哈尼梯田遺產(chǎn)地人類活動強度定量化研究

章侃豐，角媛梅，丁智強，劉歆

云南師范大學旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500

哈尼梯田遺產(chǎn)地人類活動強度定量化研究

章侃豐，角媛梅*，丁智強，劉歆

云南師范大學旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500

人類活動強度是表征人類對環(huán)境影響和作用程度的指標，可通過土地利用類型來定量化。本研究運用地理信息系統(tǒng) (GIS) 技術，以哈尼梯田遺產(chǎn)地所在的元陽縣的土地利用數(shù)據(jù)為基礎，結合研究區(qū)實際情況，建立了元陽縣不同土地利用類型的人類影響強度系數(shù)，量化了研究區(qū)域的人類活動強度的大小和空間分異。結果表明元陽縣人類活動強度整體較低，但從元陽縣到遺產(chǎn)區(qū)再到遺產(chǎn)核心區(qū)，人類活動強度呈明顯的遞增趨勢?？臻g上看，元陽縣人類活動強度西高東低，高值一般出現(xiàn)在 1500 m-2000 m 的中高海拔地區(qū)。遺產(chǎn)區(qū)和遺產(chǎn)核心區(qū)的人類活動強度則以主要梯田片區(qū)為表征，呈塊狀分布，高值主要集中在牛角寨、壩達、多依樹、老虎嘴4大梯田片區(qū)。

哈尼梯田；人類活動強度；土地利用/覆被；空間分異

引言

人類活動是指人類為滿足自身生存和發(fā)展的需求，對自然環(huán)境所采取的一系列開發(fā)、利用和保護等行為的總稱[1]。隨著人口的增長和科學技術的進步，人類對地球的作用越來越明顯，人類活動對地球的影響范圍和強度不斷增加，成為引起全球變化的重要驅動力[2]。人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響分為正、負兩個方面，因此，研究人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響機制和規(guī)律，調控人類活動作用方向和速率，從而發(fā)揮其積極作用或降低其負面影響，已經(jīng)成為當今資源環(huán)境領域的熱點問題[3]。

目前已經(jīng)有眾多學者對人類活動與各自然要素的關系進行了大量的研究，包括人類活動對土壤、水文、氣候等的影響[4-6]。然而如何將人類活動強度進行定量化和空間化是建立人類活動與各自然要素定量關系的重點和難點[7-8]。文英最早開始進行關于人類活動強度的量化研究。她從自然、經(jīng)濟、社會的相互制約和影響角度提出了評價人類活動強度的概念框架，并據(jù)此提出了評價人類活動強度的指標體系，最后采用層次分析法和公式法相結合，計算了 1995年全國各省市的人類活動強度[9]。之后還有很多學者在其研究成果的基礎上進行了人類活動強度量化的實證研究[10-12]。然而，這種以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎的人類活動評價方法缺乏空間的定量化，不適用于小尺度或小區(qū)域上人類活動強度的空間分異及其評價。地理信息系統(tǒng) (GIS) 具有強大的空間模擬和數(shù)據(jù)綜合分析能力，能彌補傳統(tǒng)的人類活動強度量化方法的缺陷，較好地實現(xiàn)人類活動強度的空間化表達。越來越多的學者開始將 GIS 技術運用到該領域的研究上來[13-14]。

哈尼梯田世界文化景觀遺產(chǎn)作為“自然和人類的共同作品”，它的形成離不開超過千年的人類活動歷史。本研究運用 GIS 技術，以哈尼梯田遺產(chǎn)地所在的元陽縣土地利用數(shù)據(jù)為基礎，研究該區(qū)域人類活動強度的大小和空間分異，以量化人類對景觀的壓力及其空間分異規(guī)律，揭示人類活動與景觀形成和演化的機制，并為該區(qū)景觀建設和保護提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)來源

紅河哈尼梯田世界文化景觀遺產(chǎn)位于中國西南部的云南省紅河州元陽縣 (圖1)，面積 2277.71 km2，整個遺產(chǎn)區(qū)分布于元陽縣的中西部，面積 461.28 km2，遺產(chǎn)核心區(qū)面積 166.12 km2，其地理坐標為 22°49-23°19′N、120°27′-103°13′E，地處北回歸線以南。遺產(chǎn)區(qū)位于哀牢山南段，為山高谷深的深切割中山地貌區(qū)，平均海拔 2000 m 以上，其中梯田多分布在海拔400-1900 m，屬亞熱帶季風氣候。元陽縣主要土地類型為林地、耕地、園地等。主要產(chǎn)業(yè)是農業(yè)，工業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)比重較小。伴隨著近年來哈尼梯田申遺成功，元陽作為遺產(chǎn)區(qū)，旅游業(yè)得以巨大發(fā)展，同時，以餐飲住宿等為主的服務業(yè)也受到了連帶效應，迅速發(fā)展擴張起來，人類活動愈加頻繁。

圖1 研究區(qū)位置和元陽縣 DEMFig.1 Location of the study area and Yuanyang County DEM

圖2 元陽縣土地利用Fig.2 Land use/cover in Yuanyang County

本研究以 30 m 分辨率的 2010年Landsat TM數(shù)據(jù)和元陽縣數(shù)字高程 (DEM) 為數(shù)據(jù)源。通過地理坐標配準、幾何校正、裁剪等處理后，通過自動識別、目視輔助解譯獲得元陽縣土地利用分布圖，見圖2。

1.2 人類活動強度的計算方法

1.2.1 人類活動強度指數(shù)

人類活動會造成景觀組分的原始自然特性不斷降低，因此不同類型的景觀組分反映了不同等級的人為活動或開發(fā)利用強度，為計算人類影響程度，曾輝等[15]利用不同景觀組分的面積比重，提出人工改造活動指數(shù)計算方法，用來描述一定區(qū)域內景觀人工改造活動強度。本研究引用曾輝提出的人工改造活動指數(shù)，并根據(jù)元陽的實際情況對不同景觀類型的人類影響強度系數(shù)進行修正，在土地利用圖的基礎上，定量化描述其人類活動強度。具體公式如下：

式中 HAI (Human Activity Intensity) 為人類活動強度指數(shù)，其值越大，表示人類活動強度越大、影響程度越高。n是景觀組分類型的數(shù)量，Ai是第i種景觀組分的面積，TA是景觀總面積，Pi是第i種景觀類型的人類影響強度系數(shù)。

1.2.2 人類影響強度系數(shù)確定

人類影響強度系數(shù)反映了不同類型景觀的屬性特征和人類參與、管理、改造的強度。通常是通過專家打分來確定的，徐勇等[1]提出建設用地當量 (CLE，Construction land equivalent) 的概念，以人類活動強度最大、程度最高的土地利用類型——建設用地為度量基本單位，并根據(jù)人類活動對陸地表層的作用大小給出了不用土地利用類型的建設用地當量折算系數(shù)(CI，Conversion index of construction land equivalent)。本研究在其研究基礎上，結合元陽縣的實際情況，將元陽縣不同土地利用類型的人類影響強度分成三個層級：未利用、極少利用層，包括裸地和林地，該層表示自然覆被未被改變且未被利用、或極少被利用，人類影響強度最低。一般利用層有草地、園地、河流，指的是對表層覆被加以利用。該層中園地中雖然自然覆被有變化，但變化主要是物種間變化，同一種作物統(tǒng)一集中種植，土地利用類型變化較小，因此劃為一般利用層。河流雖然覆被未被改變，但是由于元陽縣內有較多采沙場，加上元陽縣當?shù)鼐用駮母髯匀缓恿饕喔龋祟愑绊戄^大，故其系數(shù)高于園地等。改造或開發(fā)利用層有水庫、耕地和居住交通用地，該層均有較大的人為干擾，不僅覆被改變，有的甚至影響到表層上下的能量交換。具體介紹見下表1。

表1 元陽縣不同土地利用類型的人類影響強度系數(shù)Table 1 Human impact intensity coef ficient of different land use in yuanyang county

2 結果與分析

2.1 哈尼梯田區(qū)人類活動強度分析

將元陽縣土地利用數(shù)據(jù)導入 Arcgis，根據(jù)公式(1) 進行轉換和計算，得到元陽縣、遺產(chǎn)區(qū)、遺產(chǎn)核心區(qū)的人類活動強度指數(shù) (HAI)，結果見表2。由表可見，元陽縣的主要土地利用類型為人類活動影響較小的林地，占總面積的 65.87%，其中遺產(chǎn)區(qū)林地占遺產(chǎn)區(qū)總面積的 67.39%，遺產(chǎn)核心區(qū)林地占核心區(qū)總面積的 62.78%。這也導致了最后 HAI 值較小，說明總體上，哈尼梯田區(qū)人類活動強度偏弱。人類影響較低。分級來看，人類活動強度指數(shù)由小到大排序為：元陽縣＜遺產(chǎn)區(qū)＜遺產(chǎn)核心區(qū)，從縣級到遺產(chǎn)核心區(qū)呈遞進趨勢。這是因為，遺產(chǎn)核心區(qū)中表現(xiàn)為人類影響較大的開發(fā)改造層 (水庫、耕地、居住交通用地) 面積的比重最高，達到 28.65%，遠遠高于遺產(chǎn)區(qū)的 21.11% 和整個元陽縣的 12.42%。其中水庫、城鎮(zhèn)、旱地等土地利用類型面積比重三者基本持平，水田的面積比重遺產(chǎn)核心區(qū)遠遠高于遺產(chǎn)區(qū)和元陽縣，元陽縣水田面積比為 5.12%，遺產(chǎn)區(qū)為 14.28%，而遺產(chǎn)核心區(qū)達到 21.91%。水稻種植作為哈尼梯田的傳統(tǒng)耕作方式，與人類的管理活動密切相關，需要哈尼人采取精耕細作的方式來保證梯田的產(chǎn)量，就一年的水稻生長來說，需要經(jīng)過播種、犁田、耙田、栽秧、薅秧等 20 多道繁雜的工序。近年來，隨著城市化的發(fā)展、勞動力轉移等因素的影響，元陽的水稻梯田出現(xiàn)棄耕撂荒，或者轉變?yōu)楹底鞯默F(xiàn)象，而遺產(chǎn)核心區(qū)是哈尼傳統(tǒng)稻作梯田系統(tǒng)保存最完好的地方。這也導致遺產(chǎn)核心區(qū) HAI 相對較高。

表2 哈尼梯田人類活動強度指數(shù)Table 2 Human activity intensity index of Hani Rice Terrace

2.2 哈尼梯田區(qū)人類活動強度的空間分異

哈尼梯田作為世界文化景觀遺產(chǎn)，是哈尼文化與當?shù)氐淖匀痪坝^長期相互影響、相互作用的結果，不同的人類活動強度在空間上形成不同的景觀及其類型。由于哈尼梯田景觀類型的分布具有明顯的空間分異特征，呈現(xiàn)森林在上、村寨居中、梯田在下、河流貫穿其中的垂直分布[16]。因而可以根據(jù)景觀類型的分布狀況來分析人類活動強度的空間分異。將元陽縣分成 1×1 km 的網(wǎng)格，利用元陽景觀分類圖，按公式 (1)和表1 中的人類影響強度系數(shù)，通過 Arcgis 的空間分析，計算單元格的人類活動強度值，得到元陽縣人類活動強度的空間分布圖，圖3。

總的來看，整個元陽縣的人類活動強度具有明顯西高東低的空間分異，人類影響最大的城鎮(zhèn)和水田集中分布在海拔 1500-2000 m 的中部、中西部地區(qū)，這里人類活動強度也最高，但分布不均勻。北部紅河沿岸地區(qū)和以園地為主的南部地區(qū)人類活動強度較高且分布較均勻。而以林地為主的中東部、東部地區(qū)，人類活動強度較低，地處元陽東南部的大坪鄉(xiāng)地區(qū)不同于人類活動強度普遍較低的其他東部區(qū)域，該鄉(xiāng)礦石資源豐富，盛產(chǎn)草果，農業(yè)較發(fā)達，因此人類活動強度較高。遺產(chǎn)區(qū)和遺產(chǎn)核心區(qū)的人類活動強度則呈現(xiàn)以梯田為表征的塊狀分布，遺產(chǎn)核心區(qū)人類活動強度最高的三塊區(qū)域分別對應哈尼梯田最負盛名的三大梯田片區(qū)，壩達片區(qū)、多依樹片區(qū)和老虎嘴片區(qū)，而地處核心區(qū)以外，遺產(chǎn)緩沖區(qū)西北部的牛角寨梯田片區(qū)人類活動強度也很高。這四大梯田片區(qū)作為哈尼梯田的重要景點一方面吸引了很多慕名而來的游客，從而帶動了以餐飲、住宿為主的旅游業(yè)的發(fā)展。另一方面為了維護哈尼梯田的可持續(xù)發(fā)展，當?shù)貢度敫嗟娜肆ξ锪θミM行景觀的維持和保護。而這兩方面均使得該區(qū)域的人類活動強度提高。

圖3 元陽縣人類活動強度空間分異Fig.3 Spatial differentiation of human activity intensity in Yuanyang County

2.3 哈尼梯田區(qū)人類活動強度的程度差異

元陽縣人類活動強度除具有空間分異外，還存在明顯的程度差異。在計算出每個單元格人類活動強度的基礎上，按照 HAI＜2.5 為人類活動強度較低、2.5≤HAI＜5 為人類活動強度適中、HAI≥5為人類活動強度較高把元陽縣人類活動強度分為 3 級，分別統(tǒng)計元陽縣、遺產(chǎn)區(qū)、遺產(chǎn)核心區(qū)各級人類活動強度單元格的比重。結果見下圖4。

圖4 人類活動強度程度差異Fig.4 Degree differences in the intensity of human activities

由圖4 可見，整個元陽縣人類活動強度集中在0-2.5 之間，該區(qū)間的單元格占總數(shù)的 54%，97% 的單元格人類活動強度都小于 5，具有較高人類活動強度的單元格只占 3%，說明總體上元陽縣人類活動強度偏低，人類影響不是十分強烈。不同于整個元陽縣，遺產(chǎn)區(qū)的人類活動強度集中在 2.5-5 之間，占總數(shù)的50%，其次是 0-2.5，占總數(shù)的 39%，人類活動強度大于 5 的單元格比重比元陽縣略有提升，達到11%，說明遺產(chǎn)區(qū)的人類活動強度雖然也不是很高，但要明顯強于元陽縣。遺產(chǎn)核心區(qū)人類活動強度在各級上的特征與遺產(chǎn)區(qū)總體類似，即單元格總數(shù)最多的是 2.5-5，其次為 0-2.5，大于 5 的單元格數(shù)目最少，但三者間的比例不同，為 47:31:22。說明，從元陽縣到遺產(chǎn)區(qū)再到遺產(chǎn)核心區(qū)，人類活動呈現(xiàn)以低強度活動為主向以中高強度活動為主轉變的趨勢。

3 結論與討論

本研究運用 GIS 技術，以哈尼梯田遺產(chǎn)地所在的元陽縣土地利用數(shù)據(jù)為基礎，結合研究區(qū)實際情況，建立了元陽縣不同土地利用類型的人類影響強度系數(shù)，對元陽縣，包括遺產(chǎn)區(qū)、遺產(chǎn)核心區(qū)進行了人類活動強度的定量描述，并分析了其空間分布特征。結果表明：

(1) 元陽縣以林地為主的土地利用類型決定了其整體人類活動強度較低，從整個元陽縣到遺產(chǎn)區(qū)再到遺產(chǎn)核心區(qū)的人類活動強度是層層遞增的，即元陽縣3.01＜遺產(chǎn)區(qū) 3.42＜遺產(chǎn)核心區(qū) 3.82。

(2) 空間分布上看，整個元陽縣人類活動強度西高東低，高值出現(xiàn)在海拔 1500-2000 m 的地區(qū)，即水稻梯田和村寨分布集中的區(qū)域。遺產(chǎn)區(qū)和遺產(chǎn)核心區(qū)的人類活動強度則以主要梯田片區(qū)為表征呈塊狀分布，高值集中在牛角寨、壩達、多依樹、老虎嘴4大梯田片區(qū)。

(3) 人類活動強度的程度上看，元陽縣低、中、高人類活動強度地區(qū)面積之比為 54:43:3，遺產(chǎn)區(qū)三者之比為 39:50:11，遺產(chǎn)核心區(qū)為 31:47:22。從元陽縣到遺產(chǎn)核心區(qū)，人類活動呈現(xiàn)以低強度活動為主向以中高強度活動為主轉變的趨勢。

運用 GIS 技術，以空間數(shù)據(jù)為基礎的人類活動強度量化研究雖然能很好地進行現(xiàn)實人類活動強度的空間表達，但是由于忽略了經(jīng)濟和社會方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其結果與實際狀況會有一定的偏差。如何更好地將社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)融入到新技術下的人類活動強度評價模型當中，從而得到研究區(qū)域更準確更符合實際情況的量化數(shù)據(jù)，是未來人類活動量化研究的一個熱點問題?，F(xiàn)已有部分學者進行了這方面的嘗試[17-20]，這些新方法能給我們提供參考和思路。

本研究還存在一些不足之處，比如在不同土地利用類型的人類影響強度系統(tǒng)的確定上，劃分還不夠細致。以林地為例，元陽縣林地包括雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、竹林等，它們受到人類的影響大小是不同的。同樣的，人工牧草地和高山草甸也存在差異。另外，近年來由于哈尼梯田的申遺成功，研究區(qū)的城市化較之前有了很大的發(fā)展，人類活動也有了明顯加強，而本研究的數(shù)據(jù)有一定的時間滯后。后續(xù)工作會進一步細化分類，優(yōu)化數(shù)據(jù)，同時結合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行更加準確的哈尼梯田區(qū)人類活動量化研究。

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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

國家自然科學基金“哈尼梯田景觀結構-水文連接度與世界遺產(chǎn)保護研究”(41271203)；國家自然科學基金“哈尼梯田遺產(chǎn)區(qū)聚落景觀快速變化機制與景區(qū)化過程及保護”(41761115)

*通訊作者：角媛梅 (ymjiao@sina.com)

2017年2月15日

章侃豐：云南師范大學，碩士研究生，主要研究方向為自然文化景觀與遺產(chǎn)保護。

E-mail:362102939@qq.com

角媛梅：云南師范大學，教授、博士生導師，主要研究方向為景觀生態(tài)學。

E-mail:ymjiao@sina.com

丁志強：云南師范大學，碩士研究生，主要研究方向為區(qū)域生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展研究。

E-mail:1220629745@qq.com

劉 歆：云南師范大學，碩士研究生，主要研究方向為景觀生態(tài)學。

E-mail:1220629745@qq.com