陳曦　劉秀華　劉勇

摘要：針對丘陵區(qū)耕作田塊設計的整體研究和深層分析不足的問題，以重慶市忠縣復興鎮(zhèn)天子村的耕作田塊修筑工程為例，對研究區(qū)耕作田塊修筑工程的設計進行了理論及實際分析。結(jié)果表明：條田田面設計寬度不小于8 m，長度不小于30 m；6°～<15°的中坡地和15°～25°的陡坡地，田面設計寬度分別在8～10 m、5～10 m范圍內(nèi)。條田和坡改梯田田坎設計均采用條石坎以節(jié)約用地保持水土，為保證堅固性，條石坎高超過1.0 m時需增設“丁”字石。土方工程量的計算需要一種便于操作且精度較高的方法。耕作田塊修筑工程要以保護環(huán)境為前提，明確優(yōu)劣勢，考慮當前和長遠需要，因地制宜地開展工作。

關(guān)鍵詞：丘陵區(qū)；耕作田塊；修筑工程；原理；設計；工程量；土方量；測量

中圖分類號： S284 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0341-05

耕作田塊一般指條田或梯田，是田間耕作、生產(chǎn)管理和土地平整工程的基本單元[1]。條田以水平方田為建設對象，可以改善農(nóng)田環(huán)境，消除對作物生長的限制因素，提高土地利用率[2]；梯田是在坡地上分段沿等高線建造的階梯式農(nóng)田，可以使水土流失相比于坡地減少80%左右[3]，保障農(nóng)田肥力。合理地設計耕作田塊有助于田間耕作、作物生長及灌排系統(tǒng)的規(guī)劃布局，有利于提高土地利用率。因此，耕作田塊修筑工程設計作為土地平整工程的一個重要內(nèi)容受到廣泛關(guān)注。

我國土地平整工程開展10年多來，許多學者對耕作田塊修筑工程進行研究并取得了成果。黃琪等運用數(shù)字高程模型劃分耕作田塊并計算最優(yōu)設計高程[4]；鮑海君等建立了耕作田塊優(yōu)化設計的數(shù)學模型 [5]；郝光研究了農(nóng)用地整理項目規(guī)劃設計的原理[6]；蔣悅悅針對如何設計優(yōu)質(zhì)精細型耕作田塊做了分析[7]。這些研究多為針對某一專項內(nèi)容的理論分析，注重工程實施后的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的研究，缺乏對某一地形條件下耕作田塊設計的整體研究和深層分析，尤其是對丘陵區(qū)的研究更是寥寥無幾。耕作田塊修筑工程的實施關(guān)系到土地利用集約度的升降、耕地質(zhì)量的好壞，其設計模式不是固定的，要因地制宜地規(guī)劃設計。因此，在人多地少的重慶丘陵區(qū)，其研究必不可少。本研究以重慶市忠縣復興鎮(zhèn)天子村為研究對象，分析耕作田塊修筑工程的設計，以期為丘陵區(qū)耕作田塊修筑提供依據(jù)，便于實踐工作的開展，促進土地規(guī)?；?、集約化。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市忠縣縣城南岸，海拔180～473.5 m，幅員3.5 km2，處于108°03′25″～108°05′46″E、30°16′26″～30°18′06″N之間（圖1），涉及復興鎮(zhèn)天子村一社至五社共5個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作社。研究區(qū)屬于忠縣忠州向斜區(qū)，微地貌表現(xiàn)為丘陵。

2 研究思路及方法

耕作田塊修筑工程的設計首先要了解設計原則，其次再根據(jù)實際情況并結(jié)合相關(guān)圖件、軟件及數(shù)據(jù)資料因地制宜地進行設計。本研究先介紹了設計原理，然后以研究區(qū) 1 ∶2000 地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖為主要數(shù)據(jù)源，用 AutoCAD 矢量化后轉(zhuǎn)換格式，利用ArcGIS中的3D analysis功能，生成數(shù)字高程模型，以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25° 為坡度分級體系，提取坡度圖，接著將研究區(qū)分為水田區(qū)和旱地區(qū)，結(jié)合地形、土壤、排灌、機耕等因素分別進行設計，主要內(nèi)容包括田塊設計、土層管理、田坎設計及土方工程量的計算等。

3 耕作田塊修筑工程的設計原理

3.1 耕作田塊方向

耕作田塊方向是指耕作田塊長邊的方向，往往是播種與耕作管理的方向，也是末級固定渠道、田間道和護田林帶的方向。耕作田塊方向應為作物生長提供良好的光照條件，保證作物盡可能多的吸收光熱。試驗結(jié)果顯示，南北行較東西行增產(chǎn)，作物品質(zhì)也有所提高[8]。但在丘陵區(qū)，耕作田塊方向直接影響到機械作業(yè)效率和灌排體系。因此，為降低機械作業(yè)功率損失，減少土壤侵蝕度，有利于截排地下水，耕作田塊方向應先根據(jù)地形條件確定，其方向宜平行于等高線。在地形條件允許時，再盡量將耕作田塊方向設計為南北方向或盡可能接近南北方向。

3.2 耕作田塊規(guī)模

3.2.1 耕作田塊長度

相同條件下，從機械作業(yè)上看，耕作田塊越長，機組轉(zhuǎn)變次數(shù)就越少，機械作業(yè)效率也就越高；從土地平整工程上看，耕作田塊越長，耕作田塊的面積也越大，得到比較均勻一致的地形難度增加，土地平整工程量也隨之增加；從灌溉角度來看，耕作田塊越長，沿著長邊配置的灌溉渠道的流量和流速就會越大，就會造成上段水多下段干旱；從排水角度來看，耕作田塊越長，農(nóng)溝就越長，就不能將水盡快送入集水溝或輸水溝中去。由此可見，耕作田塊變長，雖然提高了機械作業(yè)效率，但會給土地平整和灌排工作帶來麻煩，因此研究區(qū)耕作田塊長度應綜合考慮以上因素，根據(jù)重慶市土地開發(fā)整理工程建設標準，不同地形不同坡度區(qū)耕作田塊長度如表1所示。

3.2.2 耕作田塊寬度

在地形較平坦地區(qū)，為便于機組作業(yè)，常把耕作田塊劃分為若干小區(qū)，耕作田塊寬度宜為小區(qū)寬度的整數(shù)倍，同時也應考慮機組行程率；在地形起伏較大的地區(qū)，為避免挖填土方工程量過大，耕作田塊不宜過寬。在灌溉區(qū)或者排水區(qū)，耕作田塊寬度要結(jié)合田間臨時渠道（灌水畦田、灌水溝等）最佳長寬度或者排水溝間距來確定。根據(jù)重慶市土地開發(fā)整理工程建設標準，不同地形不同坡度區(qū)耕作田塊寬度如表2所示。

3.3 耕作田塊形狀

不整齊的田塊外形不僅降低機械作業(yè)質(zhì)量，破壞土壤結(jié)構(gòu)，甚至直接影響作物生長 [9]。耕作田塊形狀應盡量規(guī)整，長邊與短邊交角宜為直角或接近直角， 形狀選擇盡量為長方形、正方形、下拉梯形，要減少三角形、銳角梯形等對機械作業(yè)和田間管理不利的形狀。在地形較復雜地段，可以通過土地平整工程，盡量保持長邊的平行，以降低機械化耕作空行行程比率。耕作田塊形狀的規(guī)劃不能僅追求外形規(guī)整，還要考慮實際情況做出合理設計。endprint

3.4 耕作田塊對土壤的要求

土層厚度直接反映土壤的發(fā)育程度，是野外土壤肥力鑒別的重要指標[10]。它既是土壤養(yǎng)分的補源，又是土壤礦質(zhì)元素的儲存庫[11]。耕作田塊土層厚度應在15 cm以上，耕作層有機質(zhì)含量一般不能低于2%。土壤理化性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)也應滿足作物生長發(fā)育所需的最低要求。一般情況下，耕作田塊pH值要求在5.5～7.5之間，耕作層含鹽量≤0.3%，不宜為極端的沙土或重黏土，特殊情況下，可放寬標準，但不能影響作物出苗。

3.5 耕作田塊細部規(guī)劃

地形平坦區(qū)以種植水稻為主，一般對田塊內(nèi)部劃分格田，以便較好地控制田間作業(yè)。格田設計應滿足排灌暢通，保證作物生長階段對水分的需求，其田面高差應在3 cm以內(nèi)。但在低山丘陵地區(qū)，多根據(jù)地形、坡度、土層厚度等具體情況修筑成梯田，并盡量集中。梯田田面長邊應沿等高線布設，梯田的形狀一般呈長條形或帶形。梯田田坎的設計要遵循占地少，用料少，安全可靠的原則。

4 耕作田塊修筑工程的設計

研究區(qū)的微地貌表現(xiàn)為丘陵，地勢北高南低，旱地多成坡狀，水田以塝田為主。25°是土壤侵蝕方式的一個轉(zhuǎn)折點[12]，也是國家退耕還林臨界點，因此本研究不考慮25°以上的坡地。以1 ∶2 000地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖為基礎，建立數(shù)字高程模型（DEM），并以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25° 為坡度分級體系，通過ArcGIS軟件Spatial Analyst工具中的Surface Analysis命令提取研究區(qū)坡度圖[13]（圖2）。由圖可知，研究區(qū)的坡度集中在6°～25°之間，有利于條田整治和坡改梯工程的實施。

研究區(qū)旱地和水田各坡度級毛面積統(tǒng)計如表3所示，水田田坎面積占水田總面積的17.85%，旱地田坎面積占旱地總面積17.38%。由于受傳統(tǒng)土地承包制影響，現(xiàn)有地塊大多面積較小，且形狀不規(guī)則，不利于開展機械化作業(yè)和規(guī)模經(jīng)營，整治潛力較大，可通過整治建設標準的耕作田塊。

將研究區(qū)耕作田塊修筑工程設計分為水田區(qū)和旱地區(qū)分別進行設計，水田區(qū)集中在2°～<15°，主要進行條田整治；旱地均在6°～25°，主要進行坡改梯，具體設計過程如下。

4.1 水田區(qū)耕作田塊修筑工程的設計

4.1.1 水田田坎歸并

根據(jù)地形圖和現(xiàn)狀圖并結(jié)合實際得知，灌溉水田已經(jīng)是水平梯田，大都有成形田坎，但由于田坎系數(shù)高，耕地的使用率受到影響，應挖除相鄰同一高程兩田面間多余的子埂，對同一臺面相鄰田塊進行歸并，以減少田坎占地。

4.1.2 條田整治

選擇土壤條件良好的二社大屋溝及生井灣水田未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展為大棚蔬菜基地的水田，四社夏家山未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展為露地標準化蔬菜基地的水田，進行條田整治，在原有田塊臺面和田坎基礎上設計，對不規(guī)則田塊進行平整。同時，為滿足蔬菜排水與道路要求，縱向布設路帶溝，沿田坎布設生產(chǎn)路，排水與道路成網(wǎng)，使得田塊規(guī)整且配套設施完善便于集中排灌和規(guī)?；咝a(chǎn)，以有利于未來蔬菜基地的發(fā)展。

4.1.2.1 田塊設計

依據(jù)上述耕作田塊修筑工程原理，結(jié)合標準蔬菜大棚跨度8m，長度根據(jù)地形一般處于25～ 35 m的規(guī)格要求，以及機械作業(yè)效率，土地平整工程量及灌排工作等需要，適當調(diào)整條田田塊的規(guī)格。田塊寬度一般取決于末級固定排渠（農(nóng)排）的間距[14]，但土壤狀況不同的地區(qū)排渠間距也不同。因此，綜合以上因素設計田塊寬度不小于8 m，長度不小于30 m，條田整理區(qū)內(nèi)以田坎為界，原有條田田塊方向符合要求故不再更改。

4.1.2.2 土層管理

研究區(qū)土壤主要為棕紫泥土和紫色水稻土，土壤pH值6.0～8.5，有機質(zhì)為0.8%～1.4%，耕作層平均厚度為30 cm左右，土層較貧瘠。在同一條田區(qū)域內(nèi)，盡量使土壤類型一致，避免給田間作業(yè)帶來不便[15]。為保護耕作層，條田挖填工作前，先將表層土壤進行剝離，待挖填工作完成后，再將其回填至原來地方，以保證原有土壤肥力。

4.1.2.3 田坎設計

已有研究表明，無論哪種田坎，坡度和田坎占地都成正相關(guān)，即坡面越陡，田坎占地面積越大[16]。在地面坡度一定的情況下，塊石坎由于存在外坡邊坡率，占地面積明顯大于條石坎。為節(jié)約用地，保持水土，采用路坎合一形式的條石坎，根據(jù)平整后田塊臺面高差決定條石坎高度，田坎采用漿砌條石坎。為提高石坎的穩(wěn)定性，條石坎高超過10 m時增設“丁”字石。石坎基礎必須置于堅硬的基巖或土質(zhì)上，條石之間互相嵌實，保證不垮塌。

4.1.2.4 土方工程量計算

將條田整治區(qū)單獨提取出來，并將地形圖中未勾繪出的原田坎在條田整治區(qū)中勾繪出來，并實地勾繪出每個田塊的位置和大小。以補充田坎后圖中的高程點為基礎數(shù)據(jù)，通過面積加權(quán)平均的方法算出每個設計田塊的設計高程和挖填放量。

4.2.2.3 坡改梯工程

旱地耕作層平均厚度為20 cm左右，坡改梯工程的實施會降低土壤養(yǎng)分，如自然恢復到平整前的土壤養(yǎng)分環(huán)境，約需要5～8年時間[17]。為保護耕作層，坡改梯工作前，先將表土剝離再回填至原位置。

4.2.2.4 田坎設計

5 結(jié)論與討論

耕作田塊的設計方案并不是一成不變的，它與地形、土壤、機耕、排灌等因素均有關(guān)系。本研究以重慶市忠縣復興鎮(zhèn)天子村土地平整工程為例，建立數(shù)字高程模型，以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25°為坡度分級體系導出坡度圖，對耕作田塊修筑工程的設計進行了分析，以期為重慶丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程的實施提供科學依據(jù)，便于實踐工作的開展。分析結(jié)果表明：（1）研究區(qū)的水田集中在2°～<15°，主要進行條田整治，田塊設計寬度不小于8 m，長度不小于30 m；旱地均在6°～25°，主要進行坡改梯，在坡度為6°～<15°的中坡地，田面設計寬度在8～10 m左右為最佳；在坡度為15°～25°的陡坡區(qū)域，田面設計寬度在5～10 m左右為最佳。（2）為節(jié)約用地，條田和坡改梯田坎設計均采用條石坎。為保證其堅固穩(wěn)定，條石坎高超過1.0 m時，下部起第二輪條石增設“丁”字石。（3）條田土方工程量采用面積加權(quán)平均法計算，較精確，但計算量大，對地形圖的要求也較高；坡改梯土方工程量采用斷面法計算，過程較簡單，但精度不夠高。由此可見，土方工程量的計算需要一種能夠利用現(xiàn)有資料，便于操作，且計算精度高的方法。endprint

耕作田塊修筑工程要明確整理區(qū)的優(yōu)劣勢，考慮當前和長遠的需要。項目區(qū)部分水田將來要發(fā)展蔬菜基地，田塊修筑工程就應按蔬菜種植的要求，針對蔬菜需水量比一般農(nóng)作物大及重慶低山丘陵區(qū)實際情況，需要考慮泵站建設保證蔬菜需水。耕作田塊修筑工程還要與保護生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，考慮到項目區(qū)水土流失，部分田塊土層較薄，應修筑石坎而不是土坎；為保護耕作層，應先將表土剝離再回填，不再直接通過爆破把平整地段的高出部分全部鏟除移填他處。

本研究雖對耕作田塊修筑工程進行了一定程度的分析，但對相關(guān)的灌溉與排水工程及田間道路工程未做深入分析，故所得結(jié)論有一定的片面性，因此，還需依據(jù)具體實踐情況進行大量的研究。

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