黑龍江地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展過程及用水效率演變趨勢研究

孫立飛，趙 偉，張夢然，楊 晴，劉 偉

(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120)

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的迅速提升，水資源供需不平衡的現(xiàn)象日益加劇，城鄉(xiāng)生活、第二、三產(chǎn)業(yè)用水與農(nóng)業(yè)灌溉用水間矛盾越發(fā)嚴(yán)重，高比例的用水量與低效率的用水水平間的矛盾[1]是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)灌溉方面亟待解決的重大現(xiàn)實問題。農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展過程及用水效率演變趨勢研究是反應(yīng)一個地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)水平變化過程的重要依據(jù)[2]，對提升當(dāng)?shù)毓喔人?、?jié)約利用水資源具有重要意義。

目前，國內(nèi)外農(nóng)業(yè)灌溉及用水效率演變趨勢領(lǐng)域的研究熱點主要涉及農(nóng)業(yè)灌溉評價指標(biāo)體系的構(gòu)建[3]、灌溉用水效率空間格局[4]及效率的計算方法[5]等，陳林對新疆節(jié)水發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并給出了發(fā)展建議[6]，許士國采用信息熵和均衡度的概念對白城地區(qū)用水結(jié)構(gòu)演變與用水效率進(jìn)行了分析[7]。相關(guān)研究已較為成熟，但以往研究往往僅涉及局部小范圍區(qū)域或較短的時間序列，少有對省級區(qū)域長時間序列灌溉發(fā)展及用水效率演變過程的研究。

黑龍江省位于我國東北邊疆地區(qū)，是我國位置最北、緯度最高的省份。作為農(nóng)業(yè)大省，一直是我國重要的糧食和油料生產(chǎn)基地，近年，由于用水緊張，黑龍江省農(nóng)業(yè)用水方面問題凸顯，部分地區(qū)為滿足農(nóng)田灌溉需求，超采地下水、擠占河流生態(tài)用水[8- 9]。據(jù)統(tǒng)計，目前農(nóng)業(yè)用水占用黑龍江全省用水總量的 75% 左右，農(nóng)業(yè)節(jié)水存在較大的發(fā)展空間[10]，研究農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展過程及用水效率演變趨勢對黑龍江年發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水具有現(xiàn)實意義。

本文基于1978—2017年期間黑龍江省統(tǒng)計年鑒、水利統(tǒng)計年鑒及水資源公報等公開資料，從全局和東、中、西三大灌溉分區(qū)(如圖1所示)的角度，對黑龍江地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展過程和用水效率演變趨勢進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：隨著黑龍江地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)水平的提升、種植結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、灌溉方式的改進(jìn)以及灌溉制度的改良，黑龍江地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率呈逐年上升趨勢，且中部地區(qū)用水效率提升速度更為明顯。

圖1 黑龍江灌溉分區(qū)圖

圖2 黑龍江有效灌溉面積變化趨勢圖

1 灌溉方式演變過程

灌溉方式是指以人為措施從水源取水補給到農(nóng)田的方法[11]，可分為傳統(tǒng)灌溉和節(jié)水灌溉。其中噴灌、微滴灌、低壓管道灌溉是最常見的三種高效節(jié)水灌溉方式[12]。黑龍江省灌溉方式演變過程主要表現(xiàn)出以下 4個特點。

(1)有效灌溉面積持續(xù)增長。黑龍江省灌溉面積變化趨勢圖如圖2所示，有效灌溉面積從1978年的967萬畝增長到2003年的3117萬畝，漲幅為228%，年均漲幅5%；2016年有效灌溉面積達(dá)到8899萬畝，2003—2016年漲幅高達(dá)181%，年均增幅8%，有效灌溉面積增長明顯加速。

(2)節(jié)水灌溉面積持續(xù)發(fā)展。黑龍江歷史高效節(jié)水灌溉面積表見表1，由表1可知，節(jié)水灌溉技術(shù)從1990年開始快速發(fā)展，除低壓管道灌溉面積呈波動下降趨勢外，噴灌、微滴灌及總的高效節(jié)水灌溉面積呈明顯上升趨勢?？偟母咝Ч?jié)水灌溉面積從1990年的108萬畝上升至2014年的2154萬畝，漲幅達(dá)541%。

表1 黑龍江歷史高效節(jié)水灌溉面積表 單位：萬畝

(3)節(jié)水灌溉技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整顯著。20世紀(jì)80年代末，噴灌、微滴灌及低壓管道灌溉三種灌溉方式比例分別為47.1∶0.3∶52.6；至2014年，噴灌、微滴灌及低壓管道灌溉三種灌溉方式比例分別為89.4∶9.9∶0.7。噴灌占比顯著提升，微滴灌、低壓管道灌溉明顯下降。

(4)中部地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展速度最快。黑龍江分區(qū)有效灌溉面積變化情況如圖3所示，分區(qū)高效節(jié)水灌溉面積變化情況如圖4所示，2005年其西部地區(qū)有效灌溉面積最大，東部次之，中部最少；2017年其東部地區(qū)有效灌溉面積超過西部，達(dá)到3775萬畝，中部有效灌溉面積仍最少。高效節(jié)水灌溉面積2005年和2017年始終保持西部地區(qū)最多、東部次之、中部最少的格局。

圖3 黑龍江分區(qū)有效灌溉面積變化情況圖

圖4 黑龍江分區(qū)高效節(jié)水灌溉面積變化情況圖

2 種植結(jié)構(gòu)演變過程

作物種植結(jié)構(gòu)是指一個地區(qū)農(nóng)作物的組成和布局[13]。黑龍江種植結(jié)構(gòu)演變過程主要表現(xiàn)出以下5個特點。

(1)水稻種植比例持續(xù)增長，小麥種植比例持續(xù)下降。黑龍江地區(qū)主要作物種植面積變化趨勢如圖5所示，1978—2016年期間，水稻的種植比例從3%上升到26%，小麥的種植比例從22%下降到1%。2016年，小麥已不再是主要糧食作物，水稻從非主要糧食作物上升為種植面積第二的主要糧食作物。

圖5 黑龍江地區(qū)主要作物種植面積變化趨勢圖

(2)玉米和大豆始終是重要的糧食作物。1978—2011年期間，玉米和大豆始終是黑龍江種植比例排第一和第二的作物，2011年后，大豆種植比例被水稻超越，但仍排第三位。1978—2005年，玉米的種植比例在22%～30%之間波動，2005年之后，玉米種植比例顯著上升。

(3)主要糧食作物種植比例持續(xù)上升，非主要糧食作物種植比例持續(xù)下降。1978—2016年，排名前三的糧食作物占全省的種植比例從63%上升至91%，其他糧食作物占全省種植比例從24%下降至4%，糧食作物種植集中程度明顯提升。

(4)經(jīng)濟(jì)作物種植比例近年下降明顯。1978—2003年，全省地區(qū)經(jīng)濟(jì)作物種植比例在11%～17%之間波動，2003年達(dá)到最高點；2003年之后，經(jīng)濟(jì)作物種植比例明顯下降，至2015年達(dá)到最低點，該年經(jīng)濟(jì)作物種植比例僅為5%。

(5)各分區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化趨勢基本一致，東、西部地區(qū)水稻種植面積提升速度較快。黑龍江地區(qū)分區(qū)主要作物種植面積變化趨勢如圖6所示，各區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化趨勢基本一致，均為水稻種植面積大幅增長，小麥種植面積大幅減小。但黑龍江省東、西部地區(qū)水稻種植面積提升速度更快，中部地區(qū)水稻種植面積提升速度較慢。

圖6 黑龍江地區(qū)分區(qū)主要作物種植面積變化趨勢圖

3 灌溉制度演變過程

灌溉制度是指根據(jù)作物需水特性和當(dāng)?shù)貧夂?、土壤、農(nóng)業(yè)技術(shù)及灌水等因素制定的灌水方案[14]。黑龍江主要作物典型年份灌溉制度見表2，由表2可知，其灌溉制度演變過程主要表現(xiàn)出以下3個特點。

表2 黑龍江主要作物典型年份灌溉制度表(常規(guī)灌溉)

(1)灌水次數(shù)幾乎沒有變化。從時間的角度看，1985—2015年期間，四類作物的灌水次數(shù)未有改變；從空間的角度看，從東至西僅水稻灌水次數(shù)有小幅增加。

(2)灌溉期基本保持不變。水稻的灌溉期在時間上有小幅變化，其中2005年之前水稻的灌溉期在5月15日至8月31日期間，2015年水稻的灌溉期在5月10日至8月26日期間，相比之前略有提前。其余作物的灌溉期始終保持不變。

(3)灌溉定額呈逐年下降趨勢。黑龍江省從1985年到2015年期間主要作物農(nóng)業(yè)灌溉用水定額一直呈下降趨勢，其中小麥、大豆和玉米的灌溉定額下降幅度較大，約為40%，水稻的灌溉定額下降幅度較小，約為16%。分區(qū)角度看，溉定額從東至西逐漸提高。

4 灌溉用水效率演變過程

農(nóng)業(yè)灌溉用水效率是指每消耗一單位水資源所生產(chǎn)的農(nóng)作物產(chǎn)品價值[15]。對于同一地區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水效率可用畝均用水量概化表示。黑龍江地區(qū)灌溉用水效率演變過程主要表現(xiàn)出以下 2個特點。

(1)西部地區(qū)畝均用水量最低，中部地區(qū)畝均用水量最高。為黑龍江地區(qū)分區(qū)畝均用水量變化趨勢如圖7所示，自1985—2015年期間，畝均用水量始終維持西部地區(qū)用水效率最低、東部次之、中部地區(qū)最高的格局。

(2)全省及各分區(qū)畝均用水量逐漸下降，中部地區(qū)下降速度最快。黑龍江省畝均用水量從1985年的808m3/畝下降到2015年的406m3/畝，其中中部地區(qū)畝均用水量從1985年的1182m3/畝下降到2015年的507m3/畝，下降速度最快。

圖7 黑龍江地區(qū)分區(qū)畝均用水量變化趨勢圖

5 結(jié)語

通過對黑龍江省近30年農(nóng)業(yè)灌溉方式、種植結(jié)構(gòu)、灌溉制度、灌溉用水效率的演變趨勢進(jìn)行研究，結(jié)論如下：

(1)從全局的角度看，黑龍江地區(qū)有效灌溉面積和節(jié)水灌溉面積持續(xù)增長，種植結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化，用水效率不斷提升，但灌溉制度變化較小。

(2)從分區(qū)的角度看，黑龍江東部和西部地區(qū)始終是全省農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域，但中部地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和用水效率提升速度均快于其他兩個地區(qū)。

本文研究成果可為黑龍江乃至東北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工作提供技術(shù)支撐和參考，對提升當(dāng)?shù)毓喔劝l(fā)展水平、節(jié)約利用水資源具有重要意義。