高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)在蘭州新區(qū)秦川園區(qū)應(yīng)用的探討

張曉慧

(杭州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000)

緒言

自2017年以來(lái)，蘭州新區(qū)秦川園區(qū)建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田共計(jì)3808hm2，涉及秦川鎮(zhèn)段家川村、鏵尖村、保家窯村、東川村、六墩村、上華家井村、勝利村、石門溝村、五道峴村、小橫路村、新園村、薛家鋪村、榆川村、源太村、振興村、五墩村等16個(gè)村。但由于當(dāng)時(shí)資金限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，多以土地平整、灌溉與排水、農(nóng)田輸配電、田間道路、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境保持工程、輔助工程等高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田措施中的1項(xiàng)或2項(xiàng)為主，導(dǎo)致現(xiàn)狀高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)存在短板，不再適宜秦川園區(qū)農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，阻礙了秦川園區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐。

1 現(xiàn)狀高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)存在的問(wèn)題

1.1 沙壩、沙坑阻礙農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程

20世紀(jì)70—80年代區(qū)域耕地原為旱地，地力差，當(dāng)?shù)卮迕駷楸劊趨^(qū)內(nèi)挖沙坑取沙覆蓋地塊發(fā)展旱沙地農(nóng)業(yè)，造成區(qū)內(nèi)大小不等的沙坑遍布，分割地塊；隨著20世紀(jì)90年代引大入秦工程的實(shí)施，秦王川旱沙地發(fā)展為水澆地，當(dāng)?shù)卮迕駥⑻锩嫔笆移?，堆放在條田中間，從而形成了一道道沙壩，沙壩高1.5～2.5m，頂寬2.5m左右，底寬5m左右，占用耕地，造成耕地有效利用面積減小、分割田塊。因此，歷史遺留的沙壩、沙坑造成田塊總體布局不合理，影響機(jī)械化作業(yè)、規(guī)模化經(jīng)營(yíng)。

1.2 現(xiàn)狀田塊偏小，不利于機(jī)械化作業(yè)

區(qū)內(nèi)部分區(qū)域已實(shí)施土地平整，地塊以現(xiàn)狀田塊(長(zhǎng)50～10m，寬40～60m)為主，平整度高，方便水流在田塊中推進(jìn)，適用于傳統(tǒng)渠灌，但灌溉水利用系數(shù)低，機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械周轉(zhuǎn)次數(shù)多，部分拐角機(jī)械難以到達(dá)。

1.3 水資源短缺嚴(yán)重

區(qū)內(nèi)水資源短缺，自產(chǎn)水資源極其匱乏，主要以外調(diào)水為主。灌溉水源為引大入秦工程調(diào)入的大通河水，區(qū)內(nèi)東二干渠現(xiàn)狀最大過(guò)流能力在總分水閘分水口處為20m3·s-1，經(jīng)多年建設(shè)，目前項(xiàng)目區(qū)渠灌面積2660hm2，占灌溉面積的68.94%；滴灌面積1149hm2，占灌溉面積的30.12%。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)仍有近多一半的渠灌，現(xiàn)狀凈灌溉定額5153.42m3·hm-2，灌水率5.624m3·s-1·hm-2，田間至支渠部分綜合灌溉水利用系數(shù)0.7，較低，輸水損失大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。現(xiàn)狀灌溉制度及灌水率圖見(jiàn)表1和圖1。根據(jù)引大入秦管理局提供數(shù)據(jù)推算項(xiàng)目區(qū)可供水量共計(jì)2468.28萬(wàn)m3，需水量2803.58萬(wàn)m3，缺水達(dá)335.29萬(wàn)m3，缺水率11.96%。項(xiàng)目區(qū)水資源嚴(yán)重短缺，供需矛盾突出，但現(xiàn)狀仍以渠灌為主，灌溉水利用系數(shù)低，急需改變灌溉方式解決水資源短缺難題，突破制約著農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

圖1 項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀灌水率圖

表1 現(xiàn)狀水平年(2020年)灌溉制度表

1.4 干旱少雨、土壤透水強(qiáng)

秦川園區(qū)屬典型的大陸性氣候，氣候干燥，降水量少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，溫差大，多風(fēng)沙，日照時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)霜期短，多年平均降水量290.2mm，蒸發(fā)量1879.7mm。此外，土壤主要為黃土母質(zhì)或淡灰鈣土下殘存的鈣積層，腐殖質(zhì)缺乏，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤保水保肥能力差，透水性強(qiáng)，導(dǎo)致作物需水量大，滲漏損失大，產(chǎn)出率低，經(jīng)濟(jì)效益較低。

1.5 耕地質(zhì)量較低、農(nóng)業(yè)效益低

根據(jù)秦川園區(qū)測(cè)土配方監(jiān)測(cè)，區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分偏低，土壤理化性狀較差，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分區(qū)單元見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分區(qū)單元圖

1.5.1 主要養(yǎng)分

1.5.1.1 有機(jī)質(zhì)

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域有機(jī)質(zhì)平均含量16.80g·kg-1，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量在甘肅省養(yǎng)分分級(jí)中均屬于三級(jí)居中水平。因此，耕層土壤有機(jī)質(zhì)還有待進(jìn)一步提升，具體提升措施根據(jù)不同改良提升區(qū)域確定。

1.5.1.2 全氮

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域全氮平均含量0.80g·kg-1，耕層土壤全氮含量在甘肅省養(yǎng)分分級(jí)中均屬于四級(jí)水平，耕層土壤全氮含量低，應(yīng)通過(guò)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、增施氮肥來(lái)重點(diǎn)提升。

1.5.1.3 有效磷

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域有效磷平均含量26.00mg·kg-1，耕層土壤有效磷含量在甘肅省養(yǎng)分分級(jí)中屬于二級(jí)水平。耕層土壤有效磷應(yīng)針對(duì)不同的區(qū)域采取相應(yīng)的提升措施。

1.5.1.4 速效鉀

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域速效鉀平均含量257mg·kg-1，耕層土壤速效鉀含量在甘肅省養(yǎng)分分級(jí)中屬于一級(jí)豐富水平，耕層土壤速效鉀應(yīng)主要采取鞏固措施，通過(guò)其他土壤改良技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)鉀肥分解和轉(zhuǎn)化，穩(wěn)定和提高耕層土壤速效鉀含量。

1.5.2 主要土壤理化性狀

1.5.2.1 pH

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域pH值平均為8.33?？梢?jiàn)評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)為堿性土壤。也要通過(guò)相應(yīng)措施，進(jìn)一步優(yōu)化土壤酸堿環(huán)境，達(dá)到改良耕層土壤理化性狀的目的。

1.5.2.2土壤容重

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域耕層土壤容重平均值為1.45g·cm-3。土壤容重值偏大，應(yīng)采取相應(yīng)措施，改善土壤疏松度，進(jìn)一步優(yōu)化改良土壤結(jié)構(gòu)和通透性，適當(dāng)降低當(dāng)前土壤容重值。

1.5.2.3 質(zhì)地構(gòu)型和耕層質(zhì)地

秦川園區(qū)評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)耕地土壤以灰鈣土為主，在長(zhǎng)期的耕作活動(dòng)下，其特點(diǎn)的是質(zhì)地構(gòu)型為上松下緊型，耕層質(zhì)地為輕壤或砂壤，質(zhì)地構(gòu)型和耕層質(zhì)地總體是適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)。質(zhì)地構(gòu)型和耕層質(zhì)地與成土母質(zhì)有直接關(guān)系，是在長(zhǎng)期的成土發(fā)育和人為耕作活動(dòng)的作用下共同形成的，有相對(duì)的穩(wěn)定性，要從根本上進(jìn)行改良十分困難。但輕壤或砂壤土容易漏水漏肥，土壤通透性不良，可以通過(guò)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、使用土壤調(diào)理劑、優(yōu)化施肥等措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.5.2.4 障礙因素

評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期灌溉、地下水位升高、水中的各種鹽類殘留于土壤表面及土體，土壤即因水溶性鹽類日益增多而鹽化成為鹽土或被鹽化了的灰鈣土，土壤表現(xiàn)出鹽堿化，形成了類似砂田氯化物—硫酸鹽鹽化灰鈣土和硫酸鹽—氯化物旱鹽土。因此，針對(duì)土壤鹽堿化地塊，提出具體的鹽堿化改良方案。

1.6 農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)基本缺失

區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息化基本空白，只有少數(shù)泵站配套自動(dòng)計(jì)量水表等，其余均為人工控制與計(jì)量，田間灌溉采用人工操作水閘啟閉、人工計(jì)量讀數(shù)，無(wú)任何自動(dòng)控制與計(jì)量設(shè)施。

2 園區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

秦川園區(qū)2018年以前農(nóng)業(yè)種植以家庭為單位，為傳統(tǒng)的勞動(dòng)力密集型小農(nóng)經(jīng)濟(jì)。近2a，隨著農(nóng)村青壯勞動(dòng)力向大城市的遷移，導(dǎo)致田地荒蕪，種植公司隨之介入，流轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)土地，用于大面積單一作物的種植，以種植向日葵、苜蓿、馬鈴薯為主。根據(jù)走訪調(diào)研，由于沙壩、沙坑限制，現(xiàn)狀田塊小，機(jī)械化作業(yè)難度大、耗時(shí)長(zhǎng)，造成成本增加；灌溉以傳統(tǒng)渠灌為主，耗水量大，人工灌溉成本高，管理難度大，管理費(fèi)用高，導(dǎo)致公司種植成本較高，經(jīng)濟(jì)效益不佳。因此，種植公司對(duì)種植區(qū)內(nèi)田塊連通、大的田塊單元、節(jié)水灌溉方式、信息化控制需求強(qiáng)烈。

3 園區(qū)高標(biāo)農(nóng)田建設(shè)的目標(biāo)

3.1 規(guī)劃原則

3.1.1 統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局

以糧食生產(chǎn)功能區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園為重點(diǎn)開(kāi)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，緊扣鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃，充分銜接土地利用、村鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)田水利、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)等相關(guān)規(guī)劃，與村莊建設(shè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)宜居統(tǒng)籌謀劃、同步推進(jìn)。

3.1.2 因地制宜，注重實(shí)效

根據(jù)地形地貌、資源環(huán)境區(qū)域差異，以及不同區(qū)域主要作物、耕作制度、基礎(chǔ)條件、障礙因素，按照“缺什么，補(bǔ)什么”的原則，將項(xiàng)目區(qū)實(shí)現(xiàn)信息化和“高標(biāo)準(zhǔn)”的最后一塊短板補(bǔ)齊。

3.1.3先易后難，集中連片

優(yōu)先選擇耕地肥沃、群眾積極性高、交通便捷、施工條件好，集中連片、具備整村整鎮(zhèn)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的區(qū)域。

3.1.4 因物制宜，分類施策

按照現(xiàn)狀各片區(qū)種植作物情況，結(jié)合區(qū)域發(fā)展的規(guī)劃方向，對(duì)種植作物進(jìn)行整體布局。農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈是水，水澆得好，作物才能長(zhǎng)得好。因此需要根據(jù)不同類型的作物，配套不同類型的灌溉措施，在提高灌溉水利用效率的同時(shí)，通過(guò)配套的水肥一體化設(shè)施，精準(zhǔn)灌溉施肥，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.1.5 尊重意愿，節(jié)約資源

以農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織和農(nóng)民為主體，促進(jìn)耕地集約化利用，數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)相統(tǒng)一，充分尊重農(nóng)民及種植戶意愿，切實(shí)保障農(nóng)民的知情權(quán)、參與權(quán)和受益權(quán)。

3.1.6 建管并重，高效運(yùn)行

遵循“誰(shuí)受益、誰(shuí)管護(hù)，誰(shuí)使用、誰(shuí)管護(hù)”的原則，明確管護(hù)主體和責(zé)任，落實(shí)管護(hù)經(jīng)費(fèi)，細(xì)化管護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建成后長(zhǎng)期高效利用。

3.2 建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)區(qū)域自然資源特點(diǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地利用狀況，采取“田、土、水、路、林、技、管”綜合整治措施，堅(jiān)持?jǐn)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)并重，促進(jìn)基本農(nóng)田數(shù)量穩(wěn)定，質(zhì)量提高、景觀優(yōu)化、生態(tài)良好，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境，以大的平整單元提高田塊連通率、促進(jìn)機(jī)械化、提高區(qū)域內(nèi)水資源利用效率、解決缺水難題，引領(lǐng)園區(qū)建設(shè)現(xiàn)代化節(jié)水農(nóng)業(yè)。建成3808hm2地塊連通、節(jié)水灌溉設(shè)施覆蓋、農(nóng)電設(shè)施配套、自動(dòng)化控制的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。

4 主要治理措施

4.1 土地平整工程

針對(duì)2017—2020年期間實(shí)施的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)區(qū)域存在沙壩、田埂大、沙坑多、土地平整度低等問(wèn)題，進(jìn)行沙壩削平、沙坑填埋夯實(shí)、客土拉運(yùn)鋪墊、推平田埂等治理沙壩、沙坑，增加耕地，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)土地連片及有效利用；現(xiàn)狀未實(shí)施過(guò)土地平整項(xiàng)目的區(qū)域，對(duì)布局不合理、分布較為凌亂的田塊進(jìn)行土地平整，平整為大條田，對(duì)邊角零碎田塊進(jìn)行合并。土地平整工程設(shè)計(jì)思路以大的平整單元為基礎(chǔ)，滿足農(nóng)村土地正常承包流轉(zhuǎn)運(yùn)行，平整單元以田間道路和田坎為分界線劃分。因地制宜的配套灌溉設(shè)施，確保田塊內(nèi)局部起伏高差滿足灌水均勻要求。區(qū)內(nèi)沙壩(坑)既占用耕地，又不方便車輛運(yùn)輸及農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，影響田塊集中連片，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為有效利用土地，合理布局工程，設(shè)計(jì)根據(jù)地形條件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘測(cè)量，對(duì)區(qū)內(nèi)沙壩進(jìn)行削平處理，所取沙量用于填埋區(qū)內(nèi)沙坑。沙壩清理后應(yīng)做一定的平整，使平整后的沙壩清理區(qū)域與原沙壩兩側(cè)耕地平順銜接，保證田間整齊美觀，禁止出現(xiàn)臺(tái)、埂、坑洼不平等情況；沙坑治理完成后應(yīng)與周圍耕地處于同一平面。

4.2 土壤改良工程

為提高耕地質(zhì)量，對(duì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行土壤改良。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)測(cè)土配方，在對(duì)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀土質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，采取增施商品有機(jī)肥、養(yǎng)分提升22-12-8、15-15-15、土壤調(diào)理劑(復(fù)合微生物肥、松土型、鹽堿立克)、微量元素肥等改良劑，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械深松的措施。測(cè)算共增施各類改良劑1043.46t，保持施度均勻，防止肥料集中燒苗。機(jī)械深松的目的是疏松土壤，打破犁底層，增強(qiáng)雨水入滲速度和數(shù)量，減少?gòu)搅?，減少水分蒸發(fā)損失。通過(guò)深松，使有機(jī)肥快速、全面的與土壤耕作層融合，增加土壤養(yǎng)分；可使耕作層疏松綿軟、結(jié)構(gòu)良好、活土層、土壤肥沃，提高土壤蓄水保墑能力，促進(jìn)土壤熟化，加速養(yǎng)分的分解和積累；為作物生長(zhǎng)提供深厚的耕作層，機(jī)械深松厚度為30cm。且機(jī)械深松是只松土、不翻土，作業(yè)后使耕層土壤不亂，動(dòng)土量小，特別適合于土層淺、不宜耕翻作業(yè)的土壤。

4.3 灌溉工程

規(guī)劃灌溉方式為管灌、噴灌、滴灌，包括新建和改建2類。針對(duì)區(qū)內(nèi)各片現(xiàn)狀灌溉方式，因地制宜，按照不同區(qū)域水利配套設(shè)施現(xiàn)狀配套提升水利設(shè)施。對(duì)新建片區(qū)，按照“新建/改建調(diào)蓄沉沙池、泵站、輸配水管網(wǎng)”實(shí)施噴灌等高效節(jié)水灌溉，并配套施肥設(shè)施；對(duì)已建管灌灌溉區(qū)域，依據(jù)項(xiàng)目區(qū)作物種植情況、灌溉系統(tǒng)運(yùn)行情況等按照各個(gè)片區(qū)實(shí)際情況配套“調(diào)蓄水池、泵站、輸配水管網(wǎng)，或泵站、輸配水管網(wǎng)”，調(diào)整灌溉設(shè)施及灌溉方式，并配套施肥設(shè)施。

4.4 農(nóng)田輸配電工程

區(qū)內(nèi)有10kV高壓輸電線路經(jīng)過(guò)，可為建設(shè)提供充足的電力保障。各個(gè)灌溉片供電電源通過(guò)從附近10kV架空線T接，架設(shè)10kV輸電線引至每個(gè)水源工程的終端桿，通過(guò)桿上變壓器降壓來(lái)滿足項(xiàng)目供電負(fù)荷。首部泵站根據(jù)實(shí)際配套農(nóng)電設(shè)施。

4.5 自動(dòng)及信息化工程

高標(biāo)準(zhǔn)智能灌溉系統(tǒng)主要包括自動(dòng)化測(cè)控體系和信息化管理平臺(tái)，其中自動(dòng)化測(cè)控體系主要包括首部自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、分水口自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、田間自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、田間灌溉決策采集系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、管理中心等建設(shè)內(nèi)容；信息化管理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容，使項(xiàng)目區(qū)依托智慧灌溉、智慧農(nóng)業(yè)科技手段支持，實(shí)現(xiàn)水資源合理調(diào)度和灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，進(jìn)行合理灌溉、科學(xué)用水、提高灌溉效益。