鄧建偉 金彥兆

摘要：優(yōu)化出石羊河流域主導(dǎo)作物適種優(yōu)劣順序，為流域綜合治理和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供借鑒。以流域種植作物為研究對(duì)象，以作物經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的綜合效益最大化為目標(biāo)，建立基于綜合效益的主導(dǎo)作物優(yōu)化順序模型，優(yōu)化提出石羊河流域主導(dǎo)作物種植順序。結(jié)果表明：石羊河流域作物綜合效益優(yōu)先種植順序?yàn)椋貉笫[、籽瓜、小麥、玉米、辣椒、棉花、茴香、向日葵。石羊河流域種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和主導(dǎo)作物推廣中，應(yīng)按照作物經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)綜合效益最大的原則，根據(jù)石羊河流域主導(dǎo)作物綜合效益優(yōu)化順序結(jié)果進(jìn)行推廣應(yīng)用，為石羊河流域節(jié)水高效優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：綜合效益;主導(dǎo)作物;種植結(jié)構(gòu);優(yōu)化順序;石羊河流域

中圖分類號(hào)： S-01，TV213.4???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 論文編號(hào)：cjas2020-0101

The Optimized Sequence of Leading Crops in Shiyang River Basin Based on Comprehensive Benefits

DENG Jianwei， JIN Yanzhao

（Gansu Research Institutefor Water Conservancy， Lanzhou 730000， Gansu， China）

Abstract： The study aims to optimize the planting sequence of leading crops in Shiyang River Basin， and provide reference for watershed management and the adjustment of planting structure. Taking the leading crops as subjects， we maximized the comprehensive benefits of crop economy， society and ecology， established the optimized sequence model of leading crops based on the comprehensive benefits， and proposed the planting sequence of leading crops in Shiyang River Basin. The results show that the optimized planting sequence of leading crops is onion， seed melon， wheat， corn， pepper， cotton， fennel and sunflower in the Shiyang River Basin. In the process of the planting structure adjustment and leading crop extension in Shiyang River Basin， the principle of maximizing the comprehensive benefits of crop economy， society and ecology should be followed， and the results of the optimized planting sequence of leading crops should be applied， in order to lay a foundation for the development ofwater-saving， efficient and high-quality agriculture in Shiyang River Basin. Keywords： comprehensive benefits; leading crops; planting structure; optimized sequence; ShiYang River Basin

0引言

人們?cè)诓煌瑓^(qū)域內(nèi)特定的自然條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的耕作、生產(chǎn)等活動(dòng)，已經(jīng)總結(jié)出適合區(qū)域發(fā)展的主導(dǎo)作物，為了生存與發(fā)展，一直以經(jīng)濟(jì)效益最大原則確定種植作物種類，為了追求最大的經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)山造地、圍湖造田，過(guò)量施用化肥與農(nóng)藥，過(guò)量灌溉等，造成了土壤板結(jié)、土壤酸化、鹽堿化等一系列的問(wèn)題[1]。為了扼制破壞自然的行為，國(guó)家提出了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，走綠色發(fā)展的道路。中國(guó)非常重視作物主導(dǎo)品種的推廣，農(nóng)業(yè)部于2004年制定了《農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種和主推技術(shù)推介發(fā)布辦法》[2]，引導(dǎo)廣大農(nóng)戶選擇優(yōu)良品種;農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)了《四大作物綜合生產(chǎn)能力科技提升試點(diǎn)行動(dòng)》[3]，在小麥、玉米、水稻、大豆四大作物的13個(gè)主產(chǎn)省的30個(gè)縣，大面積示范推廣50個(gè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種和10項(xiàng)先進(jìn)實(shí)用的糧食節(jié)本增效新技術(shù)。隨后，各地方政府也分別制定了本區(qū)域的主導(dǎo)品種，2009年湖南省農(nóng)業(yè)廳發(fā)布2009年糧食作物主導(dǎo)品種[4]，2012年湖南省發(fā)布2012—2013年糧油作物良種補(bǔ)貼主導(dǎo)品種[5]。為了評(píng)估主導(dǎo)品種推廣績(jī)效，莊道元[6]以安徽小麥為例，系統(tǒng)分析了安徽小麥主導(dǎo)品種推廣現(xiàn)狀、影響農(nóng)戶選擇主導(dǎo)品種的因素、增產(chǎn)效果等。目前關(guān)于不同區(qū)域、不同流域主導(dǎo)作物的研究較少，人們對(duì)作物的選擇往往以經(jīng)濟(jì)效益最大作為目標(biāo)，但隨著國(guó)內(nèi)水資源短缺、生態(tài)問(wèn)題等因素制約，必須重新考慮主導(dǎo)作物確定的方法。面對(duì)國(guó)家對(duì)水土資源嚴(yán)格監(jiān)管的政策，傳統(tǒng)的高耗低效型農(nóng)業(yè)已難以繼續(xù)，單純以追求經(jīng)濟(jì)效益的思路必須轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和作物布局必須順應(yīng)形勢(shì)調(diào)整，向追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)綜合效益最優(yōu)的高效優(yōu)質(zhì)型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變[7]。因此，亟需探索基于綜合效益最優(yōu)的主導(dǎo)作物優(yōu)化順序方法，篩選適合區(qū)域條件的主導(dǎo)作物種植順序，為區(qū)域高效優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)與重要借鑒。本研究以石羊河流域主導(dǎo)作物[8-9]為研究對(duì)象，以作物經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的綜合效益最大為目標(biāo)，建立基于綜合效益的主導(dǎo)作物優(yōu)化順序模型，通過(guò)模型計(jì)算后，優(yōu)化提出了石羊河流域主導(dǎo)作物適種作物優(yōu)劣順序，對(duì)于優(yōu)化農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、指導(dǎo)區(qū)域農(nóng)作物生產(chǎn)具有重要意義。

1材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

石羊河是甘肅省河西走廊三大內(nèi)陸河水系之一，發(fā)源于祁連山冷龍嶺，終于民勤綠洲，是民勤綠洲唯一的地表河流。流域位于甘肅省河西走廊東部，烏稍嶺以西，祁連山北麓，介于101°41′—104°16′E，36°29′—39°27′N之間，流域土地總面積4.16×104 km2。流域涉及甘肅省武威市古浪縣、涼州區(qū)、民勤縣以及天祝藏族自治鄉(xiāng)，金昌市永昌縣、金川區(qū)，張掖市肅南裕固族自治縣、山丹縣，白銀市景泰縣。為遏制流域生態(tài)惡化趨勢(shì)，拯救民勤綠洲，甘肅省成立石羊河流域管理機(jī)構(gòu)，國(guó)務(wù)院于2007年批復(fù)實(shí)施《甘肅省石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》。歷經(jīng)十多年艱苦治理，初步解決了水資源開(kāi)發(fā)利用程度過(guò)高、用水矛盾突出、生態(tài)環(huán)境惡化等突出問(wèn)題，有效阻隔了巴丹吉林和騰格里兩大沙漠合攏，民勤沒(méi)有變成“第二個(gè)羅布泊”[10]。截至2017年底，流域總?cè)丝?29.45×104人，耕地面積325.7×103 hm2，農(nóng)田有效灌溉面積306.93×103 hm2，林草實(shí)灌面積33.69×103 hm2，糧食總產(chǎn)量148.00×107 kg[11]。

1.2 研究方法

作物生長(zhǎng)的重要決定因素就是土壤和水分，作物最終產(chǎn)量和產(chǎn)值是衡量作物效益的最終目標(biāo)，不同領(lǐng)域的研究者對(duì)作物效益用不同方法衡量，土地生產(chǎn)力是農(nóng)業(yè)科研人員采用指標(biāo)，而水分生產(chǎn)力是水利科研人員經(jīng)常采用的指標(biāo)。土地生產(chǎn)力是作物在某種土地自然情況和人類對(duì)土地改造后產(chǎn)生的效益[12-15];水分生產(chǎn)力是作物在一定的水分條件下，人類采用灌溉、耕作等改造措施后所獲得的產(chǎn)量或產(chǎn)值[16-17]。他們的共同特點(diǎn)都是人類對(duì)自然條件的改造成果，都受自然因素和社會(huì)因素影響。自然因素是決定主體，影響土地的自然因素包括土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和土壤環(huán)境，影響水分的自然因素包括區(qū)域降水、區(qū)域水源條件、水質(zhì)等因素。隨著人類改造自然水平的不斷增強(qiáng)，社會(huì)因素將逐漸成為影響土地生產(chǎn)力和水分生產(chǎn)力的主要因素，影響土地生產(chǎn)力和水分生產(chǎn)力的社會(huì)因素相似，主要是人類改良土壤、改善水分條件的投入情況，如為提高土地生產(chǎn)力而產(chǎn)生的勞動(dòng)力投入、肥料投入和機(jī)械投入等，為提高水分生產(chǎn)力而建造的灌溉工程、田間灌溉措施和灌溉管理措施等。因此，在衡量作物的生產(chǎn)水平時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)、綜合考慮作物的土地生產(chǎn)力和水分生產(chǎn)力，改變傳統(tǒng)的以經(jīng)濟(jì)效益衡量作物的方法，用作物的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的綜合效益衡量作物。

參考聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織于1971年提出的土地生產(chǎn)力指數(shù)模型[18]，綜合考慮影響作物的土地生產(chǎn)力和水分生產(chǎn)力的綜合因素，建立基于綜合效益的主導(dǎo)作物優(yōu)化順序模型，取經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)各單因素的幾何平均值作為總的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算公式見(jiàn)公式（1）。PI為綜合效益評(píng)價(jià)指數(shù)，PI越大表示綜合效益越好;F1為水分生產(chǎn)率（kg/m3或元/m3），表示在一定的作物品種和耕作栽培條件下，單位水資源量所獲得的產(chǎn)量或產(chǎn)值;F2為第j 種作物的經(jīng)濟(jì)效益（元/hm2），計(jì)算方法見(jiàn)公式（2）;F3為農(nóng)業(yè)水管理科學(xué)化程度，主要對(duì)灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)設(shè)置情況、灌溉水管理秩序、水價(jià)政策、地下水灌溉相關(guān)政策以及農(nóng)民是否參與灌溉管理和參與程度等方面的情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);F4為社會(huì)節(jié)水意識(shí)程度，灌區(qū)群眾的節(jié)水意識(shí)除了受當(dāng)?shù)厮Y源稟賦條件影響之外，還受到農(nóng)業(yè)水資源利用方式的影響，高效節(jié)水的利用方式在向灌區(qū)群眾展示高效節(jié)水的效果之外，直接影響著農(nóng)戶的灌溉習(xí)慣，評(píng)價(jià)方法可以采用評(píng)分法，就幾個(gè)主要方面進(jìn)行評(píng)分，并綜合評(píng)分結(jié)果;F5為有益耗水比例，作物用于生產(chǎn)性消耗的水量與總用水量的比值，其中作物生產(chǎn)性消耗的水量采用甘肅省水利科學(xué)研究院已開(kāi)展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[19];F6種植作物產(chǎn)生的生態(tài)效益，主要采用單位面積上作物的生態(tài)貢獻(xiàn)率計(jì)算，見(jiàn)公式（3），Aj為第j種作物的種植面積（hm2）;Cj為第j種作物產(chǎn)品的單價(jià)（元/kg）;Sj為第j種作物灌溉條件下產(chǎn)量（kg/hm2）;ECOj為第j種作物灌溉時(shí)單位面積對(duì)生態(tài)的貢獻(xiàn)率。

PI =6? ……………………………（1）

F2=AjCjSj?? ……………………………………（2）

F6=AjECOj? ……………………………………（3）

生態(tài)效益定量化指標(biāo)參考甘肅省水利科學(xué)研究院承擔(dān)的國(guó)家科技支撐計(jì)劃“民勤生態(tài)經(jīng)濟(jì)型綠洲技術(shù)集成試驗(yàn)示范”中作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化中成果[20]。

2結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取本著指標(biāo)的代表性、可量化性和獨(dú)立性等原則，另外還要考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)源易于得到和進(jìn)行分析計(jì)算。綜合以上考慮，選擇了水分生產(chǎn)效率、作物每公頃凈效益、農(nóng)業(yè)水管理程度、社會(huì)節(jié)水意識(shí)程度、作物有益耗水比例和作物生態(tài)貢獻(xiàn)率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了石羊河流域主導(dǎo)作物優(yōu)化順序指標(biāo)體系。

石羊河流域主導(dǎo)作物優(yōu)化順序指標(biāo)體系計(jì)算結(jié)果表 1。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于不同參數(shù)具有不同的量綱且數(shù)量級(jí)差別很大。為了排除不同量綱和不同數(shù)量級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，需要對(duì)各參數(shù)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[21]。在

此采用極差標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行處理，具體公式見(jiàn)式（4）。

式中，Xij為評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值，xij為評(píng)價(jià)指標(biāo)原始值。

采用公式（4）對(duì)石羊河流域主導(dǎo)作物優(yōu)化順序指標(biāo)體系進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

采用本研究建立的基于綜合效益的主導(dǎo)作物優(yōu)化順序模型，應(yīng)用公式（1），采用表2中標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)所選用的指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，綜合考慮作物的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，流域內(nèi)各灌區(qū)作物種植的優(yōu)劣順序?yàn)檠笫[、籽瓜、小麥、玉米、辣椒、棉花、茴香、食葵。

3討論

石羊河流域水土資源緊缺，通過(guò)治理雖然取得了一定成效，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，水土資源緊缺的形勢(shì)將愈加嚴(yán)峻，因此，石羊河流域要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須合理控制農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與灌溉規(guī)模，發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)是干旱區(qū)水資源可持續(xù)利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[22]。在發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的過(guò)程中，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和作物布局應(yīng)充分考慮區(qū)域的水土資源條件，根據(jù)各地區(qū)的最嚴(yán)格的水資源管理制度和土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、耕地紅線等指標(biāo)，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)由單一節(jié)水高產(chǎn)向節(jié)水提質(zhì)高效轉(zhuǎn)變[23]，實(shí)現(xiàn)由追求單產(chǎn)最高的豐水高產(chǎn)型農(nóng)業(yè)向節(jié)水高效優(yōu)質(zhì)型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，為流域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

鄧建偉[8]2014年開(kāi)展了石羊河流域主導(dǎo)作物篩選研究，本文是在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步深化，力求通過(guò)綜合效益最大的目標(biāo)，優(yōu)化出石羊河流域主導(dǎo)作物的優(yōu)化順序。關(guān)于石羊河流域主導(dǎo)作物和主導(dǎo)作物優(yōu)化順序的研究較少，而主導(dǎo)作物是流域種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要參數(shù)，因此，采用石羊河流域種植結(jié)構(gòu)的優(yōu)化成果與本文的研究結(jié)論進(jìn)行比較。在石羊河流域近期治理的初期，王以兵[24]、李新平[25]認(rèn)為應(yīng)壓縮玉米等高耗水糧食作物種植比例，發(fā)展高效節(jié)水灌溉，提高籽瓜等效益高的經(jīng)濟(jì)作物種植比例。徐萬(wàn)林[26]對(duì)民勤縣75%水文年種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化的種植結(jié)構(gòu)增加了白蘭瓜、辣椒和棉花等經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較高、灌水量相對(duì)較少的作物種植面積，減少了苜蓿、小麥、玉米等經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較低、灌水量相對(duì)較多的作物種植面積。李萬(wàn)希[27] 研究發(fā)現(xiàn)1970—2009年石羊河流域農(nóng)耕期的有效積溫明顯增多，無(wú)霜期日數(shù)增加，使農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，玉米、葡萄、棉花等喜溫作物種植面積進(jìn)一步擴(kuò)大，春小麥、春油菜等喜涼作物種植面積逐年減少。何鳳[28]提出大力壓縮高耗水作物小麥、玉米，同時(shí)加大低耗水高效益的經(jīng)濟(jì)作物棉花、葵花、瓜類等種植比例。陳樂(lè)[29]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，石羊河流域從起初以糧食作物種植為主發(fā)展到現(xiàn)在追求經(jīng)濟(jì)效益最大化的多種作物協(xié)調(diào)種植，這種變化使得石羊河流域農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)變得日趨合理。趙建明[30]建立了石羊河多要素農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置模型，對(duì)流域內(nèi)小麥、玉米、棉花等主要作物的種植面積進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果顯示，經(jīng)濟(jì)作物的相對(duì)最優(yōu)隸屬度大于糧食作物。王雪[31]研究發(fā)現(xiàn)在種植業(yè)結(jié)構(gòu)中小麥的主體地位日益喪失，近幾年糧改飼種植結(jié)構(gòu)模式發(fā)展趨勢(shì)明顯。與上述研究比較，流域內(nèi)種植的主要作物為小麥、玉米、棉花、向日葵、籽瓜、洋蔥、辣椒、茴香等，種植的主要作物一致，本研究的篩選確定的作物為石羊河流域的主導(dǎo)種植作物。種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究結(jié)果普遍認(rèn)為應(yīng)大力壓縮小麥、玉米等傳統(tǒng)高耗水糧食作物的種植比例，加大瓜類、蔬菜、棉花等低耗水經(jīng)濟(jì)作物的種植比例，與本研究主導(dǎo)作物優(yōu)化順序是統(tǒng)一的。

種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、主導(dǎo)作物推廣是國(guó)家推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的重要措施，是提高農(nóng)業(yè)供給體系質(zhì)量和效率的重要措施。隨著中國(guó)生態(tài)建設(shè)、綠色發(fā)展力度的不斷加大，單純以追求經(jīng)濟(jì)凈效益最大為目標(biāo)的種植方式已然不適合現(xiàn)階段的發(fā)展要求，因此，政府必須加強(qiáng)引導(dǎo)，加大宣傳力度，重視作物的綜合效益，逐步提高群眾意識(shí)，最終使成果在實(shí)際中普遍應(yīng)用。

4結(jié)論

面對(duì)石羊河流域水土資源緊缺的嚴(yán)峻形勢(shì)，和國(guó)家最嚴(yán)格水土資源管理的要求，必須改變傳統(tǒng)的以經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)選擇主導(dǎo)作物，重視作物的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)等綜合效益，按照確定的石羊河流域主導(dǎo)作物綜合效益優(yōu)化順序進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整與作物的推廣應(yīng)用，為石羊河流域節(jié)水高效優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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