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(shè)方面，中國(guó)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)三方面的綜合統(tǒng)一。為了促進(jìn)中國(guó)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(guò)對(duì)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(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，從灌排設(shè)計(jì)、道路工程與防護(hù)林工程出發(fā)，設(shè)計(jì)了6個(gè)耕地功能單元配置方案，通過(guò)層次分析法分析比較，選出經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益綜合的最佳方案。結(jié)果表明，當(dāng)田塊長(zhǎng)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(hù)林），防護(hù)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(shí)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(hào)：F301.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)外的都市農(nóng)業(yè)研究率先出現(xiàn)于歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家，至今積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)的都市農(nóng)業(yè)的提出與實(shí)踐始于20世紀(jì)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(duì)于中國(guó)的都市農(nóng)業(yè)，曹林奎等認(rèn)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)三大效益的綜合統(tǒng)一。俞菊生認(rèn)為中國(guó)發(fā)展都市農(nóng)業(yè)必須以生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)功能為主，但也要重視社會(huì)、生態(tài)和文化等功能。還有很多專家學(xué)者的觀點(diǎn)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(chǔ)，在中國(guó)的發(fā)展還不是很完善，宋志軍等、李洪慶等認(rèn)為城郊現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)應(yīng)當(dāng)兼顧經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)功能，但是中國(guó)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(shí)現(xiàn)專家學(xué)者所說(shuō)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(shí)在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展中基本沒(méi)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(guó)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(jìn)社會(huì)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(yáng)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(guó)典型的大都市城郊地區(qū)。該地區(qū)地勢(shì)平坦開(kāi)闊，平原面積占95.07%，境內(nèi)水資源相對(duì)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(zhǎng)約100-200m，寬100m左右），田間道路不平整或者設(shè)計(jì)不合理（部分田間道路寬度過(guò)小），耕地灌溉排水設(shè)施不完善，配套程度差，整體缺乏防護(hù)林，部分地區(qū)甚至沒(méi)有防護(hù)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)模化和機(jī)械化水平有限，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)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(shè)計(jì)

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(jī)耕要求和田間用水管理要求。綜合上述要求，共設(shè)計(jì)6種方案，分別編號(hào)①～⑥，如表1所示。

2.1.1 田塊灌溉設(shè)計(jì) 對(duì)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)模化和機(jī)械化水平，所以灌溉采用噴灌的方法。

首先應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥馈夂颉⑺牡葪l件的實(shí)際情況設(shè)計(jì)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(jì)算得到一次灌水所需時(shí)間（5.73h）。擬定每天機(jī)器工作12h，并且根據(jù)各個(gè)田塊的實(shí)際大小及噴頭總數(shù)等得到在噴灌過(guò)程中允許一次同時(shí)工作的噴頭數(shù)，方案①至⑥的一次灌水同時(shí)工作的噴頭分別為7、14、9、16、11和20個(gè)。

在確定了灌溉制度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行噴灌的干支管道的計(jì)算和設(shè)計(jì)，干支管統(tǒng)一選擇PVC管。干管管徑的選擇采用經(jīng)濟(jì)流速法，支管管徑的選擇按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(gè)噴頭的工作壓力水頭之差不超過(guò)噴頭設(shè)計(jì)工作壓力水頭的20%來(lái)確定。再計(jì)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(lái)確定，從而確定水泵揚(yáng)程。然后確定單井控制面積（12.3hm²），并結(jié)合各個(gè)方案的配置確定單個(gè)機(jī)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(gè)、1.5個(gè)、2.0個(gè)、1.0個(gè)、2.0個(gè)和1.0個(gè)。

2.1.2 田塊排水設(shè)計(jì) 根據(jù)順義區(qū)的地下水位、降雨?duì)顩r和地表排水狀況，設(shè)計(jì)梯形排水農(nóng)溝。排水溝的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算，農(nóng)溝斷面采用明渠均勻流計(jì)算，計(jì)算中使用邊坡系數(shù)為2。

2.1.3 田間道路和防護(hù)林設(shè)計(jì) 確定田間道和生產(chǎn)路的寬度（含防護(hù)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(jī)械的寬度以及田間生產(chǎn)的需求設(shè)計(jì)田間道路，同時(shí)在道路兩側(cè)設(shè)計(jì)防護(hù)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(dāng)?shù)貧夂颉⒁子诔苫钜约皟r(jià)格等多方面考慮，選擇毛白楊為防護(hù)林樹(shù)種，并設(shè)計(jì)株距為2m。

2.2 土地整理綜合效益測(cè)算

采用層次分析法對(duì)不同配置模式下耕地的綜合效益進(jìn)行分析。建立以綜合效益為目標(biāo)層，以經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益為中間層，灌溉投資預(yù)算、排水投資預(yù)算、道路投資預(yù)算、道路密度、基礎(chǔ)設(shè)施占地率、林地覆蓋率、生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值和防護(hù)林投資預(yù)算共8項(xiàng)指標(biāo)因子為指標(biāo)層的層次關(guān)系（圖2）。然后確定各指標(biāo)因子的權(quán)重。對(duì)各個(gè)指標(biāo)因子進(jìn)行計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)化處理，并最終通過(guò)加權(quán)處理得到各方案的綜合評(píng)分，評(píng)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(xué)者的基礎(chǔ)上，在層次分析法軟件中輸入相關(guān)矩陣，然后得到各指標(biāo)因子的權(quán)重（表2）。

2.2.1 各項(xiàng)投資預(yù)算 根據(jù)2012年《土地開(kāi)發(fā)整理項(xiàng)目預(yù)算定額標(biāo)準(zhǔn)》，以及相關(guān)需要的市場(chǎng)價(jià)格，確定各項(xiàng)目綜合預(yù)算單價(jià)。然后根據(jù)各個(gè)田塊的實(shí)際情況進(jìn)行各投資預(yù)算的計(jì)算。

2.2.2 生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值計(jì)算 生態(tài)服務(wù)價(jià)值采用如下的公式進(jìn)行計(jì)算，各類土地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值見(jiàn)表3。

ESV=∑VCkxAk （1）

ESVf=∑VCfk×A （2）

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（元）：VCk為生態(tài)價(jià)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(xiàng)服務(wù)總價(jià)值（元）；VCfk為單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)[元/（hm²·年）]。

2.2.3 其他指標(biāo)因子計(jì)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(chǔ)設(shè)施占地率：基礎(chǔ)設(shè)施占地率=基礎(chǔ)設(shè)施占地面積/田塊總面積×100%。

2.2.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 對(duì)于每個(gè)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(hù)林投資越小越好，生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值、道路密度、林地覆蓋率、基礎(chǔ)設(shè)施占地率越高越好。所以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用公式如下：

式中，f_ij表示第i項(xiàng)指標(biāo)下第j個(gè)方案的值，minf_i表示第i項(xiàng)指標(biāo)的最小值，maxf_i表示第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值。正指標(biāo)采用公式（3）。負(fù)指標(biāo)采用公式（4）。

生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值、道路密度、林地覆蓋率、基礎(chǔ)設(shè)施占地率采用公式（3）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，灌溉投資、排水投資、道路投資、防護(hù)林投資首先平均到每平方米土地上，然后采用公式（4）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2.5 田塊的比較與確定 通過(guò)對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)分析得到最終的綜合評(píng)價(jià)，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(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，E_i為i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化分值。

3 結(jié)果與分析

3.1 配置方案

結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)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(jiàn)圖3。

3.2 綜合效益

對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)化處理并進(jìn)行綜合分析之后。得到結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果顯示方案①的綜合評(píng)價(jià)最高，綜合效益最佳，方案⑤、③和②的綜合評(píng)價(jià)相近，但是比①要小，綜合效益也相對(duì)一般，方案④和⑥的綜合評(píng)價(jià)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(jì)效益方面，其基礎(chǔ)設(shè)施配置提高了耕地的集約利用以及機(jī)械化水平，有利于增加耕地的經(jīng)濟(jì)收益：社會(huì)效益方面，通過(guò)對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jìn)了城郊耕地的健康發(fā)展，并且有利于推進(jìn)中國(guó)的城鄉(xiāng)一體化建設(shè)：生態(tài)效益方面，配置防護(hù)林可防風(fēng)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(jìn)社會(huì)的和諧可持續(xù)發(fā)展。

4 小結(jié)與建議

通過(guò)對(duì)北京市順義區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，設(shè)計(jì)不同耕地功能單元配置方案，并利用層次分析法進(jìn)行綜合效益分析，對(duì)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(jìn)行了研究，通過(guò)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(zhǎng)400m、寬100m，田間道與生產(chǎn)路寬（含防護(hù)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(hù)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(yáng)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(shè)計(jì)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(gè)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(gè)理論與實(shí)際相結(jié)合的課題，在實(shí)際中可能會(huì)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(shí)施的時(shí)候還需要考慮具體區(qū)域的實(shí)際情況，并且和當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)相結(jié)合。