省區(qū)尺度的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)計算與分析

王 靜，于 洋，孫 磊

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021；

2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

省區(qū)尺度的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)計算與分析

王 靜1，于 洋2，孫 磊1

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021；

2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

糧食生產(chǎn)是多種因素共同作用的結(jié)果，確定各個因子的貢獻率是一項十分復(fù)雜的工作，文中僅僅從宏觀經(jīng)濟角度進行了初步探討。灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)是評價灌溉工程經(jīng)濟效益和進行灌溉工程投資決策的重要參數(shù)，將C-D生產(chǎn)函數(shù)應(yīng)用于省區(qū)尺度的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)計算，得出的是一個多年平均值。通過計算與分析發(fā)現(xiàn)灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)呈現(xiàn)明顯的地域特征，并與降雨關(guān)系密切。

灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)；C-D生產(chǎn)函數(shù)；降雨量；省區(qū)

文章選擇在省區(qū)尺度進行C-D生產(chǎn)函數(shù)的應(yīng)用與驗證，也為決策部門從更為宏觀的角度了解各省區(qū)的灌溉發(fā)展情況，以及為灌溉對不同地區(qū)作物生產(chǎn)的影響狀態(tài)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)收集

1.1 樣本選取

有鑒于各省的實際糧食生產(chǎn)情況，樣本選取時，考慮到西藏自治區(qū)統(tǒng)計資料中的相關(guān)數(shù)據(jù)較少，不完備，無法進行模型計算；臺灣省無相關(guān)資料；4個直轄市由于其主要以非第一產(chǎn)業(yè)為主，且地理位置與周邊省區(qū)很接近，所以，除了上述2?。▍^(qū)）、4市外，絕大部分?。▍^(qū)）均有樣本。同時，數(shù)據(jù)系列至少為10年，也保證了其數(shù)據(jù)及統(tǒng)計的穩(wěn)定性。

1.2 數(shù)據(jù)類型及來源

省區(qū)數(shù)據(jù)資料，全部來源于各省區(qū)的統(tǒng)計年鑒，多數(shù)查閱了1985年至2008年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要影響因子及各省區(qū)實際統(tǒng)計年鑒的多項農(nóng)業(yè)統(tǒng)計因素，在文中的計算采用以下項目數(shù)據(jù)：全省的農(nóng)業(yè)機械使用量（104kW）、有效灌溉面積（103hm2）、化肥用量（104t）、播種面積（103hm2）這幾項。

1.3 數(shù)據(jù)分析

初期統(tǒng)計的資料多為1985年至2008年的數(shù)據(jù)，但是利用SPSS軟件對省區(qū)數(shù)據(jù)進行整體分析后，發(fā)現(xiàn)有些省區(qū)1995年以前的統(tǒng)計資料數(shù)一致性較小，就對資料中的某些不合理點進行了剔除，以保證后續(xù)計算的合理。

2 省區(qū)尺度計算結(jié)果

2.1 灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)計算

文章用C-D生產(chǎn)函數(shù)模型方法計算26個省（區(qū)）的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)。

首先求出各項因子之間的關(guān)系，用到式（1）及簡化后的模型式（2）：

式中：Y——全省主要糧食作物產(chǎn)量，104t；X1——全省農(nóng)業(yè)機械使用量，104kW；X2——全省有效灌溉面積，103hm2；X3——全省化肥用量，104t；X4——全省播種面積，103hm2；bN——各因素彈性系數(shù)。

其中，當(dāng)i=2時，ε2即為灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)。

2.2 計算結(jié)果

用C-D生產(chǎn)函數(shù)計算與驗證各省區(qū)灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)的計算結(jié)果如表1所示。

表1 全國各省ε值及R2

我國不同省區(qū)利用C-D生產(chǎn)函數(shù)模型計算的R2在0.80之上，說明C-D生產(chǎn)函數(shù)的模擬與驗證是合理的，計算的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)的范圍在0.088～0.661之間，其特性需要進一步分析。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 分區(qū)域結(jié)果分析

利用C-D函數(shù)模型，計算省區(qū)灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)呈現(xiàn)區(qū)域特性。

1）東北地區(qū)為溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，覆蓋松花江流域、黑龍江流域及遼河三大流域，主要種植水稻及玉米，灌溉多以地面渠灌為主。全地區(qū)ε在0.138～0.298之間，其中，黑龍江省與遼寧省已基本達到平衡狀態(tài)。這從統(tǒng)計數(shù)據(jù)的變化浮動一致性，以及變化幅度一致性可以得出。對于這兩省來說，灌溉主要起著保障作物生產(chǎn)的基本作用，促進作用已不如灌溉前期明顯。對于吉林省來說，灌溉對于作物的促進作用還處于上升階段。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，每個因子的改變也會使作物產(chǎn)出變化浮動明顯，很顯然，各項因子對于作物產(chǎn)出的作用都還處于變化階段。而且，每增加一個灌溉單位，作物產(chǎn)量都會有很大的提高，灌溉的作用還處于波動時期，不穩(wěn)定。分析數(shù)據(jù)的趨勢，通過模型計算可以發(fā)現(xiàn)該省的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)值還會隨著灌溉的發(fā)展而增加，在ε上升到一個階段后達到平衡，屆時各項農(nóng)業(yè)影響因子的作用也會趨于平穩(wěn)。

2）西北地區(qū)多屬于溫帶大陸性氣候，主要覆蓋黃河流域、塔里木河流域兩大流域，以種植小麥、玉米為主，除新疆地區(qū)以滴灌為主，其他地方灌溉多為地面渠灌。全地區(qū)ε在0.192～0.415之間，其中，新疆維吾爾自治區(qū)與甘肅省灌溉對作物的貢獻作用還處于波動期，在經(jīng)過發(fā)展之后尚能達到穩(wěn)定狀態(tài)，會出現(xiàn)先上升穩(wěn)定之后略有回降的情形，但變化幅度不會很大；對寧夏回族自治區(qū)來說，灌溉對作物的促進作用仍處于強烈上升期，單位灌溉面積的增加會使作物產(chǎn)量增加明顯，其ε值還將在增大之后才能達到穩(wěn)定，按其現(xiàn)在趨勢分析，增幅將會較大；陜西省與青海省已基本達到平衡狀態(tài)，各項因素波動較小，灌溉主要起著保障作物生產(chǎn)的基本作用。西北區(qū)屬于我國的干旱區(qū)，對于多數(shù)地區(qū)來說，灌溉是保障作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其它農(nóng)業(yè)措施的實施與改進也只有在保障灌溉的前提下才能得以施展，所以做好灌溉工作是作物生產(chǎn)增收增效的基礎(chǔ)與保障。考慮到該地區(qū)地面蒸發(fā)嚴(yán)重，采用節(jié)水的微灌技術(shù)是較為高效的灌溉形式。隨著灌溉的進一步發(fā)展，干旱區(qū)的土壤物理環(huán)境會有較大的改良，這對于防風(fēng)固沙與水土保持工作的開展非常有利，這就使得該區(qū)的灌溉工作意義非凡。

3）華北地區(qū)多為溫帶季風(fēng)氣候，主要覆蓋黃河及海河兩大流域，以種植小麥及玉米為主，灌溉多為地面渠灌。全地區(qū)ε在0.200～0.453之間，其中，河北省和山西省，灌溉對作物的生產(chǎn)貢獻較為穩(wěn)定，基本達到平衡狀態(tài)；河南省與內(nèi)蒙古自治區(qū)灌溉對于作物的作用處于上升期，尚未到達平衡狀態(tài)。華北區(qū)是我國重要的小麥等糧食生產(chǎn)基地，保障糧食作物的穩(wěn)產(chǎn)增收意義重大。黃河貫穿整個華北區(qū)，協(xié)調(diào)好各地用水及灌溉與其他行業(yè)用水間的關(guān)系對于合理利用黃河水資源，提高用水效率關(guān)系重大。為此，該地區(qū)的灌溉也應(yīng)以發(fā)展節(jié)水灌溉為主要任務(wù)。

4）華東地區(qū)主要為沿海季風(fēng)氣候，覆蓋長江流域、淮河流域及黃河三大流域，主要種植水稻、玉米及小麥，灌溉多以地面渠灌為主。全地區(qū)ε在 0.095～0.470之間，其中，山東省、江蘇省、福建省、浙江省，各項因子之于作物產(chǎn)量的波動較為平穩(wěn)，灌溉對作物生產(chǎn)的貢獻穩(wěn)定，已經(jīng)基本起到保障作物穩(wěn)定生產(chǎn)的作用；對安徽省來說，通過模型計算發(fā)現(xiàn)各因子與作物產(chǎn)量間的關(guān)系尚不穩(wěn)定。伴隨著其他農(nóng)業(yè)因素的快速發(fā)展，灌溉對于作物生產(chǎn)的作用也處于快速上升期，在達到穩(wěn)定的狀態(tài)之前，其ε會有較大幅度下降；江西省，由于其季節(jié)性干旱現(xiàn)象較為嚴(yán)重，灌溉對作物的生產(chǎn)仍有明顯的促進作用，而分析全省統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，灌溉對作物生產(chǎn)的促進作用還處于上升期，尚未達到平衡狀態(tài)。該地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展較快，在經(jīng)濟良好發(fā)展的同時也應(yīng)保障糧食作物的生產(chǎn)安全，保障灌溉工作的順利開展。

5）華南地區(qū)多為濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候，覆蓋長江及珠江兩大流域眾多水系及海南島諸河系，主要種植水稻，灌溉多以地面渠灌為主。全地區(qū)ε在0.088～0.274之間，其中，對廣西壯族自治區(qū)、湖南省、湖北省及海南省來說，各項農(nóng)業(yè)因子與作物產(chǎn)出之間波動較小，灌溉與作物之間已基本達到平衡狀態(tài)，灌溉對作物生產(chǎn)主要起著基礎(chǔ)的保障作用。而這幾省區(qū)，由于地處長江流域，自行取用水較為方便，相應(yīng)的灌溉收費較低，單純從灌溉收費方面并不能正確的反映灌溉的實際價值；廣東省由于地理位置關(guān)系，省內(nèi)降雨時空不均現(xiàn)象明顯，各項農(nóng)業(yè)因子變化波動也較大，現(xiàn)在正處于灌溉對作物促進作用的上升期，尚不穩(wěn)定。但從其總體發(fā)展趨勢可以看出，在達到平穩(wěn)狀態(tài)之前ε還會有較大幅度下降?？傮w看來，該地區(qū)是我國水稻主產(chǎn)區(qū)，地區(qū)水量較為豐富，需要注意的是季節(jié)性的干旱問題，不應(yīng)忽視灌溉工作。

6）西南地區(qū)多為亞熱帶季風(fēng)氣候，覆蓋長江流域、西南諸河流域的眾多水系，主要種植水稻及玉米，灌溉多以地面渠灌為主。全地區(qū)ε在0.229～ 0.661之間，其中，對四川省與云南省來說，灌溉對作物的促進作用，屬于快速上升階段，每單位的灌溉面積增加會使作物產(chǎn)出增加明顯，但在達到穩(wěn)定狀態(tài)之前ε將會有較大滑落。尤其是云南省，季節(jié)性干旱較為嚴(yán)重，而且省區(qū)內(nèi)多為梯田，應(yīng)多加考慮灌溉方式，節(jié)約水資源。貴州省，雖降雨較多，但時空分布不均勻，且常有干旱現(xiàn)象發(fā)生，灌溉對作物的促進作用處于上升期，尚未達到平衡狀態(tài)。

2.3.2 水稻種植區(qū)結(jié)果分析

水稻的種植區(qū)域范圍較廣且差異性較大，在此對全國水稻種植區(qū)省區(qū)尺度計算的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)進行分析，其各項數(shù)據(jù)如表2所示，分析該表得出如下結(jié)論。

表2 全國省區(qū)尺度水稻灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)表

1）全國水稻主要種植區(qū)為長江以南地區(qū)以及東北三省地區(qū)，各地區(qū)種植綜合條件差異性很大；

2）東北地區(qū)的吉林省與遼寧省，降雨量雖遠小于南方地區(qū)，其ε灌卻并不是很大，這與其一年兩個汛期——春汛和夏汛有關(guān)。尤其春汛，可以有效緩解水稻種植前期的旱情。而黑龍江省，自1998年之后，松花江的水位就偏低，干旱情況較為嚴(yán)重，灌溉對于作物生長的促進與保障作用較顯著。

3）海南、廣西、福建等省與轄地灌區(qū)ε灌都低于0.1，這與全國規(guī)范中訂立的ε灌＞0.2不相符合。分析原因：一方面這3個地區(qū)降雨量都很豐富且較為均勻，灌溉量相對來說要小；另一方面，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，這3個地區(qū)對于灌溉費用的收取一直較低，在模型計算中，其值就會偏低。

4）云南省ε灌過大，云南省2010年的春季干旱也表明了西南地區(qū)一直存在著比較嚴(yán)重的季節(jié)性干旱問題。而且云南省多為丘陵，水稻梯田種植，灌溉與不灌溉對作物產(chǎn)量影響較大，所以值大也正常。但是，從C-D生產(chǎn)函數(shù)的計算中可以看出，其更主要原因是，云南省處于灌溉發(fā)展的快速時期，在達到平穩(wěn)狀態(tài)之前還會下降很多，其最終的ε灌應(yīng)與其轄地灌區(qū)相類似，在0.3左右。其他省區(qū)與灌區(qū)水稻都在0.35以下，這也再次說明，規(guī)范中ε灌＜0.6的范圍有待商榷。

我國種植水稻地區(qū)差異很大，其灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)值差異性也很大，不能一概而論。灌區(qū)好的發(fā)展經(jīng)驗可以在全省借鑒與推廣，使各地區(qū)的灌溉發(fā)展更為成熟，使作物生產(chǎn)穩(wěn)中有增，實現(xiàn)良性循環(huán)發(fā)展。

3 省區(qū)的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)與降雨量的關(guān)系

各省值計算結(jié)果不同，除有年份段不一樣外，還與降雨量的不同有著密切的關(guān)系，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 各省灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)與降雨量關(guān)系圖

從圖1可以看出：

1）ε省＜0.15的7個省份中，只有1個省份的多年平均降雨量P＜1 000 mm，其余6個省份的多年平均降雨量P＞1 000 mm。那一省份即為吉林省，吉林省降雨不勻，多年平均降雨量400 mm＜P＜900 mm，且該省的灌溉事業(yè)還處于上升期，其灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)還會增大。在這個范圍內(nèi)，降雨量越大ε越小的趨勢較為明顯。

2）0.15 ＜ε?。?.3的13個省份中，只有2個省份的多年平均降雨量P＞1 000 mm，其余11個省份的多年平均降雨量皆小于1 000 mm。這兩個省份為廣東與貴州，這2個省份的降雨不均且旱季缺水嚴(yán)重，所以灌溉對作物的生產(chǎn)有很大作用，生產(chǎn)中不應(yīng)忽視灌溉的作用。這一范圍內(nèi)，降雨與ε的關(guān)系較為平穩(wěn)。

3）0.3 ＜ε?。?.5的4個省份，皆為多年平均降雨量P＜750 mm，此段較為平緩。

4）ε?。?.5的省份只有1個即云南省，其多年平均降雨量P＞1 000 mm，主要由于云南省的灌溉事業(yè)處于快速發(fā)展期，各因子與作物之間的關(guān)系不穩(wěn)定，波動較大，在其產(chǎn)出投入關(guān)系平穩(wěn)之前，ε會有較大下降；其次云南降雨不均，季節(jié)干旱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，灌溉意義重大。

總體上看來，降雨量的多少與灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)之間是有著關(guān)系的，降雨量P越小ε有增大的趨勢，但是這也是要具體分析，并不能一概而論，降雨量多但是不均勻而造成的干旱現(xiàn)象也應(yīng)引起注意。

通過上述分析，去除云南省和廣東省2個特殊點，對剩余的數(shù)據(jù)點進行方程擬合，其結(jié)果如圖2所示。由擬合方程可以看出，省區(qū)尺度的灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)與降雨量擬合趨勢較好。

圖2 各省灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)與降雨量擬合曲線圖

4 結(jié)論與建議

糧食生產(chǎn)是多種因素共同作用的結(jié)果，確定各個因子的貢獻率是一項十分復(fù)雜的工作，文章僅僅從宏觀經(jīng)濟角度和省區(qū)的大尺度進行了初步探討，樣本偏少、區(qū)域過大。實際上針對不同降雨年型、不同作物、不同灌溉形式等等，其灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)也不一樣。因此，下一步分析中要考慮更多因素、細化區(qū)域，針對不同作物、不同灌溉形式，建立包括農(nóng)業(yè)投入、技術(shù)水平、管理水平、土地生產(chǎn)能力、氣候（溫度升高、降雨）等因子的糧食產(chǎn)量影響評價模型。同時，要按照灌溉試驗規(guī)范，在全國范圍內(nèi)連續(xù)多年開展灌溉效益分?jǐn)傁禂?shù)試驗，以檢驗?zāi)Ｐ汀?/p>

S27 < class="emphasis_bold"> ［文獻標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）09—0056—04

2017-06-06