摘 "要：在疏勒河流域智慧水利建設(shè)過程中，按照數(shù)字孿生灌區(qū)農(nóng)田作物精準化灌溉的要求，為掌握不同灌溉模式下不同作物水效益，該文通過對疏勒河灌區(qū)廣泛種植的小麥、玉米和食葵進行水效益分析研究并得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。試驗表明，滴灌模式下不同作物的水效益最高，灌區(qū)傳統(tǒng)的漫灌方式水效益最低，已無法適應(yīng)現(xiàn)代化灌區(qū)的建設(shè)要求。因此，在疏勒河灌區(qū)大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，是建設(shè)現(xiàn)代化灌區(qū)的必然要求。

關(guān)鍵詞：灌溉方式；節(jié)水效益；經(jīng)濟效益；現(xiàn)代化灌區(qū)；智慧水利

中圖分類號：S275 " " "文獻標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：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，國內(nèi)外不僅從輸配水過程中發(fā)展運用節(jié)水技術(shù)[1]，在田間管理和農(nóng)藝生物等方面也開始滲透節(jié)水措施，尤其自2022年疏勒河流域通過建設(shè)數(shù)字孿生灌區(qū)發(fā)展智慧水利，提出要按照作物需水規(guī)律和耗水特點，“按需、按量”進行灌溉，逐步實現(xiàn)精準化、精細化灌溉[2]。因此，開展農(nóng)田水分運動和作物耗水規(guī)律研究是發(fā)展信息自動化灌溉的重要組成部分，通過對農(nóng)田水量平衡的計算，準確分析合理的灌溉模式和灌溉效益已經(jīng)成為發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的趨勢[3]。本文通過對比不同灌水模式不同作物水效益，旨在研究解決節(jié)水灌溉在水量降低的情況下，分析水經(jīng)濟效益和水生產(chǎn)效益的增長幅度，這對緩解干旱荒漠綠洲地區(qū)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展與水資源匱乏這一尖銳矛盾具有重要的研究價值和深遠意義[4]，同時也可以為數(shù)字孿生灌區(qū)的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 "材料與方法

1.1 "試驗區(qū)概況

試驗從2023年4月份作物種植開始，到10月份作物收獲結(jié)束。試驗區(qū)位于疏勒河灌區(qū)南干渠節(jié)水灌溉核心示范區(qū)，灌溉面積達到33.3 hm2。試驗區(qū)引水條件較好，地理位置、田塊規(guī)格和種植結(jié)構(gòu)等都具有較強的代表性。試驗區(qū)內(nèi)田間配套設(shè)施完善，已形成“渠—路—林—田”配套合理化的高產(chǎn)農(nóng)田格局，包括河水蓄水調(diào)節(jié)池1座，大功率灌溉泵房1座，埋設(shè)干支輸水管道4 500 m，基本形成了全試驗區(qū)網(wǎng)格化的局面。同時，引進安裝以色列先進自動控制電磁閥93個，其中滴灌安裝8個，控制灌溉面積2.3 hm2；管灌85個，控制灌溉面積22.9 hm2，并在開展灌溉試驗的田塊安裝了水表。

1.2 "試驗設(shè)計

本試驗主要以疏勒河灌區(qū)廣泛種植的小麥、玉米、食葵3種作物為研究對象，通過將同種作物采取不同的灌水方式對比水效益來分析最優(yōu)灌水方式。漫灌小麥、漫灌玉米、漫灌食葵的數(shù)據(jù)由試驗人員從灌區(qū)農(nóng)戶種植的田塊調(diào)查取得。試驗區(qū)地塊主要規(guī)劃種植了渠灌小麥、管灌小麥、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，試驗區(qū)不同作物數(shù)據(jù)的收集由試驗人員現(xiàn)場實地取得。按照試驗區(qū)實際情況和試驗要求，在試驗區(qū)選擇2種輸水方式（“T“型渠砼防滲輸水和管道輸水）和3種田間高效節(jié)水灌溉技術(shù)（精細渠灌、管灌和滴灌）。

1.3 "試驗方法

試驗區(qū)灌水定額的實測以泵房安裝的水表、地口梯形量水堰和測控一體化閘門相結(jié)合的方法，采取分塊計時、計量的方式進行測定。實測時，試驗人員帶上實測統(tǒng)計表，從水流進地開始計時，對不同類作物進行逐塊測量，對每輪灌水取得的數(shù)據(jù)進行分別記錄，全年灌溉結(jié)束后對不同作物按輪次及時歸類并計算匯總。試驗區(qū)作物的成本效益調(diào)查主要以現(xiàn)場調(diào)查為主，在試驗區(qū)農(nóng)作物種植后，試驗人員及時打印作物成本效益調(diào)查表，對不同種植作物投入的前期成本（如平整土地、地膜、籽種、底肥、追肥、農(nóng)藥和人工除草等費用）進行逐次統(tǒng)計。待各類農(nóng)作物收割后，再次對試驗區(qū)種植作物后期產(chǎn)生的成本（如水費、收割、裝運、人工費、產(chǎn)量和收入等）進行統(tǒng)計。計算出不同地塊、不同作物的公頃均收入、公頃均成本、灌水定額、灌溉定額、灌水占生產(chǎn)成本的百分數(shù)、單方水效益和單方水產(chǎn)值。小麥、玉米和食葵的漫灌數(shù)據(jù)由試驗人員根據(jù)灌區(qū)農(nóng)戶的實際種植情況進行調(diào)查后取得。

2 "作物水效益分析

2.1 "小麥不同灌水模式節(jié)水效益分析

效益分析分為2部分，即節(jié)水效益分析和經(jīng)濟效益分析[5]。節(jié)水效益分析是從節(jié)水水量進行對比分析，而經(jīng)濟效益分析從投入成本、產(chǎn)量經(jīng)濟進行對比分析[6-7]。

2.1.1 "節(jié)水效益分析

根據(jù)試驗設(shè)計，對小麥漫灌、精細渠灌和管灌的灌水量進行了對比分析，見表1。

表1 "小麥節(jié)水效益對比表

小麥全生育期實際灌水共計5次，漫灌灌溉定額為6 375 m3/hm2，精細渠灌灌溉定額為6 150 m3/hm2，管灌灌溉定額為5 850 m3/hm2。通過水量對比分析，精細渠灌相比漫灌節(jié)水225 m3/hm2，管灌相比漫灌節(jié)水525 m3/hm2，節(jié)水率分別達3.53%和8.23%。

2.1.2 "經(jīng)濟效益分析

對作物進行經(jīng)濟效益分析，主要涉及作物的投入和產(chǎn)出2個方面。投入主要包括作物從種植到收獲所付出的成本，產(chǎn)出則包含作物的產(chǎn)量、按市場價格計算的產(chǎn)值和扣除成本后的公頃均純收入。為了研究作物的產(chǎn)量、產(chǎn)值與灌水量的關(guān)系，根據(jù)產(chǎn)量、產(chǎn)值與灌溉定額的比值計算出作物灌溉水的單方水產(chǎn)量和單方水產(chǎn)值，從而為對比分析同種作物不同灌溉方式的水效益提供依據(jù)。

產(chǎn)量和產(chǎn)值：根據(jù)試驗地現(xiàn)場數(shù)據(jù)和調(diào)查表分析，大田漫灌小麥、精細渠灌小麥和管灌小麥每公頃的產(chǎn)量分別是7 410、7 350和7 245 kg。根據(jù)小麥在上述3種灌溉方式下的產(chǎn)量乘以當(dāng)年小麥的市場價格2.6元/kg，可以得到大田漫灌小麥、精細渠灌小麥和管灌小麥每公頃的產(chǎn)值分別是19 266、19 100和18 837元。

生產(chǎn)成本：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)成本按照作物的種植特征可以劃分為種前成本、作物生育期成本和收獲期成本。其中種前成本包括種子、農(nóng)藥化肥和人工機械，生育期成本主要包括水費成本和人工機械成本，收獲期成本則以機械人力為主。據(jù)此計算，大田漫灌小麥、精細渠灌小麥和管灌小麥每公頃成本分別為11 790、11 700和12 750元。

投入產(chǎn)出對比分析：由試驗結(jié)果可以看出，大田漫灌小麥灌溉定額為6 375 m3/hm2，精細渠灌小麥灌溉定額為6 150 m3/hm2，管灌小麥灌溉定額為5 850 m3/hm2，而小麥在3種灌水方式條件下各自的純收入分別為大田漫灌7 476元/hm2，精細渠灌7 400元/hm2，管灌6 087元/hm2。大田漫灌小麥、精細渠灌小麥和管灌小麥的單方水產(chǎn)量分別為1.16、1.20和1.24 kg/m3，由此可見大田漫灌小麥的單方水產(chǎn)量最低，管灌小麥的單方水產(chǎn)量最高，其增加幅度達到了6.9%。大田漫灌小麥、精細渠灌小麥和管灌小麥的單方水產(chǎn)值分別為3.02、3.11和3.22元/m3，據(jù)此可以算出精細渠灌相比大田漫灌增高3.3%，管灌相比大田漫灌增高6.6%。上述分析數(shù)據(jù)見表2。

綜上所示，從節(jié)水效益分析和經(jīng)濟效益分析來看，管灌產(chǎn)量要比漫灌低一些，同時管灌的成本投入也比漫灌要大，主要是管灌采取水泵增壓提水，增加了電費和管材的費用，但是管灌相比漫灌更加節(jié)水，公頃均節(jié)水525 m3，單方水產(chǎn)值比漫灌增高6.6%，所以總體上來說，管灌值得推廣運用，并且要形成產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?jīng)營才能體現(xiàn)出管灌節(jié)水增效的優(yōu)勢。

2.2 "玉米不同灌水模式節(jié)水效益分析

玉米在試驗區(qū)有3種高效節(jié)水灌溉模式，即精細渠灌、管灌和滴灌。玉米不同灌水模式節(jié)水效益分析也主要從節(jié)水效益和經(jīng)濟效益2個方面進行。

2.2.1 "節(jié)水效益分析

根據(jù)試驗設(shè)計，對玉米漫灌、精細渠灌、管灌和滴灌的灌水量進行了對比分析，見表3。

試驗區(qū)玉米精細渠灌和管灌次數(shù)為6次，同漫灌次數(shù)相同，而滴灌玉米在全生育期的灌水次數(shù)達到了12次。根據(jù)試驗區(qū)實測數(shù)據(jù)對比分析可以看出，大田漫灌玉米灌溉定額最高，為7 200 m3/hm2，精細渠灌、管灌和滴灌灌溉定額分別為6 750、6 450和4 650 m3/hm2。滴灌玉米相比大田漫灌玉米，節(jié)水水量達到了2 550 m3/hm2，節(jié)水率為35.4%，在3種高效節(jié)水灌溉模式中節(jié)水效果最為明顯。

2.2.2 "經(jīng)濟效益分析

玉米的經(jīng)濟效益分析，主要包括玉米的產(chǎn)量產(chǎn)值、生產(chǎn)成本和水效益3個方面。

產(chǎn)量和產(chǎn)值：玉米在漫灌和3種高效節(jié)水灌溉模式下（精細渠灌、管灌和滴灌）每公頃的產(chǎn)量分別是10 620、10 980、10 875和10 710 kg。根據(jù)玉米在上述4種灌溉方式下的產(chǎn)量乘以當(dāng)年玉米的市場價格2.8元/kg，可以得到大田漫灌玉米、精細渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米每公頃的產(chǎn)值分別是29 736、30 744、30 450和29 988元。

生產(chǎn)成本：大田漫灌玉米、精細渠灌玉米、管灌玉米和小麥的生產(chǎn)投入成本相比，增加了地膜費用，滴灌玉米則增加了地面滴灌設(shè)施費用和電費，據(jù)此計算，大田漫灌玉米、精細渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米每公頃成本分別為10 725、10 635、10 950和11 700元。

投入產(chǎn)出對比分析：由試驗數(shù)據(jù)可以看出，玉米在4種灌水方式下各自的純收入分別為大田漫灌19 011元/hm2，精細渠灌20 109元/hm2，管灌19 500元/hm2，滴灌18 288元/hm2。大田漫灌玉米、精細渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米單方水產(chǎn)量分別為1.48、1.63、1.69和2.30 kg/m3，相比大田漫灌玉米，3種高效節(jié)水灌溉方式單方水產(chǎn)量分別增加了0.15、0.21和0.82 kg/m3，增加幅度分別為10.1%、14.2%和55.4%。大田漫灌玉米、精細渠灌玉米、管灌玉米和滴灌玉米的單方水產(chǎn)值分別為4.13、4.55、4.72和6.45元/m3，據(jù)此可以算出精細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%。上述分析數(shù)據(jù)見表4。

根據(jù)表3和表4可知，管灌比漫灌節(jié)水約750 m3/hm2，節(jié)水率為10.4%，滴灌比漫灌節(jié)水水量2 550 m3/hm2，節(jié)水率為35.4%，滴灌和管灌相比，節(jié)水量為1 800 m3/hm2，節(jié)水率為27.9%，而從產(chǎn)量和收入來分析，滴灌相比管灌，產(chǎn)量低165 kg/hm2，純收入低1 212元/hm2，但是，如果將節(jié)約的1 800 m3水量擴大種植面積，可以多種植0.39 hm2的玉米，純收入可以增加7 132.3元，減去低于管灌收入的1 212元，最后，滴灌玉米的收入要比管灌高5 920.3元/hm2。若將節(jié)約的水量用于生態(tài)環(huán)境的治理保護，將生產(chǎn)巨大的生態(tài)效益。因此，像玉米這種合理密植的作物更適合滴灌這種灌水方式，如果在今后的灌溉試驗當(dāng)中，更進一步科學(xué)灌水和合理種植，那么將會產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益。

2.3 "食葵不同灌水模式節(jié)水效益分析

食葵同玉米一樣，在試驗區(qū)有精細渠灌、管灌和滴灌3種高效節(jié)水灌溉模式。食葵不同灌水模式節(jié)水效益分析主要從節(jié)水效益和經(jīng)濟效益2個方面進行。

2.3.1 "節(jié)水效益分析

根據(jù)試驗設(shè)計，對食葵漫灌、精細渠灌、管灌和滴灌的灌水量進行了對比分析。見表5。

試驗區(qū)食葵精細渠灌和管灌次數(shù)為4次，同漫灌次數(shù)相同，而滴灌食葵的灌水次數(shù)為9次。根據(jù)試驗區(qū)實測數(shù)據(jù)對比分析可以看出，大田漫灌食葵灌溉定額最高，為4 785 m3/hm2，精細渠灌灌溉定額略少于大田漫灌，為4 650 m3/hm2，管灌食葵的灌溉定額為4 455 m3/hm2，滴灌食葵的灌溉定額為3 645 m3/hm2。與大田漫灌相比，精細渠灌節(jié)水量為135 m3/hm2，節(jié)水率為2.8%，管灌食葵節(jié)水量為330 m3/hm2，節(jié)水率為6.9%，滴灌食葵節(jié)水量為1 140 m3/hm2，節(jié)水率為23.8%。

2.3.2 "經(jīng)濟效益分析

食葵的經(jīng)濟效益分析，主要包括食葵的產(chǎn)量產(chǎn)值、生產(chǎn)成本和水效益3個方面。

產(chǎn)量和產(chǎn)值：食葵在漫灌和3種高效節(jié)水灌溉模式下（精細渠灌、管灌和滴灌）每公頃的產(chǎn)量分別是3 450、3 855、3 900和3 825 kg。根據(jù)食葵在上述4種灌溉方式下的產(chǎn)量乘以當(dāng)年食葵的市場價格11元/kg，可以得到大田漫灌食葵、精細渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵每公頃的產(chǎn)值分別是37 950、42 405、42 900和42 075元。

投入成本：大田漫灌食葵、精細渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵的成本分析同玉米基本相同，據(jù)此計算，其每公頃成本分別為9 750元、9 975元、10 050元和10 350元。

投入產(chǎn)出對比分析：由試驗數(shù)據(jù)可以看出，滴灌食葵的節(jié)水率最高，節(jié)水效益最好。食葵在4種灌水方式下各自的純收入分別為大田漫灌28 200元/hm2，精細渠灌32 430元/hm2，管灌32 850元/hm2，滴灌31 725元/hm2。大田漫灌食葵、精細渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵單方水產(chǎn)量分別為0.72、0.83、0.88和1.05 kg/m3，相比大田漫灌食葵，3種高效節(jié)水灌溉方式單方水產(chǎn)量分別增加了0.11、0.16和0.33 kg/m3，增加幅度分別為15.3%、22.2%和45.8%。大田漫灌食葵、精細渠灌食葵、管灌食葵和滴灌食葵的單方水產(chǎn)值分別為7.93、9.12、9.63和11.54元/m3，據(jù)此可以算出精細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%。上述分析數(shù)據(jù)見表6。

綜上所示，滴灌食葵從節(jié)水效益來看，明顯低于管灌小麥和滴灌玉米，從經(jīng)濟效益看則是最高的，相比大田漫灌食葵單方水產(chǎn)值，滴灌食葵單方水產(chǎn)值增加3.61元/m3，增幅為45.5%，與滴灌玉米相比，其單方水產(chǎn)值多5.09元/m3，增幅高達78.9%。所以在水資源比較匱乏的疏勒河灌區(qū)，大力發(fā)展灌溉定額低、單方水產(chǎn)值高的滴灌食葵，將對灌區(qū)的節(jié)水灌溉產(chǎn)生重要的影響。

3 "結(jié)論與討論

通過對疏勒河灌區(qū)廣泛種植的小麥、玉米和食葵進行水效益試驗和分析研究后發(fā)現(xiàn)，滴灌、管灌等高效節(jié)水灌溉方式要比灌區(qū)傳統(tǒng)的大田漫灌更節(jié)水，節(jié)水率達到了20%以上。這個數(shù)據(jù)對于干旱區(qū)水資源缺乏區(qū)域來說，可以極大地提高用水農(nóng)戶節(jié)水的積極性。同時，玉米和食葵滴灌模式下的水效益也是最高的，其單方水產(chǎn)量和單方水產(chǎn)值相較于傳統(tǒng)的大水漫灌，增長幅度達到了39%以上。因此，在疏勒河灌區(qū)高效灌溉方式的節(jié)水效果和產(chǎn)生的水效益相較于灌區(qū)的漫灌具有明顯的優(yōu)勢，建立以高效節(jié)水為基礎(chǔ)的信息化、自動化數(shù)字孿生灌區(qū)，可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有力的水利保障。通過在疏勒河灌區(qū)南干試驗區(qū)開展不同作物不同灌水方式試驗獲得的節(jié)水效益對比分析數(shù)據(jù)，基本可以反映灌區(qū)實際灌水情況，具有較強的代表性，對灌區(qū)實施的高標(biāo)準農(nóng)田灌溉也具有良好的指導(dǎo)意義。通過利用試驗區(qū)的一體化自動灌溉系統(tǒng)探索農(nóng)作物田間精準化、精細化灌溉，還可以為疏勒河灌區(qū)推廣高效節(jié)水技術(shù)和建設(shè)智慧水利奠定試驗基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗。

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