中国植物多样性探访万里行——哈尼梯田：天人和谐逾千年

2010年,云南遭受百年一遇的大旱,农作物普遍减产,部分地区绝收。是年,位于灾区的哈尼梯田让世人睁大了惊奇的眼睛：大灾之年不仅不减产,反而增产？     

封面说明

<正>照片由云南师范大学自然文化景观与遗产研究中心成员章侃丰在2016年8月拍摄于红河哈尼梯田世界文化遗产核心区(云南省红河州元阳县).哈尼梯田文化景观具有森林在上、村寨居中、梯田在下、河渠贯穿其中的垂直格局特点.森林和梯田是景观中的优势生态系统,森林为梯田涵养水源,两者间的生态过程是以水及其携带的物质(种)和能量流为主的水生态过程.哈尼梯田区具有     

哈尼梯田湿地生态系统的垂直特征

云南南部亚热带山区的哈尼梯田湿地分布于海拔144～2000m、坡度在15～75°的山坡上,具有独特的垂直特征,高程变化是其垂直特征的主要驱动力.从景观、类型、植被、水文和土壤几个方面论述了哈尼梯田的垂直特性.哈尼梯田湿地景观呈现"森林-村庄-梯田-河流"垂直特性.由低海拔到高海拔将哈尼梯田湿地划分为5个类型,不同类型上湿地植物--水稻的品种、栽培、耕作方式等均呈现垂直方向上的变化特征.哈尼梯田涵养水源的能力为5050m3/hm2,水质随海拔降低呈现"好-差-好"的垂直特征,这个变化过程反映了梯田湿地对污染物的强有效的降解作用,进入梯田的污染物的浓度随海拔降低呈指数级下降.通过多元统计法分析,得出土壤综合质量指数排序为神林或林地＞梯地＞梯田＞水源地,除水源地外,土壤有机质、全氮和全磷的含量以及综合质量基本呈现与海拔成正相关关系;全福庄土壤综合质量好于勐品土壤总和质量;哈尼梯田湿地的垂直特性是其区别于其它类型湿地的显著特征,分析和比较哈尼梯田湿地与平原稻田湿地和天然湿地在结构、功能和价值上的异同性,进一步突出了哈尼梯田的垂直特性.     

红河哈尼梯田遗产区生态系统服务价值外溢研究

传统农业生态系统服务的价值外溢效应评估有助于提高对该农业生态系统服务价值的正确认知，为合理规划区域社会经济产业结构以及生态安全布局提供科学依据。以云南省红河哈尼梯田遗产区为例，采用基于单位面积当量因子方法估算哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值，并采用市场价值法和旅行费用区间法估算梯田景观的生产服务价值和休闲旅游服务价值，厘清哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值特征，探究传统农业生产景观的服务价值外溢情况。结果表明：(1)1995—2018年，研究区土地利用总体变化不显著，而建设用地面积相对增加较多，变化率为59.3%;(2)哈尼梯田遗产区农业生态系统服务价值总量减少了811万元，变化率为0.6%;农业生态系统服务结构保持稳定，一级服务类型中，调节服务价值量最大，二级服务类型中，气候调节服务价值量最大，食物和原材料生产价值贡献率仅为6%,水资源供给服务价值为负值；(3)2018年元阳哈尼梯田景观的粮食生产服务价值为0.8×10⁸元，休闲旅游服务功能价值为1.3×10⁸元。元阳哈尼梯田生态旅游促进区域可持续发展，梯田农业生产景观具有明显的价值外溢效...     

基于民族生态学视角的哈尼梯田农业生态系统水资源管理

作为山地农业的典型模式之一,哈尼梯田以其悠久历史和文化景观成为世界文化遗产和全球重要农业文化遗产。哈尼梯田农业生态系统的成功之处在于有效的水资源管理,但对其制度建设和生态文化内涵的综合分析尚待完善。基于民族生态学视角,结合生态学、民族学等自然科学和社会科学的理论与方法,对哈尼梯田水资源管理的制度建设及其生态文化内涵进行解读。研究表明,哈尼族社区通过以涵养和分配为核心的水资源管理制度建设完美地解决了水资源时空分布不均这一难题,而以迁徙文化、宗教文化、习惯法以及传统知识为支柱构建的生态文化体系则是保障水资源管理制度建设和有效实施的生态文化内涵。哈尼梯田水资源管理的制度建设与生态文化理念对于应对气候变化、促进农业可持续发展以及完善我国的水资源管理制度理论体系具有重要的借鉴价值。     

哈尼梯田湿地生态系统健康评价指标体系构建

为了获得梯田湿地生态系统健康评价的指标体系,以云南红河哈尼梯田湿地为例,基于对该湿地维持机制的分析,构建了包括生态特征、功能整合、社会与政治3个方面共20个指标的健康评价指标体系以及各个指标的健康阈值分级表。同时,利用AHP层次分析法确定了各指标的权重,运用综合评价法对梯田湿地生态系统的健康状态进行评价。本研究构建的评价指标体系解决了哈尼梯田湿地生态系统缺乏健康评价指标体系和支持理论的问题,为评价该类型湿地生态系统的健康状态提供指导方法,能够依据其评价结果为后续湿地健康质量的提升及湿地的可持续利用发展提出改进策略。     

哈尼梯田水源区大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

基于哈尼梯田水源区2014年6—8月和2015年全年(共15个月)采集的89个事件降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中氢氧同位素组成的变化及其影响因子.利用后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪了梯田水源区降水的水汽来源.结果表明:研究区大气降水中稳定同位素组成具有明显季节差异,湿季(5月—10月)δD和δ18O...     

基于氢氧稳定同位素的哈尼水稻梯田湿地水源补给分析

湿地生态系统的发育和维持受水文过程尤其是补给水源稳定性的影响和控制。为探明哈尼水稻梯田湿地水源的时空稳定性及其补给关系,在2015年5—10月的水稻生长期(雨季),对不同海拔田水、降水和地下水进行采样并测定其氢氧稳定同位素。结果表明:在水稻生长期内,降水同位素δ~(18)O雨量效应明显,相关系数为-0.94;地下水同位素δ~(18)O海拔效应梯度为-0.1‰/100 m;田水同位素δ~(18)O值的同位素效应不显著;梯田田水的主要补给水源是降水和地下水,其中水稻生长初期(5—6月)田水的补给为雨季到来之前的田水和降水,水稻生长中期(7—8月)为降水补给,水稻生长末期(9—10月)为地下水补给;在整个水稻生长期内,绝大部分区内梯田以降水补给为主,少部分梯田则一直以地下水补给为主,这两种不同补给水源的梯田在空间上呈镶嵌分布格局并形成水源相互补给关系。正是由于田水补给水源在时间上形成的3个补给时期和在空间上呈现的2个补给类型的镶嵌格局,才使得梯田区形成了稳定的水源补给时空格局,这是哈尼水稻梯田湿地持续千年的关键原因。     

哈尼梯田生态系统土壤微生物量碳的影响因素

土壤微生物量碳（MBC，Microbial Biomass Carbon）是土壤微生物量的重要组成部分，也是土壤肥力变化的重要指标之一。哈尼梯田肥沃的土壤对哈尼梯田生态系统的维持与循环起到重要作用。以哈尼梯田水源区（乔木林、灌木林、荒草地）和梯田为研究对象，采用氯仿熏蒸法测定了4种不同土地利用类型0-20、20-40、40-60 cm 3个土层的土壤MBC，并分析了其与季节变化、地上植被及土壤理化性质之间的关系。结果表明：4种土地利用类型土壤MBC 3个土层皆以乔木林最高，其次是灌木林、荒草地、梯田，且4种土地利用类型土壤MBC含量都随土层深度的增加而减少，其中乔木林0-20 cm土层土壤MBC含量是40-60 cm土层的3.19倍。4种土地利用类型土壤MBC含量均具有明显的季节变化，总体呈"夏季偏高冬季偏低"的变化模式。相关分析表明，不同土地利用类型地上植被的多样性指数、盖度、优势种高度、枯落物层厚度与每一土层土壤MBC都具有很强的相互关系。土壤MBC与土壤有机碳和土壤孔隙度呈正相关性，与土壤容重呈负相关性。植被生长情况、土壤有机碳和孔隙度含量及季节变化是导致不同土地利用类型土壤微生物量碳差异的主要因素。     

哈尼梯田湿地景观水体富营养化及截留效应评价

农业非点源污染是导致地表水富营养化的主要因素,而湿地景观对污染物/营养物质有截留功能。以哈尼梯田区大鱼塘村梯田湿地景观类型中的4类地表水为研究对象,于2017年6月(雨季)、12月(旱季)采集36个水样,测定其总氮(TN)、总磷(TP)浓度并分析其时空特征,以富营养化综合指数(PI)和截留量评价其富营养化水平及截留功能。结果表明:雨季所有水样的TN、TP浓度平均值高于旱季,而4类湿地中沟渠水的浓度最高,景观类型上,村寨与梯田区水样的浓度高于森林和河流;富营养化评价显示,所有水样的PI值在雨季大于旱季,4类水体中沟渠水为中度富营养化(PI为2.01),景观类型上村寨区水体为重度富营养化(PI为5.09); TN、TP截留量评价表明,沟渠(1.38 mg·L~(-1)、0.07 mg·L~(-1))、梯田(0.25 mg·L~(-1)、0.08 mg·L~(-1))、梯田区(2.04 mg·L~(-1)、0.17 mg·L~(-1))与河流(0.05mg·L~(-1)、0.00 mg·L~(-1))的截留量高,未造成下游河流水体的富营养化,整个景观表现出明显的截留效应。研究结果为哈尼梯田的生态保护提供了依据。     

哀牢山区哈尼梯田的分形特征

以哀牢山区元阳县哈尼梯田为研究对象,以快鸟影像为原始数据,经矢量化得到小流域梯田田块分布图,运用Arcview计算得到梯田边缘的计盒维数和信息维数。结果表明:(1)各地貌单元尺度上的盒子边长ε与其对应的非空盒子数N(ε)在双对数坐标下呈显著线性相关,体现出标度不变性的特征,证明梯田边缘是分形体;(2)梯田形状具有多重自相似结构,且不同尺度梯田形状的自相似程度受下覆地形限制,其自相似结构单元是田块;(3)在研究范围最大的小流域尺度,信息维数最大,梯田边缘的复杂性最高,而在面积较小的坡面尺度上,信息维数值较小,梯田边缘则较简单、结构较清晰。另外,作为刻画格局与过程独立于尺度的分形维数,其应用还存在诸多难题。     

哈尼梯田景观地表水营养物质的时空变化

云南哈尼梯田是一种山地农业景观,不仅具有良好的水土保持功能,而且有极高的美学价值.本文对元阳县全福庄小流域地表水的氮、磷营养物质进行了采样和分析.结果表明:梯田田水中总氮(TN)和总磷(TP)的含量及其变幅的空间分异都是春季高;梯田区河沟水中TN和TP含量都是夏季高,而含量变幅的空间分异则随采样时间的不同而有差异;森林区河沟水TN和TP含量均是夏季高,但其变幅的空间分异两者有较大差别;从小流域整体看,景观中营养物质较为贫乏,并存在营养物质含量随季节(时间)的变化而不同.营养物质含量变幅在空间上则表现出梯田田水>梯田区河沟水>森林区河沟水的特点,显示梯田景观中地表水营养物质具有复杂的时空变化特征.     

体验“刀耕火种”

农业文化遗产的概念源自联合国粮农组织2002年启动的“全球重要农业文化遗产”项目。目前,此项目已经在全球选出了5个试点系统,包括中国浙江青田的稻鱼共生系统。另外,贵州从江的稻鱼（鸭）复合系统、江西万年的稻作起源与贡米生产和云南红河州的哈尼梯田也正在申请成为全球重要农业文化遗产保护试点。     

体验“刀耕火种”

农业文化遗产的概念源自联合国粮农组织2002年启动的“全球重要农业文化遗产”项目。目前,此项目已经在全球选出了5个试点系统,包括中国浙江青田的稻鱼共生系统。另外,贵州从江的稻鱼（鸭）复合系统、江西万年的稻作起源与贡米生产和云南红河州的哈尼梯田也正在申请成为全球重要农业文化遗产保护试点。     

哈尼梯田景观格局对地表水δ18O海拔效应的影响

本研究以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为对象,对在2015年5月—2016年4月间逐月采集的森林景观类型和梯田景观类型下12个样点的地表水样品进行氢氧稳定同位素组成和效应分析。结果表明: 1)在地表水氢氧稳定同位素组成上,森林斑块δ¹⁸O平均值小于梯田斑块,森林斑块δ¹⁸O随时间的变化幅度也小于梯田斑块;2)研究区地表水δ¹⁸O除8月和3月外,均具有显著的海拔效应,其一元线性回归方程为:δ¹⁸O=-0.012H+13.84(r=-0.83, n=12);3)地表水δ¹⁸O海拔梯度为-1.2‰·(100 m)^-1,但并不是受降水影响的“真”海拔梯度,而是森林斑块和梯田斑块间地表水δ¹⁸O景观梯度影响下的海拔梯度;4)在森林-梯田的景观格局组合下,森林斑块与梯田斑块间的地表水δ¹⁸O值差异增强了海拔效应。因此,当流域景观格局异质性强时,地表水稳定同位素效应会被强化或者出现完全相反的同位素效应。     

云南元阳哈尼梯田两个不同时期种植的水稻地方品种表型比较

为揭示中国云南元阳哈尼梯田中所种植的水稻(Oryza sativa)地方品种的表型性状在30年间的变化,我们通过田间实验方法,对元阳哈尼梯田农户在20世纪70年代种植的66个(简称"过去的品种")和近10年间种植的69个(简称"当前的品种")代表性水稻地方品种的农艺性状进行了比较.结果表明,23个农艺性状的多样性指数(H')平均值,过去的品种(1.784)大于当前的品种(1.766);过去品种的变异系数平均值和相似性系数平均值(分别为19.5%和0.2107)均小于当前的品种(分别为21.7%和0.2149).因子特征值大于l的主成分,过去的品种有8个(PCI-8),当前的品种有6个(PCI-6),分别能够解释总变异的83.2%和81.4%.23个表型性状的聚类树形图和前3个主成分分布散点图均能将供试品种分为与籼、粳两个亚种相对应的两类.与过去种植的品种相比,当前种植的品种表现为籼型品种、糯性品种、红米品种,以及落粒性极强和强的品种比例降低;当前种植品种的株高、穗颈长、穗下节长、千粒重和剑叶角度等参数显著下降,相反,单株有效穗、剑叶宽、每穗实粒数和结实率等参数显著增加,其株型更紧凑.总体而言,元阳哈尼梯田农户当前种植的水稻地方品种有单一化和遗传多样性降低的趋势,这可能是由于杂交水稻的推广.以及当地农民对产量性状的选择和传统文化习俗的淡化所致.建议对云南元阳哈尼梯田及时采取水稻地方品种与稻作传统文化并重的保护举措.     

哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响

氢氧稳定同位素是示踪流域水循环过程的有效手段,流域景观类型及其格局对泉水同位素效应的影响是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在2015年3月—2016年3月间,逐月在海拔1500 m的梯田、1700 m的梯田和1900 m的森林景观类型下分别采集78个泉水样和39个大气降水样进行氢氧稳定同位素分析.结果表明:小流域的优势景观类型是森林和梯田,两者面积分别占总面积的66.6％和22.1％,并具有森林在上、梯田在下的垂直格局.相关分析表明,泉水除受降水补给外,还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈;泉水δ¹⁸O和δD值整体海拔效应明显,其海拔梯度分别为-0.125‰·(100 m)^-1和-0.688‰·(100 m)^-1;研究区氘盈余值随海拔升高而增大与景观格局和同位素循环过程有关.总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,泉水氢氧同位素可作为景观水文过程对景观格局的响应指标.     

基于敏感度-主观偏好矩阵的哈尼梯田视觉景观关键区识别

以哈尼梯田遗产核心区主要视觉景观为研究对象,应用GIS技术选取相对坡度、相对距离和出现几率3个客观因子进行景观视觉敏感度分析,运用美景度评价法得到50名专业人士的主观偏好,综合景观视觉敏感度和主观偏好评分,构建敏感度-主观偏好矩阵,将哈尼梯田遗产核心区视觉景观划分为四个区域并提出相应的景观保护、规划建议。结果表明:老虎嘴、麻栗寨茶厂位于敏感度、偏好评价双高的"视觉景观关键区",多依树属于偏好评价高、敏感度低的"自然发展区",黄草岭是敏感度高、偏好评价低的"优先改进区",坝达、箐口、全福庄是敏感度、偏好评价双低的"次优先改进区"。通过构建矩阵结合主客观两方面的评价结果,GIS有效量化抽象的数据,偏好评价真实反映观景者内心感知,为当下的景观视觉评价提供思路。     

基于河渠连接度的哈尼梯田景观水源稳定性评价

保持梯田水源的稳定供给是世界文化景观遗产——红河哈尼梯田文化景观持续存在的关键。本文以地处遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在快鸟影像和实地调查基础上获取流域内河流-沟渠的空间分布和结构特征数据,选择坡度与距河渠的距离等两个阻力因素,应用ArcGIS中的最小费用距离模型对流域的河渠连接度进行分析。结果表明:(1)河流-沟渠廊道网络系统的线点率、连接度、环度指数值均高于河流与沟渠本身;(2)单独以河流和沟渠为源对梯田进行灌溉的阻力较河流-沟渠廊道网络系统高。以河渠廊道网络系统为源时梯田总面积的66.4%为稳定区;(3)在考虑自灌和多源灌溉梯田的情况下,大鱼塘样区水源的高度稳定区和较高稳定区的面积分别提高了3.9%和5.7%;小寨样区水源的高度稳定区和较高稳定区的面积分别提高了3.2%和5.9%,不同程度提高了梯田景观的水源稳定性;(4)据实地调查验证,基于最小费用法的河渠连接度分析能够为梯田水源的合理划分提供保障,为未来梯田景观持续稳定提供决策支持。     

基于图论的哈尼梯田区河渠网络关键节点和廊道评价

景观连接度作为测度生境景观生态过程和生态功能的重要指标,对区域内的生物迁移扩散、干扰扩散、基因流动等生态过程具有重要作用。本文利用2010年云南省元阳县的Quick Bird影像,以元阳县全福庄河小流域内的河流与沟渠廊道为研究对象,借助图论的方法,分别利用节点与廊道2种不同的计算单元,计算了500、1000、2000、4000和6000 m五个距离阈值下的景观连接度与重要性指数。通过直观展示哈尼梯田景观廊道的结构,分析其连接度与廊道的重要性指数,从而进行景观格局分析与规划。结果表明:连接度能在很大程度上指示区域内廊道的重要性,反映区域内廊道的连接情况;此外,随着阈值的增大,连接度逐渐增大。对重要性指数分析表明,在河网密集的地方,连接不同区块的廊道重要性指数较高,而在河网稀疏的地方,则较长的廊道发挥着更重要的作用。研究结果为哈尼梯田生态保护与规划提供思路,并为景观连接度的研究提供新的角度。