重庆市丘陵区耕作田块修筑工程的设计研究

陈曦　刘秀华　刘勇

摘要：针对丘陵区耕作田块设计的整体研究和深层分析不足的问题，以重庆市忠县复兴镇天子村的耕作田块修筑工程为例，对研究区耕作田块修筑工程的设计进行了理论及实际分析。结果表明：条田田面设计宽度不小于8 m，长度不小于30 m；6°～<15°的中坡地和15°～25°的陡坡地，田面设计宽度分别在8～10 m、5～10 m范围内。条田和坡改梯田田坎设计均采用条石坎以节约用地保持水土，为保证坚固性，条石坎高超过1.0 m时需增设“丁”字石。土方工程量的计算需要一种便于操作且精度较高的方法。耕作田块修筑工程要以保护环境为前提，明确优劣势，考虑当前和长远需要，因地制宜地开展工作。

关键词：丘陵区；耕作田块；修筑工程；原理；设计；工程量；土方量；测量

中图分类号： S284 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0341-05

耕作田块一般指条田或梯田，是田间耕作、生产管理和土地平整工程的基本单元[1]。条田以水平方田为建设对象，可以改善农田环境，消除对作物生长的限制因素，提高土地利用率[2]；梯田是在坡地上分段沿等高线建造的阶梯式农田，可以使水土流失相比于坡地减少80%左右[3]，保障农田肥力。合理地设计耕作田块有助于田间耕作、作物生长及灌排系统的规划布局，有利于提高土地利用率。因此，耕作田块修筑工程设计作为土地平整工程的一个重要内容受到广泛关注。

我国土地平整工程开展10年多来，许多学者对耕作田块修筑工程进行研究并取得了成果。黄琪等运用数字高程模型划分耕作田块并计算最优设计高程[4]；鲍海君等建立了耕作田块优化设计的数学模型 [5]；郝光研究了农用地整理项目规划设计的原理[6]；蒋悦悦针对如何设计优质精细型耕作田块做了分析[7]。这些研究多为针对某一专项内容的理论分析，注重工程实施后的经济、社会和生态效益的研究，缺乏对某一地形条件下耕作田块设计的整体研究和深层分析，尤其是对丘陵区的研究更是寥寥无几。耕作田块修筑工程的实施关系到土地利用集约度的升降、耕地质量的好坏，其设计模式不是固定的，要因地制宜地规划设计。因此，在人多地少的重庆丘陵区，其研究必不可少。本研究以重庆市忠县复兴镇天子村为研究对象，分析耕作田块修筑工程的设计，以期为丘陵区耕作田块修筑提供依据，便于实践工作的开展，促进土地规模化、集约化。

1 研究区概况

研究区位于重庆市忠县县城南岸，海拔180～473.5 m，幅员3.5 km2，处于108°03′25″～108°05′46″E、30°16′26″～30°18′06″N之间（图1），涉及复兴镇天子村一社至五社共5个农业生产合作社。研究区属于忠县忠州向斜区，微地貌表现为丘陵。

2 研究思路及方法

耕作田块修筑工程的设计首先要了解设计原则，其次再根据实际情况并结合相关图件、软件及数据资料因地制宜地进行设计。本研究先介绍了设计原理，然后以研究区 1 ∶2000 地形图和土地利用现状图为主要数据源，用 AutoCAD 矢量化后转换格式，利用ArcGIS中的3D analysis功能，生成数字高程模型，以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25° 为坡度分级体系，提取坡度图，接着将研究区分为水田区和旱地区，结合地形、土壤、排灌、机耕等因素分别进行设计，主要内容包括田块设计、土层管理、田坎设计及土方工程量的计算等。

3 耕作田块修筑工程的设计原理

3.1 耕作田块方向

耕作田块方向是指耕作田块长边的方向，往往是播种与耕作管理的方向，也是末级固定渠道、田间道和护田林带的方向。耕作田块方向应为作物生长提供良好的光照条件，保证作物尽可能多的吸收光热。试验结果显示，南北行较东西行增产，作物品质也有所提高[8]。但在丘陵区，耕作田块方向直接影响到机械作业效率和灌排体系。因此，为降低机械作业功率损失，减少土壤侵蚀度，有利于截排地下水，耕作田块方向应先根据地形条件确定，其方向宜平行于等高线。在地形条件允许时，再尽量将耕作田块方向设计为南北方向或尽可能接近南北方向。

3.2 耕作田块规模

3.2.1 耕作田块长度

相同条件下，从机械作业上看，耕作田块越长，机组转变次数就越少，机械作业效率也就越高；从土地平整工程上看，耕作田块越长，耕作田块的面积也越大，得到比较均匀一致的地形难度增加，土地平整工程量也随之增加；从灌溉角度来看，耕作田块越长，沿着长边配置的灌溉渠道的流量和流速就会越大，就会造成上段水多下段干旱；从排水角度来看，耕作田块越长，农沟就越长，就不能将水尽快送入集水沟或输水沟中去。由此可见，耕作田块变长，虽然提高了机械作业效率，但会给土地平整和灌排工作带来麻烦，因此研究区耕作田块长度应综合考虑以上因素，根据重庆市土地开发整理工程建设标准，不同地形不同坡度区耕作田块长度如表1所示。

3.2.2 耕作田块宽度

在地形较平坦地区，为便于机组作业，常把耕作田块划分为若干小区，耕作田块宽度宜为小区宽度的整数倍，同时也应考虑机组行程率；在地形起伏较大的地区，为避免挖填土方工程量过大，耕作田块不宜过宽。在灌溉区或者排水区，耕作田块宽度要结合田间临时渠道（灌水畦田、灌水沟等）最佳长宽度或者排水沟间距来确定。根据重庆市土地开发整理工程建设标准，不同地形不同坡度区耕作田块宽度如表2所示。

3.3 耕作田块形状

不整齐的田块外形不仅降低机械作业质量，破坏土壤结构，甚至直接影响作物生长 [9]。耕作田块形状应尽量规整，长边与短边交角宜为直角或接近直角， 形状选择尽量为长方形、正方形、下拉梯形，要减少三角形、锐角梯形等对机械作业和田间管理不利的形状。在地形较复杂地段，可以通过土地平整工程，尽量保持长边的平行，以降低机械化耕作空行行程比率。耕作田块形状的规划不能仅追求外形规整，还要考虑实际情况做出合理设计。endprint

3.4 耕作田块对土壤的要求

土层厚度直接反映土壤的发育程度，是野外土壤肥力鉴别的重要指标[10]。它既是土壤养分的补源，又是土壤矿质元素的储存库[11]。耕作田块土层厚度应在15 cm以上，耕作层有机质含量一般不能低于2%。土壤理化性质和土壤结构也应满足作物生长发育所需的最低要求。一般情况下，耕作田块pH值要求在5.5～7.5之间，耕作层含盐量≤0.3%，不宜为极端的沙土或重黏土，特殊情况下，可放宽标准，但不能影响作物出苗。

3.5 耕作田块细部规划

地形平坦区以种植水稻为主，一般对田块内部划分格田，以便较好地控制田间作业。格田设计应满足排灌畅通，保证作物生长阶段对水分的需求，其田面高差应在3 cm以内。但在低山丘陵地区，多根据地形、坡度、土层厚度等具体情况修筑成梯田，并尽量集中。梯田田面长边应沿等高线布设，梯田的形状一般呈长条形或带形。梯田田坎的设计要遵循占地少，用料少，安全可靠的原则。

4 耕作田块修筑工程的设计

研究区的微地貌表现为丘陵，地势北高南低，旱地多成坡状，水田以塝田为主。25°是土壤侵蚀方式的一个转折点[12]，也是国家退耕还林临界点，因此本研究不考虑25°以上的坡地。以1 ∶2 000地形图和土地利用现状图为基础，建立数字高程模型（DEM），并以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25° 为坡度分级体系，通过ArcGIS软件Spatial Analyst工具中的Surface Analysis命令提取研究区坡度图[13]（图2）。由图可知，研究区的坡度集中在6°～25°之间，有利于条田整治和坡改梯工程的实施。

研究区旱地和水田各坡度级毛面积统计如表3所示，水田田坎面积占水田总面积的17.85%，旱地田坎面积占旱地总面积17.38%。由于受传统土地承包制影响，现有地块大多面积较小，且形状不规则，不利于开展机械化作业和规模经营，整治潜力较大，可通过整治建设标准的耕作田块。

将研究区耕作田块修筑工程设计分为水田区和旱地区分别进行设计，水田区集中在2°～<15°，主要进行条田整治；旱地均在6°～25°，主要进行坡改梯，具体设计过程如下。

4.1 水田区耕作田块修筑工程的设计

4.1.1 水田田坎归并

根据地形图和现状图并结合实际得知，灌溉水田已经是水平梯田，大都有成形田坎，但由于田坎系数高，耕地的使用率受到影响，应挖除相邻同一高程两田面间多余的子埂，对同一台面相邻田块进行归并，以减少田坎占地。

4.1.2 条田整治

选择土壤条件良好的二社大屋沟及生井湾水田未来产业发展为大棚蔬菜基地的水田，四社夏家山未来产业发展为露地标准化蔬菜基地的水田，进行条田整治，在原有田块台面和田坎基础上设计，对不规则田块进行平整。同时，为满足蔬菜排水与道路要求，纵向布设路带沟，沿田坎布设生产路，排水与道路成网，使得田块规整且配套设施完善便于集中排灌和规模化高效生产，以有利于未来蔬菜基地的发展。

4.1.2.1 田块设计

依据上述耕作田块修筑工程原理，结合标准蔬菜大棚跨度8m，长度根据地形一般处于25～ 35 m的规格要求，以及机械作业效率，土地平整工程量及灌排工作等需要，适当调整条田田块的规格。田块宽度一般取决于末级固定排渠（农排）的间距[14]，但土壤状况不同的地区排渠间距也不同。因此，综合以上因素设计田块宽度不小于8 m，长度不小于30 m，条田整理区内以田坎为界，原有条田田块方向符合要求故不再更改。

4.1.2.2 土层管理

研究区土壤主要为棕紫泥土和紫色水稻土，土壤pH值6.0～8.5，有机质为0.8%～1.4%，耕作层平均厚度为30 cm左右，土层较贫瘠。在同一条田区域内，尽量使土壤类型一致，避免给田间作业带来不便[15]。为保护耕作层，条田挖填工作前，先将表层土壤进行剥离，待挖填工作完成后，再将其回填至原来地方，以保证原有土壤肥力。

4.1.2.3 田坎设计

已有研究表明，无论哪种田坎，坡度和田坎占地都成正相关，即坡面越陡，田坎占地面积越大[16]。在地面坡度一定的情况下，块石坎由于存在外坡边坡率，占地面积明显大于条石坎。为节约用地，保持水土，采用路坎合一形式的条石坎，根据平整后田块台面高差决定条石坎高度，田坎采用浆砌条石坎。为提高石坎的稳定性，条石坎高超过10 m时增设“丁”字石。石坎基础必须置于坚硬的基岩或土质上，条石之间互相嵌实，保证不垮塌。

4.1.2.4 土方工程量计算

将条田整治区单独提取出来，并将地形图中未勾绘出的原田坎在条田整治区中勾绘出来，并实地勾绘出每个田块的位置和大小。以补充田坎后图中的高程点为基础数据，通过面积加权平均的方法算出每个设计田块的设计高程和挖填放量。

4.2.2.3 坡改梯工程

旱地耕作层平均厚度为20 cm左右，坡改梯工程的实施会降低土壤养分，如自然恢复到平整前的土壤养分环境，约需要5～8年时间[17]。为保护耕作层，坡改梯工作前，先将表土剥离再回填至原位置。

4.2.2.4 田坎设计

5 结论与讨论

耕作田块的设计方案并不是一成不变的，它与地形、土壤、机耕、排灌等因素均有关系。本研究以重庆市忠县复兴镇天子村土地平整工程为例，建立数字高程模型，以0°～<2°、2°～<6°、6°～<15°、15°～25°为坡度分级体系导出坡度图，对耕作田块修筑工程的设计进行了分析，以期为重庆丘陵区耕作田块修筑工程的实施提供科学依据，便于实践工作的开展。分析结果表明：（1）研究区的水田集中在2°～<15°，主要进行条田整治，田块设计宽度不小于8 m，长度不小于30 m；旱地均在6°～25°，主要进行坡改梯，在坡度为6°～<15°的中坡地，田面设计宽度在8～10 m左右为最佳；在坡度为15°～25°的陡坡区域，田面设计宽度在5～10 m左右为最佳。（2）为节约用地，条田和坡改梯田坎设计均采用条石坎。为保证其坚固稳定，条石坎高超过1.0 m时，下部起第二轮条石增设“丁”字石。（3）条田土方工程量采用面积加权平均法计算，较精确，但计算量大，对地形图的要求也较高；坡改梯土方工程量采用断面法计算，过程较简单，但精度不够高。由此可见，土方工程量的计算需要一种能够利用现有资料，便于操作，且计算精度高的方法。endprint

耕作田块修筑工程要明确整理区的优劣势，考虑当前和长远的需要。项目区部分水田将来要发展蔬菜基地，田块修筑工程就应按蔬菜种植的要求，针对蔬菜需水量比一般农作物大及重庆低山丘陵区实际情况，需要考虑泵站建设保证蔬菜需水。耕作田块修筑工程还要与保护生态环境相结合，考虑到项目区水土流失，部分田块土层较薄，应修筑石坎而不是土坎；为保护耕作层，应先将表土剥离再回填，不再直接通过爆破把平整地段的高出部分全部铲除移填他处。

本研究虽对耕作田块修筑工程进行了一定程度的分析，但对相关的灌溉与排水工程及田间道路工程未做深入分析，故所得结论有一定的片面性，因此，还需依据具体实践情况进行大量的研究。

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