山地丘陵区耕地质量可提升潜力空间分布及保护分区——以重庆市江津区为例

基于地貌尺度划定耕地保护区可为山地丘陵地区国土空间规划编制提供新的视角。本研究采用耕地质量提升潜力模型和空间自相关分析方法,探讨重庆市江津区耕地质量可提升潜力空间分布特征;在与耕地质量可改良因子限制程度相结合的基础上,根据耕地保护分区识别与强度诊断模型,划定不同地貌类型的耕地保护区。结果表明:研究区耕地质量可改良因子限制程度总体呈“南北高中间低”的带状分布形态;高限制区所占面积最大,占比34.78%。研究区耕地自然等可提升潜力指数呈现东南向西北降低的分布趋势“,随机”型分布较多,占比41.71%;耕地利用等可提升潜力指数呈“北高南低”的分布趋势“,高-高”型“、低-低”型和“随机”型三者分布占比相当。浅丘平坝区应以重点保护为主,将其划为永久基本农田保护范围;中丘区应将一般保护与重点保护相结合,尽力避免非农建设的挤占;高丘区和山地区应将一般保护与限制保护相结合,通过退耕还林还草、农业结构调整促进生态农业建设。将耕地质量提升潜力与耕地质量限制程度相耦合能够更加明确耕地近期重点保护的区域,同时从地貌尺度划定耕地保护区能够与耕地差异化保护的现实需求相适应,两者可为山地丘陵区耕地资源保护与可持续利用提供理论支撑。

紫色泥岩土壤<2mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制

【目的】土壤抗剪强度是反映土壤抗滑、抗侵蚀及抗倾覆稳定性的重要指标。而紫色土中大量岩石碎屑能够显著影响土壤抗剪强度。但过去的研究主要集中在>2 mm的岩石碎屑上,而<2 mm的岩石碎屑却被忽视。因此,研究<2 mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制对紫色土区域土壤资源的可持续发展有非常重要的实践指导意义。【方法】以紫色泥岩发育的坡耕地土壤为研究对象,采用吸管法测定土壤颗粒组成,采用应变控制式直剪仪测定土样在不同含水率和垂向压力下的抗剪强度,通过对比分析研究<2 mm的岩石碎屑及其对抗剪强度的作用机制。【结果】从坡顶至坡谷,坡顶至坡脚旱地土壤与母岩的颗粒组成呈极显著性相关,而坡脚与坡谷水田土壤与母岩的颗粒组成的相关性则不显著,即紫色泥岩发育的旱地土壤的颗粒组成与其母岩的颗粒组成具有高度的一致性;土壤中<0.25 mm颗粒累积含量在99.84%—99.91%,其中,以>0.25 mm岩石碎屑存在的土壤颗粒的比例为0.96%—57.82%,以>0.25 mm团聚体存在的土壤颗粒的比例为6.33%—19.66%,随着位置高程的降低,土壤中岩石碎屑含量减少,且旱地土壤中岩石碎屑的含量显著高于水田土壤;而团聚体及黏粒含量则逐渐增加。在土壤含水率从7%增加到25%的过程中,土壤水分对旱地土壤黏聚力的影响要小于水田土壤;内摩擦角随着土壤含水率的降低而线性减小,且随着位置高程的降低,土壤水分对内摩擦角的影响逐渐增大;在相同垂直压力下,土壤水分对土壤抗剪强度的影响同样也随着位置高程的降低、岩石碎屑含量的减少而增大。【结论】在紫色泥岩发育的土壤中存在大量<2 mm的岩石碎屑。这些<2 mm岩石碎屑的存在改变了对传统土壤团聚体的认识,使得土壤团聚体可进一步细分为先天团聚体(<2 mm岩石碎屑)以及后天团聚体(水稳性团聚体)。同时,土壤中这些<2 mm岩石碎屑能够降低土壤水分对黏聚力及内摩擦角的影响,从而降低土壤水分对土壤的抗剪强度特性的影响。

地块尺度上西南丘陵山区耕地价值测算研究——以重庆市合川区钱塘镇大柱村为例

本文以重庆市合川区钱塘镇大柱村为例,用农村参与式评估方法进行调查,分别从经济价值、社会价值及生态价值3个方面进行耕地价值测算。研究表明,研究区调查地块的平均价值为168.19万元/hm2,其中,水田地块的平均价值为100.39万元/hm2,旱地地块的平均价值为212.24万元/hm2;同时,在调查的地块中,水田地块的经济价值普遍小于旱地地块,从平均经济价值来看,旱地经济价值是水田的经济价值的4倍,而对于造成这一差异的一个重要因素就是耕地的复种指数;另外,在同一种耕种模式下,存在调查地块的"经济价值">"社会价值(社会稳定价值+社会保障价值)">"生态价值",而经常被人们忽略的耕地的社会价值与生态价值之和占总耕地价值的百分比平均为36%,其中,"水稻"占比例最高为65%,"玉米-红薯-豆类"占百分比最低为24%。因此,通过耕地价值的测算,能充分体现耕地的社会作用和生态作用。

山地丘陵区耕作田块修筑工程设计参数及田块特征——以重庆为例

【目的】在山地丘陵区,耕作田块修筑工程的参数设计对该区域农业机械化、规模化及产业化发展起着决定性作用。但过去的研究主要集中在工程前后田块特征及土壤特性上,缺乏对其最基本工程设计参数的研究。因此,明确山地丘陵区耕作田块修筑工程参数设计的技术要点对该区域耕地资源的可持续发展有着非常重要的实践指导意义。【方法】以重庆山地丘陵区2010—2015年间实施的28个耕作田块修筑工程区为研究对象,通过开展实地调研,对山地丘陵区耕作田块修筑工程设计参数及其对耕作田块特征的影响进行了研究。【结果】(1)选址方法:地形坡度在25°以上的区域为禁止建设区,地形坡度在25°以下的区域为有条件建设区,其中,15°以下的区域为重点建设区。在地形坡度<6°且集中连片面积在3.33 hm^2(50 mu)以上的区域(类型区A)重点布设条田与缓坡地;在扣除类型区A的基础上,地形坡度<15°且集中连片面积在3.33 hm^2(50 mu)以上的过渡区域(类型区B),条田、梯田、梯地及缓坡地均可布设;在扣除类型区A和B的基础上,地形坡度<25°且集中连片面积在3.33 hm^2(50 mu)以上的区域(类型区C)主要布设梯田与梯地。(2)工程设计参数:条田、梯田、梯地及缓坡地的田块长度宜分别设置为50—200、50—200、30—200及50—300 m;田块宽度宜分别设置为30—100、10—30、5—20及50—100 m;条田与梯田的田面坡度均为0°,梯地与缓坡地的田面坡度宜分别小于10°与6°;条田及缓坡地的田坎一般均可采用夯砌土坎,但如果其土壤特性不能够满足工程施工要求时,亦可采用条石或块石为主材进行修筑。而梯田与梯地则可分别采用浆砌条石与干砌条石,但如果区域内条石匮乏,其运输成本较高的情况下,以满足工程稳定性为前提,亦可采用浆砌块石或夯砌土坎。(3)对田块特征的影响:耕作田块修筑工程打破了原有田坎,将原本分散、细小及不规整的田块进行合并与再规划,最终组合形成面积较大的、形状规整的、分布相对集中的耕作田块。耕作田块修筑工程实施后,田块平均规模从0.23 hm^2提升为0.63 hm^2,提升了1.79倍;田块形状指数从18.02降低为10.22,降低了7.80;田块密度从7.09个/hm^2降低为3.35个/hm^2,降低了3.74个/hm^2;田块面积的Moran’s I指数从0.1937提升到0.3501,提升了0.1564。【结论】依据地形坡度与最小耕作田块修筑单元,可将山地丘陵区耕作田块修筑工程建设为条田、梯田、梯地及缓坡地4种类型,能够显著地改善山地丘陵区耕地破碎化现状,有效地促进该区域农业机械化、规模化及产业化发展,其工程设计除依据考虑地形、水文及土壤特性外,更应注重就地取材,降低建造成本。

紫色土区水稻土抗剪强度的水敏性特征

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明:1)同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2)当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3)紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4)紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。

基于农地流转的山地丘陵区土地整治技术体系优化及实证

为推动山地丘陵区农业现代化,该文论述了农业转型中的资源流动过程、优化路径和整合技术,并以重庆市江津区小园村为示范点进行了实证。研究发现,通过土地流转与土地整治联动实施,能够整合土地流转以经营权集中为方向的产权调整功能和土地整治的工程改造功能,既克服了土地集中过后田块归并整形和基础设施配套难题,又弥补了以农户地块为单元的工程规划与设计缺陷,适应了农业转型发展的资源流动与整合需求,为各类资源要素的耦合协调奠定了产权基础和工程基础。将基于土地流转的资源优化路径及其驱动下集成的土地整治技术体系应用于实践。结果显示,应用前后,示范点土地流转率由<10%增至36.5%,农地适度规模经营比例由<5%增至54.02%,农业产业多样化指数由<5增至18.56,平均田块密度由10.90降至6.69块/hm^2,耕作田块形状指数由15.85降至11.18,有效土层厚度由35~40 cm增至>50 cm;同时,灌溉保证率提升13.15%,田间道密度提升值为41.39 m/hm^2,生产路密度提升值为87.04 m/hm^2,农业机械动力提升130.77%;农村建设用地复垦率达26.52%,农民新村建设集中率达39.56%,宅基地拆除废渣就地处理率达81.45%,农村建设用地复垦统筹城镇建设用地率达70.24%,农户宅基地复垦增值水平平均每户89 195元。由此可见,在山地丘陵区崎岖地貌背景下,释放农业规模经营的资源优化效应关键在于土地流转与土地整治联动实施,而基于农地流转的土地整治技术体系优化,能够为山地农业适度规模经营提供技术支撑。

非农建设占用耕地耕层土壤剥离潜力评价方法

在开发建设项目日益扩大增长的今天,剥离被非农建设占用的耕地,是缓解人地矛盾,保护耕地资源的有效措施。该文在Arc GIS的技术支持下,以重庆市江津区为例,从耕层土壤质量与耕地质量2个角度,提供了一种定量评价了非农建设占用耕地可剥离的耕层土壤剥离潜力的方法。将研究区耕层土壤质量等级图层与非农建设占用的耕地质量等级图层叠加,得出江津区非农建设占用耕地可剥离耕层土壤资源潜力,可剥离的耕层土壤总面积达到了30.18 km2,占非农建设占用耕地总面积的76.39%,主要集中在江津区经济发达、非农建设发展迅速,地势低平、集中连片、交通便利、增值潜力巨大的中北部地区。根据江津区耕层土壤质量等级以及江津区非农建设占用的耕地质量等级,将可剥离的耕层土壤划分为3个等级,以便确定非农建设占用的耕层土壤剥离的优先秩序以及后备土壤资源;可剥离的优质耕层土壤资源稀缺,一级可剥离耕层土壤面积仅为0.32 km2,占可剥离耕层土壤总量的1.03%,二级可剥离耕层土壤面积为4.64 km2,占可剥离耕层土壤总量的15.37%。因此在丘陵山地开发建设的过程中耕地保护任务重大,更需对被占用优质的耕地进行耕层土壤剥离。该文为区域开发建设、耕地资源保护提供了科学依据,对后续的耕层土壤利用规划乃至西南丘陵山地区的非农建设规划布局具有一定借鉴意义。

紫色土丘陵区田间道基础及工程处理

紫色土丘陵山区地形起伏不平,不同的地形部位形成不同的土地利用类型,具有不同路基基础.本文针对紫色土丘陵山区冲田(冬水田)、塝田(水旱轮作田)和旱地路基基础,进行田间道路基分析及路基处理研究.冲田粘粒含量最大,达到41.35%;塝田次之,含量为22.25%;旱地最小,含量只有11.23%.冲田的塑性指数最大,达到21.47;塝田次之,为16.98;旱地最小,只有8.11.田间道过冲田段主要为填方路段,淤泥较多,力学性质差,路基处理时先挖除1m厚的淤泥,然后换填取自旱地的路基土,并分层碾压,压实度大于90%,道路两侧设计条石挡土墙;塝田段先换填0.5m厚的淤泥,同时增高路基以保证道路连续,然后碾压;旱地段只需清除表层腐殖土后铺设路面材料,不做特殊处理.

微地貌及气候对山坪塘空间分布及灌溉能力的影响

山坪塘在丘陵区农田灌溉系统中发挥着重要的水资源调节作用,揭示丘陵区山坪塘的空间分布及灌溉能力,可为山坪塘等小型水源工程整治措施提供理论依据。该研究以缓丘区、低丘区和中丘区3个小尺度丘陵地貌区为样区,利用1∶2 000地形和土地利用数据,通过Arc GIS软件提取了样区内共计85口山坪塘的空间和属性数据,并在1961—2010年气象数据基础上从供水能力和集水区水土资源利用的角度探讨了不同微地貌条件下的山坪塘特征及其驱动因素。结果表明:1)缓丘区山坪塘平均蓄水面积(3 371 m2/口)及景观面积比(171.64 m2/hm2)均明显大于低丘区和中丘区,低丘区和中丘区山坪塘平均蓄水面积及景观面积比相当,中丘区山坪塘空间分离度明显小于缓丘区和低丘区。2)缓丘区山坪塘地形指数平均值14.34,明显大于低丘区(11.81)和中丘区(11.35),3个样区山坪塘蓄水面积与地形指数之间均存在显著的正相关关系,山坪塘蓄水面积随地形指数大致呈现指数变化趋势,且变化的敏感性在样区之间存在差异。3)山坪塘灌溉保证能力总体上均随着蓄水面积的增大呈现增大的趋势,但灌溉保证能力在样区之间存在明显差异,缓丘区和中丘区山坪塘灌溉保证能力相当,但明显高于低丘区。因此,丘陵区地形条件是山坪塘空间格局的决定因素;山坪塘位置的地形指数是导致山坪塘蓄水容量差异的重要因素;农田灌溉需要是人为活动导致山坪塘数量及容量变化的主要驱动力;而集水区地形条件和气候因子能间接影响灌溉需水量,是影响山坪塘特征的根本原因。

基于土地整治的山地丘陵区耕地质量潜力测算

准确地识别土地整治改良因素和科学地测算耕地质量潜力对耕地质量建设具有重要意义.本研究基于我国现有的耕地质量评价体系,分析土地整治工程措施对山地丘陵区耕地质量的影响,提出了一套服务于山地丘陵区土地整治的耕地质量提升潜力测算方法;并通过准确识别土地整治改良因素,确定提升方案,测算了重庆市綦江区耕地质量提升潜力.结果显示:1)研究区现状国家利用等指数区间为648.02~1 659.33,整治后国家利用等指数区间为761.81~1 783.04,耕地质量平均可提高0.79个利用等;2)得到的现状耕地利用等指数与折算为基准作物的实际产量的相关性(R^2=0.895 0)大于农用地分等成果(R^2=0.797 4);3)高潜力分等单元主要分布在地势较为平坦、水源较为充足的丘陵地带,整治重点是提高农民生产生活条件;低潜力分等单元主要分布在陡坡中山地带和有石灰岩分布的喀斯特丘陵区,整治重点为防止水土流失与保护生态环境.本研究提供的潜力测算方法适应了差别化土地整治需求,保证了测算结果的真实性和潜力实现的可行性,可为山地丘陵区土地整治耕地质量潜力测算提供参考.不同的地质地貌类型,耕地质量提升的核心因子有所差异,土地整治的工程措施应有侧重点.

基于“三生”视角的山地丘陵区土地整治功能分区——以重庆市綦江区为例

采用"三生"功能指数测算和系统聚类分析相结合的方法,以重庆市綦江区为例,进行土地整治分区研究。结果表明:(1)各街镇地形差异较大,其"三生"功能指数随立地条件的不同呈现出明显的空间分异性。生产功能指数与立地条件指数在0.05水平上呈显著正相关(r=0.522),生活功能指数与立地条件指数在0.01水平上呈显著正相关(r=0.595),生态条件指数与立地条件指数相关性不显著,相关系数为负(r=-0.134)。(2)结合聚类结果和实际情况,将研究区分为4个土地整治区,并提出相应的整治措施。

基于地形复杂度的重庆市耕地“宜机化”改造适宜性评价

"宜机化"改造是推进丘陵山地农业机械化发展的根本之路,对其进行科学的适宜性评价能合理规划改造进程,对提高丘陵山地"宜机化"改造的效率和准度具有重要意义。本文选取高程、坡度和地块破碎度等3个地形限制因素,以重庆市各区县为评价单元,结合GIS空间分析功能及数据包络法(DEA),对耕地进行"宜机化"改造适宜性评价。结果表明:1)重庆市耕地小而碎,主要分布在中部和西部。2)耕地主要分布在坡度为6°~15°、海拔高度为200~500 m区域,其中海拔在300~400 m范围内的耕地是"宜机化"改造最理想的区域,占主要耕地的48.88%。3)通过自然间断点分级法(Jenks)将综合地形复杂度指数分段后得到6个适宜程度:非常适宜、适宜、比较适宜、比较不适宜、不适宜和非常不适宜;低于平均地形复杂度指数值的区县共25个,包括处于非常适宜区的潼南区等9个区县、处于适宜区的璧山区等7个区县和处于比较适宜区的綦江区等9个区县。评价结果与重庆市地貌格局高度重合,建议优先考虑在适宜性程度高的区县进行"宜机化"改造。因此,在GIS空间分析功能的支撑下,基于地形复杂度的适宜性评价方法能有效评价丘陵山地耕地"宜机化"改造的适宜性,对耕地坡度<15°的区域进行"宜机化"改造将大大提升重庆市农业机械化程度,重庆市耕地"宜机化"改造潜力大。

紫色土丘陵区新改土坡面产流产沙及水动力学参数特征

新改土是刚经过农地整理工程改造工序且处于土体非稳定期的土体,其土壤结构松散,在降雨径流作用下易发生水土流失,研究新改土的产流产沙和水动力学参数特征具有重要意义。通过野外放水冲刷试验,研究了紫色土丘陵区新改土坡面(10°)在不同上方来水流量(5,15,30L/min)及不同坡长(5,10,20,30,40,50m)条件下的产流产沙和水动力学参数特征。结果表明:(1)坡面产流率随着放水冲刷过程的变化趋势为波动增长期—稳定发展期,产沙率变化趋势为波峰波谷变化—逐渐减小—稳定发展,均在30~50min后达到稳定;平均产流率变化范围为0.36~20.46L/min,平均产沙率变化范围为1.11~239.09g/min;累积产沙量与累积产流量呈极显著的线性正相关关系(p<0.01)。(2)径流稳定时呈层状缓流;径流剪切力和径流功率变化范围分别为8.36~28.36Pa和1.42~5.10N/(m·s),与上方来水流量分别呈二次曲线函数关系和线性方程函数关系;径流功率是描述新改土坡面侵蚀产沙的最佳水动力学参数,二者呈二次曲线函数关系。因此,上方来水流量和坡长均为紫色土丘陵区新改土坡面侵蚀的影响因素;产流产沙和水动力学参数与上方来水流量主要呈正相关性(R2为0.662~0.999),20,30m坡长是影响新改土10°坡面侵蚀的临界坡长。研究结果可为新改土坡耕地水土流失监测、预报和水土保持措施布置提供了理论依据。

紫色页岩发育土壤的颗粒特性及其对抗剪强度的作用机制

土体发生破坏最开始往往是从内部的土壤颗粒破坏开始,而抗剪强度是反映土体抵抗剪切破坏能力的重要指标。本文以紫色页岩发育的坡耕地土壤为研究对象,通过测定土样颗粒组成以及不同含水率和垂向压力下的抗剪强度,研究页岩发育的土壤颗粒特性及其对抗剪强度的作用机制。结果表明从坡顶至坡脚,土壤颗粒组成与其母岩颗粒组成具有显著相关性;土壤中<0.25 mm颗粒累计含量在995.65～998.62 g/kg之间,其中以0.25～2 mm岩石碎屑存在的土壤颗粒含量为439.80～510.40 g/kg,以0.25～2 mm团聚体存在的土壤颗粒含量为6.01～80.50 g/kg,随着位置高程的降低,土壤中岩石碎屑和团聚体的含量并没有显著变化。在含水率从7%增加到25%的过程中,土壤水分与内摩擦角呈负相关关系且对内摩擦角的影响随着高程的降低缓慢减小,而对黏聚力的影响是随着含水率的增加单一坡位黏聚力呈现先增加后减少的趋势,但是随高程降低变化并不明显。因此,在紫色页岩发育的土壤颗粒组成中存在大量<2 mm的岩石碎屑,这些大量致密坚硬的岩石碎屑提高土壤抗剪强度同时减弱了抗剪强度的水敏性。

Soil heavy metal(loid)s and risk assessment in vicinity of a coal mining area from southwest Guizhou, China

Total concentrations of arsenic, lead, cadmium, mercury, nickel, chromium, and copper in the soils from near a coal mine area in southwest Guizhou, China, were measured to evaluate the level of contamination, and the potential ecological risks posed by the heavy metals were quantitatively estimated. Results reveal that all heavy metals/metalloid exceeded the background values for soil environmental quality of heavy metals in Guizhou area. Geo-accumulation index(I_(geo)) showed that arsenic had the highest contamination level(I_(geo)=4) among the seven heavy metals/metalloid, and the contamination levels of mercury and lead were also relatively high(I_(geo)=3). Pearson correlation and cluster analysis identified that mercury, copper and arsenic had a relationship, and their presence might be mainly related to mining activity, coal and oil combustion, and vehicle emissions. Improved Nemerow index indicated that the overall level of heavy metal contamination in the studied area ranged from moderately–heavily contaminated to heavily contaminated level. Potential ecological risk index(R_I) analysis manifested that the whole ecological risk level ranged from high degree to very high degree(325.30≤R_I≤801.02) in the studied soil samples, and the potential ecological risk factors (E_r^i) of heavy metals/metalloid were as follows: Hg > As > Cd > Pb > Cu > Ni > Cr, and the E_r^i of Hg and As reached very high risk grade.

紫色丘陵区微地形条件下耕作土壤发生特征

传统耕作下的土壤受到自然成土因素和人为作用共同影响,土壤发生的方向和速度都可能发生改变。以传统耕作下紫色砂泥岩发育的土壤为对象,与自然条件下紫色砂泥岩发育的土壤进行对比,从土壤剖面形态、物理以及化学特征,探讨丘陵区微地形条件下紫色土的发生特征。结果表明:在传统耕作条件下,浅丘坡顶土壤土体厚度为15~40 cm,坡腰为22~100 cm,坡脚均超过100 cm;坡顶到坡脚旱地土壤表层的黏、粉粒平均含量分别为13.54%、23.75%、15.15%和24.41%、23.78%、29.90%,坡腰处表层土壤黏粒/粉粒比值最大;土壤pH值随坡顶、坡腰到坡脚呈减小趋势,坡顶土壤表层有机质、全氮和CEC均显著(P<0.05)低于自然土壤;坡顶土壤表层出现Na的淋失,坡腰旱地表层和坡脚水改旱表层出现明显Mg的淋失,Si/Al和Si/R_2O_3值随地形从高到低逐渐减小,坡顶土壤表层CIA最大达到86.2,CIW最大达75.6,处于较强烈的化学风化程度。因此,在地形和人为耕作措施的共同作用下,紫色土土壤颗粒细化、元素淋失及表层化学风化增强,微地形是影响紫色土发育的重要因素。