王 燕，彭 劼

(1. 正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210000；2. 河海大學(xué)，南京 210098)

烤煙是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，合理的灌溉對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的提高十分重要[1]。然而，我國(guó)部分煙區(qū)由于自然降雨量較少，旱情較為嚴(yán)重，如貴州煙區(qū)，烤煙生育后期的階段性干旱嚴(yán)重影響煙葉的落黃成熟，降低了烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)[2,3]。不僅如此，半干旱煙區(qū)的土壤缺乏降雨淋洗，加上連年的烤煙種植，使得土傳病蟲(chóng)害和連作障礙也愈發(fā)嚴(yán)重[4]。因此，對(duì)于灌溉設(shè)施落后的煙區(qū)，“煙-水”配套工程的建設(shè)是當(dāng)?shù)責(zé)煵蒉r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

目前，關(guān)于煙田的低壓管道[5]、微噴灌[6]工程建設(shè)已有一些報(bào)道，但其對(duì)烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)影響的研究還不多見(jiàn)，以“增產(chǎn)、提質(zhì)、高經(jīng)濟(jì)效益”為目的的煙田水利工程方面的研究則更為匱乏。本文主要針對(duì)煙區(qū)土壤連作障礙、病蟲(chóng)害、灌溉設(shè)施落后等問(wèn)題，設(shè)計(jì)不同的灌排處理，對(duì)不同處理烤煙的增產(chǎn)效益、提質(zhì)效益和灌排工程的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，同時(shí)以產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)為評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)不同灌排工程方案進(jìn)行優(yōu)選和評(píng)價(jià)，以期為旱區(qū)“煙-水”配套工程的建設(shè)和煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年在江蘇省南京市江寧區(qū)橫溪鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)觀光園中進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)每年平均降雨天數(shù)約為117 d，年均降雨量為1 106.5 mm，年平均溫度和濕度分別為15.7 ℃和81%，年最大風(fēng)速為19.8 m/s，無(wú)霜期約為237 d。試驗(yàn)區(qū)土壤種類為黃棕壤，有機(jī)質(zhì)含量為12.97 g/kg，速效氮含量為117.10 mg/kg，速效磷含量17.27 mg/kg，速效鉀含量為143.09 mg/kg，pH值為5.66，0～60 cm土壤密度約為1.37 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用低壓管道和微噴灌進(jìn)行灌溉，采用暗管進(jìn)行排水。暗管埋深根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地下水位實(shí)際情況設(shè)為0.8 m，暗管間距設(shè)3個(gè)不同梯度：4 m、6 m和8 m。以不灌排處理作為對(duì)照，共設(shè)7個(gè)處理，具體如表1所示。

每個(gè)處理的面積均為30 m×40 m，處理內(nèi)設(shè)重復(fù)，處理之間不設(shè)重復(fù)。由于面積較小，低壓管道干管采用DN90 PE管，按照設(shè)計(jì)灌溉量每10 d灌溉一次。微噴灌采用固定方式，支管間距2 m，噴頭間距1 m，流量 40 L/(h·m)。暗管為塑料波紋管，用無(wú)紡布進(jìn)行包裹處理。不同灌排處理之間采用80 cm的防滲膜，防止水分側(cè)滲。

試驗(yàn)選取烤煙K326為主要材料，采用育苗盤育苗，當(dāng)幼苗含6片新葉時(shí)將其移栽至試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌溉量為300 mm，烤煙伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期灌溉量分別占總灌溉量的30%、40%和30%。各處理施入純氮90 kg/hm2，K2O 220 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，基肥和追肥按照質(zhì)量比7∶3施用，其中基肥在移栽前一次性穴施，追肥時(shí)間為移栽后1個(gè)月。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1烤煙品質(zhì)

烤煙成熟時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)選取6株煙株，取成熟中部葉測(cè)定煙葉主要化學(xué)成分。測(cè)定前煙葉需經(jīng)過(guò)充分烘干、碾磨并混合均勻。測(cè)定指標(biāo)包括煙堿、總氮、還原糖、氯等，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)參照YC/T 159-2002、YC/T 160-2002和YC/T 161-2002。

1.3.2烤煙產(chǎn)量

烤煙成熟時(shí)，取烤煙葉部，將其置入烘箱，105 ℃殺青后70 ℃烘干至恒重，測(cè)產(chǎn)。按照單株平均煙葉干重計(jì)。

1.3.3灌排工程經(jīng)濟(jì)效益

按照13.33 hm2的煙田面積進(jìn)行灌排工程的成本預(yù)算，并按下述公式計(jì)算灌排工程主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)[6]。

(1)國(guó)民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率按以下公式計(jì)算：

式中：EIRR為國(guó)民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率，%；B為年效益，元；C為年費(fèi)用，元；(B-C)t為第t年的凈效益，元；n為計(jì)算期，a；t為計(jì)算期各年的序號(hào)，基準(zhǔn)點(diǎn)序號(hào)為0。

(2)經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值按以下公式計(jì)算：

式中：ENPV為經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值，元；is為社會(huì)折現(xiàn)率。

(3)經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比按以下公式計(jì)算：

式中：EBCR為經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比；Bt為第t年的效益，元；Ct為第t年的費(fèi)用，元。

1.4 數(shù)據(jù)處理

顯著性分析與烤煙品質(zhì)的主成分分析采用SPSS 17.0軟件，熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型的編程采用Matlab 7.1軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌排處理下烤煙的品質(zhì)

表2所示為烤煙品質(zhì)指標(biāo)及適宜范圍，適宜范圍由國(guó)家煙草專賣局制定，制定依據(jù)為煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量[7]。表2中可看出，煙堿、總氮和鉀含量總體上與暗管間距呈負(fù)相關(guān)，這可能由于暗管間距小的處理排水量較大，降低了土壤水分儲(chǔ)量，提高了煙堿、總氮和鉀的濃度；而還原糖、糖堿比、氮堿比和鉀氯比與暗管布局之間的聯(lián)系并不明顯。

表2 烤煙品質(zhì)指標(biāo)及適宜范圍

由于烤煙品質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的概念，包含指標(biāo)眾多且部分指標(biāo)之間有所關(guān)聯(lián)，故客觀評(píng)估烤煙的綜合品質(zhì)十分重要。本文采用主成分分析法對(duì)表2中的指標(biāo)進(jìn)行主成分提取，提取時(shí)遵循“特征值大于1，累積貢獻(xiàn)率大于80%”的原則[8,9]。提取后的烤煙品質(zhì)綜合主成分列入表3。品質(zhì)綜合主成分值越大，表明烤煙綜合品質(zhì)越優(yōu)。由此可見(jiàn)，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下，W5處理煙葉綜合品質(zhì)最優(yōu)，其次為W4處理，而W1處理煙葉綜合品質(zhì)最差。此外，從表3中還可看出，微噴灌處理烤煙綜合品質(zhì)總體要優(yōu)于低壓管道。

2.2 不同灌排處理下烤煙的產(chǎn)量

不同灌排處理下的烤煙產(chǎn)量如表3所示。表3中可看出，相比對(duì)照處理CK，不同灌排處理均具備顯著(P<0.05)的增產(chǎn)效益，然而，不同灌排處理之間的差異并不十分明顯。不同處理以W5產(chǎn)量最高，達(dá)到158.17 g/株；W6次之，為150.28 g/株；W1最低，僅為132.66 g/株，且顯著(P<0.05)低于W5和W6?？傮w來(lái)看，微噴灌處理烤煙的產(chǎn)量處于較優(yōu)水平。

2.3 灌排工程的經(jīng)濟(jì)效益分析

納入建設(shè)成本的項(xiàng)目包括管道工程、臨時(shí)費(fèi)用和獨(dú)立費(fèi)用，按照《南京市建設(shè)工程造價(jià)信息》(2014-09)計(jì)算。其中管道工程包括：泵房基礎(chǔ)建設(shè)、混凝土支墩、土方挖填、PE給水管、DN160×9.5 PE給水管、DN90×5.4 PE給水管、塑料波紋管、無(wú)紡布、噴灌帶、噴頭、塑料給水栓、疊片式過(guò)濾器、水表、排氣閥、安全閥、泄水閥、管道附件、管道安裝費(fèi)(按照管道費(fèi)用的15%計(jì))、水泵機(jī)組和閘閥。臨時(shí)費(fèi)用包括：施工供電、供水、用房、排水和其他臨時(shí)費(fèi)用(前4項(xiàng)的之和的1%計(jì))。獨(dú)立費(fèi)用包括：工程測(cè)量費(fèi)、工程設(shè)計(jì)費(fèi)、建設(shè)單位管理費(fèi)、工程監(jiān)理費(fèi)、生產(chǎn)及管理單位準(zhǔn)備費(fèi)、安全施工費(fèi)，工程保險(xiǎn)費(fèi)、工程質(zhì)量檢測(cè)費(fèi)。計(jì)算結(jié)果列入表3。

在計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，灌排工程年均運(yùn)行所花費(fèi)用按照總造價(jià)的5%計(jì)算，增產(chǎn)量按照不同灌排工程與對(duì)照處理產(chǎn)量差值計(jì)算，年均工程節(jié)工效益按照10%用工數(shù)×用工單價(jià)(按60 元/工計(jì))計(jì)算(平原地區(qū)一季烤煙用工數(shù)約為30工)。將所得EIRR、ENPV和EBCR列入表3。表3中可看出，除了W1，不同灌排工程均具備較好的經(jīng)濟(jì)效益，不同工程方案以W5經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，EIRR、ENPV和EBCR值分別達(dá)到27.80%、2 894.35元和2.04。

表3 灌排工程方案綜合效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)

注：表中同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.4 灌排工程方案的熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型

對(duì)表3中灌排工程方案綜合效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型，建模方法如下[10,11]。

設(shè)灌排工程方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)為n個(gè)，灌排工程方案有m個(gè)，m種灌排工程方案對(duì)應(yīng)n個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)值構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣為(由于W1無(wú)經(jīng)濟(jì)可行性，故不作考慮，因此m=5，n=6)：

R=(rij)m×n

(1)

式中：rij為第i種灌排工程方案下第j個(gè)指標(biāo)值。

對(duì)于某個(gè)指標(biāo)rj，有信息熵：

第j個(gè)指標(biāo)值的熵值為：

(3)

第j個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重為：

(4)

本文充分考慮項(xiàng)目決策者的主觀經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)項(xiàng)目決策者的主觀權(quán)重為ω1,ω2,…,ωn，那么將其與客觀權(quán)重θj(j=1,2,…,n) 相互結(jié)合，可得到最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重：

(5)

記矩陣R中每列的最優(yōu)值為r*j，需要對(duì)矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，r*j的大小因?yàn)樵u(píng)價(jià)指標(biāo)性質(zhì)的不同而不同。評(píng)價(jià)指標(biāo)值分為2類：r*j越大，指標(biāo)越優(yōu)，稱為收益性指標(biāo)；r*j越小，指標(biāo)越優(yōu)，稱為損失性指標(biāo)。本文中除了建設(shè)成本為損失性指標(biāo)外，其余指標(biāo)均為收益性指標(biāo)。整理得：

(6)

不同灌排工程方案的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)熵權(quán)評(píng)價(jià)值λi可表示為：

(7)

分別賦予烤煙品質(zhì)綜合主成分、產(chǎn)量、灌排工程建設(shè)成本、EIRR、ENPV、EBCR主觀權(quán)重0.3、0.3、0.1、0.1、0.1、0.1。所得熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)值如圖1所示。圖1中可看出，W5熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)值最高，達(dá)到1.002；W6次之，為0.895；W2處于最低水平，僅為0.730。這說(shuō)明W5是模型計(jì)算所得綜合效益最優(yōu)的灌排工程方案。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)上述分析，可得以下結(jié)論。

(1)除W1外，不同灌排工程均具備較好的增產(chǎn)效益和提質(zhì)效益，微噴灌工程的增產(chǎn)和提質(zhì)效益總體要優(yōu)于低壓管道。

(2)W2～W5灌排工程均具備了較好的經(jīng)濟(jì)效益，不同工程方案以W5經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，EIRR、ENPV和EBCR值分別達(dá)到27.80%、2 894.35%和2.04。

圖1 灌排工程方案的熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)值

(3)熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型避免了單獨(dú)使用主觀權(quán)重或客觀權(quán)重的局限性，在本文工程方案的優(yōu)選中取得了較好的應(yīng)用效果。以烤煙品質(zhì)綜合主成分、產(chǎn)量、灌排工程建設(shè)成本、EIRR、ENPV、EBCR為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出綜合效益最佳的灌排方案為：微噴灌灌溉結(jié)合暗管排水，其中暗管間距為6 m，埋深0.8 m。

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