干旱区新疆农田土肥水影响效应.pdf
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1、Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学农业科学,2023,13(10),879-889 Published Online October 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/hjas https:/doi.org/10.12677/hjas.2023.1310123 文章引用文章引用:余姣.干旱区新疆农田土肥水影响效应J.农业科学,2023,13(10):879-889.DOI:10.12677/hjas.2023.1310123 干旱区新疆农田土肥水影响效应干旱区新疆农田土肥水影响效应 余余 姣
2、姣 新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局,新疆 莎车 收稿日期:2023年9月6日;录用日期:2023年10月5日;发布日期:2023年10月12日 摘摘 要要 为为分析分析干旱新疆干旱新疆农田农田土肥水土肥水影响影响效应,本文利用效应,本文利用农业生产农业生产统计资料,应用逐步回归统计检验法,对多因统计资料,应用逐步回归统计检验法,对多因素与目标素与目标投入投入产出指标筛选分析,形成了反映产出指标筛选分析,形成了反映农田农田投入产出主题投入产出主题土壤质地面积占比、化肥纯施用量、土壤质地面积占比、化肥纯施用量、灌溉用水量与主要作物产量关系,采用柯布道格拉斯模型分析土肥水关联及影响效应,结果
3、表明:耕地灌溉用水量与主要作物产量关系,采用柯布道格拉斯模型分析土肥水关联及影响效应,结果表明:耕地质量质量(基于壤土面积占比表征基于壤土面积占比表征)和施肥水平及灌溉用水量即土肥水,是和施肥水平及灌溉用水量即土肥水,是农田农田投入产出的基本要素。耕地质投入产出的基本要素。耕地质量和施肥及灌溉用水量对作物产出边际效应大小为:施肥量和施肥及灌溉用水量对作物产出边际效应大小为:施肥水平水平 灌溉用水灌溉用水 耕地质量。土肥水对作物耕地质量。土肥水对作物产出影响占比系数大小为:灌溉水产出影响占比系数大小为:灌溉水量量 施肥施肥量量 耕地质量,反映了灌溉、肥料及土壤质地条件主次关耕地质量,反映了灌溉、
4、肥料及土壤质地条件主次关系,体现了土肥水是新疆高标准农田核心内容及灌溉属性特征。优化分析灌溉用水量系,体现了土肥水是新疆高标准农田核心内容及灌溉属性特征。优化分析灌溉用水量8344 m3/hm2与现与现状相近,优化肥施量状相近,优化肥施量251 kg/hm2比现状可节省比现状可节省12%。分析结果为提升土壤肥力及水肥增效高质量管理。分析结果为提升土壤肥力及水肥增效高质量管理提供依据。提供依据。关键词关键词 新疆新疆,干旱干旱灌区灌区,土肥水关联土肥水关联,效应效应 Effects of Soil,Fertilizer,and Water on Farmland in Arid Areas of
5、 Xinjiang Jiao Yu Xinjiang Uygur Autonomous Region Tarim River Basin Kashgar Management Bureau,Shache Xinjiang Received:Sep.6th,2023;accepted:Oct.5th,2023;published:Oct.12th,2023 Abstract In order to analyze the impact of soil,fertilizer,and water on arid farmland in Xinjiang,this article uses agric
6、ultural production statistical data and applies stepwise regression statistical testing 余姣 DOI:10.12677/hjas.2023.1310123 880 农业科学 method to screen and analyze multiple factors and target input-output indicators,forming a ref-lection of the theme of farmland input-output-soil texture area ratio,pure
7、 fertilizer application amount,irrigation water consumption and main crop yield.The Cobb Douglas model is used to analyze the correlation and impact effects of soil,fertilizer,and water,the results indicate that the quality of arable land(characterized by the proportion of loam soil area),fertilizat
8、ion level,and irrigation water consumption,namely soil,fertilizer,and water,are the basic elements of farm-land input-output.The marginal effect of farmland quality and fertilization and irrigation water usage on crop output is as follows:Fertilization level irrigation water usage farmland quality.T
9、he proportion coefficient of the impact of soil,fertilizer,and water on crop output is as follows:Irrigation water amount fertilization amount farmland quality,reflecting the primary and secondary relationships between irrigation,fertilizer,and soil texture conditions,reflecting that soil,fertilizer
10、,and water are the core content and irrigation attribute characteristics of high stan-dard farmland in Xinjiang.Optimization analysis shows that the irrigation water consumption of 8344 m3/hm2 is similar to the current situation,and the optimized fertilizer application rate of 251 kg/hm2 can save 12
11、%compared to the current situation.The analysis results provide a basis for improving soil fertility and improving water and fertilizer efficiency through high-quality management.Keywords Xinjiang,Arid Irrigation Areas,Soil Fertilizer Water Correlation,Effect Copyright 2023 by author(s)and Hans Publ
12、ishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 农业八字宪法1涵盖了农业生产全要素,随着长期生产实践尤其农业现代化快速推进,催生了“土、肥、水、种、智(质)、标、品、生(升)”新八字2。不难看出,时代不同但“土、肥、水、种”始终处于主体地位,表明土壤质量水肥种是现代农业提质增效基本要素3。耕地是农业的根本,耕地质量直接影响生产效果,赵彦锋
13、等4以作物光、温、水、养分为指标对耕地地力进行评价管理,匡兵等5认为需要强化耕地利用投入产出绿色要素培育,提升中低产田综合生产力6。土壤质地是影响土壤持水通气作物生长状态的基本环境条件,李潮海等人7进行不同土壤质地对玉米根系生长影响分析表明,玉米生育期平均根量生长速率中壤土明显好于轻壤土和粘性土质,壤土类质地通气保肥保水性能好,适合作物生长发育及干物质积累8,李沼鹈等9进行不同土壤质地三种保水剂保水性能试验,壤土施用保水剂含水量多于砂土和粘土,王萌萌等10田间试验表明,壤土类棉花生长面的土壤温度、土壤水分及产量好于砂土、黏土种植环境,中轻土壤质地农田水肥气热协调,为作物主动汲水提供了适宜环境1
14、1。土壤肥料是作物营养生长及产出的基本保障,王雪梅等12对新疆库车灌区不同耕作层壤土、砂壤土、黏土、黏壤土、砂土有效态微量元素监测结果表明,壤土、砂壤土有效态微量元素含量相对高,廖育林等13对长期施用化肥和稻草红壤水稻土对照测试表明,长期施氮、磷肥不施钾肥的水稻产量、土壤氮、钾逐年降低土壤肥力下降,稻草还田配合化肥施用增产明显并可以替代部分化学钾肥。土壤结构、营养肥料、灌溉水分对作物正常生长互为关联影响,土肥水效应及其管理模式成为主要研究内容14;水肥是影响作物生长质量关键因素,目前水肥耦合研究进入成熟阶段15;吴文勇等16认为灌溉水肥高效利用调控技术是现代农业重点研究内容。综上,耕地土壤水肥
15、不同维度有研究,对土肥水系统主次关联效应,以及土肥水要素Open AccessOpen Access余姣 DOI:10.12677/hjas.2023.1310123 881 农业科学 对农业生产影响少有研究。本文以干旱新疆灌区为研究对象,基于农业生产历史系列数据,从多影响因素筛选出作物产量、土壤质地面积、化肥纯施用量、灌溉用水量四个指标,以投入产出关系模型分析农田土肥水影响效应,为农业水肥资源协同高效利用提供依据。2.研究区概况研究区概况 新疆远离海洋疆域国土面积占比 1/6。年均降水 154.1 mm,年均蒸发 2125.4 mm,干旱指数 1015,属典型温带干旱大陆性气候,降水稀少、蒸
16、发强烈、气候干旱、生态脆弱,是我国典型的荒漠绿洲纯灌溉农业。新疆 14 个地州市级所属灌区分布于南疆、东疆和北疆片区,各区自然地理、水文水情、土壤类型、气候环境差异大。耕地土壤质地是农业生产的重要基础,新疆土壤类型 36 种17,但农田多棕钙土、草甸土、棕漠土、灰棕漠土、盐土、沙土分布,土壤质地多粉沙、沙壤、中轻壤、戈壁砾质土分布,土壤有机质含量高具有团粒结构土壤质地农田无分布。因此,新疆农业生产土壤质量与灌溉用水尤显重要。截止 2020年新疆灌溉面积 602.09 万 hm2 18,其中滴灌面积占比近 60%;农业用水 496.2 亿 m3占比 87.0%,单位面积灌溉用水 8241 m3/
17、hm2。2020 年农作播种面积 628.261 万 hm2,其中粮、棉、油、蔬、瓜和糖类六大作物种植面积占比为 35.5%、39.8%、2.8%、5.1%、1.9%和 1.0%;单产为 7100 kg/hm2、2063 kg/hm2、3070 kg/hm2、53,055 kg/hm2、41,136 kg/hm2和 38,084 kg/hm2,人均粮、棉、油、蔬、瓜和糖类为 616 kg、201 kg、21 kg、667 kg、186 kg 和 180 kg;2020 年新疆水资源总量 801.1 亿 m3占全国水资源19量的 2.53%,农业用水 496.2亿 m3占全国的 13.7%,灌溉
18、面积 604.75 万 hm2占全国的 8.9%,生活着占国土面积 17.3%的新疆人口。3.数据及研究方法数据及研究方法 3.1.数据来源数据来源 本研究数据资料主要有:新疆 14 个地州市级所属农业灌区相关数据,源于新疆维吾尔自治区统计年鉴新疆国民经济和社会发展统计公报(19782020 年);新疆 14 个地州市级所属灌区水资源及利用相关数据,源于新疆水资源公报新疆水利统计资料汇编新疆农业用水定额地方标准(DB 65/3611-2014);新疆 14 个地州市级土壤质地空间分布检索分析及气象要素数据,源于国家地球系统科学数据中心共享服务平台新疆滴灌作物需水量与灌溉制度试验研究成果汇编(2
19、0132018 年)。新疆地州市级农业灌区主要地理气象土壤要素,如表 1 所示。Table 1.Overview of geometeorological soil elements in Xinjiang agricultural irrigation area 表表 1.新疆农业灌区地理气象土壤要素简况 地州 市级 海拔/m 气温、积温/无霜期/d 年降水/mm 年蒸发/mm 灌区主要土壤及分布 年均 10 土壤类型 土壤质地 和田 地区 1262.8 1427.0 10.4 12.6 4065.34360.9 210 230 18.1 52.1 2309.7 2824.0 风沙土、棕漠土
20、、灰棕漠土、盐土 粉沙,沙壤,壤土极少 喀什 地区 1116.5 3090.9 3.3 13.3 1506.94363.7 79 241 43.2 72.3 2013.0 2618.4 棕漠土、绿洲灰棕漠土、风沙土 粉沙,沙壤,壤土较少 克州 1297.9 3505.2 6.5 13.1 2434.74697.7 138 261 74.3 229.0 1712.4 2938.7 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐(次生)土 沙壤、中轻壤质、重壤少 阿克苏地区 980.4 1395.6 7.8 11.6 3327.34378.8 162 248 45.1 117.3 1384.1 2871.9 棕漠土、绿
21、洲灰棕漠土、盐(次生)土 多砂粉壤质、中壤土 巴州 846.0 2458.0 6.2 11.8 2524.04353.9 167 235 23.1 195.1 1820.4 2777.5 棕漠土、绿洲灰棕漠土、盐(次生)土 多砂粉壤质、中壤土 余姣 DOI:10.12677/hjas.2023.1310123 882 农业科学 Continued 吐鲁 番市 1.0 977.8 11.3 14.4 4518.15391.3 263 295 8.0 25.2 2597.3 3403.9 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、砾质沙土 中壤土、砾石土质 哈密 地区 469.0 1728.6 2.0 10.0
22、1735.04178.3 101 279 12.0 243.9 1606.4 4401.3 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、砾质沙土 沙壤、中壤质、砾石土质 乌鲁木齐市 600.3 935.0 5.0 8.0 3335.03547.5 170 181 235.1200.1 2100.0 2171.8 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻中壤质、砾石土质 克拉玛依市 522.1 340.0 7.0 7.3 3500.33595.5 160 175 150.0179.0 2129.6 2500.0 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、沙土 轻中壤质、戈壁砾石土 昌吉州 471.4 1650.1 2.4 7.3 1
23、732.23561.3 123 174 127.6318.7 1635.7 2350.0 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻中壤质、少量重壤土 博州 320.1 1133.0 3.8 7.7 2395.43582.5 138 174 102.2222.7 1501.7 1563.3 灰漠土、灰(灌溉)棕漠土、草甸土 轻中壤质、少量重壤土 塔城 地区 291.0 1493.5 2.4 7.6 1688.03685.6 133 183 143.2273.5 1225.8 2114.4 棕钙土、灌溉棕钙土、草甸土 轻中壤质、砾质土 伊犁州 600.0 1848.6 3.0 9.5 1316.735
24、34.0 100 179 220.1507.6 1259.2 1887.0 淡粟钙土、旱作粟钙土、草甸土 轻中壤质、少量重壤土 阿勒泰地区 475.6 1225.6 1.0 4.8 1983.93081.2 75 160 110.1205.1 1371.2 2331.1 棕钙土、薄层淡棕钙土、草甸土 轻中壤质、戈壁砾质土 3.2.研究方法研究方法 3.2.1.函数模型函数模型 为研究灌区投入因素对产出目标关联影响效应,采用柯布道格拉斯20模型量化分析:1212bbYax x=(1)式中 Y 为产出;x1、x2分别为劳动、资本投入;a、b1、b2为待定系数。该模型对投入产出之间依存关系数学描述,
25、具有的特点体现在:由式(1)分别对 x1和 x2求 Y 偏导,可得边际影响效应:1111111122222222YYbxxxYYYbxxYxYYbxxxYYYbxxYx=(2)由式(2)看出,b1为生产投入弹性,表现出一定比率产出变化;b2为资本投入弹性体现出资本引起产出变化;a 为转换系数。模型中各变量与参数是有联系的。在农业灌区分析中,多数样本观测数据与统计目标之间相同属性关系较大,以该模型分析是可解的。3.2.2.函数扩展函数扩展 由于灌区多因素投入产出数据,故需对式(1)拓展变换:312123nbbbbnYax x xx=(3)余姣 DOI:10.12677/hjas.2023.131
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