新疆奇台县中葛根流域小麦不同节水技术经济效果研究

吴玉秀 王苗

摘要：通过对新疆奇台县中葛根流域小麦利用大首部自压、塘坝加压、自动化3种滴灌技术及地面灌处理（对照）后的产量、水分利用效率及成本收益率进行对比分析。结果表明，小麦在运用3种节水技术后产量均显著高于地面灌处理，其中自动化滴灌技术产量显著高于大首部自压及地面灌，水分利用效率自动化滴灌技术也顯著高于其他两种节水技术，但是从成本收益率而言，塘坝加压滴灌技术优于自动化滴灌技术。采用高效节水技术对于保障昌吉州奇台县小麦稳产增收具有重要意义。

关键词：小麦;节水技术;产量;水分利用效率;成本收益率

中图分类号：S275         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）20-0190-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.045           开放科学（资源服务）标识码（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

新疆总用水量的92.87%都用于农田灌溉，新疆昌吉州地处准噶尔盆地东南缘，全州常年有水的河流有36条。2016年地表水资源可利用量2.48×109 m3，其中州属1.96×109 m3，人均拥有地表水仅为1 597 m3;地下水可开采量为1.19×109 m3，其中州属9.13×108 m3，是全疆最缺水的3个地州之一。农业灌溉是昌吉州的用水“大户”，占全州总用水量的94.4%，新疆昌吉州奇台县年均总用水量7.44×108 m3，其中农业用水量7.20×108 m3，占总用水量的96.77%，高于全疆和全州水平，说明昌吉州和奇台县的农业用水所占比例较高，而灌溉水利用系数却仅为0.54，造成农业用水浪费严重，水资源利用效率低，从侧面反映新疆农业节水提升空间较大[1]。

新疆自20世纪90年代引入滴灌技术后，节水灌溉农田面积逐年增加，截至2016年新疆高标准灌溉农田面积达到3.33×106 hm2左右，采用高效节水技术有助于水资源的高效利用及作物产出效益的提升，同时也提高了农田灌溉水的有效利用系数[2-9]。Panda等[10]通过合理减少小麦的灌溉水量降低小麦的耗水量，从而提高小麦的水分利用效率。姜小凤等[11]研究表明，合理的水分条件能提高小麦旗叶的氮素代谢能力，令旗叶硝态氮合成氨基酸或蛋白质，从而将小麦的抗旱能力增强。谭念童等[12]研究表明，高频灌溉可以降低土壤含水率的波动频率，增加灌水频次更有利于小麦对水分的吸收和利用。高效节水滴灌技术更有利于对灌溉水量及灌水频次的控制，从而提高小麦的产量及水分利用效率。目前，随着计算机在工农业生产的应用与普及，为了提高水资源利用效率，提升灌溉系统的运行效率，减少人力物力的资金投入，许多国家都开始积极探索农业智能灌溉的自动化技术[13]。张建丰[14]通过对多功能网络式自动化系统的研究，根据土壤湿度以及气象指标实现了自动化灌溉，并实现了精准化灌溉。王昕等[15]以两个深度土层的含水率为研究对象，分析探讨了其在不同作物、不同生育期及不同土壤类型中的规律。研究表明，0～100 cm土层与20～60 cm土层土壤含水率具有相关性，可满足作物宏观测报的精度要求。诸葛玉平等[16]以控制番茄灌水上下限开展试验研究，结果表明灌水控制上限固定设为6 kPa时，其灌水控制下限根据不同生育期阶段设置在25～40 kPa，能够获得较高的水分生产效率和番茄产量，这充分说明利用自动化灌溉必要的基础参数进行实时精确的灌溉，可以有效提升作物的产量。

农业节水效益评价是指在某时间段内，对某一地区或者某一流域节水模式的效益、水资源利用效率和生态平衡等方面进行科学的综合评价，并对综合效果进行定量化表示。ICEASE通过评价指标建立评价模型，对节水灌溉系统的运行成本最优化选择进行评估，评估的内容包括节水系统选择、动力选择、系統效率的变化对生产成本产生的影响、采用不同水质的灌溉成本评价以及确定某一段时间内节灌系统燃料价格变化情况年成本运转问题[17]。Rodríguez等[18]通过研究西班牙旱作农业区高效灌溉系统的经济效益，提出了适合该地区节水灌溉技术综合效益的评价方法，其基本原理是通过比较分析旱作农业区在相同的自然条件下是否采用节水灌溉技术两种情况下的生产成本与产出效益，来估算高效节水灌溉农业的经济效益。吴旭春等[19]针对新疆经济社会可持续发展对水资源均衡利用的要求，结合新疆灌溉农业取得的成就，对新疆农业灌区的节水现状进行了探讨，并从地表水可利用量、平原水库增蓄水潜力、输水系统节水潜力及田间灌溉节水潜力等4个方面对该区域灌溉用水节水潜力进行了更为细致的探讨。该研究指出新疆在现有农业用水总量保持不变的情况下，通过高效节水灌溉工程等措施能实现总灌溉面积增加0.7万hm2的目标。本研究对新疆奇台县中葛根流域主要作物小麦在3种高效节水灌溉技术运行下的经济效果进行分析，为该流域小麦实现更加经济高效的节水灌溉技术提供一定的理论依据。

1  研究区概况

中葛根河是奇台县的第二大河，全长60余千米，其中山区河段与平原河段各占一半。地处东经89°13′—91°22′，北纬43°25′—45°29′。该流域多年平均气温13.0 ℃，极端最高气温33.7 ℃，极端最低气温-32.9 ℃，多年平均降水量422.25 mm，多年平均蒸发量1 535.1 mm（20 cm口径蒸发皿）。多年平均最大风速20 m/s，多年平均风速2.7 m/s，最大冻土深度1.41 m，最大积雪深度41.9 cm。中葛根流域用水主要以农业灌溉为主，是奇台县主要的经济玉米主产区，主要以小麦、制种玉米、食葵、杂交玉米等作物种植为主。

1.1  中葛根流域作物种植结构

中葛根流域占地面积为28 440 hm2，流域内适宜种植小麦、大麦、玉米、食葵等农作物。2016年农作物种植面积19 740 hm2（包括复播面积2 866.7 hm2），农作物总产量3.227×105 t，其中粮食作物种植面积16 620 hm2（包含复播面积100 hm2），粮食作物总产量1.081×105 t。该流域主要是以农牧业生产为主的经济区域，特别是以小麦为主的粮食生产是流域优势。作物种植结构情况见表1。

1.2  中葛根流域小麦生育期实际灌水情况

2016年中葛根流域示范区小麦在不同节水灌溉技术下的灌水量稍有不同，大首部自压滴灌技术和塘坝加压滴灌技术灌水量为350 m3/667 m2，自动化滴灌技术灌水量为330 m3/667 m2，灌水次数大首部自压滴灌技术为6次，塘坝加压滴灌技术及自动化滴灌技术模式均为7次。

2  研究方法与数据来源

2.1  实地走访调查法

为了保证数据的真实性，对新疆奇台县中葛根流域所在的大型农作物示范区进行调查。通过对奇台县中葛根流域的营盘滩村、半截沟大队、川坝、良种场、老葛根、中葛根、大庄子村等的258户种植户进行相关调研，获取小麦、玉米及食葵等主要作物的节水工程投资费用等相关基础数据。通过填写问卷、访谈的方式获取当地农作物种植大户种植成本、节灌投入、运行管理投入及产量等数据。

2.2  经济类效果指标

对农作物不同节灌技术下的水分生产率、成本收益率等经济效果评价指标之间的差异进行对比分析。

2.2.1  水分生产效益  水分生产效益又称为水分生产率，是在某种节水灌溉技术模式下，在生产期内单位水资源消耗量所获得的农作物产品产值。它是反映水量的投入产出效率，衡量节水灌溉效果的重要指标之一，是国际上通用的评价指标。

水分生产率是作物整个灌溉期的产值与灌水量之间的比值。具体计算公式为：

WUE=AR/AW

式中，WUE表示采用高效节水灌溉技术模式下的水分生产率;AR表示单位面积作物产值;AW表示单位面积作物灌水量。

2.2.2  成本收益率  成本收益率是指某种作物生产成本与收益之比，是以差额-比值法表示的成本收益指标。成本收益率具体计算公式为：

r=×100%

式中，r表示成本收益率;ATR表示节水技术控制系统面积上种植作物单位面积产值;ATC表示节水技术控制系统面积上种植单位面积成本。

2.3  数据来源与处理

研究采用的数据来自于中葛根流域辐射的营盘滩村、半截沟大队、川坝、良种场、老葛根、中葛根、大庄子村等的258户小麦种植户的调研数据，主要包括大首部自压、塘坝加压和自动化3种高效节水模式小麦的固定投资、直接成本、运行成本、固定投资折旧费、生产成本、作物的常规投入费、作物的灌溉制度及产出情况等内容。采用Excel完成基础数据统计整理，采用SPSS软件Duncan多重比较法进行方差统计分析。

3  结果与分析

3.1  不同节水灌溉技术小麦产量对比

研究区大首部自压滴灌、塘坝加压滴灌、自动化滴灌3种节水灌溉技术应用后，种植小麦的投入分别为11 757.0、14 139.0和14 521.5元/hm2，较地面灌种植小麦投入增幅分别为-13.55%、3.97%、6.78%，其中大首部自压滴灌节水灌溉模式投入最低;产量分别为7 350、7 875和8 400 kg/hm2，较地面灌产量增幅分别为25.64%、34.62%和43.59%，增产效果明显;纯收入分别为8 161.5、7 517.3和9 316.5元/hm2，较地面灌的纯收入增幅分别为235.86%、209.35%、283.40%。3种高效节水灌溉模式增收效果明显，其中自动化滴灌的增收效果最为明显，充分说明自动化滴灌模式可以更加精准地灌溉农田，使作物达到高产，提高农民的经济收入（表2）。

3.2  不同节水灌溉技术小麦经济效果对比

不同节水灌溉技术小麦经济效果见表3。由表3可知，在3种节灌技术条件下，自动化滴灌小麦单位面积产量最高，塘坝加压滴灌次之，大首部自压滴灌最低。自动化滴灌技术产量显著高于大首部自压滴灌技术，与塘坝加压滴灌技术相比增幅不大，增幅分别为12%和5%，塘坝加压滴灌技术与大首部自压滴灌技术之间产量差别不大，前者比后者高约7%。比较单位面积成本，大首部自压滴灌技术由于自身的自压优势成本在3种节水灌溉技术条件下最低，而由于当地智能化基础设施不够完善，自动化滴灌技术成本在3种节水灌溉技术条件下最高。就水分生产效率而言，自动化滴灌技术明显高于塘坝加压滴灌技术和大首部自压滴灌技术，而塘坝加压滴灌技术与大首部自压滴灌技术之间无明显差异。分析成本收益率可知，大首部自压滴灌技术成本收益率最高，自动化滴灌技术和塘坝加压滴灌技术明显低于大首部自压滴灌技术，主要原因是3种小麦节水灌溉技术的单位面积经济效益相对单位面积成本影响较小，大首部自压滴灌技术成本收益率相对自动化滴灌技术、塘坝加压滴灌技术分别高11.16、12.89个百分点。以上结果表明，小麦运用自动化滴灌技术后产量明显增加，从而使水分生产率得到明显提高;从成本收益率来看，大首部自压滴灌技术成本低但成本收益率高，所以降低成本对于提高成本收益率影响较大;自动化滴灌技术成本较高，后期应该优化自动化滴灌技术实施方案，降低种植成本投入，以提高成本收益率。

4  结论

4种灌水方式下，小麦种植投入塘坝加压滴灌技术和自动化滴灌技术较地面灌高3.97%～6.78%，而分析产量发现，在运用高效节水技术后单位面积产量提升了25.64%～43.59%，小麦产量及产值在自动化滴灌技术条件下高于其他节水灌溉技术且显著高于大首部自压滴灌技术和地面灌灌水方式，说明自动化滴灌技术相对于其他灌水方式在产品产量和品质方面更具有优势效益。

大首部自压滴灌技术利用高差优势，种植成本投入低于其他高效节水技术，而自动化滴灌技术由于基础建设相对落后在3种高效节水技术中投入最高。自动化滴灌技术水分生产率显著高于其他高效节水滴灌技术，而塘坝加压滴灌技术与大首部自压滴灌技术无显著差异。大首部自压滴灌技术成本收益率相对自动化滴灌技术、塘坝加压滴灌技术分别高11.16、12.89个百分点，由此说明单位面积种植投入是影响成本收益率的重要因素，高效节水技术要提高成本收益率首先应该尽可能降低自身成本投入，尤其是自动化滴灌技术，要控制成本改善管理制度才能得到农户的认可，才会被广泛应用与推广。

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