淮河流域粮食生产中灌溉作用研究
导语：本文简要阐述了淮河流域灌溉及灌区发展情况，重点分析了农田灌溉对淮河流域粮食生产的作用，并结合农田灌溉试验，探讨了保障淮河流域粮食生产安全的灌溉供水量。
一、淮河流域灌区发展概况
新中国成立以来，淮河流域进行了大规模的农田水利基本建设，农田水利工程全面推进，灌溉面积快速增长，已建成库塘灌区、河湖灌区和机电井灌区等三大灌溉系统，现有耕地总面积约1.90亿亩，有效灌溉总面积约1.45亿亩。从1980~1990年十年时间，淮河流域有效灌溉面积基本保持在1980年水平波动;从1995~2010年，淮河流域有效灌溉面积一直保持稳定增长，到2010年，淮河流域有效灌溉面积达1.45亿亩。从1985~1997年，淮河流域实灌面积快速增长，到1997年，淮河流域实灌面积为1.14万亩，实灌率高达90%，此后10年，由于退耕还林和农业种植结构的调整，实灌率跌到近20年最低值，这段期间淮河流域实灌面积稳定保持在1.1~1.2亿亩左右。2006年后，淮河流域实际灌溉面积逐年稳定增长，2008~2010年实际灌溉面积保持在1.3亿亩左右，实灌率平均值约为90.2%。
二、农田灌溉对流域粮食生产的作用
1.水旱灾害对淮河流域粮食安全影响
1949年以来，淮河流域先后发生了1950年、1954年、1991年流域性大水。淮河水系发生过1968年、1969年、1975年、1963年洪水等;沂沭泗水系发生过1957年、1974年洪水等。以上洪水均造成严重的洪涝灾害。从1949~2000年的52年中，淮河流域旱灾年成灾农田在2000万亩以上的年份有21年，占统计年数的40.4%;旱灾年成灾农田在3000万亩、4000万亩、5000万亩以上的年份，分别为14年、11年和7年，分别占统计年数的26.9%、21.2%和13.5%，可见旱灾出现的频率很高。
近期全流域性大旱灾频繁发生，局部、区域性旱灾几乎每年都有发生，20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代年均旱灾成灾农田分别占同年代年均耕地面积的1%、3.8%、8.6%、13.4%和21%。20世纪90年代，淮河流域先后出现了1991年、1994年、1997年、1999年、2000年等5个大旱年份，90年代淮河流域大旱灾出现的频次已由70年代、80年代的5年一次，增加到2年出现一次。
淮河流域90年代累计旱灾成灾农田面积达38452万亩，较淮河流域80年代旱灾累计成灾农田面积增加了13391万亩，增加了53%，在1991~2001年淮河流域就有1994年、1997年、1999年、2000年、2001年等5年旱灾成灾农田6000万亩以上，造成淮河流域农业严重减产。由此可见，淮河流域旱灾呈逐步加剧的趋势。
2.农田灌溉对粮食产量的影响
淮河流域是我国水资源供需矛盾突出的地区之一，水资源短缺问题是影响淮河流域粮食生产安全的重要因素。淮河流域多年平均降雨量为898mm，其中汛期降雨量为569mm，占全年降雨量的63%。汛期中降雨大部分不能被农作物所利用，因此农田灌溉对淮河流域粮食生产的作用十分重要。由表1可知，从1985年到2010年间，淮河流域农田有效灌溉面积从1.10亿亩增长到1.45亿亩，增长了31.9%左右;粮食产量从602亿kg增长到1012亿kg，增长了68.2%;农田灌溉水量近30年基本保持在250到340亿m3之间。淮河流域近30年粮食产量和农田灌溉水量点据关系见图1。
由图1可知，近30年的粮食产量与农田灌溉水量的相关关系并不显著，相关系数仅为0.349。分析具体数据，图1中拟合曲线斜上方的数据均为2003年到2010年的粮食产量与灌溉水量数据;而图1拟合曲线斜下方的数据均为2003年之前的粮食产量与灌溉水量数据。可见，在较长时期内，影响粮食产量的主要因素是农业生产科技水平的提升和农田灌溉面积的增长;但在较短段时期内，农田有效灌溉面积增长幅度不大，且农业生产科技水平的提高对粮食增产的作用并不显著，粮食产量与灌溉水量的相关关系比较显著。
以2003年为节点，将近30年粮食产量与农田灌溉水量数据系列分为两个系列，分别采用多项式进行拟合，得到粮食产量与农田灌溉水量的关系线见图2。由图2可知，2003年后数据系列的拟合曲线较为合理，相关系数达到0.858，拟合曲线表达式见式(1);2003年前数据系列的拟合曲线的相关系数只有0.757，并且在灌溉水量超过320亿m3后粮食产量呈下降趋势，显然与实际情况不符。Y=-0.010X2+8.389X-645.5R2=0.858(1)Y=-0.030X2+20.54X-2623R2=0.757(2)通过对点据分析，可以看出拟合曲线主要受2001年与2002年数据影响较大。
根据前节内容分析，在2000~2003年期间，我国进行了退耕还林和农业种植结构调整。现分别对2000年以前的系列与2003年以后的系列进行拟合，拟合结果见图3。将2001年与2002年的`数据剔除后，2000年前数据系列的拟合曲线较为合理，其相关系数达0.971，拟合曲线表达式见式(3)。Y=-0.038X2+26.31X-3579R2=0.960(3)考虑到未来农业技术水平的提升和发展，采用2003~2010年农田灌溉水量与粮食产量数据拟合的曲线，即式(1)更能代表未来一定时期内的农田灌溉水量与粮食产量的关系。从该曲线不难看出，随着农田灌溉水量的加大，粮食产量会相应提高，而单位灌溉水量的粮食增产量会逐渐降低。
三、保障流域粮食生产安全所需的灌溉水量探讨
1.农业供水现状
根据调查，淮河流域近5年(2007~2011年)年平均农田灌溉用水量356.6亿m3，其中地表水占81%。淮河流域近5年年均农田灌溉用水量约占淮河流域总用水量的64.6%，2009年所占比重最大为66.0%，2007年所占比重最小为61.7%，农田灌溉用水占总用水量的比重总体平稳，符合淮河流域作为国家重要粮食主产区的基本情况。淮河流域近5年平均农田实灌水量275m3/亩，2010年最大为290m3/亩，2007年最小为251m3/亩，最大值较最小值大15.6%，较平均值大5.4%。
2.保障流域粮食生产安全所需的灌溉供水量探讨
依据《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划》，黄淮海区为我国粮食生产核心区，承担的产能任务为全国三大核心区之首，占全国新增产能的32.9%。
考虑到未来粮食需求和现阶段淮河流域在全国粮食安全生产体系中的重要作用，预计到2030年，为保障全国粮食安全，淮河流域须生产粮食1169亿kg，根据公式(1)确定的粮食产量与灌溉水量关系，考虑到未来农业科技水平和农田灌溉水利工程配套设施的完善，作物水分生产率和灌溉水利用系数将进一步提高，2030年单方水粮食产出比2010年高出10%可期，则为保障这一目标，多年平均条件下淮河流域2030年粮食灌溉水量至少为355亿m3。
根据农田灌溉试验结果：充分灌溉的小麦在非需水关键期(分蘖期和乳熟期)缺水率为4.71%时，减产率在0.7%左右;充分灌溉的玉米在非需水关键期(乳熟期)缺水率为5.40%时，减产率为2.50%;充分灌溉的水稻在非需水关键期(分蘖期和乳熟期)缺水率为7.50%时，减产率在3%左右。因此，当淮河流域粮食灌溉水量缺水4.71%时，即淮河流域2030年粮食灌溉水量为338亿m3，3种主要粮食作物综合减产率小于3%。由此，可确定2030年充分保障淮河流域粮食生产安全的灌溉供水量为355亿m3，基本保障粮食生产安全的灌溉供水量为338亿m3。
四、结语
本文简要阐述了淮河流域灌溉及灌区发展情况，重点分析了农田灌溉对淮河流域粮食生产的作用，并结合农田灌溉试验，探讨了保障淮河流域粮食生产安全的灌溉供水量。可为研究农田灌溉对粮食产量的贡献提供借鉴，亦可为制定流域层面保障粮食生产安全的灌溉供水量、发挥粮食生产核心区作用相关制度框架提供参考。
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