不同灌溉形式下玉米全生產(chǎn)期投入產(chǎn)出與效益分析

李經(jīng)偉，申利剛，張文麗

(內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院， 呼和浩特，010020)

為了保障國家糧食安全和水資源安全，2011年由財(cái)政部、水利部和農(nóng)業(yè)部三部委發(fā)文支持在東北四省區(qū)開展節(jié)水增糧行動(dòng)，其中內(nèi)蒙古自治區(qū)落實(shí)節(jié)水增糧行動(dòng)任務(wù)53.33萬hm2，主要分布在東北四盟市(赤峰市、通遼市、興安盟和呼倫貝爾市)。項(xiàng)目區(qū)是中國玉米主產(chǎn)區(qū)之一[1]，當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥赖壬鷳B(tài)條件適合玉米的種植。項(xiàng)目區(qū)土地資源豐富，但是受水資源條件制約，耕地灌溉保證率偏低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力未能有效發(fā)揮。內(nèi)蒙古自治區(qū)節(jié)水增糧行動(dòng)項(xiàng)目旨在水土資源條件較好、群眾積極性較高、地方政府協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)的地區(qū)建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程[2]，在提高現(xiàn)有耕地灌溉保證率、糧食單產(chǎn)的同時(shí)壓減農(nóng)田灌溉水量。因此，準(zhǔn)確掌握不同高效節(jié)水灌溉形式投入產(chǎn)出及效益對(duì)節(jié)水、增糧指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)尤為重要。本文通過對(duì)“內(nèi)蒙古東部節(jié)水增糧高效灌溉技術(shù)集成研究與規(guī)?；痉俄?xiàng)目”的核心區(qū)和示范區(qū)現(xiàn)有的四種灌溉形式，即覆膜滴灌[3,4]、淺埋不覆膜滴灌(滴灌帶埋入表土下20～30 mm)、中心支軸式噴灌機(jī)噴灌[5,6](以下簡稱噴灌機(jī)噴灌)和低壓管道輸水灌溉[7,8]全生產(chǎn)期投入產(chǎn)出和節(jié)水量指標(biāo)進(jìn)行調(diào)研、數(shù)據(jù)整理和計(jì)算分析，探討適合在內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部地區(qū)大面積推廣的高效節(jié)水灌溉形式。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文中數(shù)據(jù)來源依托“內(nèi)蒙古東部節(jié)水增糧高效灌溉技術(shù)集成研究與規(guī)?；痉俄?xiàng)目”的核心試驗(yàn)區(qū)和示范區(qū)監(jiān)測(cè)和調(diào)研資料，核心試驗(yàn)區(qū)位于通遼市腰林毛都鎮(zhèn)南塔林艾勒嘎查(123°32′E， 44°32′N)，示范區(qū)位于通遼市腰林毛都鎮(zhèn)南塔林艾勒嘎查、西塔林艾勒嘎查和?？垫?zhèn)巨寶山村，核心試驗(yàn)區(qū)和示范區(qū)2014年種植作物均為玉米，核心區(qū)和示范區(qū)現(xiàn)有水澆地面積820 hm2，其中發(fā)展覆膜滴灌面積220 hm2，淺埋不覆膜滴灌面積60 hm2，噴灌機(jī)噴灌面積150 hm2，低壓管道輸水灌溉面積390 hm2。區(qū)域內(nèi)春季回暖快，多風(fēng)沙；夏季雨熱同步，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長。全年最高氣40.8 ℃，最低氣溫-25.1 ℃，降雨269.7 mm，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。中壤土，土壤密度為1.41 g/cm3，土壤1 m內(nèi)平均田間持水率為23.08%(質(zhì)量含水率)。

1.2 方法及內(nèi)容

本文為方便表達(dá)，將播種前的生產(chǎn)準(zhǔn)備期及作物全生育期定義為一個(gè)生產(chǎn)期。數(shù)據(jù)調(diào)研監(jiān)測(cè)資料開始于2014年4月11日，內(nèi)容為田間整地(旋耕)，結(jié)束于2014年10月5日完成測(cè)產(chǎn)。完整記錄不同灌溉形式全生產(chǎn)期投入產(chǎn)出和灌溉水量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)調(diào)研監(jiān)測(cè)方法采取入戶調(diào)查、市場(chǎng)調(diào)研和田間數(shù)據(jù)采集相結(jié)合。

為了清晰地表述各項(xiàng)指標(biāo)，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分為投入指標(biāo)、產(chǎn)出指標(biāo)和灌水量指標(biāo)，其中投入指標(biāo)劃分為全生產(chǎn)期機(jī)械人工使用指標(biāo)(不含灌水人工)、農(nóng)資及管材(件)使用量指標(biāo)和灌水費(fèi)用指標(biāo)，見表1～表3；產(chǎn)出指標(biāo)分為田間材料回收指標(biāo)、作物產(chǎn)量指標(biāo)和秸稈利用指標(biāo)，見表4；灌水量指標(biāo)見表3。在詳細(xì)統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)內(nèi)容后，通過Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

表1 不同灌溉形式全生產(chǎn)期機(jī)械人工使用量

表2 不同灌溉形式全生產(chǎn)期農(nóng)資及管材(件)使用量

表3 不同灌溉形式全生產(chǎn)期灌水次數(shù)、用電量及人工用量

表4 不同灌溉形式全生產(chǎn)期產(chǎn)出指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 投入指標(biāo)分析

根據(jù)不同投入指標(biāo)的市場(chǎng)單價(jià)，結(jié)合調(diào)研數(shù)據(jù)計(jì)算得到覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉各分項(xiàng)指標(biāo)及全生產(chǎn)期的總投入，見表5～表8。

表5 不同灌溉形式全生產(chǎn)期機(jī)械人工費(fèi)用 元/hm2

表6 不同灌溉形式全生產(chǎn)期農(nóng)資及管材費(fèi)用 元/hm2

表7 不同灌溉形式全生產(chǎn)期電費(fèi)及人工費(fèi)用 元/hm2

表8 不同灌溉形式全生產(chǎn)期總費(fèi)用 元/hm2

從全生產(chǎn)期總投入分析，覆膜滴灌投入最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為低壓管道輸水灌溉，噴灌機(jī)噴灌最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、低壓管道輸水灌溉費(fèi)用分別是噴灌機(jī)噴灌費(fèi)用的147.57%、123.93%和115.04%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌田間材料費(fèi)明顯高于低壓管道輸水灌溉和噴灌機(jī)噴灌；②低壓管道輸水灌溉電費(fèi)人工費(fèi)明顯高于其他3種灌溉形式；③噴灌機(jī)噴灌未考慮設(shè)備初期的一次性投入和后期的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，此處統(tǒng)計(jì)投入僅為在作物一個(gè)生產(chǎn)期的日常費(fèi)用。

從全生產(chǎn)期機(jī)械人工使用指標(biāo)(不含灌水人工)投入分析，覆膜滴灌費(fèi)用最高，淺埋不覆膜滴灌費(fèi)用次之，噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉費(fèi)用最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌費(fèi)用分別是噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉費(fèi)用的133.33%和103.33%。分析其原因主要為：①為避免鋪膜時(shí)劃傷農(nóng)膜，覆膜滴灌區(qū)需要進(jìn)行旋耕2遍；②播種時(shí)，覆膜滴灌和淺埋不覆膜滴灌區(qū)考慮覆膜、鋪帶的影響，播種效率明顯較噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉低，增加了部分投資。

從農(nóng)資及管材(件)使用量指標(biāo)投入分析，覆膜滴灌費(fèi)用最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機(jī)噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌費(fèi)用分別是低壓管道輸水灌溉費(fèi)用的181.7%、157.92%和109.14%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌每年需更新田間材料及設(shè)備易損配件；②覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌采用氣吸式精量播種機(jī)，雖然籽種用量較噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉偏少，但籽種費(fèi)用所占比重較小。

從灌水費(fèi)用指標(biāo)投入分析，覆膜滴灌費(fèi)用最低，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機(jī)噴灌，低壓管道輸水灌溉最高，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌費(fèi)用分別是低壓管道輸水灌溉費(fèi)用的18.2%、20.15%和22.11%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌均能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)灌溉，啟泵后灌溉水直接作用于作物，同時(shí)提高了灌溉水利用系數(shù)，灌溉定額較低壓管道輸水灌溉明顯減少，相應(yīng)降低了灌溉動(dòng)力費(fèi)用；②低壓管道輸水灌溉雖然布設(shè)了給水栓，但是田間仍需要人工鋪設(shè)水帶(小白龍)進(jìn)行灌溉，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人工費(fèi)用較高。

2.2 產(chǎn)出指標(biāo)分析

根據(jù)不同產(chǎn)出指標(biāo)的市場(chǎng)單價(jià)，結(jié)合調(diào)研數(shù)據(jù)計(jì)算得到覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉各分項(xiàng)指標(biāo)及全生產(chǎn)期的總產(chǎn)出，見表9。

表9 不同灌溉形式全生產(chǎn)期總產(chǎn)出 元/hm2

從全生產(chǎn)期總產(chǎn)出分析，覆膜滴灌產(chǎn)出最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機(jī)噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌產(chǎn)出分別是低壓管道輸水灌溉產(chǎn)出的124.88%、117.33%和107.55%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)灌溉和水肥一體化，灌水均勻度、灌溉保證率、肥料利用率均得到了有效提高，作物產(chǎn)量明顯增加；②覆膜滴灌在作物生育前期保水、保墑、提高低溫功能顯著，出苗率較高，作物產(chǎn)量、產(chǎn)值最大；③覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌前期田間支管、滴灌帶回收增加部分收益。

2.3 灌水量指標(biāo)分析

灌水量指標(biāo)是衡量一種灌溉形式灌水效率的主要依據(jù)。由表3灌水頻次及用量指標(biāo)分析，覆膜滴灌灌水量少，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機(jī)噴灌，低壓管道輸水灌溉最多，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌灌水量分別是低壓管道輸水灌溉灌水量的58.33%、64.58%和70.83%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌和噴灌機(jī)噴灌能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉水直接作用于作物，減少了田間輸水損失，灌溉水利用系數(shù)較低壓管道輸水灌溉有所提高；②覆膜滴灌采用農(nóng)膜覆蓋，減少了郁閉前作物的棵間蒸發(fā)量，無效損失減少；③淺埋不覆膜滴灌雖然沒有農(nóng)膜覆蓋，但是滴灌帶是淺埋于表土2～3 cm以下，且屬于局部濕潤灌溉，減少了露地的棵間蒸發(fā)量，灌水量仍然較全濕潤灌溉的噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉偏少。

2.4 效益分析

對(duì)比不同灌溉形式全生產(chǎn)期效益(即投入產(chǎn)出差值)，覆膜滴灌效益最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機(jī)噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，分別為13 369、13 328、12 928和10 800元/hm2，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌全生產(chǎn)期效益分別是低壓管道輸水灌溉效益的123.78%、123.4%和119.7%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌和噴灌機(jī)噴灌雖然在田間材料指標(biāo)上較低壓管道輸水灌溉增加了部分投入，但是前3種灌溉形式能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、充分灌溉和水肥一體化，作物產(chǎn)量上明顯提高，效益增加顯著；②覆膜滴灌和淺埋不覆膜滴灌效益差異不明顯，主要為覆膜滴灌增加的旋地、播種和農(nóng)膜的費(fèi)用與二者之間籽粒產(chǎn)值基本抵消。

3 結(jié) 論

本文將覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉4種灌溉形式全生產(chǎn)期劃分為投入、產(chǎn)出和灌溉水量3個(gè)主要指標(biāo)，并根據(jù)各主要指標(biāo)實(shí)際發(fā)生的內(nèi)容進(jìn)行指標(biāo)細(xì)化。對(duì)各細(xì)化指標(biāo)分析得到如下結(jié)論。

按照投入指標(biāo)分析(僅考慮一個(gè)生產(chǎn)期內(nèi)投資)，由高到低分別為覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、低壓管道輸水灌溉、噴灌機(jī)噴灌；按照產(chǎn)出指標(biāo)分析，由高到低分別為覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機(jī)噴灌、低壓管道輸水灌溉；按照灌溉水量指標(biāo)分析，由高到低分別為低壓管道輸水灌溉、噴灌機(jī)噴灌、淺埋不覆膜滴灌、覆膜滴灌。

對(duì)比選取的4種灌溉形式，覆膜滴灌效益最高，但是現(xiàn)有條件下田間農(nóng)膜清除率仍無法保障，持續(xù)發(fā)展覆膜滴灌勢(shì)必對(duì)耕地造成無法挽回的破壞[9,10]；噴灌機(jī)噴灌受地形條件制約[11]，并且工作時(shí)同時(shí)灌溉面積較大、設(shè)備一次性投入較高，在耕地集約化程度較低、自籌能力較差的農(nóng)作區(qū)大面積推廣難度很大；低壓管道輸水灌溉灌水量較大、人工成本較高、產(chǎn)量低，與國家節(jié)約水資源、解放勞動(dòng)力、增加農(nóng)民收入的總體思想相矛盾；淺埋不覆膜滴灌雖然投入指標(biāo)較噴灌機(jī)噴灌和低壓管道輸水灌溉偏高，在產(chǎn)出指標(biāo)較覆膜滴灌偏低，但是綜合環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益總體分析，其效果是4種灌溉形式中最優(yōu)的。建議可在內(nèi)蒙古赤峰市、通遼市和興安盟部分地區(qū)降水量為250～400 mm的玉米種植區(qū)適度推廣淺埋不覆膜滴灌。

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