生态经济技术实践研讨

作者：李怀有 高健翎 赵安成 寇慢利 单位：黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站 黄河水利委员会黄河上中游管理局

引言

在“十一五”科技支撑计划课题“高塬沟壑区农果林多元综合治理模式研究与示范”研究中，为了突出黄土高塬沟壑区水土流失综合治理的特色，针对当地水土流失规律，首次提出了基于径流调控利用的多元综合治理模式，并以黄河水土保持生态工程齐家川示范区建设的径流高效利用示范村为试点，选择有果园、有果园滴灌工程、养猪和有沼气池的生态经济户，以户为单元，系统研究径流高效利用中的需水量、用水来源、耗水量、水去向以及经济效益状况，提出“水畜沼果”生态经济标准户，以便在生产实践中进一步推广。

1试验示范点概况

1.1崔沟村概况崔沟村隶属甘肃省庆阳市西峰区董志镇，距庆阳市区13km，地处砚瓦川流域上游。全村有毛家、老庄、新庄、沟畔、南头、庙前和底嘴7个村民小组，总人口数1910人，430户，大牲畜50头，小牲畜1100头，无村办或私营企业。苹果业是该村的优势产业，有果园的农户达430户，有果园微灌工程的农户193户，有沼气池的农户50户，有50人常年从事苹果储藏和销售工作。崔沟村总土地面积为1083hm2，其中塬、坡、沟面积分别为383.5、194.7、504.8hm2，占总面积的35.41%、17.98%、46.61%。土地利用类型主要有农地35hm2，果园330hm2，林地295hm2，荒地398hm2，居民点用地23hm2，道路、难利用地2hm2。该村多年平均径流模数8994m3km2，塬面是小流域径流的主要来源区域，塬面径流依次来自道路、庭院和农田，其径流量分别占塬面总量的44.5%、42.7%和12.0%［1］。

1.2崔沟村自然状况该村年均降水量561.5mm，年有效降水量442mm，年蒸发量1527mm，为年降水量的2.7倍;年平均气温8.5℃，平均无霜期160d，海拔1350m。塬面土壤为黑垆土，土质为粉砂中壤土，土壤容重1.2～1.3gcm3，pH值为7.88，最大田间持水率为27%，腐殖质层厚达50～80cm，土层深厚，土质疏松。

1.3崔沟村水资源概况崔沟村多年平均水资源总量为603.08万m3，多年平均有效水资源量为478.57万m3，总径流量25.15万m3。其中塬面径流量14.46万m3，占57.49%;坡面径流量2.44万m3，占9.69%;沟道径流量8.25万m3，占32.82%。崔沟村全年的泉水排泄量为10.3万m3，机井年平均开采水量为5880m3。该村含水层厚度为35～65m，降雨入渗补给量为10.9万m3年。崔沟村地下水静储量为805万m3。土壤水总储量220.76万m3。崔沟村生活用水量多年平均为11614m3［1］。

1.4崔沟村径流利用工程概况在黄河水土保持生态工程齐家川示范区建设中，选定崔沟村作为径流高效利用示范村，进行重点建设。以建设径流收集和径流高效利用两大体系为核心，以卫星影像技术、GPS技术、节水灌溉和集水造林等高新技术为手段，以果园节水灌溉建设为重点，以实现水资源的合理配置和高效益为目标，建成了具有黄土高塬沟壑区特色的径流高效利用技术示范基地。崔沟村已有的径流利用工程有两个。(1)建设径流收集体系。在塬面区域，将集流槽两侧40hm2的坡耕地整修成水平梯田，并以道路集流为主线，修建具有较高集流效率的集流场13处，以377处庭院水窖集流和9处涝池集流为结点，以6处围埂蓄水式沟头防护为控制，形成塬面径流集蓄体系;在坡面，以3∶1的集蓄比，建设40hm2集水造林工程，实现坡面径流的就近就地拦蓄利用;在支毛沟修建180多道土谷坊，拦蓄从沟头下沟的塬水和坡面径流，在南北两条主沟道修建2座拦蓄水量达83万m3的治沟骨干工程，形成完整的径流收集体系。(2)建设径流高效利用体系。主要建设雨水集蓄高效利用系统和沟道径流高效利用系统。雨水集蓄高效利用系统主要有两种类型，一种是庭院集雨—水窖蓄水—果园微灌系统，另一种是道路集雨—涝池蓄水—低压管灌系统。沟道径流高效利用系统也有两种类型，一种是沟道上水—塬面输水—果园自压微灌系统，另一种是沟道上水—塬面输水—农田喷灌系统。共完成庭院集雨果园微灌工程73处22.7hm2;庭院集雨果园低压管灌工程107处22.6hm2;果园自压微灌系统13处4.6hm2;利用新建的6座涝池集蓄的径流，采用低压管灌方式灌溉附近20.0hm2的果园、菜地;2处11.1hm2大田喷灌工程，1处小高抽工程，1处输水工程。

1.5崔沟村试验监测户概况在崔沟村有果园、有果园滴灌工程、养猪、有沼气池的农户中，按家庭经济收入分为很好、好、一般、差和很差5个水平的农户，分别选定了毛效珍、张继斌、张汉品、张治军和张治伟5户，5户分属毛家、老庄和沟畔3个村民小组。各户的基本情况见表1，各户种植和养殖状况（表略）

2材料与方法

在该项研究中，降雨量资料采用砚瓦川流域原型观测网络中长期持续观测、距离崔沟村最近的董志雨量站资料，该雨量站采用自记雨量计和雨量筒同时进行观测;自来水消耗量采用自来水系统中各户水表进行观测，每月月初和月末观测1次;水窖收集的雨水量在每次降雨前、后采用钢卷尺量取深度，根据水窖直径计算雨水收集量;沼气使用状况采用各户自己每天记载用沼气做饭的次数;果园次灌水量根据潜水泵流量(3.0m3h)和灌水时间计算;人生活用水用水桶(15kg)量取，畜牲用水也用水桶量取。农村水资源紧缺，农民节水意识比较强，洗菜和洗脸用水一般用于养猪用水，该部分计入人生活用水，不再计入畜牲用水;洗衣用水一般用于庭院果树或菜地灌溉，该部分计入人生活用水，不再计入灌溉用水。该试验于2007年开始布设，2008年进行试验监测，2009年继续进行效益监测。

3结果与分析

3.1试验监测户雨水集蓄分析

3.1.1近几年降雨量分析根据董志雨量站的降雨量(表略)，与多年平均降雨量561.5mm相比，降雨量比正常年份偏少3.5%～12.6%，这几年均偏旱。年内降水分配不均，其中7、8、9月降水量占年降水量的56.3%，尤其是2007年12月—2008年5月，半年降水量仅92.2mm，春季土壤墒情差，降水量少，造成果园和菜园当年春季比较干旱，需要进行灌溉才可以满足果树和蔬菜用水需求。总之，虽然这几年为平水年偏旱年份，没有丰水年，但是也没有遇到干旱年份和特旱年，通过采取硬化庭院，提高雨水集蓄率，用自来水进行果园滴灌和蔬菜点浇，基本满足了果树和蔬菜的用水需求，人畜用水也得到了有效保障。

3.1.2雨水集流场分析根据试验监测户各种集流场面积(表4)，在庭院面积中，屋顶面积占总面积的52.5%，其中，机瓦面积占总面积的41.6%，这是庭院最重要的雨水集流场，也是庭院产流的主要场所。随着农户经济的发展，混凝土庭院越来越普遍，现在已经成为一种主要的庭院处理方式，但是，由于防冻的需要，该地混凝土处理时应以块状现浇，每块长、宽不宜大于1.5m，缝间用沥青或胶泥填充。为防滑和美观，有些农户用彩砖铺院，集流效果也很好，这是种很有发展潜力的庭院处理方式。随着经济的发展，土质庭院的面积会越来越小。各户庭院面积相差比较大，是由于不同时期建设，当时批准的宅基地面积标准不同造成的。

3.1.3雨水集流场径流系数分析试验监测户雨水集流场共有8种集水材料(表5)，根据当地各种雨水集流场径流系数有关试验［2］，合理确定了各种雨水集流场的径流系数，其中缸瓦表面进行了防渗处理，屋顶有一定的坡度(15°左右)，径流系数最高，达0.85。混凝土的防渗效果比其他材料好，表面平整，容易产流，径流系数也比较高。新材料处理时加入了水泥等多种防渗、固结的新材料，其防渗性能得到较大提升，径流系数比较高。机瓦由于密度高于青瓦，但没有进行防渗处理，径流系数介于缸瓦和青瓦之间。彩砖由于表面有防滑槽，并进行了防渗处理，径流系数介于混凝土和机砖之间。青瓦和机砖都是多孔介质，表面没有进行防渗处理，因此，这2种材料径流系数比较低，黄土由于良好的入渗性，必然造成径流系数很低，即使进行夯实，其径流系数还是比较低。量达541.9m3，其中机瓦集水量最大，占总集水量的39.4%;混凝土次之，占总集水量的29.5%;土质庭院面积占17.7%，但是由于径流系数低，造成集水量只占全部集水量的8.4%。在5户中，毛效珍户集水量最多，达194.6m3，占全部可集水量的35.9%;张继斌户次之，占全部可集水量的24.7%;张治伟户最少，仅占全部可集水量的10.5%。可集水量与各户的经济状况具有正相关关系。

3.2试验监测户用水量及来源分析试验监测户2008年用水量及来源表明(表7)，在总用水量1826m3中，自来水用量最大，达到1318.8m3，占总用水量的72.3%;集蓄水量较小，为507.2m3，占总用水量的27.7%。在5户监测户中，毛效珍户用水达到932.9m3，是最大用水户，占总用水量的51.1%，比其他4户之和还要多，是最小用水户张治军户用水量的13.6倍;张继斌户也是用水大户，用水量达624.2m3，占总用水量的34.2%;张治军户用水量最小，仅68.7m3，仅占总用水量的3.8%。没有自来水、靠人工拉运解决人畜用水的户，明显比有自来水管道的户自来水用。量比例偏低，这从反面说明随着基础设施的改善，经济收入的提高，生活水平的提升，各户的用水量必然增加，自来水用量占比也进一步提高。

3.3试验监测户耗水量及去向分析3.3.1集蓄雨水消耗及去向分析根据试验监测户2008年集蓄雨水消耗及去向，集蓄的总水量为507.2m3，用于果园灌溉最大，为381.2m3，占总集蓄水量的75.2%;畜用水量次之，为86.0m3，占总集蓄水量的16.9%;菜园灌溉最小，为40.0m3，占总集蓄水量的7.9%。在5户监测户中，毛效珍户用于集流场面积大，径流系数高，有2眼水窖，集流场与水窖匹配性比较好，集蓄水量最大，为181.9m3，占总集蓄水量的35.9%;张继斌户有3眼水窖，集流场面积偏小，集蓄水量次之，为125.2m3，占总集蓄水量的24.7%;张治伟户集蓄水量最小，仅为54.0m3，占总集蓄水量的10.6%。3.3.2自来水消耗及去向分析根据试验监测户自来水消耗情况(表9)，自来水主要用于果园灌溉，年用量达1137.9m3，占全部自来水用量的86.3%;人用水量和畜用水量相当，分别占全部自来水用量的4.7%和6.7%;菜园灌溉水量很小，主要是春季用菜畦育苗和移栽时需要点浇用水，仅占全部自来水用量的2.3%。在5户监测户中，毛效珍和张继斌2户为自来水消耗大户，分别达751m3和499m3，分别占全部自来水用量的57.0%和37.9%，2户自来水耗水量占全部自来水消耗量的94.9%，其中，毛效珍户消耗自来水是张治军户的57.8倍。

3.4试验监测户沼气使用状况分析试验监测户2008年沼气使用状况表明(表10)，试验监测户沼气年使用1768次，年使用时间达26520min，沼气使用率在0.4%～81.3%，平均使用率在49.1%;折算煤8.84t，经济效益达8840元，经济效益十分显著。沼气作为一种绿色环保能源，5户监测户年CO2减排量达23160.8kg，作为低碳经济应该大力推广。由于缺乏维修养护技术人员，在沼气使用过程中，出现漏气、沼气灶故障等问题时，用户一般无法自行解决，影响了沼气的正常使用，在应用实践中，应加强沼气使用维护知识的培训，使每户都至少有一名会维修养护的人员，进一步提高沼气使用率。

3.5试验监测户经济效益分析试验监测户经济效益调查结果见表11。果园收入是监测户的主要收入来源，2008年和2009年平均占总收入的84.2%和88.2%，各户之间果园收入差距悬殊，在0.6万～33.0万元之间，果园最高收入是最低收入的55倍，这是各户对果园的投入不同造成的，尤其是果园灌水量的差距最为明显。养猪收入也是监测户的重要收入来源，2008年和2009年平均占总收入的15.8%和11.8%，各户之间养猪收入差距不是很大，在0.3万～2.1万元之间，2008年和2009年养猪最高收入分别是最低收入的3倍和5.7倍，这与各户养猪数量接近有关。各户的主要收入来源也各不相同，一般果园收入高的监测户养猪收入不高，养猪收入高的监测户果园收入不高。果园的经济效益明显比养猪经济效益要高。毛效珍户的经济效益最高，2008年和2009年净收入分别达13.0万元和24.0万元，分别占5户监测户总净收入的58.0%和79.7%，该户的经济效益高得益于果园的良好管理，也得益于该户苹果生产、储存和销售一体化的集约化经营模式。

3.6试验监测户技术经济分析试验监测户2008年技术经济分析表明(表12)，在5户监测户中，集蓄水效益高的监测户，沼气效益比较低;集蓄水效益低的监测户，沼气效益比较高。经济效益高的监测户，人均用水量也比较高。各户单位面积果园用水量相差悬殊，在0.9～856.6m3hm2之间，最高监测户是最低监测户的951.8倍，明显与果园收入呈正相关。单方水毛收入和净收入最高的监测户是张治军户，分别达到553.1元m3和363.9元m3，该户的沼气效益也最高，张治军户是最环保、低碳和节水的试验监测户。张继斌户单方水毛收入和净收入最低，该户需要提高果园管理水平，控制果园灌溉，培养节水意识，进一步提高经济效益。5户监测户人均年纯收入均高于西峰区2008年农民人均纯收入3167元［3］，是当地农民人均纯收入的1.6～6.8倍，该村整体经济发展水平处于西峰区前列;有3户监测户人均年纯收入高于西峰城镇居民人均可支配收入9939元，尤其是毛效珍户人均年纯收入是当地城镇居民人均可支配收入的2.2倍，其生活水平已经明显高于当地城镇居民。

4结论

(1)2007—2009年与多年平均降雨量561.5mm相比，降雨量比正常年份偏少3.5%～12.6%，通过采取硬化庭院，提高雨水集蓄率，用自来水进行果园滴灌和蔬菜点浇，基本满足了果树和蔬菜的用水需求，人畜用水也得到了有效保障。(2)5户监测户屋顶面积占总面积的52.5%，屋顶防渗处理材料径流系数高，屋顶集流场是庭院最重要的雨水集流场，也是庭院产流的主要场所。随着农户经济的发展，混凝土庭院越来越普遍，现在已经成为一种主要的庭院处理方式和重要的雨水集流场。(3)5户监测户可集水量为541.9m3，可集水量与集水面积和集水材料的径流系数呈正相关，也与各户的经济状况密切相关。(4)在总用水量1826.0m3中，自来水用量、集蓄水量分别为1318.8、507.2m3，占总用水量的72.3%和27.7%;自来水主要用于果园灌溉、畜用、人用、菜园灌溉，依次比例为86.3%、6.7%、4.7%、2.3%;集蓄水主要用于畜用、果园和菜园灌溉，依次为381.2、86.0、40.0m3，占总集蓄水量比例依次为75.2%、16.9%、7.9%。(5)试验监测户沼气年使用1768次，平均使用率为49.1%，经济效益达8840元，经济效益比较显著。沼气作为一种绿色环保能源，5户监测户年CO2减排量达23160.8kg，作为低碳经济应该大力推广。(6)果园收入是监测户的主要收入来源，2008年和2009年平均占总收入的84.2%和88.2%，各户之间果园收入差距悬殊，果园最高收入是最低收入的55倍，这与各户对果园的投入不同有关，尤其是果园灌水量的差距最为明显。各户的主要收入来源也各不相同，一般果园收入高的监测户养猪收入不高，养猪收入高的监测户果园收入不高。果园的经济效益明显比养猪经济效益要高。要想获取超额经济效益，除了管理好果园外，还要实现苹果生产、储存、销售一体化和集约化经营。(7)集蓄水效益高的监测户，沼气效益比较低;集蓄水效益低的监测户，沼气效益比较高;经济效益高的监测户，人均用水量也比较高。各户单位面积果园用水量相差悬殊，最高监测户是最低监测户的951.8倍，明显与果园收入呈正相关。毛效珍户经济效益最高，建议进行重点示范推广;张治军户是最环保、低碳和节水的试验监测户;张继斌户浪费水比较严重，该户需要提高果园管理水平，控制果园灌溉，培养节水意识，进一步提高经济效益。(8)研究提出“水畜沼果”生态经济示范标准户，应基本满足人口4～6人，建筑面积150～300m2，庭院100～250m2，硬化或防渗处理，水窖1眼或2眼，总容积50～100m3，果园0.6～1.0hm2，配套果园滴灌工程，沼气池1座，容积10～12m3，养母猪3头左右，养鸡5～20只。“水畜沼果”生态经济示范标准户的提出，可以实现模块化、集成化、快速、大规模推广和项目的高效整合，对进一步提高黄土高塬沟壑区水土保持生态工程建设技术和示范水平，促进农民致富，提高农民生活质量，发展低碳经济和节水型社会，都具有重要的现实意义。