山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)及田塊特征——以重慶為例

鐘守琴，劉涓，劉衛(wèi)平，魏朝富

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山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)及田塊特征——以重慶為例

鐘守琴，劉涓，劉衛(wèi)平，魏朝富

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

在山地丘陵區(qū)，耕作田塊修筑工程的參數(shù)設(shè)計對該區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化、規(guī)?；爱a(chǎn)業(yè)化發(fā)展起著決定性作用。但過去的研究主要集中在工程前后田塊特征及土壤特性上，缺乏對其最基本工程設(shè)計參數(shù)的研究。因此，明確山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程參數(shù)設(shè)計的技術(shù)要點對該區(qū)域耕地資源的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的實踐指導(dǎo)意義。以重慶山地丘陵區(qū)2010—2015年間實施的28個耕作田塊修筑工程區(qū)為研究對象，通過開展實地調(diào)研，對山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)及其對耕作田塊特征的影響進行了研究。（1）選址方法：地形坡度在25°以上的區(qū)域為禁止建設(shè)區(qū)，地形坡度在25°以下的區(qū)域為有條件建設(shè)區(qū)，其中，15°以下的區(qū)域為重點建設(shè)區(qū)。在地形坡度＜6°且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的區(qū)域（類型區(qū)A）重點布設(shè)條田與緩坡地；在扣除類型區(qū)A的基礎(chǔ)上，地形坡度＜15°且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的過渡區(qū)域（類型區(qū)B），條田、梯田、梯地及緩坡地均可布設(shè)；在扣除類型區(qū)A和B的基礎(chǔ)上，地形坡度＜25°且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的區(qū)域（類型區(qū)C）主要布設(shè)梯田與梯地。（2）工程設(shè)計參數(shù)：條田、梯田、梯地及緩坡地的田塊長度宜分別設(shè)置為50—200、50—200、30—200及50—300 m；田塊寬度宜分別設(shè)置為30—100、10—30、5—20及50—100 m；條田與梯田的田面坡度均為0°，梯地與緩坡地的田面坡度宜分別小于10°與6°；條田及緩坡地的田坎一般均可采用夯砌土坎，但如果其土壤特性不能夠滿足工程施工要求時，亦可采用條石或塊石為主材進行修筑。而梯田與梯地則可分別采用漿砌條石與干砌條石，但如果區(qū)域內(nèi)條石匱乏，其運輸成本較高的情況下，以滿足工程穩(wěn)定性為前提，亦可采用漿砌塊石或夯砌土坎。（3）對田塊特征的影響：耕作田塊修筑工程打破了原有田坎，將原本分散、細小及不規(guī)整的田塊進行合并與再規(guī)劃，最終組合形成面積較大的、形狀規(guī)整的、分布相對集中的耕作田塊。耕作田塊修筑工程實施后，田塊平均規(guī)模從0.23 hm2提升為0.63 hm2，提升了1.79倍；田塊形狀指數(shù)從18.02降低為10.22，降低了7.80；田塊密度從7.09個/hm2降低為3.35個/hm2，降低了3.74個/hm2；田塊面積的Moran’s I指數(shù)從0.1937提升到0.3501，提升了0.1564。依據(jù)地形坡度與最小耕作田塊修筑單元，可將山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程建設(shè)為條田、梯田、梯地及緩坡地4種類型，能夠顯著地改善山地丘陵區(qū)耕地破碎化現(xiàn)狀，有效地促進該區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化、規(guī)模化及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其工程設(shè)計除依據(jù)考慮地形、水文及土壤特性外，更應(yīng)注重就地取材，降低建造成本。

山地丘陵區(qū)；耕作田塊修筑；工程設(shè)計參數(shù)；田塊特征

0 引言

【研究意義】在山地丘陵區(qū)，耕地的破碎化嚴(yán)重限制了該區(qū)域農(nóng)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)[1-2]，阻礙了中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程[3-8]。作為影響耕地破碎化的主要因素之一[9]，耕作田塊修筑工程的參數(shù)設(shè)計對山地丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)機械化、規(guī)?；爱a(chǎn)業(yè)化發(fā)展起著決定性作用。因此，在山地丘陵區(qū)開展本次研究具有非常重要的實踐指導(dǎo)意義。【前人研究進展】作為田間作業(yè)的基本單元，耕作田塊是指由田間末級固定溝、渠、路及田坎等圍成的田（地）塊[10-11]。而耕作田塊修筑工程作為農(nóng)地整理的核心內(nèi)容[12]，主要包括田塊歸并、田面平整、田坎修筑等。同時，根據(jù)其土地利用類型及地形坡度的差異，可將耕作田塊修筑工程分為條田、梯田、梯地及緩坡地4種類型修筑工程[13]。其中，條田是指地形坡度在6°以下的面積較大的水田，其耕作田面水平，成矩形或梯形；梯田是指在坡地上沿等高線分段修建田坎所形成的階梯式水田；梯地指在坡地上沿等高線分段修建田坎所形成的階梯式旱地；緩坡地是指田面坡度在6°以下的面積較大的旱地，其耕作田塊內(nèi)較規(guī)整，可為矩形或梯形。耕作田塊修筑的初衷是改善耕地破碎化的現(xiàn)狀，提高耕地質(zhì)量。然而，部分不合理的耕作田塊修筑工程也可能加劇耕地破碎化[14-15]與土地退化[16]。耕作田塊修筑過程是一個田塊整形與土壤重構(gòu)的過程，其對耕作田塊特征[17]、土壤結(jié)構(gòu)[18-19]及土壤理化特性[20]等都有著重要影響。大多數(shù)研究認為，耕作田塊修筑能夠改善土壤結(jié)構(gòu)[18]，增強土壤的團聚性[21]，促進有機質(zhì)的形成與土壤發(fā)育[22]，提高土壤肥力[23]；同時，還能夠增大田塊規(guī)模，降低田塊的破碎化程度，促進農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展[24-26]。另外，耕作田塊修筑工程對農(nóng)田景觀格局存在不容忽視的影響[27-29]。Sklenicka[30]研究發(fā)現(xiàn)，耕作田塊修筑工程能夠使得小面積斑塊減少，而大面積斑塊比重增大。張正峰等[17]研究發(fā)現(xiàn)，耕作田塊修筑工程能夠降低田塊形狀指數(shù)和田塊分形維數(shù)，提高田塊規(guī)模，改善田塊形狀，從而降低田塊破碎度。而鄧勁松等[31]則研究發(fā)現(xiàn)，不合理的耕作田塊修筑工程加劇了耕地景觀破碎化。因此，合理開展耕作田塊修筑工程，能夠?qū)崿F(xiàn)破碎田塊的歸并，改善該區(qū)域耕地耕作條件，提高耕地質(zhì)量，是促進城鄉(xiāng)統(tǒng)籌和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措?！颈狙芯壳腥朦c】目前，已有研究主要集中在對工程前后田塊特征及土壤特性上，少有關(guān)于山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)的研究，因此缺乏相關(guān)工程參數(shù)設(shè)計的技術(shù)要點?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以地形坡度與最小耕作田塊修筑單元為限制條件進行耕作田塊修筑工程區(qū)選址，明確提出了山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程工程設(shè)計參數(shù)的技術(shù)要點，揭示了該工程對耕作田塊影響的特征。研究結(jié)果擬為山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑以及耕地資源的保護與可持續(xù)利用工程等提供有效的數(shù)據(jù)支撐及技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

重慶位于四川盆地東南部，北緯28°10′—32°13′，東經(jīng)105°11′—110°11′，東鄰湖北、湖南，南靠貴州，西接四川，北連陜西，是西南工商業(yè)重鎮(zhèn)和水陸交通樞紐。重慶幅員面積8.24萬平方公里，南北寬450 km，東西長470 km。全市共轄24個區(qū)、10個縣、4個自治縣。地勢由南北向長江河谷逐級降低，西北部和中部以丘陵、低山為主，東北部靠大巴山和東南部連武陵山兩座大山脈，海拔在100—2 772 m之間，平均海拔約為400 m，屬于典型的山地丘陵區(qū)（圖1）。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均溫16—18℃之間，年降雨量在1 000—1 350 mm，降水多集中在5—9月，占全年總降水量的70%左右，年日照總時數(shù)1 000—1 200 h。

1.2 研究方法

本研究涉及的耕作田塊修筑工程主要包括條田修筑工程、坡改梯修筑工程以及緩坡地修筑工程。其中，坡改梯修筑工程包括改為水平梯田與坡式梯地兩種類型。依據(jù)地形坡度與最小耕作田塊修筑單元，不同類型的耕作田塊修筑工程的布設(shè)均采用如下方法進行。

圖1 研究區(qū)高程圖

1.2.1 工程區(qū)選址條件 工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，耕作田塊比重大，具備必要的水利、交通、電力設(shè)施，無嚴(yán)重土壤污染或毀損。土地權(quán)屬明確、界址清晰。地形坡度在25°以上的區(qū)域為禁止建設(shè)區(qū)，地形坡度在25°以下的區(qū)域為有條件建設(shè)區(qū)，其中，15°以下的區(qū)域為重點建設(shè)區(qū)。

1.2.2 建設(shè)分區(qū) 以3.33 hm2（50 mu）作為田塊修筑工程規(guī)劃最小單元，進行耕作田塊修筑類型區(qū)劃分：（1）類型區(qū)A：地形坡度小于6°，且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的區(qū)域；（2）類型區(qū)B：在扣除類型區(qū)A的基礎(chǔ)上，地形坡度小于15°，且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的區(qū)域；（3）類型區(qū)C：在扣除類型區(qū)A和B的基礎(chǔ)上，地形坡度小于25°，且集中連片面積在3.33 hm2（50 mu）以上的區(qū)域。類型區(qū)A、B與C即作為耕作田塊修筑區(qū)進行修筑，不同的修筑區(qū)適用的工程類型見表1。

根據(jù)上述耕作田塊工程區(qū)的選址方法，本研究于2016年2月—5月，在重慶山地丘陵區(qū)，選取了10個區(qū)，其中包括合川、潼南、銅梁、江津、綦江、萬盛、長壽、梁平、萬州及開州區(qū)，對國土部門在2010—2015年間實施的28個耕作田塊修筑工程區(qū)進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研（圖2）。選取的28個耕作田塊修筑工程區(qū)中包含了重慶山地丘陵區(qū)3種典型的局地地貌，即緩丘平壩工程區(qū)（9個）、丘陵寬谷工程區(qū)（14個）與低山丘陵工程區(qū)（5個），涉及耕作田塊修筑面積2 204.36 hm2，每個工程區(qū)基本信息見表2。

表1 耕作田塊分區(qū)建設(shè)條件與類型

圖2 耕作田塊修筑工程區(qū)位置示意圖

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

通過對28個耕作田塊修筑工程區(qū)數(shù)據(jù)分析，明確重慶山地丘陵區(qū)不同類型耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)的技術(shù)要點；同時，在28個耕作田塊修筑工程區(qū)中，每種地貌類型選擇2個工程區(qū)（P1、P5、P10、P20、P21及P27），從田塊規(guī)模、形態(tài)及空間特征3個方面[16,32-34]，分析耕作田塊修筑工程對田塊特征的影響。本文主要利用Excel2010軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用Auto CAD 2007及ArcGIS 9.3進行圖形處理。

2 結(jié)果

2.1 耕作田塊修筑工程設(shè)計參數(shù)

2.1.1 條田修筑工程 在山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑中，條田修筑工程主要集中在地形坡度小于6°的區(qū)域。本文涉及28個條田修筑工程區(qū)，總面積1032.13hm2（表3）。

（1）田塊長度 條田修筑的長度范圍為30—200m。其中，田塊長度在30—100、30—150、50—100、50—150、50—200、80—150及100—150m的工程區(qū)分別為1、1、3、7、14、1及1個；田塊長度下限主要包括30 m（2個工程區(qū)，占7.14%）、50m（24個工程區(qū)，占85.71%）、80m（1個工程區(qū)，占3.57%）、100m（1個工程區(qū)，占3.57%）4個等級；田塊長度上限主要包括100m（4個工程區(qū)，占14.29%）、150m（10個工程區(qū)，占35.71%）、200m（14個工程區(qū)，占50%）3個等級。因此，條田修筑工程田塊適宜長度設(shè)置范圍為50—200m。

（2）田塊寬度 條田修筑的寬度范圍為20—200m。其中，田塊寬度在20—60、20—100、30—100、30—150、50—100、50—200及50—200m的工程區(qū)分別為4、6、6、6、4、1及1個；田塊寬度下限主要包括20m（10個工程區(qū)，占35.71%）、30m（12個工程區(qū)，占42.86%）、50m（6個工程區(qū)，占21.43%）3個等級；田塊寬度上限主要包括60m（4個工程區(qū)，占14.29%）、100m（16個工程區(qū)，占57.14%）、150m（7個工程區(qū)，占25%）、200m（1個工程區(qū)，占3.57%）4個等級。因此，條田修筑工程田塊適宜寬度設(shè)置范圍為30—100m，當(dāng)局部地形受到限制時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低其下限，可設(shè)置為20—100m。

（3）田面坡度 條田田面坡度均為0°，且控制田面內(nèi)部高差在±3 cm以內(nèi)。

（4）田坎修筑 條田田坎修筑形式主要包括夯砌土坎（22個工程區(qū)，占78.57%）、漿砌塊石（3個工程區(qū)，占10.71%）及漿砌條石（3個工程區(qū)，占10.71%）3種。夯砌土坎：田坎寬度（頂寬）集中在0.3—0.8m，坎高集中在0.4—1.5m，坎內(nèi)坡度角為63°—84°（內(nèi)坡比1﹕0.5—1﹕0.1），外坡度角45°—79°（外坡比1﹕1—1﹕0.2）；坎基寬度范圍為0.42—2.45m。漿砌塊石田坎：田坎寬度集中在0.3—0.4m，坎高集中在0.9—1.5m，坎內(nèi)坡度角為79°—87°（內(nèi)坡比1﹕0.2—1﹕0.05），外坡度角79°（外坡比1﹕0.2）；根據(jù)內(nèi)外坡度角的不同，坎基寬度范圍為0.35—0.9m。漿砌條石田坎：田坎寬度為0.5m，坎高集中在0.5—1.5m，坎內(nèi)外坡度角均為79°（坡比1﹕0.2），坎基寬度一般為0.5m。因此，條田修筑田坎主要采用夯砌土坎，如果有其他需求亦可采用漿砌塊石或者漿砌條石。條田修筑工程設(shè)計如圖3所示。

表2 耕作田塊分區(qū)建設(shè)條件與類型

I：緩丘平壩區(qū)；II：丘陵寬谷區(qū)；III：低山丘陵區(qū) I: Gentle hill and flatland area; II: Hilly gully area; III: Low hill area

2.1.2 坡改梯修筑工程 重慶山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑中坡改梯修筑工程主要集中在地形坡度小于15°、局部區(qū)域不大于25°的區(qū)域。坡改梯修筑工程可分為水平梯田修筑與坡式梯地修筑兩種。

在28個耕作田塊修筑工程區(qū)中，涉及到水平梯田修筑工程的有13個，總面積182.21 hm2（表4）。

（1）田塊長度 水平梯田修筑的長度范圍為30—200m。其中，田塊長度在30—150、30—200及50—200m的工程區(qū)分別為2個、3個及8個；田塊長度下限主要包括30m（5個工程區(qū)，占38%）與50m（8個工程區(qū)，占62%）2個等級；田塊長度上限主要包括150m（2個工程區(qū)，占15%）與200m（11個工程區(qū)，占85%）2個等級。因此，坡式梯地的田塊長度適宜設(shè)置范圍為50—200m，局部區(qū)域可以放開下限為30—200m。

表3 條田修筑工程設(shè)計參數(shù)

M1：夯砌土坎；M2：漿砌塊石；M3：漿砌條石。下同

M1: Ramming ridge; M2: Cemented rocks; M3: Cemented squared stones. The same as below

H：臺面高差Height difference of adjacent terrace, m；H1：田坎外邊坡高度Outside slope height of ridge, m；d1：田坎頂寬Top width of ridge, m；k：坎基寬度Width of ridge foundation, m；B：田面凈寬Clear width of terrace surface (excluding the ridge), m；Bm：田面毛寬Width of terrace surface (including the ridge), m；h1：田坎超高Freeboard height of ridge, m；h2：表土回填深度Depth of topsoil backfilling, m；h3：生土回填壓實高度Depth of immature soil backfilling and compacting, m；h4：坎基埋深Embedded depth of ridge foundation, m；α：原田面坡度Slope of terrace before construction, (o)；β：田坎內(nèi)邊坡坡度Inner slope of ridge, (o)；θ：田坎外邊坡坡度Outer slope of ridge, (o)。TK：田坎Ridge；L1：原地面線Ground line before construction；L2：開挖線Excavation line；L3：平整后地面線Ground line after construction；W1：表土剝離Stripping topsoil；W2：挖運土方Excavating and transporting earthwork；T1：生土回填并壓實Backfilling and compacting immature soil；T2：表土回填Backfilling topsoil

（2）田塊寬度 水平梯田田塊的寬度范圍為5—30m。其中，田塊寬度在5—15、5—20及10—30m的工程區(qū)分別為2個、2個及9個；田塊寬度下限主要包括5m（4個工程區(qū)，占31%）與10m（9個工程區(qū)，占69%）2個等級；田塊寬度上限主要包括15m（2個工程區(qū)，占15%）、20m（2個工程區(qū)，占15%）與30m（9個工程區(qū)，占70%）3個等級。因此，水平梯田的田塊寬度適宜設(shè)置范圍為10—30m。

（3）田面坡度 水平梯田的田面坡度均為0°，且控制田面內(nèi)部高差在±3 cm以內(nèi)。

（4）田坎修筑 主要包括夯砌土坎（4個工程區(qū)，占31%）、漿砌塊石（1個工程區(qū)，占8%）、漿砌條石（8個工程區(qū)，占61%）3種形式。夯砌土坎：田坎寬度集中在0.4—0.8m，坎高集中在0.5—1.5m，坎內(nèi)坡度角為63°—73°（內(nèi)坡比1﹕0.5—1﹕0.3），外坡度角45°—63°（外坡比1﹕1—1﹕0.5）；根據(jù)內(nèi)外坡度角的不同，坎基寬度范圍為0.80—2.45m。漿砌塊石田坎：田坎寬度集中在0.3m，坎高集中在1.5m，坎內(nèi)外坡度角均為79°（外坡比1﹕0.2），坎基寬為0.9m。漿砌條石田坎：田坎寬度集中在0.25—0.50m，坎高集中在0.5—1.5m，坎內(nèi)坡度角為63°—84°（坡比1﹕0.5—1﹕0.1），外坡度角53°—79°（外坡比1﹕0.75—1﹕0.2），坎基寬度范圍一般為0.25—0.50m。因此，坡式梯地田坎主要采用漿砌條石。同時，應(yīng)當(dāng)注重就地取材，在缺乏條石區(qū)域，亦可采用漿砌塊石或夯砌土坎，從而降低工程成本。水平梯田修筑工程設(shè)計如圖4所示。

在28個耕作田塊修筑工程區(qū)中，涉及到坡式梯地修筑工程的有21個，總面積422.23 hm2（表5）。

（1）田塊長度 坡式梯地修筑的長度范圍為30—200m。其中，田塊長度在30—150、30—200、50—150及50—200m的工程區(qū)分別為2個、10個、2個及7個；田塊長度下限主要包括30m（12個工程區(qū)，占57%）與50m（9個工程區(qū)，占43%）2個等級；田塊長度上限主要包括150m（4個工程區(qū)，占19%）與200m（17個工程區(qū)，占81%）2個等級。因此，坡式梯地的田塊長度適宜設(shè)置范圍為30—200m。

（2）田塊寬度 田塊寬度范圍為5—50m。其中，田塊寬度在5—15、5—20、10—30及20—50m的工程區(qū)分別為3個、12個、5個及1個；田塊寬度下限主要包括5m（15個工程區(qū)，占71%）、10m（5個工程區(qū)，占24%）與20m（1個工程區(qū)，占5%）3個等級；田塊寬度上限主要包括15m（3個工程區(qū)，占14%）、20m（12個工程區(qū)，占57%）、30m（5個工程區(qū)，占24%）與50m（1個工程區(qū)，占5%）4個等級。因此，坡式梯地的田塊寬度適宜設(shè)置范圍為5—20m。

表4 水平梯田修筑工程設(shè)計參數(shù)

H：臺面高差Height difference of adjacent terrace，m；H1：田坎外邊坡高度Outside slope height of ridge，m；d1：田坎頂寬Top width of ridge，m；k：坎基寬度Width of ridge foundation，m；B：田面凈寬Clear width of terrace surface (excluding the ridge)，m；Bm：田面毛寬Width of terrace surface (including the ridge)，m；h1：田坎超高Freeboard height of ridge，m；h2：表土回填深度Depth of topsoil backfilling，m；h3：生土回填壓實高度Depth of immature soil backfilling and compacting，m；h4：母巖、巖石碎屑回填高度Depth of parent material and rock fragments backfilling，m；h5：坎基埋深Embedded depth of ridge foundation，m；α：原田面坡度Slope of terrace before construction，(o)；β：田坎內(nèi)邊坡坡度Inner slope of ridge，(o)；θ：田坎外邊坡坡度Outer slope of ridge，(o)。TK：田坎Ridge；L1：原地面線Ground line before construction；L2：開挖線Excavation line；L3：平整后地面線Ground line after construction；W1：表土剝離Stripping topsoil；W2：挖運土方Excavating and transporting earthwork；W3：挖運母質(zhì)Excavating and transporting parent material；W4：爆破石方Blasting rock；T1：母質(zhì)、巖石碎屑回填Backfilling parent material and rock fragments；T2：生土回填并壓實Backfilling and compacting immature soil；T3：表土回填Backfilling topsoil

（3）田面坡度 坡式梯地的田面坡度＜10°（19個工程區(qū)，占90%），個別工程區(qū)不超過15°（2個工程區(qū)，占10%）。

（4）田坎修筑 主要包括夯砌土坎（3個工程區(qū)，占14%）、漿砌塊石（3個工程區(qū)，占14%）、干砌條石（15個工程區(qū)，占72%）3種形式。夯砌土坎：田坎寬度集中在0.4—0.8m，坎高集中在0.5—1.5m，坎內(nèi)坡度角為63°—73°（內(nèi)坡比1﹕0.5—1﹕0.3），外坡度角45°—63°（外坡比1﹕1—1﹕0.5）；根據(jù)內(nèi)外坡度角的不同，坎基寬度范圍為0.80—2.45m。漿砌塊石田坎：田坎寬度集中在0.3—0.4m，坎高集中在0.9—1.5m，坎內(nèi)坡度角為79°—87°（內(nèi)坡比1﹕0.2—1﹕0.05），外坡度角79°（外坡比1﹕0.2），根據(jù)內(nèi)外坡度角的不同，坎基寬度范圍一般為0.35—0.9m。干砌條石田坎：田坎寬度集中在0.25—0.50m，坎高集中在0.5—1.5m，坎內(nèi)坡度角為63°—87°（坡比1﹕0.5—1﹕0.05），外坡度角45°—79°（外坡比1﹕1—1﹕0.2），坎基寬度范圍一般為0.25—0.50m。因此，坡式梯地田坎主要采用干砌條石。同時，應(yīng)當(dāng)注重就地取材，在缺乏條石區(qū)域，亦可采用漿砌塊石預(yù)留放水孔或夯砌土坎，從而降低工程成本。坡式梯地修筑工程設(shè)計如圖5所示。

表5 坡式梯地修筑工程設(shè)計參數(shù)

M4：干砌條石。下同 M4: Dry-laid rag. The same as below

H：臺面高差Height difference of adjacent terrace，m；H1：田坎外邊坡高度Outside slope height of ridge，m；d1：田坎頂寬Top width of ridge，m；k：坎基寬度Width of ridge foundation，m；B：田面凈寬Clear width of terrace surface (excluding the ridge)，m；Bm：田面毛寬Width of terrace surface (including the ridge)，m；h1：田坎超高Freeboard height of ridge，m；h2：表土回填深度Depth of topsoil backfilling，m；h3：生土回填壓實高度Depth of immature soil backfilling and compacting，m；h4：母巖、巖石碎屑回填高度Depth of parent material and rock fragments backfilling，m；h5：坎基埋深Embedded depth of ridge foundation，m；α1：原田面坡度Slope of terrace before construction，(o)；α2：平整后田面坡度Slope of terrace after construction，(o)；β：田坎內(nèi)邊坡坡度Inner slope of ridge，(o)；θ：田坎外邊坡坡度Outer slope of ridge，(o)。TK：田坎Ridge；L1：原地面線Ground line before construction；L2：開挖線Excavation line；L3：平整后地面線Ground line after construction；W1：表土剝離Stripping topsoil；W2：挖運土方Excavating and transporting earthwork；W3：挖運母質(zhì)Excavating and transporting parent material；W4：爆破石方Blasting rock；T1：母質(zhì)、巖石碎屑回填Backfilling parent material and rock fragments；T2：生土回填并壓實Backfilling and compacting immature soil；T3：表土回填Backfilling topsoil

2.1.3 緩坡地修筑工程 緩坡地修筑工程主要集中在地形坡度＜6°、局部地形坡度不超過10°的區(qū)域。在28個耕作田塊修筑工程區(qū)中，涉及到緩坡地修筑工程的有12個，總面積603.79 hm2（表6）。

（1）田塊長度 緩坡地田塊長度范圍為30—300 m。其中，田塊長度在30—300、50—200、50—300 m的工程區(qū)分別為2個、4個及6個；田塊長度下限主要包括30 m（2個工程區(qū)，占16.67%）、50 m（10個工程區(qū)，占83.33%）2個等級；田塊長度上限主要包括200 m（4個工程區(qū)，占33.33%）、300 m（8個工程區(qū)，占66.67%）2個等級。因此，緩坡地修筑工程田塊長度范圍宜設(shè)置為50—300 m；在局部地形受到限制的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低上限，可設(shè)置為50—200 m。

（2）田塊寬度 緩坡地修筑的寬度范圍為10—100 m。其中，田塊寬度在10—50、20—50及50—100 m的工程區(qū)分別為1個、4個及7個；田塊寬度下限主要包括10 m（1個工程區(qū)，占8.33%）、20 m（4個工程區(qū)，占33.33%）、50 m（7個工程區(qū)，占58.33%）3個等級；田塊寬度上限主要包括50m（5個工程區(qū)，占41.47%）、100 m（7個工程區(qū)，占58.33%）2個等級。因此，緩坡地修筑工程田塊寬度范圍宜設(shè)置為50—100 m；當(dāng)局部地形坡度較大時，應(yīng)適當(dāng)放寬下限，寬度范圍可設(shè)置為20—100 m。

（3）田面坡度 緩坡地的田面坡度＜6°（9個工程區(qū)，占75%），個別工程區(qū)不超過10°（3個工程區(qū)，占25%）。

（4）田坎修筑 主要包括夯砌土坎（8個工程區(qū)，占66.67%）及干砌條石（4個工程區(qū)，占33.33%）2種形式。夯砌土坎：田坎寬度為0.4m，坎高集中在0.5—1.0 m，坎內(nèi)坡度角為53°—84°（坡比1﹕0.75—1﹕0.1），外坡度角45°—79°（坡比1﹕1—1﹕0.2），根據(jù)內(nèi)外坡度角的不同，坎基寬度范圍一般為0.875—1.15 m。干砌條石田坎：田坎寬度集中在0.25—0.5 m，坎高集中在0.5—1.5 m，坎內(nèi)外坡度角均為79°（坡比1﹕0.2），坎基寬度范圍一般為0.25—0.5 m。緩坡地修筑田坎主要采用夯砌土坎和干砌條石。緩坡地修筑工程設(shè)計如圖6所示。

表6 緩坡地修筑工程設(shè)計參數(shù)

H：臺面高差Height difference of adjacent terrace，m；H1：田坎外邊坡高度Outside slope height of ridge，m；d1：田坎頂寬Top width of ridge，m；k：坎基寬度Width of ridge foundation，m；B：田面凈寬Clear width of terrace surface (excluding the ridge)，m；Bm：田面毛寬Width of terrace surface (including the ridge)，m；h1：田坎超高Freeboard height of ridge，m；h2：坎基埋深Embedded depth of ridge foundation，m；α：原田面坡度Slope of terrace before construction，(o)；β：田坎內(nèi)邊坡坡度Inner slope of ridge，(o)；θ：田坎外邊坡坡度Outer slope of ridge，(o)。TK：田坎Ridge；L1：原地面線Ground line before construction；L2：開挖線Excavation line

2.2 田塊修筑工程對田塊特征的影響

2.2.1 田塊規(guī)模 在耕作田塊修筑過程中，田塊的歸并、重劃等工程措施勢必會對耕作田塊規(guī)模產(chǎn)生一定的影響。由圖7可知，耕作田塊修筑前，田塊細碎化程度較修筑后要高，通過耕作田塊的修筑，能夠顯著提高單個耕作田塊的面積，有效減少耕作田塊的數(shù)量。由表7可知，通過耕作田塊的修筑，6個工程區(qū)的平均田塊規(guī)模均得到了不同程度的提升，總體上從0.23 hm2提升為0.63 hm2，提升了1.79倍；而田塊規(guī)模的變異系數(shù)（CV）總體上從0.78降低為0.61，其中，P1、P5、P21及P274個工程區(qū)的CV值均減小，而P10與P20 2個工程區(qū)的CV值反而增大，這說明耕作田塊修筑工程在一定程度上會受到地形因素的限制，此時其降低耕作田塊面積分布離散度的作用也將受到影響。

2.2.2 田塊形狀 在現(xiàn)有的土地整理規(guī)范與農(nóng)用地規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)[35-36]中，以機械作業(yè)要求為依據(jù)，田塊形狀最好是矩形（長方形或正方形），其次是梯形，再次是三角形與多邊形。由圖7可非常直觀的看出，耕作田塊修筑前后，田塊的輪廓由原來不規(guī)則弧形變?yōu)殚L方形、梯形居多；再由表8可知，6個耕作田塊修筑工程區(qū)的田塊形狀指數(shù)及田塊分形維數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的降低，總體上來看，田塊形狀指數(shù)從18.02降低為10.22，降低了7.80，田塊分形維數(shù)從1.0960降低為1.0546，降低了0.0414，即耕作田塊修筑工程能夠有效改善耕作田塊的規(guī)整程度，使其更加有利于機械作業(yè)。

2.2.3 田塊空間分布 在耕作田塊修筑過程中，田塊的歸并、重劃等工程措施勢必也會對耕作田塊的空間分布產(chǎn)生影響。由表9可知，經(jīng)過耕作田塊修筑，6個耕作田塊修筑工程區(qū)的田塊密度均呈現(xiàn)不同程度的降低，總體上來看，田塊密度從7.09個/hm2降低為3.35個/hm2，降低了3.74個/hm2；6個工程區(qū)的Simpon指數(shù)都較高，接近1，表明重慶丘陵山地耕地破碎化程度嚴(yán)重。經(jīng)過耕作田塊修筑，6個工程區(qū)的Simpon指數(shù)略有減小。因此，耕作田塊修筑能夠顯著降低田塊密度，在一定程度上能夠改善田塊的破碎化程度。耕作田塊修筑前的田塊空間分布多以零碎小田塊組合為主；再經(jīng)過耕作田塊修筑后，變成了以相對較大田塊的組合為主。

表7 工程前后的田塊規(guī)模變化情況

P1-1、P1-2分別表示P1工程區(qū)耕作田塊修筑前后的田塊分布情況，其余5個工程區(qū)同理

表8 工程前后耕作田塊的形狀變化

形狀指數(shù)[32]以正方形為參照，形狀指數(shù)越大，表示該田塊與正方形的差別越大，形狀越不規(guī)則；分維度指數(shù)[33-34]，其值介于1與2之間，值越大則田塊形狀越復(fù)雜；當(dāng)該值等于1時，田塊為歐幾里德正方形

Based on a square, the larger the shape index[32], the greater the difference between the plot and the square, and the more irregular the shape. The fractal dimension index[33-34]is between 1 and 2, and the larger the value, the more complex the shape of the field. When the value is equal to 1, the field is Euclidean square

表9 工程前后田塊的空間分布變化

為進一步探討各工程區(qū)改造前后田塊的空間特征，引入Moran’s I指數(shù)對田塊面積指數(shù)進行空間自相關(guān)分析。由表10可知，6個耕作田塊修筑工程區(qū)的值均小于0.05，即均通過了顯著性檢驗。同時，耕作田塊修筑后，Moran’s I數(shù)值均得得到了一定程度的提升，總體上從0.1937提升到0.3501，提升了0.1564，這說明耕作田塊修筑工程在一定程度上能夠提高田塊的集聚性。

表10 工程前后田塊面積的Moran’sⅠ分析

Moran’s I指數(shù)的分析采用的是99次的蒙特卡羅模擬方法，顯著性檢驗水平α=0.05

The Moran’s I index was analyzed using the Monte Carlo simulation method of 99 times. The significance test level was α = 0.05

3 討論

耕作田塊修筑工程能夠有效地改善山地丘陵區(qū)耕地破碎化現(xiàn)狀。目前，已有的研究主要集中在北方平原地區(qū)[21,29]，缺乏對于南方山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑研究。與平原地區(qū)相比，由于受到地形條件的限制，山地丘陵區(qū)田塊破碎化程度尤為突出[37]。但從中國農(nóng)業(yè)長遠發(fā)展的角度來看，農(nóng)業(yè)的規(guī)?；⒓s化及機械化發(fā)展趨勢不可避免[28]。重慶山地丘陵區(qū)破碎化耕地現(xiàn)狀極大地阻礙了該區(qū)域現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展進程。本文研究表明，耕作田塊修筑工程能夠有效改善其耕地破碎化的現(xiàn)狀。通過耕作田塊的修筑，田塊在規(guī)模、形狀以及空間分布上均得到了不同程度的改善。在田塊的規(guī)模上，耕作田塊修筑工程能夠提高其田塊規(guī)模，其平均田塊規(guī)模從0.23 hm2提升為0.63 hm2，提升了1.79倍；在田塊形狀上，耕作田塊修筑工程能夠有效改善耕作田塊的規(guī)整程度，其田塊形狀指數(shù)從18.02降低為10.22，降低了7.80，田塊分形維數(shù)從1.0960降低為1.0546，降低了0.0414；在田塊的空間分布上，耕作田塊修筑工程能夠有效降低田塊密度，其田塊密度從7.09降低為3.35，降低了3.74。耕作田塊修筑工程打破了原有田坎，將原本分散、細小及不規(guī)整的田塊進行合并與再規(guī)劃，最終組合形成面積較大的、形狀規(guī)整的、分布相對集中的耕作田塊。耕作田塊修筑工程實施后的田塊能夠滿足研究區(qū)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、集約化及機械化發(fā)展的需求，能夠有效促進高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)工作的開展。因此，耕作田塊修筑工程是改善山地丘陵區(qū)耕地破碎化現(xiàn)狀的有效措施。

依據(jù)地形坡度與最小耕作田塊修筑單元，可將山地丘陵區(qū)耕作田塊修筑工程建設(shè)為條田、梯田、梯地及緩坡地4種類型。一般情況下，耕作田塊修筑工程能夠有效改善耕作田塊的破碎化現(xiàn)狀，但如果不合理的工程布設(shè)反而會使耕地破碎化加劇[14-15,28]。因此，如何合理選擇耕作田塊修筑區(qū)域是關(guān)鍵。在不同地形條件下，耕作田塊修筑工程對田塊特征的影響不同。本文采用地形坡度與最小耕作田塊修筑單元（集中連片度）來對耕作田塊修筑區(qū)進行選址。地形坡度一般可分為6°、15°及25° 3個等級，其中，地形坡度在25°以上的區(qū)域為禁止建設(shè)區(qū)，地形坡度在25°以下的區(qū)域為有條件建設(shè)區(qū)，在15°以下的區(qū)域為重點建設(shè)區(qū)。在高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)中，規(guī)定平原地區(qū)最小耕作田塊修筑單元為13.33 hm2（200 mu），南方地區(qū)為6.67 hm2（100 mu），山地丘陵區(qū)可根據(jù)具體情況適當(dāng)減少[33]。因此，本文結(jié)合重慶丘陵山區(qū)地形特征，最小耕作田塊修筑單元為3.33 hm2（50 mu）。將整個耕作田塊修筑工程區(qū)劃分為A、B、C 3個類型區(qū)，其中，類型區(qū)A地勢平緩，適合條田及緩坡地的修筑；類型區(qū)B屬于過渡區(qū)，該區(qū)域內(nèi)部分適合條田及緩坡地的修筑，也存在部分區(qū)域地勢較類型區(qū)A起伏更大，此時布設(shè)梯田與梯地修筑工程更為合理；類型區(qū)C地勢起伏最大，該區(qū)域修筑條田與緩坡地的難度較大，因此，只考慮梯田與梯地的修筑。耕作田塊修筑工程類型區(qū)的劃分工作可以借助ArcGIS軟件完成。研究表明，通過上述方法進行的耕作田塊修筑工程布設(shè)，能夠有效改善研究區(qū)耕地破碎化的現(xiàn)狀，工程具備合理性，且該方法具有實際可操作性。在一定程度上，該方法可以有效避免以往按照整治區(qū)域的地形地貌籠統(tǒng)地進行工程布設(shè)帶來的不適宜性，使得工程布設(shè)更具合理性。因此，地形坡度與最小耕作田塊修筑單元是耕作田塊修筑區(qū)域選址的重要依據(jù)。

耕作田塊修筑工程設(shè)計需根據(jù)建設(shè)條件因地制宜進行布設(shè)。在本研究中重慶山地丘陵區(qū)28個耕作田塊修筑工程區(qū)，主要的耕作田塊修筑方式包括3種，分別為條田修筑、坡改梯修筑（包括水平梯田與坡式梯地的修筑）以及緩坡地修筑。其中，條田修筑包含了傳統(tǒng)意義上的條田與格田修筑；而坡改梯修筑主要分為坡式梯田和水平梯田。然而，隨著高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的推廣[10,38]與“占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田”規(guī)定的提出[39]，傳統(tǒng)的坡改梯工程逐步發(fā)展為水平梯田和坡式梯地2種修筑方式，這不僅能體現(xiàn)出耕作田塊修筑的類型，而且能體現(xiàn)出土地利用方式，具有較強的實踐意義；而緩坡地修筑在本研究中涉及的耕作田塊修筑工程區(qū)中只有12個，相對其他兩種方式要少，這主要由于緩坡地修筑工程在重慶丘陵山區(qū)起步較晚。近年來隨著農(nóng)村土地的流轉(zhuǎn)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化經(jīng)營的發(fā)展，緩坡地修筑工程才逐漸得到重視，并被國土部門納入到耕作田塊修筑工程中。通過本研究可知，不同類型的耕作田塊修筑工程，其工程設(shè)計參數(shù)也需根據(jù)地形條件進行規(guī)劃設(shè)計。在重慶山地丘陵區(qū)，條田修筑工程主要集中布設(shè)在地形坡度小于6°的區(qū)域，其田塊長度宜設(shè)置為50—200 m，寬度宜設(shè)置為30—100 m；梯田修筑工程主要集中布設(shè)在地形坡度小于15°的區(qū)域，其田塊長度宜設(shè)置為50—200 m，寬度宜設(shè)置為10—30 m；梯地修筑工程也主要集中布設(shè)在地形坡度小于15°的區(qū)域，其田面坡度宜設(shè)計在10°以下，田塊長度宜設(shè)置為30—200 m，寬度宜設(shè)置為5—20 m；緩坡地修筑工程主要集中在地形坡度小于6°的區(qū)域，從而保證其田面坡度在6°以下，田塊長度宜設(shè)置為50—300 m，寬度宜設(shè)置為50—100 m。值得注意的是，耕作田塊修筑工程設(shè)計除考慮地形、水文及土壤特性外，更應(yīng)注重就地取材，降低建造成本。條田與緩坡地的田坎一般均采用夯砌土坎，但如果其土壤特性不能夠滿足工程施工要求時，亦可采用條石或塊石為主材進行修筑。此時，條田田坎宜采用漿砌條石或塊石，而緩坡地田坎則宜采用干砌條石或漿砌塊石。梯田與梯地的田坎一般分別采用漿砌與干砌條石，但如果區(qū)域內(nèi)條石匱乏，運輸成本較高的情況下，以滿足工程穩(wěn)定性為前提，亦可采用漿砌塊石或夯砌土坎。因此，耕作田塊修筑工程設(shè)計需根據(jù)建設(shè)條件因地制宜進行布設(shè)。對其他類似山地丘陵區(qū)的耕作田塊修筑工程亦可參考上述工程設(shè)計參數(shù)，同時也應(yīng)遵守因地制宜的原則而進行工程布設(shè)。

4 結(jié)論

在山地丘陵區(qū)，依據(jù)地形坡度與最小耕作田塊修筑單元，可將耕作田塊修筑工程規(guī)劃為條田、梯田、梯地及緩坡地4種類型，其田塊長度宜分別設(shè)置為50—200、50—200、30—200及50—300 m；田塊寬度宜分別設(shè)置為30—100、10—30、5—20及50—100 m；條田與梯田的田面坡度均為0°，梯地與緩坡地的田面坡度宜分別小于10°與6°；條田及緩坡地的田坎一般均可采用夯砌土坎，而梯田與梯地則可分別采用漿砌條石與干砌條石。同時，其工程設(shè)計除依據(jù)考慮地形、水文及土壤特性外，更應(yīng)注重就地取材，降低建造成本。耕作田塊修筑工程能夠顯著地改善山地丘陵區(qū)耕地的破碎化現(xiàn)狀，有效地促進該區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化、規(guī)模化及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。本研究結(jié)果可為山地丘陵區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)工作提供技術(shù)參考。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Engineering Design Parameters of Farming Plots Construction and Plot Characteristics in Hilly Area: A Case Study of Chongqing

ZHONG ShouQin, LIU Juan, LIU WeiPing, WEI ChaoFu

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715)

In hilly area, the parameters designing of farming plots construction engineering plays a decisive role in the mechanization, large scale production and industrialization of agriculture. To date, with regard to most studies on the plot characteristics and soil properties, the basic engineering design parameters are often ignored. Thus, it is very necessary to find out technical points of the engineering design parameters of farming plots construction, which can promote sustainable development of cultivated land resources in hilly area.In this paper, we took 28 farming plots constructed between 2010 and 2015 in hilly areas of Chongqing as the research object, and the engineering design parameters and its effects on the plot characteristics were studied based on the investigation.(1) Location selection method: The region where the terrain slope is more than 25° should be regarded as the forbidden construction zone. The region where the terrain slope is less than 25° should be regarded as the conditional construction zone, and the region of 15° is the key construction zone. Strip lands and gentle-slope lands were laid in the areas (called Area A), where the terrain slope was less than 6° and the concentrated area of cultivated land more than 3.33 hm2(50 mu). On the basis of the deduction Area A, the areas (called Area B) with terrain slope less than 15° and concentrated area of cultivated land more than 3.33 hm2(50 mu) were mainly suitable to lay strip lands, gentle-slope lands, level terraces and sloping terraces. On the basis of the deduction Area A and Area B, the areas (called Area C) with terrain slope less than 25° and concentrated area of cultivated land more than 3.33 hm2(50 mu) were mainly suitable to lay level terraces and sloping terraces. (2) Engineering design parameters: The length of strip lands, level terraces, sloping terraces and gentle-slope lands should be set to 50-200, 50-200, 30-200 and 50-300 m, respectively. The width should be set to 30-100, 10-30, 5-20 and 50-100 m, respectively. The slope of strip lands and level terraces should be set to 0°. But for sloping terraces and gentle-slope lands, the slope should be set to less than 10° and 6°, respectively. Ramming ridge was widely used in strip lands and gentle-slope lands construction. But if the soil properties can not meet the requirements of construction, rocks and squared stones can also be used for construction. Cemented squared stones and dry-laid rag were used in level terraces and sloping terraces, respectively. But if the squared stones can not be found around the farming plots, and the transport costs would be too much high, cemented rocks and ramming ridge can also be used for construction. (3) Effects on the plot characteristics: The farming plots construction engineering broke the original ridges of fields, and the scattered, small and irregular plots have been merged and re-planned. Finally, the larger, well-structured, relatively concentrated tillage plots can be formed. After the farming plots construction, the mean plot scale increased from 0.23 hm2to 0.63 hm2, increased about 1.79 times. The shape index of the plot decreased from 18.02 to 10.22, decreased about 7.80. The density of the plot decreased from 7.09 plots/hm2to 3.35 plots/hm2, decreased about 3.74 plots/hm2. The Moran’s I index of plots’ area increased from 0.1937 to 0.3501, increased about 0.1564.According to the terrain slope and the smallest construction unit of farming plots, four types of engineering (strip lands, level terraces, sloping terraces and gentle-slope lands) can be considered to be built in the hilly areas. They can significantly improve the fragmentation of cultivated land, and effectively promote the mechanization, large scale production and industrialization of agriculture. In addition, the engineering design should be based on the consideration of topography, soil properties, especially local materials for reducing construction costs in the hilly areas.

hilly area; farming plots construction; engineering design parameters; plot characteristics

2017-03-26；

2017-08-15

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0800505）

聯(lián)系方式：鐘守琴，E-mail：zhong.qing.1988@163.com。通信作者魏朝富，E-mail：weicf@swu.edu.cn