新疆奇臺縣中葛根流域小麥不同節水技術經濟效果研究

吳玉秀 王苗

摘要：通過對新疆奇臺縣中葛根流域小麥利用大首部自壓、塘壩加壓、自動化3種滴灌技術及地面灌處理（對照）后的產量、水分利用效率及成本收益率進行對比分析。結果表明，小麥在運用3種節水技術后產量均顯著高于地面灌處理，其中自動化滴灌技術產量顯著高于大首部自壓及地面灌，水分利用效率自動化滴灌技術也顯著高于其他兩種節水技術，但是從成本收益率而言，塘壩加壓滴灌技術優于自動化滴灌技術。采用高效節水技術對于保障昌吉州奇臺縣小麥穩產增收具有重要意義。

關鍵詞：小麥;節水技術;產量;水分利用效率;成本收益率

中圖分類號：S275? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）20-0190-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.045? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（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%都用于農田灌溉，新疆昌吉州地處準噶爾盆地東南緣，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個地州之一。農業灌溉是昌吉州的用水“大戶”，占全州總用水量的94.4%，新疆昌吉州奇臺縣年均總用水量7.44×108 m3，其中農業用水量7.20×108 m3，占總用水量的96.77%，高于全疆和全州水平，說明昌吉州和奇臺縣的農業用水所占比例較高，而灌溉水利用系數卻僅為0.54，造成農業用水浪費嚴重，水資源利用效率低，從側面反映新疆農業節水提升空間較大[1]。

新疆自20世紀90年代引入滴灌技術后，節水灌溉農田面積逐年增加，截至2016年新疆高標準灌溉農田面積達到3.33×106 hm2左右，采用高效節水技術有助于水資源的高效利用及作物產出效益的提升，同時也提高了農田灌溉水的有效利用系數[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，令旗葉硝態氮合成氨基酸或蛋白質，從而將小麥的抗旱能力增強。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頻率，增加灌水頻次更有利于小麥對水分的吸收和利用。高效節水滴灌技術更有利于對灌溉水量及灌水頻次的控制，從而提高小麥的產量及水分利用效率。目前，隨著計算機在工農業生產的應用與普及，為了提高水資源利用效率，提升灌溉系統的運行效率，減少人力物力的資金投入，許多國家都開始積極探索農業智能灌溉的自動化技術[13]。張建豐[14]通過對多功能網絡式自動化系統的研究，根據土壤濕度以及氣象指標實現了自動化灌溉，并實現了精準化灌溉。王昕等[15]以兩個深度土層的含水率為研究對象，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性，可滿足作物宏觀測報的精度要求。諸葛玉平等[16]以控制番茄灌水上下限開展試驗研究，結果表明灌水控制上限固定設為6 kPa時，其灌水控制下限根據不同生育期階段設置在25～40 kPa，能夠獲得較高的水分生產效率和番茄產量，這充分說明利用自動化灌溉必要的基礎參數進行實時精確的灌溉，可以有效提升作物的產量。

農業節水效益評價是指在某時間段內，對某一地區或者某一流域節水模式的效益、水資源利用效率和生態平衡等方面進行科學的綜合評價，并對綜合效果進行定量化表示。ICEASE通過評價指標建立評價模型，對節水灌溉系統的運行成本最優化選擇進行評估，評估的內容包括節水系統選擇、動力選擇、系統效率的變化對生產成本產生的影響、采用不同水質的灌溉成本評價以及確定某一段時間內節灌系統燃料價格變化情況年成本運轉問題[17]。Rodríguez等[18]通過研究西班牙旱作農業區高效灌溉系統的經濟效益，提出了適合該地區節水灌溉技術綜合效益的評價方法，其基本原理是通過比較分析旱作農業區在相同的自然條件下是否采用節水灌溉技術兩種情況下的生產成本與產出效益，來估算高效節水灌溉農業的經濟效益。吳旭春等[19]針對新疆經濟社會可持續發展對水資源均衡利用的要求，結合新疆灌溉農業取得的成就，對新疆農業灌區的節水現狀進行了探討，并從地表水可利用量、平原水庫增蓄水潛力、輸水系統節水潛力及田間灌溉節水潛力等4個方面對該區域灌溉用水節水潛力進行了更為細致的探討。該研究指出新疆在現有農業用水總量保持不變的情況下，通過高效節水灌溉工程等措施能實現總灌溉面積增加0.7萬hm2的目標。本研究對新疆奇臺縣中葛根流域主要作物小麥在3種高效節水灌溉技術運行下的經濟效果進行分析，為該流域小麥實現更加經濟高效的節水灌溉技術提供一定的理論依據。

1? 研究區概況

中葛根河是奇臺縣的第二大河，全長60余千米，其中山區河段與平原河段各占一半。地處東經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，多年平均蒸發量1 535.1 mm（20 cm口徑蒸發皿）。多年平均最大風速20 m/s，多年平均風速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業灌溉為主，是奇臺縣主要的經濟玉米主產區，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構

中葛根流域占地面積為28 440 hm2，流域內適宜種植小麥、大麥、玉米、食葵等農作物。2016年農作物種植面積19 740 hm2（包括復播面積2 866.7 hm2），農作物總產量3.227×105 t，其中糧食作物種植面積16 620 hm2（包含復播面積100 hm2），糧食作物總產量1.081×105 t。該流域主要是以農牧業生產為主的經濟區域，特別是以小麥為主的糧食生產是流域優勢。作物種植結構情況見表1。

1.2? 中葛根流域小麥生育期實際灌水情況

2016年中葛根流域示范區小麥在不同節水灌溉技術下的灌水量稍有不同，大首部自壓滴灌技術和塘壩加壓滴灌技術灌水量為350 m3/667 m2，自動化滴灌技術灌水量為330 m3/667 m2，灌水次數大首部自壓滴灌技術為6次，塘壩加壓滴灌技術及自動化滴灌技術模式均為7次。

2? 研究方法與數據來源

2.1? 實地走訪調查法

為了保證數據的真實性，對新疆奇臺縣中葛根流域所在的大型農作物示范區進行調查。通過對奇臺縣中葛根流域的營盤灘村、半截溝大隊、川壩、良種場、老葛根、中葛根、大莊子村等的258戶種植戶進行相關調研，獲取小麥、玉米及食葵等主要作物的節水工程投資費用等相關基礎數據。通過填寫問卷、訪談的方式獲取當地農作物種植大戶種植成本、節灌投入、運行管理投入及產量等數據。

2.2? 經濟類效果指標

對農作物不同節灌技術下的水分生產率、成本收益率等經濟效果評價指標之間的差異進行對比分析。

2.2.1? 水分生產效益? 水分生產效益又稱為水分生產率，是在某種節水灌溉技術模式下，在生產期內單位水資源消耗量所獲得的農作物產品產值。它是反映水量的投入產出效率，衡量節水灌溉效果的重要指標之一，是國際上通用的評價指標。

水分生產率是作物整個灌溉期的產值與灌水量之間的比值。具體計算公式為：

WUE=AR/AW

式中，WUE表示采用高效節水灌溉技術模式下的水分生產率;AR表示單位面積作物產值;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成本與收益之比，是以差額-比值法表示的成本收益指標。成本收益率具體計算公式為：

r=×100%

式中，r表示成本收益率;ATR表示節水技術控制系統面積上種植作物單位面積產值;ATC表示節水技術控制系統面積上種植單位面積成本。

2.3? 數據來源與處理

研究采用的數據來自于中葛根流域輻射的營盤灘村、半截溝大隊、川壩、良種場、老葛根、中葛根、大莊子村等的258戶小麥種植戶的調研數據，主要包括大首部自壓、塘壩加壓和自動化3種高效節水模式小麥的固定投資、直接成本、運行成本、固定投資折舊費、生產成本、作物的常規投入費、作物的灌溉制度及產出情況等內容。采用Excel完成基礎數據統計整理，采用SPSS軟件Duncan多重比較法進行方差統計分析。

3? 結果與分析

3.1? 不同節水灌溉技術小麥產量對比

研究區大首部自壓滴灌、塘壩加壓滴灌、自動化滴灌3種節水灌溉技術應用后，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水灌溉模式投入最低;產量分別為7 350、7 875和8 400 kg/hm2，較地面灌產量增幅分別為25.64%、34.62%和43.59%，增產效果明顯;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種高效節水灌溉模式增收效果明顯，其中自動化滴灌的增收效果最為明顯，充分說明自動化滴灌模式可以更加精準地灌溉農田，使作物達到高產，提高農民的經濟收入（表2）。

3.2? 不同節水灌溉技術小麥經濟效果對比

不同節水灌溉技術小麥經濟效果見表3。由表3可知，在3種節灌技術條件下，自動化滴灌小麥單位面積產量最高，塘壩加壓滴灌次之，大首部自壓滴灌最低。自動化滴灌技術產量顯著高于大首部自壓滴灌技術，與塘壩加壓滴灌技術相比增幅不大，增幅分別為12%和5%，塘壩加壓滴灌技術與大首部自壓滴灌技術之間產量差別不大，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由于自身的自壓優勢成本在3種節水灌溉技術條件下最低，而由于當地智能化基礎設施不夠完善，自動化滴灌技術成本在3種節水灌溉技術條件下最高。就水分生產效率而言，自動化滴灌技術明顯高于塘壩加壓滴灌技術和大首部自壓滴灌技術，而塘壩加壓滴灌技術與大首部自壓滴灌技術之間無明顯差異。分析成本收益率可知，大首部自壓滴灌技術成本收益率最高，自動化滴灌技術和塘壩加壓滴灌技術明顯低于大首部自壓滴灌技術，主要原因是3種小麥節水灌溉技術的單位面積經濟效益相對單位面積成本影響較小，大首部自壓滴灌技術成本收益率相對自動化滴灌技術、塘壩加壓滴灌技術分別高11.16、12.89個百分點。以上結果表明，小麥運用自動化滴灌技術后產量明顯增加，從而使水分生產率得到明顯提高;從成本收益率來看，大首部自壓滴灌技術成本低但成本收益率高，所以降低成本對于提高成本收益率影響較大;自動化滴灌技術成本較高，后期應該優化自動化滴灌技術實施方案，降低種植成本投入，以提高成本收益率。

4? 結論

4種灌水方式下，小麥種植投入塘壩加壓滴灌技術和自動化滴灌技術較地面灌高3.97%～6.78%，而分析產量發現，在運用高效節水技術后單位面積產量提升了25.64%～43.59%，小麥產量及產值在自動化滴灌技術條件下高于其他節水灌溉技術且顯著高于大首部自壓滴灌技術和地面灌灌水方式，說明自動化滴灌技術相對于其他灌水方式在產品產量和品質方面更具有優勢效益。

大首部自壓滴灌技術利用高差優勢，種植成本投入低于其他高效節水技術，而自動化滴灌技術由于基礎建設相對落后在3種高效節水技術中投入最高。自動化滴灌技術水分生產率顯著高于其他高效節水滴灌技術，而塘壩加壓滴灌技術與大首部自壓滴灌技術無顯著差異。大首部自壓滴灌技術成本收益率相對自動化滴灌技術、塘壩加壓滴灌技術分別高11.16、12.89個百分點，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，高效節水技術要提高成本收益率首先應該盡可能降低自身成本投入，尤其是自動化滴灌技術，要控制成本改善管理制度才能得到農戶的認可，才會被廣泛應用與推廣。

參考文獻：

[1] 吳普特，山? 侖，康紹忠.中國節水農業（精）[M].北京：農業出版社，2004.

[2] 信乃詮.大力推廣節水灌溉技術促進農業可持續發展[J].中國農技推廣，1999（2）：26-27.

[3] 李曉峰.低壓管道輸水灌溉技術在我國渠灌區的應用研究[D].陜西楊凌：西北農林科技大學，2010.

[4] 徐? 冰.低壓管道輸水灌溉在農田建設中的應用[J].水利科技與經濟，2016，22（3）：92-94.

[5] 肖廣金.低壓管道輸水技術在新疆的推廣應用[J].陜西水利，2011（6）：197-198.

[6] 周春生，史海濱.節水灌溉技術研究綜述[J].內蒙古農業大學學報（自然科學版），2009，30（4）：314-320.

[7] 依米提·肉孜，司地克江·艾外力，亞里坤·沙吾提.推廣高效節水灌溉技術促進業可持續發展[J].農業技術與裝備，2011（5）：40-41.

[8] 吳志強，溫雅琴，薛? 崢.現代節水灌溉技術及發展方向探討[J].內蒙古水利，2011（5）：56-57.

[9] 劉? 軍.新疆農業高效節水灌溉技術長效利用研究[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2016.

[10] PANDA R K，BEHERA SK，KASHYAP P S. Effective management of irrigation water for maize under stressed conditions[J].Agricultural water management，2004，66（3）：181-203.

[11] 姜小鳳，王淑英，李? 倩，等.水分脅迫對春小麥隴春27號光合參數和滲透調節物質的影響[J].核農學報，2013，27（5）：698-702.

[12] 譚念童，林? 琪，姜? 雯，等.限量灌溉對旱地小麥旗葉光合特性日變化和產量的影響[J].中國生態農業學報，2011，19（4）：805-811.

[13] 朱美玲，劉? 軍.西北干旱區農業高效節水區域效益評價指標體系研究[J].節水灌溉，2016（2）：95-100.

[14] 張建豐.多功能網絡自動灌溉方法及其裝置[P].中國專利：ZL

2002139540.3，2003-04-30.

[15] 王? 昕，李錫錄，杜貞棟，等.農田墑情測報的取樣深度分析[J].山東水利科技，1997（4）：6-8.

[16] 諸葛玉平，張玉龍，李愛峰，等.保護地番茄栽培滲灌灌水指標的研究[J].農業工程學報，2002，18（2）：53-57.

[17] WILLIAMS J R，BULLER O H，DVORAK G J，et al. A microcomputer model for irrigation system evaluation[J].Southern journal of agricultural economics，1988，20（1）：145-151.

[18] RODR？魱GUEZ M M，CORREA J A A，FERRER E M，et al. Evaluation of irrigation projects and water resource management：A methodological proposal[J].Sustainable development，2002， 10（2）：90-102.

[19] 吳旭春，周和平，張俊強.新疆灌溉農業發展與節水潛力研究[J].中國農村水利水電，2006（2）：24-27.