不同灌溉形式下玉米全生產期投入產出與效益分析

李經偉，申利剛，張文麗

(內蒙古自治區水利科學研究院， 呼和浩特，010020)

為了保障國家糧食安全和水資源安全，2011年由財政部、水利部和農業部三部委發文支持在東北四省區開展節水增糧行動，其中內蒙古自治區落實節水增糧行動任務53.33萬hm2，主要分布在東北四盟市(赤峰市、通遼市、興安盟和呼倫貝爾市)。項目區是中國玉米主產區之一[1]，當地氣候和土壤等生態條件適合玉米的種植。項目區土地資源豐富，但是受水資源條件制約，耕地灌溉保證率偏低，農業生產潛力未能有效發揮。內蒙古自治區節水增糧行動項目旨在水土資源條件較好、群眾積極性較高、地方政府協調能力較強的地區建設高效節水灌溉工程[2]，在提高現有耕地灌溉保證率、糧食單產的同時壓減農田灌溉水量。因此，準確掌握不同高效節水灌溉形式投入產出及效益對節水、增糧指標的實現尤為重要。本文通過對“內蒙古東部節水增糧高效灌溉技術集成研究與規模化示范項目”的核心區和示范區現有的四種灌溉形式，即覆膜滴灌[3,4]、淺埋不覆膜滴灌(滴灌帶埋入表土下20～30 mm)、中心支軸式噴灌機噴灌[5,6](以下簡稱噴灌機噴灌)和低壓管道輸水灌溉[7,8]全生產期投入產出和節水量指標進行調研、數據整理和計算分析，探討適合在內蒙古自治區東北部地區大面積推廣的高效節水灌溉形式。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文中數據來源依托“內蒙古東部節水增糧高效灌溉技術集成研究與規模化示范項目”的核心試驗區和示范區監測和調研資料，核心試驗區位于通遼市腰林毛都鎮南塔林艾勒嘎查(123°32′E， 44°32′N)，示范區位于通遼市腰林毛都鎮南塔林艾勒嘎查、西塔林艾勒嘎查和保康鎮巨寶山村，核心試驗區和示范區2014年種植作物均為玉米，核心區和示范區現有水澆地面積820 hm2，其中發展覆膜滴灌面積220 hm2，淺埋不覆膜滴灌面積60 hm2，噴灌機噴灌面積150 hm2，低壓管道輸水灌溉面積390 hm2。區域內春季回暖快，多風沙；夏季雨熱同步，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長。全年最高氣40.8 ℃，最低氣溫-25.1 ℃，降雨269.7 mm，屬溫帶大陸性季風氣候。中壤土，土壤密度為1.41 g/cm3，土壤1 m內平均田間持水率為23.08%(質量含水率)。

1.2 方法及內容

本文為方便表達，將播種前的生產準備期及作物全生育期定義為一個生產期。數據調研監測資料開始于2014年4月11日，內容為田間整地(旋耕)，結束于2014年10月5日完成測產。完整記錄不同灌溉形式全生產期投入產出和灌溉水量數據。數據調研監測方法采取入戶調查、市場調研和田間數據采集相結合。

為了清晰地表述各項指標，將統計數據分為投入指標、產出指標和灌水量指標，其中投入指標劃分為全生產期機械人工使用指標(不含灌水人工)、農資及管材(件)使用量指標和灌水費用指標，見表1～表3；產出指標分為田間材料回收指標、作物產量指標和秸稈利用指標，見表4；灌水量指標見表3。在詳細統計各項指標內容后，通過Excel 2010軟件進行數據統計及分析。

表1 不同灌溉形式全生產期機械人工使用量

表2 不同灌溉形式全生產期農資及管材(件)使用量

表3 不同灌溉形式全生產期灌水次數、用電量及人工用量

表4 不同灌溉形式全生產期產出指標

2 結果與分析

2.1 投入指標分析

根據不同投入指標的市場單價，結合調研數據計算得到覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉各分項指標及全生產期的總投入，見表5～表8。

表5 不同灌溉形式全生產期機械人工費用 元/hm2

表6 不同灌溉形式全生產期農資及管材費用 元/hm2

表7 不同灌溉形式全生產期電費及人工費用 元/hm2

表8 不同灌溉形式全生產期總費用 元/hm2

從全生產期總投入分析，覆膜滴灌投入最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為低壓管道輸水灌溉，噴灌機噴灌最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、低壓管道輸水灌溉費用分別是噴灌機噴灌費用的147.57%、123.93%和115.04%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌田間材料費明顯高于低壓管道輸水灌溉和噴灌機噴灌；②低壓管道輸水灌溉電費人工費明顯高于其他3種灌溉形式；③噴灌機噴灌未考慮設備初期的一次性投入和后期的維護保養費用，此處統計投入僅為在作物一個生產期的日常費用。

從全生產期機械人工使用指標(不含灌水人工)投入分析，覆膜滴灌費用最高，淺埋不覆膜滴灌費用次之，噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉費用最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌費用分別是噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉費用的133.33%和103.33%。分析其原因主要為：①為避免鋪膜時劃傷農膜，覆膜滴灌區需要進行旋耕2遍；②播種時，覆膜滴灌和淺埋不覆膜滴灌區考慮覆膜、鋪帶的影響，播種效率明顯較噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉低，增加了部分投資。

從農資及管材(件)使用量指標投入分析，覆膜滴灌費用最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌費用分別是低壓管道輸水灌溉費用的181.7%、157.92%和109.14%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌每年需更新田間材料及設備易損配件；②覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌采用氣吸式精量播種機，雖然籽種用量較噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉偏少，但籽種費用所占比重較小。

從灌水費用指標投入分析，覆膜滴灌費用最低，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機噴灌，低壓管道輸水灌溉最高，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌費用分別是低壓管道輸水灌溉費用的18.2%、20.15%和22.11%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌均能實現實時灌溉，啟泵后灌溉水直接作用于作物，同時提高了灌溉水利用系數，灌溉定額較低壓管道輸水灌溉明顯減少，相應降低了灌溉動力費用；②低壓管道輸水灌溉雖然布設了給水栓，但是田間仍需要人工鋪設水帶(小白龍)進行灌溉，勞動強度較大，人工費用較高。

2.2 產出指標分析

根據不同產出指標的市場單價，結合調研數據計算得到覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉各分項指標及全生產期的總產出，見表9。

表9 不同灌溉形式全生產期總產出 元/hm2

從全生產期總產出分析，覆膜滴灌產出最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌產出分別是低壓管道輸水灌溉產出的124.88%、117.33%和107.55%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌能夠實現點對點灌溉和水肥一體化，灌水均勻度、灌溉保證率、肥料利用率均得到了有效提高，作物產量明顯增加；②覆膜滴灌在作物生育前期保水、保墑、提高低溫功能顯著，出苗率較高，作物產量、產值最大；③覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌前期田間支管、滴灌帶回收增加部分收益。

2.3 灌水量指標分析

灌水量指標是衡量一種灌溉形式灌水效率的主要依據。由表3灌水頻次及用量指標分析，覆膜滴灌灌水量少，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機噴灌，低壓管道輸水灌溉最多，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌灌水量分別是低壓管道輸水灌溉灌水量的58.33%、64.58%和70.83%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌和噴灌機噴灌能夠實現灌溉水直接作用于作物，減少了田間輸水損失，灌溉水利用系數較低壓管道輸水灌溉有所提高；②覆膜滴灌采用農膜覆蓋，減少了郁閉前作物的棵間蒸發量，無效損失減少；③淺埋不覆膜滴灌雖然沒有農膜覆蓋，但是滴灌帶是淺埋于表土2～3 cm以下，且屬于局部濕潤灌溉，減少了露地的棵間蒸發量，灌水量仍然較全濕潤灌溉的噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉偏少。

2.4 效益分析

對比不同灌溉形式全生產期效益(即投入產出差值)，覆膜滴灌效益最高，其次為淺埋不覆膜滴灌，再次為噴灌機噴灌，低壓管道輸水灌溉最低，分別為13 369、13 328、12 928和10 800元/hm2，覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌全生產期效益分別是低壓管道輸水灌溉效益的123.78%、123.4%和119.7%。分析其原因主要為：①覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌和噴灌機噴灌雖然在田間材料指標上較低壓管道輸水灌溉增加了部分投入，但是前3種灌溉形式能夠實現實時、充分灌溉和水肥一體化，作物產量上明顯提高，效益增加顯著；②覆膜滴灌和淺埋不覆膜滴灌效益差異不明顯，主要為覆膜滴灌增加的旋地、播種和農膜的費用與二者之間籽粒產值基本抵消。

3 結 論

本文將覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉4種灌溉形式全生產期劃分為投入、產出和灌溉水量3個主要指標，并根據各主要指標實際發生的內容進行指標細化。對各細化指標分析得到如下結論。

按照投入指標分析(僅考慮一個生產期內投資)，由高到低分別為覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、低壓管道輸水灌溉、噴灌機噴灌；按照產出指標分析，由高到低分別為覆膜滴灌、淺埋不覆膜滴灌、噴灌機噴灌、低壓管道輸水灌溉；按照灌溉水量指標分析，由高到低分別為低壓管道輸水灌溉、噴灌機噴灌、淺埋不覆膜滴灌、覆膜滴灌。

對比選取的4種灌溉形式，覆膜滴灌效益最高，但是現有條件下田間農膜清除率仍無法保障，持續發展覆膜滴灌勢必對耕地造成無法挽回的破壞[9,10]；噴灌機噴灌受地形條件制約[11]，并且工作時同時灌溉面積較大、設備一次性投入較高，在耕地集約化程度較低、自籌能力較差的農作區大面積推廣難度很大；低壓管道輸水灌溉灌水量較大、人工成本較高、產量低，與國家節約水資源、解放勞動力、增加農民收入的總體思想相矛盾；淺埋不覆膜滴灌雖然投入指標較噴灌機噴灌和低壓管道輸水灌溉偏高，在產出指標較覆膜滴灌偏低，但是綜合環境效益、經濟效益和社會效益總體分析，其效果是4種灌溉形式中最優的。建議可在內蒙古赤峰市、通遼市和興安盟部分地區降水量為250～400 mm的玉米種植區適度推廣淺埋不覆膜滴灌。

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