不同灌溉形式下玉米全生产期投入产出与效益分析

李经伟，申利刚，张文丽

(内蒙古自治区水利科学研究院， 呼和浩特，010020)

为了保障国家粮食安全和水资源安全，2011年由财政部、水利部和农业部三部委发文支持在东北四省区开展节水增粮行动，其中内蒙古自治区落实节水增粮行动任务53.33万hm2，主要分布在东北四盟市(赤峰市、通辽市、兴安盟和呼伦贝尔市)。项目区是中国玉米主产区之一[1]，当地气候和土壤等生态条件适合玉米的种植。项目区土地资源丰富，但是受水资源条件制约，耕地灌溉保证率偏低，农业生产潜力未能有效发挥。内蒙古自治区节水增粮行动项目旨在水土资源条件较好、群众积极性较高、地方政府协调能力较强的地区建设高效节水灌溉工程[2]，在提高现有耕地灌溉保证率、粮食单产的同时压减农田灌溉水量。因此，准确掌握不同高效节水灌溉形式投入产出及效益对节水、增粮指标的实现尤为重要。本文通过对“内蒙古东部节水增粮高效灌溉技术集成研究与规模化示范项目”的核心区和示范区现有的四种灌溉形式，即覆膜滴灌[3,4]、浅埋不覆膜滴灌(滴灌带埋入表土下20～30 mm)、中心支轴式喷灌机喷灌[5,6](以下简称喷灌机喷灌)和低压管道输水灌溉[7,8]全生产期投入产出和节水量指标进行调研、数据整理和计算分析，探讨适合在内蒙古自治区东北部地区大面积推广的高效节水灌溉形式。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文中数据来源依托“内蒙古东部节水增粮高效灌溉技术集成研究与规模化示范项目”的核心试验区和示范区监测和调研资料，核心试验区位于通辽市腰林毛都镇南塔林艾勒嘎查(123°32′E， 44°32′N)，示范区位于通辽市腰林毛都镇南塔林艾勒嘎查、西塔林艾勒嘎查和保康镇巨宝山村，核心试验区和示范区2014年种植作物均为玉米，核心区和示范区现有水浇地面积820 hm2，其中发展覆膜滴灌面积220 hm2，浅埋不覆膜滴灌面积60 hm2，喷灌机喷灌面积150 hm2，低压管道输水灌溉面积390 hm2。区域内春季回暖快，多风沙；夏季雨热同步，雨量集中；秋季短促，降温快；冬季干冷漫长。全年最高气40.8 ℃，最低气温-25.1 ℃，降雨269.7 mm，属温带大陆性季风气候。中壤土，土壤密度为1.41 g/cm3，土壤1 m内平均田间持水率为23.08%(质量含水率)。

1.2 方法及内容

本文为方便表达，将播种前的生产准备期及作物全生育期定义为一个生产期。数据调研监测资料开始于2014年4月11日，内容为田间整地(旋耕)，结束于2014年10月5日完成测产。完整记录不同灌溉形式全生产期投入产出和灌溉水量数据。数据调研监测方法采取入户调查、市场调研和田间数据采集相结合。

为了清晰地表述各项指标，将统计数据分为投入指标、产出指标和灌水量指标，其中投入指标划分为全生产期机械人工使用指标(不含灌水人工)、农资及管材(件)使用量指标和灌水费用指标，见表1～表3；产出指标分为田间材料回收指标、作物产量指标和秸秆利用指标，见表4；灌水量指标见表3。在详细统计各项指标内容后，通过Excel 2010软件进行数据统计及分析。

表1 不同灌溉形式全生产期机械人工使用量

表2 不同灌溉形式全生产期农资及管材(件)使用量

表3 不同灌溉形式全生产期灌水次数、用电量及人工用量

表4 不同灌溉形式全生产期产出指标

2 结果与分析

2.1 投入指标分析

根据不同投入指标的市场单价，结合调研数据计算得到覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉各分项指标及全生产期的总投入，见表5～表8。

表5 不同灌溉形式全生产期机械人工费用 元/hm2

表6 不同灌溉形式全生产期农资及管材费用 元/hm2

表7 不同灌溉形式全生产期电费及人工费用 元/hm2

表8 不同灌溉形式全生产期总费用 元/hm2

从全生产期总投入分析，覆膜滴灌投入最高，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为低压管道输水灌溉，喷灌机喷灌最低，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、低压管道输水灌溉费用分别是喷灌机喷灌费用的147.57%、123.93%和115.04%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌田间材料费明显高于低压管道输水灌溉和喷灌机喷灌；②低压管道输水灌溉电费人工费明显高于其他3种灌溉形式；③喷灌机喷灌未考虑设备初期的一次性投入和后期的维护保养费用，此处统计投入仅为在作物一个生产期的日常费用。

从全生产期机械人工使用指标(不含灌水人工)投入分析，覆膜滴灌费用最高，浅埋不覆膜滴灌费用次之，喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉费用最低，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌费用分别是喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉费用的133.33%和103.33%。分析其原因主要为：①为避免铺膜时划伤农膜，覆膜滴灌区需要进行旋耕2遍；②播种时，覆膜滴灌和浅埋不覆膜滴灌区考虑覆膜、铺带的影响，播种效率明显较喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉低，增加了部分投资。

从农资及管材(件)使用量指标投入分析，覆膜滴灌费用最高，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为喷灌机喷灌，低压管道输水灌溉最低，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌费用分别是低压管道输水灌溉费用的181.7%、157.92%和109.14%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌每年需更新田间材料及设备易损配件；②覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌采用气吸式精量播种机，虽然籽种用量较喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉偏少，但籽种费用所占比重较小。

从灌水费用指标投入分析，覆膜滴灌费用最低，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为喷灌机喷灌，低压管道输水灌溉最高，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌费用分别是低压管道输水灌溉费用的18.2%、20.15%和22.11%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌均能实现实时灌溉，启泵后灌溉水直接作用于作物，同时提高了灌溉水利用系数，灌溉定额较低压管道输水灌溉明显减少，相应降低了灌溉动力费用；②低压管道输水灌溉虽然布设了给水栓，但是田间仍需要人工铺设水带(小白龙)进行灌溉，劳动强度较大，人工费用较高。

2.2 产出指标分析

根据不同产出指标的市场单价，结合调研数据计算得到覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉各分项指标及全生产期的总产出，见表9。

表9 不同灌溉形式全生产期总产出 元/hm2

从全生产期总产出分析，覆膜滴灌产出最高，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为喷灌机喷灌，低压管道输水灌溉最低，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌产出分别是低压管道输水灌溉产出的124.88%、117.33%和107.55%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌能够实现点对点灌溉和水肥一体化，灌水均匀度、灌溉保证率、肥料利用率均得到了有效提高，作物产量明显增加；②覆膜滴灌在作物生育前期保水、保墒、提高低温功能显著，出苗率较高，作物产量、产值最大；③覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌前期田间支管、滴灌带回收增加部分收益。

2.3 灌水量指标分析

灌水量指标是衡量一种灌溉形式灌水效率的主要依据。由表3灌水频次及用量指标分析，覆膜滴灌灌水量少，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为喷灌机喷灌，低压管道输水灌溉最多，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌灌水量分别是低压管道输水灌溉灌水量的58.33%、64.58%和70.83%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌和喷灌机喷灌能够实现灌溉水直接作用于作物，减少了田间输水损失，灌溉水利用系数较低压管道输水灌溉有所提高；②覆膜滴灌采用农膜覆盖，减少了郁闭前作物的棵间蒸发量，无效损失减少；③浅埋不覆膜滴灌虽然没有农膜覆盖，但是滴灌带是浅埋于表土2～3 cm以下，且属于局部湿润灌溉，减少了露地的棵间蒸发量，灌水量仍然较全湿润灌溉的喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉偏少。

2.4 效益分析

对比不同灌溉形式全生产期效益(即投入产出差值)，覆膜滴灌效益最高，其次为浅埋不覆膜滴灌，再次为喷灌机喷灌，低压管道输水灌溉最低，分别为13 369、13 328、12 928和10 800元/hm2，覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌全生产期效益分别是低压管道输水灌溉效益的123.78%、123.4%和119.7%。分析其原因主要为：①覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌和喷灌机喷灌虽然在田间材料指标上较低压管道输水灌溉增加了部分投入，但是前3种灌溉形式能够实现实时、充分灌溉和水肥一体化，作物产量上明显提高，效益增加显著；②覆膜滴灌和浅埋不覆膜滴灌效益差异不明显，主要为覆膜滴灌增加的旋地、播种和农膜的费用与二者之间籽粒产值基本抵消。

3 结 论

本文将覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉4种灌溉形式全生产期划分为投入、产出和灌溉水量3个主要指标，并根据各主要指标实际发生的内容进行指标细化。对各细化指标分析得到如下结论。

按照投入指标分析(仅考虑一个生产期内投资)，由高到低分别为覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、低压管道输水灌溉、喷灌机喷灌；按照产出指标分析，由高到低分别为覆膜滴灌、浅埋不覆膜滴灌、喷灌机喷灌、低压管道输水灌溉；按照灌溉水量指标分析，由高到低分别为低压管道输水灌溉、喷灌机喷灌、浅埋不覆膜滴灌、覆膜滴灌。

对比选取的4种灌溉形式，覆膜滴灌效益最高，但是现有条件下田间农膜清除率仍无法保障，持续发展覆膜滴灌势必对耕地造成无法挽回的破坏[9,10]；喷灌机喷灌受地形条件制约[11]，并且工作时同时灌溉面积较大、设备一次性投入较高，在耕地集约化程度较低、自筹能力较差的农作区大面积推广难度很大；低压管道输水灌溉灌水量较大、人工成本较高、产量低，与国家节约水资源、解放劳动力、增加农民收入的总体思想相矛盾；浅埋不覆膜滴灌虽然投入指标较喷灌机喷灌和低压管道输水灌溉偏高，在产出指标较覆膜滴灌偏低，但是综合环境效益、经济效益和社会效益总体分析，其效果是4种灌溉形式中最优的。建议可在内蒙古赤峰市、通辽市和兴安盟部分地区降水量为250～400 mm的玉米种植区适度推广浅埋不覆膜滴灌。

[1] 郭庆海. 中国玉米主产区的演变与发展[J].玉米科学, 2010,18(1):139-145.

[2] 郝 林, 樊忠诚, 申利刚,等. 内蒙古自治区“节水增粮行动”实施方案(2012-2015)[R]. 内蒙古自治区水利水电勘测设计院, 2014.

[3] 王建东, 龚时宏, 许 迪,等. 东北节水增粮玉米膜下滴灌研究需重点关注的几个方面[J]. 灌溉排水学报, 2015,34(1):1-4.

[4] 窦超银, 孟维忠. 种植密度对大垄双行膜下滴灌玉米生长和产量的影响[J]. 灌溉排水学报, 2014,33(6):97-100.

[5] 王 俊, 李铁男, 王宏伟. 中心支轴式喷灌机典型工程设计标准[J]. 节水灌溉, 2014,(12):94-97.

[6] 赵伟霞, 李久生, 杨汝苗, 等. 田间试验评估圆形喷灌机变量灌溉系统水量分布特征[J]. 农业工程学报, 2014,30(22):53-62.

[7] 武 阳, 李益农, 刘群昌. 大规模灌溉管网的发展分析研究[J]. 中国农村水利水电, 2015,(1):1-3.

[8] 吴彩丽, 许 迪, 白美键, 等. 地面灌溉田间灌水控制技术与设备研究进展 [J]. 灌溉排水学报, 2013,32(6):133-136.

[9] 李先岳, 史海滨, 吕 烨, 等. 土壤中不同残膜量对滴灌入渗的影响及不确定分析 [J]. 农业工程学报, 2013,29(8):84-90.

[10] 辛静静, 史海滨, 李先岳, 等. 残留地膜对玉米生长发育和产量影响研究 [J]. 灌溉排水学报, 2014,33(3):52-54.

[11] 罗青春, 李桂玲, 张 鑫, 等. 中心支轴式喷灌机在通辽地区应用参数确定及田间工程设计[J]. 内蒙古民族大学学报(自然科学版), 2013,28(6):651-655.