浅议四川丘区农田改造中田块大小的合理取值范围.pdf

|四川农业与农机/2023年4期|浅议四川丘区农田改造中田块大小的合理取值范围*带着“四川农田建多大一块为宜”的问题，笔者随“四川省高标准农田建设技术指南编制组”前往四川各市州进行了调研，得到的答案差异巨大。即使是同一地区，不同人员的回答，差距也很明显，究竟多大为宜应结合现代农业发展需求，综合考虑以下几方面因素。1机械作业效率及其合理利用现代农业“天花板”效应非常突出。农产品的国民经济基础地位极其明显，农产品价格关系国计民生而受严格控制，价格上升空间有限。农产品生产属劳动密集型产业，生产环节较多，各环节生产成本高，愿意从事农业的人员越来越少，“谁来种地”问题日益突出，现代农业必将从主要依靠人畜力向主要依靠机械动力转换，以实现机械化作业和适度规模化经营。机械作业效率与农田大小有着非常显著的关系，机械作业效率及其合理利用是必须重点考虑的重要因素。为方便探讨，笔者假设较为理想的田块布局及其相关示例如图1所示。关于机械作业效率与农田大小关系，国内的研究资料非常缺乏，这里借用日本相关研究成果分析。机械转弯半径、单次转弯调头时间、转弯调头占地宽幅、作业速度均取其均值，假设作业地块按照理想作业轨迹进行计算，所得不同动力拖拉机作业效率与田块面积的关系如图2所示。图2所揭示的拖拉机作业效率与田块大小的关系，不仅仅是拖拉机如此，石灰抛撒消毒机、施肥机、播种机、收割机均具有类似作业效率特性。根据农业农村部办公厅印发的 丘陵山区农田宜机化改造工作指引（试行），丘陵山区农田宜机化改造目的是改善农田农机通行和作业条件，提高农机适应性，扩展大中型农机运用空间。宜机作业主要是指宜大中型农业机械作业。以拖拉机为例，按照机械行业标准 拖拉机功率分类及型谱 JB/T 11320-2013，22.173.5 kW拖拉机为中型拖拉机，22.1 kW以下拖拉机为小型拖拉机，73.5 kW以上拖拉机为大型拖拉机。从图2中可以看出，大部分拖拉机需要在1 hm2以上田块中作业才能达到90%或更高的作业效率。即便是广泛使用的中型拖拉机，也要地块在0.20.3 hm2大小，理想状态才能达到80%的作业效率。若田块面积低于0.2 hm2，特别欧之福四川省农业机械科学研究院，四川成都摘要：农田即种植农作物的耕地，是农业生产的基础，粮食安全的重要支撑。在四川，农田分为水田和旱地，分别简称“田”、“地”。四川素有“天府之国”美称，是全国十三个粮食主产省之一，四川农田更是承载着落实习近平总书记来川视察重要指示、擦亮四川农业大省“金”字招牌、打造更高水平“天府粮仓”的重任，建设好“天府良田”特别重要。本文就为如何建设好“天府良田”，特别是建设多大的农田，进行分析，以期加深广大农业从业者对农田建设的认识。关键词：“天府粮仓”；农田建设；农田规模*基金项目：四川饲草创新团队建设项目SCCXtd-2020-16。作者简介：欧之福（1963年-），正高级工程师。研究方向：农业机械化。E-mail：图 1理想的田块布局图 不同动力拖拉机作业效率与田块面积的关系8行业指导|四川农业与农机/2023年4期|是小于0.1 hm2（约1.5亩），拖拉机作业效率会明显下降。拖拉机配套旋耕机实际作业，其田块面积、长短边比(m)与作业效率关系如图3所示。从图3可以看出，即使是小型拖拉机，也需要田块大小在0.20.3 hm2前提下，其旋耕作业效率才能达到70%的水平。田块面积低于0.2 hm2，特别是小于0.1 hm2（约1.5亩），拖拉机旋耕作业效率会急聚下降的。从图3还可看出，田块长短边长比也是影响机械作业效率的重要因素。为确保机械转弯调头便捷，短边应该在30 m以上，至少不能低于20 m，要控制转弯调头等辅助时间处于10%以内，长短边比至少满足旋耕作业为4，犁耕作业为5。机械作业效率不是评价作业优劣的绝对指标，需要采用机械作业成本费用进行比较。基于图1的计算数据，推算出4种代表性拖拉机械作业费用与其年耕地作业小时数的关系曲线，如图4所示。拖拉机年作业量处于最大拐点时机械作业费用曲线、年极限作业量时机械作业费用曲线分别如图5、图6所示。从图5、图6可看出，田块大小对机械合理利用是非常明显的。对中型机械或中型偏小的机械，田块基本上在0.31.0 hm2之间，机械作业费用曲线会出现明显拐点，小于0.2 hm2时机械作业费用上升显著。随着机械动力的增大，出现拐点的田块面积明显偏向增大。同时，随着单个田块面积的不断增大，随之而来的负面影响也会越来越大。根据日本的研究，针对现有的机械，单个田块面积达到2.0 hm2以后，综合优势提升基本无扩展空间。由此可推断，基于机械作业效率和机械作业成本考虑，单个田块面积最小不超过0.2 hm2，最大不超过2.0 hm2，最适宜的范围为0.31.0 hm2。田块面积除了受拖拉机制约外，同样还受机动撒布机严重制约。机动撒布机目前最大喷射射程只有100 m，如果不进入田埂喷撒的话长边就不能超过100 m。对于水田植保作业，能不进入田间作业更好，即便是高地隙喷杆式喷雾机，进入田间也不可避免会损伤部分作物。喷杆式喷雾机喷幅一般在1020 m，田块宽度最好是作业机械作业幅宽的2倍，按此推算田块宽度应在2040 m。2地形条件因素地形条件因素是最直接的影响田块大小改造的重要因素。通常情况下，田块的长边与等高线平行，短边沿等高线垂直方向布置最为经济，从田块整治的成本角度看，地形的坡度以及地形的变化就是田块大小、特别是田块短边长度的主要决定性因素。对水田而言，为确保灌水均匀就必须确保田面水平一致，如果短边长度越长，势必会在同等地形条件下，造成整治工程量大幅增加，使纵向相邻田块田面高差增大，产生图 3田块面积、长短边比（m)与作业效率关系图 4机械作业费用关系曲线图 5年作业量处于最大拐点时机械作业费用曲线图 6年极限作业量时机械作业费用曲线9|四川农业与农机/2023年4期|机械跨越田埂障碍或跨越处田埂破坏。因此，缓坡地带或倾斜区域，必须结合地势坡度，从整治工程量和田面高差角度，综合考虑规划田块短边长度，注意以下几点。1）地势坡度不满1 100区域，建议从机械作业效率角度规划田块短边长度，特别是对于1 600以下区域，由于地面较为平坦，整治工程量小，整地成本低，整个耕作区内田面高差都不超过50 cm的，将来还有田块再改大、耕作区全区拉平的可能。2）地势坡度1 （20100）的区域，地形条件为田形规划的决定性条件，部分存在田块短边长度受限情况。3）地势坡度1 20以上的区域，从增加长边长度、减小土工工程量角度考虑，多以等高线田埂方式布局，同时考虑田埂拉直可能性。4）倾斜区域由于田块整治作业表土剥离回填难度增大，或者耕作层较薄较难以保证同一田块内土壤质地均匀一致，应适当控制倾斜地及其浅土层区域田块短边长度。3灌排条件因素在单独区域，以及大规模经营或成片栽培区域，规划整理后的灌排水操作应以1个耕作区能实现水自由浇灌为标准。因此，田块的形状面积还将受到灌排水等水利设施配置条件的影响。1）为节约用水、提高机械作业效率，灌足水后应尽可能在短时间内进行机械作业，能够满足几小时就能灌足水要求的田块大小一般在0.5 hm2左右。从机械作业效率、支线用水管理角度考虑，一个耕作区的大小比较恰当的范围是5.06.0 hm2。将不同田块面积灌水深5 cm时，灌水时间与所需水流量列成表，如表1所示。2）保水性不是很好的田块，干田初灌水时，田块长边增长就有可能因水量不足而灌不到田块末端。若是无法有效采取相应防渗漏措施的话，田块长边长度将因此而受到很大限制。3）从用水管理上讲，明渠排水的等效排水能力将是影响田块长边长度的重要因素。为确保大型机械设备能充分发挥其效率，水旱轮作转旱作时，地下水位应当保持在大田田面以下0.5 m左右。作为排水控制等效的排水能力，应是放水后23 d内地下水位下降到田面下0.30.5 m范围。土壤透水性、排水渠水位（深度）、平时的地下水位、犁底层土质等因素将影响渠排水的等效排水能力。当规划采用暗渠排水时，田块长边长度将不受明渠等效排水能力的制约。若在田内开沟引水，为使水流顺畅，引水沟应向暗渠方向设置 1/3001/600的沟底坡降。保证上下水流应有30 cm左右的落差，按此推算，引水沟长度至多100200 m。若在低沃粘土地带，引水沟长度超过100 m，排水将变得更加困难，田块的长边就只能沿排水渠布局。根据浙江大学东南土地管理学院鲍海君、吴次芳等研究成果，应用整数规划，参照 GB 5288标准 灌溉与排水工程设计规范 的规定，假定斗渠长 1 000 m，斗渠间距 840 m，田块面积 3 200 m2，田埂宽 0.4 m，斗渠宽1.2m，斗沟宽0.7 m，农渠宽 1.1 m，农沟宽0.6 m，为约束参数，以沟渠占地面积最小为目标建立田块优化设计的目标函数，来确定田块设计长短边长度，计算结果为：田块长为84.0 m，宽为39.0 m。取整：田块长90.0 m，宽40.0 m。4经济等社会条件因素规划田块的大小不仅受上面所述自然、技术条件制约，还受经营规模、经营方式等社会经济条件制约。经济条件越好，经营者就对其经营的现代化程度要求越高，越有将田块改造得更好的期许。就 四 川 省 而 言，2020 年 末 全 省 实 有 耕 地 面 积672.3 万 hm2，永久基本农田面积 522.7 万 hm2。人均耕地仅 0.08 hm2，永久基本农田人均不足 0.06 hm2。按户均人口 34 人计算，户均耕地一般为0.240.32 hm2，刚好就1个田块的量。在没有流转条件下，为避免田边纠纷，理想状态正好考虑1户1田块，1田块约3 000 m2。四川丘陵山区面积占比大，受地理条件限制，改造水田面积（hm2)0.10.20.30.40.50.60.81.01.52.0灌水（水深50 cm)灌水所需时间（h)113.927.841.755.669.483.3111.1138.9208.4277.826.913.920.827.834.741.769.455.669.4104.243.56.910.413.917.420.327.834.752.169.481.73.55.26.98.710.413.917.426.134.7240.61.21.72.32.93.54.65.88.714.5排水水位下降深度（mm/d)100.120.230.350.460.580.690.931.161.742.31200.230.460.690.931.161.391.852.314.474.63300.350.691.041.391.742.082.783.475.216.94500.581.161.742.312.893.474.635.798.6811.57表 1水田面积 灌水时间及其灌水流量（L/s)或水位下降深度（下转第16页）10|四川农业与农机/2023年4期|导刊,2020.4赵娜.基于机器视觉的田间杂草识别技术研究J.无线互联科技,2016(23):2.5王佳玉,刘立群,常琴,等.基于农业图像处理的杂草分割J.电脑知识与技术：学术版,2021,17(17):4.6魏新华,包盛,陶涛,等.光调制解调技术在田间杂草光谱识别中的应用J.排灌机械工程学报,2018,036(012):1323-1329.7白敬,徐友,魏新华,等.基于光谱特性分析的冬油菜苗期田间杂草识别J.农业工程学报,2013,29(20):7.8乔永亮,何东健,赵川源,等.基于多光谱图像和SVM的玉米田间杂草识别J.农机化研究,2013,35(8):5.9李东升,胡文泽,兰玉彬,等.深度学习在杂草识别领域的研究现状与展望J.中国农机化学报,2022,43(9):137-144.10杨泽宇,张洪艳,明金,冷伟,刘海启,游炯.深度学习在高分辨率遥感影像冬油菜提取中的应用J.测绘通报,2020(09):110-113.11桂越,范国华,唐贝贝,等.基于卷积神经网络的农田杂草与水稻的分类识别J.洛阳理工学院学报：自然科学版,2019(1):6.12邓向武,齐龙,马旭,等.基于多特征融合和深度置信网络的稻田苗期杂草识别J.农业工程学报,2018,34(14):8.13范德耀.基于DSP的水稻杂草识别研究D.浙江理工大学.14Barrero O,Rojas D,Gonzalez C,et al.Weed detection in ricefieldsusingaerialimagesandneuralnetworksJ.2016XXISymposium on Signal Processing,Images and Artificial Vision(STSIVA),2016.15Zhang,Slaughter,DC.Influence of solar irradiance on hyperspectralimaging-based plant recognition for autonomous weed controlJ.BIOSYST 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50范围坡耕地带，相对平坦地带，整治土方需要进行一定表土处理，整地工程费会增加，从降低整地工程费角度考虑，短边取30 m为好。3）地势坡比在1 50以上的冲击台地斜面、山间、冲沟地带，整地工程费的增加以及田面高低差将成为决定田块规划大小的重大要因，短边长将被限制在2030 m范围，长边长度若不沿等高线方向布足，要达 100 m 以上很困难。综合以上分析结果，汇总水田田块形状、面积如表 2所示。4）对于1 20以上坡耕地，水源条件较好的，可结合田面高差情况和高程分布情况改为水平梯田，田长100 m，田宽不少于8 m。对水源条件不好的，应综合考虑种植作物特点改为坡式梯田，坡度应保持在一个方向、连续且控制在5 以内，田长控制在100150 m，若种植一年生作物且需要进行耕地作业的，田宽不少于10 m；若种植多年生作物，在确保2.53.0 m的农业机械通行宽度下，田宽可降低至6 m。若有特殊情况，则因地制宜，酌情处理。地形平坦地（1 500以下）坡耕 地1 501 501 501 20干湿田属性干田地带湿田地带干田地带湿田地带短边（m）303030302030长边（m）100150100100150100100面积（hm2）3.04.53.03.04.53.02.03.0表 2理想化水田田块形状、面积（上接第10页）16