一种区田植物篱复合耕作模式及其构造的制作方法
【专利摘要】一种区田植物篱混合耕作模式及其构造：坡面地块上、下缘设置永久性护坡地埂，地埂外侧及坡面地块左、右两边均开挖排水边沟，相互连接构成坡面排水沟；在坡面地块内部自上往下，以发生细沟侵蚀临界坡长开挖等高水平截留沟，将坡面地块分割成若干等长的耕作小区，耕作小区内修筑顺坡方起垄筑沟，顺坡垄沟、等高截留沟及坡面排水边沟联通构成坡面排水网络；顺坡垄沟及等高截留沟内沿相同间隔修筑顺坡垄沟区田土埂及等高截流沟区田土埂，构建坡面垄沟区田；耕作小区中部修筑等高横坡地埂，地埂上种植水保植物，构建地埂植物篱。本发明所设计复合模式操作简单，成本低廉，控制水土流失效果明显。
【专利说明】一种区田植物篱复合耕作模式及其构造
【技术领域】
[0001] 本发明涉及坡耕地农业耕作和土壤侵蚀防止【技术领域】，具体设计一种适用于长江 上游尤其是三峡库区紫色土陡坡耕地的"区田+植物篱"复合耕作模式及其构建方法。
【背景技术】
[0002] 三峡库区在我国，特别是长江流域的社会经济、生态屏障和水安全方面具有重 要的战略地位。区内地势起伏较大，相对高差达2800m，中山区约占全区土地总面积的 32. 02%，低山占38. 25%，丘陵占25. 16%，河谷平坝占4. 57%，土地总面积55742km2。库 区（重庆段）现有耕地面积389. 10万hm2,其中69%以上为紫色土坡耕地，大于15°坡地 面积占53. 87%，是当地一项重要耕地资源。该区位于湿润亚热带季风气候区，温暖湿润，年 均降水量1150mm，70%以上降水分布在夏秋季节，强暴雨天气是诱发库区土壤侵蚀和水土 流失的主要因素。加之三峡库区土地农业开垦活动历史悠久，人口密度高，土地资源紧缺， 坡耕地坡度较陡，地块小而破碎，垦殖率及复种指数高，土壤抗蚀性低，水土流失严重。
[0003] 进入"后三峡"时代，库区水土保持研究工作面临着新的要求和挑战。三峡工程的 建设与运行和库区移民安置对库区及流域生态系统、地表过程和社会经济已经产生了并将 要产生重大的影响；新时期，山区城镇化进程加快，居民消费水平不断提高，有限的耕地承 受着前所未有的压力。由此带来的水土流失、生态环境退化等日益严重的生态环境问题，弓丨 起了社会广泛关注，正成为后三峡时期重要的研究课题。
[0004] 在库区实施坡改梯工程面临着诸多困难，劳动力成本太高，资金投入量大，改造周 期长；且当地山高坡陡，地表起伏大，地形支离破碎，全面的坡面梯田改造工程在库区并不 适宜。三峡库区年降雨集中在6-9月，土壤侵蚀主要发生在数次暴雨或大暴雨事件。当地 长期以来实施顺坡挖沟、沟间起垄、上下来回往复播种的耕作模式。全坡面顺坡沟垄配套耕 作造成坡面水路过长，汇水急剧，坡面及垄沟土壤侵蚀严重，尤以坡脚垄沟冲刷最为剧烈， 几乎造成紫色母岩出露。因此，传统的耕作方式面临水土流失严重，耕地资流失破坏，农业 增产压力大等等挑战；当地老百姓又有挑沙还田的耕作习惯，以避免长期的水土流失引发 土层变薄、土壤贫瘠，甚至农业减产。常年往复，形成了 "侵蚀-挑沙-侵蚀"恶性循环。
[0005]当前，库区坡耕地格局基本固定，改善坡耕地耕作模式就成为操作简单、周期短、 水保效益明显的有效办法。因此，迫切需要在充分借鉴当地种植习惯的基础上，研发一种保 水减蚀的坡耕地耕作措施，以控制坡面土壤侵蚀，防治水土流失，降低库区河流携沙率，减 轻库区水源污染负荷。
【发明内容】
[0006] 本发明技术的目的是提供一种成本投入低、实施简便、容易推广的，以控制坡耕地 细沟侵蚀发生为核心，实现拦蓄坡面地表径流，促使泥沙就地沉积，增加土壤水分，熟土培 肥为目的之"区田+植物篱"坡面复合耕作模式及其构造。
[0007] 本发明技术的目的是这样实现的：
[0008] 一种区田植物篱复合耕作模式及其构造，在坡面地块的上坡顶部、下坡脚部设置 护坡地埂（坎），可为土壤、碎石或土壤和碎石混合材质，设计为重力型永久挡土强构造；以 地埂划分地块边界，形成坡面地块最外围拦蓄坡面径流构造，且提供一种方便农民田间耕 种行走的简易坡面小路；地埂上侧为垂直面、下侧坡面为倾斜面，地埂内外两侧均种植植物 篱。在整个坡面地块上坡顶、坡脚及坡面左右两侧设置有一定深度的开挖排水边沟，坡面 地块内部以相同间隔修筑等高水平截流够，水平沟横截面呈倒状梯形；若干平行的等高截 留沟分割坡面地块，形成等坡长的坡面耕作小区，在各分割小区内顺坡起垄筑沟，形成横坡 面的沟垄相间耕作模式。横坡截留沟配置间隔为实际耕作坡面细沟侵蚀发生临界坡长的2 倍。顺坡垄沟、水平截流沟及排水边沟共同构成坡面排水网络。
[0009] 垄作区田是以地垄加垄沟田埂形成的格田或坑穴拦截水土的构造。坡面区田构 造分为两大部分：a顺坡垄沟区田，构造设计为在垄沟内自上往下等间隔修筑横向土坎（以 下称"区田土埂"），形成一道道横坡挡土 "墙"，区田土埂间距大小与坡度成反比；b水平截 留沟区田，区田土埂设计位置在各顺坡地垄下缘（图1)。区田土埂构造及配置原理相似， 仅尺寸上存在差异：土埂横剖面设计均为顶宽底窄倒状梯形，水平截流沟区田土埂构造尺 寸大于顺坡垄沟区田土埂（表1);横坡截流沟区田开挖深度可适当增加，大于顺坡垄沟深 5-lOcm为宜，与坡面坡度成正比；顺坡垄沟区田土埂的设置高度以齐平田面为宜，等高截 流沟区田土埂设置高度应低于田面5cm。
[0010] 坡面等高植物篱配置，如图1所示，横坡截流沟将地块切割成等坡长的耕作小区， 在相邻水平截流沟间的耕作单元中部横坡起垄，割开顺坡耕作小区，形成一小型坡面横向 拦挡地埂；地埂剖面设计宽度约为顺坡耕作地垄的2 / 3,垄高设置与顺坡地垄齐平，也可 适当高出顺坡地垄5cm左右，其高度与坡度大小成正比。横坡地垄上种植水保植物篱，植物 篱配置可是多年生低矮密根系作物（如韭菜），或为当季粮食作物以缓解当地耕地资源紧 缺矛盾。
[0011] 本发明中，一种"区田+植物篱"复合耕作模式及其构造，由坡面水平截留沟、顺坡 起垄耕作区以及地埂植物篱配套设计，形成"一沟一垄一篱"的坡面复合耕作模式。
[0012] 三库区坡耕地面积广，坡度陡，耕地资源紧缺；该区地处亚热带湿润季风气候区， 降雨集中在每年6-9月，而当地长期形成的顺坡垄作耕作方式，在发生暴雨时，坡耕地水土 流失严重；加之该区主要的耕作土壤紫色土土浅薄，水土流失严重，土地肥力降低，农业增 产压力大。本发明充分考虑到区域山高坡陡的现实条件，同时考虑到了当地老百姓长期以 来养成的耕作习惯，以及垄作区田、地埂植物篱水保措施的成功运用经验，集成研发了一种 旨在控制库区陡坡耕地水土流失的"区田+植物篱"复合耕作模式；在总结了坡面细沟侵蚀 发生及发展过程多年研究经验的基础上，科学的设计了顺坡耕作坡面小区坡长。该耕作模 式操作简单，实施方便，无需外部投入、成本低，农民容易接受。对于减少土壤侵蚀，控制水 土流失，保护区域耕地资源具有重要意义。
[0013] 本发明的有益效果是：
[0014] 1 ?切分地块，耕作便利。
[0015] 一种"区田+植物篱"复合耕作模式设计中，坡面排水边沟、顺坡垄沟以及等高截 留沟之间相互连通，形成完整的剖面排水网络，在遭遇暴雨时可迅速排出地表径流。其次， 在地块边缘设置排水沟可清除地边杂草根系及病虫巢穴并起到异地隔离作用。坡面等高水 平截留沟，将坡耕地切割为若干等长度的顺坡耕作单元，减小了老百姓坡面耕作长度。这种 构造充分结合了当地老百姓长期以来的耕作习惯，陡坡耕地采取顺坡耕作较为方便，耕作 坡长缩短，劳动强度低。
[0016] 2?拦沙聚土，保水减蚀。
[0017] 垄作区田设计防止水土流失作用显著。本专利中所发明的"区田+植物篱"复合 耕作模式，在区田设计上有所不同，这是充分考虑到长江上游地区坡耕地面积较广，且大于 15度的陡坡耕地面积较多。故区田土埂设计更高、更厚，土埂间距控制在50cm以内，单位区 田纵剖面随着坡度增加呈"平坦直线" 一"U"型一"V"型演变。这样的设计可有效拦蓄降 水，降低雨水坡面势能，促使泥沙发生就地沉积；顺坡垄沟区田及横坡截流沟区田地埂高度 的针对性配置，既能拦沙蓄水，又能排除过量的地表径流，防止坡面垄沟发生渍水和冲毁， 最终实现"小雨蓄水、大雨拦沙"的目的，控制水土流失。
[0018] 3?蓄水保墒，熟土培肥。
[0019] 本发明专利集成研发"坡耕地垄作区田+地埂植物篱"复合耕作模式。设计深挖横 坡截留沟，深耕翻松土壤，加速紫色母岩风化成土。以"横坡地埂+植物篱"截断坡面径流 水路，阻碍并延缓坡面汇水，降低流速，层层拦挡携沙水流，削弱水能；也防止了传统的全坡 面顺坡起垄导致汇水路径过长，坡面汇流强烈而引发坡脚表土遭受剧烈冲刷；同时，植物篱 具备冠层截雨、根系固土作用，也增加了横坡地埂的抗剪性和抗冲性。研究表明"区田+植 物篱"复合耕作模式兼顾控制水土流失与蓄水保墒作用，拦蓄泥沙之时促进地表径流入渗， 增加土壤湿度，保存水分形成土壤"水库"，达到调水保墒之效；且进一步减轻了当地老百姓 长期以来的"挑沙还田"劳动负担。
[0020] 4?操作简单，造假低廉，利于推广。
[0021] 本发明所设计的"区田+植物篱"复合耕作模式中三个主要结构单元为：坡面水 系、垄作区田及等高植物篱，是在大量的实地调研，充分结合当地老百姓多年耕作习惯和种 植方式基础上综合归纳而来。设计操作简单，农民容易掌握；且无额外追加投入，成本低廉。 针对当前三峡库区几种典型的坡耕地利用方式，即面积较大的陡坡坡式梯田、面积较小的 陡坡水平梯田等均适用，能够实现大面积推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明区田植物篱耕作模式及其构造坡面整体效果图。
[0023] 图2是图1沿I-I线纵剖面示意图（坡式梯田为例）。
[0024]图3是本发明区田植物篱耕作模式及其构造坡面效果之局部俯视投影图。
[0025] 图4是图3沿II-II线横剖面示意顺坡垄沟及区田土埂构造。
[0026] 图5是图3沿III-III线纵剖面示意区田土埂构造。
【具体实施方式】
[0027] 参见图1、图2,一种"区田植物篱"复合耕作模式。
[0028]图1、2分别为"区田+植物篱"耕作模式坡面整体效果及纵剖面效果图。其中各 符号意义分别为：顺坡地垄（A)、地埂植物篱（B)、坡地田面（C)、地块边缘固结地埂（D)、等 高水平截留沟（E)、水平沟区田地埂（ED、顺坡垄沟（F)、顺坡垄沟区田地埂（FD、坡面排水 边沟（G)、纵剖面示意线（I)、顺坡地垄坡长（LS)。
[0029] ①坡面水系布置。坡面地块上、下缘均设置永久性护坡地埂（D)，地埂上侧为坚直 面、下侧为斜坡面，坡度在60-80度之间，地埂外侧及坡面地块左、右两边均开挖排水边沟 (G)，相互连接构成坡面排水沟；在坡面地块内部自上往下，以相同间距（2LS)开挖等高水 平截留沟（E)，并将坡面地块分割成若干等长的耕作小区，于各耕作小区内顺坡方向开挖顺 坡排水沟（F)、并修筑耕作地垄（A)，顺坡垄沟与等高截留沟相连，并于坡面排水边沟相通 构成完整的坡面排水网络。②垄作区田设计。分别于顺坡垄沟及等高截留沟内以一定间隔 修筑顺坡垄沟区田土埂汜）及等高截流沟区田（EJ，形成顺坡向及横坡向垄作区田，区田 土埂需夯实。③等高地埂植物篱。沿两相邻等高截留沟之间的耕作小区中部修筑横坡拦挡 地垄，并于该地垄上种植有较高水保效益的植物篱，形成横坡等高地埂植物篱（B)。地垄长 度（LS)为相应坡度细沟侵蚀发生的临界坡长。
[0030] 参见图4、图5, 一种区田植物篱复合耕作模式构造参数。
[0031] 图4、5分别为图3沿II-II、III-III线剖面示意顺坡垄沟及区田土埂详细构造技 术参数，其中各符号所代表构造技术参数分别为：地垄底宽（Wi)、齐田面地垄宽度（w2)、区 田地埂横剖面顶宽（Wi)、区田地埂横坡面底宽（w2)、田面以下地垄深度饵）、田面以上地垄 高度（H2);区田地埂纵剖面顶宽（w3)、区田地埂纵剖面底宽（w4)、区田土埂高度（h)、区田 土埂底部间距（S)。
[0032] 区田土埂总体设计为横向呈倒置梯形、顺坡纵向正梯形，于坡面垄沟内就地挖土 修筑土埂，土埂需要夯实；顺坡垄沟区田土埂设计高度与田面齐平，等高垄截流沟区田土埂 设计高度低于田面5cm为宜，且深度大于顺坡垄沟5-lOcm;区田间距大小与坡度成反比，区 田土埂高度与坡度成正比，单位区田纵剖面随着坡度增加呈"平坦直线"一"U"型一"V"型 演变。顺坡耕作地垄构造剖面成倒置"U"型，齐田面以上地垄宽度迅速收缩；等高植物篱地 埂剖面设计宽度约为顺坡耕作地垄的2 / 3,高度设计大于耕作地垄高度5-lOcm，植物篱配 置可是多年生、低矮、根系密集作物（如韭菜），也可是当季粮食作物以缓解当地耕地资源 紧缺。
[0033] 依托中科院三峡库区水土保持与环境研究站，我们开展了长期的实地调研与水土 保持效益试验研究。在集成了部分坡耕地细沟侵蚀发生控制关键技术，充分考虑到当地老 百姓的坡耕地种植习惯，在此基础上研发了以控制陡坡耕地水土流失的"区田+植物篱"复 合耕作模式及其构建技术。该技术通过深挖等高截流沟、浅起顺坡垄沟，垄沟内修筑"区田 土埂"，形成垄作区田格局；于顺坡耕作单元中部修筑横坡地埂、并配置植物篱，二者协同实 现控制水土流失的目的。并获取了 "区田+植物篱"耕作模式构造技术参数经验值（见表 1)。
[0034]表1"区田+植物篱"模式构建技术参数
【权利要求】
1. 在坡面地块上坡顶部、下坡脚部设置护坡地埂（D)，设计为土壤、碎石或土壤加碎石 混合材质的重力型永久挡土强构造；以地埂划分地块边界，形成坡面地块最外围拦蓄坡面 径流构造，且提供一种方便农民田间耕种行走的简易坡面小路；地埂上侧为垂直面、下侧坡 面为倾斜面，地埂内外两侧均种植植物篱；在护坡地埂的外侧及坡面地块左右两侧设置一 定深度的开挖排水边沟（G);坡面地块内部以相同间隔修筑等高水平截流够（E)，水平沟横 截面呈倒状梯形；若干平行的等高截留沟分割坡面地块，形成等坡长的坡面耕作小区，于各 耕作小区内顺坡起顺坡地垄（A)并挖筑顺坡排水垄沟（F)，形成沟垄相间耕作模式；横坡截 留沟配置间隔为实际耕作坡面细沟侵蚀发生临界坡长（LS)的2倍；顺坡垄沟、水平截流沟 及排水边沟共同构成坡面排水网络。
2. 根据权利要求1所述区田植物篱复合耕作模式，坡面垄作区田构建是以地垄加垄沟 田埂形成的格田或坑穴拦截水土的构造，分为两大部分：a顺坡垄沟区田，在垄沟内自上往 下等间隔修筑横向顺坡垄沟区田土埂（匕），形成一道道横坡挡土 "墙"，区田土埂间距大小 与坡度成反比；b水平截留沟区田，水平沟区田土埂（EJ设计位置在各顺坡地垄下缘；两种 区田土埂构造及配置原理相似，横剖面设计均为顶宽底窄倒状梯形，纵剖面设计均为顶窄 底宽正梯形；水平截流沟区田土埂构造尺寸为1. 5倍于顺坡垄沟区田土埂，水平截留沟开 挖深度以大于顺坡垄沟深（?)的5-10(^为宜，且随坡度增大而加深；顺坡垄沟区田土埂的 设置高度以齐平田面为宜，水平截流沟区田土埂设置高度应低于田面5cm。
3. 根据权利要求1所述区田植物篱复合耕作模式，坡面等高地埂植物篱（B)配置方式 如下：以横坡截流沟切割地块形成等坡长（2LS)的耕作小区，在相邻水平截流沟间的耕作 单元中部横坡起垄，形成一小型坡面横向拦挡地埂；地埂剖面设计宽度为顺坡耕作地垄宽 度的2 / 3,垄高设置与顺坡地垄齐平，也可适当高出顺坡地垄5cm左右，其高度与坡度大小 成正比；横坡地垄上种植水保植物篱，植物篱配置可是多年生低矮密根系作物（如韭菜、黄 花菜等），或为当季粮食作物以缓解当地耕地资源紧缺矛盾。
4. 根据权利要求1、权利要求2及权利要求3所述的"一种区田植物篱复合耕作模式及 其构造"由坡面水平截留沟（E)、顺坡耕作地垄（A)以及地埂植物篱（B)配套设计，形成"一 沟一垄一篱"的坡耕地复合耕作模式。
【文档编号】A01B79/00GK104429207SQ201310426285
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】郭进, 文安邦, 张一澜 申请人:中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所