一種區(qū)田植物籬復合耕作模式及其構造的制作方法
【專利摘要】一種區(qū)田植物籬混合耕作模式及其構造：坡面地塊上、下緣設置永久性護坡地埂，地埂外側(cè)及坡面地塊左、右兩邊均開挖排水邊溝，相互連接構成坡面排水溝；在坡面地塊內(nèi)部自上往下，以發(fā)生細溝侵蝕臨界坡長開挖等高水平截留溝，將坡面地塊分割成若干等長的耕作小區(qū)，耕作小區(qū)內(nèi)修筑順坡方起壟筑溝，順坡壟溝、等高截留溝及坡面排水邊溝聯(lián)通構成坡面排水網(wǎng)絡；順坡壟溝及等高截留溝內(nèi)沿相同間隔修筑順坡壟溝區(qū)田土埂及等高截流溝區(qū)田土埂，構建坡面壟溝區(qū)田；耕作小區(qū)中部修筑等高橫坡地埂，地埂上種植水保植物，構建地埂植物籬。本發(fā)明所設計復合模式操作簡單，成本低廉，控制水土流失效果明顯。
【專利說明】一種區(qū)田植物籬復合耕作模式及其構造

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及坡耕地農(nóng)業(yè)耕作和土壤侵蝕防止【技術領域】，具體設計一種適用于長江 上游尤其是三峽庫區(qū)紫色土陡坡耕地的"區(qū)田+植物籬"復合耕作模式及其構建方法。

【背景技術】
[0002] 三峽庫區(qū)在我國，特別是長江流域的社會經(jīng)濟、生態(tài)屏障和水安全方面具有重 要的戰(zhàn)略地位。區(qū)內(nèi)地勢起伏較大，相對高差達2800m，中山區(qū)約占全區(qū)土地總面積的 32. 02%，低山占38. 25%，丘陵占25. 16%，河谷平壩占4. 57%，土地總面積55742km2。庫 區(qū)（重慶段）現(xiàn)有耕地面積389. 10萬hm2,其中69%以上為紫色土坡耕地，大于15°坡地 面積占53. 87%，是當?shù)匾豁椫匾刭Y源。該區(qū)位于濕潤亞熱帶季風氣候區(qū)，溫暖濕潤，年 均降水量1150mm，70%以上降水分布在夏秋季節(jié)，強暴雨天氣是誘發(fā)庫區(qū)土壤侵蝕和水土 流失的主要因素。加之三峽庫區(qū)土地農(nóng)業(yè)開墾活動歷史悠久，人口密度高，土地資源緊缺， 坡耕地坡度較陡，地塊小而破碎，墾殖率及復種指數(shù)高，土壤抗蝕性低，水土流失嚴重。
[0003] 進入"后三峽"時代，庫區(qū)水土保持研究工作面臨著新的要求和挑戰(zhàn)。三峽工程的 建設與運行和庫區(qū)移民安置對庫區(qū)及流域生態(tài)系統(tǒng)、地表過程和社會經(jīng)濟已經(jīng)產(chǎn)生了并將 要產(chǎn)生重大的影響；新時期，山區(qū)城鎮(zhèn)化進程加快，居民消費水平不斷提高，有限的耕地承 受著前所未有的壓力。由此帶來的水土流失、生態(tài)環(huán)境退化等日益嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，弓丨 起了社會廣泛關注，正成為后三峽時期重要的研究課題。
[0004] 在庫區(qū)實施坡改梯工程面臨著諸多困難，勞動力成本太高，資金投入量大，改造周 期長；且當?shù)厣礁咂露?，地表起伏大，地形支離破碎，全面的坡面梯田改造工程在庫區(qū)并不 適宜。三峽庫區(qū)年降雨集中在6-9月，土壤侵蝕主要發(fā)生在數(shù)次暴雨或大暴雨事件。當?shù)?長期以來實施順坡挖溝、溝間起壟、上下來回往復播種的耕作模式。全坡面順坡溝壟配套耕 作造成坡面水路過長，匯水急劇，坡面及壟溝土壤侵蝕嚴重，尤以坡腳壟溝沖刷最為劇烈， 幾乎造成紫色母巖出露。因此，傳統(tǒng)的耕作方式面臨水土流失嚴重，耕地資流失破壞，農(nóng)業(yè) 增產(chǎn)壓力大等等挑戰(zhàn)；當?shù)乩习傩沼钟刑羯尺€田的耕作習慣，以避免長期的水土流失引發(fā) 土層變薄、土壤貧瘠，甚至農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。常年往復，形成了 "侵蝕-挑沙-侵蝕"惡性循環(huán)。
[0005]當前，庫區(qū)坡耕地格局基本固定，改善坡耕地耕作模式就成為操作簡單、周期短、 水保效益明顯的有效辦法。因此，迫切需要在充分借鑒當?shù)胤N植習慣的基礎上，研發(fā)一種保 水減蝕的坡耕地耕作措施，以控制坡面土壤侵蝕，防治水土流失，降低庫區(qū)河流攜沙率，減 輕庫區(qū)水源污染負荷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明技術的目的是提供一種成本投入低、實施簡便、容易推廣的，以控制坡耕地 細溝侵蝕發(fā)生為核心，實現(xiàn)攔蓄坡面地表徑流，促使泥沙就地沉積，增加土壤水分，熟土培 肥為目的之"區(qū)田+植物籬"坡面復合耕作模式及其構造。
[0007] 本發(fā)明技術的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0008] 一種區(qū)田植物籬復合耕作模式及其構造，在坡面地塊的上坡頂部、下坡腳部設置 護坡地埂（坎），可為土壤、碎石或土壤和碎石混合材質(zhì)，設計為重力型永久擋土強構造；以 地埂劃分地塊邊界，形成坡面地塊最外圍攔蓄坡面徑流構造，且提供一種方便農(nóng)民田間耕 種行走的簡易坡面小路；地埂上側(cè)為垂直面、下側(cè)坡面為傾斜面，地埂內(nèi)外兩側(cè)均種植植物 籬。在整個坡面地塊上坡頂、坡腳及坡面左右兩側(cè)設置有一定深度的開挖排水邊溝，坡面 地塊內(nèi)部以相同間隔修筑等高水平截流夠，水平溝橫截面呈倒狀梯形；若干平行的等高截 留溝分割坡面地塊，形成等坡長的坡面耕作小區(qū)，在各分割小區(qū)內(nèi)順坡起壟筑溝，形成橫坡 面的溝壟相間耕作模式。橫坡截留溝配置間隔為實際耕作坡面細溝侵蝕發(fā)生臨界坡長的2 倍。順坡壟溝、水平截流溝及排水邊溝共同構成坡面排水網(wǎng)絡。
[0009] 壟作區(qū)田是以地壟加壟溝田埂形成的格田或坑穴攔截水土的構造。坡面區(qū)田構 造分為兩大部分：a順坡壟溝區(qū)田，構造設計為在壟溝內(nèi)自上往下等間隔修筑橫向土坎（以 下稱"區(qū)田土埂"），形成一道道橫坡?lián)跬?"墻"，區(qū)田土埂間距大小與坡度成反比；b水平截 留溝區(qū)田，區(qū)田土埂設計位置在各順坡地壟下緣（圖1)。區(qū)田土埂構造及配置原理相似， 僅尺寸上存在差異：土埂橫剖面設計均為頂寬底窄倒狀梯形，水平截流溝區(qū)田土埂構造尺 寸大于順坡壟溝區(qū)田土?。ū?);橫坡截流溝區(qū)田開挖深度可適當增加，大于順坡壟溝深 5-lOcm為宜，與坡面坡度成正比；順坡壟溝區(qū)田土埂的設置高度以齊平田面為宜，等高截 流溝區(qū)田土埂設置高度應低于田面5cm。
[0010] 坡面等高植物籬配置，如圖1所示，橫坡截流溝將地塊切割成等坡長的耕作小區(qū)， 在相鄰水平截流溝間的耕作單元中部橫坡起壟，割開順坡耕作小區(qū)，形成一小型坡面橫向 攔擋地??；地埂剖面設計寬度約為順坡耕作地壟的2 / 3,壟高設置與順坡地壟齊平，也可 適當高出順坡地壟5cm左右，其高度與坡度大小成正比。橫坡地壟上種植水保植物籬，植物 籬配置可是多年生低矮密根系作物（如韭菜），或為當季糧食作物以緩解當?shù)馗刭Y源緊 缺矛盾。
[0011] 本發(fā)明中，一種"區(qū)田+植物籬"復合耕作模式及其構造，由坡面水平截留溝、順坡 起壟耕作區(qū)以及地埂植物籬配套設計，形成"一溝一壟一籬"的坡面復合耕作模式。
[0012] 三庫區(qū)坡耕地面積廣，坡度陡，耕地資源緊缺；該區(qū)地處亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)， 降雨集中在每年6-9月，而當?shù)亻L期形成的順坡壟作耕作方式，在發(fā)生暴雨時，坡耕地水土 流失嚴重；加之該區(qū)主要的耕作土壤紫色土土淺薄，水土流失嚴重，土地肥力降低，農(nóng)業(yè)增 產(chǎn)壓力大。本發(fā)明充分考慮到區(qū)域山高坡陡的現(xiàn)實條件，同時考慮到了當?shù)乩习傩臻L期以 來養(yǎng)成的耕作習慣，以及壟作區(qū)田、地埂植物籬水保措施的成功運用經(jīng)驗，集成研發(fā)了一種 旨在控制庫區(qū)陡坡耕地水土流失的"區(qū)田+植物籬"復合耕作模式；在總結了坡面細溝侵蝕 發(fā)生及發(fā)展過程多年研究經(jīng)驗的基礎上，科學的設計了順坡耕作坡面小區(qū)坡長。該耕作模 式操作簡單，實施方便，無需外部投入、成本低，農(nóng)民容易接受。對于減少土壤侵蝕，控制水 土流失，保護區(qū)域耕地資源具有重要意義。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 1 ?切分地塊，耕作便利。
[0015] 一種"區(qū)田+植物籬"復合耕作模式設計中，坡面排水邊溝、順坡壟溝以及等高截 留溝之間相互連通，形成完整的剖面排水網(wǎng)絡，在遭遇暴雨時可迅速排出地表徑流。其次， 在地塊邊緣設置排水溝可清除地邊雜草根系及病蟲巢穴并起到異地隔離作用。坡面等高水 平截留溝，將坡耕地切割為若干等長度的順坡耕作單元，減小了老百姓坡面耕作長度。這種 構造充分結合了當?shù)乩习傩臻L期以來的耕作習慣，陡坡耕地采取順坡耕作較為方便，耕作 坡長縮短，勞動強度低。
[0016] 2?攔沙聚土，保水減蝕。
[0017] 壟作區(qū)田設計防止水土流失作用顯著。本專利中所發(fā)明的"區(qū)田+植物籬"復合 耕作模式，在區(qū)田設計上有所不同，這是充分考慮到長江上游地區(qū)坡耕地面積較廣，且大于 15度的陡坡耕地面積較多。故區(qū)田土埂設計更高、更厚，土埂間距控制在50cm以內(nèi)，單位區(qū) 田縱剖面隨著坡度增加呈"平坦直線" 一"U"型一"V"型演變。這樣的設計可有效攔蓄降 水，降低雨水坡面勢能，促使泥沙發(fā)生就地沉積；順坡壟溝區(qū)田及橫坡截流溝區(qū)田地埂高度 的針對性配置，既能攔沙蓄水，又能排除過量的地表徑流，防止坡面壟溝發(fā)生漬水和沖毀， 最終實現(xiàn)"小雨蓄水、大雨攔沙"的目的，控制水土流失。
[0018] 3?蓄水保墑，熟土培肥。
[0019] 本發(fā)明專利集成研發(fā)"坡耕地壟作區(qū)田+地埂植物籬"復合耕作模式。設計深挖橫 坡截留溝，深耕翻松土壤，加速紫色母巖風化成土。以"橫坡地埂+植物籬"截斷坡面徑流 水路，阻礙并延緩坡面匯水，降低流速，層層攔擋攜沙水流，削弱水能；也防止了傳統(tǒng)的全坡 面順坡起壟導致匯水路徑過長，坡面匯流強烈而引發(fā)坡腳表土遭受劇烈沖刷；同時，植物籬 具備冠層截雨、根系固土作用，也增加了橫坡地埂的抗剪性和抗沖性。研究表明"區(qū)田+植 物籬"復合耕作模式兼顧控制水土流失與蓄水保墑作用，攔蓄泥沙之時促進地表徑流入滲， 增加土壤濕度，保存水分形成土壤"水庫"，達到調(diào)水保墑之效；且進一步減輕了當?shù)乩习傩?長期以來的"挑沙還田"勞動負擔。
[0020] 4?操作簡單，造假低廉，利于推廣。
[0021] 本發(fā)明所設計的"區(qū)田+植物籬"復合耕作模式中三個主要結構單元為：坡面水 系、壟作區(qū)田及等高植物籬，是在大量的實地調(diào)研，充分結合當?shù)乩习傩斩嗄旮髁晳T和種 植方式基礎上綜合歸納而來。設計操作簡單，農(nóng)民容易掌握；且無額外追加投入，成本低廉。 針對當前三峽庫區(qū)幾種典型的坡耕地利用方式，即面積較大的陡坡坡式梯田、面積較小的 陡坡水平梯田等均適用，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明區(qū)田植物籬耕作模式及其構造坡面整體效果圖。
[0023] 圖2是圖1沿I-I線縱剖面示意圖（坡式梯田為例）。
[0024]圖3是本發(fā)明區(qū)田植物籬耕作模式及其構造坡面效果之局部俯視投影圖。
[0025] 圖4是圖3沿II-II線橫剖面示意順坡壟溝及區(qū)田土埂構造。
[0026] 圖5是圖3沿III-III線縱剖面示意區(qū)田土埂構造。

【具體實施方式】
[0027] 參見圖1、圖2,一種"區(qū)田植物籬"復合耕作模式。
[0028]圖1、2分別為"區(qū)田+植物籬"耕作模式坡面整體效果及縱剖面效果圖。其中各 符號意義分別為：順坡地壟（A)、地埂植物籬（B)、坡地田面（C)、地塊邊緣固結地?。―)、等 高水平截留溝（E)、水平溝區(qū)田地埂（ED、順坡壟溝（F)、順坡壟溝區(qū)田地?。‵D、坡面排水 邊溝（G)、縱剖面示意線（I)、順坡地壟坡長（LS)。
[0029] ①坡面水系布置。坡面地塊上、下緣均設置永久性護坡地埂（D)，地埂上側(cè)為堅直 面、下側(cè)為斜坡面，坡度在60-80度之間，地埂外側(cè)及坡面地塊左、右兩邊均開挖排水邊溝 (G)，相互連接構成坡面排水溝；在坡面地塊內(nèi)部自上往下，以相同間距（2LS)開挖等高水 平截留溝（E)，并將坡面地塊分割成若干等長的耕作小區(qū)，于各耕作小區(qū)內(nèi)順坡方向開挖順 坡排水溝（F)、并修筑耕作地壟（A)，順坡壟溝與等高截留溝相連，并于坡面排水邊溝相通 構成完整的坡面排水網(wǎng)絡。②壟作區(qū)田設計。分別于順坡壟溝及等高截留溝內(nèi)以一定間隔 修筑順坡壟溝區(qū)田土埂汜）及等高截流溝區(qū)田（EJ，形成順坡向及橫坡向壟作區(qū)田，區(qū)田 土埂需夯實。③等高地埂植物籬。沿兩相鄰等高截留溝之間的耕作小區(qū)中部修筑橫坡攔擋 地壟，并于該地壟上種植有較高水保效益的植物籬，形成橫坡等高地埂植物籬（B)。地壟長 度（LS)為相應坡度細溝侵蝕發(fā)生的臨界坡長。
[0030] 參見圖4、圖5, 一種區(qū)田植物籬復合耕作模式構造參數(shù)。
[0031] 圖4、5分別為圖3沿II-II、III-III線剖面示意順坡壟溝及區(qū)田土埂詳細構造技 術參數(shù)，其中各符號所代表構造技術參數(shù)分別為：地壟底寬（Wi)、齊田面地壟寬度（w2)、區(qū) 田地埂橫剖面頂寬（Wi)、區(qū)田地埂橫坡面底寬（w2)、田面以下地壟深度餌）、田面以上地壟 高度（H2);區(qū)田地埂縱剖面頂寬（w3)、區(qū)田地埂縱剖面底寬（w4)、區(qū)田土埂高度（h)、區(qū)田 土埂底部間距（S)。
[0032] 區(qū)田土埂總體設計為橫向呈倒置梯形、順坡縱向正梯形，于坡面壟溝內(nèi)就地挖土 修筑土埂，土埂需要夯實；順坡壟溝區(qū)田土埂設計高度與田面齊平，等高壟截流溝區(qū)田土埂 設計高度低于田面5cm為宜，且深度大于順坡壟溝5-lOcm;區(qū)田間距大小與坡度成反比，區(qū) 田土埂高度與坡度成正比，單位區(qū)田縱剖面隨著坡度增加呈"平坦直線"一"U"型一"V"型 演變。順坡耕作地壟構造剖面成倒置"U"型，齊田面以上地壟寬度迅速收縮；等高植物籬地 埂剖面設計寬度約為順坡耕作地壟的2 / 3,高度設計大于耕作地壟高度5-lOcm，植物籬配 置可是多年生、低矮、根系密集作物（如韭菜），也可是當季糧食作物以緩解當?shù)馗刭Y源 緊缺。
[0033] 依托中科院三峽庫區(qū)水土保持與環(huán)境研究站，我們開展了長期的實地調(diào)研與水土 保持效益試驗研究。在集成了部分坡耕地細溝侵蝕發(fā)生控制關鍵技術，充分考慮到當?shù)乩?百姓的坡耕地種植習慣，在此基礎上研發(fā)了以控制陡坡耕地水土流失的"區(qū)田+植物籬"復 合耕作模式及其構建技術。該技術通過深挖等高截流溝、淺起順坡壟溝，壟溝內(nèi)修筑"區(qū)田 土埂"，形成壟作區(qū)田格局；于順坡耕作單元中部修筑橫坡地埂、并配置植物籬，二者協(xié)同實 現(xiàn)控制水土流失的目的。并獲取了 "區(qū)田+植物籬"耕作模式構造技術參數(shù)經(jīng)驗值（見表 1)。
[0034]表1"區(qū)田+植物籬"模式構建技術參數(shù)

【權利要求】
1. 在坡面地塊上坡頂部、下坡腳部設置護坡地?。―)，設計為土壤、碎石或土壤加碎石 混合材質(zhì)的重力型永久擋土強構造；以地埂劃分地塊邊界，形成坡面地塊最外圍攔蓄坡面 徑流構造，且提供一種方便農(nóng)民田間耕種行走的簡易坡面小路；地埂上側(cè)為垂直面、下側(cè)坡 面為傾斜面，地埂內(nèi)外兩側(cè)均種植植物籬；在護坡地埂的外側(cè)及坡面地塊左右兩側(cè)設置一 定深度的開挖排水邊溝（G);坡面地塊內(nèi)部以相同間隔修筑等高水平截流夠（E)，水平溝橫 截面呈倒狀梯形；若干平行的等高截留溝分割坡面地塊，形成等坡長的坡面耕作小區(qū)，于各 耕作小區(qū)內(nèi)順坡起順坡地壟（A)并挖筑順坡排水壟溝（F)，形成溝壟相間耕作模式；橫坡截 留溝配置間隔為實際耕作坡面細溝侵蝕發(fā)生臨界坡長（LS)的2倍；順坡壟溝、水平截流溝 及排水邊溝共同構成坡面排水網(wǎng)絡。
2. 根據(jù)權利要求1所述區(qū)田植物籬復合耕作模式，坡面壟作區(qū)田構建是以地壟加壟溝 田埂形成的格田或坑穴攔截水土的構造，分為兩大部分：a順坡壟溝區(qū)田，在壟溝內(nèi)自上往 下等間隔修筑橫向順坡壟溝區(qū)田土?。ㄘ埃?，形成一道道橫坡?lián)跬?"墻"，區(qū)田土埂間距大小 與坡度成反比；b水平截留溝區(qū)田，水平溝區(qū)田土埂（EJ設計位置在各順坡地壟下緣；兩種 區(qū)田土埂構造及配置原理相似，橫剖面設計均為頂寬底窄倒狀梯形，縱剖面設計均為頂窄 底寬正梯形；水平截流溝區(qū)田土埂構造尺寸為1. 5倍于順坡壟溝區(qū)田土埂，水平截留溝開 挖深度以大于順坡壟溝深（?)的5-10(^為宜，且隨坡度增大而加深；順坡壟溝區(qū)田土埂的 設置高度以齊平田面為宜，水平截流溝區(qū)田土埂設置高度應低于田面5cm。
3. 根據(jù)權利要求1所述區(qū)田植物籬復合耕作模式，坡面等高地埂植物籬（B)配置方式 如下：以橫坡截流溝切割地塊形成等坡長（2LS)的耕作小區(qū)，在相鄰水平截流溝間的耕作 單元中部橫坡起壟，形成一小型坡面橫向攔擋地?。坏毓∑拭嬖O計寬度為順坡耕作地壟寬 度的2 / 3,壟高設置與順坡地壟齊平，也可適當高出順坡地壟5cm左右，其高度與坡度大小 成正比；橫坡地壟上種植水保植物籬，植物籬配置可是多年生低矮密根系作物（如韭菜、黃 花菜等），或為當季糧食作物以緩解當?shù)馗刭Y源緊缺矛盾。
4. 根據(jù)權利要求1、權利要求2及權利要求3所述的"一種區(qū)田植物籬復合耕作模式及 其構造"由坡面水平截留溝（E)、順坡耕作地壟（A)以及地埂植物籬（B)配套設計，形成"一 溝一壟一籬"的坡耕地復合耕作模式。
【文檔編號】A01B79/00GK104429207SQ201310426285
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】郭進, 文安邦, 張一瀾 申請人:中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所