景電灌區(qū)玉米節(jié)水控鹽灌溉制度探討

馮治鳳 劉斌

(甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400)

西北地區(qū)地域遼闊，深居內(nèi)陸，氣候干旱，降水稀少，水資源是該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展最為重要的自然資源，也是主要的限制因素之一[1]。景電灌區(qū)是黃河上游最大的高揚程灌區(qū)，同時也是運營時間較長的灌區(qū)，為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)改善作出了巨大貢獻，但是目前灌溉水的利用效率普遍較低，因此發(fā)展推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高灌溉水和降水的水分利用效率，大量節(jié)約農(nóng)田水分奢侈消耗是景電灌區(qū)灌溉制度改革的必然之路[2]。

節(jié)水控鹽灌溉制度能夠高效利用區(qū)域經(jīng)濟資源，維持社會生態(tài)發(fā)展，還能夠調(diào)整景電灌區(qū)的玉米種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)，從而降低農(nóng)業(yè)用水、區(qū)域用水矛盾，進一步保證區(qū)域糧食安全生產(chǎn)[3]。此外立足于景電灌區(qū)跨省區(qū)、高揚程、大流量的工程特點，落實農(nóng)業(yè)水價綜合改革，堅持總量控制以及定額管理等手段，將水資源進行剛性約束，從而轉(zhuǎn)變粗放的用水方式，加強節(jié)約和集約屬性，充分把握灌溉空閑階段，進一步通過灌溉維持玉米作物生長，并找到土壤水鹽運移規(guī)律，通過灌水定額實現(xiàn)節(jié)水控鹽，維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)。因此，有必要在景電灌區(qū)對主要農(nóng)作物玉米開展節(jié)水控鹽制度研究，對制定和推行科學(xué)合理的定額灌溉和水價政策具有重要指導(dǎo)意義。

1 景電灌區(qū)玉米節(jié)水控鹽灌溉制度研究意義

隨著氣候的變化和人類活動的加劇，以往的區(qū)域尺度和流域尺度上的水鹽均衡已經(jīng)被打破，從而使水土環(huán)境產(chǎn)生了根本性的變化，并且對于景電灌區(qū)來說，土壤中的鹽分會隨著水分流竄到地表中，從而產(chǎn)生近現(xiàn)代地表生態(tài)過程，進一步致使土壤鹽漬化以及次生鹽漬化現(xiàn)象嚴重，長此下去則會導(dǎo)致水資源產(chǎn)生退化現(xiàn)象[4，5]。為了降低對灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)耕地資源的威脅，針對玉米作物，要通過灌溉制度降低種植土壤的銳減趨勢，促使農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[6]。景電灌區(qū)雖然耕作土地面積大，但水資源緊缺現(xiàn)象普遍，要想使區(qū)域農(nóng)作物，尤其是玉米農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，就需要解決灌溉水緊缺問題，調(diào)控水因子，改善土壤環(huán)境的負面發(fā)展趨勢，從而對該灌區(qū)生態(tài)環(huán)境建立起長期化、立體化的影響。景電灌區(qū)由于受到傳統(tǒng)人工灌溉這一模式的影響，大水漫灌、溝灌、畦灌等方式，極易誘發(fā)土壤次生鹽堿化問題，進而影響玉米作物的生產(chǎn)質(zhì)量和實際產(chǎn)量。節(jié)水控鹽灌溉制度能夠有效防止粗放灌溉造成的水土環(huán)境，促使灌區(qū)內(nèi)水利工程規(guī)劃能夠逐步擴大灌溉面積，轉(zhuǎn)變灌區(qū)用水結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)作物用水效率，進一步降低水土資源退化的可能性，從而緩解土壤鹽堿化問題，提高景電灌區(qū)糧食生產(chǎn)能力，通過灌溉模式的選擇和灌溉制度的制定，確保玉米農(nóng)作物土壤水源運移規(guī)律穩(wěn)定，最終實現(xiàn)節(jié)水控鹽。

2 景電灌區(qū)玉米節(jié)水控鹽灌溉制度研究方法

景電灌區(qū)隸屬溫帶干旱大陸氣候，且晝夜溫差大，蒸發(fā)量大于降水量，降水時空分布不均衡，土壤為沙質(zhì)，地理位置處于騰格里沙漠南端，春季風沙強，年平均氣溫在8℃左右，導(dǎo)致灌區(qū)地表水與地下水資源匱乏，而地下水的補充僅為降雨方式予以補充，但水資源獲取不穩(wěn)定，從而使灌區(qū)需依賴黃河水進行農(nóng)業(yè)灌溉，維持工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水源飲用等需求[7]。截至2022年景電灌區(qū)玉米種植面積達92%左右，因此需要制定合理的玉米節(jié)水控鹽灌溉制度。結(jié)合實際調(diào)查，對畦灌、溝灌、全膜壟作和膜下滴灌4種模式進行分析，建立評價體系，通過模型分析灌區(qū)水鹽運移規(guī)律，進一步提升節(jié)水控鹽灌溉制度的科學(xué)性和合理性。

2.1 建立灌溉制度綜合評價體系

節(jié)水控鹽灌溉制的建設(shè)需要通過綜合評價體系打好建設(shè)基礎(chǔ)，針對玉米種植來說，要根據(jù)灌溉模式和評價指標建構(gòu)特定的模型，可將評價對象設(shè)為m，而評價指標設(shè)為n，最終的模型矩陣為U，公式：

U=|uij|m×n

式中，不同的指標值Uij受i和j的不同取值影響，如i=1，2…，m，而j=1，2…，n，且m作為項目數(shù)進行評價出現(xiàn)。

為了將上述指標進行統(tǒng)一化分析，要將實測內(nèi)容根據(jù)灌溉效益進行具體劃分，促使正向指標與灌溉效益相掛鉤，數(shù)值越大效率越高，二者成正比出現(xiàn)，反之負向指標則呈現(xiàn)遞減趨勢，代表灌溉效益正在下降。因此這時可判定公式：

rij=(uij-umin)/(umax-umin)+0.001

rij=(umax-uij)/(umax-umin)+0.001

即追求正向大數(shù)據(jù)指標以及負向小數(shù)值指標，且xij作為標準化的指標值出現(xiàn)，uij則為指標特征值出現(xiàn)，umax和umin則分別代表了指標的最大和最小值。

為了加強權(quán)重因素分析，需要進一步取得標準，結(jié)合評價對象和權(quán)重值進行比重分析，公式：

2.2 立足灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)，建立灌溉制度

作為灌區(qū)的主要種植農(nóng)作物，玉米主要利用套種進行種植，存在覆膜與不覆膜2種模式，并且在市場經(jīng)濟的調(diào)節(jié)下，灌區(qū)夏秋作物種植比例失調(diào)，從而導(dǎo)致水資源使用不平衡。因此景電灌區(qū)的灌溉制度需要根據(jù)灌溉試驗站試驗數(shù)據(jù)進行綜合考慮制定，分析灌區(qū)用水綜合能力。根據(jù)玉米試驗田差異化分析，從而加強灌水定額，緩解實際灌水緊張現(xiàn)象。通過分析玉米作物階段耗水量，總結(jié)蓄水規(guī)律，并根據(jù)模型建構(gòu)制定了玉米最佳節(jié)水控鹽灌溉制度，如表1所示。

表1 玉米灌溉制度設(shè)計

在灌水方式上，景電灌區(qū)為了推行節(jié)水控鹽灌溉策略需要以溝灌和畦灌為主要形式，且景電灌區(qū)由于灌溉面積過大，且節(jié)水成本高，在灌水定額時需要制定用水計劃并下達到各個水管所進一步進行渠道分支和段落分支劃分，專業(yè)人員自報需求水量，上報后需要由水管所進行審核報至灌溉處，進而下達用水計劃[8]。根據(jù)景電灌區(qū)實際，基于上述實驗分析基礎(chǔ)上制定符合灌區(qū)實際的灌水定額，實現(xiàn)以地定量進行玉米作物灌溉，對于沙化土壤種植的玉米應(yīng)增加一次額外的苗水定額。充分利用輪灌與續(xù)灌相結(jié)合的灌溉策略，在支斗渠配水計劃制定時，要結(jié)合分配水量的灌溉面積和玉米種植面積進行統(tǒng)籌配置，實行科學(xué)化的輪灌制度，建立良好的灌溉秩序，保障灌區(qū)受水區(qū)和用水戶水資源平衡，進一步提高灌溉水利用效率，達到節(jié)水控鹽的目的。

3 景電灌區(qū)玉米節(jié)水控鹽灌溉制度應(yīng)用效果

3.1 節(jié)水控鹽灌溉項目穩(wěn)步推進

在景電灌區(qū)，有關(guān)專家與技術(shù)人員已經(jīng)針對灌溉水源浪費問題，根據(jù)節(jié)水控鹽灌溉制度研究推廣，優(yōu)化了科學(xué)灌溉方法，宣傳了新的農(nóng)業(yè)灌溉理念。如，低壓管道輸送灌溉水等手段，并且通過試驗田的集中示范，從而使玉米作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都有了一定程度上的提高，且技術(shù)和制度也已在灌區(qū)進行全面推廣。雖然與制度的建設(shè)預(yù)期存在一定差距，但已經(jīng)有效緩解了灌溉水資源的浪費問題，從而加強了灌區(qū)農(nóng)民對于節(jié)水控鹽灌溉的認識，進一步在方案實施中將節(jié)水要素和控鹽要素進行緊密結(jié)合。

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)化升級

節(jié)水控鹽灌溉制度的研究推廣，除了能節(jié)約水資源，還能夠從生產(chǎn)效率上提高玉米農(nóng)作物的實際產(chǎn)量，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得以實現(xiàn)優(yōu)化與升級[9]。目前景電灌區(qū)在同等水資源消耗的前提下，能夠采用更加先進的技術(shù)和農(nóng)業(yè)措施，使玉米這一農(nóng)作物在節(jié)約水資源的前提下實現(xiàn)高產(chǎn)量產(chǎn)，進一步打造了灌區(qū)高效農(nóng)業(yè)趨勢，提高了節(jié)水控鹽水平，并且節(jié)水控鹽灌溉制度研究推廣也能夠配合先進技術(shù)，激發(fā)人民群眾參與節(jié)水，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。如，景電灌區(qū)目前已應(yīng)用智能灌溉控制器進行集中灌溉，包括但不限于土壤水分傳感器控制器等相關(guān)設(shè)施，從而使灌溉制度在應(yīng)用上能夠滿足多種氣候條件，保持玉米農(nóng)作物所在土壤的水土涵養(yǎng)力，并且也避免了過量灌溉情況出現(xiàn)，在保證玉米植物質(zhì)量的同時減少水資源灌溉的不必要投入，達到了積極的灌溉效果[10]。

3.3 促使水資源實現(xiàn)集約精細化管理

景電灌區(qū)節(jié)水控鹽灌溉制度研究推廣能夠控制用水總量，加強固定數(shù)量分配能力，也就是說灌溉制度能夠依托玉米農(nóng)作物的具體耕種面積，結(jié)合各級水渠管理灌溉面積進行按比例分配，從而使固定面積得到水資源總量控制，實現(xiàn)定額分配、超額不補的自我保護式節(jié)水控鹽灌溉，并且實際的水資源供給額度能夠依托先進供水季度，結(jié)合經(jīng)濟費用投入，對超過規(guī)定的用水額度進行費用收取，加大水資源浪費的預(yù)防力度，從而實現(xiàn)集約化、精細化管理[11]。此外，景電灌區(qū)也會采集地表水或是雨水進行灌溉，這些水源在經(jīng)過特殊手段進行處理后，能夠滿足玉米農(nóng)作物的生長用水需求，從而借助河道、水溝以及水渠，輸送到每一塊玉米農(nóng)田中。

4 討論與結(jié)論

水分是影響作物生長最重要的因子。玉米作為景電灌區(qū)主要農(nóng)作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)對灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有顯著的影響，因此景電灌區(qū)在玉米栽培措施中推廣高效節(jié)水控鹽灌溉技術(shù)，對于提高水資源的使用效率和配置效率具有重要意義。本研究在分析景電灌區(qū)玉米節(jié)水控鹽灌溉制度研究意義的基礎(chǔ)上，通過分析玉米作物各生育階段耗水量，總結(jié)蓄水規(guī)律，根據(jù)模型建構(gòu)制定的最佳節(jié)水控鹽灌溉制度與實際狀況較為符合，實現(xiàn)了有限水量在玉米作物生育期間的合理分配模式。通過玉米節(jié)水控鹽灌溉制度的應(yīng)用，灌區(qū)節(jié)水控鹽灌溉項目穩(wěn)步推進，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)化升級，促使水資源實現(xiàn)集約精細化管理，綜合考慮可以在景電灌區(qū)推廣應(yīng)用玉米節(jié)水控鹽灌溉制度。本研究雖然表明與實際狀況較為符合，但對灌區(qū)較為復(fù)雜的環(huán)境影響因素考慮的較少，因此在下一步研究中，需要在綜合評價以及模型建構(gòu)的過程中納入更多的環(huán)境因子進行研究，提出更加科學(xué)合理的節(jié)水控鹽灌溉制度。