張宏慶

（民樂縣海潮壩河水利管理處，甘肅 民樂 734500）

隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，農(nóng)田水利工程改變了傳統(tǒng)中國(guó)農(nóng)業(yè)“靠天吃飯”的境況，正成為現(xiàn)代化新式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要工程[1]。而對(duì)于相對(duì)“缺水”的地區(qū)而言，高效節(jié)水灌溉技術(shù)作用凸顯得極為突出，它關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和水資源的利用率。對(duì)于農(nóng)業(yè)中高效節(jié)水灌溉技術(shù)這一問題，不同學(xué)者提出了不同的研究方向[2]。學(xué)者譚宏偉等把節(jié)水灌溉和高效施肥看作是一個(gè)體系，針對(duì)我國(guó)南方廣西地區(qū)甘蔗這一農(nóng)作物作出實(shí)驗(yàn)分析；學(xué)者秦建平從普遍性的角度，從噴灑技術(shù)、滴灌技術(shù)、雨水搜集方法優(yōu)化、低壓管道灌溉等方面加以思考并提出優(yōu)化方法；學(xué)者王紹新針對(duì)我國(guó)北方的玉米種植，提出水肥一體化技術(shù)，并把固氮作為最終路線加以分析。本文針對(duì)以上分析，則另辟蹊徑展開研究，從Miami 模型的介紹和模型建立開始。

1 Miami 模型介紹與數(shù)據(jù)模型建立

1.1 Miami 模型介紹

Miami 模型（邁阿密模型）是第一個(gè)全球生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)量模型。由德國(guó)生態(tài)學(xué)家利思（H Lieth）于1972 年根據(jù)自然生態(tài)系統(tǒng)溫度和降水，用最小二乘法建立的全球初級(jí)生產(chǎn)量模型[3]。用Miami 分析某地區(qū)在某時(shí)間段內(nèi)的生產(chǎn)量具有很好的實(shí)際意義，其精準(zhǔn)度在67%～76%之間。Miami 模型精準(zhǔn)度取決于模型數(shù)據(jù)的獲取及模型建立方法的選取，若選取得當(dāng)則其精準(zhǔn)度會(huì)大幅提升。

1.2 Miami 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息介紹

為了更精準(zhǔn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，2021 年6 月—9 月選取寧夏某縣某村、甘肅某縣4 個(gè)村、內(nèi)蒙古5 縣12 個(gè)村進(jìn)行實(shí)地研究，由于內(nèi)蒙古5 縣選取范圍較大，故分析其2018 年—2021 年內(nèi)農(nóng)作物產(chǎn)量的增減。對(duì)于農(nóng)作物的選取，則主要選取向日葵和春季玉米兩種。對(duì)于當(dāng)?shù)毓?jié)水灌溉方法的分析，則主要集中在滴灌覆膜法、一般滴灌法、噴灑灌溉法、漫灌覆膜法或者漫不覆膜灌法5 種。本文列舉了5 個(gè)地區(qū)的自然氣候條件及其理論上生產(chǎn)力極限值，具體見表1。

1.3 Miami 模型建立方法選取與分析

實(shí)驗(yàn)通過Miami 模型計(jì)算出我國(guó)3 省區(qū)7 個(gè)典型地區(qū)（寧夏1 地區(qū)、甘肅3 地區(qū)、內(nèi)蒙古3 地區(qū)） 在一定氣候情況下產(chǎn)生理論農(nóng)作物生產(chǎn)力的需水量。我國(guó)該領(lǐng)域研究的前驅(qū)學(xué)者陳國(guó)南在全國(guó)范圍內(nèi)50+氣象站觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)我國(guó)西北地區(qū)天然降水量不能滿足該地區(qū)農(nóng)作物所需凈生產(chǎn)力的需水量。故此，模型公式應(yīng)適當(dāng)加以變形優(yōu)化，公式為

式中：即為該地區(qū)最大農(nóng)作物凈生產(chǎn)力；T為平均溫度。

1.4 Miami 模型節(jié)水效果分析

對(duì)于節(jié)水效果的評(píng)估，Miami 模型可以使用理想條件下某地區(qū)實(shí)驗(yàn)的最低灌溉需水?dāng)?shù)值與實(shí)際該地區(qū)農(nóng)作物需水?dāng)?shù)值加以比較，若比值較大，則說明該地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)效果較好，水資源利用率較理想；若比值較低，則說明該地區(qū)此技術(shù)還有待優(yōu)化或舍棄，水資源利用率很低，計(jì)算公式為

式中：Ew為節(jié)水效果值；C為理論上最低農(nóng)作物灌溉量；D為實(shí)際農(nóng)作物灌溉用水量；A為根據(jù)模型計(jì)算的理想化農(nóng)作物需水量；B為地區(qū)每年內(nèi)自然降水量。

1.5 Miami 模型用水效率計(jì)算

對(duì)于用水效率問題，本文從農(nóng)民經(jīng)濟(jì)利益角度進(jìn)行切入，將用水效率當(dāng)作農(nóng)民產(chǎn)出同等產(chǎn)量的農(nóng)作物為前置條件，用模型計(jì)算出的理想化農(nóng)作物需水?dāng)?shù)值和實(shí)際作業(yè)區(qū)水資源比較值的相對(duì)概念[4]，計(jì)算公式為

式中：Ev為用水效率；G為農(nóng)作物畝平均產(chǎn)值與實(shí)際水資源數(shù)值的比較值，為在自然降水條件和灌溉用水之和后單方面水資源產(chǎn)出率；F為理想情況下用水率。

2 Miami 模型下節(jié)水情況及不同灌溉節(jié)水技術(shù)效果比對(duì)分析

通過Miami 模型及其計(jì)算方法可以得出結(jié)論，理論上我國(guó)西北3 省區(qū)7 個(gè)典型地區(qū)所需降水量為645～822 mm，但從平均角度來看，7 個(gè)地區(qū)的每年降水量為137～206 mm，僅為所需農(nóng)作物凈生產(chǎn)力需要量的15%～33%。因此，需要大量補(bǔ)充灌溉，本文就Miami 模型下節(jié)水情況及不同灌溉節(jié)水技術(shù)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響展開分析。

2.1 春季玉米節(jié)水效果及用水效率情況分析

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以得出，7 個(gè)典型農(nóng)村農(nóng)作物春季玉米的節(jié)水效果和用水效率，依據(jù)以下節(jié)水灌溉技術(shù)而逐漸降低，節(jié)水灌溉技術(shù)排序?yàn)椋旱喂喔材しǎ疽话愕喂喾ǎ緡姽喾ǎ韭喔材しǎ镜叵鹿苁焦喔确ǎ韭讲桓材す喔确ā钠毡橐饬x上來看，西北3 省7 個(gè)典型村農(nóng)作物節(jié)水效果和用水效率都很低，優(yōu)化空間很大。具體節(jié)水效果參照表2，用水效率參照表3。

表2 不同地區(qū)春季玉米在不同灌溉方法下節(jié)水效果參照表

表3 不同地區(qū)春季玉米在不同灌溉方法下用水效率參照表

由表2、3 可以看出，寧夏A 區(qū)農(nóng)作物僅就滴灌覆膜法而言其節(jié)水效果數(shù)值為168.6，為漫灌不覆膜法的3 倍多；內(nèi)蒙古A 區(qū)用水效率為漫灌不覆膜法的2 倍多，其作用非常明顯；剩余幾種節(jié)水灌溉方法都不足100。此外，這6 種節(jié)水灌溉法使用的效果差異性很大，漫灌不覆膜法的2 項(xiàng)指標(biāo)甚至不及70。僅從單方水產(chǎn)量指標(biāo)來分析，滴灌覆膜法對(duì)春季玉米種植很大程度優(yōu)于其余灌溉法，其中寧夏A 區(qū)的單方水產(chǎn)量數(shù)值為3.71，而用噴灌不覆膜法數(shù)值為1.96 和漫灌不覆膜法數(shù)值為0.94。而內(nèi)蒙古A 地區(qū)因?yàn)榈乩砦恢猛临|(zhì)和積溫因素原因，春季玉米的單方水產(chǎn)量數(shù)值在滴灌覆膜法為3.65，僅次于寧夏A 地區(qū)。

2.2 向日葵節(jié)水效果及用水效率情況分析

向日葵的節(jié)水效果和用水效率，在不同節(jié)水灌溉法作用下呈現(xiàn)趨勢(shì)也與玉米一致。具體趨勢(shì)為滴灌覆膜法＞漫灌覆膜法＞管灌不覆膜法＞漫灌不覆膜法，具體見表4、表5。

表4 不同地區(qū)向日葵在不同灌溉方法下節(jié)水效果參照表

表5 不同地區(qū)向日葵在不同灌溉方法下用水效率參照表

由表4、表5 可以看出，內(nèi)蒙古A 區(qū)在滴灌覆膜法幫助下向日葵的節(jié)水效果達(dá)到了142.2%，用水效率為127.8%，是漫灌不覆膜法的1.5 倍。甘肅A 區(qū)在漫灌覆膜法下2 種數(shù)據(jù)指標(biāo)也均大于100%。但內(nèi)蒙古C 區(qū)在漫灌不覆膜法2 種數(shù)據(jù)指標(biāo)小于100%。由此可以看出，滴灌覆膜法在有效促進(jìn)玉米農(nóng)作物生長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)向日葵種植也有顯著效果，滴灌覆膜法整體優(yōu)于灌溉不覆膜法。

2.3 不同節(jié)水灌溉技術(shù)要點(diǎn)及優(yōu)化建議

經(jīng)比對(duì)分析，向日葵和玉米兩種農(nóng)作物在我國(guó)西北3 省所選取的實(shí)驗(yàn)村落耕地，由于覆膜具有增溫、除草、保墑等特性，總體上節(jié)水灌溉覆膜技術(shù)比灌溉不覆膜技術(shù)具有更好效果。橫向比較不同灌溉節(jié)水的方法，春季玉米在滴灌覆膜法作用下節(jié)水效果大于用水效率；漫灌不覆膜用水效率卻反而優(yōu)于節(jié)水效果。而對(duì)于向日葵來說，滴灌覆膜法作用下的地區(qū)節(jié)水效果和用水效率均優(yōu)于漫灌不覆膜法?？傮w而言，向日葵比春季玉米用水更少，干旱時(shí)間段越長(zhǎng)，對(duì)春季玉米影響越大。針對(duì)實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有節(jié)水灌溉技術(shù)提出3 點(diǎn)優(yōu)化建議。

1） 加強(qiáng)節(jié)水灌溉設(shè)施建設(shè)及不同節(jié)水灌溉技術(shù)選取。優(yōu)化西北3 省實(shí)驗(yàn)地區(qū)的水資源使用效率和保證農(nóng)產(chǎn)品對(duì)干旱季節(jié)的抵抗性，覆蓋范圍更廣、輸送水資源效率更高的基礎(chǔ)節(jié)水灌溉設(shè)施鋪設(shè)是必不可少[5]。在農(nóng)閑季節(jié)建設(shè)田間小型蓄水設(shè)施以便后續(xù)使用，針對(duì)不同種類的農(nóng)產(chǎn)品，可以選取更合理的節(jié)水灌溉技術(shù)達(dá)到事半功倍的效果。

2） 因地制宜發(fā)展規(guī)模農(nóng)業(yè)種植。針對(duì)不同省份、不同村落的種植區(qū)域，應(yīng)該選取更適合本地、普及性更好的農(nóng)作物進(jìn)行種植。而節(jié)水灌溉技術(shù)具有集中性，適當(dāng)由政府或集體帶領(lǐng)，以大戶、家庭為種植區(qū)的規(guī)模化經(jīng)營(yíng)，才能更好地選取節(jié)水灌溉方法，并且這樣的示范區(qū)值得普及量化。

3） 優(yōu)化干旱地區(qū)、半干旱地區(qū)的種植組合結(jié)構(gòu)。經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)比較得出各種農(nóng)產(chǎn)品對(duì)當(dāng)?shù)赝恋匦再|(zhì)適應(yīng)性和水資源需求的數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選擇水分生產(chǎn)率較高的作物并增加種植面積，增多高產(chǎn)節(jié)水農(nóng)產(chǎn)品的種植種類（馬鈴薯、向日葵等），就能增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

3 結(jié)論

針對(duì)西北地區(qū)降水相對(duì)缺少的情況，本文以Miami 模型為出發(fā)點(diǎn)，介紹了Miami 模型的特點(diǎn)，以西北3 省7 個(gè)實(shí)驗(yàn)村落種植向日葵和玉米為例，分析不同類的節(jié)水灌溉技術(shù)效果及其適應(yīng)性，并提出優(yōu)化策略?？傊覈?guó)西北地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)及其優(yōu)化措施可以繼續(xù)挖掘深入，希望本文可以為相關(guān)研究帶來幫助。