甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探析*

王紅英 ，欒倩倩 ，劉 斌

（1.甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400；2.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006）

甘肅省地處黃河上游，是我國重要的玉米種植產(chǎn)區(qū)。為了解決甘肅省區(qū)灌溉水源不足的問題，需要從黃河中進(jìn)行引水灌溉。但是受到多種因素的影響，甘肅引黃灌區(qū)的水資源供需矛盾日漸尖銳，枯水年份在玉米用水高峰時間段的供水總量嚴(yán)重不足，對于玉米種植產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。因此，為了促進(jìn)甘肅地區(qū)玉米種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要做好灌溉制度的優(yōu)化，采用科學(xué)的灌溉方式，確保灌溉制度的科學(xué)性與合理性。

1 甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度研究重要性分析

在甘肅省玉米種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，引黃河水灌溉是一項(xiàng)重要的工作，但是受到多種因素的影響，當(dāng)前引黃灌區(qū)存在水資源利用效率較低的問題，缺乏科學(xué)的用水管理制度，從而導(dǎo)致玉米種植發(fā)展受到很大影響。引黃灌區(qū)玉米灌溉制度優(yōu)化的重要性主要包括：1）提高引黃灌區(qū)灌溉水資源利用率。玉米作物灌溉需要大量的水資源才能夠滿足玉米生長所需，但是在甘肅引黃灌區(qū)中，多數(shù)采用漫灌的方式，實(shí)際灌溉用水量超過玉米生長所需，從而導(dǎo)致黃河水資源浪費(fèi)問題較為嚴(yán)重，為此需要針對引黃灌區(qū)玉米灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化，按照玉米生長實(shí)際所需，對灌溉總量與不同階段的灌溉量進(jìn)行調(diào)控，在滿足玉米生長需求的基礎(chǔ)上，全面提升黃河灌溉水資源利用率[1]。2）減少引黃灌區(qū)灌溉浪費(fèi)，節(jié)省水資源。在甘肅玉米種植灌溉模式中，黃河水資源占據(jù)較大比重，對玉米灌溉制度的優(yōu)化，對于保障黃河水資源安全具有重要的作用。所以通過改進(jìn)引黃灌區(qū)玉米灌溉用水管理制度，能夠減少玉米的水資源灌溉總量，對于可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。3）保障玉米種植可持續(xù)發(fā)展。甘肅傳統(tǒng)的玉米灌溉制度沒有注重農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)，整體灌溉制度存在問題，所以通過對當(dāng)前灌溉制度的不合理之處進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠促進(jìn)甘肅玉米種植產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，推動玉米種植產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效[2]。

2 甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度研究現(xiàn)狀分析

甘肅位于黃河上游，引黃灌區(qū)限額灌溉的主要內(nèi)容是有限滿足工業(yè)與生活用水，在此基礎(chǔ)上需要研究玉米不同種類間與生育期不同階段之間的灌溉水量如何合理分配的問題。

2.1 玉米生育期不同階段需水分析

玉米生育期不同階段的水分產(chǎn)量敏感指數(shù)計(jì)算公式為：

其中，Y表示玉米產(chǎn)量；YP表示玉米在充分供水條件下的產(chǎn)量；ETi表示玉米生育期第i階段的實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量，ETPi表示玉米生育期第i階段的潛在蒸發(fā)蒸騰量；n表示玉米全生育期劃分的階段；λi表示玉米第i生長階段的缺水敏感指數(shù)；f表示播種推遲或倒伏使得玉米產(chǎn)量減少的因素。

按照灌水定額對于水、肥以及最終產(chǎn)量的影響分析λ，確定甘肅引黃灌區(qū)玉米適合的灌水定額。結(jié)合相關(guān)單位的研究結(jié)果來看，甘肅引黃灌區(qū)玉米各剩余階段敏感指數(shù)如表1所示。

表1 甘肅引黃灌區(qū)玉米各剩余階段敏感指數(shù)

結(jié)合上表數(shù)據(jù)可以明確，甘肅引黃灌區(qū)玉米產(chǎn)量對于不同生育階段的水分虧缺敏感度具有一定差異，其中，抽雄灌漿期最為敏感，播種出苗期敏感程度最低。玉米出苗拔節(jié)前處于影響生長期，水分對于產(chǎn)量的影響較低，所以敏感指數(shù)較低；進(jìn)入拔節(jié)期后，玉米生長代謝活躍度提升，逐漸向生殖階段發(fā)育，所以敏感指數(shù)有所增加；抽雄灌漿期是玉米籽粒形成的關(guān)鍵時期，對于水分的需求量較大，所以此階段需要加強(qiáng)灌溉，從而提升玉米產(chǎn)量[3]。

2.2 灌溉水量階段分配次序

灌溉水量階段分配是指在有限的灌溉水源基礎(chǔ)上，提升水分生產(chǎn)效率的重要步驟。在對玉米種植灌溉水源進(jìn)行分配時，需要按照實(shí)際降雨量、玉米生育階段以及需水實(shí)際情況來確定。1）需要滿足玉米灌溉關(guān)鍵時期的水分供應(yīng)；2）需要根據(jù)來水實(shí)際情況，考慮引黃灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)，確保玉米與其他作物關(guān)鍵時期的水分需求得到滿足，解決玉米需水量較高、區(qū)域降雨量較低以及發(fā)育階段缺水嚴(yán)重的問題；3）需要考慮到改善玉米種植環(huán)境比如優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)、施肥等對灌溉的需求[4]。

3 甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度存在的問題分析

結(jié)合甘肅引黃灌區(qū)玉米種植灌溉制度的實(shí)際情況來看，由于缺乏科學(xué)的灌溉制度設(shè)計(jì)，導(dǎo)致灌溉制度不夠合理，當(dāng)前的灌溉制度中存在著許多問題，主要包括以下幾項(xiàng)：1）引黃灌區(qū)玉米灌溉制度不夠科學(xué)。灌溉制度的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要明確引黃灌區(qū)的總體水量、季節(jié)變化以及玉米種植實(shí)際需求，才能夠確保引黃灌區(qū)玉米灌溉制度的合理性。但是結(jié)合甘肅的實(shí)際情況來看，當(dāng)前玉米灌溉制度還存在著許多問題，整體灌溉制度缺乏合理性，在黃河灌溉水資源調(diào)控、調(diào)配等方面缺乏合理設(shè)計(jì)，與玉米種植可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，對甘肅玉米種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了很大的不利影響。2）引黃灌區(qū)玉米灌溉設(shè)施存在問題。引黃灌區(qū)玉米灌溉需要高質(zhì)量的基礎(chǔ)設(shè)施才能夠充分抽引、使用黃河水，但是部分玉米種植產(chǎn)區(qū)在灌溉基礎(chǔ)設(shè)施方面存在問題，比如引水灌溉過程中存在水資源浪費(fèi)、基礎(chǔ)設(shè)施灌溉總量超過實(shí)際需求、灌溉設(shè)施質(zhì)量不足等問題，對玉米灌溉制度的建設(shè)產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。國家水利工程部門以及農(nóng)業(yè)部門對于引黃灌區(qū)玉米灌溉設(shè)施的設(shè)計(jì)方案有著明確的標(biāo)準(zhǔn)，灌溉設(shè)施設(shè)計(jì)需要根據(jù)玉米種植產(chǎn)區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，采用高標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行優(yōu)化，才能夠確保玉米灌溉設(shè)施制度設(shè)計(jì)方案的合理性，從而提高黃河灌溉用水利用率，但是在此項(xiàng)工作中許多工程建設(shè)單位還存在著很大的欠缺，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)工作[5]。3）適宜灌溉的灌水定額存在問題。在玉米作物缺水時，灌溉補(bǔ)給一般通過多次灌溉實(shí)現(xiàn)，每次灌溉的水量則為灌水定額，在灌水定額過大時，耕地多余的水分會向深層滲漏，容易導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分流失，降低水肥利用率；如果灌水定額過小，因?yàn)楣嗨螖?shù)增加，表層玉米植株間蒸發(fā)量提升，容易導(dǎo)致肥料氣化，降低水肥利用率，所以需要設(shè)計(jì)科學(xué)的灌水定額。甘肅引黃灌區(qū)主要作物適合的凈灌水定額如表2 所示。

表2 甘肅引黃灌區(qū)主要作物適合的凈灌水定額

但是結(jié)合甘肅引黃灌區(qū)的玉米灌溉制度來看，存在著超過或低于適宜的凈灌水定額的問題，這不僅加劇了水資源浪費(fèi)，同時對玉米生長發(fā)育產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對引黃灌區(qū)玉米灌水定額進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度發(fā)展趨勢分析

通過上文的分析可以明確，灌溉制度的優(yōu)化對于甘肅引黃灌區(qū)玉米種植具有重要的作用，是影響玉米產(chǎn)量與質(zhì)量的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)當(dāng)前甘肅省的玉米灌溉制度的過程中，主要考慮了關(guān)鍵需水時期、灌溉次序等，但整體灌溉制度還存在著一些問題，導(dǎo)致玉米生長發(fā)育受到了很大影響，對黃河水資源產(chǎn)生一定浪費(fèi)，整體灌溉質(zhì)量較低。結(jié)合甘肅省近年來在玉米灌溉制度方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其發(fā)展趨勢主要包括以下幾項(xiàng)。

4.1 灌溉制度向著科學(xué)化方向發(fā)展

灌溉制度的建設(shè)是玉米種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在甘肅省現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)過程中，為了提高用水效率，在灌溉制度科學(xué)化方面做出了很多努力。首先，玉米灌溉制度設(shè)計(jì)人員深入玉米種植區(qū)進(jìn)行調(diào)查，明確該區(qū)域玉米生長所需的灌溉水量，從而設(shè)計(jì)科學(xué)的玉米灌溉制度基本指標(biāo)，確定最優(yōu)的高效率用水技術(shù)，以滿足玉米生長所需的基礎(chǔ)水分為基礎(chǔ)目標(biāo)，減少不必要的灌溉水資源浪費(fèi)。其次，對玉米灌溉制度進(jìn)行多次調(diào)整和優(yōu)化，在實(shí)際使用過程中不斷檢驗(yàn)具體的高效用水技術(shù)效果，確保高效率灌溉方案能夠達(dá)到最大效果[6]。最后，建設(shè)與玉米灌溉制度匹配的高效率用水技術(shù)措施，以高效率灌溉技術(shù)促進(jìn)用水效率提高，全面強(qiáng)化玉米灌溉制度的節(jié)水效果，通過高效率灌溉技術(shù)能夠減少灌溉過程中產(chǎn)生的黃河水資源浪費(fèi)問題，從而全面降低水資源整體消耗。為此，灌溉水利工程需要采用全面的、科學(xué)的技術(shù)方案，優(yōu)化玉米灌溉制度中的具體建設(shè)細(xì)節(jié)，加強(qiáng)先進(jìn)高效率灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)，能夠有效提高玉米灌溉的節(jié)水效果，同時能夠滿足玉米種植業(yè)發(fā)展對于水資源的需求[7-8]。

4.2 加強(qiáng)灌溉制度與配套體系的優(yōu)化

首先，在甘肅省引黃灌溉區(qū)域，通過渠道襯砌及水工建筑物配套，將田間水利用率提高至85%以上，灌溉水利用率達(dá)到50%左右，達(dá)到用水節(jié)水的目的，為保障玉米種植和生態(tài)用水提供支持。例如，對引黃灌溉玉米種植區(qū)域內(nèi)的農(nóng)渠全部進(jìn)行鞏固加強(qiáng)，對達(dá)不到使用要求或標(biāo)準(zhǔn)的渠道采用模袋混凝土襯砌模式，能夠有效提高灌溉效果[9]。其次，在甘肅省的井灌農(nóng)田區(qū)域，可以通過對區(qū)域內(nèi)水源工程及相關(guān)材料設(shè)備等進(jìn)行更新和置換，通過水肥一體化滴灌標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)來打造符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求的高效節(jié)水工程，使得農(nóng)田節(jié)水率比引黃灌區(qū)高25%以上，化肥利用效率達(dá)到65%以上，面源污染得到有效控制。例如，對井灌區(qū)域內(nèi)的機(jī)電井和水泵進(jìn)行更換和調(diào)整，提高機(jī)電井和水泵的運(yùn)行效率，能夠全面提升灌溉效率[10]。最后，在引黃灌溉與井灌混合區(qū)域，可以采用配套的雙重灌溉系統(tǒng)模式，在玉米作物生長期采用滴灌模式進(jìn)行灌溉，以達(dá)到精準(zhǔn)化灌溉、施肥，節(jié)約用水的目的；秋冬季則利用黃河水對農(nóng)田進(jìn)行漫灌，從而實(shí)現(xiàn)壓鹽排堿、農(nóng)田土壤保墑、補(bǔ)充地下水的目標(biāo)。例如，在原有的黃河灌溉渠道中開展灌溉溝渠建造，從而能夠滿足秋冬季節(jié)玉米對地表水的需求，能夠有效提升水資源利用率，并促進(jìn)玉米生長發(fā)育。

4.3 優(yōu)化灌水定額

玉米植株不同發(fā)育階段對于水分的需求量不同，為了能夠提升黃河灌溉水資源利用率，同時提升水肥應(yīng)用效果，需要結(jié)合甘肅引黃灌區(qū)的實(shí)際情況，明確適宜玉米灌溉的灌水定額，確保適宜灌溉的灌水定額符合客觀實(shí)際情況。為此，需要加強(qiáng)對引黃灌區(qū)不同區(qū)域玉米的生長情況調(diào)查，確保調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而對灌溉制度進(jìn)行調(diào)整，將適宜的灌水定額作為灌溉制度的具體指標(biāo)，是當(dāng)前甘肅引黃灌區(qū)玉米種植灌溉制度的主要發(fā)展方向[11]。

5 結(jié)束語

本文簡要闡述了甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度優(yōu)化研究的重要性，并對甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，同時總結(jié)了當(dāng)前甘肅引黃灌區(qū)玉米灌溉制度存在的多項(xiàng)問題，最后提出了甘肅引黃灌區(qū)灌溉制度的發(fā)展趨勢與一些優(yōu)化措施，希望能夠?yàn)楦拭C引黃灌區(qū)玉米種植提供一定的借鑒與幫助，不斷提升灌溉制度的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。