黃旭紅，楊俊泉，陳東磊，張 靜

基于地貌分區(qū)的河北省近10年耕地時(shí)空變化分析

黃旭紅，楊俊泉※，陳東磊，張 靜

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

地貌可以制約地表水分和熱量的分配，對(duì)耕地質(zhì)量具有決定性的意義。該研究基于土地利用現(xiàn)狀、地貌區(qū)劃和降水等數(shù)據(jù)，利用空間分析、單一地類(lèi)流向分析等方法，分3個(gè)時(shí)段從地貌分區(qū)的角度研究了河北省2009－2018年耕地時(shí)空變化情況。結(jié)果表明：1）近10年耕地面積基本保持穩(wěn)定。耕地共減少2.91萬(wàn)hm2，平均每年減少0.32萬(wàn)hm2；平原和盆地耕地減少，丘陵、山地和高原耕地增加。2）耕地重心向北移動(dòng)，耕地“上山”現(xiàn)象明顯。2009－2012、2012－2015、2015－2018這3個(gè)時(shí)段內(nèi)流入耕地較流出耕地平均海拔分別升高了321.89、120.25、102.78 m；流入耕地重心較流出耕地重心向分別向西北、東北、北方向移動(dòng)了78.19、38.05、18.06 km。3）耕地向降水少、氣溫低的區(qū)域轉(zhuǎn)移。流入耕地平均降水和氣溫低于流出耕地。降水量小于400 mm的區(qū)域耕地面積增加1.57萬(wàn)hm2，降水量大于400 mm的區(qū)域耕地面積減少4.48萬(wàn)hm2；平均氣溫大于8 ℃的區(qū)域耕地面積減少5.06萬(wàn)hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積增加2.15萬(wàn)hm2。4）流入耕地的主要來(lái)源為未利用地，流出耕地的主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地，村莊建設(shè)占用是最主要的去向。研究結(jié)果可為完善耕地占補(bǔ)平衡政策和耕地后期監(jiān)管提供決策支撐。

土地利用；地貌分區(qū)；耕地質(zhì)量；耕地保護(hù)；河北省

0 引 言

耕地保護(hù)對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全有極為重要的意義[1-2]。隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，耕地資源與建設(shè)用地、生態(tài)用地?cái)U(kuò)展之間的矛盾日益尖銳[3-4]。雖然國(guó)家層面出臺(tái)了“耕地占補(bǔ)平衡”“永久基本農(nóng)田保護(hù)”等一系列耕地保護(hù)政策，但自“二調(diào)”以來(lái)的10年間，全國(guó)耕地面積減少了753萬(wàn)hm2，年均減少面積還略有擴(kuò)大（2021年自然資源部公布數(shù)據(jù)）。在耕地被占用的同時(shí)，通過(guò)實(shí)施土地整治、增減掛鉤等項(xiàng)目，耕地?cái)?shù)量得到一定的補(bǔ)充。此外，退耕還林與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也會(huì)導(dǎo)致耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量和空間分布發(fā)生變化。河北省作為國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)和京津冀協(xié)同發(fā)展的重要組成部分[5-6]，是首都糧食安全的重要保障。在京津冀一體化的背景下，研究并掌握河北省近10年耕地時(shí)空變化特征，對(duì)保障首都糧食安全和京津冀生態(tài)環(huán)境安全具有重要意義。

耕地變化情況一直是研究熱點(diǎn)，為了掌握耕地變化特征，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于不同的數(shù)據(jù)和資料，利用不同方法，進(jìn)行了大量研究，并取得了很多成果。如高志強(qiáng)等[7]基于中國(guó)環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)中國(guó)1985—1995年耕地?cái)?shù)量、重心和質(zhì)量變化特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)耕地重心移動(dòng)導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降；程維明等[8]基于地貌分區(qū)數(shù)據(jù)和6期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，對(duì)中國(guó)1990—2015年耕地面積變化和空間分布格局及不同地貌區(qū)的耕地變化特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)中國(guó)耕地?cái)?shù)量上略有增加，空間上“南減北增”；周君華等[9]利用2期耕地土壤調(diào)查樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)福建省2009—2017年耕地質(zhì)量時(shí)空分異特征及其影響因素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)平原區(qū)耕地質(zhì)量等級(jí)高于丘陵山區(qū)。

但是現(xiàn)有研究多側(cè)重于對(duì)耕地面積和空間變化特征的分析，對(duì)空間變化導(dǎo)致的耕地平均海拔、降水量、氣溫的量化研究較少，選擇河北省作為研究區(qū)的文獻(xiàn)鮮見(jiàn)。數(shù)據(jù)來(lái)源上，大部分研究基于統(tǒng)計(jì)年鑒或人工解譯，數(shù)據(jù)精度或格式不能準(zhǔn)確反映耕地在空間上的變化情況[10-11]。部分文獻(xiàn)研究周期較短或數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，不能完整反映河北省近10年耕地變化情況[12-13]。前人研究中對(duì)耕地流向沒(méi)有進(jìn)行細(xì)化，不利于制定針對(duì)性的耕地保護(hù)政策。

為解決以上研究不足，本研究將基于2009、2012、2015、2018年4期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、地貌分區(qū)數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、多年平均降水量數(shù)據(jù)和多年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，對(duì)河北省近10年耕地時(shí)空變化情況進(jìn)行研究。在揭示河北省耕地時(shí)空變化特征的基礎(chǔ)上，分析在執(zhí)行耕地占補(bǔ)平衡政策中存在的不足，為完善耕地保護(hù)制度提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

河北省位于中國(guó)華北地區(qū)，地形地貌復(fù)雜多樣，平原、山地、高原、丘陵、盆地等地貌類(lèi)型齊全，是京津地區(qū)的重要生態(tài)屏障[13-14]。河北省作為糧食主產(chǎn)省之一，糧食產(chǎn)量一直位居全國(guó)前列，對(duì)全國(guó)和首都糧食安全具有十分重要的影響[15]。河北省屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量300～800 mm之間，多年平均氣溫在?2～14 ℃之間（圖1），地區(qū)分布極不均勻，氣溫和降水是影響糧食產(chǎn)量的重要因素[16-17]。近年來(lái)河北省經(jīng)濟(jì)處于快速發(fā)展階段，各類(lèi)生產(chǎn)用地對(duì)耕地占用的現(xiàn)象突出[18-19]。

注：地貌類(lèi)型依據(jù)《京津冀地區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查圖集》繪制而成；降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[20-21]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于河北省2009、2012、2015、2018年四期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。流入和流出耕地?cái)?shù)據(jù)由兩期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)疊加分析得到。由于零星地物、線狀地物和田坎存在，導(dǎo)致圖斑面積并不等于圖斑地類(lèi)面積。本文在研究中采用了加權(quán)平均方法計(jì)算流入和流出圖斑的地類(lèi)面積。

式中是疊加分析后圖斑地類(lèi)面積，m2；M1是圖斑疊加分析后產(chǎn)生的流入和流出耕地圖斑的圖斑面積，m2；M2是原圖斑的圖斑面積，m2；M是原圖斑的圖斑地類(lèi)面積，m2。

DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30 m。多年平均降水量數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所徐新良等制作的中國(guó)氣象背景數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集基于全國(guó)1 915個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)，利用反向距離加權(quán)平均的方法內(nèi)插出全國(guó)空間分辨率為500 m×500 m多年平均降水量空間分布[20]；多年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)基于全國(guó)2 400多個(gè)站點(diǎn)計(jì)算的各氣象要素年值數(shù)據(jù)，基于Anuspl插值軟件生成全國(guó)各年度氣象要素1 km柵格數(shù)據(jù)集[21]。

地貌區(qū)劃數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心2019年出版的《京津冀地區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查圖集》，該圖集將河北省劃分為高原、山地、丘陵、山間盆地、沖洪積扇、泛濫平原、黃泛平原、沖海積平原、海積平原、洼地10種地貌。本文所述平原區(qū)包括其中的沖洪積扇、泛濫平原、黃泛平原、沖海積平原、海積平原、洼地等地勢(shì)低平區(qū)域，由此將河北省地貌共劃分為高原、山地、丘陵、盆地及平原5種地貌。

2 研究方法

本文從耕地?cái)?shù)量、空間位置、耕地與降水和氣溫的關(guān)系及耕地流入流出4個(gè)方面分析河北省耕地變化情況。耕地?cái)?shù)量變化主要利用耕地變化幅度、耕地動(dòng)態(tài)度和相對(duì)變化率刻畫(huà)，通過(guò)這3個(gè)指標(biāo)可以反映河北省近10年耕地?cái)?shù)量變化的總體特征。流入和流出耕地的海拔差值可以反映耕地的高程變化，其值越大說(shuō)明耕地“上山”現(xiàn)象越嚴(yán)重，耕地質(zhì)量條件也就相對(duì)越差[3]；耕地重心的移動(dòng)可以客觀反映耕地的空間集聚及其位移規(guī)律[22]，因此本文用這兩個(gè)指標(biāo)反映耕地在空間位置上的變化。降水和氣溫是制約華北地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素[16-17]，通過(guò)分析流入流出耕地的平均降水和氣溫以及不同降水和氣溫范圍內(nèi)耕地面積的變化可以反映耕地質(zhì)量的變化。單一地類(lèi)變化流向分析可以反映促使該地類(lèi)發(fā)生變化的主導(dǎo)類(lèi)型和次要類(lèi)型，進(jìn)而以主導(dǎo)類(lèi)型為突破口，分析解釋變化的原因[23]。

2.1 耕地變化幅度

耕地變化幅度可以表征研究區(qū)內(nèi)耕地面積變化的總體數(shù)量特征，其計(jì)算式為

Δ=ΔU?j＋ΔU?i（2）

式中?U?j為研究時(shí)段內(nèi)耕地流出面積，即耕地轉(zhuǎn)化為其他土地的面積，萬(wàn)hm2；?U?i為研究時(shí)段內(nèi)耕地流入面積，即其他土地轉(zhuǎn)化為耕地的面積，萬(wàn)hm2；為耕地變化幅度，萬(wàn)hm2。

2.2 耕地動(dòng)態(tài)度

動(dòng)態(tài)度可以表征土地利用變化的速率和強(qiáng)度。劉紀(jì)遠(yuǎn)等[24]提出的綜合土地利用動(dòng)態(tài)指數(shù)模型，可以表示某一地區(qū)某一時(shí)段內(nèi)土地利用方式的變化特征。其計(jì)算式為

式中U為研究期初耕地面積，萬(wàn)hm2；為研究時(shí)間，a，為研究期內(nèi)耕地動(dòng)態(tài)度。

2.3 相對(duì)變化率

為體現(xiàn)不同地貌區(qū)的耕地變化區(qū)域差異，在耕地動(dòng)態(tài)度的基礎(chǔ)上，將局部地區(qū)的耕地動(dòng)態(tài)度與全區(qū)的耕地動(dòng)態(tài)度比較分析，用以反映研究區(qū)內(nèi)耕地面積變化的區(qū)域差異。其計(jì)算式為

式中K、K分別為研究時(shí)段內(nèi)某一地貌區(qū)和全省的耕地動(dòng)態(tài)度，如果>1，則表示該區(qū)域耕地變化的程度大于區(qū)域的平均水平。

2.4 耕地重心位置

重心分析旨在了解河北省流入和流出耕地的分布對(duì)比和轉(zhuǎn)移特征[25]，有助于深化對(duì)耕地集聚和位移規(guī)律的認(rèn)識(shí)。其計(jì)算式為

式中(,)為重心坐標(biāo)；M為圖斑的耕地面積，m2；X為圖斑的經(jīng)度；Y為圖斑的緯度。

2.5 耕地海拔和降水量及氣溫變化

借助ArcGIS10.2軟件，將流入、流出耕地轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)后利用分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具得到流入和流出耕地的平均海拔、平均降水量及平均氣溫變化情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 河北省耕地?cái)?shù)量變化

2009—2018年河北省耕地面積基本保持穩(wěn)定，總體為減少的趨勢(shì)。耕地總量從2009年的656.13萬(wàn)hm2減少到2018年的653.22萬(wàn)hm2，減少了2.91萬(wàn)hm2，平均每年減少0.32萬(wàn)hm2（表1）。耕地主要分布在地勢(shì)低平、水熱條件優(yōu)越的東部平原區(qū)（約67%）；高原區(qū)、山地區(qū)和丘陵區(qū)由于地形復(fù)雜，水熱條件較差，耕地面積較少。平原區(qū)耕地面積約是高原、山地、丘陵、盆地區(qū)耕地總面積的2倍。

從地貌形態(tài)上看，平原區(qū)由于人類(lèi)活動(dòng)密集，耕地流入流出現(xiàn)象較多；其次為丘陵和山地區(qū)，高原和盆地區(qū)由于耕地總面積較少，耕地流入流出的面積也較少（表2、圖2）。平原和盆地區(qū)耕地流出面積大于流入的面積，說(shuō)明平原和盆地區(qū)適宜耕種的耕地面積減少；山地、高原和丘陵區(qū)耕地流入面積大于流出面積，說(shuō)明山地、高原和丘陵區(qū)不適宜耕種的耕地面積增加。

表1 2009－2018年河北省耕地面積變化情況

表2 河北省耕地流入流出情況

除了2009－2012年盆地區(qū)以外，3個(gè)時(shí)期內(nèi)其余地貌區(qū)動(dòng)態(tài)度均在1%以下，說(shuō)明河北省耕地的時(shí)空變化率較小，大部分耕地保持了穩(wěn)定，盆地區(qū)由于耕地面積小，較小的數(shù)量變化也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)度升高。從相對(duì)變化率看，丘陵區(qū)的相對(duì)變化率較大，在不同時(shí)期內(nèi)，相對(duì)變化率均大于1，說(shuō)明出丘陵區(qū)耕地流入流出現(xiàn)象相對(duì)較多。平原區(qū)被占用的耕地需要在其他區(qū)域得到補(bǔ)充，由于丘陵區(qū)靠近平原區(qū)，水熱條件相對(duì)優(yōu)越且開(kāi)墾成本較低，補(bǔ)充耕地項(xiàng)目被布局在丘陵區(qū)，大量耕地流入導(dǎo)致相對(duì)變化率較大。詳見(jiàn)表3。

3.2 河北省耕地空間位置變化

河北省耕地資源呈現(xiàn)“上山”的趨勢(shì)。海拔較低的平原和盆地區(qū)耕地面積凈減少，海拔較高的山地、高原和丘陵區(qū)耕地面積凈增加。流入耕地海拔較流出耕地海拔明顯升高，其中2009－2012年流入耕地和流出耕地平均海拔差值達(dá)到321.89 m，2012－2015年海拔差值為120.25 m；2015－2018年海拔差值為102.78 m。進(jìn)而導(dǎo)致耕地平均海拔升高。

耕地重心整體向北移動(dòng)。從圖2可以看出2009－2018年流入耕地重心均位于流出耕地重心北部，2009－2012年流入耕地重心較流出耕地重心向西北方向移動(dòng)了78.19 km，2012－2015年向東北方向移動(dòng)了38.05 km；2015－2018年向北方向移動(dòng)了18.06 km。進(jìn)而導(dǎo)致耕地重心整體向北移動(dòng)。

圖2 河北省流入流出耕地分布及其重心位置

表3 2009－2018年河北省耕地變化情況

3.3 耕地變化與降水和氣溫的關(guān)系

耕地平均海拔升高和重心向北移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致耕地的水熱條件發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)2009－2018年3個(gè)時(shí)期內(nèi)，流入耕地平均降水量均小于流出耕地平均降水量，流入耕地較流出耕地平均降水分別減少了53.63、6.80、5.01 mm（表4）。從降水量分級(jí)看，降水量大于400 mm的地區(qū)耕地面積凈增加，降水量小于400 mm的區(qū)域耕地面積凈減少。降水量小于400 mm的地區(qū)耕地面積凈增加1.57萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2009－2012年。降水量大于400 mm的地區(qū)耕地面積凈減少4.48萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2009－2012年和2012－2015年，耕地面積減少主要發(fā)生在500～600 mm降水量范圍內(nèi)的平原區(qū)。流入流出耕地的平均降水量變化和不同降水量范圍內(nèi)的耕地變化從降水的角度證實(shí)了流入耕地的水分條件不如流出耕地。

2009－2018年3個(gè)時(shí)期內(nèi)流入耕地平均氣溫均低于流出耕地平均氣溫。流入耕地平均氣溫較流出耕地平均氣溫分別降低了2.08、0.97、0.78 ℃（表4）。從不同平均氣溫范圍看，2009－2018年平均氣溫在8 ℃以上的區(qū)域耕地面積凈減少5.06萬(wàn)hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積凈增加2.15萬(wàn)hm2。平均氣溫在8～12 ℃的區(qū)域內(nèi)的耕地面積凈減少1.12萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2009－2012年和2012－2015年；平均氣溫在12 ℃以上的區(qū)域內(nèi)耕地面積凈減少3.94萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2012－2015年。平均氣溫在0～4 ℃的區(qū)域內(nèi)耕地面積凈增加1.41萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2009－2012年；平均氣溫在4～8 ℃的區(qū)域內(nèi)的耕地面積凈增加0.74萬(wàn)hm2，主要發(fā)生在2009－2012年和2015－2018年。流入流出耕地的平均氣溫變化和不同氣溫范圍內(nèi)的耕地變化從溫度的角度證實(shí)了流入耕地的熱量條件不如流出耕地。

表4 流入和流出耕地平均降水和氣溫

3.4 不同地貌區(qū)耕地流入流出情況

河北省流入耕地主要來(lái)源于未利用地和其他農(nóng)用地。未利用地主要是其他草地、內(nèi)陸灘涂和鹽堿地，其他農(nóng)用地主要是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致部分果園轉(zhuǎn)化為耕地。未利用地是河北省耕地流入的最主要來(lái)源，2012－2015年和2015－2018年來(lái)自未利用地的耕地比例明顯高于2009－2012年。耕地流出去向主要為建設(shè)用地和其他農(nóng)用地，建設(shè)用地主要是村莊建設(shè)用地、公路用地和建制鎮(zhèn)。除高原地貌區(qū)，建設(shè)用地中的村莊建設(shè)用地是耕地流向面積最大的單一地類(lèi)。其他農(nóng)用地主要是部分耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)施農(nóng)用地（圖3）。

圖3 3個(gè)時(shí)期內(nèi)不同地貌區(qū)耕地和其他土地轉(zhuǎn)化比例

3.4.1 平原區(qū)耕地流入流出情況

平原區(qū)海拔多在50 m以下，地勢(shì)低平，水熱條件優(yōu)越，擁有大面積的優(yōu)質(zhì)耕地，是河北省糧食和經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū)。由于地勢(shì)平坦，人口密集，耕地易于開(kāi)發(fā)，大面積的耕地被建設(shè)占用。2009－2018年該區(qū)耕地面積共減少4.96萬(wàn)hm2，平均每年減少0.55萬(wàn)hm2，尤其是2012－2015年耕地面積凈減少3.11萬(wàn)hm2，占耕地減少總面積的62.68%。

流入耕地主要來(lái)自未利用地和其他農(nóng)用地。主要地類(lèi)為果園、其他草地、內(nèi)陸灘涂和鹽堿地，耕地流入面積先減少后增加。流入耕地來(lái)自未利用地的比例從2009－2012年的28.4%（圖3a）升高到2015－2018年72.7%（圖3c）；來(lái)自其他農(nóng)用地的比例從2009－2012年的63.9%（圖3a）降至2015－2018年的20.7%（圖3c）。說(shuō)明2009－2012年流入耕地以農(nóng)用地內(nèi)部的種植結(jié)構(gòu)調(diào)整為主，2012年以后則以開(kāi)墾未利用地補(bǔ)充耕地為主。

該區(qū)流出耕地主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地。每年流向建設(shè)用地的面積約為1.11萬(wàn)hm2，其中流向村莊建設(shè)用地的占大部分，約為0.64萬(wàn)hm2/a。2015－2018年流向建設(shè)用地的比例明顯高于2009－2012年。2009－2012年間該比例為71.49%（圖3d），2015－2018年提高到83.59%（圖3f）。流向村莊建設(shè)用地比例也從2009－2012年的40.71%（圖3d）提高到2015－2018年的52.22%（圖3f）。說(shuō)明建設(shè)占用，尤其是村莊建設(shè)用地越來(lái)越成為耕地面積減少的主要流向。

3.4.2 盆地區(qū)耕地流入流出情況

該區(qū)地勢(shì)較為平坦，耕地較為集中，主要有蔚縣盆地、懷來(lái)-逐鹿盆地及武安盆地等。2009－2018年該區(qū)耕地面積先增加后減少，總體變化趨勢(shì)為減少，耕地面積凈減少0.10萬(wàn)hm2，平均每年約減少0.01萬(wàn)hm2。

該區(qū)流入耕地主要來(lái)自未利用地和其他農(nóng)用地。主要地類(lèi)為其他草地、內(nèi)陸灘涂、鹽堿地和果園。未利用地始終是該區(qū)域耕地最主要的補(bǔ)充來(lái)源，不同時(shí)期內(nèi)分別占流入耕地總面積的80.1%、70.8%、88.2%。耕地流入主要集中在2009－2012年，該時(shí)段內(nèi)流入的面積占流入總面積的79.9%（表2）。說(shuō)明農(nóng)用地內(nèi)部的地類(lèi)轉(zhuǎn)化面積始終較小，耕地流入主要是通過(guò)實(shí)施土地開(kāi)墾項(xiàng)目將未利用土地開(kāi)墾為耕地。

該區(qū)耕地流出面積從2009－2012年的0.40萬(wàn)hm2下降到2015－2018年的0.19萬(wàn)hm2。流出耕地主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地，流向建設(shè)用地的比例從2009－2012年的68.2%（圖3d）增加到2015－2018年的84.6%（圖3f）。其中村莊建設(shè)用地始終是耕地流失的最主要去向，不同時(shí)期內(nèi)分別占耕地流失總面積的22.9%、44.2%、40.8%。

3.4.3 丘陵區(qū)耕地流入流出情況

該區(qū)位于山地和平原之間，主要分布在太行山東側(cè)和燕山南麓，是河北省凈增耕地面積最大的區(qū)域。2009－2018年耕地面積凈增加1.28萬(wàn)hm2，平均每年增加0.14萬(wàn)hm2，其中2015—2018年耕地面積增加0.74萬(wàn)hm2，約占該區(qū)耕地增加總面積的60%，其他時(shí)段內(nèi)耕地面積增加較少（表2）。

該區(qū)耕地流入的面積先減少后增加，流入耕地主要來(lái)自未利用地。未利用地中的其他草地是最主要的耕地來(lái)源，不同時(shí)期內(nèi)占耕地流入總面積的比例始終超過(guò)70%。流入耕地中未利用地的占比從2009－2012年的81.96%（圖3a）增加到2015－2018年的91.33%（圖3c），與此同時(shí)來(lái)自其他農(nóng)用地的耕地占比從15.99%（圖3a）減少到5.69%（圖3c）。說(shuō)明該區(qū)農(nóng)用地內(nèi)部的地類(lèi)轉(zhuǎn)化面積減小，耕地流入主要是由于實(shí)施土地開(kāi)墾項(xiàng)目，將未利用土地開(kāi)墾為新增耕地，用于占補(bǔ)平衡。

該區(qū)流出耕地主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地。不同時(shí)期內(nèi)流向建設(shè)用地的比例分別占耕地流失總面積的77.33%、78.77%、70.21%，其中流向村莊建設(shè)用地的耕地面積最多，占比從2009－2012年的33.38%（圖3d）增加到2015－2018年的41.84%（圖3f）。

3.4.4 山地區(qū)耕地流入流出情況

該區(qū)主要包括燕山和太行山地，海拔多在2 000 m以下，2009－2018年耕地面積凈增加0.14萬(wàn)hm2，耕地面積增加主要發(fā)生在2015－2018年，該時(shí)段內(nèi)增加的面積占山地區(qū)耕地增加總面積的98.95%（表2）。

該區(qū)流入耕地主要來(lái)自未利用地。來(lái)自未利用的比例從2009－2012年的75.17%（圖3a）增加到2015－2018年的93.71%（圖3c）；與此同時(shí)，來(lái)自其他農(nóng)用地的耕地占比從21.36%（圖3a）減少至4.22%（圖3c）。

該區(qū)流出耕地的主要去向仍然是建設(shè)用地。不同時(shí)期內(nèi)流向建設(shè)用地的面積占耕地流失總面積的比例分別為54.56%、79.53%、74.20%，其中流向村莊建設(shè)用地的比例從2009－2012年的23.62%（圖3d）提高到2015－2018年的46.30%（圖3f）。

3.4.5 高原區(qū)耕地流入流出情況

該區(qū)主要為壩上高原，是蒙古高原的一部分，平均海拔1 200～1 500 m，冬季寒冷漫長(zhǎng)，無(wú)霜期短[26]。2009－2018年耕地面積凈增加0.72萬(wàn)hm2，平均每年增加0.08萬(wàn)hm2，該區(qū)耕地面積增加集中在2009－2012年，該時(shí)段內(nèi)耕地面積增加0.52萬(wàn)hm2，占該區(qū)耕地增加面積的72.29%（表2）。

該區(qū)流入耕地主要來(lái)自未利用地中的其他草地和鹽堿地以及其他農(nóng)用地中的天然牧草地和人工牧草地。來(lái)自未利用地的比例從2009－2012年的76.60%（圖3a）升高到2015－2018年的99.09%（圖3c）。與此同時(shí)來(lái)自其他農(nóng)用地的比例則從23.23%降至0。

該區(qū)流出耕地主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地。但與其他地貌區(qū)不同的是流向村莊建設(shè)用地的比例明顯較小，僅占耕地流失總面積的約10.00%，該區(qū)耕地主要流向建制鎮(zhèn)（42.88%）和公路用地（30.38%），該現(xiàn)象可能與壩上地區(qū)農(nóng)村人口外流，農(nóng)村常住人口減少有關(guān)[27]。

4 討 論

本文對(duì)河北省耕地空間位置、氣候條件和流入流出方面的特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)河北省近10年耕地面積基本保持穩(wěn)定，但存在“占優(yōu)補(bǔ)劣”的現(xiàn)象，此結(jié)果與袁承程等[3,8]從全國(guó)層面的研究結(jié)果一致。說(shuō)明在執(zhí)行耕地占補(bǔ)平衡政策中，普遍注重于耕地?cái)?shù)量的平衡，對(duì)耕地質(zhì)量的變化重視程度不足[28]。水熱條件較好的平原區(qū)耕地被占用，氣候和地形條件較差的山地、丘陵區(qū)的土地被開(kāi)墾為耕地，造成“耕地上山、重心北移”，進(jìn)而出現(xiàn)了“占優(yōu)補(bǔ)劣”現(xiàn)象。耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地在產(chǎn)生巨大的財(cái)政收入的同時(shí)又能促進(jìn)GDP的增長(zhǎng)[29]。地方政府在GDP政績(jī)觀的影響下，一定程度上影響了耕地保護(hù)機(jī)制效果[30]。耕地質(zhì)量的評(píng)估涉及主觀性因素多，可操作性不強(qiáng)[31]，在耕地總量保持不變的硬性約束下，導(dǎo)致“占優(yōu)補(bǔ)劣”現(xiàn)象受利益驅(qū)動(dòng)時(shí)有發(fā)生。

本研究關(guān)于耕地流失的主要去向與袁承程等[3]的研究結(jié)果存在差異，袁承程等以地級(jí)市為圓心，發(fā)現(xiàn)流失耕地主要分布在距離市中心30 km以內(nèi)的區(qū)域，而耕地增加主要發(fā)生在離城市中心40 km以外區(qū)域，從而認(rèn)為城市化是耕地減少的主導(dǎo)因子。本研究采用單一地類(lèi)變化流向分析，發(fā)現(xiàn)村莊建設(shè)占用是耕地流失最主要去向。通過(guò)查閱住建部發(fā)布的2018年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒，河北省11個(gè)地級(jí)市平均建成區(qū)面積僅144.90 km2，市中心30 km的半徑內(nèi)包含大量的農(nóng)村，按照袁承程等[3]的研究方法該區(qū)域內(nèi)因村莊建設(shè)占用而流失的耕地也會(huì)被認(rèn)為是城市化而導(dǎo)致，故而得出城市化是耕地減少的主導(dǎo)因子。本研究采用的單一地類(lèi)變化流向分析法，更加精準(zhǔn)地反映了流失耕地的去向，彌補(bǔ)了前人研究中對(duì)耕地流向沒(méi)有進(jìn)行細(xì)分的不足[8,32]。此外，通過(guò)查閱河北省2010年和2019年經(jīng)濟(jì)年鑒，近10年河北省城鎮(zhèn)化率提高了12.69個(gè)百分點(diǎn)，但仍有大面積的耕地流向村莊建設(shè)用地，說(shuō)明農(nóng)村有大量閑置、低效的建設(shè)用地。

本研究在對(duì)耕地變化特征分析時(shí)，只選取了地貌類(lèi)型、降水、氣溫和平均海拔四個(gè)要素，下一步可結(jié)合區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、耕作條件、土壤質(zhì)地和農(nóng)作物熟制等數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析耕地變化的驅(qū)動(dòng)因素和對(duì)耕地的影響。此外，本研究缺少對(duì)耕地“非糧化”的分析，據(jù)自然資源部發(fā)布的數(shù)據(jù)，從“二調(diào)”到“三調(diào)”，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和國(guó)土綠化是導(dǎo)致耕地減少的主要原因，后續(xù)可進(jìn)一步分析補(bǔ)充耕地在后期監(jiān)管方面存在的“非糧化”問(wèn)題。

為落實(shí)對(duì)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”的保護(hù)要求，切實(shí)保障糧食安全，筆者認(rèn)為一要完善“激勵(lì)—約束”機(jī)制，增加耕地占補(bǔ)平衡在政績(jī)考核中的占比，在政績(jī)掛鉤的激勵(lì)下與占補(bǔ)平衡制度的約束下，提高地方政府對(duì)補(bǔ)充耕地質(zhì)量的關(guān)注度和積極性。二要拓寬監(jiān)督的渠道，保護(hù)耕地關(guān)系到全體人民的根本利益，農(nóng)民作為耕地的直接耕種者，也是與耕地最直接相關(guān)的利益群體，要保障農(nóng)民的參與權(quán)和監(jiān)督權(quán)。三要因地制宜制定相對(duì)完備的補(bǔ)充耕地驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和程序，提高耕地質(zhì)量評(píng)估的可操作性，對(duì)新增耕地質(zhì)量嚴(yán)格核定。四要完善集約節(jié)約用地政策，加強(qiáng)存量和新增建設(shè)用地統(tǒng)籌使用，盤(pán)活農(nóng)村閑置建設(shè)用地，遏制農(nóng)村亂占耕地建房行為。

5 結(jié) 論

1）河北省耕地主要分布在平原區(qū)（約67%），流入流出現(xiàn)象也主要發(fā)生在平原區(qū)；近10耕地面積基本保持穩(wěn)定，共減少2.91萬(wàn)hm2，平均每年減少0.32萬(wàn)hm2；耕地動(dòng)態(tài)度和相對(duì)變化率較小，說(shuō)明耕地變化速率和強(qiáng)度較小。

2）耕地重心向北移動(dòng)，耕地“上山”現(xiàn)象明顯。近10年平原、盆地耕地面積減少，山地、丘陵、高原耕地面積增加；流入耕地重心較流出耕地重心向北部移動(dòng)且流入耕地平均海拔高于流出耕地。

3）耕地向降水少、氣溫低的區(qū)域轉(zhuǎn)移。近10年降水量小于400 mm的區(qū)域耕地面積增加1.57萬(wàn)hm2，降水量大于400 mm的區(qū)域耕地面積減少4.48萬(wàn)hm2，流入耕地的平均降水量小于流出耕地的平均降水量。平均氣溫大于8 ℃的區(qū)域耕地面積減少5.06萬(wàn)hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積增加2.15萬(wàn)hm2，流出耕地平均氣溫大于流入耕地平均氣溫。

4）近10年流入耕地主要來(lái)自未利用地和其他農(nóng)用地，流出耕地主要去向?yàn)榻ㄔO(shè)用地。村莊建設(shè)占用是耕地流失的最主要去向。

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Spatio-temporal variation of cultivated land in Hebei Province of China using geomorphic regionalization during 2009-2018

Huang Xuhong, Yang Junquan※, Chen Donglei, Zhang Jing

((),300170)

Geomorphology is the science of landforms, including their origin, form, evolution and distribution across the physical landscape. There is also a decisive role in the quality of cultivated land, due to the distribution of surface water and heat subjected to the geomorphology. This study aims to grasp the inflow and outflow characteristics of cultivated land in the different geomorphic units in Hebei Province of China during 2009-2018. An analysis was then made to determine the relationship between the quantity, quality, climate, and landform. A systematic evaluation was also made to provide a strong reference for the decision-making on the policy of cultivated land protection. The data of land use was collected in 2009, 2012, 2015 and 2018, such as the geomorphic division, precipitation, temperature, and Digital Elevation Model. The GIS spatial analysis, single land type flow analysis, and index models were used to determine the temporal and spatial changes of cultivated land, particularly from the perspective of geomorphic division in three periods of 2009-2012, 2012-2015, and 2015-2018. The results showed that: 1) There was a stable area of cultivated land in the study area in recent ten years, indicating the low dynamic degree and relative changing rate of cultivated land. Specifically, the cultivated land decreased by 29 100 hm2, with an average annual decrease of 3 200 hm2. The superposition analysis was then performed on the inflow and outflow of cultivated land. The geomorphological zoning demonstrated that there was a great decrease in the area of cultivated land in the plains and intermountain basins, whereas, an increase in the hills, mountains and plateaus. 2) The average elevation of cultivated land increased significantly, where the center of cultivated land was moved northward. A digital elevation model was also used for the spatial analysis of the inflow and outflow of cultivated land in 2009-2012, 2012-2015, and 2015-2018. It was found that the average altitude was 321.89, 120.25, and 102.78 m higher than that of the outflow cultivated land. The center of gravity for the inflow of cultivated land was moved 78.19, 38.05, and 18.06 km to the northwest, northeast, and north, respectively, compared with the outflow. 3) The cultivated land was transferred to the areas with less precipitation and lower temperature. The spatial analysis was made on the inflow and outflow cultivated land using the average precipitation data. Among them, the average precipitation of inflow cultivated land was higher than that of outflow. The area of cultivated land with precipitation of less than 400 mm increased by 15 700 hm2. By contrast, the area with precipitation over 400 mm was reduced by 44 800 hm2. In addition, the average temperature of inflow cultivated land was lower than that of the outflow. The area of cultivated land with an average temperature greater than 8 °C decreased by 50 600 hm2, whereas, the area with the average temperature less than 8 °C increased by 21 500 hm2. 4) The flow direction of a single land type showed that the unused land was the main source of cultivated land inflow. The cultivated land outflow was mainly shifted to the construction land, indicating the largest village construction land. Therefore, the high-quality cultivated land with the inferior one can be expected to protect the cultivated land resources during this time. Strong support can be made to promote the requisition-compensation of cultivated land and the subsequent supervision. As such, the high-quality arable land was occupied in the plain areas, whereas, the unsuitable land was reclaimed in the mountainous, hilly, and plateau areas. The finding can provide a strong reference for the trinity protection of cultivated land quantity, quality, and ecology.

land use; geomorphologic regionalization; quality of cultivated land; cultivated land protection; Hebei Province

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.029

F301.21

A

1002-6819(2022)-17-0264-09

黃旭紅，楊俊泉，陳東磊，等. 基于地貌分區(qū)的河北省近10年耕地時(shí)空變化分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(17)：264-272.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.029 http://www.tcsae.org

Huang Xuhong, Yang Junquan, Chen Donglei, et al. Spatio-temporal variation of cultivated land in Hebei Province of China using geomorphic regionalization during 2009-2018[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(17): 264-272. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.029 http://www.tcsae.org

2022-06-20

2022-08-29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42272346）；華北地區(qū)自然資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目（DD20211388）

黃旭紅，助理工程師，研究方向?yàn)樽匀毁Y源調(diào)查監(jiān)測(cè)。Email：hxuhong@yeah.net

楊俊泉，博士，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閹r石學(xué)研究和自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)。Email：dap-yangjunquan@163.com