区作为哈尼梯田的重要景点一方面吸引了很多慕名而来的游客，从而带动了以餐饮、住宿为主的旅游业的发展。另一方面为了维护哈尼梯田的可持续发展，当地会投入更多的人力物力去进行景观的维持和保护。而这两方面均使得该区域的人类活动强度提高。

图3 元阳县人类活动强度空间分异Fig.3 Spatial differentiation of human activity intensity in Yuanyang County

2.3 哈尼梯田区人类活动强度的程度差异

元阳县人类活动强度除具有空间分异外，还存在明显的程度差异。在计算出每个单元格人类活动强度的基础上，按照 HAI＜2.5 为人类活动强度较低、2.5≤HAI＜5 为人类活动强度适中、HAI≥5为人类活动强度较高把元阳县人类活动强度分为 3 级，分别统计元阳县、遗产区、遗产核心区各级人类活动强度单元格的比重。结果见下图4。

图4 人类活动强度程度差异Fig.4 Degree differences in the intensity of human activities

由图4 可见，整个元阳县人类活动强度集中在0-2.5 之间，该区间的单元格占总数的 54%，97% 的单元格人类活动强度都小于 5，具有较高人类活动强度的单元格只占 3%，说明总体上元阳县人类活动强度偏低，人类影响不是十分强烈。不同于整个元阳县，遗产区的人类活动强度集中在 2.5-5 之间，占总数的50%，其次是 0-2.5，占总数的 39%，人类活动强度大于 5 的单元格比重比元阳县略有提升，达到11%，说明遗产区的人类活动强度虽然也不是很高，但要明显强于元阳县。遗产核心区人类活动强度在各级上的特征与遗产区总体类似，即单元格总数最多的是 2.5-5，其次为 0-2.5，大于 5 的单元格数目最少，但三者间的比例不同，为 47:31:22。说明，从元阳县到遗产区再到遗产核心区，人类活动呈现以低强度活动为主向以中高强度活动为主转变的趋势。

3 结论与讨论

本研究运用 GIS 技术，以哈尼梯田遗产地所在的元阳县土地利用数据为基础，结合研究区实际情况，建立了元阳县不同土地利用类型的人类影响强度系数，对元阳县，包括遗产区、遗产核心区进行了人类活动强度的定量描述，并分析了其空间分布特征。结果表明：

(1) 元阳县以林地为主的土地利用类型决定了其整体人类活动强度较低，从整个元阳县到遗产区再到遗产核心区的人类活动强度是层层递增的，即元阳县3.01＜遗产区 3.42＜遗产核心区 3.82。

(2) 空间分布上看，整个元阳县人类活动强度西高东低，高值出现在海拔 1500-2000 m 的地区，即水稻梯田和村寨分布集中的区域。遗产区和遗产核心区的人类活动强度则以主要梯田片区为表征呈块状分布，高值集中在牛角寨、坝达、多依树、老虎嘴4大梯田片区。

(3) 人类活动强度的程度上看，元阳县低、中、高人类活动强度地区面积之比为 54:43:3，遗产区三者之比为 39:50:11，遗产核心区为 31:47:22。从元阳县到遗产核心区，人类活动呈现以低强度活动为主向以中高强度活动为主转变的趋势。

运用 GIS 技术，以空间数据为基础的人类活动强度量化研究虽然能很好地进行现实人类活动强度的空间表达，但是由于忽略了经济和社会方面的统计数据，其结果与实际状况会有一定的偏差。如何更好地将社会经济数据融入到新技术下的人类活动强度评价模型当中，从而得到研究区域更准确更符合实际情况的量化数据，是未来人类活动量化研究的一个热点问题。现已有部分学者进行了这方面的尝试[17-20]，这些新方法能给我们提供参考和思路。

本研究还存在一些不足之处，比如在不同土地利用类型的人类影响强度系统的确定上，划分还不够细致。以林地为例，元阳县林地包括雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、竹林等，它们受到人类的影响大小是不同的。同样的，人工牧草地和高山草甸也存在差异。另外，近年来由于哈尼梯田的申遗成功，研究区的城市化较之前有了很大的发展，人类活动也有了明显加强，而本研究的数据有一定的时间滞后。后续工作会进一步细化分类，优化数据，同时结合社会经济数据进行更加准确的哈尼梯田区人类活动量化研究。

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Quantitative Study on Human Activity Intensity in Hani Rice Terrace Heritage

Zhang Kanfeng, Jiao Yuanmei*, Ding Zhiqiang, Liu Xin
College of Tourism and Geography, Yunnan Normal University, KunMing, Yunnan 650500, China

Human activity intensity is an indicator of human impact on the environment and can be quantified by land use type.This paper established the human impact intensity coefficient of different land use types in Yuanyang County based on the actual situation of the study area.Quantify the size and spatial differentiation of human activity intensity in the study area.The results show that the intensity of human activity in Yuanyang County is low, but the intensity of human activity is increasing from Yuanyang County to the heritage area and the core area of heritage.From a spatial point of view, the human activity intensity of Yuanyang County is high in west but low in east, And the high value generally appear in the 1500-200m middle-high altitude areas.The human activity intensity of the heritage area and the core area of heritage is characterized by massive distribution of several main terraced areas.The high values are concentrated in the Niujiaozhai, Bada, Duoyishu and Laohuzui.

Hani Rice Terrace; Human activity intensity; Land Use/Cover; Spatial Differentiation

10.11871/j.issn.1674-9480.2017.03.007

国家自然科学基金“哈尼梯田景观结构-水文连接度与世界遗产保护研究”(41271203)；国家自然科学基金“哈尼梯田遗产区聚落景观快速变化机制与景区化过程及保护”(41761115)

*通讯作者：角媛梅 (ymjiao@sina.com)

2017年2月15日

章侃丰：云南师范大学，硕士研究生，主要研究方向为自然文化景观与遗产保护。

E-mail:362102939@qq.com

角媛梅：云南师范大学，教授、博士生导师，主要研究方向为景观生态学。

E-mail:ymjiao@sina.com

丁志强：云南师范大学，硕士研究生，主要研究方向为区域生态与可持续发展研究。

E-mail:1220629745@qq.com

刘 歆：云南师范大学，硕士研究生，主要研究方向为景观生态学。

E-mail:1220629745@qq.com