基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究_刘鹏.pdf

节水灌溉Water Saving Irrigation基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究刘鹏，焦杨皓，张金鑫，毕庆生（河南农业大学资源与环境学院，郑州 450018）摘 要：为提高高标准农田建设中各项建设工程的针对性和有效性，以豫东平原区睢县周堂镇高标准农田建设项目为研究对象，将障碍度模型与层次分析法结合，构建高标准农田建设评价模型，探究农田建设的限制因子及建设内容。结果表明周堂镇高标准农田建设项目区综合评价得分为0.732 8，农田建设水平一般，符合高标准农田建设选区的建设条件；通过障碍度模型分析得，研究区内机井通电率、农田灌溉保证率、土壤有机质含量、机耕路通达度、农田灌溉设施完整度、农田高效节水面积占比、农田智能化管理、田间主干道绿化率等8项指标的障碍度值大于其平均值，为项目区高标准农田建设的主要障碍因素，亟待解决。研究表明，障碍度模型与层次分析法结合的研究方法，可准确识别研究区农田建设中的主要障碍因子，进而为项目区优先建设内容的确定提供指导，提高建设工程的针对性和有效性。关键词：高标准农田；优先建设内容；障碍度模型；障碍因子中图分类号：S275.6 文献标识码：A DOI：10.12396/jsgg.2022254刘 鹏，焦杨皓，张金鑫，等.基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 J.节水灌溉，2023（3）：1-8.DOI：10.12396/jsgg.2022254.LIU P，JIAO Y H，ZHANG J X，et al.Research on high standard farmland construction content based on obstacle degree model J.Water Saving Irrigation，2023（3）：1-8.DOI：10.12396/jsgg.2022254.Research on High Standard Farmland Construction Content Based on Obstacle Degree ModelLIU Peng，JIAO Yang-hao，ZHANG Jin-xin，BI Qing-sheng（College of Resources and Environment，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450018，China）Abstract：In order to improve the pertinence and effectiveness of various construction projects in the construction of high-standard farmland,in this study,the project of high-standard farmland construction in Zhoutang Town of Suixian County,East Henan Plain,was selected as the research object,and the obstacle degree model was combined with the analytic hierarchy process to construct the evaluation model of high-standard farmland construction,and to explore the limiting factors and construction contents of farmland construction.The results showed that the comprehensive evaluation score of the high-standard farmland construction project area in Zhoutang Town was 0.732 8,the farmland construction level was average,and met the construction conditions of the high-standard farmland construction constituency.Through the analysis of obstacle degree model,it was found that the obstacle degree values of 8 indexes in the study area,including the machine-well electrical rate,farmland irrigation guarantee rate,soil organic matter content,machine-tilled road accessibility,farmland irrigation facility integrity,the proportion of farmland efficient water-saving area,farmland intelligent management,and the green rate of the field main road,were greater than their average values,which were the main obstacle factors for the construction of high-standard farmland in the project area,and needed to be solved.The research shows that the combination of obstacle degree model and analytic hierarchy process can accurately identify the main obstacle factors in the farmland construction in the study area,and can provide guidance for the determination of 文章编号：1007-4929（2023）03-0001-08收稿日期：2022-09-22基金项目：国家重点研发计划河南部省联动项目“北方集约化农区氮素面源污染发生过程与调控机制”（2021YFD1700905）。作者简介：刘鹏（1996-），男，硕士研究生，研究方向为农田水利工程与土地整治。E-mail：。通讯作者：毕庆生（1963-），男，副教授，研究方向为农田水利工程与土地整治。E-mail：。1基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等the priority construction content in the project area to improve the pertinence and effectiveness of the construction project.Key words：high standard farmland；priority construction contents；obstacle degree model；obstacle factor0引 言粮食是人类最重要的生活物资，土地是粮食生产的基础。然而，近些年来，随着我国城镇化的快速发展，大量优质耕地急剧减少，进而影响我国粮食生产安全基础。为应对各种可能出现的粮食危机，保障粮食安全，在耕地面积的刚性约束下，21世纪以来我国开展了有史以来最大规模的农田建设。2021年中央一号文件强调健全农田基础设施管护机制，建设旱涝保收、高产稳产的高标准农田1。高标准农田建设对于完善灌排系统、解决农田面源污染、提高水资源利用效率具有重要现实意义2。高标准农田建设通过相关工程的实施，有效解决耕地分割细碎、水利设施短缺、土壤质量低和农田环境恶化等问题，改善农业生产条件、发展现代农业先进生产技术、提高粮食产能、保障国家粮食安全，推进以转变农业发展方式为主线的中国特色农业现代化，助推农民收入持续增长与宜居家园建设3,4。当前关于高标准农田建设的研究颇丰，从研究内容来看，主要集中在高标准农田建设的项目选址、生态安全、绩效评价以及运行管理等方面。王新盼5、冯锐6、赵素霞7等学者以土壤质量、立地条件、基础设施、空间形态、生态安全、自然灾害等内容为评判指标，对高标准农田建设项目选址进行研究；唐秀美8、谭枭9、姜雨辰10等学者从生态适宜性角度出发，通过对高标准农田建设项目实施前后景观格局的变化，以及对当地生态环境的影响研究，提出高标准农田建设中应当注意建设内容对生态环境的作用；彭柳林11、周同12、师诺13、韩杨14等学者通过农户参与高标准农田建设情况的调查，对高标准农田建设的管护、农田设施维护机制进行研究，探寻高标准农田建设项目中不同模式和管护的优缺点，就高标准农田建设后维护与管护提出相应建议。这些研究对高标准农田项目建设和发展无疑是很重要的，保证了建设工作的科学性。然而，高标准农田建设不仅要搞清楚建在哪，以及建成后的管护和项目建设对生态环境的影响等问题，还要明晰建设区内建什么的问题。从目前的研究来看，通过对建设区农田建设现状的定量分析，从而搞清楚建设区在农田建设方面存在的具体问题或障碍因素，进而在建设经费有限的情况下，有针对性地选择建设内容的相关研究还很少见。根据全国高标准农田建设规划（2021-2030年），我国高标准农田建设已进入建设历程的第二阶段，即第一阶段大量基础条件好的优质耕地已被建设成高标准农田，剩下的区域为自然条件相对较差的待建区域或第一阶段由于经费投入少而导致建设标准不高，需进一步改造提质的区域。因此高标准农田建设通则（GBT 30600-2022）指出：“各地根据自然资源禀赋、农业生产特征及主要障碍因素，确定建设内容与重点，采取相应的建设方式和工程措施，什么急需先建什么，缺什么补什么，减轻或消除影响农田综合生产能力的主要限制性因素”。因此，现阶段高标准农田建设项目应对建设区内农田建设现状进行深入调查研究，针对性的选取建设内容，制定科学有效的实施方案，因地制宜的推进高标准农田建设。基于此，本文以最新出台的高标准农田建设通则为标准和规范，构建高标准农田评价指标体系，利用障碍度模型分析高标准农田建设区的障碍因素，为当前高标准农田优先建设内容的确定提供指导，提高高标准农田建设工程的针对性和有效性。1研究区概况及数据来源1.1研究区概况2022年河南省睢县高标准农田建设面积任务是1 万hm2，共划分7个建设片区，本研究选自位于周堂镇的建设区（见图1）。周堂镇位于睢县东南部，距县城7 km，东部与宁陵县毗邻，北、西、南部分别与尤吉屯乡、城郊乡、胡堂乡接壤，全镇面积 45.5 km2，辖 24 个行政村，36 个自然村，总人口3.44 万人，耕地面积2 666.6 hm2，是睢县重要的粮食生产和劳务输出大镇。省道马开路(S327线)和县道帝(丘)-胡(堂)公路交叉贯穿全境，其中省道在周堂镇境7 km、穿镇区2 km，商登高速在境内4.9 km，交通便利。研究区包括郭营村、郝营村等共12个行政村，耕地面积1 521 hm2，高标准农田待建设面积1 521 hm2，涉及人口共计 2.018 3 万人，农户共计 5 104 户，2020年人均年收入9 143元。1.2数据来源本文数据来源为睢县基础数据资料与实地调研数据，主要数据来源如下：睢县2019年底土地利用调查数据；睢县2019年耕地质量等别年度更新评价报告；睢县2022年高标准农田建设项目；研究区实时航测影像图资料。2研究方法2.1构建评价指标体系高标准农田建设项目虽隶属于土地整治建设，但相较于一般的土地整治项目，高标准农田建设问题更复杂，具有投资大、技术性强、涉及面广、内容多的显著特征15,16。因此，构建高标准农田建设评价指标体系需充分结合现实需要，在研究区农田建设现状分析的基础上，探讨高标准农田建设评价指标体系及其权重。本研究本着系统性原则、地域性原则、科学性原则、可操作性原则以及时效性原则，结合全国高标准农田建设规划（2021-2030年）、高标准农田建设通则（GBT 30600-2022）、高标准农田建设评价规范（GBT 33130-2016）、河 南 省 高 标 准 农 田 建 设 标 准（豫 农 文2基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等202267号），河南省高标准农田高效节水灌溉示范区创建指南（豫农文 2020 267号）等相关政策文件与技术标准的具体要求，以田块整治工程等7大建设工程类型作为准则层，结合研究区农田建设发展，以田块形状指数等21项指标为标准层，通过指标综合展现研究区农田建设现状。具体评价指标体系见表1。2.2指标权重的计算参考相关文献和专家意见，用19 量化标度法对各层要素做出比较判断，构建出 AG、A1A3、B1B4、C1C2、D1D2、E1E2、F1F5和G1G3共8个判断矩阵，计算确定图1研究区区位图Fig.1Study area bitmap表1高标准农田建设评价指标体系及指标内涵Tab.1Evaluation index system and index connotation of high standard farmland construction目标层高标准农田建设评价U准则层田块整治工程A灌溉与排水工程B田间道路工程C农田防护与生态环境保护工程D农田输配电工程E农田地力提升工程F农业科技配套与应用G标准层田块形状指数A1田块规模A2田块坡度A3农田灌溉保证率B1农田排水条件B2农田灌溉施设完整度B3田间高效节水面积占比B4机耕路通达度C1生产路通达度C2田间主干道绿化率D1农田排水沟绿化率D2机井通电率E1机井电线使用合格率E2土壤pH值F1耕层厚度F2障碍层距地表深度F3土壤有机质含量F4土壤盐渍化程度F5农田设施智能化G1农田管理信息化G2农田耕地质量监测点部署G3指标内涵田块形状越规整越好田块规模越大越好坡度越小越好灌溉保证率越高越好排水设施越完善越好灌溉设施越完善越好高效节水灌溉面积越大越好机耕路通达面积占比越高越好生产路通达面积占比越高越好田间主干道绿化率越高越好农田排水沟绿化率越高生态越好机井通电率越高越好机井电线合格率越高越安全pH值在6.57.5之间的耕地比较适宜耕层厚度越大越好障碍层距地表深度越深越好有机质含量越高越好土壤盐碱化程度越低越好农田设施智能化水平越高越好农田管理信息化应用系统越多越有利于管理耕地质量监测点覆盖度高有利于监测土地状况3基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等每一项指标的权重值17。各评价指标权重如表2所示。通过对构建的指标体系矩阵进行检验，矩阵的CI值、RI值、CR 值均在合理的范围中，通过层次分析法的一致性检验18-21。2.3评价因子的量化本研究指标体系所包含的指标多，涉及的领域多，各指标数据量纲不同、数值大小差异较大，不宜直接进行比较；同时由于建设区较大，指标单点测试取值误差较大，宜采用多点测试。因此，对田块形状指数、田块规模、田块坡度、农田灌溉保证率、农田排水条件、土壤pH值、耕层厚度、障碍层距地表深度、土壤有机质含量、土壤盐渍化程度等指标，参考农用地质量分等规程（2012年）标准，按照百分制标准进行打分，并按照面积进行加权平均计算研究区各指标的最终得分。计算公式为：xi=j=1nXij SijS总（1）式中：xi为高标准农田建设评价体系中第i个单项指标的得分分值；Xij为表示第j地块第i个单项指标分值；Sij为第i指标第j个地块对应的地块面积；S总为研究区总面积。对农田灌溉设施完整度、田间高效节水面积占比、机耕路通达度、生产路通达度、田间主干道绿化率、农田排水沟绿化率、机井通电率、机井电线合格率、农田智能化设施、农田信息化管理、农田质量耕地监测点部署等涉及整个研究区的指标，根据实地调研情况，按照百分制标准直接打分。高标准农田建设评价指标体系各指标打分标准区间如表3所示。2.4综合评价与等级划分本研究评价数学模型采用综合指数评价模型22，按照一定的标准获取评价区域各要素的评价值，再加权求和，数学模型为：U评=i=1n Wi xi（2）式中：U评为高标准农田建设评价综合指数；Wi为第i个单项指标的综合权重；xi为量化后的数值。综合多位专家意见，得到高标准农田建设综合评价等级划分标准如表4所示。2.5障碍度模型在高标准农田建设项目投入资金有限的情况下，为提高资金利用效率，需要对高标准农田建设区域内建设内容进行重要性和紧迫性排序，依排序情况和资金量大小来安排优先建设内容。本文通过建立障碍度模型23-26评价研究区各建设内容（即指标）的障碍度大小，对于障碍度值大于平均值的指标，诊断为研究区农田建设的主要障碍因素，需要通过对这些指标所指向的农田建设工程进行优先建设和改进提升，消除障碍因素，提高农田建设水平。同时按照障碍度大小进行重要性排序，障碍度值越大越应优先建设。障碍度模型主要涉及到3个衡量指标：障碍度、因子贡献度、指标偏离度，计算步骤如下：（1）确定因子贡献度Fi，指标偏离度Ii：Fi=Wi ij（3）表2高标准农田建设评价指标权重Tab.2Weight of evaluation system for high standard farmland construction准则层田块整治工程A灌溉与排水工程B田间道路工程C农田防护与生态环境保护工程D农田输配电工程E农田地力提升工程F农业科技配套与应用G准则权重0.140.310.120.070.120.210.03标准层田块形状指数A1田块规模A2田块坡度A3农田灌溉保证率B1农田排水条件B2农田灌溉施设完整度B3田间高效节水面积占比B4机耕路通达度C1生产路通达度C2田间主干道绿化率D1农田排水沟绿化率D2机井通电率E1机井电线合格率E2土壤pH值F1耕层厚度F2障碍层距地表深度F3土壤有机质含量F4土壤盐渍化程度F5农田设施智能化G1农田管理信息化G2农田耕地质量监测点部署G3权重0.170.390.440.40.350.180.070.710.290.620.380.650.350.210.20.160.250.180.510.210.28综合权重0.0240.0550.0620.1240.1090.0560.0220.0850.0350.0430.0270.0780.0420.0440.0420.0340.0530.0380.0150.0060.0084基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等Ii=1-xi（4）式中：Wi表示第i个单项指标的权重；ij表示第i个单项指标所属的第j个准则层的权重；xi为量化后的指标数值。（2）第i个指标对农田建设状况的障碍度Pi：Pi=Fi Iii=1nIi Fi 100%（5）（3）计算各准则层对农田建设状况的障碍度Ui：表3高标准农田建设评价体系标准层赋值表Tab.3Assignment table of standard layer of evaluation system of high standard farmland construction标准层田块形状指数A1田块规模A2/hm2田块坡度A3/（）农田灌溉保证率B1/%农田排水条件B2农田灌溉施设完整度B3/%田间高效节水面积占比B4/%机耕路通达度C1/%生产路通达度C2/%田间主干道绿化率D1/%农田排水沟绿化率D2/%机井通电率E1/%机井电线使用合格率E2/%土壤pH值F1耕层厚度F2/cm障碍层距地表深度F3/cm土壤有机质含量F4土壤盐渍化程度F5农田设施智能化G1农田管理信息化G2农田耕地质量监测点G3分值（Xi）10026285100排水体系健全,无旱涝灾害80808080707090806.07.9256040无盐化已完成农田设施智能化已完成农田管理信息化面积为01 333 hm2一个耕地质量监测点8024562107585排水体系基本健全，暴雨后有短期洪涝灾害发生608060806080608040704070709060805.06.0或7.99.0202530602040轻度盐化80%的设施完成智能化80%的设施完成农田信息化管理面积1 3332 333 hm2一个耕地质量监测点60464510155075排水体系一般，大雨后有洪涝灾害发生4060406040604060-507040604.55.015-20301020中度盐化60%的设施完成智能化60%的设施完成农田信息化管理面积为2 3333 333 hm2一个耕地质量监测点40634152530-50无排水体系，大雨后有洪涝灾害发生204020414040404050404.5或9.09.51015-6010重度盐化40%设施完成智能化40%的设施完成农田信息化管理面积大于3 333 hm2一个耕地质量监测点20-325030-20-pH值9.510-6-20%设施完成智能化20%的设施完成农田信息化管理-表4高标准农田建设综合评价标准Tab.4Comprehensive evaluation standard of high standard farmland construction综合分数00.50.50.80.81.0农田建设状况农田建设状况差农田建设状况一般达到高标准农田建设5基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等Ui=Pi（6）3结果与分析3.1研究区农田建设状况通过对研究区数据处理，得出各标准层指标的分值如表5 所示。计算得出研究区高标准农田建设评价综合得分是0.732 8，说明该研究区农田建设状况处于一般的水平，符合当前高标准农田建设项目的选址要求。研究区耕地地块的坡度、排水条件、生产路通达度、机井电线使用的合格率、土壤的pH值、耕层厚度、障碍层距地表深度和土壤盐渍化程度的综合均处在较高的区间，条件状况比较好；田块的规模、农田灌溉保证率、机耕路通达度、田块现状指数处于一般水平；农田灌溉设施完整度、农田排水沟绿化率、土壤有机质含量、田间主干道绿化率以及机井通电率均处于低水平；而田间高效节水面积占比、农田设施智能化、农田管理信息化和农田耕地质量监测点部署均处于极低或没有的状态。3.2农田建设障碍度因子识别利用障碍度模型分别对准则层和标准层数据进行处理，计算其障碍度，结果如表6所示。由表6可得，项目区准则层障碍度由高到低依次为灌溉与排水工程30.5%、农田输配电工程17.4%、农田地力提升工程15.3%、农田防护与生态环境保护工程11.6%、农业科技配套工程10.8%、田块整治工程8.1%、田间道路工程6.3%，且数值差异比较明显。由此可见，研究区农田建设主要制约因素是灌溉与排水工程、农田输配电工程、农田地力提升工程等。进一步对标准层分析可知，障碍度大于10%的指标有机井通电率 17.4%、农田灌溉保证率 14.0%、土壤有机质含量表5高标准农田建设评价结果Tab.5Evaluation results of high standard farmland construction准则层田块整治工程A灌溉与排水工程B田间道路工程C农田防护与生态环境保护工程D农田输配电工程E农田地力提升工程F农业科技配套与应用G标准层田块形状指数A1田块规模A2田块坡度A3农田灌溉保证率B1农田排水条件B2农田灌溉施设完整度B3田间高效节水面积占比B4机耕路通达度C1生产路通达度C2田间主干道绿化率D1农田排水沟绿化率D2机井通电率E1机井电线使用合格率E2土壤pH值F1耕层厚度F2障碍层距地表深度F3土壤有机质含量F4土壤盐渍化程度F5农田设施智能化G1农田管理信息化G2农田耕地质量监测点部署G3综合分值0.013 70.043 40.062 00.086 30.109 00.033 600.068 00.035 00.017 20.021 60.031 20.042 00.037 70.042 00.034 00.018 20.038 0000表6高标准农田建设评价指标障碍度Tab.6Obstacle degree of high standard farmland construction evaluation index准则层田块整治工程A灌溉与排水工程B田间道路工程C农田防护与生态环境保护工程D农田输配电工程E农田地力提升工程F农业科技配套与应用G障碍度Ui/%8.130.56.311.617.415.310.8标准层田块形状指数A1田块规模A2田块坡度A3农田灌溉保证率B1农田排水条件B2农田灌溉施设完整度B3田间高效节水面积占比B4机耕路通达度C1生产路通达度C2田间主干道绿化率D1农田排水沟绿化率D2机井通电率E1机井电线使用合格率E2土壤pH值F1耕层厚度F2障碍层距地表深度F3土壤有机质含量F4土壤盐渍化程度F5农田设施智能化G1农田管理信息化G2农田耕地质量监测点部署G3障碍度Pi/%3.84.3014.008.38.26.309.62.017.402.40012.905.62.23.06基于障碍度模型的高标准农田建设内容研究 刘鹏 焦杨皓 张金鑫 等12.9%等3项内容。障碍度大于平均值的指标，除以上3项内容外，还有田间主干道绿化率 9.6%、农田灌溉设施完整度8.3%、田间高效节水面积占比8.2%、机耕路通达度6.3%、农田智能化管理为5.6%等5项内容。说明在该研究区高标准农田建设过程中，以上指标是影响高标准农田建设的主要因素。通过障碍度模型计算结果分析可知，该项目区高标准农田建设项目在农业生产用电、灌溉水源工程及农田灌溉设施配套、土壤有机质含量、机耕道通达度、生态环境与农田保护，以及农田智能化管理等方面存在薄弱环节，应优先考虑，重点建设。4讨论与结论4.1讨 论通过层次分析法与障碍度模型结合，计算高标准农田各项指标的障碍度大小，能够有效反映和识别研究区内农田建设中存在的主要问题，从而针对性地确定高标准农田优先建设工程内容，避免因人为主观判断的局限性，提高工程建设的科学性、合理性、针对性。但是，由于我国幅员辽阔，农田自然禀赋差异较大，农田建设内容差异性大，需因地制宜，增强针对性。因此，在指标选取，尤其是标准层指标的选取，以及指标权重的确定等问题上要结合当地情况具体分析。本文主要是以豫东平原地区水浇地高标准农田建设项目为例进行的研究，在指标的选取和权重确定上具有较强的区域特性，对其他区域还需要结合区域特点研究确定。综上所述，开展高标准农田建设内容的评价分析，对当前高标准农田建设发展具有现实的意义。通过对待建区进行农田建设现状摸排，利用障碍度模型可有效地解决高标准农田建设中诸多模糊概念与指标，可准确地识别制约当地农田建设发展的限制因素，从而为高标准农田建设提出针对性、科学性建议，通过精准、有效、科学的工程建设，提高耕地产能，进而达到高标准农田建设的目标。4.2结 论（1）本研究以 高标准农田建设通则（GBT 30600-2022）中规定的田块整治工程、灌溉与排水工程、田间道路工程等7项建设工程为准则层指标，结合研究区当地农田建设内容，以田块形状指数、农田灌溉保证率、机耕路通达、机井通电率等21项建设内容为标准层指标，全面、系统、完整、客观地构建了高标准农田建设评价体系，并对研究区进行验证。结果显示，研究区高标准农田建设评价综合得分是0.732 8，该研究区高标准农田建设水平一般，符合当前高标准农田建设项目的选址要求。（2）引入障碍度模型，计算获得各指标的障碍度大小，得出研究区制约农田生产的障碍因素。结果表明：准则层指标中灌溉与排水工程、农田输配电工程、农田地力提升工程的障碍度大于平均值，说明研究区这些方面应当急需改进；标准层指标中有机井通电率、农田灌溉保证率、土壤有机质含量、机耕路通达度、农田灌溉设施完整度、农田高效节水面积占比、农田设施智能化、田间主干道绿化率大于平均值，为研究区高标准农田建设中主要限制因素，应当在高标准农田项目中重点加强建设。参考文献：1 刘辉,李诗.禀赋差异下农田基础设施的契约选择研究J.中国农村水利水电,2021(10):180-184.LIU H，LI S.Research on the 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