民勤綠洲種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及其對農(nóng)作物需水量的影響

　　摘要：論文引入虛擬水理論，構(gòu)建種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需水模型，分析近33a民勤綠洲種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對農(nóng)作物需水量的影響。結(jié)果表明：1）民勤綠洲糧食作物、經(jīng)濟作物與其他作物面積比重之比由1978年的84∶12∶4調(diào)整為2010年的25∶72∶3。糧食作物播種面積比重的下降主要是由小麥播種面積比重的快速減少所致。2）民勤綠洲農(nóng)作物需水總量由1978年的2.15×108m3增加到2010年的2.49×108m3，糧食作物和經(jīng)濟作物需水總量之比由1978年的88∶12變化為2010年的31∶69。3）民勤綠洲種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的生態(tài)節(jié)水效應(yīng)在不同時段存在差異，1979—1998年，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對于農(nóng)作物需水而言，未起到節(jié)水作用；1999—2008年，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效果明顯；2009—2010年，種植業(yè)結(jié)構(gòu)的進一步調(diào)整導(dǎo)致需水量的快速增加，未起到節(jié)水作用。單位面積需水量較高的蔬菜、小麥、玉米等5種農(nóng)作物面積比重之和的大小對節(jié)水效果起到?jīng)Q定性作用。

　　關(guān)鍵詞：種植業(yè)結(jié)構(gòu)；虛擬水；農(nóng)作物需水量；民勤綠洲

　　民勤縣位于石羊河流域下游，綠洲農(nóng)業(yè)是全縣主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。然而，由于人類活動的加強及農(nóng)業(yè)資源的不合理利用，區(qū)域生態(tài)環(huán)境不斷惡化，綠洲生態(tài)系統(tǒng)處于崩潰的邊緣，民勤綠洲也成為內(nèi)陸河流域研究的熱點區(qū)域之一[1-2]。民勤縣農(nóng)業(yè)為主要用水行業(yè)，2010年全縣總配水量為3.51×108m3，其中，農(nóng)田灌溉水量為3.12×108m3，占88.78%，由于種植業(yè)用水所占比例過大，使農(nóng)業(yè)用水量居高不下，加之上中游來水量的不斷減少，是民勤縣水資源供需矛盾日益加劇的主要原因。因此，在生態(tài)重建目標(biāo)下，壓縮農(nóng)業(yè)用水勢在必行[3]，農(nóng)業(yè)節(jié)水重在結(jié)構(gòu)調(diào)整[4-6]，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是解決農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[7]。目前，國內(nèi)外圍繞生態(tài)節(jié)水和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整進行了一系列研究[8-13]，國外政府通過市場機制來引導(dǎo)農(nóng)戶進行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，在節(jié)約水資源和生態(tài)環(huán)境保護等方面取得了明顯成效。近年來，民勤縣農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化也備受關(guān)注[3,14-15]，但民勤綠洲種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對農(nóng)作物需水量影響的研究比較欠缺。本文引入虛擬水理論，通過構(gòu)建種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需水模型，分析近33a年民勤綠洲種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及農(nóng)作物需水量變化特征，深入探討種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對農(nóng)作物需水量的影響，為民勤綠洲水土資源合理利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

　　1.研究區(qū)概況

　　民勤縣位于石羊河下游，地處101°49′41′′~104°12′10′′E、38°3′45′′~39°27′37′′N之間（圖1），南依武威，西毗鎳都金昌，東北和西北面與內(nèi)蒙古的阿拉善左旗、阿拉善右旗相接，大陸性沙漠氣候特征十分明顯，年均降水量近5a為127.7mm，年均蒸發(fā)量為2623mm，晝夜溫差15.5°C，年均氣溫8.3°C，日照時數(shù)為3073.5h，無霜期162d，特別適宜農(nóng)作物生長。綠洲內(nèi)土壤類型主要為綠洲灌淤土，主要農(nóng)作物包括小麥、玉米、棉花、油料、茴香、蔬菜、瓜類等。

　　2.數(shù)據(jù)來源與研究方法

　　2.1數(shù)據(jù)來源

　　2.1.1社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)

　　民勤綠洲小麥、玉米、棉花、油料、甜菜、瓜類、蔬菜和水果等8種農(nóng)作物的播種面積和總產(chǎn)量均來源于《武威六十年》和《民勤縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計資料匯編》，其中，民勤綠洲1978、1980—1987年玉米播種面積、玉米產(chǎn)量及1980—1986年蔬菜產(chǎn)量均來源于《武威六十年》，其他各指標(biāo)數(shù)據(jù)均來源于《民勤縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計資料匯編》（1979—2011年），各種農(nóng)作物單產(chǎn)是在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算而來。

　　2.1.2作物虛擬水含量

　　單位農(nóng)作物虛擬水含量來源于王振宙[15]、徐中民等[16]、李建芳[17]和龍愛華等[18]援引的FAO的CLIMA數(shù)據(jù)庫和CROP數(shù)據(jù)庫有關(guān)部分的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上計算民勤縣甜菜單位作物虛擬水含量。

　　2.2研究方法

　　2.2.1初級產(chǎn)品的虛擬水計算

　　首先，利用考慮氣候影響因素計算的參考作物需水量乘以作物系數(shù)進行調(diào)整，得到單位面積作物需水量；然后，通過單位面積作物需水除以單位面積作物產(chǎn)量得到單位質(zhì)量初級產(chǎn)品的虛擬水含量[16]（表1）。單一農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量根據(jù)公式（1）計算：

　　2.2.2甜菜單位作物虛擬水含量數(shù)據(jù)處理方法

　　本文所用甜菜作物單位產(chǎn)品虛擬水含量數(shù)據(jù)是根據(jù)徐中民等[16]計算的甘肅省棉花、油料作物單位產(chǎn)品虛擬水含量數(shù)據(jù)及王振宙[15]計算的民勤縣棉花和油料作物的單位產(chǎn)品虛擬水含量數(shù)據(jù)，兩者之間存在倍數(shù)關(guān)系，依據(jù)甘肅省甜菜作物單位產(chǎn)品虛擬水含量（1.805m3/kg）確定民勤縣甜菜作物單位產(chǎn)品虛擬水含量。

　　3.結(jié)果分析

　　3.1民勤綠洲農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)時間變化特征

　　3.1.1農(nóng)作物種植面積變化特征

　　從圖2可以看出，近33a民勤綠洲農(nóng)作物種植總面積、糧食作物和經(jīng)濟作物面積在波動中均發(fā)生了明顯變化。1）農(nóng)作物種植總面積呈現(xiàn)出“減少—增加—減少”的變化特征，在波動中呈微弱增加趨勢，由1978年的5.04×104hm2增加到2010年的5.26×104hm2，其中，2007年達最大值7.29×104hm2。2）糧食作物播種面積整體呈減少趨勢，由1978年的4.23×104hm2減少到2010年的1.33×104hm2，其變化率為-593.46hm2/a，減少速度較快。其面積比重由1978年的83.95%減少到2010年的25.37%（圖3）。3）經(jīng)濟作物種植面積呈現(xiàn)出快速增加趨勢，由1978年的0.60×104hm2增加到2010年的3.76×104hm2，2008年達最大值4.95×104hm2，之后有所回落。其面積比重由1978年的11.80%增加到2010年的71.56%（圖3）。4）2002年之前，糧食作物面積比重大于經(jīng)濟作物面積比重，2002年之后，經(jīng)濟作物面積比重大于糧食作物面積比重，其他作物面積所占比重在波動中變化不大。

　　3.2主要農(nóng)作物需水量變化特征

　　3.2.1民勤綠洲糧經(jīng)作物需水量變化特征

　　從圖5可以看出，首先，民勤綠洲農(nóng)作物需水總量發(fā)生了較大的變化，由1978年的2.15×108m3增加到2010年的2.49×108m3，增加了0.34×108m3，需水總量變化率為0.22×108m3/10a，其中，糧食作物需水總量在1978—2010年間呈波動快速減少趨勢，其變化率為-0.18×108m3/10a，其中，2000年以后，減速加快，2010年糧食作物需水總量僅為0.78×108m3；經(jīng)濟作物需水總量在波動中呈快速增加趨勢，由1978年的0.25×108m3增加到2010年的1.71×108m3，尤其是2000年以后，平均每年以0.06×108m3的速度在增加。其次，糧食作物和經(jīng)濟作物需水總量占農(nóng)作物需水總量的比重亦發(fā)生了很大的變化，其值由1978年的88∶12變化為2010年的31∶69。

　　3.2.2民勤綠洲主要農(nóng)作物需水量變化特征

　　從圖6(a)可以看出，近33a民勤綠洲小麥和玉米需水量均發(fā)生了較大變化：1）玉米需水量在波動中呈“減少—增加—趨于平穩(wěn)”的變化特征，其中，1978—1984年玉米需水量很少，在波動中有所減少，而1985—2000年呈快速增加趨勢，2000年之后，在波動中變化不大。2）小麥需水量在波動中幾乎呈線性減少趨勢，由1978年的1.88×108m3減少到2010年的0.41×108m3。從糧食作物虛擬水總量的變化過程可以看出，隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一直被認(rèn)為是耗水大戶的糧食作物的需水量出現(xiàn)了快速減少的趨勢。

　　參考文獻(References)：

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　　周俊菊1，石培基1*，雷莉2，曹建軍1，魏偉1，張利利1

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