阿克蘇河流域灌區(qū)灌溉水利用效益的研究

張文劍

(新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆阿克蘇843000)

0 引言

我國(guó)水資源緊缺，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)絲毫不能懈怠。自上世紀(jì)80年代以來(lái)我國(guó)的節(jié)水已有明顯成效。我國(guó)萬(wàn)元GDP用水量，1980年是982 m3，2000年降到 610 m3，2003年降至448 m3[1]。但我國(guó)農(nóng)業(yè)是用水大國(guó)，新時(shí)期面臨的水資源形勢(shì)更加嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)的干旱缺水呈現(xiàn)愈來(lái)愈嚴(yán)重的態(tài)勢(shì)。維系良好的生態(tài)環(huán)境，建設(shè)節(jié)水高效農(nóng)業(yè)，提高灌溉管理水平，實(shí)現(xiàn)水資源的合理開(kāi)發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置和有效保護(hù)，是避免水危機(jī)的關(guān)鍵。

灌溉用水從水源到田間，到被作物吸收、形成產(chǎn)量，主要包括水資源調(diào)配、輸配水、田間灌水和作物吸收(消耗)等4個(gè)環(huán)節(jié)。在各個(gè)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施，組成一個(gè)完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系，節(jié)水灌溉目的是提高灌溉水的利用效率和效益。灌溉水利用效益的指標(biāo)目前尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)定，但目前常用的指標(biāo)是以產(chǎn)量計(jì)的“作物水分生產(chǎn)率”，即1 m3水能產(chǎn)生多少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的產(chǎn)品[2]。

水分生產(chǎn)率反映水量的投入產(chǎn)出效率，是節(jié)水灌溉與高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多地采用“水分生產(chǎn)率”來(lái)衡量水資源利用狀況或灌區(qū)的用水管理水平。目前情況是我國(guó)的水分生產(chǎn)率普遍＜1 kg/m3，發(fā)達(dá)國(guó)家的水分生產(chǎn)率已接近2 kg/m3[2]。如何利用有限的水資源創(chuàng)造更多的價(jià)值，這是水土資源匱乏地區(qū)各級(jí)政府及水利工作者面臨的任務(wù)，也是此項(xiàng)研究的目的。

此項(xiàng)研究從典型農(nóng)田小區(qū)、試驗(yàn)典型小區(qū)、典型分區(qū)3個(gè)方面研究作物水分生產(chǎn)率和灌溉效益的關(guān)系，為指導(dǎo)今后灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整服務(wù)。

1 典型農(nóng)田的作物水分生產(chǎn)率的調(diào)查與分析

1.1 棉花的水分生產(chǎn)率分析

根據(jù)全灌區(qū)棉花種植區(qū)域及品種，選擇了位于阿克蘇市良種場(chǎng)的阿河管局試驗(yàn)站一塊陸地棉、哈拉塔鎮(zhèn)十五大隊(duì)、阿瓦提縣豐收二場(chǎng)各一塊長(zhǎng)絨棉農(nóng)田，基本上代表了本灌區(qū)目前的實(shí)際情況。

在田間布置了中子儀的測(cè)管，每10 d測(cè)定1次土壤含水率、灌水后加測(cè)，監(jiān)測(cè)作物生育期農(nóng)田水分狀況;調(diào)查施肥、農(nóng)作、產(chǎn)量等情況。經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，得出灌水量、耗水量和產(chǎn)量情況見(jiàn)表1。

表1 棉花典型農(nóng)田灌水量、耗水量、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率

根據(jù)本組典型農(nóng)田田間監(jiān)測(cè)和調(diào)查，目前阿克蘇灌區(qū)棉花的水分生產(chǎn)率約在0.65～0.75 kg/m3。由于該數(shù)據(jù)直接來(lái)自本灌區(qū)，對(duì)灌區(qū)管理有實(shí)用價(jià)值。

1.2 冬小麥+玉米的水分生產(chǎn)率分析

因?yàn)楣狻帷⑺⑼翖l件，全灌區(qū)冬小麥種植大致在流域上中游地區(qū)，選擇阿克蘇市良種場(chǎng)的阿河管局試驗(yàn)站大田冬小麥地作為典型農(nóng)田，冬小麥?zhǔn)崭顝?fù)播玉米，將冬小麥與玉米并在一起分析。

2010年冬小麥+復(fù)播玉米生長(zhǎng)期共澆水7次(4月15日、4月30日、6月11日、8月1日、8月20日、9月14日、11月15日)，由典型農(nóng)田冬小麥+玉米中子儀監(jiān)測(cè)過(guò)程，可以看出灌水前后土壤含水率值的變化、并估算每次灌水量，結(jié)果見(jiàn)表2(a)、表2(b)。

表2(a) 2010年試驗(yàn)站大田冬小麥地作物全生長(zhǎng)期灌水情況表 m3·(hm2)－1

表2(b) 2010年試驗(yàn)站大田復(fù)播玉米地作物生長(zhǎng)期灌水情況表 m3·(hm2)－1

根據(jù)中子儀測(cè)得的土壤含水率變化、得到2010年冬小麥的實(shí)際灌水量為4 700 m3/hm2。復(fù)播玉米灌水量為4 194 m3/hm2，根據(jù)2010年在作物生長(zhǎng)期實(shí)際監(jiān)測(cè)有效降雨約30 mm，即300 m3/hm2，則田間作物生長(zhǎng)期耗水總量為9 194 m3/hm2。

(2)2010年典型農(nóng)田種植冬小麥品種為5 316，平均單產(chǎn)6 750 kg/hm2，復(fù)播玉米單產(chǎn)為5 700 kg/hm2，計(jì)算作物水分生產(chǎn)率見(jiàn)表3。

表3 典型農(nóng)田作物灌溉水分生產(chǎn)率調(diào)查分析

本典型農(nóng)田作物水分生產(chǎn)率達(dá)1.35 kg/m3(小麥、玉米)，大體表明了阿克蘇市周圍的作物水分生產(chǎn)率的水平。

2 試驗(yàn)站典型小區(qū)水分生產(chǎn)率的試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)實(shí)施方案

在阿克蘇河流域管理局的試驗(yàn)站，進(jìn)行作物不同灌水的小區(qū)試驗(yàn)。

在試驗(yàn)站院內(nèi)布置兩組(對(duì)照)2×5個(gè)灌水試驗(yàn)的地塊，每個(gè)地塊約為0.001 5 hm2，對(duì)每個(gè)地塊的四周進(jìn)行了1.5 m深的垂直防滲處理。每組地塊大小、土質(zhì)和氣候條件相當(dāng)。

進(jìn)行了棉花不同灌水次數(shù)的試驗(yàn)，兩組均有5個(gè)不同的灌溉處理，灌水次數(shù)分別為1、2、3、4、5次，每次灌水量相同，同一灌溉處理均有一個(gè)重復(fù)(對(duì)照)。

應(yīng)用中子儀監(jiān)測(cè)每個(gè)試驗(yàn)地塊不同深度的土壤含水率變化過(guò)程，較詳細(xì)地了解農(nóng)田供水和耗水過(guò)程，收獲時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定試驗(yàn)田塊作物產(chǎn)量，由此得出較科學(xué)和可靠的水分生產(chǎn)率數(shù)據(jù)，綜合分析作物的產(chǎn)量、作物水分生產(chǎn)率與耗水量的關(guān)系。

2.2 耗水量、灌水量與作物產(chǎn)量的關(guān)系分析

表4為由1 m土壤儲(chǔ)水量的灌水量、計(jì)算的作物耗水量，實(shí)測(cè)的作物產(chǎn)量(籽棉)、計(jì)算的作物水分生產(chǎn)率的試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)表4結(jié)果，繪出棉花產(chǎn)量與耗水量、棉花水分生產(chǎn)率與耗水量的關(guān)系見(jiàn)圖1、圖2。

表4 2010年試驗(yàn)站棉花生育期的不同灌水處理的耗水量、產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率

圖1 棉花產(chǎn)量與耗水量關(guān)系

圖2 棉花水分生產(chǎn)率與耗水量關(guān)系

2010年度在試驗(yàn)站進(jìn)行的棉花灌溉試驗(yàn)，可得到以下初步結(jié)果:

1)圖1和圖2結(jié)果表明，棉花的產(chǎn)量和棉花水分生產(chǎn)率隨耗水量的加大而增加，但不是直線增加，開(kāi)始增長(zhǎng)率大，隨后逐漸減少，到一定程度后棉花產(chǎn)量、水分生產(chǎn)率達(dá)最大值，其后隨耗水量的增加、產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率不僅不增加，反而降低，且均可用二次曲線表示。這組試驗(yàn)與國(guó)內(nèi)已有的小麥、玉米等作物灌溉試驗(yàn)結(jié)論相一致，也起到互相佐證作用。

2)試驗(yàn)表明，棉花產(chǎn)量最大的耗水量約500～550 mm;棉花水分生產(chǎn)率最大時(shí)的耗水量約400 mm左右，與產(chǎn)量最大的耗水量不完全一致。

2010年的試驗(yàn)說(shuō)明，灌3水時(shí)產(chǎn)量最高，灌2水時(shí)水分生產(chǎn)率最高。在可利用的水資源總量一定情況下有個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)一個(gè)灌區(qū)、一個(gè)灌域或一個(gè)分區(qū)，是爭(zhēng)取作物水分生產(chǎn)率最高還是總產(chǎn)量最高、還是兼顧兩者?需要根據(jù)灌區(qū)的具體情況進(jìn)行決策。

3)根據(jù)本流域土地資源豐富、水資源緊缺的現(xiàn)狀與以上試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，可考慮采用3次灌水的種植方式種植棉花，相應(yīng)耗水量在400 mm左右。

3 結(jié)論

局試驗(yàn)站小面積棉花試驗(yàn)說(shuō)明灌水量與產(chǎn)量不都是正比關(guān)系，當(dāng)棉花灌了5水，產(chǎn)量反而下降。灌4水產(chǎn)量最高、灌3水水分生產(chǎn)率最高。如果灌區(qū)水量基本能滿足現(xiàn)有灌溉面積需要，為提高現(xiàn)有農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)值，以灌3水為佳[3]。若灌區(qū)現(xiàn)有灌區(qū)面積過(guò)大，現(xiàn)有水量無(wú)法充分滿足灌區(qū)農(nóng)作物灌溉需要，為獲得灌區(qū)的最大效益和灌區(qū)均衡受益，可采取非充分灌溉的灌2水方法，以使有限的水量發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。灌區(qū)其他農(nóng)作物采取何種灌溉方法，對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉經(jīng)濟(jì)效益的分析和計(jì)算從理論上進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述[4]，需進(jìn)一步對(duì)其他作物進(jìn)行類似的試驗(yàn)，應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)，以在本地區(qū)實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉。在目前新疆大力發(fā)展棉花生產(chǎn)情況下，掌握棉花用水與產(chǎn)量的變化規(guī)律，促進(jìn)節(jié)水與增產(chǎn)相結(jié)合，無(wú)疑對(duì)推動(dòng)新疆的支柱產(chǎn)業(yè)，提高棉花經(jīng)濟(jì)效益有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義[5]。

[1]郭大本.中國(guó)城市目前的水形勢(shì)[J].黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2011，2(01):41 －44.

[2]段愛(ài)旺，張寄陽(yáng).中國(guó)灌溉農(nóng)田糧食作物水分利用效率的研究[J].中國(guó)工程學(xué)報(bào)，2000，16(04):41 －44.

[3]王向東.呼倫貝爾市嶺東南地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2006.

[4]王建勛，龐新安，劉彬 .農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉經(jīng)濟(jì)效益的分析和計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22(01):372.

[5]胡順軍，宋郁東，周宏飛，等.塔里木盆地棉花水分利用效率試驗(yàn)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2002，20(03):66－70.