一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法
2023-05-31 13:14:16
專利名稱：一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法
技術領域：
本發明屬於坡耕地改良利用及水土保持領域，具體涉及在坡耕地改造中綜合工程措施和植物措施達到防治坡耕地水土流失的一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法。
背景技術：
我國是以山地為主的國家，山區約佔全國土地面積的2/3，坡地成為我國主要的土地資源。據統計在全國海拔500m以上的山地中，耕地面積佔全國耕地總面積的44%，林地面積佔全國林地總面積的90%，草地佔全國草地總面積的M%，山區農用地總面積站全國農用地總面積的61%，坡地成為我國農、林、牧業生產的主要場所。同時，我國水土流失主要發生在山區，坡地成為流域侵蝕產沙的重要物源區。特別是在長江上遊地區，山區面積佔區域土地總面積的85%以上，農業耕地類型以坡耕地為主。坡耕地因其地形條件和人為耕作幹擾的影響，水土流失強烈，其水土流失量佔到區域水土流失總量的60%以上。因此，坡耕地成為我國水土流失重點治理對象。在坡耕地水土流失治理中，防治細溝侵蝕對於坡地水土保持具有重要意義1)細溝侵蝕發生面廣，造成大量水土流失；2)溝蝕與細溝侵蝕具有衍生關係，在侵蝕細溝基礎上發育的溝道侵蝕也造成大量水土流失，防治侵蝕細溝的發生同時也避免因演變成溝道侵蝕造成的水土流失量。水土保持改良利用成為我國防治坡耕地水土流失的重要途徑，但目前開展的工作大多都以單純的工程措施或植物措施為主，而未涉及到兼顧工程措施和植物措施的複合方法。以坡改梯為代表的工程措施受到人們普遍認可並廣泛付諸實施。50年代至今，長江流域已累計修建水平梯田3300萬畝。90年代以來治理步伐加快，平均每年修建水平梯田約180萬畝。坡改梯雖能發揮工程措施快速、有效的水土保持功能，但花費的材料和人力較多，成本較高，在經濟條件受限地區難於推廣，後期維護也需花費較多的人力和資金。植物措施具有庇護地表、攔蓄徑流、根系固土和改善土壤理化性質方面的水土保持功能，我國開展的各級水土流失治理工作也都相應地將水土保持林建設作為主要內容，如「天然林保護工程」、「退耕還林還草工程」。但是，在以農業生產為主的坡耕地上開展大規模的水土保持林建設不太現實，坡耕地上植物措施發揮的水保效益有限。此外，植物具有一個適應環境和發揮功能的過程，其水土保持效益的發揮具有滯後性。在上述背景下，大規模的山區坡耕地生產條件仍未得到根本改善。本發明提出一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法，即綜合運用農耕地水土保持工程措施和植物措施，通過科學確定坡地土壤侵蝕細溝發生的臨界坡長，選取合理的坡面間距修建梯坎，達到減緩坡度和控制坡面細溝侵蝕發生的目的，在梯坎外側種植多年生經濟植物籬，達到穩定梯坎和攔蓄坡面徑流泥沙的目的。
發明內容
本發明的目的是公開一種控制坡耕地土壤侵蝕細溝發生的結合工程措施和植物措施的複合方法，旨在減緩坡度、控制土壤和養分的流失，維繫坡耕地生產力，實現坡耕地水土資源的可持續利用。實現本發明目的具體技術措施如下一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法， 包括針對坡耕地水土保持的綜合工程措施和植物措施的方法，其特徵是，藉助坡面侵蝕細溝發生臨界坡長理論，根據坡地侵蝕細溝產生的臨界坡長Lc，以小於或等於Lc的坡面間距沿等高線修築梯坎1，即針對特定坡耕地以小於當前坡度條件下侵蝕細溝產生臨界坡長值的坡面間隔，沿等高線設計修築梯坎1，在設計修築好的梯坎1上種植植物帶3，形成坡面原始地塊小單元2、坡面梯坎1和植物帶3共存的布局模式；所述的坡地細溝侵蝕發生臨界坡長Lc通過天然降雨或人工降雨現場測量得到，也可以通過理論計算得到。所述的控制坡地侵蝕細溝發生的複合方法，其特徵是，採用農業耕作自動減緩坡度方法即在由梯坎1，原始地塊小單元2與植物籬3基本格局形成初期，農業生產活動在原始地塊小單元2內進行，採用順坡耕作方式，將原始地塊小單元2上部的土壤通過耕作活動帶到坡面下部，上削下填過程使得坡面坡度不斷變緩，當原始地塊小單元2的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時形成最終坡面耕作小單元4，此時坡面坡度即為本發明設計的坡耕地改造的目標坡度；然後停止順坡耕作方式，採用橫坡耕作或者順逆交替耕作方式，維持最終耕作小單元4內土壤的平衡。本方法包括梯坎設計和植物籬設計兩個部分。梯坎設計主要是指根據坡面土壤侵蝕發生過程和機理，細溝侵蝕是介於片狀侵蝕和溝道侵蝕之間的一種侵蝕過渡類型，是坡面土壤侵蝕的主要形式之一。降雨形成的坡面薄層水流只有在經歷一定的匯水坡長後才能形成細股流。即坡面侵蝕細溝產生存在一個臨界坡長，只有當坡面匯水坡長大於細溝侵蝕臨界坡長時，侵蝕細溝才會產生。藉助坡面侵蝕細溝發生臨界坡長理論，根據坡地侵蝕細溝產生的臨界坡長Lc，以小於或等於Lc的坡面間距沿等高線修築梯坎，將整個坡耕地分成若干小單元。梯坎建成後，坡地耕種部位位於兩個梯坎之間，坡耕地坡度變得相對平緩。坡地細溝侵蝕發生臨界坡長Lc可通過現場試驗測量得到，也可以通過理論計算得到。侵蝕細溝發育臨界坡長值理論計算式如下
Lc=g"5/3 [ (0. 89+0. 00056T)/100]10/3 (nkfcos α I30) ^tan α
式中，Lc 坡面侵蝕細溝發育的臨界坡長(m)，η 滿寧糙率，g 重力加速度(N/kg)，α 地面坡度(° )，I30 次降雨最大30min雨強，T 飽和土壤抗剪力(Kpa)，Kf 對照坡地徑流係數。植物籬設計主要是在修築好的梯坎1上種植植物籬3，植物籬選擇以多年生經濟植物為主，與自然植被一起，在梯坎上形成植物籬的布局。原始地塊小單元2、坡面梯坎1種與植物籬3形成複合布局模式。本發明提出的採用農業耕作自動減緩坡度方法即在由梯坎1，原始地塊小單元2 和植物籬3基本格局形成初期，農業生產活動在原始地塊小單元2內進行，採用順坡耕作方式，將原始小單元2上部的土壤通過耕作活動帶到坡面下部，上削下填過程使得坡面坡度不斷變緩，當原始地塊小單元2的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時形成最終的最終坡面耕作小單元4，此時坡面坡度即為本發明設計的坡耕地改造的目標坡度。停止順坡耕作方式， 採用橫坡耕作或者順逆交替耕作方式，維持最終耕作小單元4內土壤的平衡。本發明的有益效果是
1、本發明提出的建立在坡面細溝侵蝕理論上的梯坎修築原則能夠有效指導坡面水土保持工作實踐，克服梯田修建和管理維護成本高的缺點，綜合發揮坡耕地水土保持工程措施和植物措施的長處，在坡面梯坎工程基礎上進行的農業耕作，上削下填，減緩坡耕地坡度、降低地表徑流流速，避免坡面土壤侵蝕細溝的產生，有效減少坡耕地土壤流失。2、本發明提出在梯坎上栽植多年生經濟植物，與自然植物一同構成植物籬，其作用是植物地上部分能增加地表覆蓋，庇護地表作用，減少降雨雨滴對梯坎的直接打擊；植物根系深入土層固結土壤，有助於維繫梯坎的穩定；植物根莖攔蓄和過濾地表徑流泥沙，減少土壤和養分流失；梯坎植物籬的存在同時增加坡地農業系統生物多樣性，維繫坡地生產力， 實現坡地利用向可持續發展。3、本發明提出的採用農業耕作活動自動減緩坡面坡度形成最終的耕作小單元，坡耕地地形改造與農業生產活動相結合，操作簡便易行，成本低，農民易於接受。
圖1是本發明的梯坎修建初期局部剖面示意圖。圖2是坡面坡度達到預定改造目標後的平面示意圖。圖3是本發明以圖2沿P-P線的剖面示意圖。圖4是本發明最終形成的局部立體示意圖。
具體實施例方式結合構建長江上遊三峽庫區坡耕地土質梯坎和植物籬的工程植物複合模式進一步說明本發明的
具體實施例方式長江上遊三峽地區位於四川盆地東部，氣候類型為中亞熱帶溼潤季風氣候，地貌以丘陵和山地為主，土壤類型主要為紫色土、黃壤和黃棕壤。源於地形分布特徵，該區土地資源主要以坡耕地為主。實施例選取三峽庫區腹心地帶重慶市忠縣， 地理位置於東經107° 3'至108° 14'，北緯30° 03'至30° 35'之間，屬於深丘淺丘夾山脈地貌，土壤主要為沙溪廟組中性和鹼性紫色土，年均溫18. 2V，> 10°C年積溫5787°C， 無霜期341天，日照時數1327. 5小時，日照率四%，太陽總輻射能83. 7千卡/平方釐米，年降雨量1200毫米，相對溼度80%。選取坡耕地坡度分別為15°和20°，坡向朝南。1)梯坎設計
紫色土坡耕地侵蝕細溝發育臨界坡長採用野外試驗觀測值。根據我們在忠縣石寶鎮試驗基地開展的紫色土細溝侵蝕發育臨界坡長人工降雨試驗研究結果，坡度為15°和20°，初始土壤含水量為25%，人工雨強為130mm/h條件下紫色土坡耕地細溝侵蝕發生臨界坡長平均值為4. 21m和2. 72m，考慮到坡地進行地形改造後坡度有降低趨勢、土壤前期含水量變動和實際降雨強度的變化，本例分別選取4. 5m和3. Om的坡長能夠充分滿足控制侵蝕細溝發育的要求。在15°和20°坡耕地上分別以4. 5m和3. Om為坡長間距構建土質梯坎，即為圖3 中的L，梯坎高度為h，頂部寬度為b，梯坎採用素土夯實。本實施例中梯坎尺寸分別為梯坎高h為為40cm和50cm，梯坎頂寬b都為20cm。參見圖1，其中1為梯坎，2為被梯坎分隔的原始地塊小單元。2)植物籬設計
植物籬的設計即在上述形成的梯坎1外側面配置一種或多種搭配的多年生經濟植物籬3，最終形成梯坎1與植物籬3的組合配置模式。植物籬的樹冠能夠起到截留降雨和庇護地表，樹根固結梯坎，過濾和攔蓄降雨徑流攜帶的侵蝕泥沙和養分。總結當地農民生產實踐經驗，本實施例的植物籬樹種選擇當地常見的桑樹。梯坎修築成功後於最近一次宜種季節在梯坎外側面栽植一行桑樹，栽植間距50cm為宜。為了保證桑樹生長既滿足其生態效益的獲取而又不影響坡地小單元內農業生產，每年定期對桑樹進行噴藥除蟲和修枝，控制其覆蓋度和高度。 3)坡度自動改造
梯坎1、地塊小單元2與植物籬3形成後，農業生產活動在被梯坎1分隔的每個原始坡度地塊小單元2內進行，採取順坡耕作制度，將原始地塊小單元2內上坡土壤帶到坡面下部靠近梯坎處，上削下填不斷減緩坡度，待坡腳高度與梯坎頂部齊高時，形成耕作小單元4。此時立即停止順坡耕作，採取橫坡耕作或者順逆坡輪流耕作制度，維持土壤在最終形成的耕作小單元4內的平衡。
權利要求
1.一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法，包括針對坡耕地水土保持的綜合工程措施和植物措施的方法，其特徵是，藉助坡面侵蝕細溝發生臨界坡長理論，根據坡地侵蝕細溝產生的臨界坡長Lc，以小於或等於Lc的坡面間距沿等高線修築梯坎(1)，即針對特定坡耕地以小於當前坡度條件下侵蝕細溝產生臨界坡長值的坡面間隔，沿等高線設計修築梯坎 (1)，在設計修築好的梯坎(1)上種植植物帶(3)，形成坡面原始地塊小單元(2)、坡面梯坎 (1)與植物帶(3)共存的布局模式；所述的坡地細溝侵蝕發生臨界坡長Lc通過天然降雨或人工降雨現場測量得到，也可以通過理論計算得到。
2.根據權利要求1所述的一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法，其特徵是，採用農業耕作自動減緩坡度方法即在由梯坎(1)，原始地塊小單元(2)與植物籬(3)基本格局形成初期，農業生產活動在原始地塊小單元(2)內進行，採用順坡耕作方式，將原始地塊小單元(2)上部的土壤通過耕作活動帶到坡面下部，上削下填過程使得坡面坡度不斷變緩，當原始地塊小單元(2)的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時形成最終坡面耕作小單元(4)，此時坡面坡度即為設計的坡耕地改造的目標坡度；然後停止順坡耕作方式，採用橫坡耕作或者順逆交替耕作方式，維持最終耕作小單元(4)內土壤的平衡。
全文摘要
本發明公開了利用綜合工程措施和植物措施實現坡耕地水土保持的一種控制坡耕地細溝侵蝕發生的複合方法，涉及坡地改良利用及水土流失防治領域。藉助坡面侵蝕細溝發生臨界坡長理論，根據坡地侵蝕細溝產生的臨界坡長Lc，以小於或等於Lc的坡面間距沿等高線修築梯坎，即針對特定坡耕地以小於當前坡度條件下侵蝕細溝產生臨界坡長值的坡面間隔，沿等高線設計修築梯坎，在設計修築好的梯坎上種植植物帶，形成坡面小單元、坡面梯坎和植物帶共存的布局模式；所述的坡地細溝侵蝕發生臨界坡長Lc通過天然降雨或人工降雨現場測量得到，也可以通過理論計算得到。
文檔編號A01B79/02GK102177776SQ201110110900
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者唐強, 賀秀斌, 鮑玉海 申請人:中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所