民勤绿洲种植业结构调整及其对农作物需水量的影响

　　摘要：论文引入虚拟水理论，构建种植业结构调整需水模型，分析近33a民勤绿洲种植业结构调整对农作物需水量的影响。结果表明：1）民勤绿洲粮食作物、经济作物与其他作物面积比重之比由1978年的84∶12∶4调整为2010年的25∶72∶3。粮食作物播种面积比重的下降主要是由小麦播种面积比重的快速减少所致。2）民勤绿洲农作物需水总量由1978年的2.15×108m3增加到2010年的2.49×108m3，粮食作物和经济作物需水总量之比由1978年的88∶12变化为2010年的31∶69。3）民勤绿洲种植业结构调整的生态节水效应在不同时段存在差异，1979—1998年，种植业结构调整对于农作物需水而言，未起到节水作用；1999—2008年，种植业结构调整的节水效果明显；2009—2010年，种植业结构的进一步调整导致需水量的快速增加，未起到节水作用。单位面积需水量较高的蔬菜、小麦、玉米等5种农作物面积比重之和的大小对节水效果起到决定性作用。

　　关键词：种植业结构；虚拟水；农作物需水量；民勤绿洲

　　民勤县位于石羊河流域下游，绿洲农业是全县主导产业。然而，由于人类活动的加强及农业资源的不合理利用，区域生态环境不断恶化，绿洲生态系统处于崩溃的边缘，民勤绿洲也成为内陆河流域研究的热点区域之一[1-2]。民勤县农业为主要用水行业，2010年全县总配水量为3.51×108m3，其中，农田灌溉水量为3.12×108m3，占88.78%，由于种植业用水所占比例过大，使农业用水量居高不下，加之上中游来水量的不断减少，是民勤县水资源供需矛盾日益加剧的主要原因。因此，在生态重建目标下，压缩农业用水势在必行[3]，农业节水重在结构调整[4-6]，农业结构调整是解决农业持续发展的关键[7]。目前，国内外围绕生态节水和农业结构调整进行了一系列研究[8-13]，国外政府通过市场机制来引导农户进行农业结构调整，在节约水资源和生态环境保护等方面取得了明显成效。近年来，民勤县农业结构的调整优化也备受关注[3,14-15]，但民勤绿洲种植业结构调整对农作物需水量影响的研究比较欠缺。本文引入虚拟水理论，通过构建种植业结构调整需水模型，分析近33a年民勤绿洲种植业结构调整及农作物需水量变化特征，深入探讨种植业结构调整对农作物需水量的影响，为民勤绿洲水土资源合理利用和农业可持续发展提供科学依据。

　　1.研究区概况

　　民勤县位于石羊河下游，地处101°49′41′′~104°12′10′′E、38°3′45′′~39°27′37′′N之间（图1），南依武威，西毗镍都金昌，东北和西北面与内蒙古的阿拉善左旗、阿拉善右旗相接，大陆性沙漠气候特征十分明显，年均降水量近5a为127.7mm，年均蒸发量为2623mm，昼夜温差15.5°C，年均气温8.3°C，日照时数为3073.5h，无霜期162d，特别适宜农作物生长。绿洲内土壤类型主要为绿洲灌淤土，主要农作物包括小麦、玉米、棉花、油料、茴香、蔬菜、瓜类等。

　　2.数据来源与研究方法

　　2.1数据来源

　　2.1.1社会经济数据

　　民勤绿洲小麦、玉米、棉花、油料、甜菜、瓜类、蔬菜和水果等8种农作物的播种面积和总产量均来源于《武威六十年》和《民勤县国民经济和社会发展统计资料汇编》，其中，民勤绿洲1978、1980—1987年玉米播种面积、玉米产量及1980—1986年蔬菜产量均来源于《武威六十年》，其他各指标数据均来源于《民勤县国民经济和社会发展统计资料汇编》（1979—2011年），各种农作物单产是在已有数据的基础上计算而来。

　　2.1.2作物虚拟水含量

　　单位农作物虚拟水含量来源于王振宙[15]、徐中民等[16]、李建芳[17]和龙爱华等[18]援引的FAO的CLIMA数据库和CROP数据库有关部分的数据，并在此基础上计算民勤县甜菜单位作物虚拟水含量。

　　2.2研究方法

　　2.2.1初级产品的虚拟水计算

　　首先，利用考虑气候影响因素计算的参考作物需水量乘以作物系数进行调整，得到单位面积作物需水量；然后，通过单位面积作物需水除以单位面积作物产量得到单位质量初级产品的虚拟水含量[16]（表1）。单一农作物产品虚拟水含量根据公式（1）计算：

　　2.2.2甜菜单位作物虚拟水含量数据处理方法

　　本文所用甜菜作物单位产品虚拟水含量数据是根据徐中民等[16]计算的甘肃省棉花、油料作物单位产品虚拟水含量数据及王振宙[15]计算的民勤县棉花和油料作物的单位产品虚拟水含量数据，两者之间存在倍数关系，依据甘肃省甜菜作物单位产品虚拟水含量（1.805m3/kg）确定民勤县甜菜作物单位产品虚拟水含量。

　　3.结果分析

　　3.1民勤绿洲农业种植业结构时间变化特征

　　3.1.1农作物种植面积变化特征

　　从图2可以看出，近33a民勤绿洲农作物种植总面积、粮食作物和经济作物面积在波动中均发生了明显变化。1）农作物种植总面积呈现出“减少—增加—减少”的变化特征，在波动中呈微弱增加趋势，由1978年的5.04×104hm2增加到2010年的5.26×104hm2，其中，2007年达最大值7.29×104hm2。2）粮食作物播种面积整体呈减少趋势，由1978年的4.23×104hm2减少到2010年的1.33×104hm2，其变化率为-593.46hm2/a，减少速度较快。其面积比重由1978年的83.95%减少到2010年的25.37%（图3）。3）经济作物种植面积呈现出快速增加趋势，由1978年的0.60×104hm2增加到2010年的3.76×104hm2，2008年达最大值4.95×104hm2，之后有所回落。其面积比重由1978年的11.80%增加到2010年的71.56%（图3）。4）2002年之前，粮食作物面积比重大于经济作物面积比重，2002年之后，经济作物面积比重大于粮食作物面积比重，其他作物面积所占比重在波动中变化不大。

　　3.2主要农作物需水量变化特征

　　3.2.1民勤绿洲粮经作物需水量变化特征

　　从图5可以看出，首先，民勤绿洲农作物需水总量发生了较大的变化，由1978年的2.15×108m3增加到2010年的2.49×108m3，增加了0.34×108m3，需水总量变化率为0.22×108m3/10a，其中，粮食作物需水总量在1978—2010年间呈波动快速减少趋势，其变化率为-0.18×108m3/10a，其中，2000年以后，减速加快，2010年粮食作物需水总量仅为0.78×108m3；经济作物需水总量在波动中呈快速增加趋势，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，粮食作物和经济作物需水总量占农作物需水总量的比重亦发生了很大的变化，其值由1978年的88∶12变化为2010年的31∶69。

　　3.2.2民勤绿洲主要农作物需水量变化特征

　　从图6(a)可以看出，近33a民勤绿洲小麦和玉米需水量均发生了较大变化：1）玉米需水量在波动中呈“减少—增加—趋于平稳”的变化特征，其中，1978—1984年玉米需水量很少，在波动中有所减少，而1985—2000年呈快速增加趋势，2000年之后，在波动中变化不大。2）小麦需水量在波动中几乎呈线性减少趋势，由1978年的1.88×108m3减少到2010年的0.41×108m3。从粮食作物虚拟水总量的变化过程可以看出，随着种植业结构的调整，一直被认为是耗水大户的粮食作物的需水量出现了快速减少的趋势。

　　参考文献(References)：

　　[1]魏伟,石培基,雷莉,等.基于景观结构和空间统计方法的绿洲区生态风险分析——以石羊河武威、民勤绿洲为例[J].自然资源学报,2014,29(12):2023-2035.[WEIW,SHIPJ,LEIL,etal.Eco-riskanalysisofoasisregionbasedonlandscapestructureandspatialstatisticsmethod—AcasestudyofWuweiandMinqinoases.JournalofNaturalResources,2014,29(12):2023-2035.]

　　[2]李小玉,宋冬梅,肖笃宁.石羊河下游民勤绿洲地下水矿化度的时空变异[J].地理学报,2005,60(2):319-327.[LIXY,SONGDM,XIAODN.ThevariabilityofgroundwatermineralizationinMinqinOasis.ActaGeographicaSinica,2005,60(2):319-327.]

　　[3]石敏俊,陶卫春,赵学涛.民勤绿洲生态重建目标下土地利用和农业结构调整的政策选择[J].干旱区地理,2009,32(2):274-280.[SHIMJ,TAIWC,ZHAOXT.Farmers?landusedecisionandpolicychoicesforecologicalrestorationunderconstraintsofwaterresourcesinoasisregionofChina.AridLandGeography,2009,32(2):274-280.]

　　周俊菊1，石培基1*，雷莉2，曹建军1，魏伟1，张利利1

《民勤绿洲种植业结构调整及其对农作物需水量的影响》

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