疏勒河灌区不同灌溉方式下不同作物水效益分析

摘 "要：在疏勒河流域智慧水利建设过程中，按照数字孪生灌区农田作物精准化灌溉的要求，为掌握不同灌溉模式下不同作物水效益，该文通过对疏勒河灌区广泛种植的小麦、玉米和食葵进行水效益分析研究并得出相应的数据。试验表明，滴灌模式下不同作物的水效益最高，灌区传统的漫灌方式水效益最低，已无法适应现代化灌区的建设要求。因此，在疏勒河灌区大力推广节水灌溉技术，是建设现代化灌区的必然要求。

关键词：灌溉方式；节水效益；经济效益；现代化灌区；智慧水利

中图分类号：S275 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2096-9902（2024）09-0029-05

Abstract： In the process of smart water conservancy construction in Shule River Basin， according to the requirements of precision irrigation of farmland crops in digital twin irrigation area， in order to grasp the water benefits of different crops under different irrigation modes， this paper analyzes the water benefits of wheat， corn and sunflower widely planted in Shule River Irrigation area， and the corresponding data were obtained. The experiment shows that the water benefit of different crops is the highest under drip irrigation mode， and the water benefit of traditional flooding irrigation mode is the lowest， which can not meet the requirements of modern irrigation area construction. Therefore， vigorously popularizing water-saving irrigation technology in Shule River irrigation area is an inevitable requirement for the construction of modern irrigation area.

Keywords： irrigation mode; water-saving benefit; economic benefit; modern irrigation area; smart water conservancy

目前，国内外不仅从输配水过程中发展运用节水技术[1]，在田间管理和农艺生物等方面也开始渗透节水措施，尤其自2022年疏勒河流域通过建设数字孪生灌区发展智慧水利，提出要按照作物需水规律和耗水特点，“按需、按量”进行灌溉，逐步实现精准化、精细化灌溉[2]。因此，开展农田水分运动和作物耗水规律研究是发展信息自动化灌溉的重要组成部分，通过对农田水量平衡的计算，准确分析合理的灌溉模式和灌溉效益已经成为发展高效节水农业的趋势[3]。本文通过对比不同灌水模式不同作物水效益，旨在研究解决节水灌溉在水量降低的情况下，分析水经济效益和水生产效益的增长幅度，这对缓解干旱荒漠绿洲地区农业的持续发展与水资源匮乏这一尖锐矛盾具有重要的研究价值和深远意义[4]，同时也可以为数字孪生灌区的建设提供数据支撑。

1 "材料与方法

1.1 "试验区概况

试验从2023年4月份作物种植开始，到10月份作物收获结束。试验区位于疏勒河灌区南干渠节水灌溉核心示范区，灌溉面积达到33.3 hm2。试验区引水条件较好，地理位置、田块规格和种植结构等都具有较强的代表性。试验区内田间配套设施完善，已形成“渠—路—林—田”配套合理化的高产农田格局，包括河水蓄水调节池1座，大功率灌溉泵房1座，埋设干支输水管道4 500 m，基本形成了全试验区网格化的局面。同时，引进安装以色列先进自动控制电磁阀93个，其中滴灌安装8个，控制灌溉面积2.3 hm2；管灌85个，控制灌溉面积22.9 hm2，并在开展灌溉试验的田块安装了水表。

1.2 "试验设计

本试验主要以疏勒河灌区广泛种植的小麦、玉米、食葵3种作物为研究对象，通过将同种作物采取不同的灌水方式对比水效益来分析最优灌水方式。漫灌小麦、漫灌玉米、漫灌食葵的数据由试验人员从灌区农户种植的田块调查取得。试验区地块主要规划种植了渠灌小麦、管灌小麦、渠灌玉米、管灌玉米、滴灌玉米、渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵，试验区不同作物数据的收集由试验人员现场实地取得。按照试验区实际情况和试验要求，在试验区选择2种输水方式（“T“型渠砼防渗输水和管道输水）和3种田间高效节水灌溉技术（精细渠灌、管灌和滴灌）。

1.3 "试验方法

试验区灌水定额的实测以泵房安装的水表、地口梯形量水堰和测控一体化闸门相结合的方法，采取分块计时、计量的方式进行测定。实测时，试验人员带上实测统计表，从水流进地开始计时，对不同类作物进行逐块测量，对每轮灌水取得的数据进行分别记录，全年灌溉结束后对不同作物按轮次及时归类并计算汇总。试验区作物的成本效益调查主要以现场调查为主，在试验区农作物种植后，试验人员及时打印作物成本效益调查表，对不同种植作物投入的前期成本（如平整土地、地膜、籽种、底肥、追肥、农药和人工除草等费用）进行逐次统计。待各类农作物收割后，再次对试验区种植作物后期产生的成本（如水费、收割、装运、人工费、产量和收入等）进行统计。计算出不同地块、不同作物的公顷均收入、公顷均成本、灌水定额、灌溉定额、灌水占生产成本的百分数、单方水效益和单方水产值。小麦、玉米和食葵的漫灌数据由试验人员根据灌区农户的实际种植情况进行调查后取得。

2 "作物水效益分析

2.1 "小麦不同灌水模式节水效益分析

效益分析分为2部分，即节水效益分析和经济效益分析[5]。节水效益分析是从节水水量进行对比分析，而经济效益分析从投入成本、产量经济进行对比分析[6-7]。

2.1.1 "节水效益分析

根据试验设计，对小麦漫灌、精细渠灌和管灌的灌水量进行了对比分析，见表1。

表1 "小麦节水效益对比表

小麦全生育期实际灌水共计5次，漫灌灌溉定额为6 375 m3/hm2，精细渠灌灌溉定额为6 150 m3/hm2，管灌灌溉定额为5 850 m3/hm2。通过水量对比分析，精细渠灌相比漫灌节水225 m3/hm2，管灌相比漫灌节水525 m3/hm2，节水率分别达3.53%和8.23%。

2.1.2 "经济效益分析

对作物进行经济效益分析，主要涉及作物的投入和产出2个方面。投入主要包括作物从种植到收获所付出的成本，产出则包含作物的产量、按市场价格计算的产值和扣除成本后的公顷均纯收入。为了研究作物的产量、产值与灌水量的关系，根据产量、产值与灌溉定额的比值计算出作物灌溉水的单方水产量和单方水产值，从而为对比分析同种作物不同灌溉方式的水效益提供依据。

产量和产值：根据试验地现场数据和调查表分析，大田漫灌小麦、精细渠灌小麦和管灌小麦每公顷的产量分别是7 410、7 350和7 245 kg。根据小麦在上述3种灌溉方式下的产量乘以当年小麦的市场价格2.6元/kg，可以得到大田漫灌小麦、精细渠灌小麦和管灌小麦每公顷的产值分别是19 266、19 100和18 837元。

生产成本：现代农业作物生产成本按照作物的种植特征可以划分为种前成本、作物生育期成本和收获期成本。其中种前成本包括种子、农药化肥和人工机械，生育期成本主要包括水费成本和人工机械成本，收获期成本则以机械人力为主。据此计算，大田漫灌小麦、精细渠灌小麦和管灌小麦每公顷成本分别为11 790、11 700和12 750元。

投入产出对比分析：由试验结果可以看出，大田漫灌小麦灌溉定额为6 375 m3/hm2，精细渠灌小麦灌溉定额为6 150 m3/hm2，管灌小麦灌溉定额为5 850 m3/hm2，而小麦在3种灌水方式条件下各自的纯收入分别为大田漫灌7 476元/hm2，精细渠灌7 400元/hm2，管灌6 087元/hm2。大田漫灌小麦、精细渠灌小麦和管灌小麦的单方水产量分别为1.16、1.20和1.24 kg/m3，由此可见大田漫灌小麦的单方水产量最低，管灌小麦的单方水产量最高，其增加幅度达到了6.9%。大田漫灌小麦、精细渠灌小麦和管灌小麦的单方水产值分别为3.02、3.11和3.22元/m3，据此可以算出精细渠灌相比大田漫灌增高3.3%，管灌相比大田漫灌增高6.6%。上述分析数据见表2。

综上所示，从节水效益分析和经济效益分析来看，管灌产量要比漫灌低一些，同时管灌的成本投入也比漫灌要大，主要是管灌采取水泵增压提水，增加了电费和管材的费用，但是管灌相比漫灌更加节水，公顷均节水525 m3，单方水产值比漫灌增高6.6%，所以总体上来说，管灌值得推广运用，并且要形成产业规模化经营才能体现出管灌节水增效的优势。

2.2 "玉米不同灌水模式节水效益分析

玉米在试验区有3种高效节水灌溉模式，即精细渠灌、管灌和滴灌。玉米不同灌水模式节水效益分析也主要从节水效益和经济效益2个方面进行。

2.2.1 "节水效益分析

根据试验设计，对玉米漫灌、精细渠灌、管灌和滴灌的灌水量进行了对比分析，见表3。

试验区玉米精细渠灌和管灌次数为6次，同漫灌次数相同，而滴灌玉米在全生育期的灌水次数达到了12次。根据试验区实测数据对比分析可以看出，大田漫灌玉米灌溉定额最高，为7 200 m3/hm2，精细渠灌、管灌和滴灌灌溉定额分别为6 750、6 450和4 650 m3/hm2。滴灌玉米相比大田漫灌玉米，节水水量达到了2 550 m3/hm2，节水率为35.4%，在3种高效节水灌溉模式中节水效果最为明显。

2.2.2 "经济效益分析

玉米的经济效益分析，主要包括玉米的产量产值、生产成本和水效益3个方面。

产量和产值：玉米在漫灌和3种高效节水灌溉模式下（精细渠灌、管灌和滴灌）每公顷的产量分别是10 620、10 980、10 875和10 710 kg。根据玉米在上述4种灌溉方式下的产量乘以当年玉米的市场价格2.8元/kg，可以得到大田漫灌玉米、精细渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米每公顷的产值分别是29 736、30 744、30 450和29 988元。

生产成本：大田漫灌玉米、精细渠灌玉米、管灌玉米和小麦的生产投入成本相比，增加了地膜费用，滴灌玉米则增加了地面滴灌设施费用和电费，据此计算，大田漫灌玉米、精细渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米每公顷成本分别为10 725、10 635、10 950和11 700元。

投入产出对比分析：由试验数据可以看出，玉米在4种灌水方式下各自的纯收入分别为大田漫灌19 011元/hm2，精细渠灌20 109元/hm2，管灌19 500元/hm2，滴灌18 288元/hm2。大田漫灌玉米、精细渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米单方水产量分别为1.48、1.63、1.69和2.30 kg/m3，相比大田漫灌玉米，3种高效节水灌溉方式单方水产量分别增加了0.15、0.21和0.82 kg/m3，增加幅度分别为10.1%、14.2%和55.4%。大田漫灌玉米、精细渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米的单方水产值分别为4.13、4.55、4.72和6.45元/m3，据此可以算出精细渠灌相比大田漫灌增高10.1%，管灌相比大田漫灌增高14.2%，滴灌相比大田漫灌增高55.5%。上述分析数据见表4。

根据表3和表4可知，管灌比漫灌节水约750 m3/hm2，节水率为10.4%，滴灌比漫灌节水水量2 550 m3/hm2，节水率为35.4%，滴灌和管灌相比，节水量为1 800 m3/hm2，节水率为27.9%，而从产量和收入来分析，滴灌相比管灌，产量低165 kg/hm2，纯收入低1 212元/hm2，但是，如果将节约的1 800 m3水量扩大种植面积，可以多种植0.39 hm2的玉米，纯收入可以增加7 132.3元，减去低于管灌收入的1 212元，最后，滴灌玉米的收入要比管灌高5 920.3元/hm2。若将节约的水量用于生态环境的治理保护，将生产巨大的生态效益。因此，像玉米这种合理密植的作物更适合滴灌这种灌水方式，如果在今后的灌溉试验当中，更进一步科学灌水和合理种植，那么将会产生更多的经济效益。

2.3 "食葵不同灌水模式节水效益分析

食葵同玉米一样，在试验区有精细渠灌、管灌和滴灌3种高效节水灌溉模式。食葵不同灌水模式节水效益分析主要从节水效益和经济效益2个方面进行。

2.3.1 "节水效益分析

根据试验设计，对食葵漫灌、精细渠灌、管灌和滴灌的灌水量进行了对比分析。见表5。

试验区食葵精细渠灌和管灌次数为4次，同漫灌次数相同，而滴灌食葵的灌水次数为9次。根据试验区实测数据对比分析可以看出，大田漫灌食葵灌溉定额最高，为4 785 m3/hm2，精细渠灌灌溉定额略少于大田漫灌，为4 650 m3/hm2，管灌食葵的灌溉定额为4 455 m3/hm2，滴灌食葵的灌溉定额为3 645 m3/hm2。与大田漫灌相比，精细渠灌节水量为135 m3/hm2，节水率为2.8%，管灌食葵节水量为330 m3/hm2，节水率为6.9%，滴灌食葵节水量为1 140 m3/hm2，节水率为23.8%。

2.3.2 "经济效益分析

食葵的经济效益分析，主要包括食葵的产量产值、生产成本和水效益3个方面。

产量和产值：食葵在漫灌和3种高效节水灌溉模式下（精细渠灌、管灌和滴灌）每公顷的产量分别是3 450、3 855、3 900和3 825 kg。根据食葵在上述4种灌溉方式下的产量乘以当年食葵的市场价格11元/kg，可以得到大田漫灌食葵、精细渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵每公顷的产值分别是37 950、42 405、42 900和42 075元。

投入成本：大田漫灌食葵、精细渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵的成本分析同玉米基本相同，据此计算，其每公顷成本分别为9 750元、9 975元、10 050元和10 350元。

投入产出对比分析：由试验数据可以看出，滴灌食葵的节水率最高，节水效益最好。食葵在4种灌水方式下各自的纯收入分别为大田漫灌28 200元/hm2，精细渠灌32 430元/hm2，管灌32 850元/hm2，滴灌31 725元/hm2。大田漫灌食葵、精细渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵单方水产量分别为0.72、0.83、0.88和1.05 kg/m3，相比大田漫灌食葵，3种高效节水灌溉方式单方水产量分别增加了0.11、0.16和0.33 kg/m3，增加幅度分别为15.3%、22.2%和45.8%。大田漫灌食葵、精细渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵的单方水产值分别为7.93、9.12、9.63和11.54元/m3，据此可以算出精细渠灌相比大田漫灌增高15.3%，管灌相比大田漫灌增高22.2%，滴灌相比大田漫灌增高39.5%。上述分析数据见表6。

综上所示，滴灌食葵从节水效益来看，明显低于管灌小麦和滴灌玉米，从经济效益看则是最高的，相比大田漫灌食葵单方水产值，滴灌食葵单方水产值增加3.61元/m3，增幅为45.5%，与滴灌玉米相比，其单方水产值多5.09元/m3，增幅高达78.9%。所以在水资源比较匮乏的疏勒河灌区，大力发展灌溉定额低、单方水产值高的滴灌食葵，将对灌区的节水灌溉产生重要的影响。

3 "结论与讨论

通过对疏勒河灌区广泛种植的小麦、玉米和食葵进行水效益试验和分析研究后发现，滴灌、管灌等高效节水灌溉方式要比灌区传统的大田漫灌更节水，节水率达到了20%以上。这个数据对于干旱区水资源缺乏区域来说，可以极大地提高用水农户节水的积极性。同时，玉米和食葵滴灌模式下的水效益也是最高的，其单方水产量和单方水产值相较于传统的大水漫灌，增长幅度达到了39%以上。因此，在疏勒河灌区高效灌溉方式的节水效果和产生的水效益相较于灌区的漫灌具有明显的优势，建立以高效节水为基础的信息化、自动化数字孪生灌区，可以为现代农业的持续发展提供有力的水利保障。通过在疏勒河灌区南干试验区开展不同作物不同灌水方式试验获得的节水效益对比分析数据，基本可以反映灌区实际灌水情况，具有较强的代表性，对灌区实施的高标准农田灌溉也具有良好的指导意义。通过利用试验区的一体化自动灌溉系统探索农作物田间精准化、精细化灌溉，还可以为疏勒河灌区推广高效节水技术和建设智慧水利奠定试验基础和实践经验。

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