重庆市耕地“宜机化”改造适宜性评价及田块修筑参数研究

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耕作田块是指由末级固定沟、渠、路以及田坎等围成的最小耕作区域,是耕地耕作的基本单元,简称“田块”。重庆山地丘陵区的耕作田块类型主要包括条田、梯地和缓坡地等三个类型。实施对丘陵山区因地制宜开展“宜机化”耕作田块修筑具有十分重要的实践意义,农田“宜机化”改造更应分阶段、分重点循序渐进地探索。近年来,我国在农业机械化取得可喜成绩的同时也越重视农业发展中不平衡不充分的现象,各级政府逐渐意识到对占据“半壁江山”的丘陵山区农业机械化的推进形势不可逆转。在“以地适机”和“以机适地”的讨论中,主流研究认为“宜机化”是土地整治的所达到的目标,也是实现农业机械化的一个手段,丘陵山区“宜机化”改造即是以农业机械化为目标的土地整治的创新之举。多年的实践证明,开展耕作田块修筑工程能够实现破碎田块的归并、改善区域耕地耕作条件及农民生产生活现状。但目前研究侧重于对“宜机化”改造的必要性进行的定性探索,包括“宜机化”发展现状、问题、影响驱动因素、及未来发展路径等,缺乏指导提升改造效率和准度的时序安排建议及潜力分析等方面的内容。在实际修筑过程中,各地虽然已经积累了大量经验且对出台的改造规范技术标准也进行了不断完善补充,但仍然缺乏经验的总结和较全面的技术规范体系,修筑效率不高,留有较大的发展空间。由此,在“宜机化”改造层层递进、自上而下的传导过程中,出现了诸如资源浪费、修筑标准模糊、笼统等问题,并未高效地解决丘陵山区农业机械化难题,研究的整体性和系统性还有待提升。重庆市位于西南丘陵山区,地形地貌复杂、耕地地块破碎,是典型的丘陵山地区,农业现代化进程有待加快,是研究“宜机化”改造的理想地区。因此,本研究以加快丘陵地区“宜机化”改造的效率,提升“宜机化”改造的系统性为出发点进行探索。首先在GIS技术的支撑下,综合考虑DEM数字高程模型,选取高程、坡度和地块破碎度等三个地形因素,以重庆市不同区县为评价单元,对耕地进行了基于地形复杂度的“宜机化”改造适宜性评价。再以此为基础,选择“宜机化”改造耕地修筑区域,对不同耕作田块修筑工程修筑参数标准进行完善,提出不同修筑工程局地地貌下的田块修筑参数标准。最后将已实施“宜机化”改造的项目区作为研究区,进行参数验证并借用景观指数法选取田块规模、田块形状、田块空间特征等指标对改造后田块特征进行影响分析,定量分析丘陵山区耕地“宜机化”改造的必要性。主要研究结果和结论如下:(1)重庆市耕地“宜机化”适宜性程度共分为六个级别,包括非常适宜、适宜、比较适宜、比较不适宜、不适宜和非常不适宜。建议按适宜级别分重点、循序渐进地开展“宜机化”改造。对重庆市现状耕地分布特征进行分析得到:重庆市耕地小而碎,主要分布在中部和西部,东部的耕地面积和密集程度明显少于其他区域,与东高西低的地势呈现一致性。水田和耕地空间分布特征相似,旱地对地势要求低于水田。耕地主要分布在坡度为6°~15°、海拔高度为200~500m区域,其中海拔在300~400m范围内的耕地是“宜机化”改造最理想的区域,占主要耕地的48.88%,对耕地坡度<15°的区域进行“宜机化”改造将大大提升重庆市农业机械化程度,重庆市耕地“宜机化”改造潜力大;以限制机械化发展的综合地形因子为指标,以客观主流的GIS空间分析法为方法,通过自然间断点分级法(Jenks)将综合地形复杂度指数进行分段,得到六个重庆市“宜机化”改造适宜程度区段:非常适宜、适宜、比较适宜、比较不适宜、不适宜和非常不适宜。地形角度的评价结果与重庆市现实地貌布局有着高度的重合度,建议优先考虑适宜性程度高的地方进行“宜机化”改造。(2)重庆市坡度在15°以内的耕地“宜机化”改造重点建设区主要由缓丘平坝区和塝田区构成,不同地形地貌下条田工程、梯地工程及缓坡地工程有不同参数值,应根据不同建设类型区设置参数进行“宜机化”田块修筑。将适宜性级别为非常适宜、适宜和比较适宜等三个适应性程度为选址背景,进行研究区域的选择,在此基础上进行大量数据统计归纳得到:条田“宜机化”建设长度标准为60~160m,不宜超过200m;宽度标准为20~70m,可根据地形条件提升至80m;条田规模设置为4~10亩,可提高上限至15亩。梯地工程“宜机化”建设长度标准为50~160m,不宜超过200m;宽度标准为10~50m,可根据地形条件提升至70m;梯地规模设置为3~10亩,可提高上限至15亩。缓坡地“宜机化”建设长度标准为40~200m,不宜超过200m;宽度标准为10~50m;缓坡地规模设置为2~8亩,可提高上限至15亩。所有参数标准均预留了局地地貌特殊性余地,细化并丰富了重庆市“宜机化”改造标准,是对改造工程进一步推进的科学有效落实,避免了盲目开展研究对人力物力的浪费,提高了改造效率。(3)本文提出的“宜机化”修筑田块参数实践性强,“宜机化”改造对田块破碎度和田块形状的改善等田块特征具有正向影响作用。以涪陵区耕地“宜机化”改造项目为例,对区域所有整治田块进行参数验证分析得到:研究区改造后平均田块规模由2.03亩变为8.09亩,处于4~10亩参数标准区间内、田块长度及宽度实际与标准间误差率仅为5%和2%,定量肯定了本文“宜机化”改造耕作田块修筑参数的适用性;研究从景观生态学角度选择连片性、田块外形和空间特性等指标进行田块特征影响分析得到:研究区田块规模的平均变异系数由0.77降低至0.41。从整体上来看,<2亩的规模比例由62.15%大幅降低至1.10%,>8亩的规模比例由2.17%大幅提升至47.33%,表明经改造后由<2亩的田块规模已提升为>8亩的大面积条田,耕地连片性提升。平均田块形状指数由6.2705降低至3.1705、田块分形维数由1.0521降至1.0203、平均田块密度由7.76个/亩降低至1.91个/亩,以及Simpon指数由0.9488降低至0.8535表明,改造后的田块形状更加规整,对机械化耕作十分有利。但Simpon指数改变结果仍接近1,也侧面反映出丘陵山区的耕地改造相较平原地区更具困难的现实。综上所述,本研究自上而下地加快了丘陵山区“宜机化”改造的效率,初步建立起开展“宜机化”改造的体系,响应了乡村振兴战略下对提升治理能力的要求。首先,基于地形复杂度的适宜性评价结果与重庆市现实地貌布局有着高度的重合度,表明本文所选择的地形指标就是最因地制宜的切入点,可以精准地得到向下传递的规划进程和及时的安排建议。并从宏观角度回答了不同地方基于自身条件对“宜机化”改造的需求程度,预留了创造余地。其次,以不同适宜性程度结果为基础进行综合选址,获得了科学可靠的田块修筑参数标准,预留了不同局部地貌地形的地区进行针对性改造的余地,给微观实践层面预留了主观能动性。宏观评价指导和微观调查分析共同构建了丘陵山区“宜机化”改造初步实施体系,提高了改造效率和系统性。最后,以已开展“宜机化”改造的具体实施项目为研究对象,通过对所有地块进行定量验证,得到了实施实践与标准之间差距的模糊识别证据,是对本文提出的设计参数的实践性、科学性的肯定,更体现了本研究初步建立的“宜机化”改造实施体系的现实意义;再通过得到“宜机化”改造对田块特征的影响情况,定量地验证了“宜机化”改造对丘陵山区带来的正向作用,从源头上肯定了“以地适机”的“宜机化”改造的必要性。
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