石河子市生态农业技术种植结构优化要点分析

范艳飞

（吉林省通化农业学校，吉林通化 134001）

我国西北地区属于温带大陆性气候，常年干旱少雨、蒸发量大，且部分干旱地区可利用水资源较少，这就对区域农业种植的节水灌溉技术、种植结构优化提出了更高要求。例如，石河子等地区在农业种植中，大部分采用膜下滴灌的灌溉技术，且按照一定的比例种植小麦、玉米、棉花和桃子等作物，其中采用膜下滴灌技术的农作物种植面积更大，采用其他灌溉技术的种植面积较小。在膜下滴灌节水技术的支持下，合理设置灌区的主要作物种植结构，能够提高生态环境状况指数，提升农业经济效益。

1 生态农业技术的主要内涵及特征

1.1 生态农业的内涵

生态农业技术是在生态农业概念下提出的科学技术，其往往针对农、林、牧、渔等产业，利用计算机科学、化学、生物学及经济学原理，包含立体开发多层利用、良性循环多级利用、时空掩体合理配置、系统调节控制、沼气综合利用及农作物秸秆资源利用等技术。近年来，不同地区根据区域自然气候、地质地貌的环境特征，由专业技术人员不断深入农田，参与生产实践，开发出一系列有关生态农业的生产方法、专业技术。

生态农业技术会更多考量生态资源利用、生态环境保护因素，通过对现有农业工程中化学技术、生物技术、自动控制技术等的不断革新，合理设置不同农业种植类别的种群结构，既能够保证整个生态系统的完善性，也有利于农业废弃物、水资源等农业生产物质的高效利用。

1.2 生态农业技术的主要特征分析

1.2.1 创新传统的农业种植、生产方式

在新时代无土栽培、灌溉技术等快速发展的环境下，生态农业通常会在传统农业种植方式的基础上，引入更多用于农业种植、施肥及收获等的专业技术，包括物料循环多级利用技术、种植与养殖结合技术、节水灌溉技术及沼气综合利用技术等，带动原有农业种植方式、施肥及营养供给方式的全方位转变革新。

1.2.2 保证多种农业种植资源、灌溉水源的充分循环利用

在2016 年原国家农业部制定《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》《国家农业可持续发展试验示范区建设方案》的支持下，不同地区都逐渐从节能降耗、污染防治的角度出发，结合区域自然气候环境、农作物种植类型，进行农业循环示范区、农业循环技术等的建设，利用沼液渣废料、畜禽粪等，投入到农业种植、养殖产业的系统规划与实施中，调动不同农业资源的充分循环应用［1］。

1.2.3 促进区域自然环境保护、土质及水资源涵养

生态农业技术的另一重要特点，是通过采用膜下滴灌技术、合理设置灌区等方式，对西北干旱地区的农业种植、水源灌溉流程作出改进与完善，以形成区域土层土质肥力、水资源的涵养［2］。

2 生态农业种植结构、灌溉技术等的函数模型建立

2.1 农业种植与灌溉的目标函数设置

在生态农业种植结构优化的过程中，设置以农业生产经济效益增量为主的目标函数，围绕不同灌溉技术、不同灌溉技术下农作物种植面积等要素，进行农业生产经济效益增量的目标函数分析设置，如式（1）所示：

式中：maxf表示农业生产的经济效益增量值，即实施优化方案后与之前农业经济效益总量的差值，万元；ai表示不同灌溉技术下单位面积农作物的产值，万元/m2；xi表示不同灌溉技术下的农作物种植面积，hm2；F为农作物原有种植结构下的生产经济效益值，万元。

2.2 农作物种植结构的约束条件

2.2.1 农作物种植面积约束条件

不同地区农作物种植的灌溉总面积，一般小于现有可耕地总面积。因此，对于石河子等干旱地区的农作物种植结构优化，要严格控制绿洲灌溉区的总种植面积，不能增加现有的耕地面积，可表示为：

其中xi表示不同灌溉技术下的农作物种植面积，单位：hm2；L表示现有可耕地总面积，单位：hm2。

2.2.2 农业水资源用量的约束条件

石河子地区的农业灌溉水资源用量，约占到区域每年水资源用量的80%以上，即农业用水量占总体水资源用量的比重过高，居民生活用水、工业用水所占的比重较小［3］。因此要合理控制农业种植的水资源用水总量，不再增加现有的农业用水量，使用膜下滴灌节水技术的用水量约束条件可用公式（3）～（5）表示：

式中：cij表示不同灌溉技术下农作物的灌溉用水量，m3·hm-2；xij表示不同灌溉技术下农作物的种植面积，hm2；WA表示灌溉区农业总用水量，×104m3；bj表示农作物灌溉面积占总种植面积的比例。

2.3 综合生态环境状况指数

对于石河子等干旱地区的农作物种植结构优化，主要依据《生态环境状况评价技术规范》（HJ 192—2015）及生态环境状况指数的要求，围绕水网密度、土地胁迫、污染负荷及环境限制等指数，设置以上约束性评价指标的权重分别为0.35、0.25、0.25 和0.15。通过对不同农作物种植结构优化的生态环境状况指数、优化前后农业经济效益的差值进行计算，得出优化方案是否完善的结果［4］。

2.3.1 水网密度指数

根据区域内水域面积、河流长度等要素，得出不同农作物灌溉区的水网密度，水网密度指数计算公式为：

其中cij表示不同灌溉技术下农作物的灌溉用水量，单位：m3/hm2；xij表示不同灌溉技术下农作物的种植面积，单位：hm2。

2.3.2 土地胁迫指数

干旱地区长期在农业种植中使用膜下滴灌技术，因而部分土地会出现次生盐碱化、白色污染等问题，导致土地外表面的严重侵蚀。如石河子农业灌溉区域的土地含盐度过高，长期使用膜下滴灌技术会造成土壤侵蚀，土地胁迫指数约为45。

2.3.3 污染负荷指数、环境限制指数

运用膜下滴灌技术导致的白色污染，是污染负荷指数升高的主要原因，而地膜等不可降解物质的增多，又是环境限制指数升高的重要原因，石河子地区土壤污染负荷指数约为0.05。

根据加权平均法对以上多种指标作出计算，农田灌溉的综合生态环境状况指数（Ecological Index，EI）如公式（7）所示：

其中EI表示农田灌溉的综合生态环境状况指数；xi表示不同灌溉技术下的农作物种植面积，单位：hm2。

3 生态农业技术的模型计算结果与种植结构优化方案

利用LINGO 交互式线性运筹软件，根据设置的膜下滴灌技术农田种植区的面积，进行石河子地区农业种植优化的模型计算，共包括4 种种植方案，不同种植方案又分为膜下滴灌技术的种植面积（A）、其他灌溉技术的种植面积（B），具体如表1 所示。在不同膜下滴灌技术、其他灌溉技术等种植方案的实施下，得到的经济效益增量、综合生态环境状况指数值如表2 所示。

表1 膜下滴灌技术、其他灌溉技术的农业种植面积模型

表2 不同灌溉技术下的农业种植经济效益增量、综合生态环境状况指数值

从表1、表2 中生态农业膜下滴灌技术的模型计算结果可以得出：使用方案2 种植结构的经济效益增量、综合生态环境状况指数更加均衡，更符合生态农业环境保护、污染防治的要求。因此，采取膜下滴灌的种植方案，可以达到农业种植结构优化的效果［5］。

4 结语

近年来，不同农业种植地区都开始推广节水灌溉技术，包括喷灌、渗灌和滴灌等技术；但过分追求节水灌溉也会对农业地下水补给、淋洗压盐活动产生影响，如覆膜灌溉的地膜残留将阻碍农业种植土壤中水分、空气等的运移流动。因此，合理设置不同灌溉技术的农田面积，优化农业种植结构，才能形成区域农业生态、农业生产的可持续循环发展。