黑龍江地區農業灌溉發展過程及用水效率演變趨勢研究

孫立飛，趙 偉，張夢然，楊 晴，劉 偉

(水利部水利水電規劃設計總院，北京 100120)

隨著我國城鎮化水平的迅速提升，水資源供需不平衡的現象日益加劇，城鄉生活、第二、三產業用水與農業灌溉用水間矛盾越發嚴重，高比例的用水量與低效率的用水水平間的矛盾[1]是當前我國農業灌溉方面亟待解決的重大現實問題。農業灌溉發展過程及用水效率演變趨勢研究是反應一個地區農業灌溉技術水平變化過程的重要依據[2]，對提升當地灌溉水平、節約利用水資源具有重要意義。

目前，國內外農業灌溉及用水效率演變趨勢領域的研究熱點主要涉及農業灌溉評價指標體系的構建[3]、灌溉用水效率空間格局[4]及效率的計算方法[5]等，陳林對新疆節水發展現狀進行了分析，并給出了發展建議[6]，許士國采用信息熵和均衡度的概念對白城地區用水結構演變與用水效率進行了分析[7]。相關研究已較為成熟，但以往研究往往僅涉及局部小范圍區域或較短的時間序列，少有對省級區域長時間序列灌溉發展及用水效率演變過程的研究。

黑龍江省位于我國東北邊疆地區，是我國位置最北、緯度最高的省份。作為農業大省，一直是我國重要的糧食和油料生產基地，近年，由于用水緊張，黑龍江省農業用水方面問題凸顯，部分地區為滿足農田灌溉需求，超采地下水、擠占河流生態用水[8- 9]。據統計，目前農業用水占用黑龍江全省用水總量的 75% 左右，農業節水存在較大的發展空間[10]，研究農業灌溉發展過程及用水效率演變趨勢對黑龍江年發展農業節水具有現實意義。

本文基于1978—2017年期間黑龍江省統計年鑒、水利統計年鑒及水資源公報等公開資料，從全局和東、中、西三大灌溉分區(如圖1所示)的角度，對黑龍江地區農業灌溉發展過程和用水效率演變趨勢進行了分析。結果表明：隨著黑龍江地區農業灌溉技術水平的提升、種植結構的優化、灌溉方式的改進以及灌溉制度的改良，黑龍江地區農業用水效率呈逐年上升趨勢，且中部地區用水效率提升速度更為明顯。

圖1 黑龍江灌溉分區圖

圖2 黑龍江有效灌溉面積變化趨勢圖

1 灌溉方式演變過程

灌溉方式是指以人為措施從水源取水補給到農田的方法[11]，可分為傳統灌溉和節水灌溉。其中噴灌、微滴灌、低壓管道灌溉是最常見的三種高效節水灌溉方式[12]。黑龍江省灌溉方式演變過程主要表現出以下 4個特點。

(1)有效灌溉面積持續增長。黑龍江省灌溉面積變化趨勢圖如圖2所示，有效灌溉面積從1978年的967萬畝增長到2003年的3117萬畝，漲幅為228%，年均漲幅5%；2016年有效灌溉面積達到8899萬畝，2003—2016年漲幅高達181%，年均增幅8%，有效灌溉面積增長明顯加速。

(2)節水灌溉面積持續發展。黑龍江歷史高效節水灌溉面積表見表1，由表1可知，節水灌溉技術從1990年開始快速發展，除低壓管道灌溉面積呈波動下降趨勢外，噴灌、微滴灌及總的高效節水灌溉面積呈明顯上升趨勢。總的高效節水灌溉面積從1990年的108萬畝上升至2014年的2154萬畝，漲幅達541%。

表1 黑龍江歷史高效節水灌溉面積表 單位：萬畝

(3)節水灌溉技術結構調整顯著。20世紀80年代末，噴灌、微滴灌及低壓管道灌溉三種灌溉方式比例分別為47.1∶0.3∶52.6；至2014年，噴灌、微滴灌及低壓管道灌溉三種灌溉方式比例分別為89.4∶9.9∶0.7。噴灌占比顯著提升，微滴灌、低壓管道灌溉明顯下降。

(4)中部地區農業灌溉發展速度最快。黑龍江分區有效灌溉面積變化情況如圖3所示，分區高效節水灌溉面積變化情況如圖4所示，2005年其西部地區有效灌溉面積最大，東部次之，中部最少；2017年其東部地區有效灌溉面積超過西部，達到3775萬畝，中部有效灌溉面積仍最少。高效節水灌溉面積2005年和2017年始終保持西部地區最多、東部次之、中部最少的格局。

圖3 黑龍江分區有效灌溉面積變化情況圖

圖4 黑龍江分區高效節水灌溉面積變化情況圖

2 種植結構演變過程

作物種植結構是指一個地區農作物的組成和布局[13]。黑龍江種植結構演變過程主要表現出以下5個特點。

(1)水稻種植比例持續增長，小麥種植比例持續下降。黑龍江地區主要作物種植面積變化趨勢如圖5所示，1978—2016年期間，水稻的種植比例從3%上升到26%，小麥的種植比例從22%下降到1%。2016年，小麥已不再是主要糧食作物，水稻從非主要糧食作物上升為種植面積第二的主要糧食作物。

圖5 黑龍江地區主要作物種植面積變化趨勢圖

(2)玉米和大豆始終是重要的糧食作物。1978—2011年期間，玉米和大豆始終是黑龍江種植比例排第一和第二的作物，2011年后，大豆種植比例被水稻超越，但仍排第三位。1978—2005年，玉米的種植比例在22%～30%之間波動，2005年之后，玉米種植比例顯著上升。

(3)主要糧食作物種植比例持續上升，非主要糧食作物種植比例持續下降。1978—2016年，排名前三的糧食作物占全省的種植比例從63%上升至91%，其他糧食作物占全省種植比例從24%下降至4%，糧食作物種植集中程度明顯提升。

(4)經濟作物種植比例近年下降明顯。1978—2003年，全省地區經濟作物種植比例在11%～17%之間波動，2003年達到最高點；2003年之后，經濟作物種植比例明顯下降，至2015年達到最低點，該年經濟作物種植比例僅為5%。

(5)各分區種植結構變化趨勢基本一致，東、西部地區水稻種植面積提升速度較快。黑龍江地區分區主要作物種植面積變化趨勢如圖6所示，各區種植結構變化趨勢基本一致，均為水稻種植面積大幅增長，小麥種植面積大幅減小。但黑龍江省東、西部地區水稻種植面積提升速度更快，中部地區水稻種植面積提升速度較慢。

圖6 黑龍江地區分區主要作物種植面積變化趨勢圖

3 灌溉制度演變過程

灌溉制度是指根據作物需水特性和當地氣候、土壤、農業技術及灌水等因素制定的灌水方案[14]。黑龍江主要作物典型年份灌溉制度見表2，由表2可知，其灌溉制度演變過程主要表現出以下3個特點。

表2 黑龍江主要作物典型年份灌溉制度表(常規灌溉)

(1)灌水次數幾乎沒有變化。從時間的角度看，1985—2015年期間，四類作物的灌水次數未有改變；從空間的角度看，從東至西僅水稻灌水次數有小幅增加。

(2)灌溉期基本保持不變。水稻的灌溉期在時間上有小幅變化，其中2005年之前水稻的灌溉期在5月15日至8月31日期間，2015年水稻的灌溉期在5月10日至8月26日期間，相比之前略有提前。其余作物的灌溉期始終保持不變。

(3)灌溉定額呈逐年下降趨勢。黑龍江省從1985年到2015年期間主要作物農業灌溉用水定額一直呈下降趨勢，其中小麥、大豆和玉米的灌溉定額下降幅度較大，約為40%，水稻的灌溉定額下降幅度較小，約為16%。分區角度看，溉定額從東至西逐漸提高。

4 灌溉用水效率演變過程

農業灌溉用水效率是指每消耗一單位水資源所生產的農作物產品價值[15]。對于同一地區，農業灌溉用水效率可用畝均用水量概化表示。黑龍江地區灌溉用水效率演變過程主要表現出以下 2個特點。

(1)西部地區畝均用水量最低，中部地區畝均用水量最高。為黑龍江地區分區畝均用水量變化趨勢如圖7所示，自1985—2015年期間，畝均用水量始終維持西部地區用水效率最低、東部次之、中部地區最高的格局。

(2)全省及各分區畝均用水量逐漸下降，中部地區下降速度最快。黑龍江省畝均用水量從1985年的808m3/畝下降到2015年的406m3/畝，其中中部地區畝均用水量從1985年的1182m3/畝下降到2015年的507m3/畝，下降速度最快。

圖7 黑龍江地區分區畝均用水量變化趨勢圖

5 結語

通過對黑龍江省近30年農業灌溉方式、種植結構、灌溉制度、灌溉用水效率的演變趨勢進行研究，結論如下：

(1)從全局的角度看，黑龍江地區有效灌溉面積和節水灌溉面積持續增長，種植結構明顯優化，用水效率不斷提升，但灌溉制度變化較小。

(2)從分區的角度看，黑龍江東部和西部地區始終是全省農業發展的核心區域，但中部地區農業發展和用水效率提升速度均快于其他兩個地區。

本文研究成果可為黑龍江乃至東北地區農業節水工作提供技術支撐和參考，對提升當地灌溉發展水平、節約利用水資源具有重要意義。