基于GIS的元陽梯田空間分布及其自然要素分異研究

劉 敬, 劉澄靜, 角媛梅, 劉志林, 許漢華,

張 華3, 趙冬梅1, 吳常潤1, 馮志娟1, 劉 歡1

(1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500;2.中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 昆明 650051; 3.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院, 昆明 650216)

梯田是廣泛存在于世界山地地區(qū)的農(nóng)業(yè)耕種模式之一，不同地區(qū)的梯田形成歷史和影響因素不同。舉世聞名的元陽梯田，是我國西南山區(qū)少數(shù)民族農(nóng)耕文明的典型代表。作為耕地資源的一種，梯田為哈尼先民繁衍、生存提供了堅(jiān)實(shí)保障；但在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化過程中，這種耕地資源不可避免被占用[1-2]，其完整性不斷受到破壞。因此弄清楚梯田空間分布、明晰其自然影響因素而有針對性進(jìn)行保護(hù)，對更好傳承梯田農(nóng)耕文明、有效維系稻作梯田的完整性、以及保持稻作梯田靈動(dòng)多變的景觀格局具有重要意義。在耕地空間分布方面，陳丹等[3]從居民點(diǎn)、公路、農(nóng)村道路和水域4個(gè)要素進(jìn)行了研究；何昌華等[4]則從距離和地形兩個(gè)因素進(jìn)行了探討；目前對于梯田這一特殊耕地的空間分布，劉宗濱等[5]以紅河(南部四縣)哈尼梯田為對象從地形因子進(jìn)行了研究；以元陽梯田為對象目前較少，在元陽梯田形成的自然因素方面，陳燕[6]、劉衛(wèi)紅[7]、角媛梅等[8-9]學(xué)者從地形地貌、氣候植被以及土壤水文方面進(jìn)行了定性研究；在自然因素對元陽梯田空間分布的影響研究方面，只有王妍[10]、張超[11]等從地形因子出發(fā)進(jìn)行了遙感識(shí)別分析，其他影響因子的研究未見報(bào)道。本文還選取除地形外巖性、土壤為研究因子，綜合運(yùn)用ArcGIS空間分析技術(shù)，對梯田、地形、巖性以及土壤進(jìn)行疊加，統(tǒng)計(jì)并分析各自然要素分區(qū)的梯田面積，定性和定量分析典型山地農(nóng)業(yè)耕種區(qū)域元陽梯田的空間分布、以及各自然要素對梯田空間分布的影響機(jī)理。旨在為我國區(qū)域農(nóng)耕文化的傳承提供一個(gè)新的參考，為元陽梯田開發(fā)利用與保護(hù)的研究者和相關(guān)管理人員提供依據(jù)，同時(shí)也為其他地區(qū)梯田的保護(hù)提供新的研究思路和方法。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

元陽梯田研究區(qū)位于云南省紅河哈尼族彝族自治州南部、紅河南岸的元陽縣，地理坐標(biāo)為102°27′—103°13′E，22°49′—23°19′N，總面積2 189.88 km2。元陽縣地處哀牢山脈中段，基巖全系元古界深變質(zhì)的哀牢山群。自中生代特別是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來，境內(nèi)發(fā)生較大幅度的間隙性抬升和夷平，形成復(fù)雜的地形地貌，最高海拔2 936.6 m，最低海拔144 m，海拔差異明顯；地貌總體西北高、東南低。境內(nèi)主要為亞熱帶山地季風(fēng)氣候，具有“一山分四季，隔里不同天”的獨(dú)特高原立體氣候特征[12]，從河谷到中山山區(qū)氣候差異明顯。研究區(qū)內(nèi)巖石組成較為復(fù)雜，可劃分為片麻巖類、(石)灰?guī)r類、砂巖類、頁巖類4種主要類型；土壤為紅壤(麻黃紅土)、赤紅壤(麻黃赤紅土)、黃壤(麻黃土)以及燥紅土等。元陽梯田在空間分布上具有明顯區(qū)域特征，中部規(guī)模大而集中，其他區(qū)域面積廣大卻分布較少。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

研究數(shù)據(jù)來源主要包括：(1) 梯田數(shù)據(jù)。來源于國家地理信息中心提供的0.6 m高分辨率的Landsat 8影像遙感數(shù)據(jù)，采用監(jiān)督分類法將元陽縣土地利用類型進(jìn)行劃分，從中提取梯田分布信息；(2) 地形數(shù)據(jù)。來源于地理空間數(shù)據(jù)云的數(shù)字高程模型(Digital elevenation Model,DEM)，分辨率為30 m×30 m；(3) 地質(zhì)巖類信息數(shù)據(jù)。由云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院提供的1∶5萬《云南地質(zhì)圖》在ArcGIS 10.4平臺(tái)數(shù)字化得到；(4) 土壤數(shù)據(jù)。來于云南省測繪局1∶75萬幅《云南土壤圖》，經(jīng)ArcGIS 10.4數(shù)字化而來。

研究方法：利用軟件制圖、文獻(xiàn)和已有資料進(jìn)行綜合分析；將梯田、地形、巖石、土壤4個(gè)因子經(jīng)GIS處理分別疊加繪制梯田和地形、巖石、土壤的空間分布圖。地形因子由DEM數(shù)據(jù)經(jīng)3D分析后提?。粠r性和土壤因子分別由紙質(zhì)圖件《云南地質(zhì)圖》、《云南土壤圖》數(shù)字化處理、然后在GIS軟件進(jìn)行地理配準(zhǔn)、柵格化得到；以上諸自然因子，均經(jīng)重分類、柵格轉(zhuǎn)面、裁剪梯田空間分布，最后得到梯田和各因子的空間分布圖；由雙精度計(jì)算、統(tǒng)計(jì)后得到梯田在各因子分區(qū)中面積占比，最后分析梯田空間分布的自然要素特征；此外，所有柵格圖層坐標(biāo)統(tǒng)一為WGS_1984_UTM_Zone_48N。

在各自然因素分級體系上，地形方面海拔因子依據(jù)《云南省農(nóng)業(yè)地理》劃分氣候帶的標(biāo)準(zhǔn)將梯田分成6類；坡度因子根據(jù)2017年修訂《土地變更調(diào)查技術(shù)規(guī)程(使用)》中耕地坡度分級表，將元陽梯田坡度劃分為5類；坡向經(jīng)GIS地形分析共分為10類；巖性因子因研究區(qū)范圍較小故在老師指導(dǎo)下依據(jù)主要性質(zhì)劃分為4類；土壤因子依據(jù)云南省第二次土壤普查《云南省土壤分類系統(tǒng)》共分為32個(gè)土屬共11類。此外，因研究區(qū)范圍較小，下載的氣象數(shù)據(jù)精度不高，且當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境變異大而氣象觀測點(diǎn)很難覆蓋全境；同時(shí)山區(qū)海拔一定程度上可以表征氣溫和降水，而且地形綜合表征可用海拔獲取，因此在自然要素選擇上也就不考慮氣候因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 梯田空間分布

元陽中部是梯田的集中區(qū)，也是本研究的重點(diǎn)區(qū)域，包括全福莊、壩達(dá)、多依樹等在內(nèi)幾個(gè)大的核心片區(qū)(圖1) ；面積規(guī)模大、空間集中連續(xù)，邊界分明；東南部、南部、西南部和西北部的其他區(qū)域的梯田，面積、規(guī)模均不如中部。

在地形上，海拔800～1 500 m的中部亞熱帶山地季風(fēng)氣候區(qū)因地形平緩、水熱條件組合好，發(fā)育了梯田的72.23%；中部梯田集中區(qū)海拔就位于這一范圍內(nèi)(附圖5)；中部區(qū)域在片麻巖類母質(zhì)基礎(chǔ)上沿高線修筑了長度不一、拾級而上的層層梯田，面積達(dá)246.59 km2，占梯田的58.99%(附圖6)；如同細(xì)長的銀帶懸掛在連綿起伏的山體上，受海拔分區(qū)影響該區(qū)土壤帶譜為紅壤與黃壤，共分布221.25 km2梯田，占52.93%(附圖7)，其中中部麻黃紅土(紅壤)、麻黃赤紅土(赤紅壤)兩個(gè)土屬，分布了梯田總面積的32.04%。

圖1 元陽梯田空間分布

2.2 梯田的地形分異

作為人工生態(tài)系統(tǒng)的一種，水稻的生長發(fā)育受自然條件影響顯著。高程適中、坡度平緩、坡向適宜的地形最適宜水稻種植，不僅表現(xiàn)在生長上，同時(shí)對生產(chǎn)管理、空間布局具有重要意義。

不同海拔接收的太陽輻射、大氣降水具有明顯差異，進(jìn)而影響水稻的生長發(fā)育和空間分布。適宜的海拔利于梯田的修筑，同時(shí)方便生產(chǎn)管理。元陽梯田在空間上呈現(xiàn)出明顯的分帶性(附圖5)，海拔800～1 200 m南亞熱帶中山梯田區(qū)(分布34.98%)，1 200～1 500 m的中亞熱帶中山梯田區(qū)(占37.25%)以及1 500～1 800 m的北亞熱帶中山梯田區(qū)(16.98%)，3個(gè)亞熱氣候帶分布了梯田的89.21%(表1)，800 m以下的熱帶河谷區(qū)蒸發(fā)大而降水少、高于1 800 m的溫帶山區(qū)熱量不足，盡管面積廣大卻只分布梯田的10.79%。

表1 各地形要素分區(qū)梯田面積統(tǒng)計(jì)

從附圖5與表1可以看出，海拔區(qū)間800～1 500 m的中部分布了梯田的72.23%。從地貌等級上看，這一海拔區(qū)間屬于亞熱帶中山地貌，水汽爬升冷凝極易產(chǎn)生“地形雨”，降水總量、頻率明顯豐于其他區(qū)間，這對需水量大的水稻是一個(gè)重要保障。此外，中間海拔區(qū)氣候適宜，利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。從海拔140 m的紅河谷至2 000 m的觀音山上，上千級梯田依山體等高線分布，形成了全世界規(guī)模最大、分布最為集中壯觀的稻作梯田地理景觀。沿等高線修筑梯田是哈尼先民繁衍發(fā)展與生存的一個(gè)重要保障，逐級抬升不僅提高了太陽輻射面積、充分利用光熱資源，而且避免了大面積土方搬運(yùn)所需的極大投入，同時(shí)也降低了因梯田面積過大、田埂過高誘發(fā)的垮塌、滑坡幾率，以及由此帶來維修時(shí)的人力、物力以及時(shí)間等成本。

坡度的大小直接影響著梯田的形態(tài)和面積規(guī)模；同時(shí)適宜的坡度亦使含水巖土有著良好的給水性，形成了梯田區(qū)廣泛出露的地下水，為梯田提供了穩(wěn)定補(bǔ)給水源。15°內(nèi)為平耕地、緩坡耕地，分布了梯田的75.35%(表1)，中部梯田區(qū)在坡度上就處于這一區(qū)間，地勢起伏平緩、開發(fā)條件優(yōu)越，梯田面積大且集中連續(xù)(附圖5)；中部以外廣大地區(qū)因地形起伏跨度大，只是斑塊狀分布了24.65%的梯田。梯田隨山勢地形變化，因地制宜，坡緩地大則開墾大田，坡陡地小則開墾小田，甚至在溝邊坎下石隙也開田，梯田大者有數(shù)畝，小者僅有簸箕大，一坡就有成千上萬畝[13]；依據(jù)坡度的大小，設(shè)計(jì)梯田的寬窄和長度，把高處的土方往低處搬運(yùn)，臺(tái)地不人為拉直，而是沿山勢自然彎曲伸長[14]，最終形成自山腳河谷到山腰寬窄不同、層層疊疊的梯田。這種在原有自然基礎(chǔ)上依坡度小幅度改造的稻作方式，對于生產(chǎn)技術(shù)落后、勞動(dòng)力短缺的哈尼先民而言是因地制宜的選擇，是人與自然高度和諧的典范。

坡向?qū)μ萏锏挠绊懼饕憩F(xiàn)于日照時(shí)長、接受太陽輻射的多少，以及對地下水和地表水的控制；偏南或朝南坡向陽光輻射充足，蒸發(fā)量大，表層滯水和淺層地下水量相對較少。受南北走向山脈和地形坡度的影響，元陽梯田在分布上并不是光熱較好的南坡，而是東北、東、東南、西、西北方向(附圖5)，分布了梯田總面積的63.54%(表1)。受平緩地勢影響，一方面開發(fā)利用難度小，工程量不大；另一方面，發(fā)生滑坡等自然災(zāi)害的概率要小得多，這是哈尼先民的現(xiàn)實(shí)考量。坡向偏北同時(shí)意味著太陽輻射相對不足，為彌補(bǔ)對水稻生長的不利影響，當(dāng)?shù)夭扇〗档头N植密度、早種晚收延長生長周期、勤施肥等措施以保障水稻產(chǎn)量。坡向的影響還表現(xiàn)在對地表水和地下水的調(diào)蓄上，偏北坡向表層滯水和淺層地下水較為豐富，為梯田提供了穩(wěn)定水源；尤其是冬季，在上部森林的調(diào)蓄下，源源不斷的水流保障了泡田所需，為來年耕作做好了準(zhǔn)備。

2.3 梯田的巖性分異

不同基巖水理性質(zhì)不盡相同，所發(fā)育的土壤也不一樣。片麻巖是中部主要巖類，面積達(dá)1 132.998 km2，占巖石面積的51.49%；以片麻巖類為母質(zhì)，發(fā)育土壤為單一的紅壤(麻黃紅土)、赤紅壤(麻黃赤紅土)。其他地區(qū)主要以灰?guī)r類(474.95 km2，占總面積21.58%)、砂(礫)巖類(196.78 km2，占8.94%)以及頁巖類(350.34 km2，占15.92%)等為主，土壤多為水稻土、沼澤土以及棕燥土等。從附圖6可以看出，大面積的片麻巖類是中部梯田區(qū)特殊的巖石背景。其他巖石分布地區(qū)梯田面積較小，零星分布規(guī)模不大。

不同基巖水理性質(zhì)，對水體保蓄能力不盡相同。片麻巖類巖石分布了246.59 km2梯田，占總面積的58.99%，是元陽縣最主要巖類，也是中部梯田區(qū)特殊巖石背景。在濕熱的山地立體氣候環(huán)境下片麻母巖風(fēng)化強(qiáng)烈，所含長石、云母等風(fēng)化成細(xì)小顆粒物。同時(shí)，片麻巖山區(qū)是土層和風(fēng)化層深厚，蓄水、保水性能好，土壤肥力高，土石方工程實(shí)施難度小，易于開發(fā)的區(qū)域[15]，經(jīng)過長期的人為耕作影響，上部不斷熟化最終變成深厚耕作土體，顆粒細(xì)膩、粘度高、可塑性強(qiáng)，保蓄水能力大大提高。同時(shí)，底部基巖因上覆深厚土層、缺乏植物根系足夠干擾而保持良好完整性，基巖裂隙不甚發(fā)育，相對密度大、透水性差(表2)，基巖隔水性能良好。因此，中部梯田區(qū)得益于片麻巖底部隔水性和上部容水性為梯田水體起到良好的補(bǔ)給、調(diào)蓄作用，梯田景觀的完整性從水源上得到保障。

南部、東南部、西南部的(石)灰?guī)r類共474.95 km2，占總面積的21.58%；分布了19.07%共79.71 km2的梯田。(石)灰?guī)r屬碳酸鹽類巖石，具有很強(qiáng)的可溶性和滲透性；加之區(qū)域氣候濕潤植被茂密，土壤和流水中有機(jī)酸的含量較高，水溶蝕作用明顯，底部基巖不斷受到侵蝕；山高谷深的地形又導(dǎo)致水具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，在氣候、巖性等因素綜合作用下該地區(qū)的喀斯特作用強(qiáng)烈，巖石滲透系數(shù)大(表2)，降水和地表徑流以“喀斯特水”滲漏到地下深處無法有效利用，自然也就難以滿足梯田所需的灌溉水源。

東南部和西南部的頁巖類、砂巖類巖石，面積分別為350.34，196.78 km2，占比15.92%，8.94%，分布的梯田面積為52.80，32.35 km2，占12.63%，7.74%。與中部梯田區(qū)的片麻巖相比，砂頁巖類孔隙度明顯偏大，相對密度偏小(表2)，滲透系數(shù)高，透水性強(qiáng)(表2)，導(dǎo)致水體下滲嚴(yán)重不能很好保留，無法為梯田提供穩(wěn)定、充足的灌溉水源。此外，砂巖和頁巖的軟化因數(shù)明顯小于其他巖類(表2)，軟化因數(shù)值愈小，表示巖石在水的作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性愈差[16]，這從巖性的角度說明砂巖和頁巖所發(fā)育的土體缺乏足夠穩(wěn)定性，易于發(fā)生垮塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；尤其是砂礫巖，土體粒徑大、砂性強(qiáng)，團(tuán)聚體缺乏粘性而下滲量巨大，在利用上被用作梯田外的其他方向。

頁巖類、(礫)砂巖類巖石受較高海拔的影響而抗凍性較差，尤其在冬春交替之際溫度變化劇烈，巖石反復(fù)凍融基巖裂隙不斷加大，原本不多的水體進(jìn)一步加大了下滲量；尤其是石灰?guī)r類分布區(qū)，下滲更為明顯。此外，這類巖石因含石英等較難風(fēng)化顆粒物，風(fēng)化產(chǎn)物大多質(zhì)地偏砂、土體孔隙直徑過大、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)疏松透水性能良好；同時(shí)粘性結(jié)構(gòu)弱，對水體的保持能力較差。尤其是砂巖分布區(qū)，土體良好通透性利于根系生長發(fā)育的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致的嚴(yán)重透水，這對水稻生長是不利的。

表2 元陽縣主要巖類基本情況及所分布梯田統(tǒng)計(jì)

注：表中“—”代表未發(fā)現(xiàn)。

2.4 梯田的土壤分異

土壤性狀受母巖性質(zhì)影響極大，同時(shí)不同海拔分區(qū)也存在分異明顯的土壤垂直帶譜。中部梯田區(qū)主要受片麻巖類母質(zhì)和亞熱帶海拔區(qū)間影響，發(fā)育為單一的紅壤(麻黃紅土)、赤紅壤(麻黃赤紅土)，空間上集中連續(xù)分布(附圖7)。

中部梯田集中區(qū)的麻黃紅土、麻黃赤紅土，土類上屬紅壤、赤紅壤，兩個(gè)土屬面積為316.93，421.18 km2，分別占元陽縣土壤面積的14.41%，19.16%；所分布梯田面積為57.4，76.55 km2，占總面積的18.31%，13.73%。麻黃紅土屬砂質(zhì)黏壤土，顆粒細(xì)小、基鹽物質(zhì)含量高(表3)；黏粒對鉀、鈣等離子養(yǎng)分有較強(qiáng)的吸附能力，降雨或灌溉時(shí)營養(yǎng)元素不至受淋洗而流失。本區(qū)另一種麻黃赤紅土，土層深結(jié)構(gòu)好，除速效磷較低外其他各種養(yǎng)分含量屬中上，質(zhì)地細(xì)膩，多粉砂質(zhì)黏壤土。

表3 元陽縣各類土壤梯田面積

從研究區(qū)范圍看，紅壤和赤紅壤分布了221.25 km2的梯田，占52.93%(表3)，兩類土壤具有土層厚、黏土含量高的特性。黏土不僅陽離子養(yǎng)分多，而且腐殖質(zhì)也較多，常常和黏粒緊密結(jié)合，增強(qiáng)了土壤的穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)了養(yǎng)分的保持，是梯田可持續(xù)開發(fā)利用的重要保障。此外，黏粒粒間孔隙很小，互相聯(lián)通成為曲折的毛細(xì)管而保水力強(qiáng)，水分進(jìn)入土壤時(shí)滲漏很慢，但土壤中水分也不易蒸發(fā)，地下水能沿著毛管緩慢上升，在地下水位高時(shí)能增加土壤水分供應(yīng)，抗旱力較強(qiáng)[17]。在長時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐中，哈尼先民逐漸探索出“三季節(jié)(冷季、暖季、雨季，每季4個(gè)月)”的勞作節(jié)律，每年除收獲時(shí)短暫排水外其余大部分時(shí)間梯田都處于浸泡狀態(tài)，這利于土壤中鉀元素充分水解生成可溶性鉀鹽為作物吸收利用，同時(shí)也使得土壤內(nèi)有機(jī)物與無機(jī)物不斷進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化與合成，原有理化性質(zhì)不斷發(fā)生分異，對持水性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。尤其是整個(gè)冷季的蓄水泡田，使得土粒越發(fā)細(xì)膩、粘度不斷增強(qiáng)。此外，上部森林在帶來補(bǔ)給徑流水體的同時(shí)，由于梯田修成水平面，并有一高出水平面的田埂，地表徑流及其攜帶的泥沙在梯田中被截留，并逐級沉淀，從而達(dá)成保持水土的效果[18]。經(jīng)過哈尼人民千百年的辛勤耕作，土壤自然屬性發(fā)生極大變化，逐步演化成現(xiàn)在保水性能良好、養(yǎng)分含量高的黏土梯田區(qū)。

其他地區(qū)主要發(fā)育黃壤(麻黃土、棕黃泥土)、(潴育)水稻土、紅壤(棕黃紅土、黃紅泥)以及燥紅土等土壤，梯田空間上呈斑狀分布面積規(guī)模不大。南部和東南部分布較多的是為黃紅泥、棕黃紅土、棕黃泥土，所發(fā)育的梯田面積較小(表3)。從性狀上看，黃紅泥土體含石英砂粒較多，多為砂質(zhì)壤土或砂質(zhì)黏壤土，土壤結(jié)持力較差[19]；棕黃紅土土體厚薄不一，層次分異較明顯，因地處坡地水土流失較重而熟化度低。另一類棕黃泥土質(zhì)地層次“下重上輕”，因缺乏有效鋅、硼、鋁等微量元素而供肥能力弱；受區(qū)域地形影響灌溉條件困難，雨季未到易發(fā)生季節(jié)性干旱缺水，雨季則容易發(fā)生垮塌、滑坡等自然災(zāi)害。本區(qū)還存在一定量砂質(zhì)土壤，一方面顆粒大而比表面積小，毛管水上升高度很低，水的作用難以得到充分發(fā)揮；另一方面砂質(zhì)土熱容量比較小，土溫晝夜溫差大利于有機(jī)質(zhì)積累的同時(shí)也極易引發(fā)凍害，這對水稻是一個(gè)潛在的威脅。西部、西南部和西北部土壤以麻黃土、潴育水稻土以及棕燥紅土為主。麻黃土多處于坡地，土體薄、養(yǎng)分含量低且保水保肥力較差；因受區(qū)域洼地地形影響，潴育水稻土亞氟化鐵含量高，水面表層明顯鐵銹斑紋，阻擋水下氣體交換，易產(chǎn)生硫化氫(H2S)毒害植物根系，當(dāng)?shù)剌^少用于水稻種植。棕燥紅土質(zhì)地多為粉砂質(zhì)黏土至黏土，有“晴天一把刀，下雨一包糟”的特點(diǎn)，耕性不良，當(dāng)?shù)囟嘁院档乩脼橹?。西北部干熱河谷地區(qū)降水少而蒸發(fā)大，同時(shí)干熱氣候會(huì)使土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性變異系數(shù)擴(kuò)大；不穩(wěn)定的團(tuán)聚體因形成可遷移的細(xì)小顆粒，阻斷土壤水、肥、氣的傳輸，同時(shí)加劇土壤侵蝕程度[20]，加之受地形坡度影響，因此盡管位于河谷沿岸，但卻沒有發(fā)育為梯田。

因此，除中部以外其地區(qū)，也就沒有發(fā)育大規(guī)模的梯田分布。

3 結(jié) 論

元陽梯田在地形、巖性與土壤等諸自然要素的相互作用下，空間分布呈現(xiàn)出明顯區(qū)域性。中部梯田區(qū)受片麻巖類母質(zhì)和海拔影響，多垂直分布粘性較強(qiáng)、保水性能良好的麻黃紅土(紅壤)、麻黃赤紅土(赤紅壤)，保障了梯田景觀的水源完整性；同時(shí)，坡度與坡向通過影響梯田的修筑進(jìn)而影響梯田的形狀與面積。

(1) 地形影響并制約著梯田的形態(tài)和規(guī)模，在地形因素影響下梯田空間分布呈現(xiàn)明顯集中性，在海拔800～1 500 m的中山地區(qū)沿高線分布了梯田的72.23%、坡度15°內(nèi)的平耕地、緩坡耕地分布了75.35%，同時(shí)受地形起伏影響，東北、西北等平緩方向梯田分布較多。

(2) 地質(zhì)巖性通過影響保水蓄水的巖石水理性質(zhì)進(jìn)而影響到元陽梯田景觀的完整性；中部地區(qū)的片麻巖類占巖石的51.49%，分布了梯田的58.99%；片麻巖底部基巖透水性極弱形成良好隔水層，基巖上部則儲(chǔ)水性良好成為穩(wěn)定含水層；隔水層與含水層的相互結(jié)合形成了良好的儲(chǔ)水構(gòu)造，能夠較好保存梯田所需的水體。在梯田零星分布的其他地區(qū)主要分布砂巖類、灰?guī)r類以及頁巖類，或是粒徑大孔隙發(fā)育保水性能差，或是以喀斯特水形式下滲而無法有效利用，或是缺乏粘性而容易垮塌、滑坡，始終沒有發(fā)育為像中部一樣連續(xù)的梯田區(qū)。

(3) 土壤礦物成分、理化性狀制約著水稻的生長發(fā)育，其粘性、保水性以及可塑性制約著梯田景觀的完整性。與巖石一樣，土壤和梯田的空間分布具有明顯對應(yīng)性：① 中部梯田集中區(qū)的紅壤(麻黃紅土)、赤紅壤(麻黃赤紅土)，二者占總面積的33.57%、分布了梯田的32.04%，土質(zhì)地偏粘可塑性強(qiáng)，顆粒細(xì)小孔隙致密，具有較好的持水性；同時(shí)鉀、鈣、鎂等元素和基鹽物質(zhì)含量高可以有效降低投入成本，利于梯田可持續(xù)開發(fā)；② 其他地區(qū)梯田土壤或是質(zhì)地偏砂粘性結(jié)構(gòu)弱、土體薄，對水體的保持能力較差，且因?yàn)殡y以凝聚成微團(tuán)聚體而可塑性差，提高了垮塌、滑坡發(fā)生的幾率；或是土粒粗大不易風(fēng)化，多以單粒出現(xiàn)在水中，迅速沉降極易板結(jié)，導(dǎo)致產(chǎn)量不高。

(4) 在地形、巖性以及土壤綜合影響下，尤其是巖石(片麻巖類)以及巖石發(fā)育而來的土壤影響下，元陽梯田空間分布上呈現(xiàn)出明顯區(qū)域性，集中連續(xù)分布于元陽中部，其他地區(qū)零星分布，規(guī)模不大；對元陽梯田形成的自然因素及空間分布研究，巖性是一個(gè)重要考量因素。

正是在多重自然因素綜合影響作用下，元陽梯田呈現(xiàn)出中部集中連續(xù)、其他區(qū)域零星分布的空間景觀格局。