基于地貌分區(qū)的河北省近10年耕地時空變化分析

黃旭紅，楊俊泉，陳東磊，張 靜

基于地貌分區(qū)的河北省近10年耕地時空變化分析

黃旭紅，楊俊泉※，陳東磊，張 靜

（中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170）

地貌可以制約地表水分和熱量的分配，對耕地質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、單一地類流向分析等方法，分3個時段從地貌分區(qū)的角度研究了河北省2009－2018年耕地時空變化情況。結果表明：1）近10年耕地面積基本保持穩(wěn)定。耕地共減少2.91萬hm2，平均每年減少0.32萬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，耕地“上山”現(xiàn)象明顯。2009－2012、2012－2015、2015－2018這3個時段內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、北方向移動了78.19、38.05、18.06 km。3）耕地向降水少、氣溫低的區(qū)域轉移。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hm2，降水量大于400 mm的區(qū)域耕地面積減少4.48萬hm2；平均氣溫大于8 ℃的區(qū)域耕地面積減少5.06萬hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積增加2.15萬hm2。4）流入耕地的主要來源為未利用地，流出耕地的主要去向為建設用地，村莊建設占用是最主要的去向。研究結果可為完善耕地占補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)；耕地質量；耕地保護；河北省

0 引 言

耕地保護對于保障國家糧食安全和生態(tài)安全有極為重要的意義[1-2]。隨著工業(yè)化、城市化進程加快，耕地資源與建設用地、生態(tài)用地擴展之間的矛盾日益尖銳[3-4]。雖然國家層面出臺了“耕地占補平衡”“永久基本農田保護”等一系列耕地保護政策，但自“二調”以來的10年間，全國耕地面積減少了753萬hm2，年均減少面積還略有擴大（2021年自然資源部公布數(shù)據(jù)）。在耕地被占用的同時，通過實施土地整治、增減掛鉤等項目，耕地數(shù)量得到一定的補充。此外，退耕還林與農業(yè)結構調整也會導致耕地數(shù)量、質量和空間分布發(fā)生變化。河北省作為國家糧食主產區(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年耕地時空變化特征，對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，為了掌握耕地變化特征，國內外學者基于不同的數(shù)據(jù)和資料，利用不同方法，進行了大量研究，并取得了很多成果。如高志強等[7]基于中國環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫對中國1985—1995年耕地數(shù)量、重心和質量變化特征進行了研究，發(fā)現(xiàn)耕地重心移動導致耕地質量下降；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)，對中國1990—2015年耕地面積變化和空間分布格局及不同地貌區(qū)的耕地變化特征進行了研究，發(fā)現(xiàn)中國耕地數(shù)量上略有增加，空間上“南減北增”；周君華等[9]利用2期耕地土壤調查樣點數(shù)據(jù)，對福建省2009—2017年耕地質量時空分異特征及其影響因素進行了研究，發(fā)現(xiàn)平原區(qū)耕地質量等級高于丘陵山區(qū)。

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

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)和多年平均氣溫數(shù)據(jù)，對河北省近10年耕地時空變化情況進行研究。在揭示河北省耕地時空變化特征的基礎上，分析在執(zhí)行耕地占補平衡政策中存在的不足，為完善耕地保護制度提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

河北省位于中國華北地區(qū)，地形地貌復雜多樣，平原、山地、高原、丘陵、盆地等地貌類型齊全，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省之一，糧食產量一直位居全國前列，對全國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量的重要因素[16-17]。近年來河北省經濟處于快速發(fā)展階段，各類生產用地對耕地占用的現(xiàn)象突出[18-19]。

注：地貌類型依據(jù)《京津冀地區(qū)綜合地質調查圖集》繪制而成；降水和氣溫數(shù)據(jù)來源于文獻[20-21]。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理

本研究基礎數(shù)據(jù)來源于河北省2009、2012、2015、2018年四期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。流入和流出耕地數(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，導致圖斑面積并不等于圖斑地類面積。本文在研究中采用了加權平均方法計算流入和流出圖斑的地類面積。

式中是疊加分析后圖斑地類面積，m2；M1是圖斑疊加分析后產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面積，m2。

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

地貌區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于中國地質調查局天津地質調查中心2019年出版的《京津冀地區(qū)綜合地質調查圖集》，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

本文從耕地數(shù)量、空間位置、耕地與降水和氣溫的關系及耕地流入流出4個方面分析河北省耕地變化情況。耕地數(shù)量變化主要利用耕地變化幅度、耕地動態(tài)度和相對變化率刻畫，通過這3個指標可以反映河北省近10年耕地數(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，其值越大說明耕地“上山”現(xiàn)象越嚴重，耕地質量條件也就相對越差[3]；耕地重心的移動可以客觀反映耕地的空間集聚及其位移規(guī)律[22]，因此本文用這兩個指標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)農作物產量的重要因素[16-17]，通過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耕地面積的變化可以反映耕地質量的變化。單一地類變化流向分析可以反映促使該地類發(fā)生變化的主導類型和次要類型，進而以主導類型為突破口，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)內耕地面積變化的總體數(shù)量特征，其計算式為

Δ=ΔU?j＋ΔU?i（2）

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

2.2 耕地動態(tài)度

動態(tài)度可以表征土地利用變化的速率和強度。劉紀遠等[24]提出的綜合土地利用動態(tài)指數(shù)模型，可以表示某一地區(qū)某一時段內土地利用方式的變化特征。其計算式為

式中U為研究期初耕地面積，萬hm2；為研究時間，a，為研究期內耕地動態(tài)度。

2.3 相對變化率

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

式中K、K分別為研究時段內某一地貌區(qū)和全省的耕地動態(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比和轉移特征[25]，有助于深化對耕地集聚和位移規(guī)律的認識。其計算式為

式中(,)為重心坐標；M為圖斑的耕地面積，m2；X為圖斑的經度；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、流出耕地轉化為柵格數(shù)據(jù)后利用分區(qū)統(tǒng)計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 結果與分析

3.1 河北省耕地數(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。耕地總量從2009年的656.13萬hm2減少到2018年的653.22萬hm2，減少了2.91萬hm2，平均每年減少0.32萬hm2（表1）。耕地主要分布在地勢低平、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)由于人類活動密集，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個時期內其余地貌區(qū)動態(tài)度均在1%以下，說明河北省耕地的時空變化率較小，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)量變化也會導致動態(tài)度升高。從相對變化率看，丘陵區(qū)的相對變化率較大，在不同時期內，相對變化率均大于1，說明出丘陵區(qū)耕地流入流出現(xiàn)象相對較多。平原區(qū)被占用的耕地需要在其他區(qū)域得到補充，由于丘陵區(qū)靠近平原區(qū)，水熱條件相對優(yōu)越且開墾成本較低，補充耕地項目被布局在丘陵區(qū)，大量耕地流入導致相對變化率較大。詳見表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。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。進而導致耕地平均海拔升高。

耕地重心整體向北移動。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了78.19 km，2012－2015年向東北方向移動了38.05 km；2015－2018年向北方向移動了18.06 km。進而導致耕地重心整體向北移動。

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系

耕地平均海拔升高和重心向北移動，會導致耕地的水熱條件發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)2009－2018年3個時期內，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的耕地變化從降水的角度證實了流入耕地的水分條件不如流出耕地。

2009－2018年3個時期內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hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積凈增加2.15萬hm2。平均氣溫在8～12 ℃的區(qū)域內的耕地面積凈減少1.12萬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)域內耕地面積凈減少3.94萬hm2，主要發(fā)生在2012－2015年。平均氣溫在0～4 ℃的區(qū)域內耕地面積凈增加1.41萬hm2，主要發(fā)生在2009－2012年；平均氣溫在4～8 ℃的區(qū)域內的耕地面積凈增加0.74萬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的耕地變化從溫度的角度證實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源于未利用地和其他農用地。未利用地主要是其他草地、內陸灘涂和鹽堿地，其他農用地主要是因為農業(yè)結構調整導致部分果園轉化為耕地。未利用地是河北省耕地流入的最主要來源，2012－2015年和2015－2018年來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用地和其他農用地，建設用地主要是村莊建設用地、公路用地和建制鎮(zhèn)。除高原地貌區(qū)，建設用地中的村莊建設用地是耕地流向面積最大的單一地類。其他農用地主要是部分耕地轉變?yōu)樵O施農用地（圖3）。

圖3 3個時期內不同地貌區(qū)耕地和其他土地轉化比例

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，地勢低平，水熱條件優(yōu)越，擁有大面積的優(yōu)質耕地，是河北省糧食和經濟作物的主產區(qū)。由于地勢平坦，人口密集，耕地易于開發(fā)，大面積的耕地被建設占用。2009－2018年該區(qū)耕地面積共減少4.96萬hm2，平均每年減少0.55萬hm2，尤其是2012－2015年耕地面積凈減少3.11萬hm2，占耕地減少總面積的62.68%。

流入耕地主要來自未利用地和其他農用地。主要地類為果園、其他草地、內陸灘涂和鹽堿地，耕地流入面積先減少后增加。流入耕地來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）；來自其他農用地的比例從2009－2012年的63.9%（圖3a）降至2015－2018年的20.7%（圖3c）。說明2009－2012年流入耕地以農用地內部的種植結構調整為主，2012年以后則以開墾未利用地補充耕地為主。

該區(qū)流出耕地主要去向為建設用地。每年流向建設用地的面積約為1.11萬hm2，其中流向村莊建設用地的占大部分，約為0.64萬hm2/a。2015－2018年流向建設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）。說明建設占用，尤其是村莊建設用地越來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)地勢較為平坦，耕地較為集中，主要有蔚縣盆地、懷來-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，總體變化趨勢為減少，耕地面積凈減少0.10萬hm2，平均每年約減少0.01萬hm2。

該區(qū)流入耕地主要來自未利用地和其他農用地。主要地類為其他草地、內陸灘涂、鹽堿地和果園。未利用地始終是該區(qū)域耕地最主要的補充來源，不同時期內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，該時段內流入的面積占流入總面積的79.9%（表2）。說明農用地內部的地類轉化面積始終較小，耕地流入主要是通過實施土地開墾項目將未利用土地開墾為耕地。

該區(qū)耕地流出面積從2009－2012年的0.40萬hm2下降到2015－2018年的0.19萬hm2。流出耕地主要去向為建設用地，流向建設用地的比例從2009－2012年的68.2%（圖3d）增加到2015－2018年的84.6%（圖3f）。其中村莊建設用地始終是耕地流失的最主要去向，不同時期內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hm2，平均每年增加0.14萬hm2，其中2015—2018年耕地面積增加0.74萬hm2，約占該區(qū)耕地增加總面積的60%，其他時段內耕地面積增加較少（表2）。

該區(qū)耕地流入的面積先減少后增加，流入耕地主要來自未利用地。未利用地中的其他草地是最主要的耕地來源，不同時期內占耕地流入總面積的比例始終超過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），與此同時來自其他農用地的耕地占比從15.99%（圖3a）減少到5.69%（圖3c）。說明該區(qū)農用地內部的地類轉化面積減小，耕地流入主要是由于實施土地開墾項目，將未利用土地開墾為新增耕地，用于占補平衡。

該區(qū)流出耕地主要去向為建設用地。不同時期內流向建設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hm2，耕地面積增加主要發(fā)生在2015－2018年，該時段內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)流入耕地主要來自未利用地。來自未利用的比例從2009－2012年的75.17%（圖3a）增加到2015－2018年的93.71%（圖3c）；與此同時，來自其他農用地的耕地占比從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用地。不同時期內流向建設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，無霜期短[26]。2009－2018年耕地面積凈增加0.72萬hm2，平均每年增加0.08萬hm2，該區(qū)耕地面積增加集中在2009－2012年，該時段內耕地面積增加0.52萬hm2，占該區(qū)耕地增加面積的72.29%（表2）。

該區(qū)流入耕地主要來自未利用地中的其他草地和鹽堿地以及其他農用地中的天然牧草地和人工牧草地。來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）。與此同時來自其他農用地的比例則從23.23%降至0。

該區(qū)流出耕地主要去向為建設用地。但與其他地貌區(qū)不同的是流向村莊建設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)農村人口外流，農村常住人口減少有關[27]。

4 討 論

本文對河北省耕地空間位置、氣候條件和流入流出方面的特征進行了研究，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)補劣”的現(xiàn)象，此結果與袁承程等[3,8]從全國層面的研究結果一致。說明在執(zhí)行耕地占補平衡政策中，普遍注重于耕地數(shù)量的平衡，對耕地質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)的土地被開墾為耕地，造成“耕地上山、重心北移”，進而出現(xiàn)了“占優(yōu)補劣”現(xiàn)象。耕地轉為建設用地在產生巨大的財政收入的同時又能促進GDP的增長[29]。地方政府在GDP政績觀的影響下，一定程度上影響了耕地保護機制效果[30]。耕地質量的評估涉及主觀性因素多，可操作性不強[31]，在耕地總量保持不變的硬性約束下，導致“占優(yōu)補劣”現(xiàn)象受利益驅動時有發(fā)生。

本研究關于耕地流失的主要去向與袁承程等[3]的研究結果存在差異，袁承程等以地級市為圓心，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，從而認為城市化是耕地減少的主導因子。本研究采用單一地類變化流向分析，發(fā)現(xiàn)村莊建設占用是耕地流失最主要去向。通過查閱住建部發(fā)布的2018年城市建設統(tǒng)計年鑒，河北省11個地級市平均建成區(qū)面積僅144.90 km2，市中心30 km的半徑內包含大量的農村，按照袁承程等[3]的研究方法該區(qū)域內因村莊建設占用而流失的耕地也會被認為是城市化而導致，故而得出城市化是耕地減少的主導因子。本研究采用的單一地類變化流向分析法，更加精準地反映了流失耕地的去向，彌補了前人研究中對耕地流向沒有進行細分的不足[8,32]。此外，通過查閱河北省2010年和2019年經濟年鑒，近10年河北省城鎮(zhèn)化率提高了12.69個百分點，但仍有大面積的耕地流向村莊建設用地，說明農村有大量閑置、低效的建設用地。

本研究在對耕地變化特征分析時，只選取了地貌類型、降水、氣溫和平均海拔四個要素，下一步可結合區(qū)域人口、經濟發(fā)展、耕作條件、土壤質地和農作物熟制等數(shù)據(jù)進一步分析耕地變化的驅動因素和對耕地的影響。此外，本研究缺少對耕地“非糧化”的分析，據(jù)自然資源部發(fā)布的數(shù)據(jù)，從“二調”到“三調”，農業(yè)結構調整和國土綠化是導致耕地減少的主要原因，后續(xù)可進一步分析補充耕地在后期監(jiān)管方面存在的“非糧化”問題。

為落實對耕地數(shù)量、質量、生態(tài)“三位一體”的保護要求，切實保障糧食安全，筆者認為一要完善“激勵—約束”機制，增加耕地占補平衡在政績考核中的占比，在政績掛鉤的激勵下與占補平衡制度的約束下，提高地方政府對補充耕地質量的關注度和積極性。二要拓寬監(jiān)督的渠道，保護耕地關系到全體人民的根本利益，農民作為耕地的直接耕種者，也是與耕地最直接相關的利益群體，要保障農民的參與權和監(jiān)督權。三要因地制宜制定相對完備的補充耕地驗收標準和程序，提高耕地質量評估的可操作性，對新增耕地質量嚴格核定。四要完善集約節(jié)約用地政策，加強存量和新增建設用地統(tǒng)籌使用，盤活農村閑置建設用地，遏制農村亂占耕地建房行為。

5 結 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hm2，平均每年減少0.32萬hm2；耕地動態(tài)度和相對變化率較小，說明耕地變化速率和強度較小。

2）耕地重心向北移動，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)域轉移。近10年降水量小于400 mm的區(qū)域耕地面積增加1.57萬hm2，降水量大于400 mm的區(qū)域耕地面積減少4.48萬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hm2，平均氣溫低于8 ℃的區(qū)域耕地面積增加2.15萬hm2，流出耕地平均氣溫大于流入耕地平均氣溫。

4）近10年流入耕地主要來自未利用地和其他農用地，流出耕地主要去向為建設用地。村莊建設占用是耕地流失的最主要去向。

[1] Chen L, Zhao H, Song G, et al. Optimization of cultivated land pattern for achieving cultivated land system security: A case study in Heilongjiang Province, China[J]. Land Use Policy, 2021, 108: 105589.

[2] 劉利花，張丙昕，劉向華. 糧食安全與生態(tài)安全雙視角下中國省域耕地保護補償研究[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(19)：252-263.

Liu Lihua, Zhang Bingxin, Liu Xianghua. Compensation of provincial cultivated land protection in China from the dual perspectives of food security and ecological security[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(19): 252-263. (in Chinese with English abstract)

[3] 袁承程，張定祥，劉黎明，等. 近10年中國耕地變化的區(qū)域特征及演變態(tài)勢[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(1)：267-278.

Yuan Chengcheng, Zhang Dingxiang, Liu Liming, et al. Regional characteristics and spatial-temporal distribution of cultivated land change in China during 2009-2018[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(1): 267-278. (in Chinese with English abstract)

[4] Li K, Ma Z, Liu J. A new trend in the space–time distribution of cultivated land occupation for construction in China and the impact of population urbanization[J]. sustainability, 2019, 11(18): 5089.

[5] 趙倩石. 河北省耕地利用轉型研究[D]. 石家莊：河北師范大學，2020.

Zhao Qianshi. Study on the Transformation of Cultivated Land Use in Hebei Province[D]. Shijiazhuang: Hebei Normal University, 2020. (in Chinese with English abstract)

[6] 王電龍，張光輝. 不同氣候條件下華北糧食主產區(qū)地下水保障能力時空特征與機制[J]. 地球學報，2017，38(S1)：47-50.

Wang Dianlong, Zhang Guanghui. Groundwater ensure capacity spatial-temporal characteristics and mechanism in main grain producing areas of North China Plain under different climatic conditions[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2017, 38(S1): 47-50. (in Chinese with English abstract)

[7] 高志強，劉紀遠，莊大方. 我國耕地面積重心及耕地生態(tài)背景質量的動態(tài)變化[J]. 自然資源學報，1998，13(1)：92-95.

Gao Zhiqiang, Liu Jiyuan, Zhuang Dafang. The dynamic changes of the gravity center of the farmland area and the quality of the farmland ecological background in China[J]. Journal of Natural Resources, 1998, 13(1): 92-95. (in Chinese with English abstract)

[8] 程維明，高曉雨，馬廷，等. 基于地貌分區(qū)的1990-2015年中國耕地時空特征變化分析[J]. 地理學報，2018，73(9)：1613-1629.

Cheng Weiming, Gao Xiaoyu, Ma Ting, et al. Spatial-temporal distribution of cropland in China based on geomorphologic regionalization during 1990-2015[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(9): 1613-1629. (in Chinese with English abstract)

[9] 周君華，游碧君，詹寄任，等. 復雜地貌類型區(qū)耕地質量時空分異及影響因素[J]. 福建農林大學學報（自然科學版），2021，50(6)：824-831.

Zhou Junhua, You Bijun, Zhan Jiren, et al. Spatial and temporal variation of farmland quality and its influencing factors in complex geomorphic regions[J]. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University (Natural Science Edition), 2021, 50(6): 824-831. (in Chinese with English abstract)

[10] 張英男，龍花樓，戈大專，等. 黃淮海平原耕地功能演變的時空特征及其驅動機制[J]. 地理學報，2018，73(3)：518-534.

Zhang Yingnan, Long Hualou, Ge Dazhuan, et al. Spatio-temporal characteristics and dynamic mechanism of farmland functions evolution in the Huang-Huai-Hai Plain[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(3): 518-534. (in Chinese with English abstract)

[11] 王雨楓，王娟. 京津冀地區(qū)耕地利用時空分異與影響機制分析[J]. 農業(yè)機械學報，2022，53(1)：192-197.

Wang Yufeng, Wang Juan. Spatio-temporal differentiation and influencing mechanism of cultivated land use in Beijing Tianjin Hebei region[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(1): 192-197. (in Chinese with English abstract)

[12] 楊建宇，張婷婷，陳正，等. 2013—2015年京津冀新增耕地時空特征與來源分析[J]. 農業(yè)機械學報，2018，49(3)：205-213.

Yang Jianyu, Zhang Tingting, Chen Zheng, et al. Spatial-temporal characteristics and source analysis of newly increased cultivated land in Beijing-Tianjin-Hebei region from 2013 to 2015[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(3): 205-213. (in Chinese with English abstract)

[13] 李超，張祥義，張海濤，等. 河北省近20年耕地資源安全動態(tài)變化及驅動力分析[J]. 中國農業(yè)科技導報，2014，16(1)：131-138.

Li Chao, Zhang Xiangyi, Zhang Haitao, et al. Dynamic changes in cultivated land resource security and driving forces in Hebei province during the past 20 years[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2014, 16(1): 131-138. (in Chinese with English abstract)

[14] 汪翡翠，楊朋，施佩歆，等. 基于Landsat OLI影像的河北省2019年海岸線現(xiàn)狀[J]. 華北地質，2021，44(4)：35-39.

Wang Feicui, Yang Peng, Shi Peixin, et al. Research on the status of Hebei Province's coastline in 2019 based on Landsat OLI images[J]. North China Geology, 2021, 44(4): 35-39. (in Chinese with English abstract)

[15] 辛嶺，高睿璞，蔣和平. 我國糧食主產區(qū)糧食綜合生產能力評價[J]. 中國農業(yè)資源與區(qū)劃，2018，39(9)：37-45.

Xin Ling, Gao Ruipu, Jiang Heping. Evaluation of comprehensive grain production capacity in main grain-producing areas in China[J]. Journal of China Agricultural Resources and Regional Planning, 2018, 39(9): 37-45. (in Chinese with English abstract)

[16] 余慧倩，張強，孫鵬，等. 干旱強度及發(fā)生時間對華北平原五省冬小麥產量影響[J]. 地理學報，2019，74(1)：87-102.

Yu Huiqian, Zhang Qiang, Sun Peng, et al. Impacts of drought intensity and drought duration on winter wheat yield in five provinces of North China Plain[J]. Acta Geographica Sinica, 2019, 74(1): 87-102. (in Chinese with English abstract)

[17] 劉笑. 農業(yè)氣象災害和氣溫降水對華北平原糧食產量的影響[D]. 北京：中國農業(yè)科學院，2018.

Liu Xiao. Impacts of Agrometeorological Disasters and Temperature and Precipitation on Grain Yield in North China Plain[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018. (in Chinese with English abstract)

[18] 楊克，陳百明，宋偉. 河北省耕地占用與GDP增長的脫鉤分析[J]. 資源科學，2009，31(11)：1940-1946.

Yang Ke. Chen Baiming, Song Wei. Decoupling analysis between arable land occupation and GDP growth in Hebei province[J]. Resources Science, 2009, 31(11): 1940-1946. (in Chinese with English abstract)

[19] 馬震，黃慶彬，林良俊，等. 雄安新區(qū)多要素城市地質調查實踐與應用[J]. 華北地質，2022，45(1)：58-68.

Ma Zhen, Huang Qingbin, Lin Liangjun, et al. Practice and application of multi-factor urban geological survey in Xiongan New Area[J]. North China Geology, 2022, 45(1): 58-68. (in Chinese with English abstract)

[20] 徐新良，張亞慶. 中國氣象背景數(shù)據(jù)集[Z]. 資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)注冊與出版系統(tǒng). http://www.resdc.cn/ DOI:10.12078/2017121301，2017.

[21] 徐新良，張亞慶. 中國氣象要素年度空間插值數(shù)據(jù)集[Z]. 資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)注冊與出版系統(tǒng). (http://www.resdc.cn/DOI), 2022.DOI:10.12078/2022082501，2017.

[22] 劉彥隨，王介勇，郭麗英. 中國糧食生產與耕地變化的時空動態(tài)[J]. 中國農業(yè)科學，2009，42(12)：4269-4274.

Liu Yansui, Wang Jieyong, Guo Liying. The spatial-temporal changes of grain production and arable land in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(12): 4269-4274. (in Chinese with English abstract)

[23] 朱會義，李秀彬. 關于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論[J]. 地理學報，2003，58(5)：643-650.

Zhu Huiyi, Li Xiubin. Discussion on the index method of regional land use change[J]. Acta Geographica Sinica, 2003， 58(5): 643-650. (in Chinese with English abstract)

[24] 劉紀遠，寧佳，匡文慧，等. 2010-2015年中國土地利用變化的時空格局與新特征[J]. 地理學報，2018，73(5)：789-802.

Liu Jiyuan, Ning Jia, Kuang Wenhui, et al. Spatio-temporal patterns and characteristics of land-use change in China during 2010-2015[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(5): 789-802. (in Chinese with English abstract)

[25] 吳凱，顧晉飴，何宏謀，等. 基于重心模型的丘陵山地區(qū)耕地利用轉換時空特征研究[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(7)：247-254.

Wu Kai, Gu Jinyi, He Hongmou, et al. Spatiotemporal characteristics of cultivated land use transition in hilly and mountainous regions based on barycenter model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(7): 247-254. (in Chinese with English abstract)

[26] 徐敏云，李運起，王堃，等. 河北省草地資源分布及植被特征動態(tài)[J]. 草業(yè)學報，2009，18(6)：1-11.

Xu Minyun, Li Yunqi, Wang Kun, et al. Spatial distribution and dynamic characteristics of the grassland vegetation in Hebei[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2009, 18(6): 1-11. (in Chinese with English abstract)

[27] 李宇鵬. 河北省壩上地區(qū)“空心村”治理研究——以張北縣為例[D]. 保定：河北大學，2020.

Li Yupeng. Study on “Hollow Village” Governance in BaShang Area of Hebei Province: Take ZhangBei County as an Example[D]. Baoding: Hebei University, 2020. (in Chinese with English abstract)

[28] 李國敏，王一鳴，盧珂. 耕地占補平衡政策執(zhí)行偏差及糾偏路徑[J]. 中國行政管理，2017(2)：108-112.

Li Guomin, Wang Yiming, Lu Ke. Cultivated land requisition-compensation balance policy implementation deviationand rectification paths[J]. Chinese Public Administration, 2017(2): 108-112. (in Chinese with English abstract)

[29] 黃壽海. 我國耕地占補制度中的質量不平衡問題研究[D]. 成都：西南財經大學，2020.

Huang Shouhai. Research on the Quality Imbalance in the System of Land Occupancy and Compensation in China[D]. Chengdu: Southwestern University of Finance and Economics, 2020. (in Chinese with English abstract)

[30] 陳秀欣. 耕地保護補償機制建設初探[J]. 中國土地，2011(9)：49-50.

[31] 王世忠，胡文霞，劉衛(wèi)東. 我國耕地占補平衡制度的研究[J]. 農機化研究，2007(8)：13-16.

Wang Shizhong, Hu Wenxia, Liu Weidong. Review on Chinese balance system of farmland in occupation and supplement[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2007(8): 13-16. (in Chinese with English abstract)

[32] Wang Y, Zhao X, Zuo L, et al. Spatial differentiation of land use and landscape pattern changes in the Beijing-Tianjin-Hebei Area[J]. Sustainability, 2020, 12(7): 3040.

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年耕地時空變化分析[J]. 農業(yè)工程學報，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

國家自然科學基金項目（42272346）；華北地區(qū)自然資源動態(tài)監(jiān)測與風險評估項目（DD20211388）

黃旭紅，助理工程師，研究方向為自然資源調查監(jiān)測。Email：hxuhong@yeah.net

楊俊泉，博士，正高級工程師，研究方向為巖石學研究和自然資源調查監(jiān)測。Email：dap-yangjunquan@163.com