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国家国家商品粮种植商品粮种植田地田地规划规划设计设计管理管理 Study on Cropland Planning and Design Management for the National Commodity Grain Planting 一级学科：管理科学与工程 学科专业：工程管理 作者姓名：潘珍妮 指导教师：刘应宗 教授 天津大学管理与经济学部 二零一二年六月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 天津大学天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学天津大学 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 中文摘要中文摘要 为保障国家粮食安全，我国规划了具有粮食生产发展优势、能够稳定地提供 较多的商品粮、在地区上连片分布的粮食主产区。国家商品粮的优质高产条件之 一，是种粮田地气候条件优越、地面平整、土质良好。本文运用粮食种植技术和 工程管理理论与系统分析方法， 对国家商品粮种植田地改造规划设计管理问题进 行了分析，提出了种粮田地改造规划设计管理理论和方法，并应用于河南省延津 县东屯镇种粮田地改造规划和设计管理中去。 依据对种粮田地系统分析， 详细阐述了种粮田地的气候、 土壤和地面条件， 提出了 13 项评价指标，并确定了各项指标的组合权重；运用可拓学中的优度评 价方法和物元模型建立了种粮田地适宜性选择模型， 对满足粮食种植要求的田地 进行等级排序，同时考虑田地的可改造性，以筛选出适宜粮食种植且可改造程度 高的田地。 依据对种粮田块平整活动分析和田面平整精度要求， 提出了田块平整设计 方案；对种粮田块平整工程的施工方法、土方量计算和施工机械选择进行分析， 提出了田块平整的土方调配方案， 根据运输问题的解决方法进行方案优化和计算， 以此达到以最少的投入实现平田整地和保持地力的目的。 依据对种粮田块土壤改良活动分析，提出了土壤改良设计指标，并采取相 应的物理、 化学和生物措施对影响作物生长发育的各种不利因素进行排除或防治； 提出了针对土壤土层厚度、土壤质地、结构、酸碱性和有机质含量的改良方案， 并运用整数规划中的 0-1 规划模型对土壤改良设计方案进行优化。 关键词：关键词：国家商品粮，种植田地选择，田块平整，土壤改良，规划设计管理 ABSTRACT To ensure the national food security, the major grain production areas with grain production a dvantages, supplying commodity grain steadily and c ontiguous distribution in regions are planning and constructed in our country. One of the high quality a nd yi eld c onditions of t he national c ommodity grain is the appropriate climate c onditions, gr ound surface levelling and f avorable soil conditions. I n this paper, the grain cultivation technology, engineering management theory and system analysis m ethod are ap plied, to analyse the cropland improvement planning and design management for the national commodity grain planting, of which the theory and method are proposed, and used in the actual project of Dongtun Town, Henan Province. Based on t he analysis of cropland system, the climate, s oil a nd gr ound conditions are expounded, 13 indexes are put forward, and the combined weights of each index are de termined; Then the c ropland suitability selection model is established using the excellent degree evaluation method and matter-element model in extenics, and the fields which meet the requirements of food planting are ranked, to select the fields which are suitable for grain planting and with high improvement degree, considering the possibility of land improvement. On the basis of analyzing the field levelling activities and the surface leveling accuracy requirement, the field leveling design proposals are put forward, and the earthwork allocation of field leveling is designed after the analysis of the construction method, quantities calculation and construction machinery selection for field leveling engineering, t hen the scheme opt imization and calculation are pro cessed by the transportation problem solution, in order to realize the purpose of field leveling and fertility maintaining with minimal input. On the basis of analyzing the cropland soil improvement activities, the design indexes of soil improvement are proposed, then the corresponding physical, chemical, and biological measures are taken to eliminate or prevent all kinds of adverse factors affecting crop growth and development, the improvement schemes about soil layer, soil te xture, soil structure, a cid a nd a lkaline a nd or ganic matter c ontent are put forward, a nd the design schemes of soil improvement is opt imized using the 0-1 integer programming model. Key words: National Commodity Grain, Cropland Selection, Field Leveling, Soil Improvement, Planning and Design Management i 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 选题背景与研究意义 1 1.1.1 选题背景 . 1 1.1.2 研究意义 . 6 1.2 国内外研究综述 7 1.2.1 田地改造的必要性和决策研究 . 7 1.2.2 田地改造措施与方案设计研究 . 9 1.2.3 田地改造方案与效益评价研究 . 11 1.2.4 研究现状评述 . 13 1.3 论文研究的理论基础 13 1.3.1 事物发展规律 . 14 1.3.2 粮食生产原理 . 15 1.3.3 管理理论 . 17 1.3.4 系统工程理论 . 18 1.4 研究内容、方法与技术路线 20 1.4.1 研究内容 . 20 1.4.2 研究方法 . 21 1.4.3 技术路线 . 22 1.5 主要创新点 23 本章小结 . 23 第二章 国家商品粮种植田地分析 25 2.1 种粮田地气候条件 25 2.1.1 降水时差 . 25 2.1.2 降水亏缺 . 27 2.1.3 风力条件 . 29 2.2 种粮田地土壤条件 33 2.2.1 土壤的土体层次 . 33 2.2.2 土壤质地和结构 . 36 2.2.3 土壤有机质 . 40 2.2.4 土壤酸碱性 . 40 ii 2.3 种粮田地地面条件 41 2.3.1 种粮田块类型 . 41 2.3.2 种粮田块规模 . 42 2.3.3 种粮田块形状 . 44 2.3.4 种粮田面平整度 . 45 2.3.5 种粮田面坡度 . 46 本章小结 . 46 第三章 国家商品粮种植田地选择 47 3.1 种粮田地选择分析步骤 47 3.2 种粮田地选择的指标设置 48 3.2.1 指标设置的原则 . 48 3.2.2 指标体系的建立 . 49 3.2.3 指标标准值的确定 . 50 3.2.4 指标标准化 . 53 3.3 指标权重的确定 54 3.3.1 层次分析法确定权重 . 54 3.3.2 熵权系数法确定权重 . 56 3.3.3 确定组合权重 . 57 3.4 种粮田地选择模型与分析 57 3.4.1 可拓优度评价方法 . 57 3.4.2 种粮田地适宜性评价的物元模型 . 59 3.4.3 确定各衡量指标的量值域 . 59 3.4.4 建立关联函数，计算关联度 . 60 3.4.5 种粮田地可改造程度分析 . 61 本章小结 . 62 第四章 种粮田块平整工程设计管理 63 4.1 种粮田块平整活动分析 63 4.1.1 田块平整过程 . 63 4.1.2 田块平整意义 . 64 4.1.3 田块平整原则 . 65 4.2 种粮田块平整设计方案 65 4.2.1 平整设计要求 . 65 4.2.2 平整方案类型 . 66 4.2.3 平整方案选择 . 68 iii 4.3 种粮田块平整工程施工 68 4.3.1 平整施工方法 . 68 4.3.2 平整土方量计算 . 70 4.3.3 施工机械选择 . 74 4.4 种粮田块平整土方调配方案 75 4.4.1 土方平衡调配原则 . 76 4.4.2 土方运输工程量计算 . 76 4.4.3 土方经济运距的确定 . 77 4.4.4 土方平衡调配方法 . 78 本章小结 . 79 第五章 种粮田块土壤改良设计管理 81 5.1 种粮田块土壤改良活动分析 81 5.1.1 土壤改良意义 . 81 5.1.2 土壤改良措施 . 82 5.2 种粮田块土壤改良设计指标 83 5.2.1 耕作层土壤厚度指标 . 83 5.2.2 耕作层土壤质地指标 . 84 5.2.3 土壤结构指标 . 85 5.2.4 土壤有机质含量指标 . 86 5.2.5 土壤酸碱性指标 . 86 5.3 种粮田块土壤改良方案 86 5.3.1 土壤土层厚度改良 . 86 5.3.2 土壤质地改良 . 87 5.3.3 土壤结构改良 . 88 5.3.4 土壤酸碱性改良 . 89 5.3.5 土壤有机质改良 . 91 5.4 种粮田块土壤改良设计方案优化 91 5.4.1 线性整数规划 . 91 5.4.2 土壤改良方案的 0-1 规划模型 . 92 本章小结 . 93 第六章 东屯镇种粮田地改造规划设计 95 6.1 东屯镇基本概况 95 6.1.1 社会经济发展条件 . 95 6.1.2 气象气候条件 . 96 iv 6.1.3 地质水文条件 . 98 6.2 东屯镇种粮田地选择 99 6.2.1 东屯镇种粮田地分析 . 99 6.2.2 种粮田地选择评价指标及权重 . 101 6.2.3 种粮田地分区布局 . 102 6.3 东屯镇种粮田块改造设计管理 103 6.3.1 种粮田块平整工程设计 . 103 6.3.2 种粮田块土壤改良设计 . 104 本章小结 . 105 第七章 总结和展望 107 7.1 论文的主要结论 107 7.2 论文研究的不足及未来研究方向 108 本章小结 . 108 参考文献 109 发表论文和科研情况说明 117 致 谢 . 118 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 选题背景与研究意义 1.1.1 选题背景 论文选题是基于国家粮食安全保障、 商品粮科学种植和高标准农田建设背景 提出的， 以提高商品粮生产基地田地利用率和产出率， 保证粮食生产优质、 高产、 高效、生态、安全目标的实现。 保障国家粮食安全 粮食是基础性的战略资源，是关系经济安全和国计民生的重要商品。我国是 世界上人口最多的国家，也是世界上最大的粮食生产和消费国。近年来，我国粮 食生产取得很大的发展， 全国粮食产量和单产量均有较大的提高， 如图1-1所示。 图 1-1 近 20 年我国粮食产量及单产量变化趋势 但是，随着我国工业化、城镇化进程加快以及人口增加和人民生活水平的提 高，粮食消费需求仍将呈刚性增长，同时耕地减少、水资源短缺、气候变化等不 利因素对粮食生产制约越来越大，种粮比较效益偏低，我国粮食将长期处于供需 不平衡状态，如表 1-1 所示。2008 年国家发展和改革委员会公布的国家粮食安 全中长期规划纲要（20082020 年）指出，我国粮食需求总量将继续增长， 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000 粮食产量（万吨）单产量（千克/公顷） 天津大学博士学位论文 2 到 2010 年全国人均粮食消费量不低于 389 ， 到 2020 年人均粮食消费量不低于 395 。从国际市场看，全球粮食需求增加、粮源偏紧、粮价波动加剧，降低了 我国利用国际市场调剂余缺空间。因此，我国粮食生产必须立足国内，着力提高 粮食综合生产能力，保证粮食自给率 95以上。 为了促进粮食生产发展、缓解供需矛盾、保障国家粮食安全，我国从 1983 年开始开展了大规模的商品粮基地建设。 商品粮基地是指具有发展粮食生产优势， 能够稳定地提供较多的商品粮，在地区上连片分布的粮食主产区。我国规划建设 的大面积商品粮生产基地涉及 13 个粮食主产省 （区） 、 800 多个产粮大县 （市、 旗） ， 占全国 40的国土面积、 57的耕地面积1。 2007 年 13 个粮食主产省 （区） 粮食产量占全国比重为 75，外销原粮占全国总量的 88。2009 年国务院通过 的全国新增 1000 亿斤粮食生产能力规划（20092020 年）提出，到 2020 年，全国粮食生产能力达到 55000 万吨以上，比现有产能增加 5000 万吨，耕地 保有量不低于 12000 万公顷，粮食种植面积稳定在 10600 万公顷以上，粮食单产 达到 5250 /h以上。河南省是全国第一农业大省、第一产粮大省和第一粮食 转化加工大省，为实现国家千亿斤粮生产目标肩负重任。作为国家粮食战略工程 的核心区，河南省用占全国 6的耕地生产了全国 10以上的粮食，而且由于地 处中原，紧邻华东、西南、西北等粮食主销区，每年还调出 300 亿斤的原粮及加 工制品，如图 1-2 所示。河南省粮食生产核心区建设规划（20082020 年） 提出，到 2020 年，河南省的粮食生产能力将由目前的 1000 亿斤提高到 1300 亿 斤，调出的商品粮由现在的 300 亿斤增至 600 亿斤以上，占国家新增 1000 亿斤 粮食的 30，将为维护国家粮食安全做出更大的贡献。 粮食主产省(区)包括：黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古、河北、江苏、安徽、江西、山东、河南、湖北、湖 南、四川等 13 个省(区)。 表1-1 2000-2009年我国人口数量及人均粮食占有量状况 年 份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 人口数量（万人） 126743 127627 128453 129227 129988 130756 131448 132129 132802 133474 耕地面积（亿亩） 19.24 19.14 18.89 18.51 18.37 18.31 18.27 18.26 18.25 人均粮食占有量 （千克/人） 366 356 357 334 362 371 380 381 399 399 *数据来源于中国统计年鉴 2010 ，中华人民共和国国家统计局编 第一章 绪 论 3 图1-2 河南省粮食省外流向流量图 商品粮科学种植发展 粮食主要指谷物（包括小麦、稻谷、玉米等） 、豆类和薯类，是食品（面食、 米饭等）生产和畜禽养殖的原料。商品粮是指农业生产单位或个人为交换而生产 的粮食，与农业生产者自己消费的口粮相对应。在传统农业阶段，由于生产力水 平低，生产出来的农产品数量少，往往以自给为主，商品率很低；由于市场需求 随着城市居民生活水平的提高和食品工业的发展而增加， 现代农业生产以市场化 的商品生产为目的，商品量与商品率大为提高。所以，我国商品粮科学种植发展 的根本在于种植现代化，将传统粮食种植转变为现代种植，也就是把建立在直接 经验和简单工具基础上的自给性传统种植转变为以现代生产资料、 科学技术和经 营管理方法为基础的商品性现代粮食种植， 以提高粮食生产能力、 增加农民收入、 实现农民富裕，并营造一个良好的生态环境实现粮食种植的可持续发展。 粮食种植是农业的根基，人类利用作物有机体的生命活动，将外界环境中的 物质和能量转化为各种粮食产品，其实质是将太阳能转化为可储的化学能。我国 商品粮现代种植应建立一个结构合理、比例协调、相互促进、相得益彰的生产体 系，实现“产业高端发展，城乡配套建设，资源高效利用，生态环境改善”2。 通过商品粮现代种植和专业化生产，形成种、养、加循环系统，将产生的废弃物 天津大学博士学位论文 4 资源化和再利用，保证农业的可持续发展和资源的永续利用，在此基础上发展流 通服务和设施配套建设，形成贸工农一体化的经营体系，建立以循环经济为核心 的相对闭合的物质和能量循环发展模式3，如图 1-3 所示。 图 1-3 国家商品粮基地生产经营系统 粮食种植是整个商品粮基地生产经营系统的基础，其基本特点是：利用工 具（机具、土地、肥料、水、光、热等要素）进行生产活动，从而与经营活动相 区别；改变的劳动对象是活的有机体，即粮食作物，它们都有自身的适应性和 生长发育的规律；粮食种植是自然再生产与经济再生产的有机结合，这也是农 业生产最根本的特征，从而区别于工业生产4。作物有机体在自然力的作用下， 凭借自身的新陈代谢过程， 实现有机体与外界环境之间的能量转化和物质循环进 行生长、发育及繁殖后代的自然演化过程，就是自然再生产；人类有意识地干预 自然再生产过程，通过劳动利用、控制、改造作物的生理机能和外界自然条件， 借以获得自己所需要的动植物产品的生产过程即为经济再生产5。 为保护、 支持农业发展， 改善农业生产基本条件， 优化农业和农村经济结构， 提高农业综合生产能力和综合效益， 财政部设立了专项资金对农业资源进行综合 开发利用，包括土地治理项目和产业化经营项目。2010 年修订的国家农业综 合开发资金和项目管理办法 （财政部令第 60 号）提出，农业综合开发财政资金 采取补贴、贴息等多种形式投入，重点扶持粮食主产区，原则上 70以上用于 土地治理项目。 为了规范和加强农业综合开发项目资金管理， 提高资金使用效益， 国家农业综合开发办公室制定了国家农业综合开发项目资金绩效评价办法（试 行） ，应用一定的评价方法、评价指标和评价标准，对各省项目进行客观、公正 的综合评价。 而且还制定了 国家农业综合开发土地治理项目工程管护暂行办法 ， 经营组织 流通系统 粮食 加工 饲料 加工 畜产 品加 粮食种植 秸秆养牛 生产系统 供 销 第一章 绪 论 5 以保证项目区已建成的工程正常运转并长期发挥效益。 高标准农田建设 “民以食为天，食以耕为功。 ”土地是粮食种植中不可替代的最基本的生产 资料，不仅是劳动场所，也为作物生长发育提供所必需的基本物质资源，是作物 生长发育的重要环境条件。因此，在粮食种植中土地不仅是劳动手段，也是劳动 对象。耕地的数量、质量和位置都是影响粮食种植的重要因素。 近年来，为了改造中低产田、建设高产稳产的标准粮田，我国制定了很多有 关农村土地整理复垦开发的法律、规范、标准，并进行试点推广。1998 年，新 修订的土地管理法提出“国家鼓励土地整理”，并于 2000 年出台了国家 投资土地开发整理项目管理暂行办法 和 土地开发整理项目资金管理暂行办法 。 2000 年，国土资源部制定了土地开发整理规划编制规程TD/T10112000、 土地开发整理项目规划设计规范TD/T10122000、土地开发整理项目验 收规程TD/T10132000 等标准，使土地开发整理项目从立项、规划设计和预 算，到施工和竣工验收，逐步走向制度化、科学化和规范化。2003 年，国土资 源部编制实施了全国土地开发整理规划（20012010 年 ），提出对农村土地 以增加耕地面积、提高耕地质量为主要目标进行整理。近年来，我国每年投入近 千亿元的资金用于土地整治，从 1999 年到 2008 年补充了耕地 4163 万亩。通过 平整土地、归并零散地块、建设农田水利设施、田间路网和生态防护林体系，建 成高产稳产基本农田 2 亿多亩，大大提高了土地的综合生产能力。整治后耕地生 产成本平均降低了 515， 农地利用率提高了 510， 产能提高了 10 15。但是，尽管国家加大了土地整治力度，取得了不小的成绩，最新公布的全 国农用地分等结果显示，我国优、高等地仍仅占耕地总面积的 33，平均等别 仅处于中等水平。 为了更好地挖掘农田生产潜力，提高主产区粮食产能，我国提出了建设旱涝 保收高标准基本农田的要求。 基本农田是为了满足一定时期人口和社会经济发展 对农产品的需求而必须确保的耕地最低需求量， 通常也是耕地中高产优质的部分。 在我国进行土地开发整理工作时， 明确指出国家和地方的土地整理专项资金除用 于补充耕地和实施重大工程外，应主要用于基本农田整理。目前，我国基本农田 整理主要是在增加耕地数量的基础上，提高耕地质量，改善生态环境，实现耕地 可持续高效利用。2008 年，十七届三中全会决定提出“加快中低产田改造，鼓 励农民开展土壤改良，推广测土配方施肥和保护性耕作，提高耕地质量，大幅度 增加高产稳产农田比重。”2009 年，中央 1 号文件提出“统筹安排土地整理复 垦开发、农业综合开发等各类建设资金，集中连片推进农村土地整治，实行田、 水、路、林综合治理，大规模开展中低产田改造，提高高标准农田比重。”2010 天津大学博士学位论文 6 年 6 月底，国土资源部正式启动修编的全国土地整治规划（20112020 年 ） 提出，到 2015 年，全国将建成 4 亿亩高标准基本农田；到 2020 年，力争建成 8 亿亩高标准基本农田， 为国家粮食安全奠定坚实基础。 最近国土资源部发布了 基 本农田划定技术规程 TD/T10322011 和 高标准基本农田建设规范 （试行） ， 为我国基本农田界定和建设提供了依据。 高标准农田是保障粮食稳产高产的基础。全国土地整治“十二五”规划提出 农村土地整治工作将以实施重大工程和示范建设为主要手段， 加强 500 个高标准 基本农田整治重点县建设，改造提高 116 个基本农田保护示范区，新建 5000 处 万亩连片的高标准农田，整治后基本农田平均提高 1 个等级。河南省中低产田主 要分布于黄淮海平原、 南阳盆地和豫北、 豫西山前平原等15个省辖市81个县 （市、 区）范围内，这一区域既是河南粮食主产区，也是中低产田集中区，更是粮食潜 能蕴藏区。 河南粮食生产核心区建设规划（20082020 年） 提出，要以强力 推进中低产田改造为重点、以巩固提升高产田为支撑、以打造吨粮田为方向进行 高标准农田建设，包括中低产田改造、大型商品粮基地、国家优质粮食产业工程 建设和农田防护林体系建设工程。这些项目的建设，将显著改善中低产田的生产 条件，培肥地力，提高耕地质量，充分挖掘河南省粮食生产的潜力，将提高粮食 生产规模化、集约化、标准化程度，进一步提高粮食单产水平。项目建成后，可 将现有 5000 万亩中低产田改造为高产稳产田和旱涝保收田，可建成万亩连片的 大型商品粮基地 1000 万亩，建成标准粮田 840 万亩，可使核心区耕地实现林网 化。 1.1.2 研究意义 农田整治主要是对项目区内的耕地进行整理复垦，包括对水利工程、道路工 程、耕作田块、农田防护林工程、生态环境保护工程等进行系统布置。耕作田块 是田间道路、防护林带和末级固定渠道所围成的生产地块，是田间耕作、生产管 理、作物种植、土地平整的基本单元6。田块改造在改善耕作田块的质量，保障 国家粮食安全、促进节约集约用地、实现粮食种植现代化、推动农民农业增收、 促进城乡统筹发展、维护农村自然生态方面发挥着最核心、最积极、最有力的作 用。对种粮田块改造设计管理进行研究具有重要的理论和实践意义。 粮食种植以田块为基，田块质量直接影响粮食生产能力的高低。因此，田 块改造规划设计在整个农田整治项目中处于核心的地位7。目前，我国农田整治 的重心主要放在水文水利分析计算、排灌工程和田间道路建设上，田块改造设计 依附于排灌工程和道路工程设计。 这种忽视以田块为中心的农田整治不能从根本 上解决问题，容易破坏土壤的土层结构，造成严重的漏水漏肥，使整治后的土地 第一章 绪 论 7 质量退化，大大降低田块的生产力。种粮田块改造是一项综合性系统性工程，且 地域性极强，需要因地制宜综合考虑当地的气象气候、水文地质条件，根据田地 原有灌排设施和路沟渠林的布局，以及当地农田耕作制度、机械化作业、田间管 理等因素进行规划设计。 田块改造规划设计管理不仅涉及耕作田块的长度、 宽度、 规模、形状、方向、土壤质量要求以及田块的内部规划，还要通过具体的田块平 整、表土保护和土壤改良工程设计来实现，这些工程设计的好坏将直接影响耕作 田块改造设计的最终效果。 种粮田块改造规划设计必须采用新的观念和模式， 不仅要增加耕地的数量， 还要提高耕地质量、 实现耕地可持续高效利用、 实现粮食种植的科学化和现代化， 提高田块改造的效果和效率。论文运用事物运动发展规律分析了粮食种植活动， 从粮食种植对田块条件的需要出发，建立了种粮田块的适宜性评价模型。这种从 实际需要出发、 按照事物本质和发展规律对问题进行分析的方法是进行研究的主 要指导思想；同时，按照管理理论对选择出的田块进行田块规划、土地平整和土 壤改良设计管理，是管理理论在种粮田块改造项目中的应用，可以进一步充实和 深化工程规划设计管理理论。根据粮食种植对田块条件的要求，对项目区田块进 行适宜性评价，确定不同的平整方案和土壤改良措施，论文建立了种粮田块的适 宜性选择模型、田块平整和土壤改良方案优化模型，对田块改造项目实践提供了 有力的参考，也有利于农田水利、道路设施和农田防护林的合理配置。 1.2 国内外研究综述 对田地改造的研究和实践，国外最早起源于 1250 年德国巴伐利亚州以消除 土地分割为目的的地块合并活动， 而我国主要是为了改善不良土地性状而进行的 中低产田改造。由于各个国家的历史发展和国情状况差异，有关田地选择和田块 改造设计管理的实际经验和研究侧重点也各有不同， 通过对欧洲和亚洲国家田地 改造的研究现状进行综述和评析， 提出国家商品粮种植田地规划设计管理研究问 题。 1.2.1 田地改造的必要性和决策研究 为了改善农业生产条件和提高农作物产量，巴伐利亚通过政府财政补助，将 村庄分割的小块土地进行合并，以便于大型农业机械进行耕作；通过土地置换， 将优等的土地用于农业，劣质的土地用于基础设施和工厂企业建设；通过农地整 理，建设田间道路、排灌设施，提高土地利用率，推进农业现代化8。而后随着 自然、社会和经济发展要求的变化，世界各国不断调整和完善田地改造的内容与 天津大学博士学位论文 8 模式，逐渐形成了完整的体系9。田块改造试点项目设计使农业生产更具有竞争 力，并促进了农村发展，如今土地整理已经成为农村可持续发展的重要途径10。 国内外的实践表明，田地改造是一种有效的和积极的土地管理工具，被用来 对小块土地的再分配以消除土地碎化的影响， 是农业发展成功的因素11。 在欧洲， Sherif Lusho， Dhimitr Papa12在土地碎化和整理、 Thomas Sikor 等13在土地分割 和耕地废弃方面对阿尔巴尼亚的田地改造进行了研究；Salvatore D i F alco 等14 通过对保加利亚土地整理进行实证研究，分析了农业生物多样性，耕种利润和土 地碎化之间的关系和相互作用；Rachel Sabates-Wheeler15基于阿尔巴尼亚、罗马 尼亚和保加利亚等东欧国家土地整理的实践和教训， 分析了自 20 世纪 90 年代以 来多元土地分割对土地整理的需要， 认为如果土地整理在短期或中期内取得成功， 国际发展组织和各国政府将对消除多元土地分割做出积极的反应。在亚洲，日本 土地整理的主要目的是通过土地交换、分割合并、土地开垦、地类转换及其区划 优化土地利用配置， 并将基础设施建设与居民地块调整相结合16； 韩国则利用基 础设施建设能带来相邻地段地价增值的原理， 对土地利用方式与土地收益分配进 行调整；我国台湾地区的农地重划，包括整理区选择、规划设计、土地分配、整 理资金、 权属调整等问题17， 主要目的是改进农地利用环境与提高耕地利用效能 和价值；对其他国家，Philip Oldenburg18研究了作为印度土地改革的农地整理， S.P. Burton19研究了土地整理是塞浦路斯农村改造的重要政策。 目前我国耕地分割碎化现象比较普遍，不利于集中连片进行农业生产，而且 中低产田占很大比例，不利于作物高产、稳产。Shuhao T an 等20分析了导致中 国土地分割的因素，并对江西省的 11 个村庄使用户级和村级数据来进行实证研 究，发现每个村庄的土地被分成不同的等级，每户根据家庭规模分配到不同等级 的土地，而且来自非农雇佣的收入和土地租赁市场与较低的土地分割相关，认为 如果现行村庄内部的土地分配原则不改变， 那么土地分割在中国仍可能保持较高 的水平， 并提出了降低土地分割的三项政策措施。 我国中低产田归并为八种类型， 其中粮食主产区的长江中下游、黄淮海地区、成都平原和东北区都存在不同程度 的中低产田21。张琳等22从食物安全保障角度分析了我国粮食生产能力的历史 变化，认为中低产田每年的粮食单产仅为高产田的 4060。李明秋等23根 据我国多年来中低产田改造的实践总结出， 如果将现有的中低产田初步改造一遍， 粮食增产潜力可达 20以上。另外，张正峰、陈百明24对我国土地整治潜力进 行了研究。 在投资决策研究中，首先采取事前评估法来选择适合进行田块改造的区域， 使有限的资金发挥最大作用。 关于农地适宜性选择的研究， 凌云川25分析了土地 适宜性评价的理论与方法，提出了评价因子的选取和因子权重的确定，刘忠秀、 第一章 绪 论 9 谢爱良26则以临沂市为例进行多目标土地适宜性评价的实证研究； 在评价方法上， 薛保山、 刘刚27对土地适宜性评价过程中的各种模型方法进行对比研究， 分析其 优缺点，T.R. Nisar Ahamed28等则建立了基于 GIS 的模糊隶属模型；罗罡辉、吴 次芳等29对土地整理的优先度评价及其应用进行了研究。 然后， 依据经济合理性 及技术可能性原则，应优先改造投入少、效益高的项目，达到投资少见效快的目 的。 王力等30对影响田地改造投资决策的因素进行分析与假设， 以投资收益最大 为目标，通过设立各种约束条件，建立了农田改造与水利设施配套工程建设规划 的数学模型，并通过一个实例分析进行了验证。 1.2.2 田地改造措施与方案设计研究 种粮田地改造主要是根据田块土壤的限制因素，按项目区建设集中投入、连 片治理，以治水改土为主要内容，建设旱涝保收、高产稳产农田3132。在田块 平整和土壤改良设计管理方面，许多学者结合实证研究对设计要求、改良措施和 方案评价进行了探讨，提出了田块规划设计、土地平整设计、土壤改良设计等方 面的理论与方法3334。 种粮田块平整设计管理对合理灌排、节约用水、改良土壤、保持水土以及提 高劳动生产率和机械作业效率等都起着十分重要的作用， 尤其在田块改造工程实 施后进行地面灌溉和机械耕作的地区，为了保证灌溉质量和便于机械操作，必须 采取科学的方法进行田块平整，以保证作物高产、稳产，提高土地产出能力35。 国内外对田块平整设计的研究主要体现在实施平整工程对土壤理化性质、 作物产 量和田地生态环境等的影响以及平整工程施工的技术措施和精细平整采用的新 技术等方面3637。李益农等38通过田间作物畦灌试验，提出了田面平整度对灌 溉效率、灌水均匀度、用水效率以及作物产量产生的影响，并确定了表层土壤质 地为壤土时， 田面平整度应不大于 2 ， Agarw39提出砂壤土为 3 ， Fangmeier40 研究认为中轻壤土质为 2 。此外，为了提高田块平整精度，李福祥、许迪、李 益农等对农田土地平整的常规机械平整方法和激光控制平地方法进行了技术适 用性研究和经济可行性分析4142，认为激光控制技术作为目前世界上最先进的 土地平整技术，在我国具有较好的实用推广价值和应用潜力，并且通过试验得出 常规平整方法能达到的最大平整精度是 3.4 ，而激光平地则是