專(zhuān)利名稱(chēng)：一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于坡耕地改良利用及水土保持領(lǐng)域，具體涉及在坡耕地改造中綜合工程措施和植物措施達(dá)到防治坡耕地水土流失的一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是以山地為主的國(guó)家，山區(qū)約占全國(guó)土地面積的2/3，坡地成為我國(guó)主要的土地資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)在全國(guó)海拔500m以上的山地中，耕地面積占全國(guó)耕地總面積的44%，林地面積占全國(guó)林地總面積的90%，草地占全國(guó)草地總面積的M%，山區(qū)農(nóng)用地總面積站全國(guó)農(nóng)用地總面積的61%，坡地成為我國(guó)農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)的主要場(chǎng)所。同時(shí)，我國(guó)水土流失主要發(fā)生在山區(qū)，坡地成為流域侵蝕產(chǎn)沙的重要物源區(qū)。特別是在長(zhǎng)江上游地區(qū)，山區(qū)面積占區(qū)域土地總面積的85%以上，農(nóng)業(yè)耕地類(lèi)型以坡耕地為主。坡耕地因其地形條件和人為耕作干擾的影響，水土流失強(qiáng)烈，其水土流失量占到區(qū)域水土流失總量的60%以上。因此，坡耕地成為我國(guó)水土流失重點(diǎn)治理對(duì)象。在坡耕地水土流失治理中，防治細(xì)溝侵蝕對(duì)于坡地水土保持具有重要意義1)細(xì)溝侵蝕發(fā)生面廣，造成大量水土流失；2)溝蝕與細(xì)溝侵蝕具有衍生關(guān)系，在侵蝕細(xì)溝基礎(chǔ)上發(fā)育的溝道侵蝕也造成大量水土流失，防治侵蝕細(xì)溝的發(fā)生同時(shí)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(guó)防治坡耕地水土流失的重要途徑，但目前開(kāi)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復(fù)合方法。以坡改梯為代表的工程措施受到人們普遍認(rèn)可并廣泛付諸實(shí)施。50年代至今，長(zhǎng)江流域已累計(jì)修建水平梯田3300萬(wàn)畝。90年代以來(lái)治理步伐加快，平均每年修建水平梯田約180萬(wàn)畝。坡改梯雖能發(fā)揮工程措施快速、有效的水土保持功能，但花費(fèi)的材料和人力較多，成本較高，在經(jīng)濟(jì)條件受限地區(qū)難于推廣，后期維護(hù)也需花費(fèi)較多的人力和資金。植物措施具有庇護(hù)地表、攔蓄徑流、根系固土和改善土壤理化性質(zhì)方面的水土保持功能，我國(guó)開(kāi)展的各級(jí)水土流失治理工作也都相應(yīng)地將水土保持林建設(shè)作為主要內(nèi)容，如“天然林保護(hù)工程”、“退耕還林還草工程”。但是，在以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的坡耕地上開(kāi)展大規(guī)模的水土保持林建設(shè)不太現(xiàn)實(shí)，坡耕地上植物措施發(fā)揮的水保效益有限。此外，植物具有一個(gè)適應(yīng)環(huán)境和發(fā)揮功能的過(guò)程，其水土保持效益的發(fā)揮具有滯后性。在上述背景下，大規(guī)模的山區(qū)坡耕地生產(chǎn)條件仍未得到根本改善。本發(fā)明提出一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法，即綜合運(yùn)用農(nóng)耕地水土保持工程措施和植物措施，通過(guò)科學(xué)確定坡地土壤侵蝕細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長(zhǎng)，選取合理的坡面間距修建梯坎，達(dá)到減緩坡度和控制坡面細(xì)溝侵蝕發(fā)生的目的，在梯坎外側(cè)種植多年生經(jīng)濟(jì)植物籬，達(dá)到穩(wěn)定梯坎和攔蓄坡面徑流泥沙的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種控制坡耕地土壤侵蝕細(xì)溝發(fā)生的結(jié)合工程措施和植物措施的復(fù)合方法，旨在減緩坡度、控制土壤和養(yǎng)分的流失，維系坡耕地生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)坡耕地水土資源的可持續(xù)利用。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的具體技術(shù)措施如下一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法， 包括針對(duì)坡耕地水土保持的綜合工程措施和植物措施的方法，其特征是，借助坡面侵蝕細(xì)溝發(fā)生臨界坡長(zhǎng)理論，根據(jù)坡地侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生的臨界坡長(zhǎng)Lc，以小于或等于Lc的坡面間距沿等高線修筑梯坎1，即針對(duì)特定坡耕地以小于當(dāng)前坡度條件下侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生臨界坡長(zhǎng)值的坡面間隔，沿等高線設(shè)計(jì)修筑梯坎1，在設(shè)計(jì)修筑好的梯坎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(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長(zhǎng)Lc通過(guò)天然降雨或人工降雨現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到，也可以通過(guò)理論計(jì)算得到。所述的控制坡地侵蝕細(xì)溝發(fā)生的復(fù)合方法，其特征是，采用農(nóng)業(yè)耕作自動(dòng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)在原始地塊小單元2內(nèi)進(jìn)行，采用順坡耕作方式，將原始地塊小單元2上部的土壤通過(guò)耕作活動(dòng)帶到坡面下部，上削下填過(guò)程使得坡面坡度不斷變緩，當(dāng)原始地塊小單元2的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時(shí)形成最終坡面耕作小單元4，此時(shí)坡面坡度即為本發(fā)明設(shè)計(jì)的坡耕地改造的目標(biāo)坡度；然后停止順坡耕作方式，采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(nèi)土壤的平衡。本方法包括梯坎設(shè)計(jì)和植物籬設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。梯坎設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)坡面土壤侵蝕發(fā)生過(guò)程和機(jī)理，細(xì)溝侵蝕是介于片狀侵蝕和溝道侵蝕之間的一種侵蝕過(guò)渡類(lèi)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(jīng)歷一定的匯水坡長(zhǎng)后才能形成細(xì)股流。即坡面侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生存在一個(gè)臨界坡長(zhǎng)，只有當(dāng)坡面匯水坡長(zhǎng)大于細(xì)溝侵蝕臨界坡長(zhǎng)時(shí)，侵蝕細(xì)溝才會(huì)產(chǎn)生。借助坡面侵蝕細(xì)溝發(fā)生臨界坡長(zhǎng)理論，根據(jù)坡地侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生的臨界坡長(zhǎng)Lc，以小于或等于Lc的坡面間距沿等高線修筑梯坎，將整個(gè)坡耕地分成若干小單元。梯坎建成后，坡地耕種部位位于兩個(gè)梯坎之間，坡耕地坡度變得相對(duì)平緩。坡地細(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長(zhǎng)Lc可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量得到，也可以通過(guò)理論計(jì)算得到。侵蝕細(xì)溝發(fā)育臨界坡長(zhǎng)值理論計(jì)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(xì)溝發(fā)育的臨界坡長(zhǎng)(m)，η 滿(mǎn)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(qiáng)，T 飽和土壤抗剪力(Kpa)，Kf 對(duì)照坡地徑流系數(shù)。植物籬設(shè)計(jì)主要是在修筑好的梯坎1上種植植物籬3，植物籬選擇以多年生經(jīng)濟(jì)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形成復(fù)合布局模式。本發(fā)明提出的采用農(nóng)業(yè)耕作自動(dòng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)在原始地塊小單元2內(nèi)進(jìn)行，采用順坡耕作方式，將原始小單元2上部的土壤通過(guò)耕作活動(dòng)帶到坡面下部，上削下填過(guò)程使得坡面坡度不斷變緩，當(dāng)原始地塊小單元2的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時(shí)形成最終的最終坡面耕作小單元4，此時(shí)坡面坡度即為本發(fā)明設(shè)計(jì)的坡耕地改造的目標(biāo)坡度。停止順坡耕作方式， 采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(nèi)土壤的平衡。本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明提出的建立在坡面細(xì)溝侵蝕理論上的梯坎修筑原則能夠有效指導(dǎo)坡面水土保持工作實(shí)踐，克服梯田修建和管理維護(hù)成本高的缺點(diǎn)，綜合發(fā)揮坡耕地水土保持工程措施和植物措施的長(zhǎng)處，在坡面梯坎工程基礎(chǔ)上進(jìn)行的農(nóng)業(yè)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(xì)溝的產(chǎn)生，有效減少坡耕地土壤流失。2、本發(fā)明提出在梯坎上栽植多年生經(jīng)濟(jì)植物，與自然植物一同構(gòu)成植物籬，其作用是植物地上部分能增加地表覆蓋，庇護(hù)地表作用，減少降雨雨滴對(duì)梯坎的直接打擊；植物根系深入土層固結(jié)土壤，有助于維系梯坎的穩(wěn)定；植物根莖攔蓄和過(guò)濾地表徑流泥沙，減少土壤和養(yǎng)分流失；梯坎植物籬的存在同時(shí)增加坡地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生物多樣性，維系坡地生產(chǎn)力， 實(shí)現(xiàn)坡地利用向可持續(xù)發(fā)展。3、本發(fā)明提出的采用農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)自動(dòng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相結(jié)合，操作簡(jiǎn)便易行，成本低，農(nóng)民易于接受。


圖1是本發(fā)明的梯坎修建初期局部剖面示意圖。圖2是坡面坡度達(dá)到預(yù)定改造目標(biāo)后的平面示意圖。圖3是本發(fā)明以圖2沿P-P線的剖面示意圖。圖4是本發(fā)明最終形成的局部立體示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合構(gòu)建長(zhǎng)江上游三峽庫(kù)區(qū)坡耕地土質(zhì)梯坎和植物籬的工程植物復(fù)合模式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式長(zhǎng)江上游三峽地區(qū)位于四川盆地東部，氣候類(lèi)型為中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，地貌以丘陵和山地為主，土壤類(lèi)型主要為紫色土、黃壤和黃棕壤。源于地形分布特征，該區(qū)土地資源主要以坡耕地為主。實(shí)施例選取三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶重慶市忠縣， 地理位置于東經(jīng)107° 3'至108° 14'，北緯30° 03'至30° 35'之間，屬于深丘淺丘夾山脈地貌，土壤主要為沙溪廟組中性和堿性紫色土，年均溫18. 2V，> 10°C年積溫5787°C， 無(wú)霜期341天，日照時(shí)數(shù)1327. 5小時(shí)，日照率四%，太陽(yáng)總輻射能83. 7千卡/平方厘米，年降雨量1200毫米，相對(duì)濕度80%。選取坡耕地坡度分別為15°和20°，坡向朝南。1)梯坎設(shè)計(jì)
紫色土坡耕地侵蝕細(xì)溝發(fā)育臨界坡長(zhǎng)采用野外試驗(yàn)觀測(cè)值。根據(jù)我們?cè)谥铱h石寶鎮(zhèn)試驗(yàn)基地開(kāi)展的紫色土細(xì)溝侵蝕發(fā)育臨界坡長(zhǎng)人工降雨試驗(yàn)研究結(jié)果，坡度為15°和20°，初始土壤含水量為25%，人工雨強(qiáng)為130mm/h條件下紫色土坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長(zhǎng)平均值為4. 21m和2. 72m，考慮到坡地進(jìn)行地形改造后坡度有降低趨勢(shì)、土壤前期含水量變動(dòng)和實(shí)際降雨強(qiáng)度的變化，本例分別選取4. 5m和3. Om的坡長(zhǎng)能夠充分滿(mǎn)足控制侵蝕細(xì)溝發(fā)育的要求。在15°和20°坡耕地上分別以4. 5m和3. Om為坡長(zhǎng)間距構(gòu)建土質(zhì)梯坎，即為圖3 中的L，梯坎高度為h，頂部寬度為b，梯坎采用素土夯實(shí)。本實(shí)施例中梯坎尺寸分別為梯坎高h(yuǎn)為為40cm和50cm，梯坎頂寬b都為20cm。參見(jiàn)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(shè)計(jì)
植物籬的設(shè)計(jì)即在上述形成的梯坎1外側(cè)面配置一種或多種搭配的多年生經(jīng)濟(jì)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(shù)冠能夠起到截留降雨和庇護(hù)地表，樹(shù)根固結(jié)梯坎，過(guò)濾和攔蓄降雨徑流攜帶的侵蝕泥沙和養(yǎng)分。總結(jié)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本實(shí)施例的植物籬樹(shù)種選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的桑樹(shù)。梯坎修筑成功后于最近一次宜種季節(jié)在梯坎外側(cè)面栽植一行桑樹(shù)，栽植間距50cm為宜。為了保證桑樹(shù)生長(zhǎng)既滿(mǎn)足其生態(tài)效益的獲取而又不影響坡地小單元內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，每年定期對(duì)桑樹(shù)進(jìn)行噴藥除蟲(chóng)和修枝，控制其覆蓋度和高度。 3)坡度自動(dòng)改造
梯坎1、地塊小單元2與植物籬3形成后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)在被梯坎1分隔的每個(gè)原始坡度地塊小單元2內(nèi)進(jìn)行，采取順坡耕作制度，將原始地塊小單元2內(nèi)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(shí)，形成耕作小單元4。此時(shí)立即停止順坡耕作，采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(nèi)的平衡。
權(quán)利要求
1.一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法，包括針對(duì)坡耕地水土保持的綜合工程措施和植物措施的方法，其特征是，借助坡面侵蝕細(xì)溝發(fā)生臨界坡長(zhǎng)理論，根據(jù)坡地侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生的臨界坡長(zhǎng)Lc，以小于或等于Lc的坡面間距沿等高線修筑梯坎(1)，即針對(duì)特定坡耕地以小于當(dāng)前坡度條件下侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生臨界坡長(zhǎng)值的坡面間隔，沿等高線設(shè)計(jì)修筑梯坎 (1)，在設(shè)計(jì)修筑好的梯坎(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(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長(zhǎng)Lc通過(guò)天然降雨或人工降雨現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到，也可以通過(guò)理論計(jì)算得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法，其特征是，采用農(nóng)業(yè)耕作自動(dòng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)在原始地塊小單元(2)內(nèi)進(jìn)行，采用順坡耕作方式，將原始地塊小單元(2)上部的土壤通過(guò)耕作活動(dòng)帶到坡面下部，上削下填過(guò)程使得坡面坡度不斷變緩，當(dāng)原始地塊小單元(2)的坡腳高程與梯坎頂部高程齊平時(shí)形成最終坡面耕作小單元(4)，此時(shí)坡面坡度即為設(shè)計(jì)的坡耕地改造的目標(biāo)坡度；然后停止順坡耕作方式，采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(nèi)土壤的平衡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了利用綜合工程措施和植物措施實(shí)現(xiàn)坡耕地水土保持的一種控制坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生的復(fù)合方法，涉及坡地改良利用及水土流失防治領(lǐng)域。借助坡面侵蝕細(xì)溝發(fā)生臨界坡長(zhǎng)理論，根據(jù)坡地侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生的臨界坡長(zhǎng)Lc，以小于或等于Lc的坡面間距沿等高線修筑梯坎，即針對(duì)特定坡耕地以小于當(dāng)前坡度條件下侵蝕細(xì)溝產(chǎn)生臨界坡長(zhǎng)值的坡面間隔，沿等高線設(shè)計(jì)修筑梯坎，在設(shè)計(jì)修筑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(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長(zhǎng)Lc通過(guò)天然降雨或人工降雨現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到，也可以通過(guò)理論計(jì)算得到。
文檔編號(hào)A01B79/02GK102177776SQ201110110900
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者唐強(qiáng), 賀秀斌, 鮑玉海 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所