基于地形復(fù)雜度的重慶市耕地“宜機化”改造適宜性評價*

李伶俐,李江文,鐘守琴,楊朝現(xiàn),魏朝富

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 重慶 400715)

農(nóng)業(yè)機械化是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志。21 世紀(jì)以來,我國農(nóng)業(yè)機械化水平有了一定程度的提升,但整體發(fā)展水平偏低,尤其是丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展較為緩慢。丘陵山區(qū)耕地總面積超過50%,但土地資源條件相對較差、坡耕地面積比重較大且破碎化程度較高,農(nóng)作物耕種收機械化率不到40%,綜合機械化水平僅有10%～20%,遠低于全國平均水平,嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率,成為中國各地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的短板。因而,提高丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化效率任重而道遠。面對土地分散經(jīng)營和地形條件限制的實際狀況,“宜機化”改造是發(fā)展具有中國丘陵山區(qū)特色的農(nóng)業(yè)機械化道路,但目前耕地“宜機化”改造項目存在選址隨意性、主觀性等問題。耕地“宜機化”改造應(yīng)分階段、分重點循序漸進地探索,對具有“宜機化”改造經(jīng)驗的地區(qū)進行科學(xué)地耕地“宜機化”改造適宜性評價可為決策者提供規(guī)劃參考依據(jù)、提高丘陵山地耕地質(zhì)量,為縮小農(nóng)業(yè)機械化地區(qū)差距做出貢獻。

近代國內(nèi)外山地農(nóng)業(yè)都通過不同方式的規(guī)?；?jīng)營讓農(nóng)業(yè)煥發(fā)新的活力。具有相似土地利用特點的日本、韓國和中國臺灣地區(qū)在提高農(nóng)業(yè)機械化程度以促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程中,均進行了科學(xué)合理的改造使土地適宜大中型農(nóng)業(yè)機械作業(yè),有效提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。我國在以往丘陵山地農(nóng)業(yè)機械化實踐中,主推“以機適地”的模式,強調(diào)小型、輕便及多功能的農(nóng)機具創(chuàng)新,但這無法從根本上解決農(nóng)業(yè)效率問題。隨著相關(guān)研究深入,學(xué)者們發(fā)現(xiàn)土地條件的約束是阻礙丘陵山地農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的瓶頸,普遍認(rèn)為通過“宜機化”改造達到“以地適機”的技術(shù)路線是補齊丘陵山地農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展短板的根本出路。目前我國不同地區(qū)“宜機化”改造效果不同、效率不一,為了加快不同地區(qū)“宜機化”改造發(fā)展進程,學(xué)者們在丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展現(xiàn)狀、存在的主要問題、影響機械化發(fā)展的各類驅(qū)動因素及其未來發(fā)展路徑等方面對“宜機化”改造的必要性進行了定性闡述。同時,一部分學(xué)者對具體 “宜機化”操作標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定進行探討,得到部分針對性的改造方案和建議。如胡義萍等從水平梯田田面寬度確定、田間道路的平縱線型設(shè)計、機械下田與田間轉(zhuǎn)移設(shè)施設(shè)置等方面對土地整治標(biāo)準(zhǔn)進行分析,但缺乏普適性且存在一定的地區(qū)局限性。另外,已有研究還涉及對“宜機化”改造的可行性探討、對改造后的效益評價等方面。然而,把作為土地利用決策依據(jù)的適宜性評價應(yīng)用于“宜機化”改造的研究較少。

土地適宜性評價是在判斷土地在一定地域特性基礎(chǔ)上承載特定土地用途的適宜程度,并對土地進行分等定級或者評價分類的過程,是土地資源規(guī)劃與管理的重要內(nèi)容。合理的土地適宜性評價能提高土地資源的利用和再利用效率,主要應(yīng)用于土地復(fù)墾、未利用地等,主要研究方法有GIS 空間分析法、構(gòu)造基于比例的適宜性函數(shù)法、最小累計阻力模型、DEA 法等。近幾年有關(guān)土地適宜性評價的研究中涉及土地整治的內(nèi)容逐漸增加,但對地形環(huán)境復(fù)雜的丘陵山地的探索還處于初步發(fā)展階段,尤其是從耕地“宜機化”角度進行適宜性評價的幾乎沒有涉及。因此,針對以地形和土地條件為農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展難點的丘陵山地,綜合GIS空間分析法和數(shù)據(jù)包絡(luò)法(DEA),選取主要地形限制因子進行“宜機化”改造適宜性評價是對目前丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的嘗試和突破,是耕地評價體系的豐富和補充。

基于此,本文以重慶市為例,選擇高程、坡度和地塊破碎度等地形限制因子,采用DEA 法并利用地理信息系統(tǒng)模型的建模方法對研究區(qū)“宜機化”改造耕地適宜性進行綜合評價,得到各評價單元耕地“宜機化”改造適宜程度,為政府科學(xué)決策和管理提供合理依據(jù)和支撐,從而提高耕地“宜機化”改造效率,加快西南丘陵山地農(nóng)機裝備轉(zhuǎn)型升級,縮小我國地區(qū)間農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展不平衡差距。

1 研究對象與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

重慶市位于中國內(nèi)陸西南部、長江上游地區(qū),是西南地區(qū)的經(jīng)濟中心和交通樞紐,總面積8.24 萬km,下轄38 個行政區(qū)縣(自治縣),含有26 個區(qū),12個縣(自治縣) (圖1)。圍繞“擴容提品質(zhì)”加快構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展的定位分為 “中心城區(qū)” “主城新區(qū)” “渝東北地區(qū)”和“渝東南”地區(qū)。重慶市是我國提出并推廣“宜機化”整治的先行者,其農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展歷程具有一定代表性,對其他南方丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展具有參考價值。重慶市是典型的丘陵山地地區(qū),轄內(nèi)層狀地貌明顯,地勢起伏大,以山地、丘陵為主,分為渝西方山丘陵區(qū)、中部構(gòu)造平行低山丘陵區(qū)、渝東北大巴山構(gòu)造溶蝕層狀中山區(qū)及渝東南巫山、七曜山強巖溶化峽谷中山區(qū)等4 大區(qū)域。區(qū)內(nèi)山高谷深,溝壑縱橫,山地面積 6.24 萬km,占幅員面積75.8%; 丘陵面積1.50 萬 km,占18.2%; 平地 2964 km,占3.6%; 平壩面積 1976 km,占2.4%。據(jù)統(tǒng)計,重慶市2018年年末耕地總量達3.75 萬km,占總面積45.51%,農(nóng)作物總播種面積3.35 萬km,農(nóng)村農(nóng)戶707.05 萬戶,鄉(xiāng)村人口2158.3萬人,戶均耕地約0.34 hm2,人均耕地0.11 hm2。

圖1 重慶市區(qū)位圖Fig.1 Location map of Chongqing

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

2018年的土地利用覆蓋數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境研究中心,分辨率為30 m。各社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)及指標(biāo)由重慶市統(tǒng)計年鑒獲取。運用ArcGIS 將柵格轉(zhuǎn)換成矢量格式,從中提取重慶市耕地圖層,并統(tǒng)計各區(qū)縣耕地面積; 將DEM 數(shù)據(jù)按地勢起伏情況分7 個級別,<200 m 為1 級,200～300 m 為2 級,300～400 m 為3 級,400～500 m 為4 級,500～1000 m為5 級,1000～1500 m 為6 級,>1500 m 為7 級。將DEM 數(shù)據(jù)提取的坡度數(shù)據(jù)結(jié)合坡耕地類型分級:<4°為1 級、4°～6°為2 級、6°～10°為3 級、10°～15°為4 級、15°～25°為5 級、>25°為6 級,共6 個級別。重慶市坡度<2°的平地耕地幾乎滿足“宜機化”耕地要求,因而選取4°作為一個分界點。6°～10°的分級是重慶市主要坡耕地區(qū)域。

2 研究方法

本文利用地理信息模型的建模方法,將影響耕地“宜機化”改造的坡度、高程、破碎度等地形限制因子組合成地形復(fù)雜度指數(shù),結(jié)合DEA 采用特爾菲打分法請20 位相關(guān)學(xué)科的專家對海拔高度、坡度、地塊破碎度3 項地形復(fù)雜度因子進行打分獲得權(quán)重,計算得到綜合地形復(fù)雜度結(jié)果。最后通過 ArcGIS地理軟件,采用自然分段的方法,將重慶市地表復(fù)雜度指數(shù)分為不同區(qū)段評價耕地“宜機化”改造適宜性等級。

2.1 海拔復(fù)雜度

一般來說,海拔復(fù)雜度越低,地形起伏程度越低,工程成本越低,越有利于“宜機化”土地整治。

式中:C E為海拔復(fù)雜度,R為第級高程下的土地面積占評價單元土地總面積的比重,h為第級高程(m),為評價單元的海拔最大值(m),為評價單元的海拔最小值(m)。

2.2 坡度復(fù)雜度

一般來說,坡度復(fù)雜度越大,代表評價單元坡度差別越大,越不利于“宜機化”土地整治。

式中:C E為坡度復(fù)雜度,R為第級坡度下的土地面積占評價單元土地總面積的比重,S 為第級坡度大小(°),為評價單元的坡度最大值(°),為評價單元的坡度最小值(°)。

2.3 地塊破碎度

地塊破碎度從側(cè)面反映出一個地區(qū)的地塊連片度、地表平順性、完整性,在土地整治方面也扮演著十分重要的角色,對“宜機化”土地整治區(qū)域選擇具有較大影響。地塊破碎度越小,地塊被分割的越少,地塊連片度越好,土地利用價值越高,工程量越小,越有利于“宜機化”土地整治。地表破碎度計算公式為:

式中:CE評價單元的地塊破碎度,MSP 為平均斑塊面積(km),為評價單元土地總面積(km),NP 為評價單元斑塊數(shù)量。

2.4 地形復(fù)雜度指數(shù)

為了探尋綜合地形條件對研究區(qū)耕地“宜機化”的限制和影響情況,根據(jù)上述各式計算各單元的單因子分置,采用評價式(5),在分析各因子關(guān)系的基礎(chǔ)上加權(quán)求和得到地形復(fù)雜度,描述空間地理特征,更全面綜合地評價3 個限制因子對耕地“宜機化”的影響。地形復(fù)雜度指數(shù)越低,代表選取的地形限制因子海拔、坡度和地塊破碎度總體情況越好,越有利于耕地“宜機化”改造。綜合地形復(fù)雜度指數(shù)計算公式為:

式中:、和分別為海拔高度、坡度以及地表破碎度中地形因子的權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地分布特征

我國人口眾多而基本農(nóng)田較少,廣大農(nóng)村的耕地零碎、分散,尤其在南方人口稠密地區(qū),田塊更趨細小。破碎化的耕地使得田埂占地增多,限制了農(nóng)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn),阻礙了我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程,中國耕地的破碎化具有不經(jīng)濟性。受地形影響,重慶市耕地小而碎,主要分布在中部和西部,東部的耕地面積和密集程度明顯少于其他區(qū)域,與東高西低的地形地勢具有高度一致性。為了增加研究區(qū)耕地 “宜機化”改造的有效性和準(zhǔn)確性,對不同適宜性下的各區(qū)縣耕地總體情況進行進一步數(shù)據(jù)整理分析,挖掘各評價單元的耕地數(shù)量潛力,對重慶耕地“宜機化”改造重點區(qū)域的選擇及規(guī)劃具有一定的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示(表1),重慶市中心城區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅速,中心城區(qū)耕地資源稀缺。其中,渝中區(qū)是重慶政治、經(jīng)濟、文化以及商貿(mào)流通中心,是一個以第三產(chǎn)業(yè)為主的地區(qū),基本沒有農(nóng)業(yè),耕地面積為零,因此不考慮該區(qū)耕地“宜機化”改造。重慶市主城新區(qū)是按照衛(wèi)星城理念在主城九區(qū)外圍規(guī)劃布局建設(shè)的城鎮(zhèn)集群,其未來發(fā)展主要為農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間,有利于緩解中心區(qū)耕地稀少與人們對耕地功能需求增加的矛盾。從數(shù)量特征來看,該區(qū)域擁有大量耕地,初步滿足數(shù)量的需求。其次,該區(qū)域95%位于渝西方山丘陵區(qū)與中部構(gòu)造平行嶺谷區(qū),具有很好的地理區(qū)位條件。因此,有必要對該區(qū)域的耕地 “宜機化”進行適宜性評價,科學(xué)有序地增加基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)投入,挖掘農(nóng)業(yè)空間開發(fā)利用潛力。

表1 2018年重慶市各區(qū)縣耕地面積統(tǒng)計表Table 1 Statistics of cultivated land areas in various districts (counties) of Chongqing in 2018 km2

渝東南地區(qū)是國家重點生態(tài)功能區(qū),雖然該區(qū)域農(nóng)業(yè)進行開發(fā)仍有規(guī)模效益遞增效果,但由于自然條件限制和生態(tài)保護主體功能指向限制,該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展對耕地“宜機化”改造具有更精準(zhǔn)和大幅效益要求。該區(qū)域耕地分布不均,耕地面積最小的為秀山土家族苗族自治縣(565.08 km),但分布主要集中在中部呈倒“Y”型。渝東北地區(qū)所包含的行政單元主要分布在中部構(gòu)造平行嶺谷區(qū)及渝東北大巴山構(gòu)造溶蝕層狀中山區(qū),是重要生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū),區(qū)域耕地分布多且碎,在保證生態(tài)安全的前提下對該區(qū)域的耕地是否適宜機械化操作進行適宜性評價,有利于土地資源合理利用。

坡度>25°的地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā),泥石流、山體滑坡等災(zāi)害在丘陵山區(qū)愈加常見,不適宜耕作,且該類區(qū)域整治難度大、投入資源多。國家規(guī)定25°以上坡地禁止開荒,因此不考慮>25°以上的耕地,地塊“宜機化”整治應(yīng)避開此區(qū)域。運用GIS 空間分析功能篩選出坡度小于25°耕地共3.14 萬km,根據(jù)DEM和坡度重分類數(shù)據(jù)進行組合,統(tǒng)計分析在不同高程和坡度級別下耕地面積(表2)。

從海拔高程角度分析發(fā)現(xiàn),重慶市幾乎所有耕地分布在200～1500 m 的區(qū)域。隨著海拔升高,耕作條件變劣勢,人口密度隨之降低,不利于耕作。研究區(qū)大部分耕地分布在海拔200～500 m 的丘陵區(qū)內(nèi),占耕地面積的66.23%,是主要的耕地利用區(qū),改造適宜性較高。還有小部分的耕地分布在平地和高山區(qū):低于200 m 的耕地最少,僅有83.93 km,占耕地面積的0.27%,此部分耕地基本已經(jīng)符合“宜機化”改造要求,改造難度小; 處于高山區(qū)的小部分耕地,由于交通通達度、人口聚落分布等因素,屬于改造難度大、需求度相對較小的區(qū)域,共有耕地290.30 km,占總耕地面積的0.93%。圖2 顯示,巫溪縣、城口縣等相對海拔較大,其次是渝東南地區(qū),而銅梁區(qū)、合川區(qū)和銅梁區(qū)等相海拔較小,具有良好的改造適宜性。

從坡度角度分析發(fā)現(xiàn),5 級坡度耕地面積分別占重慶市總耕地面積的 0.03 %、2.55%、29.53%、49.76%和18.12%,耕地主要分布在6°～25°。4°～6°的平坡坡地耕地僅占耕地總面積的2.55%,基本符合“宜機化”改造坡度要求,改造適宜程度高。而6°～10°和10°～15緩坡地耕地面積分別為9249.60 km和15 587.16 km,占總面積的29.53%和49.76%。15°～25°斜坡地耕地因坡度較大,耕地較破碎細小,集中連片的適宜機械化耕作的地塊較少,改造難度比15°以下區(qū)域大,該區(qū)域下耕地面積為5675.57 km,占總耕地面積的18.12%。從圖2 看,研究區(qū)耕地坡度整體呈東高西低格局。

圖2 重慶市不同級別海拔、坡度地形分布圖Fig.2 Spatial distribution of cultivated land at different elevations and slopes in Chongqing

結(jié)合海拔高度和坡度兩個因素發(fā)現(xiàn),重慶市耕地主要分布在坡度為6°～15°、海拔高度為200～500 m的區(qū)域,共計18 649.05 km,占總耕地面積的59.54%,綜合改造難度較小。還有相當(dāng)部分耕地分布在海拔高度為500～1000 m、地形坡度在10°～25°的地形條件相對較劣的地區(qū),面積為7888.66 km,占耕地總面積的25.19%,隨著海拔和坡度增加,耕地破碎和分散分布特點愈明顯,對這部分耕地的“宜機化”改造適宜性程度相對較小。

經(jīng)數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn)(表2),海拔高度越高和坡度越大組合的條件越差,地形情況越復(fù)雜,越不利于農(nóng)業(yè)機械化耕作,選取海拔低、坡度小的地區(qū),可以減少整治工程量,降低整治工程難度,減少改造成本。海拔最低、坡度最小的組合條件最優(yōu),但由于丘陵山區(qū)地形特點,此部分的耕地數(shù)量相對較少。因此,本文認(rèn)為海拔高度和坡度最優(yōu)組合是坡度為6°～15°、海拔300～400 m 的耕地,不僅數(shù)量多(耕地面積為9115.97 km,占總面積的29.10%),改造潛力也較大,是選擇“宜機化”改造項目最理想的區(qū)域。

表2 重慶市海拔高程與坡度分級組合下耕地面積統(tǒng)計Table 2 Statistics of cultivated land area under the combination of altitude and slope in Chongqing

3.2 基于地形復(fù)雜度的適宜性評價

對耕地的地塊復(fù)雜度進行合理、科學(xué)以及準(zhǔn)確地定量計算,能夠揭示區(qū)域內(nèi)耕地利用狀況,從而對耕地“宜機化”土地整治的適宜性奠定基礎(chǔ),對科學(xué)選擇“宜機化”耕地地塊具有一定意義。通過GIS 空間分析工具對重慶市各區(qū)縣耕地的平均高程和平均坡度進行統(tǒng)計分析,利用公式(1)和(2)計算各區(qū)縣平均海拔復(fù)雜度(CE)和平均坡度復(fù)雜度(CE),結(jié)果如表3 所示。

表3 重慶市各區(qū)縣耕地地形因子復(fù)雜度及綜合地形復(fù)雜度結(jié)果Table 3 Complexities of topographic factors and the comprehensive topographic complexity of cultivated land in various districts(counties) of Chongqing

從海拔復(fù)雜度來看,重慶市除云陽縣、忠縣、巫山縣和奉節(jié)縣大于1,其余區(qū)縣的海拔地形復(fù)雜度均為0.1～0.5,顯示了重慶市耕地地塊分布在各評價單元下的地形特征和海拔特征。云陽縣地處四川盆地東部邊緣的丘陵向山地過渡帶,屬喀斯特地貌,嶺谷地貌明顯,以山地為主,兼有谷、丘,山高、谷深、坡陡,群山巍峨,呈現(xiàn)出 “一山一嶺、嶺谷交錯”的地貌特征,海拔高低懸殊1670 m。巫山縣位于大巴山弧形構(gòu)造、川東褶皺帶及川鄂湘黔隆褶帶三大構(gòu)造體系結(jié)合部,地形起伏大,坡度陡,谷底海拔高程多在300 m 以內(nèi),岸坡相頂則多處1000 m 以上。忠縣處于重慶市平行嶺谷區(qū)和渝東北大巴山中山區(qū)地貌分區(qū)過渡段,屬典型的丘陵地貌。奉節(jié)縣山巒起伏,溝壑縱橫,長江橫貫中部,地形起伏大,北部為大巴山南麓的一部分,東部和南部為巫山和七曜山的一部分,有少量平緩河谷平壩。在這些地形復(fù)雜的地區(qū)耕地的分布也受到影響,在相對較優(yōu)的嶺谷區(qū)有一定的耕地,但平均海拔和破碎度則相對較高,不利于耕地的機械化發(fā)展。

從坡度復(fù)雜度分析發(fā)現(xiàn),重慶市各區(qū)縣耕地所在地塊地形坡度復(fù)雜度偏高,其中,萬盛經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)和云陽縣均超過0.5,城口縣最高,達0.628。坡度復(fù)雜度反映了一個區(qū)域的綜合坡度起伏程度,能更全面體現(xiàn)耕地地塊的地形地貌特征。萬盛區(qū)屬四川盆地東南邊緣與云貴高原銜接過渡山區(qū),地勢東高西低,山脈南北伸展,切割強烈,高差懸殊,重巒疊嶂,嶺谷相間,其在自然地理特征和人文旅游開發(fā)上,與云陽縣具有一定的相似性。耕地地塊在這些地區(qū)更加碎小,加上機械運輸和行駛難度大,不利于農(nóng)業(yè)機械化。

從地塊破碎度分析發(fā)現(xiàn),城口縣的地塊破碎度最高,達4.375,其坡度復(fù)雜度、綜合地形復(fù)雜度均為所有評價單元中最高參數(shù),城口縣從南西至北東,嶺谷相間,相對高差大,層狀地貌明顯,耕地地塊被地形切割,破碎度高。作為地塊破碎度最低的潼南區(qū),其綜合地形復(fù)雜度也是最低的,其他兩個因素值相較于所有評價單元也較低。潼南區(qū)屬盆地淺丘地區(qū),海拔在300～450 m,丘陵、河谷和臺地占據(jù)該行政單元,耕地連片性較高,“宜機化”改造潛力大。

對 CE、CE、地表破碎度(CE)之間關(guān)系進行分析,發(fā)現(xiàn) CE與 CE的相關(guān)系數(shù)為0.337,且在<0.1 水平顯著相關(guān),CE與 CE的相關(guān)系數(shù)為0.299,在<0.1 水平顯著相關(guān),CE與 CE的相關(guān)系數(shù)為 0.132。表明 3 個地形因子復(fù)雜度間存在一定相關(guān)性。

根據(jù)專家打分情況,λ、λ和λ分別取值為0.30、0.36 和0.34。按式(5)計算綜合地形復(fù)雜度(表3),根據(jù)綜合地形復(fù)雜度得到6 個區(qū)段農(nóng)用地整治適宜性等級,包括非常適宜、適宜、比較適宜、比較不適宜、不適宜和非常不適宜,評價結(jié)果如圖3 所示。由表3 中CE 值可以發(fā)現(xiàn),重慶市各區(qū)縣地表復(fù)雜度指數(shù)平均值為0.925。低于平均值的區(qū)縣共25 個,分別處于非常適宜、適宜、比較適宜的評價區(qū)間內(nèi)。

圖3 重慶市耕地“宜機化”整治適宜性分級Fig.3 Classification of suitability of “mechanicalization” of cultivated land in Chongqing

非常適宜的評價單元CE 值為0.452～0.598,主要有潼南區(qū)、永川區(qū)、大足區(qū)等9 個區(qū)縣,主要分布在渝西方山丘陵區(qū); 包括了河谷平原、臺地、平頂丘寬谷等地貌,而這些區(qū)縣的綜合地形復(fù)雜度均較小,非常適宜進行“宜機化”改造。開州與萬州區(qū)是中部構(gòu)造低山丘陵區(qū)中所占侵蝕低山以及河谷平原較大的地區(qū),而長壽和涪陵區(qū)地貌類型更加豐富,多為平原、侵蝕臺地等,也是非常適宜進行耕地“宜機化”改造的區(qū)域。

適宜的評價單元CE 值為0.637～0.689,主要包括璧山區(qū)、江津區(qū)等7 個區(qū)縣; 比較適宜的評價單元CE 值為0.702～0.909,主要包括綦江區(qū)石柱土家族自治區(qū)等區(qū)縣及沙坪壩、九龍坡及巴南區(qū)等中心主城區(qū)共9 個區(qū)縣,一般鑲嵌分布于非常適宜和適宜區(qū)域的區(qū)縣周圍。因此,可以考慮“組團開發(fā)”,對同一地貌類型的土地整治方法舉一反三,總結(jié)經(jīng)驗,提高工程效率。

城口縣、巫山縣處于非常不適宜的區(qū)域,城口縣多為中山,類型復(fù)雜,地塊破碎度高; 巫山縣則在中山地中穿插了平原地貌,海拔復(fù)雜度高,秀山相較前兩者具有更平坦的平原、丘陵地區(qū),同時也有局部的中山、高山地貌,地貌類型最豐富,地塊破碎度最高。

可根據(jù)以地形因子為主導(dǎo)劃分的6 大適宜性分區(qū)對“宜機化”改造工程的進行時序安排,選擇行政區(qū)為評價單位也是宏觀上確定改造范圍的第一步,可提高丘陵山區(qū)耕地宜機化改造效率。優(yōu)先考慮在 “非常適宜”區(qū)段的行政區(qū)進行“宜機化”改造,其次考慮“適宜”區(qū)段行政區(qū),以此類推,最后考慮“非常不適宜”區(qū)段的行政區(qū)。

評價結(jié)果的“非常適宜”不代表任意地方都可以進行“宜機化”改造,同理,“非常不適宜”的行政區(qū)下也有能夠進行“宜機化”改造的土地,差別在于地形因子主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)下適宜“宜機化”改造的地塊多少。 適宜性等級客觀反映了區(qū)域開發(fā)為“宜機化”耕地的可能性和困難程度,“宜機化”改造應(yīng)盡量安排在非常適宜、比較適宜和適宜區(qū)進行。地區(qū)地貌類型和變化情況與CE 值變化趨勢較為一致,說明基于地形復(fù)雜度的綜合指數(shù)對“宜機化”土地整治有一定的現(xiàn)實意義。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

在GIS 技術(shù)的支撐下,結(jié)合數(shù)據(jù)包絡(luò)法綜合考慮高程、坡度和耕地連片度等地形限制因素,可有效評價丘陵山地耕地“宜機化”改造適宜性。

“宜機化”是土地整治所達到的目標(biāo),也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的一個手段,與園田化以及跨區(qū)農(nóng)機作業(yè)異曲同工。本文對耕地是否符合“宜機化”改造進行了適宜性評價,擴展了丘陵山地耕地評價領(lǐng)域。選取GIS 技術(shù)進行適宜性評價是符合主流方式的客觀方法,降低了人為主觀因素的影響,具有科學(xué)性。丘陵山區(qū)坡耕地比重大,限制丘陵山區(qū)機械化發(fā)展的限制因素可概括為客觀因素和主觀因素,主觀主要源于農(nóng)民和政府工作人員。而客觀因素指微觀作業(yè)條件惡劣、農(nóng)機裝備能力不足、農(nóng)機農(nóng)藝融合困難等,其中影響耕地機械化發(fā)展的先決條件是土地自然條件。傅幸之指出對市縣級的農(nóng)業(yè)適宜性評價應(yīng)首先識別評價對象發(fā)展的影響因子。因此,本文在評價中主要考慮影響評價單元宜機性的綜合地形條件。其中,最為普遍和客觀、代表性強且空間精度高、容易定期獲取的地形因子為高程和坡度。結(jié)合影響大中型機械入地的主要因素是機耕道建設(shè)和地塊整理,選擇耕地連片度作為另一地形復(fù)雜度指標(biāo)更符合“宜機化”改造對耕地質(zhì)量的要求。目前對于丘陵山地耕地“宜機化”的相關(guān)研究主要是定性經(jīng)驗總結(jié),缺乏定量數(shù)據(jù)分析,因此本文提出的基于地形限制因子的適宜性評價更具針對性,適用性更強。最后分析重慶市地貌圖后發(fā)現(xiàn),本文評價結(jié)果與重慶市地貌布局高度重合,說明本研究評價結(jié)果的可行性較高。

“宜機化”改造是指連通田塊、對陡坡進行緩坡化改造,對不規(guī)則田塊進行條狀田塊改造,讓閑置地連成片,使中大型農(nóng)機能夠進入作業(yè),進而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)出效率。強調(diào)的是田塊適宜機械化作業(yè)的改造,主要對象是丘陵山區(qū),與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)兩者有共通之處。參考較完善的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)已有成果,結(jié)合丘陵山區(qū)“宜機化”改造試行文件和已開展的丘陵山區(qū)“宜機化”改造工程進行研究,本文提出丘陵山區(qū)耕地“宜機化”整治最優(yōu)原則是結(jié)合整治成本和難度后,基于綜合地形限制因子進行。地形限制越小,適宜改良程度越大,整治的潛力越大。坡度<15°、海拔高度盡量低的區(qū)域進行“宜機化”改造,可減少工程量,降低成本和難度,滿足“宜機化”整治的效益最優(yōu)原則。一般情況下,坡度<2°的耕地基本符合農(nóng)業(yè)機械化要求,坡度<6°的集中連片耕地是農(nóng)業(yè)機械化的理想?yún)^(qū)域。因此,“宜機化”耕地滿足因地制宜的原則下,應(yīng)盡量平緩,可為矩形或梯形,以適應(yīng)機械現(xiàn)代化需求。重慶市約80%的耕地分布在6°～15°坡度下,其中海拔處于200～500 m 連片區(qū)域為“宜機化”改造重點建設(shè)區(qū),海拔高度處于300～400 m 的連片區(qū)域為“宜機化”改造最理想建設(shè)區(qū)。因此,重慶市耕地“宜機化”改選潛力大。但具體每個區(qū)域的耕地地塊該如何進行改造以符合“宜機化”改造條件和標(biāo)準(zhǔn),需要選擇更小的評價單元和綜合指標(biāo)進行具體探討。

4.2 結(jié)論

本文以重慶市38 個區(qū)縣為單元,結(jié)合GIS 分析技術(shù),采用數(shù)據(jù)包絡(luò)法(DEA)從耕地總體分布情況、海拔、坡度及地塊破碎度等方面進行了分析,對研究區(qū)耕地“宜機化”改造進行了適宜性評價。對坡度和海拔的綜合分析發(fā)現(xiàn),重慶市具有巨大的“宜機化”改造潛力。坡度<6°的連片耕地基本符合“宜機化”改造標(biāo)準(zhǔn),坡度為6°～15°海拔在300～400 m 范圍內(nèi)的耕地是丘陵山區(qū)“宜機化”改造最理想的區(qū)域。利用地形復(fù)雜度評價各行政區(qū)耕地“宜機化”改造的適宜性程度后,提出應(yīng)按適宜性程度高低,分階段、分重點、循序漸進地進行耕地“宜機化”改造工程。本研究的評價結(jié)果(CE 值)與各評價單元的地形、地貌變化趨勢大致吻合,反映出耕地“宜機化”改造適宜性程度分布情況與各行政區(qū)地形條件具有相似性,與地貌分區(qū)趨于一致,符合丘陵山區(qū)自然條件規(guī)律。因此,基于地形限制因子的“宜機化”改造適宜性評價對復(fù)雜地形地勢的丘陵山區(qū)耕地“宜機化”改造,提高丘陵山區(qū)“宜機化”改造效率和準(zhǔn)度,加快丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。