全 文 ：中国生态农业学报 2010年 7月 第 18卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2010, 18(4): 872−875


* 中国科学院重要创新方向项目(KSCX2-YW-N-48-03)资助
** 通讯作者, E-mail: jtliu@ms.sjziam.ac.cn
谭莉梅(1981~), 女, 博士, 主要从事农业资源与生态系统信息管理方面的研究。E-mail: mlt_123321@163.com
收稿日期: 2009-08-17 接受日期: 2010-01-25
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00872
河北省太行山区域耕地资源空间分布特征研究*
谭莉梅1,2 李红军2 刘慧涛2 刘宏娟2 刘金铜2**
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101;
2. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050021)
摘 要 本文根据遥感影像资料, 在对河北省境内太行山区域耕地资源进行解译的基础上, 应用 GIS 技术和
空间分析方法, 对其空间分布特征从海拔高度、坡度及地形类型 3个方面进行了分析研究。结果表明, 河北省
太行山区域耕地的 80.9%分布于海拔 500 m以下, 93.7%分布于坡度 15°以下, 70.3%分布于平地和 U型谷地。
由此可以看出, 目前河北省太行山区域耕地资源开发利用比较合理。本文对河北省太行山区域耕地资源空间
分布特征的分析可为太行山区域耕地质量评估和合理利用提供科学依据和支持。
关键词 河北省 太行山区域 耕地资源 空间分布
中图分类号: F323.211 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)04-0872-04
Spatial distribution characteristics of arable lands in Taihang
Mountain area of Hebei Province
TAN Li-Mei1,2, LI Hong-Jun2, LIU Hui-Tao2, LIU Hong-Juan2, LIU Jin-Tong2
(1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
2. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences,
Shijiazhuang 050021, China)
Abstract Based on the application of RS and GIS technologies, this paper analyzed spatial distribution characteristics of the arable
lands in Taihang Mountain area of Hebei Province. The results show that 80.9% area of the mountain arable land distributes below 500
m elevation, 93.7% area distributes with less than 15° slope gradient and 70.3% area distributes in flats and U-shaped valleys. This
indicates that the exploitation of arable land resources in Taihang Mountain area of Hebei Province is reasonable. The research conclu-
sion could be used as the reference on quality assessment and utilization of arable land resources in other areas of Taihang Mountain.
Key words Hebei Province, Taihang Mountain, Arable land resources, Spatial distribution
(Received Aug. 17, 2009; accepted Jan. 25, 2010)
作为人口大国 , 我国正面临着严重的人口、
耕地和粮食问题。到 2005 年底, 我国人口总数为
130 756万人, 粮食总产量为 48 402万 t, 人均粮食
产量为 370 kg, 这仅是温饱水平, 尚未达到小康。尤
其是 2006年之后, 我国不再接受联合国世界粮食计
划署(WFP)的援助 , 从粮食受援国变为援助国 , 粮
食问题将面临更大的考验。
据专家预测, 到 2010年和 2030年, 如果我国粮
食完全自给, 需要耕地数量分别为 1.280 亿 hm2 和
1.298 亿 hm2; 如果实现粮食 95%的自给目标(1996
年《中国粮食问题》白皮书确定的目标)则需要耕地
面积分别为 1.216 亿 hm2和 1.233 亿 hm2。据我国
国土资源公报显示, 到 2007 年, 我国的耕地面积已
降至 1.218亿 hm2。我国提出了“18亿亩(1.2亿 hm2)
耕地红线”的政策来保证我国国民的粮食供给。要
想保住 1.2亿 hm2的耕地, 关键是做到“占补平衡”、
“占一补一”。然而工业化和城镇化的发展加快了
我国耕地的流失, 平原区耕地面积日趋减少, 山区
成为占补平衡的耕地来源。因此, 对于山区的耕地
安全和耕地质量问题的研究也变得更加重要。
第 4期 谭莉梅等: 河北省太行山区域耕地资源空间分布特征研究 873


河北省是一个人多地少的省份, 全省人均耕地
面积仅为 0.091 hm2[1], 低于全国平均水平的 0.093
hm2。同时, 河北省又是一个多山省份, 具有较丰富
的山区耕地资源。河北省内的山脉主要包括太行山
脉和燕山山脉, 其中, 太行山区域面积占河北省总
面积的 16.4%, 山区居民数量为 960万人, 因此河北
省太行山区域的耕地安全关系到整个河北省的粮食
安全。面对河北省平原地区可耕地资源已开发殆尽
并不断减少的局面, 有必要通过增加山区耕地资源
的开发力度和合理利用, 保障该地区粮食安全及经
济的可持续发展。
目前 , 对太行山区域耕地的研究主要集中在耕
地退耕还林区域的合理利用[2]、不同土地利用方式
下和不同植被类型情况下的土壤水保性能[3]、土地
开发整理的方法 [4]以及耕地水土流失 [5]等方面 , 而
对于山区耕地空间分布特征的研究较少。本文利用
3S技术对山区耕地资源的空间分布特征进行了研究,
从而为更好地了解太行山区域耕地现状并为其合理
利用提供可靠的数据支持。
1 研究区概况
河北省太行山区域位于河北省西部(图 1), 总面
积为 3.01×106 hm2, 包括邯郸、邢台、石家庄、保定
4 个市的 25 个县(区、市), 占河北省国土总面积的
16.4%, 人口数量占河北省总人口的 14.2%。截止到
2007 年太行山区域各县 (区、市 )总耕地面积为
6.36×106 hm2, 人均耕地为 0.067 hm2。



图 1 河北省太行山区域位置及高程图
Fig. 1 Location and elevation of Taihang Mountain area of
Hebei Province
河北省太行山区域地势北高南低、西高东低, 成
阶梯状分布, 东侧为断层构造, 相对高差达 1 500~
2 000 m; 以低山、丘陵为地貌主体, 还分布有冲积
洪积剥蚀台地, 冲积洪积台地, 大、中、小起伏山地
等地貌类型, 区内坡度变化较大; 区内土壤以褐土
为主; 植被种类多、分布广、储量大, 植被以落叶、
阔叶林为主, 据不完全统计, 各类资源植物在 1 500
种以上, 是中国资源植物较丰富的地区之一, 其中
维管束植物约为 151科、578属、1 884种[6]。该区
属温带大陆性季风气候, 四季分明, 多年平均气温
为 7.4~13.9 ℃, 多年平均降雨量 570~620 mm, 年平
均日照时数为 2 300~2 800 h, 太阳辐射年总量达
26.5×103~32.5×103 J·cm−2, 无霜冻期为 131~240 d。
耕作制度为一年两熟或两年 3 熟, 主要农作物有玉
米、小麦、花生和红薯等。
2 研究方法
鉴于河北省部分县(市)为半山区县, 本文采用高
彧玄 等提出的相对高度方法 [7], 选择相对高度大于
30 m的区域为山区。相对高度是某点的实际海拔高
度与该点所处区域内的最低点海拔高度的差值。据
刘爱利[8]的推算, 相对高度的统计区域以 42.25 km2
最为合适。由此得到的河北省太行山区域分布见图
1所示。
应用遥感影像解译耕地能够避免传统统计数据
容易受人为干扰的弊端 ; 同时由于遥感的动态性 ,
能够获得最新的耕地资料; 通过遥感解译除了能够
得到耕地的面积数据, 还可得到耕地在空间位置上
的分布, 该特点为分析与空间分布相关的耕地特性
提供了基础。
本文利用 2007年 10月的 TM影像, 在通过实地
调查获得该区地类分布先验知识的基础上, 应用人
工解译方法, 将土地利用类型分为耕地和非耕地两
类 , 从而得到河北省太行山区域耕地的分布图(图
2)。选用分层采样的方法在各地类取 100 个像元[9],
经实地验证, 形成误差矩阵(表 1)。从表 1可以看出,
分类的总体精度为 87.5%, Kappa指数值为 75%[9]。
由分类结果得出, 河北省太行山区域总的耕地面积
为 3.78×105 hm2。
3 河北省太行山区域耕地特征
3.1 河北省太行山区域耕地高程分布
河北省太行山区域耕地分布图与其DEM数据进
行叠加分析, 得到河北省太行山区域耕地的高程分
布信息。以 500 m为等级划分标准对耕地分布进行
统计得出, 河北省太行山区域 80.9%的耕地分布在
874 中国生态农业学报 2010 第 18卷


海拔 500 m以下, 98.7%的耕地分布在海拔 1 000 m
以下。在此基础上, 对海拔 1 000 m以下的耕地分布
情况进行进一步分析, 以 100 m 高度为划分标准,
分析结果(表 2)显示, 河北省太行山区域耕地大部分
分布在 100~400 m 的高程范围内, 此区间内的耕地
占河北省太行山区域 1 000 m 以下总耕地面积的
71.0%。
高程是影响山区耕地资源投入产出率的重要因
素。随着高程增加, 农田地块面积变小, 离居民点距
离增大。农田本身自然环境改变、国家退耕还林政
策的影响、农户行为等因素对农田系统能量投入产
出都产生了显著影响, 所以高程因素在农田系统能
量产出中具有重要的作用。乔家君等[10]对河南省山
区村——吴沟村的分析结论表明, 高程每升高 10 m,
小麦产量下降 5 kg·hm−2, 玉米产量下降 9 kg·hm−2。



图 2 河北省太行山区域耕地分布
Fig. 2 Distribution of arable land in Taihang Mountain area
of Hebei Province

表 1 TM影像解译误差矩阵表
Tab.1 Error matrix of TM image interpretation
分类土地利用类型
Interpreted land use type
实测土地
利用类型
Real land
use type
耕地
Arable land
非耕地
Non-arable land
实测总和
Total of real
land use type
耕地
Arable land
85 15 100
非耕地
Non-arable land
10 90 100
分类总和
Total of interpreted
land use type
95 105 200
表 2 河北省太行山区域耕地的高程分布
Tab. 2 Distribution of arable land in Taihang Mountain area
of Hebei Province in different elevations
高程
Elevation (m)
面积
Area (hm2)
百分比
Percent (%)
54~100 12 595 3.4
101~200 131 034 35.5
201~300 86 587 23.5
301~400 44 134 12.0
401~500 27 493 7.5
501~600 23 509 6.4
601~700 16 739 4.5
701~800 10 057 2.7
801~900 9 916 2.7
901~1 000 6 900 1.8
总计 Total 368 964 100.0

故高程对耕地质量和粮食产量有显著影响。河北省太
行山区域的耕地主要分布在 500 m以下, 耕地自然条
件较好, 同时也便于当地居民对耕地的管理和利用,
有利于耕地质量的提高。
3.2 河北省太行山区域耕地的坡度分布
在 ArcGIS 中利用 DEM 数据, 计算获得河北省
太行山区域耕地坡度分布。将坡度按坡度≤8°、8°<
坡度≤15°、15°<坡度≤25°、坡度≥25°分为 4 级。
统计结果(表 3)显示, 河北省太行山区域耕地的 99%
分布在坡度 25°以下 , 93.7%分布在坡度 15°以下 ,
79.9%分布在坡度 8°以下。
坡度是影响山区耕地质量和耕种安全的重要因
素 , 坡度与水土流失量呈正相关关系 , 坡度增大 ,
径流量和冲刷量相应增加[11]。因此, 对耕地坡度分
布的研究是山区耕地合理利用的基础。结果显示 ,
河北省太行山区域只有 6.3%的耕地处于 15°以上,
这说明河北省太行山区域的耕地只有很少一部分存
在高水土流失的风险 , 大部分耕地可以被安全利
用。同时, 李小建等[12]对河南省山区村——吴沟村的
研究显示, 8°~15°坡度的农田能量转换率最高, 而 8°
以下和 15°以上坡度农田随着投入增大, 收益提高率
却变小。本研究结果显示, 河北省太行山区域的耕地
有 13.8%处在能量转化率比较高的 8°到 15°之间。


表 3 河北省太行山区域耕地的坡度分布
Tab. 3 Distribution of arable land in Taihang Mountain area of
Hebei Province in slopes with different slope gradients
坡度范围
Slope gradient range
面积
Area (hm2)
百分比
Percent (%)
≤8° 301 886 79.9
>8°, ≤15° 52 223 13.8
>15°, ≤25° 19 858 5.3
>25° 3 900 1.0
总计 Total 377 867 100.0
第 4期 谭莉梅等: 河北省太行山区域耕地资源空间分布特征研究 875


3.3 河北省太行山区域耕地地形类型分布
地形坡位指数(Topographic position index, TPI)
是由Weiss[13]在 2001年 ESRI国际应用者会议上提出
的一个概念, 用于划分自然景观的坡位和地形类型。
地形坡位指数的计算是通过栅格高程与其周围
平均高程值之差而获得, 如果此栅格的高程比周围
栅格平均高程高, 说明其处于一个凸起的地形; 相
反, 其处于一个下凹的地形; 如果与平均高程相等,
则处于平坦地带。地形坡位指数的获得与其所选择
的邻域面积有关系。邻域可以是以此栅格为中心的
圆形区域、矩形区域和自定义的任意形状的一个区
域。本文选定邻域形状为圆形, 半径分别为 500 m
和 2 000 m, 由此得到的地形坡位指数分别记为
TPI500、TPI2000。
按照 Weiss 的划分标准, 将地形类型划分为 10
种[13]: 峡谷、浅山谷、谷地上游、U 型谷、平地、
露天边坡、台地、谷地内小山、平地上小山和山顶。
河北省太行山区域的耕地地形类型主要存在其中 3
种地形, 如表 4所示。从表 4可以看出, 山区耕地有
62.5%分布在平地地区, 27.9%分布在露天边坡地区,
7.8%分布在 U 型山谷地区, 其他地形类型区基本没
有耕地分布。

表 4 河北省太行山区域耕地的不同地形类型分布
Tab. 4 Distribution of arable land in Taihang Mountain
area of Hebei Province in different landforms
地形类型
Landform category
面积
Area (hm2)
百分比
Percent (%)
U型谷 U-shape valley 29 514 7.8
平地 Flat 236 019 62.5
露天边坡 Open slope 105 349 27.9
其他地形 Other landforms 6 985 1.8
总计 Total 377 867 100.0

不同地形类型分布的耕地会有不同的土壤湿
度、保水性能、投入产出比[12]。处在平地和凹陷的
U 型谷底地区的耕地更加适用于农业耕种。从地形
类型分布上看, 河北省太行山区域耕地处在这两种
地形类型的面积占总耕地面积的 70.3%, 大部分耕
地能够达到较高的投入产出比。
4 结 论
面对日趋严重的人口、耕地和粮食问题, 对于山
区耕地的研究变得更加重要。由于特殊的地理环境
特征, 山区耕地质量与其空间分布特征有重要的关
系, 处于不同海拔、坡度、坡向、坡位、地形类型
的山区耕地, 会有不同的投入产出比, 同时会引发
不同的生态环境问题, 所以对山区耕地空间分布特
征的深入研究, 可为山区耕地的合理利用提供数据
支持。
本文对河北省太行山区域耕地在海拔高度、坡
度及地形类型的分布进行了分析, 结果表明, 河北
省太行山区域 98.7%耕地分布在 1 000 m以下, 其中
500 m以下的耕地占 80.9%; 在坡度分布上, 河北省
太行山区域耕地有 93.7%分布在 15°以下, 水土流失
较少, 其中有 13.8%分布在 8°~15°, 有较高的投入产
出比; 从地形类型分布上看, 河北省太行山区域耕
地的 62.5%、27.9%和 7.8%分别分布在平地、露天边
坡和 U 型谷地地区。由以上分析得出, 河北省太行
山区域耕地的绝大部分分布在海拔较低、坡度较缓
和适合耕种的地形类型区, 这些特征说明目前河北
省太行山区域耕地开发利用是比较合理的。同时 ,
对河北省太行山区域耕地空间分布特征分析也为太
行山区域的耕地质量评估和合理利用提供了科学依
据和支持。
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