新疆奇臺(tái)縣中葛根流域小麥不同節(jié)水技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果研究

吳玉秀 王苗

摘要：通過對(duì)新疆奇臺(tái)縣中葛根流域小麥利用大首部自壓、塘壩加壓、自動(dòng)化3種滴灌技術(shù)及地面灌處理（對(duì)照）后的產(chǎn)量、水分利用效率及成本收益率進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，小麥在運(yùn)用3種節(jié)水技術(shù)后產(chǎn)量均顯著高于地面灌處理，其中自動(dòng)化滴灌技術(shù)產(chǎn)量顯著高于大首部自壓及地面灌，水分利用效率自動(dòng)化滴灌技術(shù)也顯著高于其他兩種節(jié)水技術(shù)，但是從成本收益率而言，塘壩加壓滴灌技術(shù)優(yōu)于自動(dòng)化滴灌技術(shù)。采用高效節(jié)水技術(shù)對(duì)于保障昌吉州奇臺(tái)縣小麥穩(wěn)產(chǎn)增收具有重要意義。

關(guān)鍵詞：小麥;節(jié)水技術(shù);產(chǎn)量;水分利用效率;成本收益率

中圖分類號(hào)：S275? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）20-0190-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.045? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on economic effects of different water saving techniques in wheat

in Zhonggegen valley of Qitai county of Xinjiang

WU Yu-xiu，WANG Miao

（Xinjiang Agricultural Vocational Technical College，Changji 831100，Xinjiang，China）

Abstract： The yield， water use efficiency and cost-benefit ratio of wheat under the use of large head self-pressure， pond dam pressurization and automatic drip irrigation technology and ground irrigation（CK） in Zhonggegen valley of Qitai county， Xinjiang were compared. The results showed that the yield of wheat after using three water-saving technologies was significantly higher than that of ground irrigation. The output of automatic drip irrigation technology was significantly higher than that of large head self-pressure and ground irrigation. The automatic drip irrigation technology of water use efficiency was also significantly higher than the other two. However， in terms of cost-benefit ratio， pond dam pressurization drip irrigation technology is superior to automatic drip irrigation technology. The use of high-efficiency water-saving technology is of great significance for ensuring stable wheat yield and income increase in Qitai county， Changji prefecture.

Key words： wheat; water-saving technology; yield; water use efficiency; cost-benefit ratio

新疆總用水量的92.87%都用于農(nóng)田灌溉，新疆昌吉州地處準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，全州常年有水的河流有36條。2016年地表水資源可利用量2.48×109 m3，其中州屬1.96×109 m3，人均擁有地表水僅為1 597 m3;地下水可開采量為1.19×109 m3，其中州屬9.13×108 m3，是全疆最缺水的3個(gè)地州之一。農(nóng)業(yè)灌溉是昌吉州的用水“大戶”，占全州總用水量的94.4%，新疆昌吉州奇臺(tái)縣年均總用水量7.44×108 m3，其中農(nóng)業(yè)用水量7.20×108 m3，占總用水量的96.77%，高于全疆和全州水平，說明昌吉州和奇臺(tái)縣的農(nóng)業(yè)用水所占比例較高，而灌溉水利用系數(shù)卻僅為0.54，造成農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，水資源利用效率低，從側(cè)面反映新疆農(nóng)業(yè)節(jié)水提升空間較大[1]。

新疆自20世紀(jì)90年代引入滴灌技術(shù)后，節(jié)水灌溉農(nóng)田面積逐年增加，截至2016年新疆高標(biāo)準(zhǔn)灌溉農(nóng)田面積達(dá)到3.33×106 hm2左右，采用高效節(jié)水技術(shù)有助于水資源的高效利用及作物產(chǎn)出效益的提升，同時(shí)也提高了農(nóng)田灌溉水的有效利用系數(shù)[2-9]。Panda等[10]通過合理減少小麥的灌溉水量降低小麥的耗水量，從而提高小麥的水分利用效率。姜小鳳等[11]研究表明，合理的水分條件能提高小麥旗葉的氮素代謝能力，令旗葉硝態(tài)氮合成氨基酸或蛋白質(zhì)，從而將小麥的抗旱能力增強(qiáng)。譚念童等[12]研究表明，高頻灌溉可以降低土壤含水率的波動(dòng)頻率，增加灌水頻次更有利于小麥對(duì)水分的吸收和利用。高效節(jié)水滴灌技術(shù)更有利于對(duì)灌溉水量及灌水頻次的控制，從而提高小麥的產(chǎn)量及水分利用效率。目前，隨著計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用與普及，為了提高水資源利用效率，提升灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少人力物力的資金投入，許多國(guó)家都開始積極探索農(nóng)業(yè)智能灌溉的自動(dòng)化技術(shù)[13]。張建豐[14]通過對(duì)多功能網(wǎng)絡(luò)式自動(dòng)化系統(tǒng)的研究，根據(jù)土壤濕度以及氣象指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化灌溉，并實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化灌溉。王昕等[15]以兩個(gè)深度土層的含水率為研究對(duì)象，分析探討了其在不同作物、不同生育期及不同土壤類型中的規(guī)律。研究表明，0～100 cm土層與20～60 cm土層土壤含水率具有相關(guān)性，可滿足作物宏觀測(cè)報(bào)的精度要求。諸葛玉平等[16]以控制番茄灌水上下限開展試驗(yàn)研究，結(jié)果表明灌水控制上限固定設(shè)為6 kPa時(shí)，其灌水控制下限根據(jù)不同生育期階段設(shè)置在25～40 kPa，能夠獲得較高的水分生產(chǎn)效率和番茄產(chǎn)量，這充分說明利用自動(dòng)化灌溉必要的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的灌溉，可以有效提升作物的產(chǎn)量。

農(nóng)業(yè)節(jié)水效益評(píng)價(jià)是指在某時(shí)間段內(nèi)，對(duì)某一地區(qū)或者某一流域節(jié)水模式的效益、水資源利用效率和生態(tài)平衡等方面進(jìn)行科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)綜合效果進(jìn)行定量化表示。ICEASE通過評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行成本最優(yōu)化選擇進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估的內(nèi)容包括節(jié)水系統(tǒng)選擇、動(dòng)力選擇、系統(tǒng)效率的變化對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生的影響、采用不同水質(zhì)的灌溉成本評(píng)價(jià)以及確定某一段時(shí)間內(nèi)節(jié)灌系統(tǒng)燃料價(jià)格變化情況年成本運(yùn)轉(zhuǎn)問題[17]。Rodríguez等[18]通過研究西班牙旱作農(nóng)業(yè)區(qū)高效灌溉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，提出了適合該地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)綜合效益的評(píng)價(jià)方法，其基本原理是通過比較分析旱作農(nóng)業(yè)區(qū)在相同的自然條件下是否采用節(jié)水灌溉技術(shù)兩種情況下的生產(chǎn)成本與產(chǎn)出效益，來估算高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。吳旭春等[19]針對(duì)新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)水資源均衡利用的要求，結(jié)合新疆灌溉農(nóng)業(yè)取得的成就，對(duì)新疆農(nóng)業(yè)灌區(qū)的節(jié)水現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并從地表水可利用量、平原水庫(kù)增蓄水潛力、輸水系統(tǒng)節(jié)水潛力及田間灌溉節(jié)水潛力等4個(gè)方面對(duì)該區(qū)域灌溉用水節(jié)水潛力進(jìn)行了更為細(xì)致的探討。該研究指出新疆在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用水總量保持不變的情況下，通過高效節(jié)水灌溉工程等措施能實(shí)現(xiàn)總灌溉面積增加0.7萬hm2的目標(biāo)。本研究對(duì)新疆奇臺(tái)縣中葛根流域主要作物小麥在3種高效節(jié)水灌溉技術(shù)運(yùn)行下的經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行分析，為該流域小麥實(shí)現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)高效的節(jié)水灌溉技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

1? 研究區(qū)概況

中葛根河是奇臺(tái)縣的第二大河，全長(zhǎng)60余千米，其中山區(qū)河段與平原河段各占一半。地處東經(jīng)89°13′—91°22′，北緯43°25′—45°29′。該流域多年平均氣溫13.0 ℃，極端最高氣溫33.7 ℃，極端最低氣溫-32.9 ℃，多年平均降水量422.25 mm，多年平均蒸發(fā)量1 535.1 mm（20 cm口徑蒸發(fā)皿）。多年平均最大風(fēng)速20 m/s，多年平均風(fēng)速2.7 m/s，最大凍土深度1.41 m，最大積雪深度41.9 cm。中葛根流域用水主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，是奇臺(tái)縣主要的經(jīng)濟(jì)玉米主產(chǎn)區(qū)，主要以小麥、制種玉米、食葵、雜交玉米等作物種植為主。

1.1? 中葛根流域作物種植結(jié)構(gòu)

中葛根流域占地面積為28 440 hm2，流域內(nèi)適宜種植小麥、大麥、玉米、食葵等農(nóng)作物。2016年農(nóng)作物種植面積19 740 hm2（包括復(fù)播面積2 866.7 hm2），農(nóng)作物總產(chǎn)量3.227×105 t，其中糧食作物種植面積16 620 hm2（包含復(fù)播面積100 hm2），糧食作物總產(chǎn)量1.081×105 t。該流域主要是以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，特別是以小麥為主的糧食生產(chǎn)是流域優(yōu)勢(shì)。作物種植結(jié)構(gòu)情況見表1。

1.2? 中葛根流域小麥生育期實(shí)際灌水情況

2016年中葛根流域示范區(qū)小麥在不同節(jié)水灌溉技術(shù)下的灌水量稍有不同，大首部自壓滴灌技術(shù)和塘壩加壓滴灌技術(shù)灌水量為350 m3/667 m2，自動(dòng)化滴灌技術(shù)灌水量為330 m3/667 m2，灌水次數(shù)大首部自壓滴灌技術(shù)為6次，塘壩加壓滴灌技術(shù)及自動(dòng)化滴灌技術(shù)模式均為7次。

2? 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1? 實(shí)地走訪調(diào)查法

為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，對(duì)新疆奇臺(tái)縣中葛根流域所在的大型農(nóng)作物示范區(qū)進(jìn)行調(diào)查。通過對(duì)奇臺(tái)縣中葛根流域的營(yíng)盤灘村、半截溝大隊(duì)、川壩、良種場(chǎng)、老葛根、中葛根、大莊子村等的258戶種植戶進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，獲取小麥、玉米及食葵等主要作物的節(jié)水工程投資費(fèi)用等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過填寫問卷、訪談的方式獲取當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物種植大戶種植成本、節(jié)灌投入、運(yùn)行管理投入及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。

2.2? 經(jīng)濟(jì)類效果指標(biāo)

對(duì)農(nóng)作物不同節(jié)灌技術(shù)下的水分生產(chǎn)率、成本收益率等經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.1? 水分生產(chǎn)效益? 水分生產(chǎn)效益又稱為水分生產(chǎn)率，是在某種節(jié)水灌溉技術(shù)模式下，在生產(chǎn)期內(nèi)單位水資源消耗量所獲得的農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)值。它是反映水量的投入產(chǎn)出效率，衡量節(jié)水灌溉效果的重要指標(biāo)之一，是國(guó)際上通用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

水分生產(chǎn)率是作物整個(gè)灌溉期的產(chǎn)值與灌水量之間的比值。具體計(jì)算公式為：

WUE=AR/AW

式中，WUE表示采用高效節(jié)水灌溉技術(shù)模式下的水分生產(chǎn)率;AR表示單位面積作物產(chǎn)值;AW表示單位面積作物灌水量。

2.2.2? 成本收益率? 成本收益率是指某種作物生產(chǎn)成本與收益之比，是以差額-比值法表示的成本收益指標(biāo)。成本收益率具體計(jì)算公式為：

r=×100%

式中，r表示成本收益率;ATR表示節(jié)水技術(shù)控制系統(tǒng)面積上種植作物單位面積產(chǎn)值;ATC表示節(jié)水技術(shù)控制系統(tǒng)面積上種植單位面積成本。

2.3? 數(shù)據(jù)來源與處理

研究采用的數(shù)據(jù)來自于中葛根流域輻射的營(yíng)盤灘村、半截溝大隊(duì)、川壩、良種場(chǎng)、老葛根、中葛根、大莊子村等的258戶小麥種植戶的調(diào)研數(shù)據(jù)，主要包括大首部自壓、塘壩加壓和自動(dòng)化3種高效節(jié)水模式小麥的固定投資、直接成本、運(yùn)行成本、固定投資折舊費(fèi)、生產(chǎn)成本、作物的常規(guī)投入費(fèi)、作物的灌溉制度及產(chǎn)出情況等內(nèi)容。采用Excel完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，采用SPSS軟件Duncan多重比較法進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 不同節(jié)水灌溉技術(shù)小麥產(chǎn)量對(duì)比

研究區(qū)大首部自壓滴灌、塘壩加壓滴灌、自動(dòng)化滴灌3種節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用后，種植小麥的投入分別為11 757.0、14 139.0和14 521.5元/hm2，較地面灌種植小麥投入增幅分別為-13.55%、3.97%、6.78%，其中大首部自壓滴灌節(jié)水灌溉模式投入最低;產(chǎn)量分別為7 350、7 875和8 400 kg/hm2，較地面灌產(chǎn)量增幅分別為25.64%、34.62%和43.59%，增產(chǎn)效果明顯;純收入分別為8 161.5、7 517.3和9 316.5元/hm2，較地面灌的純收入增幅分別為235.86%、209.35%、283.40%。3種高效節(jié)水灌溉模式增收效果明顯，其中自動(dòng)化滴灌的增收效果最為明顯，充分說明自動(dòng)化滴灌模式可以更加精準(zhǔn)地灌溉農(nóng)田，使作物達(dá)到高產(chǎn)，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入（表2）。

3.2? 不同節(jié)水灌溉技術(shù)小麥經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比

不同節(jié)水灌溉技術(shù)小麥經(jīng)濟(jì)效果見表3。由表3可知，在3種節(jié)灌技術(shù)條件下，自動(dòng)化滴灌小麥單位面積產(chǎn)量最高，塘壩加壓滴灌次之，大首部自壓滴灌最低。自動(dòng)化滴灌技術(shù)產(chǎn)量顯著高于大首部自壓滴灌技術(shù)，與塘壩加壓滴灌技術(shù)相比增幅不大，增幅分別為12%和5%，塘壩加壓滴灌技術(shù)與大首部自壓滴灌技術(shù)之間產(chǎn)量差別不大，前者比后者高約7%。比較單位面積成本，大首部自壓滴灌技術(shù)由于自身的自壓優(yōu)勢(shì)成本在3種節(jié)水灌溉技術(shù)條件下最低，而由于當(dāng)?shù)刂悄芑A(chǔ)設(shè)施不夠完善，自動(dòng)化滴灌技術(shù)成本在3種節(jié)水灌溉技術(shù)條件下最高。就水分生產(chǎn)效率而言，自動(dòng)化滴灌技術(shù)明顯高于塘壩加壓滴灌技術(shù)和大首部自壓滴灌技術(shù)，而塘壩加壓滴灌技術(shù)與大首部自壓滴灌技術(shù)之間無明顯差異。分析成本收益率可知，大首部自壓滴灌技術(shù)成本收益率最高，自動(dòng)化滴灌技術(shù)和塘壩加壓滴灌技術(shù)明顯低于大首部自壓滴灌技術(shù)，主要原因是3種小麥節(jié)水灌溉技術(shù)的單位面積經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)單位面積成本影響較小，大首部自壓滴灌技術(shù)成本收益率相對(duì)自動(dòng)化滴灌技術(shù)、塘壩加壓滴灌技術(shù)分別高11.16、12.89個(gè)百分點(diǎn)。以上結(jié)果表明，小麥運(yùn)用自動(dòng)化滴灌技術(shù)后產(chǎn)量明顯增加，從而使水分生產(chǎn)率得到明顯提高;從成本收益率來看，大首部自壓滴灌技術(shù)成本低但成本收益率高，所以降低成本對(duì)于提高成本收益率影響較大;自動(dòng)化滴灌技術(shù)成本較高，后期應(yīng)該優(yōu)化自動(dòng)化滴灌技術(shù)實(shí)施方案，降低種植成本投入，以提高成本收益率。

4? 結(jié)論

4種灌水方式下，小麥種植投入塘壩加壓滴灌技術(shù)和自動(dòng)化滴灌技術(shù)較地面灌高3.97%～6.78%，而分析產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)用高效節(jié)水技術(shù)后單位面積產(chǎn)量提升了25.64%～43.59%，小麥產(chǎn)量及產(chǎn)值在自動(dòng)化滴灌技術(shù)條件下高于其他節(jié)水灌溉技術(shù)且顯著高于大首部自壓滴灌技術(shù)和地面灌灌水方式，說明自動(dòng)化滴灌技術(shù)相對(duì)于其他灌水方式在產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)方面更具有優(yōu)勢(shì)效益。

大首部自壓滴灌技術(shù)利用高差優(yōu)勢(shì)，種植成本投入低于其他高效節(jié)水技術(shù)，而自動(dòng)化滴灌技術(shù)由于基礎(chǔ)建設(shè)相對(duì)落后在3種高效節(jié)水技術(shù)中投入最高。自動(dòng)化滴灌技術(shù)水分生產(chǎn)率顯著高于其他高效節(jié)水滴灌技術(shù)，而塘壩加壓滴灌技術(shù)與大首部自壓滴灌技術(shù)無顯著差異。大首部自壓滴灌技術(shù)成本收益率相對(duì)自動(dòng)化滴灌技術(shù)、塘壩加壓滴灌技術(shù)分別高11.16、12.89個(gè)百分點(diǎn)，由此說明單位面積種植投入是影響成本收益率的重要因素，高效節(jié)水技術(shù)要提高成本收益率首先應(yīng)該盡可能降低自身成本投入，尤其是自動(dòng)化滴灌技術(shù)，要控制成本改善管理制度才能得到農(nóng)戶的認(rèn)可，才會(huì)被廣泛應(yīng)用與推廣。

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