大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)耕地功能單元配置

杜德林　馬婷婷　羅穎　王金滿

摘要：在大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設方面，中國還沒有實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)三方面的綜合統(tǒng)一。為了促進中國大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展，以北京市順義區(qū)為例，通過對該區(qū)域農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀的調(diào)查與分析，了解其現(xiàn)狀，再根據(jù)國家相關(guān)標準和行業(yè)標準，結(jié)合當?shù)貙嶋H條件，從灌排設計、道路工程與防護林工程出發(fā)，設計了6個耕地功能單元配置方案，通過層次分析法分析比較，選出經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益綜合的最佳方案。結(jié)果表明，當田塊長400m、寬100m，田間道和生產(chǎn)路分別為10m寬混凝土路面和6m寬土路（寬度含防護林），防護林株距2m，田間灌水采用噴灌的方式，噴頭正方形布置方式，干管與支管管徑均為90mm，排水溝底寬0.25m，頂寬1.77m，溝深0.38m時農(nóng)田的綜合效益最佳。

關(guān)鍵詞：耕地；功能單元；配置；綜合效益；大都市城郊

中圖分類號：F301.22 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2423-04

都市農(nóng)業(yè)是都市可持續(xù)發(fā)展的必要組分，可以調(diào)節(jié)人與自然的平衡，改善居住環(huán)境和休息環(huán)境。國外的都市農(nóng)業(yè)研究率先出現(xiàn)于歐美日等發(fā)達國家，至今積累了相當多的經(jīng)驗。中國的都市農(nóng)業(yè)的提出與實踐始于20世紀90年代初，起步較晚，并且未能在真正意義上使其得到全面健康地發(fā)展。對于中國的都市農(nóng)業(yè)，曹林奎等認為大都市的農(nóng)業(yè)正在由城郊型傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，要實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)三大效益的綜合統(tǒng)一。俞菊生認為中國發(fā)展都市農(nóng)業(yè)必須以生產(chǎn)、經(jīng)濟功能為主，但也要重視社會、生態(tài)和文化等功能。還有很多專家學者的觀點與其相近。都市城郊現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)作為都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎，在中國的發(fā)展還不是很完善，宋志軍等、李洪慶等認為城郊現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)應當兼顧經(jīng)濟、生態(tài)和社會功能，但是中國的大都市城郊農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平還較為落后，并不能很好地實現(xiàn)專家學者所說的功能，大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)還有很大的發(fā)展空間，同時在國內(nèi)外的研究進展中基本沒有談到具體的功能配置。本研究立足于這一現(xiàn)狀，研究并構(gòu)建適合于中國大都市城郊現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)發(fā)展的耕地功能單元配置方案，以促進社會的和諧可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

選擇北京市順義區(qū)作為研究區(qū)（圖1），該區(qū)位于北京市東北郊，城區(qū)距離市中心30km，北連懷柔區(qū)、密云區(qū)，西接昌平區(qū)、朝陽區(qū)，南接通州區(qū)、河北省三河市。順義區(qū)全區(qū)總面積1020km²，是中國典型的大都市城郊地區(qū)。該地區(qū)地勢平坦開闊，平原面積占95.07%，境內(nèi)水資源相對豐厚，土層深厚。具有較為優(yōu)越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

研究區(qū)農(nóng)業(yè)耕地發(fā)展尚有很大的欠缺，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)。該地區(qū)耕地田塊面積較小（長約100-200m，寬100m左右），田間道路不平整或者設計不合理（部分田間道路寬度過?。?，耕地灌溉排水設施不完善，配套程度差，整體缺乏防護林，部分地區(qū)甚至沒有防護林。由于耕地基本配置的原因，所以該區(qū)域農(nóng)業(yè)耕地的集約化、規(guī)?；蜋C械化水平有限，經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的發(fā)展都還有很大可以提升的空間。

2 研究方法

2.1 多類型耕地田塊設計

大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)耕地功能單元的配置需要滿足排水要求、機耕要求和田間用水管理要求。綜合上述要求，共設計6種方案，分別編號①～⑥，如表1所示。

2.1.1 田塊灌溉設計 對于大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，為了提高耕地的集約化、規(guī)?；蜋C械化水平，所以灌溉采用噴灌的方法。

首先應結(jié)合當?shù)赝寥?、氣候、水文等條件的實際情況設計灌溉方案。確定灌水定額（525m³/hm²）和灌水周期（7d）。噴頭的布置采用常用的正方形布置方式，從而確定噴頭間距和支管間距，并計算得到一次灌水所需時間（5.73h）。擬定每天機器工作12h，并且根據(jù)各個田塊的實際大小及噴頭總數(shù)等得到在噴灌過程中允許一次同時工作的噴頭數(shù)，方案①至⑥的一次灌水同時工作的噴頭分別為7、14、9、16、11和20個。

在確定了灌溉制度的基礎上，進行噴灌的干支管道的計算和設計，干支管統(tǒng)一選擇PVC管。干管管徑的選擇采用經(jīng)濟流速法，支管管徑的選擇按國家標準噴灌工程技術(shù)規(guī)范GBJ85-85的要求中控制支管上任意兩個噴頭的工作壓力水頭之差不超過噴頭設計工作壓力水頭的20%來確定。再計算沿程水頭損失和局部水頭損失，局部水頭損失采用沿程水頭損失的10%來確定，從而確定水泵揚程。然后確定單井控制面積（12.3hm²），并結(jié)合各個方案的配置確定單個機井可以控制的田塊數(shù)量，最終得到方案①～⑥分別為3.0個、1.5個、2.0個、1.0個、2.0個和1.0個。

2.1.2 田塊排水設計 根據(jù)順義區(qū)的地下水位、降雨狀況和地表排水狀況，設計梯形排水農(nóng)溝。排水溝的標準為十年一遇一日暴雨兩日排除，排水流量采用平均排除法計算，農(nóng)溝斷面采用明渠均勻流計算，計算中使用邊坡系數(shù)為2。

2.1.3 田間道路和防護林設計 確定田間道和生產(chǎn)路的寬度（含防護林）分別為10m和6m。并且田間道采用混凝土作為路面，生產(chǎn)路為普通的土路。

根據(jù)一般農(nóng)業(yè)機械的寬度以及田間生產(chǎn)的需求設計田間道路，同時在道路兩側(cè)設計防護林。其中田間道兩側(cè)各兩排，生產(chǎn)路兩側(cè)各一排，從適宜當?shù)貧夂?、易于成活以及價格等多方面考慮，選擇毛白楊為防護林樹種，并設計株距為2m。

2.2 土地整理綜合效益測算

采用層次分析法對不同配置模式下耕地的綜合效益進行分析。建立以綜合效益為目標層，以經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益為中間層，灌溉投資預算、排水投資預算、道路投資預算、道路密度、基礎設施占地率、林地覆蓋率、生態(tài)服務功能價值和防護林投資預算共8項指標因子為指標層的層次關(guān)系（圖2）。然后確定各指標因子的權(quán)重。對各個指標因子進行計算和標準化處理，并最終通過加權(quán)處理得到各方案的綜合評分，評分最高的綜合效益最佳。

根據(jù)所建立的層次關(guān)系（圖2），在咨詢相關(guān)專家學者的基礎上，在層次分析法軟件中輸入相關(guān)矩陣，然后得到各指標因子的權(quán)重（表2）。

2.2.1 各項投資預算 根據(jù)2012年《土地開發(fā)整理項目預算定額標準》，以及相關(guān)需要的市場價格，確定各項目綜合預算單價。然后根據(jù)各個田塊的實際情況進行各投資預算的計算。

2.2.2 生態(tài)服務功能價值計算 生態(tài)服務價值采用如下的公式進行計算，各類土地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值見表3。

ESV=∑VCkxAk （1）

ESVf=∑VCfk×A （2）

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務總價值（元）：VCk為生態(tài)價值系數(shù)[元/（hm²·年）]；Ak為研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型的分布面積（hm²）；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)單項服務總價值（元）；VCfk為單項服務功能價值系數(shù)[元/（hm²·年）]。

2.2.3 其他指標因子計算

道路密度：道路密度=道路面積/田塊總面積：

林地覆蓋率：林地覆蓋率=林地面積/田塊總面積×100%：

基礎設施占地率：基礎設施占地率=基礎設施占地面積/田塊總面積×100%。

2.2.4 數(shù)據(jù)標準化 對于每個方案的單位面積土地，要綜合效益最好，則灌溉投資、排水投資、道路投資、防護林投資越小越好，生態(tài)服務功能價值、道路密度、林地覆蓋率、基礎設施占地率越高越好。所以對數(shù)據(jù)進行標準化處理，采用公式如下：

式中，f_ij表示第i項指標下第j個方案的值，minf_i表示第i項指標的最小值，maxf_i表示第i項指標的最大值。正指標采用公式（3）。負指標采用公式（4）。

生態(tài)服務功能價值、道路密度、林地覆蓋率、基礎設施占地率采用公式（3）進行標準化，灌溉投資、排水投資、道路投資、防護林投資首先平均到每平方米土地上，然后采用公式（4）進行標準化。

2.2.5 田塊的比較與確定 通過對各評價指標進行加權(quán)分析得到最終的綜合評價，從而確定綜合效益最佳的方案。加權(quán)分析采用公式E=∑W_i×d_i，其中E為綜合效益，W_I為i項指標的權(quán)重，E_i為i項指標的標準化分值。

3 結(jié)果與分析

3.1 配置方案

結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，對各個方案進行具體的設計計算之后，得到各方案的具體配置情況（表4）。以方案①為例。方案①耕地田塊配置見圖3。

3.2 綜合效益

對各個方案進行數(shù)據(jù)計算和標準化處理并進行綜合分析之后。得到結(jié)果見表5。結(jié)果顯示方案①的綜合評價最高，綜合效益最佳，方案⑤、③和②的綜合評價相近，但是比①要小，綜合效益也相對一般，方案④和⑥的綜合評價都很低，綜合效益較差。因而耕地功能單元綜合效益最佳的為方案①。在經(jīng)濟效益方面，其基礎設施配置提高了耕地的集約利用以及機械化水平，有利于增加耕地的經(jīng)濟收益：社會效益方面，通過對農(nóng)田基礎設施的優(yōu)化設計，改善了大都市城郊耕地的生產(chǎn)環(huán)境，提高了耕地的利用效率，促進了城郊耕地的健康發(fā)展，并且有利于推進中國的城鄉(xiāng)一體化建設：生態(tài)效益方面，配置防護林可防風固沙、涵養(yǎng)水分，并且改善了耕地及周邊的生態(tài)環(huán)境，促進社會的和諧可持續(xù)發(fā)展。

4 小結(jié)與建議

通過對北京市順義區(qū)進行實地調(diào)查，設計不同耕地功能單元配置方案，并利用層次分析法進行綜合效益分析，對大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)型土地整理耕地功能單元配置進行了研究，通過研究得出結(jié)論。大都市城郊現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)耕地功能單元配置綜合效益最優(yōu)的情況為田塊長400m、寬100m，田間道與生產(chǎn)路寬（含防護林寬度）分別為10m和6m，且田間道為混凝土路面，生產(chǎn)路為土路，防護林種植毛白楊，株距2m，并且在田間道一側(cè)種植兩排，生產(chǎn)路一側(cè)種植一排，田間灌水采用噴灌的方式，噴頭布置采用正方形布置，干管和支管管徑均為90mm，水泵揚程106.10m，排水農(nóng)溝底寬0.25m，頂寬1.77m，溝深0.38m。

本研究所設計的田塊配置方案可以作為大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)型土地整理耕地功能單元配置的一個模型，為大都市城郊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)型土地整理提供一定的幫助，但是由于本研究是一個理論與實際相結(jié)合的課題，在實際中可能會受到一些不可控因素以及政策性因素等的影響，所以在具體實施的時候還需要考慮具體區(qū)域的實際情況，并且和當前高標準基本農(nóng)田建設相結(jié)合。