大都市城郊现代农业耕地功能单元配置

杜德林　马婷婷　罗颖　王金满

摘要：在大都市城郊现代农业的建设方面，中国还没有实现经济、社会和生态三方面的综合统一。为了促进中国大都市城郊现代农业的健康发展，以北京市顺义区为例，通过对该区域农业现状的调查与分析，了解其现状，再根据国家相关标准和行业标准，结合当地实际条件，从灌排设计、道路工程与防护林工程出发，设计了6个耕地功能单元配置方案，通过层次分析法分析比较，选出经济效益、社会效益和生态效益综合的最佳方案。结果表明，当田块长400m、宽100m，田间道和生产路分别为10m宽混凝土路面和6m宽土路（宽度含防护林），防护林株距2m，田间灌水采用喷灌的方式，喷头正方形布置方式，干管与支管管径均为90mm，排水沟底宽0.25m，顶宽1.77m，沟深0.38m时农田的综合效益最佳。

关键词：耕地；功能单元；配置；综合效益；大都市城郊

中图分类号：F301.22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2423-04

都市农业是都市可持续发展的必要组分，可以调节人与自然的平衡，改善居住环境和休息环境。国外的都市农业研究率先出现于欧美日等发达国家，至今积累了相当多的经验。中国的都市农业的提出与实践始于20世纪90年代初，起步较晚，并且未能在真正意义上使其得到全面健康地发展。对于中国的都市农业，曹林奎等认为大都市的农业正在由城郊型传统农业向都市型现代农业转变，要实现经济、社会和生态三大效益的综合统一。俞菊生认为中国发展都市农业必须以生产、经济功能为主，但也要重视社会、生态和文化等功能。还有很多专家学者的观点与其相近。都市城郊现代型农业作为都市农业发展的基础，在中国的发展还不是很完善，宋志军等、李洪庆等认为城郊现代型农业应当兼顾经济、生态和社会功能，但是中国的大都市城郊农业的现代化水平还较为落后，并不能很好地实现专家学者所说的功能，大都市城郊现代农业还有很大的发展空间，同时在国内外的研究进展中基本没有谈到具体的功能配置。本研究立足于这一现状，研究并构建适合于中国大都市城郊现代型农业发展的耕地功能单元配置方案，以促进社会的和谐可持续发展。

1 研究区概况

选择北京市顺义区作为研究区（图1），该区位于北京市东北郊，城区距离市中心30km，北连怀柔区、密云区，西接昌平区、朝阳区，南接通州区、河北省三河市。顺义区全区总面积1020km²，是中国典型的大都市城郊地区。该地区地势平坦开阔，平原面积占95.07%，境内水资源相对丰厚，土层深厚。具有较为优越的农业生产条件。

研究区农业耕地发展尚有很大的欠缺，经调查发现。该地区耕地田块面积较小（长约100-200m，宽100m左右），田间道路不平整或者设计不合理（部分田间道路宽度过小），耕地灌溉排水设施不完善，配套程度差，整体缺乏防护林，部分地区甚至没有防护林。由于耕地基本配置的原因，所以该区域农业耕地的集约化、规模化和机械化水平有限，经济效益、社会效益和生态效益的发展都还有很大可以提升的空间。

2 研究方法

2.1 多类型耕地田块设计

大都市城郊现代农业耕地功能单元的配置需要满足排水要求、机耕要求和田间用水管理要求。综合上述要求，共设计6种方案，分别编号①～⑥，如表1所示。

2.1.1 田块灌溉设计 对于大都市城郊现代农业，为了提高耕地的集约化、规模化和机械化水平，所以灌溉采用喷灌的方法。

首先应结合当地土壤、气候、水文等条件的实际情况设计灌溉方案。确定灌水定额（525m³/hm²）和灌水周期（7d）。喷头的布置采用常用的正方形布置方式，从而确定喷头间距和支管间距，并计算得到一次灌水所需时间（5.73h）。拟定每天机器工作12h，并且根据各个田块的实际大小及喷头总数等得到在喷灌过程中允许一次同时工作的喷头数，方案①至⑥的一次灌水同时工作的喷头分别为7、14、9、16、11和20个。

在确定了灌溉制度的基础上，进行喷灌的干支管道的计算和设计，干支管统一选择PVC管。干管管径的选择采用经济流速法，支管管径的选择按国家标准喷灌工程技术规范GBJ85-85的要求中控制支管上任意两个喷头的工作压力水头之差不超过喷头设计工作压力水头的20%来确定。再计算沿程水头损失和局部水头损失，局部水头损失采用沿程水头损失的10%来确定，从而确定水泵扬程。然后确定单井控制面积（12.3hm²），并结合各个方案的配置确定单个机井可以控制的田块数量，最终得到方案①～⑥分别为3.0个、1.5个、2.0个、1.0个、2.0个和1.0个。

2.1.2 田块排水设计 根据顺义区的地下水位、降雨状况和地表排水状况，设计梯形排水农沟。排水沟的标准为十年一遇一日暴雨两日排除，排水流量采用平均排除法计算，农沟断面采用明渠均匀流计算，计算中使用边坡系数为2。

2.1.3 田间道路和防护林设计 确定田间道和生产路的宽度（含防护林）分别为10m和6m。并且田间道采用混凝土作为路面，生产路为普通的土路。

根据一般农业机械的宽度以及田间生产的需求设计田间道路，同时在道路两侧设计防护林。其中田间道两侧各两排，生产路两侧各一排，从适宜当地气候、易于成活以及价格等多方面考虑，选择毛白杨为防护林树种，并设计株距为2m。

2.2 土地整理综合效益测算

采用层次分析法对不同配置模式下耕地的综合效益进行分析。建立以综合效益为目标层，以经济效益、社会效益和生态效益为中间层，灌溉投资预算、排水投资预算、道路投资预算、道路密度、基础设施占地率、林地覆盖率、生态服务功能价值和防护林投资预算共8项指标因子为指标层的层次关系（图2）。然后确定各指标因子的权重。对各个指标因子进行计算和标准化处理，并最终通过加权处理得到各方案的综合评分，评分最高的综合效益最佳。

根据所建立的层次关系（图2），在咨询相关专家学者的基础上，在层次分析法软件中输入相关矩阵，然后得到各指标因子的权重（表2）。

2.2.1 各项投资预算 根据2012年《土地开发整理项目预算定额标准》，以及相关需要的市场价格，确定各项目综合预算单价。然后根据各个田块的实际情况进行各投资预算的计算。

2.2.2 生态服务功能价值计算 生态服务价值采用如下的公式进行计算，各类土地单位面积生态系统服务功能价值见表3。

ESV=∑VCkxAk （1）

ESVf=∑VCfk×A （2）

式中，ESV为生态系统服务总价值（元）：VCk为生态价值系数[元/（hm²·年）]；Ak为研究区域内土地利用类型的分布面积（hm²）；ESVf为生态系统单项服务总价值（元）；VCfk为单项服务功能价值系数[元/（hm²·年）]。

2.2.3 其他指标因子计算

道路密度：道路密度=道路面积/田块总面积：

林地覆盖率：林地覆盖率=林地面积/田块总面积×100%：

基础设施占地率：基础设施占地率=基础设施占地面积/田块总面积×100%。

2.2.4 数据标准化 对于每个方案的单位面积土地，要综合效益最好，则灌溉投资、排水投资、道路投资、防护林投资越小越好，生态服务功能价值、道路密度、林地覆盖率、基础设施占地率越高越好。所以对数据进行标准化处理，采用公式如下：

式中，f_ij表示第i项指标下第j个方案的值，minf_i表示第i项指标的最小值，maxf_i表示第i项指标的最大值。正指标采用公式（3）。负指标采用公式（4）。

生态服务功能价值、道路密度、林地覆盖率、基础设施占地率采用公式（3）进行标准化，灌溉投资、排水投资、道路投资、防护林投资首先平均到每平方米土地上，然后采用公式（4）进行标准化。

2.2.5 田块的比较与确定 通过对各评价指标进行加权分析得到最终的综合评价，从而确定综合效益最佳的方案。加权分析采用公式E=∑W_i×d_i，其中E为综合效益，W_I为i项指标的权重，E_i为i项指标的标准化分值。

3 结果与分析

3.1 配置方案

结合当地实际情况，对各个方案进行具体的设计计算之后，得到各方案的具体配置情况（表4）。以方案①为例。方案①耕地田块配置见图3。

3.2 综合效益

对各个方案进行数据计算和标准化处理并进行综合分析之后。得到结果见表5。结果显示方案①的综合评价最高，综合效益最佳，方案⑤、③和②的综合评价相近，但是比①要小，综合效益也相对一般，方案④和⑥的综合评价都很低，综合效益较差。因而耕地功能单元综合效益最佳的为方案①。在经济效益方面，其基础设施配置提高了耕地的集约利用以及机械化水平，有利于增加耕地的经济收益：社会效益方面，通过对农田基础设施的优化设计，改善了大都市城郊耕地的生产环境，提高了耕地的利用效率，促进了城郊耕地的健康发展，并且有利于推进中国的城乡一体化建设：生态效益方面，配置防护林可防风固沙、涵养水分，并且改善了耕地及周边的生态环境，促进社会的和谐可持续发展。

4 小结与建议

通过对北京市顺义区进行实地调查，设计不同耕地功能单元配置方案，并利用层次分析法进行综合效益分析，对大都市城郊现代农业型土地整理耕地功能单元配置进行了研究，通过研究得出结论。大都市城郊现代型农业耕地功能单元配置综合效益最优的情况为田块长400m、宽100m，田间道与生产路宽（含防护林宽度）分别为10m和6m，且田间道为混凝土路面，生产路为土路，防护林种植毛白杨，株距2m，并且在田间道一侧种植两排，生产路一侧种植一排，田间灌水采用喷灌的方式，喷头布置采用正方形布置，干管和支管管径均为90mm，水泵扬程106.10m，排水农沟底宽0.25m，顶宽1.77m，沟深0.38m。

本研究所设计的田块配置方案可以作为大都市城郊现代农业型土地整理耕地功能单元配置的一个模型，为大都市城郊现代农业型土地整理提供一定的帮助，但是由于本研究是一个理论与实际相结合的课题，在实际中可能会受到一些不可控因素以及政策性因素等的影响，所以在具体实施的时候还需要考虑具体区域的实际情况，并且和当前高标准基本农田建设相结合。