土地整治中的田塊優(yōu)化與景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)

姜仙春，尹 君

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001)

土地整治是指按照土地利用總體規(guī)劃確定的目標(biāo)和用途，以土地整理復(fù)墾開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策為平臺(tái)，整合使用各類(lèi)土地專(zhuān)項(xiàng)資金，推動(dòng)田、水、路、林、村綜合整治，改善農(nóng)村生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)、人口集中居住、產(chǎn)業(yè)聚集發(fā)展，是推進(jìn)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。本研究以唐縣項(xiàng)目區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)建立田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)模型定量分析田塊規(guī)模，實(shí)現(xiàn)耕地面積最大化，并將景觀生態(tài)規(guī)劃原理應(yīng)用在土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)中，從而進(jìn)一步改善土地整理區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

1 田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)

耕作田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容包括田塊方向、田塊形狀及田塊規(guī)模。田塊方向是指田塊長(zhǎng)邊的方向，一般是播種和耕作的方向。在確定田塊方向時(shí)，一般要考慮農(nóng)作物生長(zhǎng)、田間灌溉、水土保持、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴男枨蟆Ｒ话銇?lái)說(shuō)，南北向田塊比東西向田塊種植作物能增產(chǎn)5%～12%[1]。為便于田間機(jī)械作業(yè)，田塊形狀應(yīng)設(shè)計(jì)成整齊的正方形或長(zhǎng)方形。根據(jù)地形不同，還可以設(shè)計(jì)成平行四邊形或梯形，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)三角形、多邊形等不規(guī)則的形狀，以免降低田間機(jī)械工作效率。田塊規(guī)模是田塊設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，其設(shè)計(jì)效果關(guān)系到作物產(chǎn)量、灌溉、排水以及田間機(jī)械作業(yè)等。

應(yīng)用線(xiàn)性規(guī)劃原理，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)確定設(shè)計(jì)單元典型田塊的最優(yōu)長(zhǎng)邊和短邊，使溝渠及生產(chǎn)路占地面積最小。田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)線(xiàn)性規(guī)劃模型為

minf=[2n(m+1)D1+4nD2+2nD3]b+

[mnD4+m(n+1)D5]a+ncLr

約束條件為F=ab；L2=2nb；L1=Lr=ma

式中：D1為田埂寬度，m；D2為斗渠寬度，m；D3為斗溝寬度，m；D4為農(nóng)渠寬度，m；D5為農(nóng)溝寬度，m；L1為兩斗渠間距離，m；L2為斗渠長(zhǎng)度，m；m為田塊寬向格田數(shù)量；n為農(nóng)渠條數(shù)；a為格田寬度，m；b為格田長(zhǎng)度，m；Lr為生產(chǎn)路長(zhǎng)度，m；c為生產(chǎn)路寬度，m；F為田塊面積，m2；f為溝渠、生產(chǎn)路占用耕地面積，m2。

2 景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)

土地整治實(shí)際上就是景觀格局改變的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中需要借助一系列的生物與工程措施，打破原區(qū)域內(nèi)土地資源的景觀格局和原位狀態(tài)，從而會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)的土壤、植被、生物等環(huán)境要素及其生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生直接或間接、有利或有害的影響，因此在土地整治過(guò)程中要進(jìn)行景觀生態(tài)規(guī)劃，改善空間內(nèi)受脅迫或受損生態(tài)系統(tǒng)的功能，提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，將人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于景觀演化的影響導(dǎo)入良性循環(huán)[2]。景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)是以景觀生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，以謀求區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的整體優(yōu)化功能為目標(biāo)，通過(guò)研究景觀格局及其演變規(guī)律，在景觀生態(tài)分析、綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，建立區(qū)域景觀優(yōu)化利用的空間結(jié)構(gòu)和功能，提出合理的景觀格局調(diào)整方案和優(yōu)化的景觀單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮整理區(qū)綜合生態(tài)特點(diǎn)，對(duì)土地利用狀況進(jìn)行空間格局的綜合調(diào)整，包括土地平整生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)、田塊生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)、道路生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)、溝渠生態(tài)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)、農(nóng)田防護(hù)林景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)等，構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)和諧、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益理想和土地資源可持續(xù)利用的區(qū)域農(nóng)業(yè)景觀系統(tǒng)。

3 唐縣項(xiàng)目區(qū)土地整治項(xiàng)目

3.1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)位于保定市唐縣南店頭鄉(xiāng)田辛莊村，東經(jīng)114°53′19″—114°56′25″、北緯38°41′25″—38°43′00″，屬平原區(qū)，土地總面積98.64 hm2，地形起伏不大，四季分明，春旱多風(fēng)，夏熱多雨，秋高氣爽，冬寒少雪。

3.2 田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際，在進(jìn)行田塊規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)耕作田塊的機(jī)耕、灌排、防風(fēng)等要求，確定典型田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件為：L1=600 m，L2=1 500 m，F(xiàn)=3 000 m2，D1=0.4 m，D2=0.8 m，D3=0.5 m，D4=0.4 m，D5=0.3 m，c=2 m。根據(jù)耕作田塊規(guī)模優(yōu)化設(shè)計(jì)原理和約束條件得到田塊的最優(yōu)尺寸為：a=29.81 m，b=100.62 m，m=20.12，n=7.45。根據(jù)取整原則，最后確定a優(yōu)=30 m、b優(yōu)=100 m、m優(yōu)=20、n優(yōu)=7。

3.3 景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

(1)土地平整工程景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。土地平整的原則是要保證規(guī)劃耕地區(qū)域的規(guī)模化、集約化生產(chǎn)，提高土地生產(chǎn)率以及確保施工后土壤肥力不減少。表層土壤富含有機(jī)質(zhì)和各種營(yíng)養(yǎng)元素，研究表明在同樣條件下，保存原有耕地70%～80%耕作層比沒(méi)有保存耕作層的新整農(nóng)田能增產(chǎn)糧食50%以上，因此合理保留表土是保證土地整理質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在項(xiàng)目區(qū)土地平整工程中，應(yīng)收集耕作層15～25 cm厚的土壤，覆蓋保存，防止土壤養(yǎng)分流失，對(duì)耕作層以下的土壤進(jìn)行平整，再將存放的耕作層表土進(jìn)行回填。在回填過(guò)程中，應(yīng)盡量保持原有良性土壤剖面的有機(jī)組合和整體性，同時(shí)改良土壤，增施有機(jī)肥、秸稈肥和灰渣肥，增加有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力。

(2)田塊景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)景觀生態(tài)規(guī)劃原理，田塊布設(shè)時(shí)應(yīng)注意與周?chē)鷳B(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，保留和重新歸整出一些景觀要素(如灌木叢、片狀生物群落等)，建立起與各生物類(lèi)群之間的共生關(guān)系，從而合理組合生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。項(xiàng)目區(qū)灌叢型群落以灌木和喬木為主，草本植物群落以狗尾草、車(chē)前草、打碗花為主。根據(jù)生物類(lèi)型和生境差異，項(xiàng)目區(qū)田塊設(shè)計(jì)可采用條帶型結(jié)構(gòu)。條帶型結(jié)構(gòu)包括條型結(jié)構(gòu)和帶型結(jié)構(gòu)，其中條型結(jié)構(gòu)地塊多保持在長(zhǎng)400～600 m、寬150～200 m的規(guī)模[3]，并以樹(shù)籬、防護(hù)林、草皮(帶)、籬笆、溝渠、道路、作物等為邊界，有助于保護(hù)農(nóng)田物種的多樣性；帶型結(jié)構(gòu)的寬度一般為10～30 m，包括散生樹(shù)木、樹(shù)叢、小池塘等多種復(fù)合結(jié)構(gòu)，能為物種生長(zhǎng)提供緩沖生境。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際，將田塊布設(shè)成長(zhǎng)方形，朝向?yàn)槟媳毕?，田塊大小為200 m×600 m，采用條型結(jié)構(gòu)，中間以生產(chǎn)路隔開(kāi)，生產(chǎn)路兩側(cè)布置防護(hù)林，保護(hù)田塊內(nèi)物種多樣性。

(3)道路景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)有田間路和生產(chǎn)路兩級(jí)道路，其中田間路寬4 m，總長(zhǎng)616 m，以泥結(jié)碎石鋪面，即以碎石為骨料、泥土為填充料和黏結(jié)料，經(jīng)壓實(shí)修筑而成；生產(chǎn)路寬2 m，總長(zhǎng)4 500 m，路面為0.30 m素土夯實(shí)。項(xiàng)目區(qū)道路設(shè)計(jì)避免使用混凝土，最大限度地保證了土壤生態(tài)功能的發(fā)揮。道路布設(shè)與田塊配套構(gòu)成互通網(wǎng)絡(luò)，提高了景觀的連通性，有利于維護(hù)生態(tài)平衡。

(4)溝渠景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)景觀生態(tài)規(guī)劃原理，土地整理中溝渠的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能保留河道原有自然風(fēng)貌，減少人為改造，給野生動(dòng)植物保留棲息場(chǎng)所和繁衍空間。項(xiàng)目區(qū)在修復(fù)3條原有渠道的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)農(nóng)渠4條、農(nóng)溝8條、斗渠2條、斗溝1條，其中斗溝底寬0.3 m、深0.29 m，農(nóng)溝底寬0.3m、深0.22 m。根據(jù)防洪排澇需求和地形特點(diǎn)結(jié)合農(nóng)田道路布置開(kāi)挖排水溝，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，要求為1日暴雨3日排出，邊坡比1 ∶1，比降1 ∶500。排水溝沿生產(chǎn)路布設(shè)，根據(jù)各田塊高程及坡向，將水從田間路的斗溝內(nèi)排出。另外，在設(shè)計(jì)排水溝時(shí)要使其邊坡較緩，盡量少用混凝土，多采用天然材料，以便于水生動(dòng)植物生存，減緩水位變化帶來(lái)的生態(tài)沖擊。

(5)農(nóng)田防護(hù)林景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。農(nóng)田防護(hù)林既是改善局地小氣候、涵養(yǎng)水土及防風(fēng)固沙的重要手段，又是增加土地利用空間和生物多樣性的有效途徑。項(xiàng)目區(qū)在土地整治前沒(méi)有規(guī)劃防護(hù)林，因此采用透風(fēng)式防護(hù)林對(duì)整個(gè)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行布置。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，防護(hù)林樹(shù)種選用三倍體毛白楊，在毛白楊之間鋪設(shè)條帶狀草皮帶(以車(chē)前草、苦菊為主)，形成空間上以毛白楊為主的防護(hù)林帶，地面上以車(chē)前草、苦菊、田間農(nóng)作物為主的生物群落。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)應(yīng)用線(xiàn)性規(guī)劃原理建立田塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，定量計(jì)算田塊設(shè)計(jì)規(guī)模，使得溝渠和道路占地面積最少，增加了有效耕地面積，對(duì)于我國(guó)的耕地保護(hù)工作具有重要意義。

(2)運(yùn)用景觀生態(tài)規(guī)劃原理，對(duì)項(xiàng)目區(qū)的土地平整工程、田塊、道路、溝渠、防護(hù)林進(jìn)行景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，以協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)、保護(hù)物種多樣性。同時(shí)景觀生態(tài)建設(shè)能夠保障農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)出能力，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

(3)項(xiàng)目區(qū)土地整理工程在優(yōu)化田塊規(guī)模的基礎(chǔ)上引入了景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)，既能實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡又能保護(hù)整理區(qū)的景觀和生態(tài)環(huán)境，既能協(xié)調(diào)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益，又能促進(jìn)土地資源的可持續(xù)利用。

[參考文獻(xiàn)]

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