丁智強(qiáng)，華紅蓮，王 平，李玉輝

（云南師范大學(xué)地理學(xué)部，昆明 650500）

0 引 言

人類與地球環(huán)境之間的關(guān)系隨著人口增加、生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和技術(shù)進(jìn)步變得愈加不平衡，進(jìn)而導(dǎo)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(yán)重問(wèn)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(zhì)化、建筑和人工植被的增加，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重大改變[2-3]，并伴隨著潛在的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化影響[4-5]。特別是對(duì)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(jià)值”的標(biāo)志性區(qū)域，承載著區(qū)域特殊文化符號(hào)和內(nèi)涵傳統(tǒng)的土地利用結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生顯著變化，將帶來(lái)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(hù)之下景觀功能退化帶來(lái)的一系列問(wèn)題[7]。吳哥窟遺產(chǎn)地的相關(guān)研究指出，由于遺產(chǎn)涉及多方利益相關(guān)者，保護(hù)區(qū)內(nèi)不受控制的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游設(shè)施發(fā)展導(dǎo)致土地利用的復(fù)雜化，不僅破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡，而且對(duì)吳哥窟遺產(chǎn)的安全造成嚴(yán)重威脅[8-10]。對(duì)伊富高梯田的相關(guān)研究同樣揭示在遺產(chǎn)管理中對(duì)梯田生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征缺乏認(rèn)識(shí)，忽略了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化過(guò)程對(duì)當(dāng)?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(guó)、日本、中國(guó)的一些全球農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上指出，目前農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)由于遺產(chǎn)保護(hù)與旅游開(kāi)發(fā)之間的沖突所導(dǎo)致的土地利用問(wèn)題越來(lái)越凸顯，解決土地使用沖突問(wèn)題是遺產(chǎn)保護(hù)的重要內(nèi)容[12]。因此，目前遺產(chǎn)保護(hù)工作的當(dāng)務(wù)之急是獲取遺產(chǎn)地土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)格局及其驅(qū)動(dòng)因素的信息，以便合理規(guī)劃利用土地資源，實(shí)現(xiàn)保護(hù)與發(fā)展的動(dòng)態(tài)平衡[12]。

關(guān)于土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)特征的研究較多，相關(guān)學(xué)者主要通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等分析土地利用變化量、變化率、幅度及速度等指標(biāo)，以土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣、地學(xué)信息圖譜等分析土地利用變化空間特征[13-15]，其中地學(xué)信息圖譜是一種GIS 支持下的時(shí)空復(fù)合分析方法論[16]，能夠綜合反映土地利用空間—屬性—過(guò)程一體化時(shí)空分布格局[17]。土地利用時(shí)空格局是人類活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境演化復(fù)雜作用的結(jié)果[18]，其驅(qū)動(dòng)因素具有非線性、多重共軛和區(qū)域異質(zhì)性等特征[19-20]，作為在人類尺度相對(duì)穩(wěn)定的自然環(huán)境要素，地形通過(guò)制約土壤發(fā)育、侵蝕強(qiáng)度、水熱、通達(dá)條件等影響原生植被的空間分布和人類對(duì)土地改造利用的方式及強(qiáng)度。目前討論地形條件對(duì)土地利用時(shí)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(zhì)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(lái)縣山地丘陵區(qū)土地利用分布及其與地形因子關(guān)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(guān)性，地形變量對(duì)土地利用景觀指數(shù)變化的解釋度達(dá)96.98%，張靜靜等[23]研究了太行山淇河流域等山地平原過(guò)渡帶地形起伏特征對(duì)景觀格局的影響，發(fā)現(xiàn)山地平原過(guò)渡帶顯著的地形起伏特征帶來(lái)的水熱與人為活動(dòng)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(dú)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(shí)受到多個(gè)地形因子共同作用，所以選擇蘊(yùn)含豐富地形信息的綜合地形因子更能揭示地形梯度對(duì)土地利用變化影響的內(nèi)在機(jī)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(yáng)縣，作為一種“活態(tài)遺產(chǎn)”，其發(fā)展與保護(hù)之間的矛盾十分突出。目前當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、旅游業(yè)影響力不斷增大以及人們生計(jì)模式的轉(zhuǎn)變等已經(jīng)導(dǎo)致村寨擴(kuò)張、水環(huán)境污染[24]、自然災(zāi)害頻發(fā)[25]、梯田變旱地或撂荒[26]等問(wèn)題，直接或間接導(dǎo)致了土地利用時(shí)空格局的變化，但關(guān)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?qū)用鎇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(guān)注較小空間（全福莊小流域）或較短時(shí)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(jī)制分析方面主要分析遺產(chǎn)地農(nóng)戶生計(jì)改變對(duì)土地利用變化的影響[31]，尚未開(kāi)展遺產(chǎn)核心區(qū)內(nèi)旅游開(kāi)發(fā)（2005－2010 年）、申報(bào)遺產(chǎn)（2010－2015 年）以及后遺產(chǎn)時(shí)代（2015－2020 年）等各個(gè)階段土地利用變化信息圖譜及地形梯度效應(yīng)的相關(guān)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(jié)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(dòng)力強(qiáng)弱差異的面積-高程積分指數(shù)、表征坡面土壤流失強(qiáng)弱差異的坡長(zhǎng)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(gè)綜合地形指標(biāo)，分析哈尼梯田遺產(chǎn)核心區(qū)自2005 年以來(lái)的土地利用變化、信息圖譜特征及其地形梯度效應(yīng)，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(xué)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(yáng)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?yàn)閬啛釒Ц咴撅L(fēng)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(cè)。山體形成于中生代燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，第四紀(jì)喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)以來(lái)山體大幅度間歇性抬升，同時(shí)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(shì)中間高，南北兩側(cè)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(jié)構(gòu)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(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

從Google Earth 下載2005、2010、2015、2020 年四期歷史遙感影像，首先通過(guò)實(shí)地調(diào)研建立2020 年的遙感影像目視解譯標(biāo)志，根據(jù)研究區(qū)實(shí)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(kù)更新技術(shù)，對(duì)2005 年、2010年、2015 年遙感影像進(jìn)行目視解譯更新，以保證4 期遙感影像目視解譯的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，同時(shí)確保了解譯數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。地形分析使用的DEM 分辨率為10 m×10 m，來(lái)源于云南省地理信息局。

2.2 土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣和信息圖譜

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣主要體現(xiàn)土地利用類型從一個(gè)時(shí)期向下一個(gè)時(shí)期的變化規(guī)律。圖譜分析可以通過(guò)將各個(gè)時(shí)期的土地利用圖譜單元類型進(jìn)行重組，從而獲取多個(gè)時(shí)段內(nèi)的土地利用變化模式信息，進(jìn)而更加直觀定量分析地類時(shí)空轉(zhuǎn)換。根據(jù)文獻(xiàn)[33]的研究及保護(hù)區(qū)的實(shí)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(fù)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(zhǎng)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(gè)地形因子的計(jì)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(biāo)[34]，其計(jì)算公式：

2.3.2 HI

HI 通過(guò)計(jì)算流域最低海拔上的山體殘余量來(lái)表征侵蝕地貌的發(fā)育階段，首先通過(guò)計(jì)算流域總面積（A）和總高差（H），并進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)不同海拔以上的面積（a）和對(duì)應(yīng)區(qū)域與最低海拔之間的高差（h），通過(guò)計(jì)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(jì)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(dāng)HI＞0.6 表示流域物質(zhì)被侵蝕的量較少，此時(shí)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(jìn)一步加大，侵蝕更為強(qiáng)烈，地貌類型呈現(xiàn)多樣化和復(fù)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(duì)坡面流水空間動(dòng)態(tài)性的有效表征，在水土保持方面有著重要的應(yīng)用，很多土壤侵蝕評(píng)價(jià)模型中均將LS因子作為影響土壤侵蝕的因素[37]。計(jì)算公式為：

式中α為流經(jīng)地表w點(diǎn)的單位等高線長(zhǎng)度上的匯流面積(m2/m)，β為該點(diǎn)處的坡度(°)[39]。TWI 越大，說(shuō)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(jí)上的分布頻率具有橫向和縱向的可對(duì)比性，基于分布指數(shù)來(lái)描述不同景觀類型在地形位等級(jí)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(jì)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(jí)下的第i類景觀面積，Ai是整個(gè)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(jí)的總面積，A是研究區(qū)的總面積。當(dāng)P＞1 時(shí)表示第i類景觀在地形因子e上的分布具有優(yōu)勢(shì)，P值越大，優(yōu)勢(shì)度越高，即地形因子e的這一級(jí)別上適宜該類景觀發(fā)育和分布。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)變化及轉(zhuǎn)移矩陣

如圖2 所示，2005－2020 年研究區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)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(gè)土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換較為強(qiáng)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(shí)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(shì)，綜合增長(zhǎng)率分別為12.73%、148.32%、118.68%、138.76%、70.58%，增加最強(qiáng)烈的是園地、人工林地和道路。園地的增加主要來(lái)源于旱地、灌木林地、喬木林地和水田；人工林的增加來(lái)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(zhuǎn)換而來(lái)。

水田和旱地呈逐年減少趨勢(shì)，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(zhuǎn)變。水域從2005 年的0.28 km2波動(dòng)增加到2020 年的0.69 km2，總體增長(zhǎng)率為147.27%，灌木林地（14.86→13.25 km2）和草地（10.15→7.15 km2）呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，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(shì)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(kuò)張，水田和旱地持續(xù)減少，轉(zhuǎn)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(shuō)明目前哈尼梯田遺產(chǎn)區(qū)“森林—村寨—梯田—水系四素同構(gòu)”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(dá)25.36%，但因?yàn)楦鱾€(gè)土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變復(fù)雜，所以除草地持續(xù)向喬木林轉(zhuǎn)變、水田持續(xù)向人工林轉(zhuǎn)變兩個(gè)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(shuō)明各個(gè)土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變十分劇烈；第三是反復(fù)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(fù)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(fù)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(zhuǎn)變以及喬木林向灌木林的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(kāi)發(fā)活動(dòng)影響，持續(xù)變化型，反復(fù)變化型、前期變化型、中間變化型四個(gè)類型集中分布在旅游環(huán)線以及景點(diǎn)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(kāi)發(fā)的末梢，游客進(jìn)入量少，但熱量條件較高，有利于經(jīng)濟(jì)作物種植，因此這四個(gè)類型圖譜也在這些區(qū)域集中。具體來(lái)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(fù)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(yuǎn)離壩達(dá)、多依樹(shù)、勐品等主要景點(diǎn)，可達(dá)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(zhuǎn)變，以及喬木林向灌木轉(zhuǎn)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(fù)變化型和后期變化型四個(gè)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(yīng)

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(jí)地形位梯度上，持續(xù)變化型、反復(fù)變化型、后期變化型3 個(gè)圖譜類型均有較大的分布優(yōu)勢(shì)，而中間變化型、穩(wěn)定型和前期變化型的分布優(yōu)勢(shì)較小；在2～8 級(jí)地形位指數(shù)上，除第3 級(jí)和第6級(jí)上以持續(xù)變化型和中間變化型有較大分布優(yōu)勢(shì)外，其余圖譜的分布指數(shù)均較低，在第9 級(jí)地形位指數(shù)上，前期變化型有較大的分布優(yōu)勢(shì)，后期變化型的分布優(yōu)勢(shì)最低，其余4 種類型分布優(yōu)勢(shì)相近，在最高級(jí)地形位指數(shù)上，前期變化型的分布優(yōu)勢(shì)最大，其次是穩(wěn)定型和反復(fù)變化型，后期變化型的分布劣勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

在第1 級(jí)HI 上各圖譜類型的分布指數(shù)有較大區(qū)別，其中反復(fù)變化型的分布指數(shù)最大，具有較顯著的分布優(yōu)勢(shì)，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(shì)最低的是中間變化型和前期變化型。在第2～6 級(jí)HI 上，前期變化型的分布優(yōu)勢(shì)逐漸增大，反復(fù)變化型的分布優(yōu)勢(shì)先在第2、3 級(jí)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(fù)變化型在第2 級(jí)上有所增大后便持續(xù)減小，中間變化型在第5、6 等級(jí)上的分布指數(shù)則是最小，第7～9 級(jí)HI 上，除前期變化型在第8 級(jí)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(wú)優(yōu)勢(shì)分布類型。在最高級(jí)HI 上，持續(xù)變化型的分布優(yōu)勢(shì)最大，其次是前期變化型，剩余4 個(gè)類型的分布優(yōu)勢(shì)均較小。

在第1 級(jí)LS 上，穩(wěn)定型的分布優(yōu)勢(shì)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(shì)逐漸呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，在第10 級(jí)LS上的分布指數(shù)最??；前期變化型的分布優(yōu)勢(shì)逐漸增大，在第7 級(jí)LS 梯度上達(dá)到最大，之后呈波動(dòng)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(fù)變化型的變化趨勢(shì)基本一致，分布指數(shù)隨著LS 梯度的增加呈波動(dòng)增加，在第10級(jí)LS 上的分布指數(shù)最大。

在第1 級(jí)TWI 上分布優(yōu)勢(shì)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(gè)類型分布優(yōu)勢(shì)居中。在第2 級(jí)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(jí)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(jìn)一步降低，導(dǎo)致6 個(gè)等級(jí)的信息圖譜分布優(yōu)勢(shì)接近，所以在該等級(jí)TWI 上無(wú)分布優(yōu)勢(shì)較大類型。在4～10 級(jí)TWI 上，穩(wěn)定型的分布優(yōu)勢(shì)始終保持最大，而中間變化型的分布優(yōu)勢(shì)則不斷降低，其余如前期變化型和反復(fù)變化型變化趨勢(shì)一直，處于波動(dòng)降低的趨勢(shì)，后期變化型和持續(xù)變化型的分布優(yōu)勢(shì)則是先降后升。

4 討 論

4.1 土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用信息提取及動(dòng)態(tài)變化分析是了解地表環(huán)境演化過(guò)程中社會(huì)—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(zhǔn)的LUCC 生產(chǎn)線系統(tǒng)[41]對(duì)于面積變化十分敏感的中小尺度區(qū)域，特別是自然保護(hù)區(qū)、世界遺產(chǎn)地、國(guó)家公園等各類型保護(hù)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(jié)果相比支持向量機(jī)、最大似然法等[28]方法更符合研究區(qū)內(nèi)實(shí)際調(diào)查預(yù)期，數(shù)據(jù)精度更高，結(jié)果可信，相比王臣立等[29]的研究，擴(kuò)展了時(shí)間和空間范圍，是胡文英等[27]研究的延續(xù)和深化。

一般認(rèn)為土地利用時(shí)空格局變化是自然環(huán)境要素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策等綜合作用的結(jié)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(qū)動(dòng)因素除了地形因子的主導(dǎo)控制外，其特殊性在于旅游資源開(kāi)發(fā)背景下，以旅游景點(diǎn)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(shí)空差異導(dǎo)致管理政策實(shí)施的空間差異，進(jìn)而影響土地利用類型的時(shí)空變化特征。

資源配置的時(shí)空差異導(dǎo)致生計(jì)模式的轉(zhuǎn)變，包括村民外出打工，導(dǎo)致勞動(dòng)力減少和成本提升，進(jìn)而出現(xiàn)梯田撂荒和棄耕，同時(shí)為了降低管理成本和增加經(jīng)濟(jì)收入，導(dǎo)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(zhuǎn)變?yōu)榉N植以杉木為主的人工樹(shù)種或種植玉米、紅薯等旱作作物。同時(shí)在準(zhǔn)備泡田和插秧的季節(jié)正值旱季，但該時(shí)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(lái)高海拔的森林區(qū)種植草果等林下經(jīng)濟(jì)作物降低了森林涵養(yǎng)水源的能力[27]，進(jìn)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(dǎo)致大部分水資源被上游村寨截留，又因?yàn)閭鹘y(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(wú)法到達(dá)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(guó)家層面，2005－2020 年的15年間，區(qū)內(nèi)喬木林增長(zhǎng)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(lái)這種轉(zhuǎn)變可能與2002 年云南省實(shí)施的天然林保護(hù)工程和退耕還林還草工程密切相關(guān)，這與西南地區(qū)植被覆蓋持續(xù)提升的結(jié)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(jí)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(huì)支撐方面建設(shè)相對(duì)薄弱，灌溉管道系統(tǒng)的便利高效性使得傳統(tǒng)社會(huì)制度對(duì)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(fèi)，導(dǎo)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(dǎo)致大量的建設(shè)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(dǎo)致旅游環(huán)線附近土地利用轉(zhuǎn)換劇烈。

所以未來(lái)應(yīng)該在人地關(guān)系分析框架理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，結(jié)合持續(xù)深入的社會(huì)調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)，闡述政策、經(jīng)濟(jì)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(lái)不同情景下土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變過(guò)程。

4.2 指示梯度效應(yīng)的地形指標(biāo)

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(yīng)的重要指標(biāo)[43-45]，與利用海拔、坡度、坡向等獨(dú)立因子進(jìn)行地形梯度分析相比，TI 有效反映了地形因素對(duì)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(duì)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(shuō)明當(dāng)某地類在海拔和坡度梯度上的分布優(yōu)勢(shì)一致時(shí)，TI 等級(jí)與分布指數(shù)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而在海拔和坡度梯度上的分布優(yōu)勢(shì)不一致時(shí)，TI 就不能反映地類的空間分布。另外對(duì)于耕地、建筑、林地等受人類活動(dòng)干擾較強(qiáng)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(lái)的水熱條件控制，此時(shí)TI 梯度上就無(wú)法體現(xiàn)地形特征對(duì)土地利用的影響。雖然武愛(ài)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(jié)果來(lái)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(shì)與TI 梯度基本一致，亦不能體現(xiàn)復(fù)雜地形對(duì)土地利用的影響。

考慮到TI 在表征復(fù)雜地形組合特征方面的不足，本研究引入HI、LS 和TWI 三個(gè)地形因子進(jìn)行分析，3 個(gè)指標(biāo)分別指示地表演化動(dòng)力、侵蝕強(qiáng)度和潛在土壤水分空間分異。從結(jié)果來(lái)看，HI、LS、TWI 有效補(bǔ)充了TI 對(duì)部分地形分布區(qū)定義模糊的問(wèn)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)制是未來(lái)研究的重要內(nèi)容。

4.3 基于信息圖譜地形梯度效應(yīng)的政策建議

研究區(qū)傳統(tǒng)土地利用格局是長(zhǎng)期適應(yīng)哀牢山區(qū)獨(dú)特地形結(jié)構(gòu)的結(jié)果，信息圖譜有效表征了土地利用類型的長(zhǎng)期變化軌跡，其在不同地形梯度上的分布指數(shù)反應(yīng)了地表演化動(dòng)力、侵蝕強(qiáng)度和潛在土壤水分空間分異影響下人類對(duì)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(jié)構(gòu)的空間配置，同時(shí)，旅游資源稟賦空間差異帶來(lái)管理政策和生計(jì)模式轉(zhuǎn)變是土地利用變化和信息圖譜空間特征形成的重要推動(dòng)力。哈尼梯田遺產(chǎn)結(jié)構(gòu)、內(nèi)涵、組成要素和環(huán)境千百年來(lái)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(hù)的核心問(wèn)題是維持承載紅河哈尼梯田文化景觀突出普遍價(jià)值的“森林-水系-村寨-梯田四素同構(gòu)”格局及其構(gòu)成關(guān)系。

所以，結(jié)合土地利用信息圖譜的地形梯度效應(yīng)特征，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步引導(dǎo)遺產(chǎn)區(qū)土地利用類型向增強(qiáng)“點(diǎn)（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(bǔ)充的方向轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，減緩后期變化型的擴(kuò)張，引導(dǎo)和促進(jìn)持續(xù)變化型和反復(fù)變化型區(qū)域向穩(wěn)定型發(fā)展，進(jìn)而提升梯田系統(tǒng)景觀完整性和生態(tài)服務(wù)功能，維系民族文化傳統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

具體來(lái)看，旅游環(huán)線將壩達(dá)、多依樹(shù)和老虎嘴等主要景點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，旅游活動(dòng)也在靠近旅游環(huán)線的村寨和梯田展開(kāi)，對(duì)這些區(qū)域來(lái)說(shuō)，政府應(yīng)該引導(dǎo)旅游業(yè)的有序擴(kuò)張，增加附近村民旅游從業(yè)技能培訓(xùn)，提升農(nóng)民在旅游活動(dòng)中的參與感和獲得感；同時(shí)加大水利設(shè)施建設(shè)投入，將當(dāng)?shù)鼐用裆舷掠嗡Y源分配的地方性知識(shí)納入到管理工作中，適當(dāng)放權(quán)給社區(qū)，維護(hù)原有溝長(zhǎng)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(zhuǎn)變；從尊重民族傳統(tǒng)宗教結(jié)構(gòu)和民俗文化的角度出發(fā)，引導(dǎo)村民有序建房，維護(hù)“磨秋場(chǎng)-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(shì)分布區(qū)域，應(yīng)該重點(diǎn)實(shí)施退耕還林還草和天然林保護(hù)工程，增強(qiáng)森林涵養(yǎng)水源、消峰補(bǔ)枯的生態(tài)服務(wù)功能；在低海拔熱量充足但旅游優(yōu)勢(shì)較弱的區(qū)域，旅游收益缺失，應(yīng)該增加梯田種植補(bǔ)貼，平衡收益，維持梯田的種植，同時(shí)鼓勵(lì)和引導(dǎo)農(nóng)民開(kāi)展多樣化手工藝品加工，為箐口、壩達(dá)、多依樹(shù)等村寨提供有民族文化特色的旅游商品。

5 結(jié) 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(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)移矩陣、地學(xué)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(zhǎng)坡度指數(shù)、地形濕度指數(shù)等，以期從較長(zhǎng)時(shí)間尺度和完整空間范圍系統(tǒng)闡述該區(qū)域土地利用時(shí)空變化特征及其地形梯度效應(yīng)，得出以下結(jié)論：

1）受山區(qū)地貌結(jié)構(gòu)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(shí)段內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯改變，但是各個(gè)土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換較為強(qiáng)烈，在空間上主要集中于旅游開(kāi)發(fā)活動(dòng)較為密集的中海拔區(qū)域。主要趨勢(shì)是水田減少，轉(zhuǎn)變?yōu)楹档睾蛦棠玖值?，園地、人工林地、道路和房屋建筑的大規(guī)模擴(kuò)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(fù)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(shuō)明研究區(qū)土地利用圖譜在表征地表演化動(dòng)力、侵蝕強(qiáng)度和潛在土壤水分空間分異的地形位指數(shù)、坡長(zhǎng)坡度指數(shù)、地形濕度指數(shù)上具有顯著地形梯度效應(yīng)，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(dòng)力機(jī)制。

3）旅游驅(qū)動(dòng)下遺產(chǎn)地的土地利用類型轉(zhuǎn)換日益劇烈，對(duì)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(zhǎng)坡度指數(shù)和地形濕度指數(shù)4 個(gè)因子互為補(bǔ)充，綜合呈現(xiàn)了地形對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)及其時(shí)空變化的影響，對(duì)于目前遺產(chǎn)保護(hù)工作按地形梯度進(jìn)行空間差異化規(guī)劃利用土地資源提供了基礎(chǔ)，對(duì)于遺產(chǎn)地走向精確化、柔性化保護(hù)提供了依據(jù)。未來(lái)研究將在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確識(shí)別土地利用轉(zhuǎn)換關(guān)鍵區(qū)，判斷土地利用沖突類型、程度的形成過(guò)程和機(jī)制，在社會(huì)-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)框架下進(jìn)行土地利用的綜合管理規(guī)劃。