李 玥，王春霞，何新林

(石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000)

我國西北內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)的可利用水資源量有限，高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用廣泛，尤其是新疆部分地區(qū)膜下滴灌的應(yīng)用比例達(dá)90%以上。因此這些地區(qū)的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化不能忽略高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用的影響；且這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境較為脆弱，構(gòu)建種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對優(yōu)化方案生態(tài)效益方面的考慮，并嚴(yán)守“三條紅線”，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度。

種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以促進(jìn)水資源的優(yōu)化配置，提高水資源的有效利用率[1]。種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型一般分為單目標(biāo)模型和多目標(biāo)模型兩種，常用的優(yōu)化方法有：線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃和目標(biāo)權(quán)重法等。

國際上，Joeres[2]于1971年利用線性規(guī)劃法解決 Baltimore 的多水源供水問題。同年，Dudley[3]在研究季節(jié)性灌水分配問題時(shí)，將具有二維狀態(tài)變量的隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與作物生長模型結(jié)合運(yùn)用。1973 年，Smith[4]也采用線性規(guī)劃模型，對灌區(qū)用水優(yōu)化配置問題建模并求解。 Meredith等[5]人利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型初步給出2個(gè)灌溉配水系統(tǒng)的例子。1992年Afzal J等[6]建立線性規(guī)劃模型對Pakistan的某個(gè)區(qū)域的不同水質(zhì)的水使用問題進(jìn)行優(yōu)化。

近年來，國內(nèi)在這方面的研究也有了極大的發(fā)展。劉瀟等[7]以甘肅民勤縣為例針對灌區(qū)規(guī)劃問題, 將模糊概念引入多目標(biāo)線性優(yōu)化模型。李茉等[1]構(gòu)建了基于雙層分式規(guī)劃的種植結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化模型，并通過交互式模糊規(guī)劃方法進(jìn)行求解，定量得到研究區(qū)域在最小灌溉水量情況下的最大種植收益。胡洪靜等[8]提出了基于作物水分生產(chǎn)函數(shù)的多目標(biāo)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，并以衡水市為例得出了不同灌溉水價(jià)水平下對應(yīng)的種植結(jié)構(gòu)和灌水量調(diào)整方案。李建芳等[9]通過作物需水量、生育期有效降雨量及農(nóng)產(chǎn)品單產(chǎn)，細(xì)分了農(nóng)產(chǎn)品虛擬水中的藍(lán)水和綠水，建立了多目標(biāo)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。周惠成等[10]將交互式模糊多目標(biāo)優(yōu)化算法應(yīng)用于求解作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整模型，改善作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整多目標(biāo)決策過程中數(shù)據(jù)處理、模型構(gòu)建、決策者偏好等方面存在的模糊性問題。張帆等[11-12]構(gòu)建以經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)的雙區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃模型，實(shí)現(xiàn)有限農(nóng)業(yè)水資源量下的最大經(jīng)濟(jì)效益；還以甘肅省武威市民勤縣為例，構(gòu)建了以單方水效益期望值最大為目標(biāo)的分式兩階段隨機(jī)規(guī)劃模型。陳敏等[13]將水足跡引入作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，以青海省三江源區(qū)為例，構(gòu)建以單位作物藍(lán)水足跡的農(nóng)業(yè)凈收益最大為目標(biāo)的作物種植結(jié)構(gòu)分式規(guī)劃模型。梁美社等[14]提出基于虛擬水戰(zhàn)略的區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化線性規(guī)劃模型。彭致功等[15]以農(nóng)業(yè)耗水總量及灌溉取水總量為約束條件，采用優(yōu)化灌溉制度和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整措施下京郊農(nóng)業(yè)發(fā)展面積閾值。

現(xiàn)階段的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化大多構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，分別考慮經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，在種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化上起到了一定的指導(dǎo)意義，但大多數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化方法在系數(shù)的計(jì)算、目標(biāo)函數(shù)指標(biāo)權(quán)重的確定上存在主觀因素，缺乏理論依據(jù)；且大多數(shù)模型在調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)時(shí)，沒有將灌水技術(shù)考慮在內(nèi)。本文將灌溉技術(shù)與線性規(guī)劃方法相結(jié)合，初步建立適用于石河子灌區(qū)的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用廣泛，導(dǎo)致了灌溉面積擴(kuò)大，造成了“越節(jié)水越缺水”的局面，引起地下水位急劇下降和土地荒漠化加劇等問題。因此，在不同灌水技術(shù)下對農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是必要的。

1 模型的建立

在人類活動(dòng)中，不同的灌溉技術(shù)對生態(tài)環(huán)境的影響是不同的。其中高效的節(jié)水灌溉技術(shù)在減少農(nóng)業(yè)灌溉用水的同時(shí)，影響了灌溉水對地下水的補(bǔ)給、淋洗壓鹽的效果等；地膜的殘留阻礙了土壤中水分、空氣等作物生長必需物質(zhì)的運(yùn)移，次生鹽堿化加劇，對生態(tài)環(huán)境造成更為惡劣的影響。本文根據(jù)《中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192-2015)，利用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)EI，以運(yùn)用不同灌溉技術(shù)的農(nóng)田為不同的研究區(qū)域，分別計(jì)算其生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，并通過面積加權(quán)的方法給出優(yōu)化方案的綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)，來反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，評價(jià)模型優(yōu)化結(jié)果的生態(tài)效益。

本文將不同的灌水技術(shù)考慮在模型內(nèi)，通過采用單目標(biāo)線性規(guī)劃方法初步建立農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型包括目標(biāo)函數(shù)與約束條件兩部分。其中，目標(biāo)函數(shù)以灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值即經(jīng)濟(jì)效益最大化為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮對生態(tài)安全的影響。根據(jù)國家對新疆地區(qū)的基本政策要求與灌區(qū)特點(diǎn)，其約束條件包括種植面積約束、農(nóng)作物社會(huì)需求約束、農(nóng)業(yè)用水量約束、綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算。本文將灌溉條件與綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)相結(jié)合，初步給出在不同灌溉技術(shù)條件下的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。

1.1 設(shè)置目標(biāo)函數(shù)

模型以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值增加量(即實(shí)施優(yōu)化方案后與實(shí)施前的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的差值)為目標(biāo)函數(shù)，并考慮不同的灌溉技術(shù)，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)如下：

其中,xi為不同灌溉技術(shù)下各種農(nóng)作物的總種植面積(hm2)；ai為不同灌溉技術(shù)下各種農(nóng)作物單位面積凈產(chǎn)值(萬元·m-3)；F為種植結(jié)構(gòu)調(diào)整前的各種農(nóng)作物總凈產(chǎn)值(萬元)。

1.2 約束條件

1.2.1 種植面積約束 灌區(qū)各種農(nóng)作物的總種植面積不得大于可耕地總面積，且該綠洲灌區(qū)種植總面積已經(jīng)接近現(xiàn)有種植技術(shù)下的最大耕地面積，開發(fā)新的耕地會(huì)對本就脆弱的生態(tài)環(huán)境造成更加惡劣的影響。因此，其約束條件為：

其中,L為灌區(qū)現(xiàn)有最大農(nóng)業(yè)種植面積(hm2)。

1.2.2 農(nóng)作物社會(huì)需求約束 考慮到新疆地區(qū)地理位置的特殊性，灌區(qū)內(nèi)生產(chǎn)的糧食產(chǎn)量能夠達(dá)到灌區(qū)內(nèi)人口的總需求即可。該需求根據(jù)灌區(qū)內(nèi)歷年的糧食產(chǎn)量以及人口數(shù)量得出。因此，其約束條件為：

其中,di為各種農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量(t·hm-2)；N為各種農(nóng)作物社會(huì)總需求量(t)。

1.2.3 農(nóng)業(yè)用水量約束 考慮到灌區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用水量約占每年可利用水資源利用總量的95%左右，且要保證居民的日常生活用水，以及一定的生態(tài)用水和工業(yè)用水，即農(nóng)業(yè)用水量占水資源總量的比重較高，不宜再增加。受所研究灌區(qū)的地理水文條件的影響，膜下滴灌的節(jié)水灌溉形式分布較廣，同時(shí)還存在一些其他灌溉技術(shù)。特別是灌區(qū)內(nèi)葡萄的灌溉技術(shù)以溝灌為主。因此，其約束條件為：

xij=bjxj

其中,cij為各種農(nóng)作物在各種灌溉技術(shù)下的灌溉定額(m3·hm-2)；xij為各種農(nóng)作物在各種灌溉技術(shù)下的種植面積(hm2)；WA為灌區(qū)當(dāng)年農(nóng)業(yè)總用水量(104m3)；bj為在不同灌溉技術(shù)下各種農(nóng)作物種植面積占種植總面積的比例。

1.2.4 綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù) 自1996年灌區(qū)開始大力推行膜下滴灌，人為因素對水資源的空間分配產(chǎn)生極大的影響。本文考慮將灌溉技術(shù)與生態(tài)安全相結(jié)合，不同的灌溉技術(shù)計(jì)算出不同的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)值。其中其他灌溉技術(shù)包括塊灌、垅灌、畦灌、噴灌等非膜下滴灌節(jié)水技術(shù)在內(nèi)的各種灌溉技術(shù)。

根據(jù)《中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2015)，利用生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)EI反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體狀態(tài)，指標(biāo)體系包括生物豐富度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)5個(gè)分指數(shù)和一個(gè)環(huán)境限制指數(shù)，各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.35、0.25、0.15、0.15、0.10和約束性指標(biāo)。計(jì)算方法EI=0.35×生物豐富度指數(shù)+0.25×植被覆蓋指數(shù)+0.15×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.15×(100-土地脅迫指數(shù))+0.10×(100-污染負(fù)荷指數(shù))+環(huán)境限制指數(shù)。

在研究區(qū)內(nèi)可將運(yùn)用不同灌溉技術(shù)的農(nóng)田分為不同的小區(qū)域，通過計(jì)算不同優(yōu)化方案的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)及其差值，評價(jià)優(yōu)化方案對生態(tài)環(huán)境的影響。其中：

(1)生物豐富度指數(shù)=(BI+HQ)/2 本文是以干旱區(qū)農(nóng)田為研究區(qū)域，物種貧乏，生態(tài)系統(tǒng)類型單一、脆弱，生物多樣性極低，生物多樣性等級低，生物多樣性指數(shù)BI<20；生境質(zhì)量指數(shù)HQ的生境類型僅為耕地，因此HQ≈56.24。

(2)植被覆蓋指數(shù)NDVI(區(qū)域均值) 根據(jù)規(guī)范中的計(jì)算方法，農(nóng)田植被覆蓋度較高。

(3)水網(wǎng)密度指數(shù) 根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)該指數(shù)中的河流長度和水域面積近似為0，則

水網(wǎng)密度指數(shù)=Ares×水資源量/(3×區(qū)域面積)。

其中,Ares為水資源量的歸一化系數(shù)，參考值為86.387；水資源量為運(yùn)用不同灌溉技術(shù)的農(nóng)作物灌溉水量；區(qū)域面積為不同灌溉技術(shù)的農(nóng)作物種植面積。因此

符號含義同上。

(4)土地脅迫指數(shù) 長期運(yùn)用膜下滴灌高效節(jié)水技術(shù)造成白色污染和土地次生鹽堿化，屬于對土地的重度侵蝕，土地脅迫指數(shù)約等于94.12；而基于石河子灌區(qū)土壤含鹽量較高的特點(diǎn)，運(yùn)用其他灌溉技術(shù)的農(nóng)田，屬于對土地的中度侵蝕，土地脅迫指數(shù)約等于47.21。

(5)污染負(fù)荷指數(shù) 運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)的農(nóng)田，主要污染源是農(nóng)業(yè)殘膜造成的白色污染，1 km2耕地大概需使用6 t地膜，則污染負(fù)荷指數(shù)約等于0.04。

(6)環(huán)境限制指數(shù) 膜下滴灌高效節(jié)水技術(shù)中，地膜為不可降解物質(zhì)，殘膜的逐年積累阻斷了土壤中水分運(yùn)移，影響水流下滲，導(dǎo)致次生鹽堿化加劇，影響作物的生長發(fā)育。因此，根據(jù)規(guī)范對運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境狀況級別降1級。

由此可分別計(jì)算出優(yōu)化方案中運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)農(nóng)田和運(yùn)用其他灌溉技術(shù)農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI1、EI2)，可利用面積加權(quán)平均的方法來計(jì)算優(yōu)化后灌區(qū)農(nóng)田的綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)EI總。即：

符號含義同上。本文主要利用不同優(yōu)化方案綜合環(huán)境生態(tài)指數(shù)及其差值來評價(jià)模型結(jié)果的優(yōu)劣。

2 模型運(yùn)用

2.1 研究區(qū)現(xiàn)狀

石河子灌區(qū)位于天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣，瑪納斯河流域中下游，屬溫帶大陸氣候，為典型沙漠綠洲。灌區(qū)自1996年將地膜與滴灌技術(shù)結(jié)合并成功應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植，膜下滴灌技術(shù)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用使綠洲區(qū)的農(nóng)作物總產(chǎn)值得到大幅度提升，但該技術(shù)是人類調(diào)配水資源的重要措施，對農(nóng)田的水文循環(huán)有極大的影響，引發(fā)綠洲下游荒漠植物退化、土地次生鹽漬化等一系列生態(tài)問題，且運(yùn)用該技術(shù)節(jié)省下來的水資源大部分用于增加農(nóng)業(yè)種植面積，造成了越節(jié)水越缺水的惡性循環(huán)。灌區(qū)內(nèi)大力推廣膜下滴灌，地表水含沙量較大,易堵塞過濾器和滴灌管帶，大量開采地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，地下水水位逐年下降，下游的荒漠植被退化，對生態(tài)環(huán)境影響極大。

2.2 變量及相關(guān)數(shù)據(jù)

以2014年為現(xiàn)狀年，查詢《2015年石河子統(tǒng)計(jì)年鑒》等相關(guān)資料，嚴(yán)格遵守石河子灌區(qū)“三條紅線”制度，以石河子灌區(qū)當(dāng)年的實(shí)際情況為邊界條件，并綜合考慮當(dāng)年的農(nóng)產(chǎn)品社會(huì)需求來確定相關(guān)變量及數(shù)據(jù)。決策變量考慮到農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同灌溉條件下各種農(nóng)作物種植面積的合理比例與相對最佳生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，所以以石河子灌區(qū)主要農(nóng)作物的種植面積為決策變量(hm2)。決策變量包括：小麥(x1)、玉米(x2)、棉花(x3)、葡萄(x4)、桃子(x5)。而主要利用膜下滴灌技術(shù)進(jìn)行節(jié)水灌溉的農(nóng)產(chǎn)品變量設(shè)為：小麥(x11)、玉米(x21)、棉花(x31)、葡萄(x41)、桃子(x51)。具體數(shù)據(jù)如表1、表2及表3所示。

2.3 模型計(jì)算結(jié)果與分析

利用LINGO優(yōu)化軟件編程并將以上數(shù)據(jù)代入模型中，通過設(shè)置不同的膜下滴灌所占比例，對上述模型進(jìn)行求解，結(jié)果見表3和表4。

根據(jù)石河子灌區(qū)“三條紅線”中的農(nóng)業(yè)用水量，將現(xiàn)狀年的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化為方案2。方案1是除葡萄外全部以膜下滴灌進(jìn)行灌溉，且由于農(nóng)業(yè)種植總面積的約束，方案1與方案2不同作物的種植面積相同，經(jīng)濟(jì)效益相同，綜合生態(tài)環(huán)境指數(shù)下降，但農(nóng)業(yè)種植用水量減少4.5668×106m3。雖然該方案的農(nóng)業(yè)用水量有所減少，但農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境狀況變差。石河子灌區(qū)為人工綠洲，農(nóng)作物種植面積占總面積的40%左右，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境狀況對整個(gè)灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境有較大影響，且根據(jù)石河子灌區(qū)的地理環(huán)境與水文特性的特殊性以及膜下滴灌的特點(diǎn)，這部分節(jié)水用于生產(chǎn)、生活、生態(tài)等方面，在緩解人為對生態(tài)環(huán)境的破壞、提高灌區(qū)生態(tài)環(huán)境承載力方面均沒有顯著作用，這對于原本生態(tài)環(huán)境脆弱的石河子灌區(qū)是不適合的。且在方案1中EI<20，為生態(tài)環(huán)境狀況差的等級，即條件惡劣，人類生活受到限制，因此石河子灌區(qū)內(nèi)全部運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)灌溉主要農(nóng)作物是不合適的。

表1 石河子灌區(qū)2014年農(nóng)作物主要決策變量相關(guān)數(shù)據(jù)

表2 石河子灌區(qū)主要農(nóng)作物不同灌溉技術(shù)下的灌溉定額

表3 不同膜下滴灌技術(shù)比例下經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)安全影響系數(shù)

注：2014年的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為121 568.8萬元;b1表示膜下滴灌技術(shù)運(yùn)用比例。

Note: The gross output value of agriculture in 2014 was 121 568.8×104yuan;b1represents the proportion of drip irrigation under mulch.

表4不同膜下滴灌技術(shù)比例下農(nóng)作物種植面積/hm2

Table4Plantingareaunderdifferentdripirrigationtechniques

方案Project小麥 WheatAB玉米 CornAB棉花 CottonAB葡萄 GrapeAB桃子 PeachAB11306.70.02826.70.021033.30.00.04080.0866.70.021173.3133.32546.7280.018926.72106.70.04080.0780.086.731146.7160.02486.7340.018466.72520.00.04080.0762.7106.741126.7180.02433.3393.317873.32906.70.04080.0745.3120.051100.0206.72373.3453.317286.73293.30.04080.0728.0140.061073.3233.32320.0506.716713.33666.70.04080.0710.7153.371046.7260.02260.0566.716146.74040.00.04080.0693.3173.38913.3393.31980.0846.713480.05773.30.04080.0606.7260.0

注：A為膜下滴灌，B為其他灌溉。

Note: A is mulched drip irrigation and B is other irrigation techniques.

方案3～8是逐漸減小膜下滴灌技術(shù)運(yùn)用比例后的結(jié)果。由表3、表4可知，隨著膜下滴灌技術(shù)運(yùn)用面積占總灌溉面積比例的下降，其他灌溉技術(shù)運(yùn)用面積增加，經(jīng)濟(jì)效益增量減少，即農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益下降，尤其方案8當(dāng)b1=0.7時(shí)，優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)效益較現(xiàn)狀年下降3.7%；綜合生態(tài)環(huán)境指數(shù)提高，根據(jù)規(guī)范中生態(tài)環(huán)境狀況變化度分級，方案8與方案2的ΔEI=3.55，屬于明顯變化等級，即生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯變好，方案5～7與方案2相比1≤ΔEI<3，屬于略微變化等級，即生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微變好，方案3、4與方案2相比ΔEI<1，為無明顯變化等級，即生態(tài)環(huán)境質(zhì)量無明顯變化；由于農(nóng)業(yè)用水量的限制，隨著b值的增大主要農(nóng)作物的種植總面積減少，適量減少種植面積，增加自然綠洲面積，對恢復(fù)改善荒漠生態(tài)環(huán)境狀況有積極作用；方案2～8的綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)20

方案7、8的綜合生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)較高，但其經(jīng)濟(jì)效益過低，且主要農(nóng)作物種植總面積大幅減小，土地未得到較為充分的利用。若這大面積土地需生態(tài)恢復(fù)，會(huì)增加生態(tài)效益的用水量，短時(shí)間內(nèi)不適用于較為缺水的荒漠綠洲灌區(qū)，不利于生產(chǎn)、生態(tài)和生活的協(xié)調(diào)發(fā)展；若用于增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，不僅增加了生產(chǎn)、生活用水，還對生態(tài)環(huán)境造成了二次破壞，因此不適用于石河子灌區(qū)。“生態(tài)環(huán)境保護(hù)是功在當(dāng)代、利在千秋的事業(yè)”，方案3、4較方案2生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善不明顯，與國家發(fā)展走向和本文基本目的符合度較差。方案5、6滿足了灌區(qū)規(guī)劃的基本要求，較方案2生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微變好。方案5較現(xiàn)狀年的經(jīng)濟(jì)效益增長62.2萬元，方案6較現(xiàn)狀年經(jīng)濟(jì)效益降低了0.5%，降幅較小，對灌區(qū)GDP的影響較小，且隨著該方案在灌區(qū)內(nèi)的實(shí)施，生態(tài)環(huán)境不斷改善，社會(huì)總經(jīng)濟(jì)狀況也會(huì)有所提升，從長遠(yuǎn)來看該方案經(jīng)濟(jì)效益降低的影響可忽略。因此石河子灌區(qū)的膜下滴灌技術(shù)運(yùn)用比例為0.84和0.82時(shí)在保證經(jīng)濟(jì)效益平穩(wěn)、社會(huì)民生穩(wěn)定、生態(tài)環(huán)境友好等方面與其他方案相比有很大的優(yōu)勢。

3 結(jié) 論

1)本文是基于不同灌溉技術(shù)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，在模型中增加了生態(tài)安全影響系數(shù)，與以往研究中將經(jīng)濟(jì)效益最大化作為主要優(yōu)化條件相比，將生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為模型優(yōu)化的主要條件之一，涉及研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要農(nóng)作物，并設(shè)置不同的方案進(jìn)行優(yōu)化比較。

2)通過對優(yōu)化結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，石河子灌區(qū)的膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用比例為0.84或0.82時(shí)，保證了經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，生態(tài)安全影響系數(shù)較高，即在保證灌區(qū)內(nèi)人們生產(chǎn)、生活的前提下，減輕了人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境本就脆弱的沙漠綠洲灌區(qū)的破壞。

3)經(jīng)模型優(yōu)化調(diào)整后的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，膜下滴灌技術(shù)運(yùn)用面積減少約1 938.7～2 609.3 hm2，其他灌溉技術(shù)使用面積增加約1 486.7～1 953.3 hm2。膜下滴灌運(yùn)用面積有兩種方案：(1)膜下滴灌面積小麥1 100.0 hm2、玉米2 373.3 hm2、棉花17 286.7 hm2、桃子728.0 hm2,其他灌溉技術(shù)運(yùn)用面積為小麥206.7 hm2、玉米453.3 hm2、棉花3 293.3 hm2、桃子140.0 hm2;(2)膜下滴灌面積小麥1 073.3 hm2、玉米2 320.0 hm2、棉花16 713.3 hm2和桃子710.7 hm2，其他灌溉技術(shù)小麥233.3 hm2、玉米506.7 hm2、棉花3 666.7 hm2和桃子153.3 hm2。研究結(jié)果對石河子灌區(qū)的種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，有一定的借鑒價(jià)值。