基于部分預算法下加氣灌溉技術經濟效益分析

張小曼

(湖北三峽職業技術學院,湖北 宜昌 443199)

0 引言

加氣灌溉技術是指在地下滴灌管路系統的基礎上,利用空氣泵或風機等通風裝置直接向作物根際通氣,或采用文丘里裝置將空氣以微氣泡的形式摻入灌溉水中進行滲灌,以此調控作物根區土壤水分和氣體的含量,從而達到改善作物根際土壤環境的效果[5-7]。相關研究表明,與常規地下灌溉技術相比,加氣灌溉對溫室種植番茄[8-12]、黃瓜[13]、甜瓜[14]、棉花[15]、玉米等的一些列作物土壤微環境及土壤呼吸速率均產生了積極的影響。但是,目前關于加氣灌溉在田間應用的研究主要包括對田間土壤環境的改善及作物生長的影像中,關于加氣灌溉技術在田間的應用效益尚未進行深入研究,限制了加氣灌溉技術的田間推廣應用。部分預算法(Partial budget analysis,PBA),適用于相關技術是否使用的評價方法,可以準確地評估相關技術在田間應用帶來的農業產出與投入變化,是農業生產中常見的輔助技術手段之一。目前,國內對加氣灌溉技術的研究尚未進行田間經濟效益評價,故基于加氣灌溉技術田間經濟效益分析及部分預算法進行綜合評價,旨在為加氣灌溉技術在不同地區的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020—2021年在湖北省宜昌市秭歸縣長春村進行,屬亞熱帶季風性濕潤氣候,1月平均溫度普遍在0℃以上,7月平均溫度一般為25℃左右,冬夏風向有明顯變化,年降水量一般在1000mm以上,主要集中在夏季;四季分明,夏季高溫多雨,冬季溫和濕潤。供試土壤養分如表1所示。研究區域內小型氣象站自動獲取并記錄試驗期間降雨、氣溫及其它環境因素。

1.2 試驗設計

試驗設置加氣灌溉(AI)和不加氣灌溉(CK)兩種灌溉方式,每個試驗重復3次,1次重復為1個小區,共計6個小區。

1.3 試驗方法

種植水稻品種為“華兩優601”。定植前試驗區已經完成農田標準化建設和地下滲灌管路系統的鋪設。種植前在各小區正中鋪設1條地下滴灌帶,田間空氣泵與干管相連進行加氣,田間支管均安裝電磁閥門,用于調控各個小區的加氣量。利用φE601型標準蒸發皿控制灌水量,以灌水間隔內每天09:00測得的蒸發量為灌溉依據,各處理每次灌水量計算公式為

W=A·EP·KP

(1)

式中W—各處理每次的灌水量(L);

A—單個滴頭控制的面積(m2),A=0.24m2;

Ep—兩次灌水間隔內測得蒸發皿的蒸發量(mm);

Kp—作物-蒸發皿系數。

整個生育周期每2天加氣1次,每次灌水或降雨后補充加氣1次,加氣量計算公式為

V=1/1000SL(1-ρb/ρs)

(2)

式中V—每次通氣量(L);

S—壟的橫截面積(m2);

L—壟長(m);

ρb—土壤容重;

ρs—土壤密度。

據此得出每個試驗小區通氣量為800.25L。試驗過程中,不考慮土壤氣體的逃逸,按照羅茨風機銘牌標示功率及通氣量換算為相應的通氣時間,利用通氣時間控制通氣量。

表1 試驗區土壤基本理化性質及養分含量Table 1 Basic physical and chemical properties and nutrient contents of soils in the test area

1.4 測定指標及方法

1.4.1 土壤環境相關指標測定

1)土壤呼吸速率:利用Li-8100A土壤碳通量自動測量系統進行土壤呼吸室測定。在07:00—09:00時間段進行測量,如遇強降雨天氣則推遲測定時間。

2)土壤細菌數量:用土鉆和五點取樣法采集耕層土壤,按0～10cm、10～20cm、20～30cm土層分別采集新鮮土壤樣品并按層次充分,每次采集重復3次,利用平板計數法對土壤細菌數量進行測定。

1.4.2 產量測定

1)水稻產量:籽粒烘干后測定稻谷質量和含水率,再按照標準含水率13.5%計算水稻產量,即

(3)

1.5 數據處理方法

采用SPSS22.0進行數據分析與方差分析。

1.6 經濟效益分析

凈收益A是總收益T與總投入C的差值,計算公式為

A=T-C

(4)

總收益T為收獲水稻的總經濟價值,計算公式為

T=Y·P水稻

(5)

式中Y—水稻總產量(kg/667m2);

P水稻—水稻價格(元/kg),P水稻=2.0元/kg。

總投入C主要包括水稻種植花費的所用費用,如種子、化肥、人工費用、化肥及農藥等。在本研究提出的部分預算法中,將總投入C分為固定投入F和變量投入V兩個部分:固定投入是指加氣灌溉技術與傳統種植技術沒有本質區別;變量投入V是指由于加氣灌溉技術而導致的變化費用。研究中,加氣灌溉技術的變量費用主要包括空氣泵、管道建設等。在管道應用過程中的年折舊費為

DC=OV·(1-S)/N

(6)

式中DC—加氣灌溉技術中管道年折舊費(元/hm2);

OV—固定資產價值;

S—殘值率;

N—年限。

因此,加氣灌溉技術下凈收益計算公式為

N=T-(FC+VC)

(7)

變化量是部分預算法中的重要考核指標之一,主要是指加氣灌溉技術使用前后的變化量,采用ΔN表示,正值表示增加,負值表示減少,計算公式為

ΔN=ΔT-(ΔFC+ΔVC)

(8)

由于加氣灌溉技術與傳統灌溉技術之間的固定投入相同,ΔFC=0,則

ΔN=ΔT-ΔVC

(9)

收益率R計算公式為

(10)

2 結果與分析

2.1 加氣灌溉技術對土壤環境的影響

不同處理下土壤呼吸速率(以CO2計)的動態變化存在一定的差異性,AI處理下測定點均顯著高于對照CK處理(P<0.05)。2年試驗中,不同處理下土壤呼吸速率變化特征統計如表2所示:AI土壤呼吸季節變化較對照組CK顯著增大了13.86%和20.54%(P<0.05)。土壤細菌約占土壤微生物總量的70%～90%,是影響土壤呼吸的主要影響因素,不同處理下土壤細菌生物量所有測定點基本存在顯著性差異(P<0.05)。2年試驗中,不同處理下土壤細菌生物量變化特征統計如表2所示:AI處理下細菌生物量季節變化較對照組CK顯著提高了45.59%和35.10%(P<0.05)。上述研究結果表明,加氣灌溉技術可以顯著提升土壤通氣性及土壤肥力,為后續作物的高產穩產提供基礎。不同種植方式下部分的預算分析如表3所示。

表2 不同處理下土壤環境因子變化特征Table 2 Characteristics of changes in soil environmental factors under different treatments

表3 不同種植方式下部分預算分析Table 3 Partial budget analysis under different planting methods

2.2 加氣灌溉技術下經濟效益分析

加氣灌溉技術與常規種植技術每年投入量分別為829.72、605.89元/hm2,加氣灌溉技術與常規種植技術相比,總收益分別為25 400.05元/hm2和20 162.14元/hm2。從農業凈收益來看,加氣灌溉技術可以增加326.03元/hm2,部分投資收益率超過700%。

2.3 部分預算法在加氣灌溉技術應用確定標準

部分預算法是否適合在加氣灌溉技術中得到廣泛應用應遵循以下3條基本原則:

1)當使用加氣灌溉技術時凈收益保持不變或出現降低,則說明加氣灌溉技術不適宜在該地區進行推廣應用;

2)當加氣灌溉技術進行推廣應用時,如果在投入量保持不變的同時,凈收益有所增長,則表明該技術的應用可以帶來更高的經濟效益;

3)當加氣灌溉技術應用時,如果投入量及凈收益都有所增長,就需要依據收益率進行確定是否應用加氣灌溉技術,收益率超過100%后則可以進行大面積的推廣應用。

試驗表明:加氣灌溉技術在試驗區收益率超過700%,遠遠超過制定標準的100%,說明加氣灌溉技術可以在該地區進行推廣應用。

2.4 加氣灌溉技術設備購置補貼政策對技術推廣的影響

由于目前加氣灌溉技術使用的相關管材設備及空氣泵等不屬于通用農業機械,尚未得到農機購置補貼政策的支持,依據當前農機購置補貼政策力度及相關政策,如果對加氣灌溉技術相關設備及管材進行30%的購置補貼,生產投入成本從679.1元/hm2降低至475.4元/hm2,投資收益率可以超過1000%,對于促進加氣灌溉技術在不同農業生產區域的推廣及應用具有重要意義。

3 討論

本研究主要針對加氣灌溉技術田間試驗對水稻土壤環境及產量的影響,在此基礎上基于部分預算法對加氣灌溉技術應用的經濟效益進行系統分析。研究結果表明:加氣灌溉技術可以顯著改善水稻生長環境,提高水稻產量,與相關研究結果一致。加氣灌溉技術的經濟效益主要與田間環境、作物種類、種植規模等因素有關,種植規模越大、經濟效益越高。由于在不同種植區域、作物類型及農田土壤條件等應用效果均存在一定的差異性,故未來應在此基礎上進一步加強加氣灌溉技術在不同地區、不同土壤類型及不同種植作物中的應用分析。

4 結論

1)在試驗區域內,加氣灌溉技術可以顯著改善土壤環境提升作物產量,與傳統滴灌技術相比,可以顯著提高作物產量(P<0.01)。

2)加氣灌溉技術與常規種植技術相比,總收益分別為25 400.05元/hm2和20 162.14元/hm2;從農業凈收益來看,加氣灌溉技術可以增加326.03元/hm2,部分投資收益率超過700%。

3)通過制定相關加氣灌溉管材、設備政策及補貼政策,有助于提高加氣灌溉技術在田間應用的投資收益率,對于實現加氣灌溉技術大面積推廣應用具有重要意義。