哈尼梯田遺產(chǎn)核心區(qū)土地利用信息圖譜及地形梯度效應

丁智強，華紅蓮，王 平，李玉輝

（云南師范大學地理學部，昆明 650500）

0 引 言

人類與地球環(huán)境之間的關系隨著人口增加、生產(chǎn)方式轉變和技術進步變得愈加不平衡，進而導致地球表層系統(tǒng)出現(xiàn)氣候變暖、海洋酸化、生物多樣性加速喪失、土地利用/覆被急劇變化等嚴重問題[1]。其中土地利用覆被變化往往表現(xiàn)為原始森林、草地和傳統(tǒng)用地類型的減少、景觀同質化、建筑和人工植被的增加，進而導致生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的重大改變[2-3]，并伴隨著潛在的社會經(jīng)濟和文化影響[4-5]。特別是對于世界遺產(chǎn)地等在地球上具有特殊文化內(nèi)涵和“突出普遍價值”的標志性區(qū)域，承載著區(qū)域特殊文化符號和內(nèi)涵傳統(tǒng)的土地利用結構一旦發(fā)生顯著變化，將帶來不可挽回的損失[6]。研究顯示，柬埔寨的吳哥古跡、印尼的婆羅浮屠和菲律賓的伊富高水稻梯田等世界遺產(chǎn)地，都存在保護之下景觀功能退化帶來的一系列問題[7]。吳哥窟遺產(chǎn)地的相關研究指出，由于遺產(chǎn)涉及多方利益相關者，保護區(qū)內(nèi)不受控制的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游設施發(fā)展導致土地利用的復雜化，不僅破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡，而且對吳哥窟遺產(chǎn)的安全造成嚴重威脅[8-10]。對伊富高梯田的相關研究同樣揭示在遺產(chǎn)管理中對梯田生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)特征缺乏認識，忽略了社會、經(jīng)濟、文化過程對當?shù)赝恋乩玫挠绊懯且粮桓咛萃嘶闹匾騕11]。Yoon-Ho 等在分析韓國、日本、中國的一些全球農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)現(xiàn)狀的基礎上指出，目前農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)由于遺產(chǎn)保護與旅游開發(fā)之間的沖突所導致的土地利用問題越來越凸顯，解決土地使用沖突問題是遺產(chǎn)保護的重要內(nèi)容[12]。因此，目前遺產(chǎn)保護工作的當務之急是獲取遺產(chǎn)地土地利用時空動態(tài)格局及其驅動因素的信息，以便合理規(guī)劃利用土地資源，實現(xiàn)保護與發(fā)展的動態(tài)平衡[12]。

關于土地利用時空動態(tài)特征的研究較多，相關學者主要通過轉移矩陣、數(shù)理統(tǒng)計等分析土地利用變化量、變化率、幅度及速度等指標，以土地利用動態(tài)度、轉移矩陣、地學信息圖譜等分析土地利用變化空間特征[13-15]，其中地學信息圖譜是一種GIS 支持下的時空復合分析方法論[16]，能夠綜合反映土地利用空間—屬性—過程一體化時空分布格局[17]。土地利用時空格局是人類活動和生態(tài)環(huán)境演化復雜作用的結果[18]，其驅動因素具有非線性、多重共軛和區(qū)域異質性等特征[19-20]，作為在人類尺度相對穩(wěn)定的自然環(huán)境要素，地形通過制約土壤發(fā)育、侵蝕強度、水熱、通達條件等影響原生植被的空間分布和人類對土地改造利用的方式及強度。目前討論地形條件對土地利用時空格局特征的研究較多，如Liyew 等[21]分析了埃塞俄比亞高地沿海拔和坡度梯度的土地利用/土地覆蓋變化，發(fā)現(xiàn)地形異質性在控制LULC 變化方面起著重要作用，哈凱等[22]分析了河北省懷來縣山地丘陵區(qū)土地利用分布及其與地形因子關系，發(fā)現(xiàn)土地利用景觀格局指數(shù)與地形因子存在顯著的相關性，地形變量對土地利用景觀指數(shù)變化的解釋度達96.98%，張靜靜等[23]研究了太行山淇河流域等山地平原過渡帶地形起伏特征對景觀格局的影響，發(fā)現(xiàn)山地平原過渡帶顯著的地形起伏特征帶來的水熱與人為活動差異是景觀格局形成的直接原因。但大多局限于海拔、坡度、坡向等獨立地形因子的分析，而土地利用空間分布及其格局變化往往同時受到多個地形因子共同作用，所以選擇蘊含豐富地形信息的綜合地形因子更能揭示地形梯度對土地利用變化影響的內(nèi)在機制。

哈尼梯田世界自然與文化景觀遺產(chǎn)地位于云南省紅河州元陽縣，作為一種“活態(tài)遺產(chǎn)”，其發(fā)展與保護之間的矛盾十分突出。目前當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展、旅游業(yè)影響力不斷增大以及人們生計模式的轉變等已經(jīng)導致村寨擴張、水環(huán)境污染[24]、自然災害頻發(fā)[25]、梯田變旱地或撂荒[26]等問題，直接或間接導致了土地利用時空格局的變化，但關于紅河哈尼梯田遺產(chǎn)地土地利用的研究主要集中在縣域層面[27]，且多以低分辨率遙感影像的監(jiān)督分類為主[28]，在遺產(chǎn)核心區(qū)內(nèi)主要關注較小空間（全福莊小流域）或較短時間范圍（2013－2015 年）的土地利用變化[29]，或是僅分析梯田、房屋建筑等主要土地利用類型的變化[30]，機制分析方面主要分析遺產(chǎn)地農(nóng)戶生計改變對土地利用變化的影響[31]，尚未開展遺產(chǎn)核心區(qū)內(nèi)旅游開發(fā)（2005－2010 年）、申報遺產(chǎn)（2010－2015 年）以及后遺產(chǎn)時代（2015－2020 年）等各個階段土地利用變化信息圖譜及地形梯度效應的相關研究。

本研究基于Google Earth 0.5 m×0.5 m 分辨率歷史遙感影像，采用目視解譯和野外調(diào)查相結合，獲取4 期（2005、2010、2015、2020 年）土地利用數(shù)據(jù)，選取表征地表演化動力強弱差異的面積-高程積分指數(shù)、表征坡面土壤流失強弱差異的坡長坡度指數(shù)以及表征土壤潛在水分含量空間差異的地形濕度指數(shù)3 個綜合地形指標，分析哈尼梯田遺產(chǎn)核心區(qū)自2005 年以來的土地利用變化、信息圖譜特征及其地形梯度效應，以期為哈尼梯田遺產(chǎn)核心區(qū)土地資源管理和可持續(xù)利用提供科學支撐。

1 研究區(qū)概況

哈尼梯田世界文化景觀遺產(chǎn)核心區(qū)位于云南省紅河州元陽縣東南部（圖1a），地理位置：102°41′45.9″－102°50′37.8″E，23°1′13.1″－23°10′19.9″N，面積166 km2。研究區(qū)屬紅河流域，中部為哀牢山分水嶺，東北為麻栗寨河和大瓦遮河流域，西南為戈它河、碧猛河、阿勐控河流域（圖1b）。該區(qū)域為亞熱帶高原季風氣候，多年平均降雨量1 401 mm，年均溫介于8.6～17.9 ℃，78%的降水集中在5－10 月的雨季。研究區(qū)海拔609～2 860 m，平均海拔1 579 m，坡度0°～76°，平均坡度24°，在云南省地貌區(qū)劃中，位于“橫斷山南段中山峽谷區(qū)”東部的“哀牢山中山峽谷亞區(qū)”東南部，哀牢山脈南延部分的南段，元江與藤條江之間的分水嶺兩側。山體形成于中生代燕山運動時期，第四紀喜馬拉雅運動以來山體大幅度間歇性抬升，同時河流急劇下切，形成現(xiàn)代大起伏的深切割中山峽谷地貌格局，地勢中間高，南北兩側低，由山脊部位分別向東北、向西南呈階梯狀下降至元江谷地和藤條江谷地，景觀則呈現(xiàn)森林-村寨-梯田垂直分布、河流和溝渠貫穿其中的顯著特征，這種垂直結構特征也體現(xiàn)了各種形式的集約型土地利用方式。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

從Google Earth 下載2005、2010、2015、2020 年四期歷史遙感影像，首先通過實地調(diào)研建立2020 年的遙感影像目視解譯標志，根據(jù)研究區(qū)實際情況，將土地利用類型劃分為草地、道路、房屋建筑、灌木林、旱地、裸地、喬木林、人工林、水田、水域、園地，再參考Zhang等的方案[32]，采用空間數(shù)據(jù)庫更新技術，對2005 年、2010年、2015 年遙感影像進行目視解譯更新，以保證4 期遙感影像目視解譯的標準統(tǒng)一，同時確保了解譯數(shù)據(jù)的準確性。地形分析使用的DEM 分辨率為10 m×10 m，來源于云南省地理信息局。

2.2 土地利用變化轉移矩陣和信息圖譜

土地利用轉移矩陣主要體現(xiàn)土地利用類型從一個時期向下一個時期的變化規(guī)律。圖譜分析可以通過將各個時期的土地利用圖譜單元類型進行重組，從而獲取多個時段內(nèi)的土地利用變化模式信息，進而更加直觀定量分析地類時空轉換。根據(jù)文獻[33]的研究及保護區(qū)的實際情況，可將圖譜變化模式概括為6 種類型，1）穩(wěn)定型：2005－2020 年土地利用方式一直未曾發(fā)生變化；2）前期變化型：僅在2005－2010 年土地利用方式發(fā)生變化；3）后期變化型：僅在2015－2020 年土地利用方式發(fā)生變化；4）中間變化型：2010－2015 年土地利用方式僅發(fā)生一次變化；5）反復變化型：2005－2020 年發(fā)生了兩次以上變化，且2005 年與2020 年土地利用方式相同；6）持續(xù)變化型：2005－2020 年發(fā)生了兩次以上變化，且2005 年與2020 年土地利用方式不同。

2.3 地形因子

選取地形位指數(shù)（Terrain Index，TI）、面積—高程積分指數(shù)（Hypsometric Index，HI）、坡長坡度指數(shù)（Slope length factor and slope steepness factor，LS）和地形濕度指數(shù)（Topographic Wetness Index，TWI），4 個地形因子的計算均在ArcGIS 中基于10 m×10 m 分辨率DEM 完成（圖1）。

2.3.1 TI

TI 以海拔和坡度組合形成的反映區(qū)域內(nèi)地形條件空間分布的綜合性指標[34]，其計算公式：

2.3.2 HI

HI 通過計算流域最低海拔上的山體殘余量來表征侵蝕地貌的發(fā)育階段，首先通過計算流域總面積（A）和總高差（H），并進一步統(tǒng)計不同海拔以上的面積（a）和對應區(qū)域與最低海拔之間的高差（h），通過計算高程比（h/H）和面積比（a/A），以面積比為橫軸，高程比為縱軸，即得到面積-高程曲線，計算曲線在[0,1]的積分：

式中y=f(x)為面積—高程曲線的擬合方程，HI 為面積—高程積分值。當HI＞0.6 表示流域物質被侵蝕的量較少，此時流域地貌特征為地表崎嶇，起伏較大，處于幼年期地貌，0.35≤HI≤0.6 反映地形起伏進一步加大，侵蝕更為強烈，地貌類型呈現(xiàn)多樣化和復雜化，為壯年期地貌，HI＜0.35 反映地形起伏較小，侵蝕作用較弱，為老年期地貌[35-36]。

2.3.3 LS

LS 是對坡面流水空間動態(tài)性的有效表征，在水土保持方面有著重要的應用，很多土壤侵蝕評價模型中均將LS因子作為影響土壤侵蝕的因素[37]。計算公式為：

式中α為流經(jīng)地表w點的單位等高線長度上的匯流面積(m2/m)，β為該點處的坡度(°)[39]。TWI 越大，說明土壤水越容易發(fā)生飽和而產(chǎn)生地表徑流。

2.4 分布指數(shù)

為使土地利用類型在各綜合地形指數(shù)等級上的分布頻率具有橫向和縱向的可對比性，基于分布指數(shù)來描述不同景觀類型在地形位等級上的分布特征，并比較不同地形位區(qū)段或不同組分類型間的差異，其計算公式為[40]：式中P為分布指數(shù)，e為地形因子，i為景觀類型。Aie為地形因子e或地形因子e某一等級下的第i類景觀面積，Ai是整個研究區(qū)內(nèi)第i類景觀的總面積，Ae是研究區(qū)內(nèi)地形因子e或e的某一等級的總面積，A是研究區(qū)的總面積。當P＞1 時表示第i類景觀在地形因子e上的分布具有優(yōu)勢，P值越大，優(yōu)勢度越高，即地形因子e的這一級別上適宜該類景觀發(fā)育和分布。

3 結果分析

3.1 土地利用動態(tài)變化及轉移矩陣

如圖2 所示，2005－2020 年研究區(qū)的土地利用結構未發(fā)生顯著變化，主要土地利用類型一直以喬木林、水田、旱地和灌木林地為主，水域、裸地、道路和房屋建筑的占比始終較小，但是各個土地利用類型之間的相互轉換較為強烈。

如圖3 所示，在空間上，各土地利用類型具有明顯的聚集分布特征。即喬木林、灌木林地、草地主要分布于旅游環(huán)線以上的高海拔區(qū)域，房屋建筑主要分布于旅游環(huán)線附近，水田主要分布于大瓦遮河流域、麻栗寨河流域、阿勐控河流域、碧勐河流域、戈他河流域的中部地區(qū)，旱地除穿插分布于水田之間外，主要分布于河流的下游區(qū)域。

在研究時段內(nèi)，喬木林、園地、人工林地、道路和房屋建筑呈逐年增加趨勢，綜合增長率分別為12.73%、148.32%、118.68%、138.76%、70.58%，增加最強烈的是園地、人工林地和道路。園地的增加主要來源于旱地、灌木林地、喬木林地和水田；人工林的增加來源于喬木林地、旱地、灌木林地和水田；道路的增加主要由喬木林地、旱地、水田和草地轉換而來。

水田和旱地呈逐年減少趨勢，綜合減少率分別為?16.56%、?28.56%，減少的水田主要向旱地、喬木林地、灌木林地以及園地和人工林地轉變。水域從2005 年的0.28 km2波動增加到2020 年的0.69 km2，總體增長率為147.27%，灌木林地（14.86→13.25 km2）和草地（10.15→7.15 km2）呈波動減少趨勢，綜合減少率分別為?10.87%、?29.58%，裸地變化不明顯。

總體而言，2005－2020 年研究區(qū)內(nèi)土地利用變化的主要趨勢是園地、人工林地、道路和房屋建筑占用大量喬木林地、水田和旱地而大規(guī)模擴張，水田和旱地持續(xù)減少，轉變?yōu)槿斯ち值?、道路和建筑和園地。

3.2 土地利用信息圖譜

2005—2020 年研究區(qū)的土地利用變化信息圖譜中面積最大的是穩(wěn)定型，占研究區(qū)總面積的37.43%，穩(wěn)定型中以水田、喬木林、旱地面積最大，分別占穩(wěn)定型總面積的43.33%、42.22%和6.29%，說明目前哈尼梯田遺產(chǎn)區(qū)“森林—村寨—梯田—水系四素同構”景觀格局尚未發(fā)生根本性變化；其次是持續(xù)變化型，該類型面積占研究區(qū)總面積的比例雖然達25.36%，但因為各個土地利用類型之間的轉變復雜，所以除草地持續(xù)向喬木林轉變、水田持續(xù)向人工林轉變兩個類型的面積占持續(xù)變化型總面積的3.22%和2.42%以外，其余類型面積占比均小于1.00%，說明各個土地利用類型之間的轉變十分劇烈；第三是反復變化型，占研究區(qū)總面積的18.41%，主要以水田和喬木林的反復變化為主，最大圖譜類型為“水田→旱地→水田→水田”、“水田→水田→旱地→水田”、“喬木林→灌木林→喬木林→喬木林”，面積分別占反復變化型的7.24%、6.28%、6.18%。后期變化型占研究區(qū)總面積的7.75%，表現(xiàn)為水田在2015—2020 年向旱地和人工林的轉變以及喬木林向灌木林的轉變，三者分別占后期變化型的14.42%、12.49%、9.16%；前期變化型占研究區(qū)總面積的6.84%，前期主要是灌木林、旱地、人工林向喬木林、水田轉變，三者占前期變化型面積的28.26%、19.83%、8.51%。最少的是中間變化型，僅占研究區(qū)總面積的4.21%，以“旱地→水田→水田→旱地”、“旱地→旱地→水田→水田”、“喬木林→喬木林→人工林→人工林”圖譜為主。

在空間上（圖4），穩(wěn)定型主要呈斑塊狀分布于中海拔的梯田區(qū)和高海拔的森林區(qū)，但西南部的阿勐控河流域和戈他河流域較東北部的麻栗寨河流域、大瓦遮河流域更為破碎，連續(xù)性較差；受旅游開發(fā)活動影響，持續(xù)變化型，反復變化型、前期變化型、中間變化型四個類型集中分布在旅游環(huán)線以及景點周圍區(qū)域，另外，在遺產(chǎn)區(qū)北部和西南部的河流下游地區(qū)，由于地處旅游開發(fā)的末梢，游客進入量少，但熱量條件較高，有利于經(jīng)濟作物種植，因此這四個類型圖譜也在這些區(qū)域集中。具體來看，持續(xù)變化型主要呈斑塊狀分布于勝村、巖子腳、攀枝花和本呢倮附近；反復變化型主要分布于平寨、阿者科、普朵、黃興寨、攀枝花一帶，后期變化型主要分布于遠離壩達、多依樹、勐品等主要景點，可達性差，監(jiān)管難度大的區(qū)域，如高城、黃興寨、一碗水等，表現(xiàn)為部分水田向旱地、人工林轉變，以及喬木林向灌木轉變；前期變化型和中間變化型十分破碎，主要呈小斑塊狀或條帶狀零星穿插分布于穩(wěn)定型、持續(xù)變化型、反復變化型和后期變化型四個主要信息圖譜類型之間。

3.3 土地利用信息圖譜的地形梯度效應

如圖5 所示，研究區(qū)土地利用信息圖譜在綜合地形指數(shù)梯度上的分布指數(shù)具有差異性。在第1 級地形位梯度上，持續(xù)變化型、反復變化型、后期變化型3 個圖譜類型均有較大的分布優(yōu)勢，而中間變化型、穩(wěn)定型和前期變化型的分布優(yōu)勢較?。辉?～8 級地形位指數(shù)上，除第3 級和第6級上以持續(xù)變化型和中間變化型有較大分布優(yōu)勢外，其余圖譜的分布指數(shù)均較低，在第9 級地形位指數(shù)上，前期變化型有較大的分布優(yōu)勢，后期變化型的分布優(yōu)勢最低，其余4 種類型分布優(yōu)勢相近，在最高級地形位指數(shù)上，前期變化型的分布優(yōu)勢最大，其次是穩(wěn)定型和反復變化型，后期變化型的分布劣勢進一步擴大。

在第1 級HI 上各圖譜類型的分布指數(shù)有較大區(qū)別，其中反復變化型的分布指數(shù)最大，具有較顯著的分布優(yōu)勢，其次是持續(xù)變化型和穩(wěn)定型，其分布指數(shù)接近1，分布優(yōu)勢最低的是中間變化型和前期變化型。在第2～6 級HI 上，前期變化型的分布優(yōu)勢逐漸增大，反復變化型的分布優(yōu)勢先在第2、3 級上減小后有略增加到接近1 的水平，而后期變化型、持續(xù)變化型和反復變化型在第2 級上有所增大后便持續(xù)減小，中間變化型在第5、6 等級上的分布指數(shù)則是最小，第7～9 級HI 上，除前期變化型在第8 級上的分布指數(shù)較小外，其余各圖譜類型的分布指數(shù)接近，無優(yōu)勢分布類型。在最高級HI 上，持續(xù)變化型的分布優(yōu)勢最大，其次是前期變化型，剩余4 個類型的分布優(yōu)勢均較小。

在第1 級LS 上，穩(wěn)定型的分布優(yōu)勢最大，其余類型的分布指數(shù)較低，均在0.8～1.0 之間。隨著LS 梯度增大，穩(wěn)定型的分布優(yōu)勢逐漸呈波動下降趨勢，在第10 級LS上的分布指數(shù)最??；前期變化型的分布優(yōu)勢逐漸增大，在第7 級LS 梯度上達到最大，之后呈波動下降；后期變化型的分布指數(shù)呈先增后減再增再減的雙峰型分布；持續(xù)變化型、中間變化型和反復變化型的變化趨勢基本一致，分布指數(shù)隨著LS 梯度的增加呈波動增加，在第10級LS 上的分布指數(shù)最大。

在第1 級TWI 上分布優(yōu)勢最大的是前期變化型，分布指數(shù)為1.21，最小的是穩(wěn)定型，分布指數(shù)為0.90，其余4 個類型分布優(yōu)勢居中。在第2 級TWI 上，除穩(wěn)定型的分布指數(shù)較?。?.90）外，其余類型的分布指數(shù)接近，且在1.0～1.1 之間。之后的第3 級TWI 上，穩(wěn)定型的分布指數(shù)增大到1.01，其余類型的分布指數(shù)則進一步降低，導致6 個等級的信息圖譜分布優(yōu)勢接近，所以在該等級TWI 上無分布優(yōu)勢較大類型。在4～10 級TWI 上，穩(wěn)定型的分布優(yōu)勢始終保持最大，而中間變化型的分布優(yōu)勢則不斷降低，其余如前期變化型和反復變化型變化趨勢一直，處于波動降低的趨勢，后期變化型和持續(xù)變化型的分布優(yōu)勢則是先降后升。

4 討 論

4.1 土地利用變化的驅動力分析

土地利用信息提取及動態(tài)變化分析是了解地表環(huán)境演化過程中社會—生態(tài)相互耦合作用與反饋調(diào)節(jié)的重要途徑[2-3]。但較為精準的LUCC 生產(chǎn)線系統(tǒng)[41]對于面積變化十分敏感的中小尺度區(qū)域，特別是自然保護區(qū)、世界遺產(chǎn)地、國家公園等各類型保護地仍顯不足，基于高精度遙感影像人工目視解譯和野外調(diào)查更新的方法，依然是精確獲取區(qū)域土地利用的重要手段[32]。從本研究結果相比支持向量機、最大似然法等[28]方法更符合研究區(qū)內(nèi)實際調(diào)查預期，數(shù)據(jù)精度更高，結果可信，相比王臣立等[29]的研究，擴展了時間和空間范圍，是胡文英等[27]研究的延續(xù)和深化。

一般認為土地利用時空格局變化是自然環(huán)境要素、社會經(jīng)濟、政策等綜合作用的結果[40]，但作為山地型遺產(chǎn)的代表，哈尼梯田土地利用變化驅動因素除了地形因子的主導控制外，其特殊性在于旅游資源開發(fā)背景下，以旅游景點為中心，隨著距離的增加和旅游資源稟賦的降低，這種資源配置的時空差異導致管理政策實施的空間差異，進而影響土地利用類型的時空變化特征。

資源配置的時空差異導致生計模式的轉變，包括村民外出打工，導致勞動力減少和成本提升，進而出現(xiàn)梯田撂荒和棄耕，同時為了降低管理成本和增加經(jīng)濟收入，導致在熱量充足的低海拔區(qū)域，大量水田（包括旱地和灌木林地）種植了香蕉、菠蘿等熱帶水果，中高海拔的水田轉變?yōu)榉N植以杉木為主的人工樹種或種植玉米、紅薯等旱作作物。同時在準備泡田和插秧的季節(jié)正值旱季，但該時段也是游客涌入的旅游旺季，酒店、飯店消耗了大量水資源，水資源在季節(jié)上的配置不均造成水資源緊張，加之近年來高海拔的森林區(qū)種植草果等林下經(jīng)濟作物降低了森林涵養(yǎng)水源的能力[27]，進一步增加了水資源供需之間的矛盾；水資源的空間配置差異導致大部分水資源被上游村寨截留，又因為傳統(tǒng)分水制度瓦解，沿線溝渠疏于管理而發(fā)生滲漏、坍塌等，水流無法到達主魯、麻栗寨、高城等流域中下游的梯田。

就管理政策而言，在國家層面，2005－2020 年的15年間，區(qū)內(nèi)喬木林增長了12.73%，而胡文英等[27]的研究顯示在這之前的1974－2000 年林地持續(xù)減少，帶來這種轉變可能與2002 年云南省實施的天然林保護工程和退耕還林還草工程密切相關，這與西南地區(qū)植被覆蓋持續(xù)提升的結果一致[42]。在遺產(chǎn)區(qū)層面，政府為保證遺產(chǎn)區(qū)域梯田景觀完整性和可持續(xù)發(fā)展，增加大量投入用于溝渠硬化工程，不同層級管道系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水資源的分配載體，大大提升了灌溉系統(tǒng)的物理功能，但是灌溉系統(tǒng)的社會支撐方面建設相對薄弱，灌溉管道系統(tǒng)的便利高效性使得傳統(tǒng)社會制度對水資源的分配約束日益弱化，上游地區(qū)居民為了提高灌溉效率，用水浪費，導致下游地區(qū)剩下的水源不足以支撐灌溉，梯田變旱地或撂荒。另外，旅游的高速發(fā)展導致大量的建設用地在旅游環(huán)線附近集中，而旅游環(huán)線和景區(qū)集中布局在遺產(chǎn)區(qū)上游地區(qū)，在源頭上增加了用水壓力，導致旅游環(huán)線附近土地利用轉換劇烈。

所以未來應該在人地關系分析框架理論創(chuàng)新的基礎上，結合持續(xù)深入的社會調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測，闡述政策、經(jīng)濟和旅游業(yè)之間相互耦合作用如何影響土地利用變化，模擬未來不同情景下土地利用結構和生態(tài)系統(tǒng)服務演變過程。

4.2 指示梯度效應的地形指標

在已有研究中，TI 由于綜合了海拔和坡度梯度而成為研究土地利用及信息圖譜地形梯度效應的重要指標[43-45]，與利用海拔、坡度、坡向等獨立因子進行地形梯度分析相比，TI 有效反映了地形因素對土地利用格局變化的影響。但從其定義可知，TI 只能區(qū)分低海拔-低坡度和高海拔-高坡度地形區(qū)，對低海拔-高坡度或高海拔-低坡度、中海拔-高/低坡度地形區(qū)的指示意義并不明確，說明當某地類在海拔和坡度梯度上的分布優(yōu)勢一致時，TI 等級與分布指數(shù)有很好的對應關系，而在海拔和坡度梯度上的分布優(yōu)勢不一致時，TI 就不能反映地類的空間分布。另外對于耕地、建筑、林地等受人類活動干擾較強烈的地類，其不僅受坡度和海拔的影響，還受坡向、土壤水分等分異帶來的水熱條件控制，此時TI 梯度上就無法體現(xiàn)地形特征對土地利用的影響。雖然武愛彬等[46]提出的地形綜合指數(shù)考慮了坡度、海拔和坡向的作用，但從結果來看，各土地利用類型分布指數(shù)在地形綜合指數(shù)梯度上的變化趨勢與TI 梯度基本一致，亦不能體現(xiàn)復雜地形對土地利用的影響。

考慮到TI 在表征復雜地形組合特征方面的不足，本研究引入HI、LS 和TWI 三個地形因子進行分析，3 個指標分別指示地表演化動力、侵蝕強度和潛在土壤水分空間分異。從結果來看，HI、LS、TWI 有效補充了TI 對部分地形分布區(qū)定義模糊的問題，能夠定量化揭示各類型土地利用信息圖譜的空間分布特征，如低LS 梯度和高TWI 梯度上的土地利用類型變化不強烈，穩(wěn)定型的分布指數(shù)較高；在低TWI 和高TI、HI 和LS 梯度上，土地利用類型在前期變化較強烈，后期趨于穩(wěn)定；高HI 和LS梯度上的土地利用類型變化劇烈，表現(xiàn)出持續(xù)變化型的分布指數(shù)較高。所以揭示不同地形因子梯度上土地利用類型持續(xù)變化的內(nèi)在機制是未來研究的重要內(nèi)容。

4.3 基于信息圖譜地形梯度效應的政策建議

研究區(qū)傳統(tǒng)土地利用格局是長期適應哀牢山區(qū)獨特地形結構的結果，信息圖譜有效表征了土地利用類型的長期變化軌跡，其在不同地形梯度上的分布指數(shù)反應了地表演化動力、侵蝕強度和潛在土壤水分空間分異影響下人類對土地因地制宜的差異化利用。地形梯度決定了山地型遺產(chǎn)地土地利用結構的空間配置，同時，旅游資源稟賦空間差異帶來管理政策和生計模式轉變是土地利用變化和信息圖譜空間特征形成的重要推動力。哈尼梯田遺產(chǎn)結構、內(nèi)涵、組成要素和環(huán)境千百年來未被根本改變，保存完整，被視作和諧生態(tài)體系和人類完美生活的一種典范，其完整性和原真性程度很高。遺產(chǎn)保護的核心問題是維持承載紅河哈尼梯田文化景觀突出普遍價值的“森林-水系-村寨-梯田四素同構”格局及其構成關系。

所以，結合土地利用信息圖譜的地形梯度效應特征，未來應進一步引導遺產(chǎn)區(qū)土地利用類型向增強“點（村寨）-軸（水系、溝渠）-面（森林和梯田）”的主體聯(lián)系和不同地形梯度區(qū)差異發(fā)展、互為補充的方向轉變，即維持信息圖譜中穩(wěn)定型區(qū)域的現(xiàn)狀特征，優(yōu)化前期變化型和中間變化型區(qū)域的空間結構，減緩后期變化型的擴張，引導和促進持續(xù)變化型和反復變化型區(qū)域向穩(wěn)定型發(fā)展，進而提升梯田系統(tǒng)景觀完整性和生態(tài)服務功能，維系民族文化傳統(tǒng)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

具體來看，旅游環(huán)線將壩達、多依樹和老虎嘴等主要景點串聯(lián)起來，旅游活動也在靠近旅游環(huán)線的村寨和梯田展開，對這些區(qū)域來說，政府應該引導旅游業(yè)的有序擴張，增加附近村民旅游從業(yè)技能培訓，提升農(nóng)民在旅游活動中的參與感和獲得感；同時加大水利設施建設投入，將當?shù)鼐用裆舷掠嗡Y源分配的地方性知識納入到管理工作中，適當放權給社區(qū)，維護原有溝長制度，保障水資源的空間合理配置和有效管理，避免水田向旱地和人工林地轉變；從尊重民族傳統(tǒng)宗教結構和民俗文化的角度出發(fā)，引導村民有序建房，維護“磨秋場-寨心-水井-寨神林”的傳統(tǒng)村落空間格局。此外，旅游環(huán)線以上的高海拔區(qū)域是林地和草地的優(yōu)勢分布區(qū)域，應該重點實施退耕還林還草和天然林保護工程，增強森林涵養(yǎng)水源、消峰補枯的生態(tài)服務功能；在低海拔熱量充足但旅游優(yōu)勢較弱的區(qū)域，旅游收益缺失，應該增加梯田種植補貼，平衡收益，維持梯田的種植，同時鼓勵和引導農(nóng)民開展多樣化手工藝品加工，為箐口、壩達、多依樹等村寨提供有民族文化特色的旅游商品。

5 結 論

基于Google Earth 0.55 m×0.55 m 高精度歷史影像，目視解譯得到哈尼梯田遺產(chǎn)核心區(qū)2005、2010、2015、2020 年4 期土地利用數(shù)據(jù)，通過計算轉移矩陣、地學信息圖譜、分布指數(shù)、地形位指數(shù)、面積—高程積分指數(shù)、坡長坡度指數(shù)、地形濕度指數(shù)等，以期從較長時間尺度和完整空間范圍系統(tǒng)闡述該區(qū)域土地利用時空變化特征及其地形梯度效應，得出以下結論：

1）受山區(qū)地貌結構特征的影響，研究區(qū)內(nèi)土地利用以喬木林地、水田、旱地和灌木林地為主，研究時段內(nèi)土地利用結構未發(fā)生明顯改變，但是各個土地利用類型之間的相互轉換較為強烈，在空間上主要集中于旅游開發(fā)活動較為密集的中海拔區(qū)域。主要趨勢是水田減少，轉變?yōu)楹档睾蛦棠玖值兀瑘@地、人工林地、道路和房屋建筑的大規(guī)模擴張占用了喬木林地、旱地、水田。

2）土地利用信息圖譜類型以穩(wěn)定型（37.43%）、持續(xù)變化型（25.36%）和反復變化型（18.41%）為主，各土地利用信息圖譜的空間分布受地形梯度影響明顯，說明研究區(qū)土地利用圖譜在表征地表演化動力、侵蝕強度和潛在土壤水分空間分異的地形位指數(shù)、坡長坡度指數(shù)、地形濕度指數(shù)上具有顯著地形梯度效應，各地形指數(shù)有效揭示了地形梯度影響土地利用信息圖譜的動力機制。

3）旅游驅動下遺產(chǎn)地的土地利用類型轉換日益劇烈，對于山地型遺產(chǎn)區(qū)，地形位指數(shù)、面積-高程積分指數(shù)、坡長坡度指數(shù)和地形濕度指數(shù)4 個因子互為補充，綜合呈現(xiàn)了地形對土地利用結構及其時空變化的影響，對于目前遺產(chǎn)保護工作按地形梯度進行空間差異化規(guī)劃利用土地資源提供了基礎，對于遺產(chǎn)地走向精確化、柔性化保護提供了依據(jù)。未來研究將在此基礎上準確識別土地利用轉換關鍵區(qū)，判斷土地利用沖突類型、程度的形成過程和機制，在社會-生態(tài)復合系統(tǒng)框架下進行土地利用的綜合管理規(guī)劃。