旱地改水田障礙因子識別與診斷

摘要 基于生態(tài)位理論，以建設(shè)高產(chǎn)水田為目標(biāo)，選取影響旱地改水田的生態(tài)因子，構(gòu)建旱地改水田障礙因子識別與診斷評價體系，根據(jù)限制因子定律和耐受性定律確定其閾值或最適值，結(jié)合具體項目，進行障礙因子識別與障礙度診斷。結(jié)果表明，利用該方法識別與診斷的旱地改水田障礙因子和提出的消減措施，可切實解決具體到某一項目“能不能建、怎么建、建什么”的問題。研究可為旱地改水田項目可行性研究和規(guī)劃設(shè)計提供科學(xué)可行的思路與方法，對于保障旱地改水田成功實施具有理論指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 旱地改水田；障礙因子；識別與診斷；規(guī)劃設(shè)計

中圖分類號 S27 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）21-0183-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.21.038

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Identification and Diagnosis of Obstacle Factors in Converting Dryland to Paddy

GUO Fei1， ZHOU Xiao-yan2， ZHANG Shuai1

（1.Fuyang Land Consolidation and Rehabilitation Center， Fuyang， Anhui 236000;2. Anhui Land Consolidation and Rehabilitation Center，Hefei，Anhui 230601）

Abstract Based on the ecological niche theory， aiming to establish high-yield wetlands， this study selected ecological factors influencing converting dryland to paddy， constructed an evaluation system for identifying and diagnosing obstacle factors in converting dryland to paddy， and determined their thresholds or optimal values according to the law of limiting factors and tolerance. By combining specific projects， obstacle factors and their severity were diagnosed. The results showed that the identified obstacle factors and proposed reduction measures in dryland to paddy conversion could effectively address the specific issues of “whether， how， and what to construct” for a particular project. This research provides a scientifically feasible approach and theoretical guidance for feasibility studies and planning and design of dryland to paddy conversion projects. It is of great significance in ensuring the successful implementation of converting dryland to paddy.

Key words Converting dryland to paddy;Obstacle factor;Identification and diagnosis;Planning and design

基金項目 安徽省自然資源科技項目（2023-K-11）。

作者簡介 郭飛（1979—），男，安徽臨泉人，高級工程師，碩士，從事土地綜合整治、生態(tài)修復(fù)研究。

收稿日期 2024-06-04

旱地改水田是指通過工程、物理、化學(xué)、生物、管理等一系列措施將原先種植旱作物的農(nóng)田改造為以種水稻為主的水田，其主要目的是提升耕地質(zhì)量、增加糧食產(chǎn)能、提高綜合生產(chǎn)能力。由于自然資源稟賦、基礎(chǔ)設(shè)施條件、農(nóng)業(yè)技術(shù)水平、政策支持、市場環(huán)境等因素的制約，旱地改造為水田會出現(xiàn)各種障礙，阻礙改造目標(biāo)的實現(xiàn)。例如，某些地區(qū)土壤酸堿度偏高，不利于水稻生長；部分地區(qū)缺乏灌溉設(shè)施，無法滿足水田生產(chǎn)的用水需求；有的地區(qū)農(nóng)民缺乏水稻種植技術(shù)，難以保證產(chǎn)量和質(zhì)量。

近年來，學(xué)者們就旱地改水田的選擇和適宜性評價開展了一系列研究，為改造區(qū)域的確定提供了技術(shù)支撐［1-5］。這些研究主要集中于宏觀層面的適宜性分析，為政府部門制定改造規(guī)劃提供了依據(jù)。但對于具體的改造實施過程中所面臨的障礙因素及其影響機制關(guān)注較少。因此，準(zhǔn)確識別和診斷改造過程中的關(guān)鍵障礙因子，制定針對性的改善措施對保障旱地改水田成功實施具有重要意義。

基于此，筆者在界定旱地改水田生態(tài)位概念的基礎(chǔ)上，分析其生態(tài)因子構(gòu)成，通過理想生態(tài)位和現(xiàn)實生態(tài)位比對，進行障礙因子識別與診斷，為指導(dǎo)旱地改水田項目規(guī)劃設(shè)計、制定更加系統(tǒng)化和協(xié)調(diào)的改善策略、提高旱地改水田改造的實施成效提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 旱地改水田生態(tài)位概念的界定

旱地改水田是一項轉(zhuǎn)變土地利用方式的耕作制度改革，作為一種系統(tǒng)性綜合開發(fā)利用工程，其實施必然會受到自然資源、土地利用現(xiàn)狀、經(jīng)濟社會發(fā)展水平等多個維度因素的影響與制約。若將其比作一種生物生長的行為，則旱地改水田的關(guān)鍵就是使所有影響其實施的因素都能滿足建設(shè)目標(biāo)要求。因此，借鑒高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田生態(tài)位［6-7］的定義，可將旱地改水田生態(tài)位的概念表述為：旱地改造為水田受到光熱水土自然資源稟賦、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、工程技術(shù)、政策法規(guī)、經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)技農(nóng)藝等N個維度要素因子的影響，每個因子對于旱地改造為水田建設(shè)都有一個耐受范圍（閾值），在所有因子的閾值區(qū)間內(nèi)，均滿足水田生態(tài)系統(tǒng)要求，這些因子的組合共同構(gòu)成旱地改水田的多維超體積生態(tài)位。用函數(shù)表示：

F=f（Di） （i=1，2，3，…，n）（1）

式中：F表示旱地改水田生態(tài)位；Di表示影響旱地改水田生態(tài)位大小各維度要素因子，即生態(tài)位因子，i表示生態(tài)位因子的總個數(shù)。

1.2 研究思路

根據(jù)生態(tài)學(xué)上的限制因子定律和耐受性定律，旱地改水田生態(tài)位的某一生態(tài)因子達不到所要求的最適值或超出耐受性范圍，則該生態(tài)因子將阻礙旱地改水田的實施。為更好地選取生態(tài)因子進行障礙因子診斷，該研究將改造后的水田所種植的作物限定為水稻，將高產(chǎn)稻田對生態(tài)因子的要求定義為理想生態(tài)位，農(nóng)田生態(tài)因子的現(xiàn)實狀況稱為現(xiàn)實生態(tài)位。為此，旱地改水田障礙因子識別與診斷思路為以生態(tài)位評價模型和指標(biāo)偏離度思想為基礎(chǔ)，對理想生態(tài)位的各生態(tài)因子進行多層次分解作為診斷指標(biāo)，利用各指標(biāo)的現(xiàn)實生態(tài)位與最適生態(tài)位的偏離程度對指標(biāo)偏離度進行量化分析，然后根據(jù) Shefold 限制性定律［8］，測算出各生態(tài)因子的障礙度，從而對障礙因子進行識別與診斷。

1.3 研究過程

1.3.1 選取參評因子，確定其生態(tài)位閾值或最適值。

在由眾多生態(tài)因子構(gòu)成的N維空間的旱地改水田生態(tài)位中，獲取或評價所有生態(tài)因子困難也不現(xiàn)實。因此，結(jié)合旱地改水田建設(shè)目標(biāo)，按照主導(dǎo)性、關(guān)鍵性、目的性和可操作性等原則進行參評因子選取。根據(jù)耐受性定律，每個生態(tài)因子都有一個閾值或最適值，只有在這些閾值所限定的區(qū)域內(nèi)或等于最適值時，旱地改水田實施才沒有障礙。現(xiàn)實中，不可能所有評價因子均在閾值內(nèi)或等于最適值，為尋找影響旱地改水田的障礙因子，需要確定各參評因子的閾值或最適值。

1.3.2 計算參評因子生態(tài)位適宜度。

各生態(tài)因子的理想生態(tài)位和現(xiàn)實生態(tài)位之間的耦合關(guān)系則代表現(xiàn)實狀況對旱地改水田建設(shè)的適宜性程度，即生態(tài)位適宜度。旱地改水田各生態(tài)因子的生態(tài)位適宜度區(qū)間值的定義域設(shè)定為［0，1］。當(dāng)評價生態(tài)因子完全滿足理想生態(tài)位，其生態(tài)位適宜度為１；當(dāng)評價生態(tài)因子完全不能滿足理想生態(tài)位時，其生態(tài)位適宜度為０。根據(jù)各生態(tài)因子對旱地改水田生態(tài)位影響的特性差異，將其分為3類：

（1）正向因子。起積極推動作用，評價因子適宜度越大越有利于旱地改水田建設(shè)，如熱量、耕作層厚度等。其評價模型為：

Di=0Ri<Mimin

RiMioptMimin≤Ri<Miopt

1Ri≥Miopt（2）

式中：Di為評價因子i的生態(tài)位適宜度；Ri為評價因子i的現(xiàn)實生態(tài)位；Mimin為第i個評價因子要求的最小值；Miopt為第i個評價因子要求的最適值。

（2）適度因子。即因子的值存在一個適宜的區(qū)間，值過大或過小都會成為旱地改造為水田的限制因素，如土壤pH。該類因子評價模型為：

Di=0Ri≤Mimin，Ri≥Mimax

Ri-MiminMiopt-MiminMimin<Ri≤Miopt

Mimax-RiMimax-MioptMiopt<Ri<Mimax（3）

其中，Dimax為第i個評價因子的生態(tài)位最大值。

（3）負向因子。起限制作用，即評價值越小越好，如土壤污染、坡度。該類因子評價模型為：

Di=1Ri≤Mimin

1-Ri-MiminMimax-MiminMimin<Ri<Mimax

0Ri≥Mimax（4）

1.3.3 計算參評因子障礙度。

參評因子障礙度可用指標(biāo)偏離度來計算，公式如下：

Oi=1-Di（5）

其中，Oi為各評價因子的障礙度。

1.3.4 障礙因子識別與診斷。

根據(jù)上述公式計算各評價因子的障礙度Oi，若Oi＞0則該因子即為旱地改水田的障礙因子。將Oi＞0的評價因子的Oi按從大到小依次排序，排名越靠前說明對旱地改水田實施的限制性越強，為主要障礙因子，應(yīng)采取措施予以消減。但是，有些障礙因子難以人為改變或消減（如光熱降雨等），還有部分障礙因子目前進行消減在技術(shù)上可能存在困難，或從經(jīng)濟層面考慮不合理（如地下水埋深、土壤嚴重污染等）。倘若出現(xiàn)此類障礙因子，則不應(yīng)實施該旱地改水田項目。

2 結(jié)果與應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)及資料來源

項目區(qū)位于安徽西北部，屬暖溫帶半溫潤季風(fēng)氣候，光熱水土資源豐富，雨熱同期，宜于作物生長；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以旱作物為主，一年二熟，作物以小麥、玉米為主。項目區(qū)地形平坦，自然坡降約在1/8 000；地表水資源豐富，水質(zhì)良好，完善灌排設(shè)施后可滿足水田作物生長。

社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《阜南縣統(tǒng)計年鑒》（2021年）和現(xiàn)場踏勘調(diào)查；氣象數(shù)據(jù)由阜陽市氣象局2023年12月提供；土地利用和地形等數(shù)據(jù)引用阜南縣第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)、阜南縣土地利用總體規(guī)劃、阜南縣耕地質(zhì)量等別調(diào)查評價及項目區(qū)實測地形圖（1∶2 000），有機質(zhì)含量、pH等土壤數(shù)據(jù)引自檢測報告；耕作層土壤緊實度、犁底層滲透速率現(xiàn)場測量所得。

2.2 構(gòu)建旱地改水田障礙因子識別與診斷評價體系

依據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》（GB/T 30600—2022）、《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）、《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）、《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)評價規(guī)范》（GB/T 33106—2016）、高產(chǎn)稻田的相關(guān)指標(biāo)［9-14］及參考相關(guān)文獻［6-7，15］，選取自然資源稟賦等5個維度和土壤pH等36個指標(biāo)作為旱地改水田的參評因子，最終構(gòu)建旱地改水田障礙因子識別與診斷評價體系，詳見表1。評價體系中，排水條件指標(biāo)（D18）最適值的確定依據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）中指標(biāo)對應(yīng)為１級時的取值；相鄰地類適宜性指標(biāo)（D24）最適值：周邊有水田為1，無水田為0；政策支持指標(biāo)（D26）最適值：有旱地改水田政策支持為1，無政策引導(dǎo)或支持為0；改造意愿指標(biāo)（D27）為干部和群眾愿意改造率；種植技術(shù)指標(biāo)（D28）最適值：當(dāng)?shù)厝罕娪兴痉N植經(jīng)驗為1；符合規(guī)劃指標(biāo)（D30）最適值：符合國土空間規(guī)劃等相關(guān)規(guī)劃時為1；權(quán)屬指標(biāo)（D32）最適值：權(quán)屬清晰為1。

2.3 識別與診斷結(jié)果

運用上文方法，對XX旱地改水田項目各參評因子進行障礙因子識別與診斷，結(jié)果如表1所示。由表1可知，該項目在自然資源稟賦這個維度不存在實施障礙，與皖西北地區(qū)是全國旱地改水田的主要潛力地區(qū)之一［16］和優(yōu)先整治區(qū)［17］相吻合。土壤條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件、社會經(jīng)濟條件和農(nóng)業(yè)措施等維度上均存在著障礙，障礙度較高的有土壤水分滲透速率、耕作層厚度、有機質(zhì)含量等14個生態(tài)因子。因此，該項目在規(guī)劃設(shè)計應(yīng)著重分析障礙度較高的14個生態(tài)因子，制定有針對性的規(guī)劃設(shè)計方案，以便于有針對性地在實施過程中采取措施對障礙因子進行消除，確保項目順利實施取得良好效益。

2.4 消減措施

將存在障礙的14個生態(tài)因子進行分類排序，結(jié)合現(xiàn)有工程、物理化學(xué)、生物生態(tài)和農(nóng)技農(nóng)藝措施，提出消減措施，并進行技術(shù)和經(jīng)濟上的評估。該項目確定采取合理劃分格田、分層剝離耕作層、構(gòu)筑防滲層、修筑田埂、表土回填、田面整平等田塊整治措施消減土壤水分滲透速率（D8）過快、耕作層（D10）淺薄、田面平整精度（D20）不高等障礙因子；通過修建灌排設(shè)施、田間道路、農(nóng)田輸配電等工程，提高項目區(qū)灌溉保證率（D17）和道路通達度（D19）、改善排水條件（D18）；通過深耕深翻、測土配方、施用功能元素肥及有機肥等農(nóng)技農(nóng)藝措施，重構(gòu)耕作層土壤（D14、D15），平衡養(yǎng)分（D13）、調(diào)整土壤pH（D12）、提高有機質(zhì)含量（D11），使之滿足水稻生長需要。積極宣傳旱地改水田后在抵御澇漬等自然災(zāi)害方面的積極作用，消除疑惑（D27），營造良好實施環(huán)境；加大土地流轉(zhuǎn)力度（D29），加強培訓(xùn)，引入社會化服務(wù)，解決種植技術(shù)欠缺（D28）等現(xiàn)實問題。

2.5 項目建設(shè)內(nèi)容與提出的消除措施一致性分析

該項目區(qū)常年種植冬小麥和夏玉米，已出現(xiàn)連作障礙，耕作層淺薄、貧瘠，受砂姜黑土特性的影響，加之田間灌排系統(tǒng)不完善等，項目區(qū)旱澇（漬）災(zāi)害頻發(fā)，尤其對夏季作物玉米等的產(chǎn)量影響很大，減產(chǎn)甚至部分地塊絕收情況時常發(fā)生。該項目依托現(xiàn)代功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)建設(shè)，引入社會資本，在項目實施前對項目區(qū)土地進行了集中流轉(zhuǎn)（D29），項目建成后統(tǒng)一交由有多年水稻種植經(jīng)驗的阜蒙農(nóng)場進行種、養(yǎng)、收（D27、D28）。根據(jù)項目規(guī)劃設(shè)計報告和竣工報告，該項目通過重新劃分格田（D22、D24）、剝離耕作層、碾壓方式構(gòu)筑防滲層（D8）、耕作層回填、田面平整（D20）修筑田埂，修建泵站、輸水管道（D17、D23、D35），開挖疏浚排水溝（D18），新建改建田間道路、生產(chǎn)路（D19），深耕深翻耕作層（D14、D15），增施有機肥、硅鋅顆粒肥及功能元素肥（D11、D12、D13）等工程、土壤重構(gòu)、農(nóng)技農(nóng)藝等措施，投資4 092.27萬元，完成旱地改水田面積147.05 hm2，增加了10 hm2有效耕地面積。項目實施后，格田內(nèi)平整精度達到了±3 cm，一次灌水田間水面不落干達到了7～10 d；耕作層厚度25 cm左右，第1年耕作層有機質(zhì)含量平均提升了30%左右，土壤養(yǎng)分逐漸趨于平衡；耕地質(zhì)量等別由實施前的10等提升至9等，新增糧食產(chǎn)能24.83萬kg。2022年水稻單產(chǎn)10 050 kg/hm2，2023年水稻單產(chǎn)10 350 kg/hm2。在糧食作物水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，每年夏季吸引了近千只國家二級保護動物白鷺在此棲息，取得了良好的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。

綜上所述，該項目的規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)內(nèi)容對識別與診斷出的障礙因子均進行了積極響應(yīng)，并且項目采取的工程、物理化學(xué)、農(nóng)技農(nóng)藝和管理等措施與根據(jù)障礙因子識別與診斷結(jié)果提出的消減措施具有高度一致性。因此，利用識別與診斷出的障礙因子及其障礙度，提出相應(yīng)的消減措施，能夠用于指導(dǎo)某一項目的可行性研究和規(guī)劃設(shè)計，進而保障項目實施效果。

3 結(jié)論與討論

以往的旱地改水田適宜性評價研究結(jié)果是通常評價某個區(qū)域的適宜不適宜，未能從具體項目的角度反映“能不能建、怎么建、建什么”的問題，很難支撐實際工程建設(shè)。為此，利用最適生態(tài)位解釋旱地改水田建設(shè)適宜性評價標(biāo)準(zhǔn)，通過比較各評價因子的現(xiàn)實生態(tài)位與其理想生態(tài)位之間的差異，引入障礙因子診斷模型對某一旱地改水田項目的各個生態(tài)因子進行定性識別、定量診斷，豐富了適宜性評價以及障礙因子識別等理論研究內(nèi)容。通過具體案例進一步驗證了旱地改水田障礙因子識別與診斷以及提出的消減措施與工程實施具有高度的一致性。該旱地改水田障礙因子識別與診斷方法、思路和評價體系，可為其他項目的可行性研究和規(guī)劃設(shè)計提供理論參考，為保障項目實施后取得良好效益奠定堅實的理論基礎(chǔ)。

由于區(qū)域不同，影響旱地改水田的因素很多，科學(xué)合理選取評價因子、確定各生態(tài)因子的閾值或最適值是研究的重點和難點；采取的消減措施也將會隨著經(jīng)濟社會和技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生變化。如何避免主觀判別，是將來研究和優(yōu)化的方向。

參考文獻

［1］ 孫姝藝，劉洛，胡月明.基于空間數(shù)據(jù)挖掘的廣東省“旱改水”優(yōu)先區(qū)選擇［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（4）：216-222.

［2］ 孫超，潘瑜春，劉玉，等.縣域“旱改水”項目遴選布局方法與實證研究［J］.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2018，49（1）：203-210.

［3］ 趙蒙，劉石錦，李明，等.墾造水田項目選址模型研究：以廣東省云浮市云城區(qū)為例［J］.農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2022，12（6）：193-196.

［4］ 劉正國，游振波，黃俊.江西省旱地改水田土地整治研究：以永豐縣瑤田鎮(zhèn)湖西村旱改水項目為例［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（36）：185-187，229.

［5］ 魯真，楊木壯.沿海地區(qū)墾造水田適宜性評價：以惠州市為例［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（24）：60-62.

［6］ 夏敏峰，余慧敏，李爽，等.基于生態(tài)位的鄱陽湖平原區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)障礙因子診斷［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2021，26（7）：182-190.

［7］ 趙振庭，孔祥斌，張雪靚，等.基于多維超體積生態(tài)位的高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)農(nóng)田建設(shè)分區(qū)方法［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2022，38（13）：253-263.

［8］ 蒙莉娜，鄭新奇，趙璐，等.基于生態(tài)位適宜度模型的土地利用功能分區(qū)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27（3）：282-287．

［9］ 楊曾平，張楊珠，周衛(wèi)軍，等.湖南省高產(chǎn)稻區(qū)稻田土壤的立地條件與肥力特性［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（2）：30-33.

［10］ 滕飛龍，錢曉剛，馮夢喜，等.貴州省超高產(chǎn)稻田土壤肥力特征初步研究［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（2）：97-99.

［11］ 李華，文承志，李滿春，等.桃源縣高產(chǎn)農(nóng)田的基本性狀及培肥措施［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（2）：63-66，69.

［12］ 鄭銘潔，劉琛，朱銘，等.浙江省高產(chǎn)稻田的土壤肥力特征研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，63（6）：1147-1149.

［13］ 閆林源，徐若怡，李嘉寅，等.廣東省4地高產(chǎn)水田土壤物理特征研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（6）：61-65，72.

［14］ 嚴皓，陳粲，包云軒，等.農(nóng)業(yè)氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2018，34（14）：106-112.

［15］ 趙素霞，牛海鵬，張捍衛(wèi)，等.基于生態(tài)位模型的高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)適宜性評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（12）：220-228.

［16］ 王立祥，廖允成.中國糧食問題：中國糧食生產(chǎn)能力提升及戰(zhàn)略儲備［M］.銀川：陽光出版社，2013：739.

［17］ 郭維紅，蔣非非，馬靜，等.2000—2020年中國耕地旱改水空間格局演變及其適應(yīng)性管理［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2024，40（4）：292-303.