吉鳳鳴， 陳 于， 孫 晨， 蔣曉紅

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225009； 2.江蘇省農(nóng)村水利科技發(fā)展中心， 江蘇 南京 210029)

耕作田塊是末級(jí)固定田間工程設(shè)施所圍成的地塊，是田間作業(yè)、輪作和工程建設(shè)的基本田塊單位[1-2]。田塊的設(shè)計(jì)是為了解決耕地利用率的合理分配問題，可以合理布局農(nóng)作物、優(yōu)化農(nóng)作物結(jié)構(gòu)，將土地利用與土地維護(hù)相結(jié)合，提高單位面積土地產(chǎn)量，是科學(xué)利用耕地的保障，也為增加勞動(dòng)生產(chǎn)率創(chuàng)造了良好的土地條件。田塊規(guī)劃是農(nóng)業(yè)土地規(guī)劃的重要組成部分，其規(guī)劃在于合理經(jīng)濟(jì)地利用水土資源，各種生產(chǎn)、基本建筑用地的相互協(xié)調(diào)，能夠最大限度地激發(fā)水土資源潛力[3-4]。田塊的合理規(guī)劃長時(shí)間影響著田間的灌溉、排水、機(jī)耕、防風(fēng)，直接影響農(nóng)業(yè)增收、生產(chǎn)和經(jīng)營管理，所以合理的田塊規(guī)劃是耕地內(nèi)部規(guī)劃的一個(gè)重要問題。

1 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的基本含義

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的概念源于基本農(nóng)田[5]，《基本農(nóng)田保護(hù)條例》中提出：基本農(nóng)田指的是根據(jù)土地利用總體規(guī)劃確定的、不得占用的耕地，農(nóng)田的數(shù)量要滿足一定時(shí)期內(nèi)社會(huì)發(fā)展和人口對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求，從國家頒布的各項(xiàng)文件，可看出我國越來越重視高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提出了越來越多的政策措施，國家各個(gè)部門也頒布了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

不同部門對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的定義存在差異，國土部門對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的定義中，側(cè)重強(qiáng)調(diào)要對(duì)質(zhì)量不高的基本農(nóng)田進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，要與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營和生產(chǎn)方式相適應(yīng)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展打下物質(zhì)基礎(chǔ)；農(nóng)業(yè)部門對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的定義中，側(cè)重農(nóng)田生產(chǎn)要達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的要求，田間的基礎(chǔ)設(shè)施、土壤質(zhì)量和耕作生產(chǎn)條件要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。為了部署和高效落實(shí)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)方面的工作，2014年，在國務(wù)院協(xié)調(diào)下，農(nóng)業(yè)部、國土部牽頭頒布了《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則》(GB/T30600—2014以下簡稱“通則”)[6]，在《通則》里重新對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的含義進(jìn)行定義，指出高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田指土地平整、土壤肥沃、集中連片、設(shè)施完善、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)良好、抗災(zāi)能力強(qiáng)，要與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營方式相適應(yīng)，按照規(guī)定劃定為基本農(nóng)田的農(nóng)田。

江蘇省積極響應(yīng)國家對(duì)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的號(hào)召，江蘇省農(nóng)業(yè)廳在2019年組織修編完善了《江蘇省高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃》(2019—2022年)，規(guī)劃提出高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是指適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，灌排設(shè)施配套、土地平整肥沃、田間道路暢通、農(nóng)田林網(wǎng)健全、生產(chǎn)方式先進(jìn)、產(chǎn)出效益較高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)田塊。江蘇省高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)側(cè)重將大量零散地、中低田改造成旱澇保收的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)田。

2 田塊布置

2.1 田塊的定義

末級(jí)固定灌溉渠道和末級(jí)固定溝道之間的田塊叫做條田，也稱耕作區(qū)[7-8]，是進(jìn)行機(jī)械耕作和田間工程建設(shè)的基本單元，也是組織田間灌水的基本單元。耕作區(qū)由工作區(qū)域、地頭和地邊等組成，對(duì)于集約化經(jīng)營的農(nóng)田，耕作區(qū)要做到盡可能的平整，其規(guī)模應(yīng)根據(jù)農(nóng)業(yè)供水情況、作業(yè)體系要求、經(jīng)營狀況等綜合確定。在平原旱作地區(qū)，一般為發(fā)揮機(jī)械效率，要求田塊具有較大的規(guī)模；而在水田地區(qū)，一般修筑田埂將條田分隔成許多矩形田塊，稱為格田，以便更好地控制水稻田的灌溉排水和田間作業(yè)。

本文研究水旱輪作區(qū)田塊尺寸大小(C×L)。圖1為機(jī)組作業(yè)耕作區(qū)示意圖，C表示田塊寬度、L表示田塊長度、Lp表示田塊有效長度、E為機(jī)組完成工作后轉(zhuǎn)彎地帶(稱為地頭)。

圖1 機(jī)組作業(yè)耕作區(qū)示意圖

2.2 里下河地區(qū)田塊尺寸的影響因素

由于里下河地區(qū)地勢(shì)平坦低洼，大多為圩區(qū)，農(nóng)田以排澇降漬為主要任務(wù)，一般為提灌提排，少有自流排灌。因此，里下河地區(qū)田塊尺寸的確定，應(yīng)重點(diǎn)考慮滿足農(nóng)田排澇、降漬要求和提高農(nóng)業(yè)機(jī)械工作效率。

田塊長度和寬度必須保證灌排暢通、調(diào)控方便、有利于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械工作效率，并滿足作物不同生長發(fā)育階段對(duì)水分的要求，應(yīng)根據(jù)合理組織生產(chǎn)和有效利用農(nóng)機(jī)具以及地形特點(diǎn)等因素確定，對(duì)于具體田塊長度和寬度的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田排澇要求以及田面平整度、農(nóng)業(yè)機(jī)具的作業(yè)效率等因素確定[9-10]。田塊的長度與農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率在一定程度上成正比，加大田塊長度，農(nóng)機(jī)在地頭空行轉(zhuǎn)變的次數(shù)相對(duì)減少，工作效率越高，但末級(jí)渠道、溝道間距加大，田塊灌溉、排水時(shí)間越長。適宜的田塊寬度，應(yīng)根據(jù)田塊面積和田塊適宜長度確定，同時(shí)滿足機(jī)械作業(yè)、灌溉排水等方面要求。

3 田塊規(guī)格尺寸的確定

3.1 排澇降漬的要求

3.1.1 考慮明溝排水

采用“明溝排水”系統(tǒng)的田塊尺寸：里下河地區(qū)，地下水位較高，若降雨強(qiáng)度大于土壤入滲速度時(shí)，地面就會(huì)產(chǎn)生積水，當(dāng)積水的時(shí)間和深度超過農(nóng)作物允許的耐淹時(shí)間和深度時(shí)，就會(huì)影響作物的生長。為了及時(shí)排出積水、控制地下水位，就需要在田間開挖排水溝，因此要合理設(shè)計(jì)排水溝間距，排水溝的間距和深度要滿足降低和控制地下水位的要求，還要滿足降漬的要求。田塊長度主要取決于末級(jí)排水溝間距，排水溝的間距主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件、地面坡度、土壤條件確定，具體數(shù)值見表1。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，里下河地區(qū)土壤質(zhì)地為黏質(zhì)土，末級(jí)排水溝間距一般為100～200m，田塊長度主要取決于末級(jí)排水溝間距。

表1 末級(jí)排水溝的溝深和間距 單位：m

3.1.2 考慮暗管降漬，明溝排澇

采用“暗管降漬，明溝(淺溝)排澇”系統(tǒng)的田塊尺寸，以實(shí)際常用管徑為100 mm為例，在滿足暗管允許最小流速(V≥0.2 m/s)的前提下，根據(jù)暗管的管徑反推出不同土壤質(zhì)地下所能鋪設(shè)的暗管最大長度，暗管所能鋪設(shè)的最長距離為983 m，但在規(guī)范中對(duì)暗管鋪設(shè)規(guī)定，在地形起伏不大的地區(qū)鋪設(shè)暗管時(shí)，首、末端的暗管埋深的差值不宜大于0.4 m，且管中水體的最小流速為0.2 m/s，故暗管長度最大為360 m。

3.2 田面平整度要求

田面平整度反映田塊起伏程度，平整度越小，說明田塊起伏越小，田塊越平整[11]。通過田塊平整，便于機(jī)耕，發(fā)揮機(jī)械效率；能有效改善灌溉排水條件，滿足作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)水分的需求。田塊內(nèi)部地形不均一，會(huì)給土地平整作業(yè)帶來較大工程量。田塊規(guī)格受地形條件變化影響。在地面坡度較大，土壤透水性較弱的地區(qū)，該地區(qū)匯流較快，排水通暢，可適當(dāng)減小田塊長度，以減小流量，排水溝的間距和田塊的寬度可適當(dāng)增加；在地面坡度較小，土壤透水性較強(qiáng)的地區(qū)反之。

3.3 農(nóng)業(yè)機(jī)械效率的要求

3.3.1 耕作機(jī)械的發(fā)展與選擇

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，在國家農(nóng)機(jī)購機(jī)補(bǔ)貼等惠農(nóng)政策的推動(dòng)下，我國的農(nóng)機(jī)制造業(yè)迭代更新，國內(nèi)的農(nóng)機(jī)品牌如東方紅、悍沃、久保田、雷沃、洋馬、約翰迪爾等不斷發(fā)展壯大。國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)充分借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)，在實(shí)踐中創(chuàng)新改進(jìn)，使得我國農(nóng)機(jī)的性價(jià)比不斷提升，實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)、播種施肥機(jī)、插秧機(jī)、收獲機(jī)朝著智能化、自動(dòng)化、大功率化、多功能化、大型化發(fā)展。

針對(duì)里下河地區(qū)，地下水位高、土壤質(zhì)地黏重、透水性較差等特點(diǎn)，本次分別對(duì)耕翻作業(yè)、播種施肥作業(yè)、插秧作業(yè)和收獲作業(yè)的機(jī)械選擇進(jìn)行研究，見表2。

表2 耕作機(jī)械的選擇

3.3.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械行走效率分析

農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間作業(yè)時(shí)，由于田塊形狀不規(guī)則、大小不一，機(jī)組行走方式也多種多樣，但都要遵循一定的規(guī)律行駛，本次主要介紹直行法、繞行法，見表3。機(jī)組在田間行走方法選擇的原則：首先應(yīng)根據(jù)機(jī)械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作業(yè)工藝類型、田塊形狀以及地頭寬度等，選擇行程效率較高的行走方式，在滿足轉(zhuǎn)彎空行速度的前提下，要盡可能減少轉(zhuǎn)彎空行次數(shù)和時(shí)間，提高機(jī)組行程效率和轉(zhuǎn)彎空行時(shí)間利用率，其次行走方式應(yīng)盡可能減少對(duì)地頭的壓實(shí)度、減少漏作、重作、壟溝。針對(duì)不同的作業(yè)類型選擇適宜的農(nóng)業(yè)機(jī)械，確定行走方式，根據(jù)機(jī)械的參數(shù)取值，參照陳香香[12]論文中的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)田塊尺寸與耕作效率的關(guān)系進(jìn)行分析，見表4。

表3 機(jī)組行走方法

表4 農(nóng)業(yè)機(jī)械工作效率分析

在當(dāng)田塊采用犁耕進(jìn)行耕翻作業(yè)時(shí)，當(dāng)寬為40～100 m時(shí)，長≥300 m；當(dāng)寬為100～300 m時(shí)，長≥200 m，才能滿足作業(yè)效率大于80%。田塊進(jìn)行播種作業(yè)時(shí)，施肥播種機(jī)械最好選擇滿足往返一個(gè)作業(yè)行程所需要的肥料量為機(jī)械容積的整數(shù)倍，考慮農(nóng)機(jī)作業(yè)效率不低于70%。當(dāng)田塊進(jìn)行插秧作業(yè)時(shí)，考慮農(nóng)機(jī)作業(yè)效率不低于70%。田塊在進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，我國收割機(jī)械效率很高，都能滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的80%以上。

3.3.3 滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械要求的田塊尺寸

田塊的長度越長，機(jī)組在地頭的空轉(zhuǎn)彎次數(shù)越少，機(jī)組的作業(yè)效率越高；田塊也不能過寬，會(huì)增加土地平整的工作量，所以在劃分作業(yè)耕作區(qū)時(shí)，田塊寬度最好為耕作區(qū)的整數(shù)倍。不同作業(yè)情況下在高效區(qū)的田塊尺寸見表5。

表5 常用農(nóng)機(jī)作業(yè)處于高效區(qū)時(shí)的田塊尺寸匯總

綜上所述，在保證農(nóng)機(jī)效率滿足條件的情況下，田塊的寬度不得小于40 m，長度不得小于200 m，推薦的田塊規(guī)格為(C×L)：40m×(400～600)m、(60～80)m×(300～600)m、(100～200)m×(200～600)m。

4 里下河地區(qū)田塊尺寸及田間工程布置模式

4.1 考慮農(nóng)機(jī)耕作效率和明溝排水

目前，里下河地區(qū)田間工程布置主要有灌排相鄰和灌排相間兩種模式[13]，當(dāng)采用“明溝排水系統(tǒng)”時(shí)，滿足田間排水要求的末級(jí)排水溝間距一般為100～200 m；在保證農(nóng)機(jī)效率滿足條件的情況下，田塊的寬度不得小于40 m，長度不得小于200 m，且田塊的長寬比不宜小于2，綜合田間排水要求和農(nóng)機(jī)效率確定田塊尺寸，見表6。

表6 推薦田間工程布置的田塊尺寸

當(dāng)采用灌排相鄰型布置時(shí)，推薦的田塊尺寸為100 m×200 m，當(dāng)采用灌排相間型布置時(shí)，推薦的田塊尺寸為50 m×100 m。

4.2 考慮農(nóng)機(jī)耕作效率，暗管降漬和明溝排水

當(dāng)采用暗管降漬時(shí)，暗管所能鋪設(shè)的最大長度為360 m，故田塊長度最長可達(dá)到360 m；在保證農(nóng)機(jī)效率滿足條件的情況下，田塊的寬度不得小于40 m，長度不得小于200 m，推薦的田塊規(guī)格為(C×L)：40 m×(400～600)m、(60～80)m×(300～600)m、(100～200)m×(200～600)m。綜合農(nóng)機(jī)耕作效率和排水要求，推薦的田塊規(guī)格可采用180 m×360 m。