邓建伟 金彦兆

摘要：优化出石羊河流域主导作物适种优劣顺序，为流域综合治理和农业种植结构调整提供借鉴。以流域种植作物为研究对象，以作物经济、社会、生态的综合效益最大化为目标，建立基于综合效益的主导作物优化顺序模型，优化提出石羊河流域主导作物种植顺序。结果表明：石羊河流域作物综合效益优先种植顺序为：洋葱、籽瓜、小麦、玉米、辣椒、棉花、茴香、向日葵。石羊河流域种植结构调整和主导作物推广中，应按照作物经济、社会和生态综合效益最大的原则，根据石羊河流域主导作物综合效益优化顺序结果进行推广应用，为石羊河流域节水高效优质农业发展奠定基础。

关键词：综合效益;主导作物;种植结构;优化顺序;石羊河流域

中图分类号： S-01，TV213.4     文献标志码：A     论文编号：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

人们在不同区域内特定的自然条件下，经过长期的耕作、生产等活动，已经总结出适合区域发展的主导作物，为了生存与发展，一直以经济效益最大原则确定种植作物种类，为了追求最大的经济效益，开山造地、围湖造田，过量施用化肥与农药，过量灌溉等，造成了土壤板结、土壤酸化、盐碱化等一系列的问题[1]。为了扼制破坏自然的行为，国家提出了节约资源和保护环境的基本国策，走绿色发展的道路。中国非常重视作物主导品种的推广，农业部于2004年制定了《农业主导品种和主推技术推介发布办法》[2]，引导广大农户选择优良品种;农业部启动了《四大作物综合生产能力科技提升试点行动》[3]，在小麦、玉米、水稻、大豆四大作物的13个主产省的30个县，大面积示范推广50个优质高产新品种和10项先进实用的粮食节本增效新技术。随后，各地方政府也分别制定了本区域的主导品种，2009年湖南省农业厅发布2009年粮食作物主导品种[4]，2012年湖南省发布2012—2013年粮油作物良种补贴主导品种[5]。为了评估主导品种推广绩效，庄道元[6]以安徽小麦为例，系统分析了安徽小麦主导品种推广现状、影响农户选择主导品种的因素、增产效果等。目前关于不同区域、不同流域主导作物的研究较少，人们对作物的选择往往以经济效益最大作为目标，但随着国内水资源短缺、生态问题等因素制约，必须重新考虑主导作物确定的方法。面对国家对水土资源严格监管的政策，传统的高耗低效型农业已难以继续，单纯以追求经济效益的思路必须转变，相应的农业结构和作物布局必须顺应形势调整，向追求經济、社会、生态综合效益最优的高效优质型农业转变[7]。因此，亟需探索基于综合效益最优的主导作物优化顺序方法，筛选适合区域条件的主导作物种植顺序，为区域高效优质农业发展提供理论依据与重要借鉴。本研究以石羊河流域主导作物[8-9]为研究对象，以作物经济、社会、生态的综合效益最大为目标，建立基于综合效益的主导作物优化顺序模型，通过模型计算后，优化提出了石羊河流域主导作物适种作物优劣顺序，对于优化农作物种植结构、指导区域农作物生产具有重要意义。

1材料与方法

1.1 研究区概况

石羊河是甘肃省河西走廊三大内陆河水系之一，发源于祁连山冷龙岭，终于民勤绿洲，是民勤绿洲唯一的地表河流。流域位于甘肃省河西走廊东部，乌稍岭以西，祁连山北麓，介于101°41′—104°16′E，36°29′—39°27′N之间，流域土地总面积4.16×104 km2。流域涉及甘肃省武威市古浪县、凉州区、民勤县以及天祝藏族自治乡，金昌市永昌县、金川区，张掖市肃南裕固族自治县、山丹县，白银市景泰县。为遏制流域生态恶化趋势，拯救民勤绿洲，甘肃省成立石羊河流域管理机构，国务院于2007年批复实施《甘肃省石羊河流域重点治理规划》。历经十多年艰苦治理，初步解决了水资源开发利用程度过高、用水矛盾突出、生态环境恶化等突出问题，有效阻隔了巴丹吉林和腾格里两大沙漠合拢，民勤没有变成“第二个罗布泊”[10]。截至2017年底，流域总人口229.45×104人，耕地面积325.7×103 hm2，农田有效灌溉面积306.93×103 hm2，林草实灌面积33.69×103 hm2，粮食总产量148.00×107 kg[11]。

1.2 研究方法

作物生长的重要决定因素就是土壤和水分，作物最终产量和产值是衡量作物效益的最终目标，不同领域的研究者对作物效益用不同方法衡量，土地生产力是农业科研人员采用指标，而水分生产力是水利科研人员经常采用的指标。土地生产力是作物在某种土地自然情况和人类对土地改造后产生的效益[12-15];水分生产力是作物在一定的水分条件下，人类采用灌溉、耕作等改造措施后所获得的产量或产值[16-17]。他们的共同特点都是人类对自然条件的改造成果，都受自然因素和社会因素影响。自然因素是决定主体，影响土地的自然因素包括土壤物理性质、化学性质和土壤环境，影响水分的自然因素包括区域降水、区域水源条件、水质等因素。随着人类改造自然水平的不断增强，社会因素将逐渐成为影响土地生产力和水分生产力的主要因素，影响土地生产力和水分生产力的社会因素相似，主要是人类改良土壤、改善水分条件的投入情况，如为提高土地生产力而产生的劳动力投入、肥料投入和机械投入等，为提高水分生产力而建造的灌溉工程、田间灌溉措施和灌溉管理措施等。因此，在衡量作物的生产水平时，应协调、综合考虑作物的土地生产力和水分生产力，改变传统的以经济效益衡量作物的方法，用作物的经济、社会、生态的综合效益衡量作物。

参考联合国粮农组织于1971年提出的土地生产力指数模型[18]，综合考虑影响作物的土地生产力和水分生产力的综合因素，建立基于综合效益的主导作物优化顺序模型，取经济、社会、生态各单因素的几何平均值作为总的目标函数，计算公式见公式（1）。PI为综合效益评价指数，PI越大表示综合效益越好;F1为水分生产率（kg/m3或元/m3），表示在一定的作物品种和耕作栽培条件下，单位水资源量所获得的产量或产值;F2为第j 种作物的经济效益（元/hm2），计算方法见公式（2）;F3为农业水管理科学化程度，主要对灌区管理机构设置情况、灌溉水管理秩序、水价政策、地下水灌溉相关政策以及农民是否参与灌溉管理和参与程度等方面的情况进行综合评价;F4为社会节水意识程度，灌区群众的节水意识除了受当地水资源禀赋条件影响之外，还受到农业水资源利用方式的影响，高效节水的利用方式在向灌区群众展示高效节水的效果之外，直接影响着农户的灌溉习惯，评价方法可以采用评分法，就几个主要方面进行评分，并综合评分结果;F5为有益耗水比例，作物用于生产性消耗的水量与总用水量的比值，其中作物生产性消耗的水量采用甘肃省水利科学研究院已开展的相关实验数据[19];F6种植作物产生的生态效益，主要采用单位面积上作物的生态贡献率计算，见公式（3），Aj为第j种作物的种植面积（hm2）;Cj为第j种作物产品的单价（元/kg）;Sj为第j种作物灌溉条件下产量（kg/hm2）;ECOj为第j种作物灌溉时单位面积对生态的贡献率。

PI =6  ……………………………（1）

F2=AjCjSj   ……………………………………（2）

F6=AjECOj  ……………………………………（3）

生态效益定量化指标参考甘肃省水利科学研究院承担的国家科技支撑计划“民勤生态经济型绿洲技术集成试验示范”中作物种植结构优化中成果[20]。

2結果与分析

2.1 评价指标的确定

评价指标的选取本着指标的代表性、可量化性和独立性等原则，另外还要考虑评价指标的数据来源易于得到和进行分析计算。综合以上考虑，选择了水分生产效率、作物每公顷净效益、农业水管理程度、社会节水意识程度、作物有益耗水比例和作物生态贡献率作为评价指标，构建了石羊河流域主导作物优化顺序指标体系。

石羊河流域主导作物优化顺序指标体系计算结果表 1。

2.2 评价指标标准化

由于不同参数具有不同的量纲且数量级差别很大。为了排除不同量纲和不同数量级对评价结果的影响，需要对各参数的原始数据进行标准化处理[21]。在

此采用极差标准化进行处理，具体公式见式（4）。

式中，Xij为评价指标标准化后的值，xij为评价指标原始值。

采用公式（4）对石羊河流域主导作物优化顺序指标体系进行标准化，计算结果见表2。

2.3 评价结果

采用本研究建立的基于综合效益的主导作物优化顺序模型，应用公式（1），采用表2中标准化后的指标数据对所选用的指标进行综合评价，评价结果见表3。从评价结果可以看出，综合考虑作物的经济、社会和生态效益，流域内各灌区作物种植的优劣顺序为洋葱、籽瓜、小麦、玉米、辣椒、棉花、茴香、食葵。

3讨论

石羊河流域水土资源紧缺，通过治理虽然取得了一定成效，但随着经济社会的飞速发展，水土资源紧缺的形势将愈加严峻，因此，石羊河流域要实现可持续发展，必须合理控制农业开发与灌溉规模，发展节水高效农业是干旱区水资源可持续利用与农业可持续发展的战略选择[22]。在发展节水高效农业的过程中，农业结构和作物布局应充分考虑区域的水土资源条件，根据各地区的最严格的水资源管理制度和土壤质量标准、耕地红线等指标，优化种植结构，实现由单一节水高产向节水提质高效转变[23]，实现由追求单产最高的丰水高产型农业向节水高效优质型农业转变，为流域的经济社会可持续发展提供支撑。

邓建伟[8]2014年开展了石羊河流域主导作物筛选研究，本文是在此基础上的进一步深化，力求通过综合效益最大的目标，优化出石羊河流域主导作物的优化顺序。关于石羊河流域主导作物和主导作物优化顺序的研究较少，而主导作物是流域种植结构优化的重要参数，因此，采用石羊河流域种植结构的优化成果与本文的研究结论进行比较。在石羊河流域近期治理的初期，王以兵[24]、李新平[25]认为应压缩玉米等高耗水粮食作物种植比例，发展高效节水灌溉，提高籽瓜等效益高的经济作物种植比例。徐万林[26]对民勤县75%水文年种植结构进行了优化，优化的种植结构增加了白兰瓜、辣椒和棉花等经济效益相对较高、灌水量相对较少的作物种植面积，减少了苜蓿、小麦、玉米等经济效益相对较低、灌水量相对较多的作物种植面积。李万希[27] 研究发现1970—2009年石羊河流域农耕期的有效积温明显增多，无霜期日数增加，使农业种植结构发生了变化，玉米、葡萄、棉花等喜温作物种植面积进一步扩大，春小麦、春油菜等喜凉作物种植面积逐年减少。何凤[28]提出大力压缩高耗水作物小麦、玉米，同时加大低耗水高效益的经济作物棉花、葵花、瓜类等种植比例。陈乐[29]通过研究发现，石羊河流域从起初以粮食作物种植为主发展到现在追求经济效益最大化的多种作物协调种植，这种变化使得石羊河流域农作物种植结构变得日趋合理。赵建明[30]建立了石羊河多要素农业水资源优化配置模型，对流域内小麦、玉米、棉花等主要作物的种植面积进行优化，结果显示，经济作物的相对最优隶属度大于粮食作物。王雪[31]研究发现在种植业结构中小麦的主体地位日益丧失，近几年粮改饲种植结构模式发展趋势明显。与上述研究比较，流域内种植的主要作物为小麦、玉米、棉花、向日葵、籽瓜、洋葱、辣椒、茴香等，种植的主要作物一致，本研究的筛选确定的作物为石羊河流域的主导种植作物。种植结构调整的研究结果普遍认为应大力压缩小麦、玉米等传统高耗水粮食作物的种植比例，加大瓜类、蔬菜、棉花等低耗水经济作物的种植比例，与本研究主导作物优化顺序是统一的。

种植结构调整、主导作物推广是国家推进农业供给侧结构改革的重要措施，是提高农业供给体系质量和效率的重要措施。随着中国生态建设、绿色发展力度的不断加大，单纯以追求经济净效益最大为目标的种植方式已然不适合现阶段的发展要求，因此，政府必须加强引导，加大宣传力度，重视作物的综合效益，逐步提高群众意识，最终使成果在实际中普遍应用。

4结论

面对石羊河流域水土资源紧缺的严峻形势，和国家最严格水土资源管理的要求，必须改变传统的以经济效益最大为目标选择主导作物，重视作物的经济、社会和生态等综合效益，按照确定的石羊河流域主导作物综合效益优化顺序进行种植结构调整与作物的推广应用，为石羊河流域节水高效优质农业发展奠定基础。

参考文献

[1] 石玉林，卢良恕.中国农业需水与节水高效农业建设[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[2] 中华人民共和国农业部.农业主导品种和主推技术推介发布办法[EB/OL].http：//www.moa.gov.cn/nybgb/2005/dyq/201806/t20180617_6152390.htm，2005-01-20/2020-06-22.

[3] 中华人民共和国农业部.2004年四大粮食作物主推技术及主导品种一览表[EB/OL].http：//www.moa.gov.cn/xw/zwdt/200402/ t20040226_170886.htm，2004-02-26/2020-06-22.

[4] 任泽民.湖南省农业厅发布2009年粮食作物主导品种[J].湖南农业，2009，30（5）：21.

[5] 任泽民.湖南省2012—2013年粮油作物良種补贴主导品种[J].湖南农业，2012，33（5）：12.

[6] 庄道元.基于农户视角的粮食作物主导品种推广绩效研究--以安徽小麦为例[D].南京：南京农业大学，2010.

[7] 于振文.作物栽培学各论[M].北京：中国农业出版社，2003.

[8] 邓建伟， 金彦兆.石羊河流域主导作物筛选[J].中国农学通报，2014，30（36）：299-303.

[9] 邓建伟，金彦兆，卢书超.石羊河流域土壤肥力综合评价[J].土壤与作物，2014，3（4）：140-145.

[10] 中国新闻网.政协委员霍卫平：加强石羊河流域综合治理， 阻两大沙漠“合拢”[EB/OL]. http：//www.chinanews.com/gn/2020/05-26/9195642.shtml，2020-05-26/2020-06-22.

[11] 甘肃省石羊河流域水资源局.石羊河流域水资源公报（2017年）[R].武威：甘肃省石羊河流域水资源局，2017.

[12] 黄进勇， 高旺盛，吴大付.土地生产力内涵、系统观和可持续技术[J].农业现代化研究， 1998， 19（3）：158-161.

[13] 邓祥征，姜群鸥，战金艳.中国土地生产力变化的情景分析[J].生态环境学报，2009， 18（5）：1835-1843.

[14] 孙希华，侯西勇.长清县土地生产力综合评价研究[J].地球信息科学学报，2002，7（2）：89-93.

[15] 刘海斌，吴发启.黄土塬区复合型生态农业土地生产力评价[J].农业工程学报，2006，22（6）：77-81.

[16] 郭遠裕.农田水利学[M].北京：中国水利水电出版社， 1997.

[17] 雷波.农业水资源利用效率评价研究[D].北京：中国农业科学院，2010.

[18] FISCHER G. Linked Nation Models：A Tool For International FoodPolicy Analysis[M]. Dordrech： kluwer academic publishers，1988.

[19] 金彦兆，王以兵，丁林，等.石羊河流域节水灌溉标准化技术体系规程研究[R].兰州：甘肃省水利科学研究院，2013.

[20] 张新民，李元红，王以兵，等.民勤生态-经济型绿洲技术集成试验示范[R].兰州：甘肃省水利科学研究院，2010.

[21] 徐建华.地理学中的数学方法（第二版）[M].北京.高等教育出版社，2002.

[22] 康绍忠，佟玲.深刻认识区域水循环演变规律确立合理的绿洲灌溉农业规模[J].中国水利，2013，64（5）：22-25.

[23] 陆红娜，康绍忠，杜太生，等.农业绿色高效节水研究现状与未来发展趋势[J].农学学报，2018，22（1）：155-162.

[24] 王以兵，李元红.石羊河流域高效节水灌溉与农业种植结构调整[J].中国水利，2013，64（3）：52-54.

[25] 李新平.石羊河流域重点治理规划的红崖山灌区农业种植结构调整优化研究[J].农业科技与信息，2012，29（18）：40-42.

[26] 徐万林.基于水资源高效利用的农业种植结构优化[D].杨陵：西北农林科技大学，2011.

[27] 李万希， 陈雷，王润元，等.石羊河流域1970-2009年气候变化对农业生产结构的影响[J].农学学报，2012， 16（3）：25-30.

[28] 何凤.石羊河下游民勤县节水生态型种植结构调整研究[D].兰州：甘肃农业大学，2013.

[29] 陈乐.石羊河流域面向生态的水资源优化配置研究[D].兰州：西北师范大学，2014.

[30] 赵建明.灌区多要素农业水资源优化配置研究--以民勤为例[D].北京：中国农业大学，2018.

[31] 王雪.民勤县五个灌区种植业结构调整的节水效益评价[D].兰州：甘肃农业大学，2018.