基于样带的山区资源垂直分异特征及区划研究——以河北省保定市阜平县为例

林常威，张益琛，郑建乐，张利，陈影，周亚鹏，王树涛

（河北农业大学a.资源与环境科学学院；b.国土资源学院，河北 保定 071000）

目前全球陆地面积约20%为山地，山地资源禀赋可为人类提供了充沛的物质基础，且50%以上人类赖以生存［1］。中国是一个多山的国家，山地面积约占国土总面积的66.4%，山地垂直带现象丰富多样［2］。在许多情况下，生态因素与生态环境的相互作用是密切相关的山区生态环境的敏感性和脆弱性，导致山区城镇的特殊性和复杂性，从而导致山区城镇建设中出现的问题比平原地区更为复杂［3］。山区的自身条件使多数自然资源受海拔影响程度十分明显，难以充分利用。山地的海拔因子影响着气候、自然植被、土壤形成和水文变化过程，在短距离内气候、植被和动物群变化大是山区最典型的特征［4］。研究分析自然资源分布状态及特征，是山地资源开发的根本。山区自然资源既是山区农业可持续发展的基础，又是农业“三增”的主要经济来源［9］。现阶段，山地研究是国内外学者研究的重点领域，而对山地自然带的研究是揭示山地环境复杂性和异质性规律的有效手段，也是传统自然地理学研究的重要内容［5］。多名学者对山地自然资源展开了研究。有学者研究了山地资源的垂直带谱结构［6－9］，有学者对山地景观格局特征进行了分析［10－12］，而对于类型区划分，目前水资源［13，14］、森林资源［15－17］、气候资源［18，19］、中药资源［20，21］、草地资源［22，23］等单项资源研究较多。当前研究局限于对山区景观、单类自然资源、土地利用模式等方面的研究，对山区自然资源整体的研究仍然缺乏。本文选取山区自然资源作为研究对象，综合分析了河北省保定市阜平县自然资源特征。当前自然资源调查的手段主要包括基于高分辨率遥感影像解译、无人机航测、地面调查、时空数据库构建等［24－27］，本文采用地面调查法。由于人力、财力的限制，无法对全域展开地面调查，选取具有代表性的样带进行分析研究，需要以样带推断其他地区来完成区域资源特征分析。

要实现自然资源的高质量发展，就必须摸清水、土地、能源、矿产等关键性自然资源的潜力现状，进而提出一些重大的资源利用技术创新领域和重点方向［28］。类型划分是指依据一定的属性对自然资源类型进行区分，生成一组具有相同属性的事物集合［29］。当前自然资源分类以土地利用现状分类最为普遍，但土地利用现状分类体系仅能反映地表状况，含义较概括，无法全面地反映区域气候、基础地质、土壤、水文、生物等土地构成要素的状况，也未考虑将来的土地利用类型及方式，不能表达其自身属性及开发条件，土地利用现状分类不足以确定土地利用方向和开发工程。以土地各类资源要素相互作用所形成的资源综合体为研究对象，主要目的是探究资源综合体的结构特征与分布规律，揭示土地的本质属性，为资源利用、产业设计和合理布局提供科学的依据。研究山地自然资源的分布特征，分析山区自然资源的分布规律，对河北省保定市阜平县进行类型划分，基于资源特色形成该区独特的产业体系，可使山区的自然资源得到充分利用与发展，为山区自然资源的充分利用与发展提供理论依据。实现土地的多功能利用，更加细致地反映土地的自身属性，需要针对土地构成脉络特点进行类型划分，为产业布局奠定基础。

阜平县全域多为山区，地形复杂、资源众多，但难以开发利用。为实现阜平县脱贫攻坚与乡村振兴有效衔接，巩固脱贫成果，助力阜平“乡村振兴战略”目标实现，本文对该县进行了资源特征分析，摸清资源底数，梳理县域生态脉络，分析资源优势和存在的问题，挖掘资源利用潜力，明确一条以本地资源为基础的乡村振兴道路。样带（Transect）是沿着一个主导驱动因素在梯度上有规律变化的线状研究区域或具有明显差异特征的线状地域类型［30］。当前，样带研究法主要应用于森林生态系统性状、农业地域类型特征、乡村发展水平地域分异特征、土壤有机质分布特征、生态化学计量特征等方面［31－35］。由于阜平县面积较大，无法对全域资源进行全面调查，本文尝试采用样带法，基于海拔因子分析该县山区资源的分异规律。通过分析自然资源的核心分布带和优势带，确实区域自然资源的主导因素，对研究区进行类型区划分。资源调查与评价是进行以本地资源为基础科学规划的前提和首要环节，对阜平县自然资源的开发利用具有现实指导意义，也对山区自然资源垂直分异规律研究具有重要意义，为自然资源类型区划分提供了一条全新的思路。

1 研究区概况、数据来源与方法

1.1 阜平县概况

阜平县隶属于河北省保定市，位于太行山中北部，地处113°45′—114°37′E、38°39′—39°08′N 之间。全域多为山地，地形复杂多样、地貌类型多、土地覆被格局复杂、海拔差异较大，最低海拔192m，最高海拔2286m。县域内自成水系，地质现象多样，垂直地带性较为明显，自然资源十分丰富。阜平县气候属北温带大陆性季风气候区，年平均气温12.6℃，年均降水量654.5mm。受地形影响，区域内温度、降水差异较大，山区小气候特征较为明显。海拔差异为全域垂直分异的主导影响因素，自然资源的分布和人类活动主要受海拔差异的影响，本文选取海拔为参照因子，分析其自然资源的分布状况随海拔的变化特征。

1.2 数据来源

本文所使用的数据包括土壤数据、地质数据、植被数据、水资源数据、地形数据和气象数据。其中，地形数据、气象数据是由地理空间数据云下载的遥感数据，经ArcGIS 10.2 处理分析所得，土壤数据、地质数据、植被数据由阜平县自然资源与规划局、农业局、水利局等部门提供，并使用ArcGIS 10.2 进行空间分析所得。采用的坐标系均为CGCS2000 坐标系，栅格数据为30m×30m空间分辨率。

1.3 研究方法

研究样区确定：为精确描述阜平县自然资源的类型及分布特点，研究其基于海拔因素的垂直分异特征，分析其不同区位垂直带结构的异同，本文使用样带法选取并划分研究样区。样带是指在一定区域内按照环境因子或人类活动梯度设定的，包含一定的定位观测或野外实验点的，具有一定长度和间距的带状区域［36］。根据阜平县海拔特色和农业自然资源的分布特点，以海拔最低点192m 为起点、海拔最高点2286m为终点的连接线为中心，生成宽度为1500m的缓冲区为样带1。由于阜平县地形起伏大，不同区位存在较大差异，为减少差异性，平行于样带1在其两侧阜平县域内各选取一条样带为样带2、样带3（图1），对不同区位的自然资源特征及其与海拔因子的相关性进行分析，增加数据的可比性与完整性，同时确保结果的真实性。样带的选择基于以下几方面因素：选取的样带为海拔差异最为明显的区域，样带内包括丘陵、低山、中低山、中山、亚高山5 种地貌类型，涉及不同土地利用类型，同时样带内坡度、坡向、坡位有较明显差异。因此，研究3 个不同位置样带可分析不同海拔内自然资源分布特点的异同，分析不同部位自然资源分布特征，推断出全域自然资源分布特点，对阜平县自然资源开发利用具有现实指导意义。

图1 阜平县样带划分Fig 1 Transect division of Fuping County

实地调研法：通过现场对自然资源的信息采集，了解阜平县的自然概况。主要调查土壤资源、气候资源、生物资源、水资源、地质资源，清查阜平县各类资源数量、质量及分布情况，分析各类资源现状、潜力和特点，梳理该县资源特征。

GIS空间分析法：利用ArcGIS 10.2 软件，通过3D分析、空间分析、数据管理工具等对数据进行处理并叠加分析，分别绘制出研究样区内各类资源的分布图（即阜平县行政区划图、地貌图、土壤类型图、植被类型图、地质类型图等）。同时，基于海拔因子分析各类资源在不同样带的分布状况，研究不同样带内自然资源的分布特征及规律。

自然资源的垂直分布统计分析：本文通过Arc-GIS 10.2 软件获取垂直梯度样带内各类资源的面积，同时提取高程数据，将不同类型资源面积与高程数据相叠加，以统计各类型资源在不同海拔梯度内的占比。

2 结果及分析

2.1 阜平县自然资源现状

山区自然资源是指山区所拥有的并能为当地人们所利用的自然资源，它是山区居民财富的源泉。按照不同概念，山区自然资源可划分为以下类型：按资源性质，可分为山区土地资源、气候资源、生物资源、矿产资源、水资源等；按资源的应用，可分为食物资源、物质资源、能源资源、旅游资源等；按资源可再生与否，可分为可再生资源和不可再生资源［37］。根据阜平县自然资源现状及特征，基于海拔因子对自然资源的影响，本文按照资源性质对该县自然资源分类，选取土壤资源、气候资源、生物资源、水资源、地质资源作为研究对象，分析不同资源的组成、分布特点及规律。①土壤资源。阜平县内土地资源较为丰富，土壤类型较多，包含亚高山草甸土、棕壤、褐土、潮土4 个一级类型和山地草甸土、棕壤、棕壤性土、泥质石质土、淋溶褐土、潮土、潮褐土、石灰性褐土、褐土、褐土性土、酸性粗骨土、钙质粗骨土12 个二级类型。受海拔和地形影响，全域酸性粗骨土面积最大，所占比例最高。②气候资源。阜平县位于温暖半湿润地带，属大陆性季风气候，全年四季分明，冬季少雪，降水主集中在夏季，年平均气温为12.6℃，极端最高气温41. 2℃，极端最低气温－19.0℃。受海拔影响，区域温度差异较大。温度差异对植物生长具有一定的影响，主要体现在物候期和种植制度两个方面，海拔较低的地区一般为“一年两熟”，海拔较高的地方为“一年一熟”。区域内大于10℃积温呈现东南高、西北低趋势，随着海拔的不断升高，积温呈减少趋势。阜平县内山区小气候较为明显，降水主要集中在西南地区，东部降水量较小。③生物资源。阜平县内生物物种丰富、森林覆盖率高，陆生野生动物共有154 种，野生高等植物共有685 种；植被类型多样，包括温带针叶林、温带落叶落叶林、温带落叶灌丛、温带草丛、落叶果园林、温带草甸等多种类型。④水资源。阜平县水系较为发达，全县境内流域面积200km2以上的河流共有6条，20—200km2的山洪沟共有25条。分为3大河系，最东侧为平阳河，中间为大沙河流域，最西为北流河，所有河流最终汇总到王快水库。绝大部分水系源头和末梢均在县域境内，“自成体系”是阜平县内水资源的一大特点。⑤地质资源。阜平县地层基础古老，最早可追溯至太古代，距今28 亿年，其地质资源丰富、地质构造多样，包括褶皱、节理、断层、断裂等，致使该县山峦重叠、水流盘曲。阜平县内有丰富的岩石种类，包括沉积岩、变质岩、岩浆岩等，全域80%为变质岩，亚洲最大单体花岗岩位于该县境内。

2.2 样带内自然资源分布与位置

阜平县内各类资源类型的分布状态及位置随着样带区域的变化而发生着改变。在选取的3 条样带之中，样带1 的面积为112.89km2，样带2 的面积为182.87km2，样带3 的面积为172.154km2，样带2 的面积高于另外两个样带。表1 为阜平县土壤资源、植物资源、地质资源、水资源在样带内的分布位置及面积比。

表1 样带内各资源面积分布状况Table 1 Area distribution of resources in the transect

基于海拔因子3 条样带的划分，受区位因素面积的影响，不同样带的自然资源类型、面积具有一定的差异。样带1 中，土壤资源类型为7 个，地质资源类型为5 个，植被资源类型为4 个，水资源面积为1.15km2；样带2 中，土壤资源类型为6 个，地质资源类型为8 个，植被资源类型为4 个，水资源面积为2.00km2；样带3 中，土壤资源类型为7 个，地质资源类型为12 个，植被资源类型为4 个，水资源面积为1.32km2。比较而言，样带3 中各自然资源类型较其他两个样带更加丰富，其中地质资源更为明显，地质资源因位置不同资源类型的分布存在很大差异，因各板块运动不同，资源类型受影响较大。

样带主要分布的行政区包括城南庄镇、龙泉关镇、天生桥镇、夏庄乡、砂窝乡、阜平镇王林口乡、北果园乡、吴王口乡。因为数据有限，所以本文选取2014—2018 年月均温、年均降水量分析气候资源的分布现状，样带内气候资源的分布状况（表2）。

表2 样带内气候资源分布状况Table 2 Distribution of climatic resources in the transect

2.3 不同海拔梯度样带自然资源分布

阜平县全域多为山区，自然资源分布特点因海拔因素产生很大差异。根据海拔分布特点，结合资源现状，经样带内自然资源特征分析与海拔数据相拟合，发现阜平县内自然资源类型与海拔特征高度相关，呈明显的阶梯状分布。将阜平县海拔划分为192—400m、400—800m、800—1300m、1300—1700m、1700—2286m 5 个梯度（图2），分别统计各海拔带的区域面积（表3），分析不同海拔带各类自然资源的分布差异，并基于不同海拔分析山区各类资源的分布结构。在不同海拔梯度内，各样带面积分布有较大差异。其中，样带1 在丘陵区、低山区、中低山区内分布面积广，中山区、亚高山区分布面积较少；样带2 在丘陵区内分布面积多，其他海拔梯度面积分布较为平均；样带3 在低山区内分布面积最大，在中山区内分布面积极少，在亚高山区内无分布。

图2 阜平县海拔梯度分等Figure 2 Elevation classification map of Fuping County

表3 海拔梯度分等面积Table 3 Area of altitude classification

通过对阜平县内自然资源现状及分布分析，发现区域内土壤资源、地质资源、气候资源、植物资源具有很强的资源格局特色，各类资源类型随海拔梯度不同而发生改变，并具有很强的代表性（图3）。

随着海拔级别的改变，各类自然资源类型不断发生变化，不同自然资源类型的分布特点在样带内存在较大差异。样带内，土壤资源在丘陵区、低山区、中低山区内分布的土壤类型均为酸性粗骨土，样带1、样带2 在中山区、亚高山区内分布最多的土壤类型为棕壤，样带3 在中山区内分布最多土壤类型为棕壤性土，在亚高山区内无土壤资源分布。地质资源中，样带1 在丘陵区、低山区、中低山区内分布最多的地质类型中太古代阜平（混合）片麻岩套，在中山区、亚高山区内分布最多的地质类型为新太古代早期涞源片麻岩层套；样带2 在丘陵区内主要分布的地质类型为全新世地层，在低山区主要分布的地质类型为中太古代陈庄岩群，在中低山区、中山区、亚高山区内分布的地质类型主要为中太古代阜平（混合）片麻岩套；样带3 在丘陵区、低山区分布的地质类型为中太古代阜平（混合）片麻岩套，在中低山区内主要分布的地质类型为石咀岩群，在中山区内主要分布的地质类型为高于庄组，在亚高山区内无分布。地质资源中辉绿岩脉、新太古代早期涞源片麻岩层套、中太古代陈庄岩群、中太古代阜平（混合）片麻岩套4 个地质类型在5 个海拔梯度内均有分布，高于庄组分布在丘陵区、低山区、中低山区、中山区内，高于庄组仅在丘陵区内分布，庄旺沟变质钾长分布在丘陵区、低山区内，庄旺沟变质钾长、黄花滩片麻状石英闪长岩、景儿峪组、马家沟组、沙果园变质二长花岗岩、石咀岩群、铁岭组7 种地质资源类型分布在低山区、中低山区内。植被资源在丘陵区中分布最多的类型为“两年三熟”或“一年两熟”旱作和落叶果树园，在低山区中分布最多的类型为温带草丛，在中低山区中分布最多的为温带落叶灌丛，中山区中分布最多的为温带草丛，亚高山区中分布最多的为温带落叶阔叶林，其他类型植被资源在样带内分布最少，仅在样带2 中的丘陵区内分布。气候资源的分布随海拔的增高逐渐发生改变，海拔升高，温度逐渐降低，降水量在中低山区内最高向两侧逐渐降低。

3 讨论

3.1 不同类型资源与海拔的相关性

阜平县内土壤资源、地质资源、植被资源、气候资源分布具很强的垂直分异特征，土壤资源、植被资源、气候资源受海拔因子影响较大。其中，土壤资源随海拔的升高资源类型逐渐减少，土壤类型也不断发生改变；地质资源类型的分布受海拔影响一般，资源类型的分布因海拔高低产生变化较小，主要受区位因素影响；植被资源随海拔升高资源类型逐渐减少；温度受海拔差异影响较大，随着海拔的升高而降低，由于阜平县地形起伏较大，受地形影响，区域内山区小气候较大明显，降水量最大为区域中部且逐渐向两边较小。综合分析，样带内土壤资源、植被资源、气候资源具有明显的垂直分异特征，随海拔的变化，资源类型逐渐发生改变。

3.2 阜平县山区自然资源现状评价

阜平县海拔192—2286m，自然资源丰富，是京津冀地区海拔差异最为明显的县之一。海拔的差异，导致温度、降水、土壤和植被类型等众多方面的差异性明显。为了更加直观地分析阜平县自然资源现状，本文选取核心分布带、优势分布带分析研究不同资源类型在样带内的核心分布和在海拔梯度内的优势分布（表4）。其中，核心分布带（核心分布范围）指某覆被类型在其垂直分布的高程范围内，高程带（如以100m高程分割）数量占该类型分布范围内的总高程带数量的1/3 以下，其分布面积占该类总分布面积的2/3 以上的高程带分布区间；优势带指某覆被类型在某高程带中各种覆被类型分布面积占比占绝对优势（占某高程带面积的2/3 以上）的高程区间［38］。

表4 样带内各类资源内部差异分布Table 4 Internal difference distribution of various resources in the transect

（续表4）

区域内不同研究尺度自然资源的核心分布带与优势带分布具有一定差异性。从样带尺度分析，各类资源的核心分布带与优势带主要分布在样带2内；从海拔尺度分析，各类资源的核心分布带主要分布在中低山区内，优势带主要分布在低山区内。综合分析，样带2 在各海拔梯度内面积分布较为均匀，具有明显的海拔特色代表性，同时自然资源类型分布也具有很大优势。阜平县由于地质运动与海拔高度的差异造成了气温分布的不同，地形地势、植被、成土母质和人为活动的影响，形成了较为复杂的土壤种类。早期地质运动形成地势由西北向东南渐次倾斜，造成地形复杂多样，植被覆盖度也呈现较典型的垂直地带性分异。结果表明，区域内土壤类型、地貌类型和植被类型从根本上主导了阜平县资源脉络及发展格局。

3.3 基于海拔梯度的资源相关性

不同海拔梯度内，区域内资源不但在内部存在差异，而且不同资源间也具有相关性。本文通过分析不同海拔梯度内各类自然资源优势类型分布状态，以确定各类资源间的关系（表5）。

表5 不同海拔梯度内优势资源分布状况Table 5 Distribution of dominant resources indifferent altitude gradients

在不同海拔梯度内，土壤资源、植物资源、气候资源均有不同类型优势资源分布。在同一海拔梯度内，受海拔、地形、气候等因素的影响较小。通过分析土壤资源、植物资源、地质资源三者的分布情况，可确定不同海拔梯度内3 类资源具有不同的相关性。综合分析，土壤资源分布在受到地质运动影响的同时，土壤资源影响着植物资源分布情况，植物生长与土壤类型有很大关联，而土壤资源与气候资源也在一定程度上影响着地质资源，不同类型资源之间相互影响。

3.4 阜平县资源类型区划分

区划是对自然资源科学认识评价和合理优化管理的关键［39］。根据阜平县资源现状及特征，本文选取植被类型、土壤类型、地貌类型3 个要素作为指标进行资源类型分区，并基于生态重要性、农业主导性和地形起伏状况，将植被类型作为一级指标，土壤类型作为二级指标，地貌类型作为三级指标。将阜平县共划分为5 个资源类型区（表6）。其中，亚高山棕壤针阔混交林区内地貌类型为亚高山区，土壤类型主要为棕壤，植被类型为针阔混交林；中山棕壤阔叶林区内地貌类型为中山区，土壤类型为棕壤，植被类型为阔叶林；中低山棕壤疏林灌丛区内地貌类型包括低山区与中山区，土壤类型为棕壤，范围内有稀疏的树林，植被类型为疏林灌丛；低山粗骨土灌草丛区地貌类型包括低山区与丘陵区，土壤类型主要为粗骨土，植被类型为灌草丛；丘陵褐土性土灌草丛区地貌类型为丘陵区，土壤类型主要为褐土性土，植被类型为灌草丛。

表6 资源类型区划分Table 6 Resource type division

3.5 不同资源类型区开发利用建议

海拔差异为阜平县内最明显特色，资源特征分析是区域资源开发利用的根本。本文土地功能角度对不同资源类型区开发利用提出建议。亚高山棕壤针阔混交林区与中山棕壤阔叶林区内海拔较高，受人类活动影响较小，是生物多样性的核心地带，足以体现太行山自然风景，此类型区应以自然生态为主导功能；中低山棕壤疏林灌丛区属丘陵和中山的过渡地带，居民点较少，水资源丰富，适宜打造种植景观带和农耕体验区，此类型区应以景观生态为主导功能；低山粗骨土灌草丛区内地形坡度变化较大，多为丘陵和低山区，植被资源较为丰富，适宜打造农业新业态，此类型区应以生态农业为主导功能；丘陵褐土性土灌草丛区内地势较为平坦，河谷较宽，耕地资源质量好且数量多，区域内作物两年三熟，适宜加强农业种植、农业产业旅游开发、产业体系建设，该类型区应以综合生产为主导功能。

4 结论与讨论

4.1 结论

资源人均占有量较少，同时资源利用不充分，部分资源存在过度利用的状况，这是当前我国主要面临的资源问题。阜平县地形复杂，资源多但难以开发利用。本文基于土壤、地质、地形、气象、植被等多元数据，对阜平县样带内各类自然资源的类型、组成结构、分布特征等进行了分析研究，主要结论如下：①阜平县内自然资源禀赋、资源类型较多，主要表现为地质资源与土壤资源。其中，地质资源15 种类型、土壤资源8 种类型，受海拔因素影响自然资源分布特点存在较大差异。经样带内自然资源特征分析与海拔数据相拟合，发现阜平县内自然资源类型与海拔特征高度相关，呈现明显的阶梯状分布。②因海拔梯度不同，各类资源类型的分布特点在样带内存在着较大的差异。垂直地带性为阜平县内最明显资源特色，其中，土壤资源、植物资源、气候资源具均有较为明显的垂直分异特征。受区位、面积等因素影响，不同样带的自然资源类型和面积存在差异。③阜平县核心分布带与优势带分布主要以区域中部为主，资源类型最为丰富，区域内土壤类型、地貌类型和植被类型从根本上主导了该县资源脉络及发展格局。④依据自然资源特征分析，海拔差异为阜平县内最明显特色，该县产业打造应显化资源特色，基于海拔差异特色与垂直分异特征打造产业格局，将区域分为自然生态、景观生态、生态农业、综合生产4个主导功能区，细化明确各主导功能区的发展定位。

4.2 讨论

自然资源特征相关研究颇丰，基于海拔梯度的山区自然资源特征研究较少，本文特色在于以海拔因子为参照，分析阜平县内资源现状及特征，并划分类型区。本文从土地本质属性角度出发，选取样带法，通过资源调查与评价进行区域资源类型区划分，基于海拔因子划分梯度分析资源分布特征，依据山区特有的海拔差异特色及垂直分异特征打造产业格局，从土地多功能利用角度对区域进行主导性分区，对资源开发利用具有现实性指导意义，为自然资源类型区的划分提供全新思路。

本文的不足之处在于仅对资源现状进行了分析，并基于5 个类型区对山区自然资源开发利用提出建议，但未对阜平县内产业布局、发展等进行相关研究，未来应深入展开讨论。山区自然资源的开发利用是下一步研究的重点。本文对区域自然资源进行了资源特征分析，选取土壤资源、气候资源、生物资源、水资源、地质资源作为研究对象，未对单类资源进行微观分析，评价尺度较大，山区单类资源的资源分布特征需展开详细研究。