CN105145068B - 具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田及耕作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，包括垄和土埂，所述垄包括垄台、垄沟；所述垄台、垄沟和土埂均设有多个；所述垄台与垄沟平行并且间隔设置；在每个垄沟内沿着垄沟的走向设有多个土埂，每个土埂均设有植物篱。本发明还涉及上述垄向区田的耕作方法，包括：测量土地的坡度以及长度；根据测得的坡度以及长度选择顺坡垄作或者横坡垄作，设置多条垄沟和垄台，所述垄沟和垄台平行并且间隔设置；在每条垄沟内，沿着垄沟的走向，设置多个土埂；在土埂上种植植物形成植物篱。本发明合理设置了植物篱，提高土埂的稳定性与坚固性，同时大大提高水土氮磷保持效果，使水土保持的效果更加理想，具有环境效益的同时兼顾经济效益。

Description

具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田及耕作方法

技术领域

本发明属于农作制度学科所辖的农田土壤耕作方向。尤其涉及具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田及其耕作方法。

背景技术

垄向区田是在垄作坡耕地沿着垄向每隔一定距离在垄沟内修筑土埂，使降雨径流就地拦蓄，防止降雨汇流沿垄沟形成冲刷。

现有的垄向区田主要存在以下缺陷：

1、土埂稳定性不够，遇到大雨或连阴雨，沟内积水容易被冲垮土埂，引发多米骨诺牌效应，形成坡底更大的冲刷，导致更严重的水土流失，这也是目前垄向区田所急需解决的主要问题。

2、由于土埂受到降雨量、土质以及地理条件等多种不确定因素的影响，无法正确的选择合理的土埂间距，导致降雨径流的拦蓄效果不明显。

3、成本较高，垄向区田修筑土埂仅有环境效益，没有经济效益，增加了总的耕作成本的投入，例如种子、播种、灭茬等，也可能影响作物田间管理。

植物篱技术是一种传统的水土保持措施，具有分散地表径流、降低流速、增加入渗和拦截泥沙等多种功能，生态效益、经济效益均显著，仅限用于山区的流域水土流失治理。主要以种植枝状灌丛型植物，不适宜农田应用的主要原因是地上部庞大影响农作物生长、根系交错影响土壤耕作及与农作物产生较强的养分竞争，也影响农作物播种、收获与中耕等田间管理，导致无法用于农田；与此同时，水土保持的植物篱技术中的植物的农业经济价值不大，加上地上部粗壮难以机械切割粉碎不能还田利用，阻碍了植物篱埂技术在农田中的应用。

发明内容

鉴于现有技术所存在的缺陷问题，本发明提供一种具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田以及耕作方法，在原有的垄向区田的基础上合理设置了植物篱，通过植物根系固定土埂，提高土埂的稳定性与坚固性，同时大大提高水土氮磷保持效果；通过设置合理的土埂间距，使水土保持的效果更加理想；选择了合适的植物篱的植物种类，具有环境效益的同时兼顾经济效益。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，包括垄和土埂，所述垄包括垄台、垄沟；所述垄台、垄沟和土埂均设有多个；所述垄台与垄沟平行并按照“一垄台一垄沟”的方式设置；在每个垄沟内沿着垄沟的走向设有多个土埂，每个土埂均设有植物篱。

本发明的有益效果是：在土埂上设置植物篱，通过植物的根系固定土埂，大大提高了水土氮磷保持效果，以防降雨冲垮田间地垄，引发农田毁坏。具体有以下优点：一、能够阻挡垄间集流雨水冲蚀农田，一方面物理阻隔，另一方面切割长坡，尤其对于长距离垄作水土保持效果更好，有助于农田(尤其是东北坡岗农田)的黑土地土壤的保育与可持续利用；二、通过植物篱埂(指具有植物篱的土埂)的阻挡，有助于促进雨水的土壤入渗，提高土壤含水量，有助于坡岗农田作物生长；三、减少土壤氮磷等养分的损失，有助于控制与减少区域性农田面源污染发生。降雨冲刷过程中携带土壤表层氮磷养分容易离开坡岗农田，通过设有植物篱的土埂控制土壤氮磷养分流失。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述垄为横坡垄或者顺坡垄。

进一步，相邻垄沟设有的土埂交错排列。

采用上述进一步方案的有益效果是：相邻垄沟设有的土埂交错排列可以显著增强水土氮磷保持效果。

进一步，沿着垄沟的走向的相邻的土埂之间的间隔为35-1375cm。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过合理设置土埂之间的间隔，更加有力于对土埂的固定作用，即使在强降雨条件下也不会产生径流。

进一步，所述土埂高度与垄台的高度相同，为15-24cm。优选地，土埂高度可以为15cm、20cm和24cm。

采用上述进一步方案的有益效果是：土埂高度与垄台的高度相同能够达到最佳的水土保持效果。

进一步，所述植物篱为包括耐阴牧草或豆科植物的植物篱。

采用上述进一步方案的有益效果是：种植牧草等植物，一方面，通过根系固定土埂，另一方面提高土埂的稳定性与坚固性在土埂耕作过程中残体还田有助于提升土壤有机质，促进土壤碳汇和提高土壤生产力；在常年通过沟垄互换及调节土埂位置效果更佳；选择豆科牧草有助于土壤氮素累积，提高土壤养分；六、植物篱埂选择种植豆科作物，有助于推进东北大豆产业发展，促进农作物种植结构调整。

本发明还提供了具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，包括以下步骤：

1)测量坡岗地农田的坡度以及长度；

2)根据步骤1)测得的坡度以及长度选择顺坡垄作或者横坡垄作，设置多条垄沟和垄台，所述垄沟和垄台平行并且间隔设置；

3)在每条垄沟内，沿着垄沟的走向，设置多个土埂；

4)在土埂上种植植物形成植物篱。

本发明的有益效果是：本发明所述的具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，通过设置植物篱，利用植物根系固定土埂，提高土埂的稳定性与坚固性，同时大大提高水土氮磷保持效果；通过设置合理的土埂间距，使水土保持的效果更加理想；选择了合适的植物篱的植物种类，具有环境效益的同时兼顾经济效益。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤2)中，考虑到垄作土埂的筑埂工程量及种植效益问题，当坡度大于13度情况下，尤其是坡长小于5米时，最好选择横坡垄作；当坡度小于13度情况下，选择顺坡垄作。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据不同坡度和坡长的地形，选择合适的垄作方式，如横坡垄作、顺坡垄作、甚至横坡垄作和顺坡垄作相结合的垄作方式，在进一步选择了合理的土埂间距，显著提高了土埂的稳定性与坚固性。

进一步，步骤3)中，坡度不超过6度时，采用机械筑埂。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过机械筑埂降低劳动强度，提升农业机械化水平。植物篱埂可以通过机械化途径实现，减少劳动强度；顺坡垄作情况下，采用机械筑埂的坡度不超过6度。如果坡度超过6度，一方面机械磨损与油耗大幅度增加，机组的生产率急剧下降，另一方面由于拖拉机轮子附着力降低，耕作和深松时较为困难，机械稳定性降低，作业危险性加大。尤其是后轮承重在50％以下的拖拉机更为严重。

进一步，步骤4)中，所述植物选自耐阴牧草或豆科植物。

本技术的改进之处之一是土埂上种植耐阴牧草，通过根系固定土埂，提高土埂的稳定性与坚固性。植物篱埂(指具有植物篱的土埂)主要优点：一、能够阻挡垄间集流雨水冲蚀农田，一方面物理阻隔，另一方面切割长坡，尤其对于长距离垄作水土保持效果更好，有助于农田(尤其是东北坡岗农田)黑土地土壤的保育与可持续利用；二、通过植物篱埂的阻挡，有助于促进雨水的土壤入渗，提高土壤含水量，有助于坡岗农田作物增长；三、减少土壤氮磷等养分的损失，有助于控制与减少区域性农田面源污染发生。降雨冲刷过程中携带土壤表层氮磷养分容易离开坡岗农田，通过植物篱埂控制土壤氮磷养分流失；四、通过植物篱埂技术，种植牧草等植物，在土埂耕作过程中残体还田有助于提升土壤有机质，促进土壤碳汇和提高土壤生产力；在常年通过沟垄互换及调节土埂位置效果更佳；五、植物篱埂选择豆科牧草有助于土壤氮素累积，提高土壤养分；六、植物篱埂选择种植豆科作物，有助于推进东北大豆产业发展，促进农作物种植结构调整。

进一步，相邻垄沟设有的土埂交错排列。

采用上述进一步方案的有益效果是：进一步提高固定土埂的效果。

为了进一步提高土埂的稳定性，本发明还可以在垄台的四周筑保护埂，在保护埂上设置植物篱。

附图说明

图1为本发明所述的具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田(顺坡垄作)的结构示意图；

图2为本发明所述的具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田(横坡垄作)的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、垄台，2、垄沟，3、土埂，4、植物篱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，包括垄和土埂3，所述垄包括垄台1、垄沟2；所述垄台1、垄沟2和土埂3均设有多个；所述垄台1与垄沟2平行并按照“一垄台一垄沟”的方式设置；在每个垄沟2内沿着垄沟2的走向设有多个土埂3，每个土埂3均设有植物篱4。

其中，图1中所述的垄为顺坡垄；图2中所述的垄为顺坡垄。

相邻垄沟2设有的土埂3交错排列。

所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的坡度为0度至25度。

沿着垄沟2的走向的相邻的土埂3之间的间隔为35-1375cm。

所述植物篱4为包括耐阴牧草或豆科植物的植物篱。

进一步，所述土埂3的高度与垄台1的高度相同，为15-24cm。优选地，土埂3的高度可以为15cm、20cm和24cm。

一种具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，包括以下步骤：

1)测量土地的坡度以及长度；

2)根据步骤1)测得的坡度以及长度选择顺坡垄作或者横坡垄作，设置多条垄沟2和垄台1，所述垄沟2和垄台1平行并且间隔设置；

3)在每条垄沟2内，沿着垄沟2的走向，设置多个土埂3；

4)在土埂3上种植植物形成植物篱4。

在步骤2)中，当坡度大于13度，尤其是坡长小于5米时，最好选择横坡垄作；当坡度小于13度情况下，选择顺坡垄作。

在步骤3)中，坡度不超过6度时，采用机械筑埂设置土埂3。

步骤4)中，所述植物选自耐阴牧草或豆科植物。

相邻垄沟2设有的土埂3交错排列。

还可以在垄台1的四周筑保护埂，在保护埂上设置植物篱。

实施例

选择东北地区黑龙江哈尔滨方正县的坡岗地进行试验。测量土地的坡度以及长度；根据测得的坡度以及长度选择顺坡垄作或者横坡垄作，设置多条垄沟和垄台，所述垄沟和垄台平行并且间隔设置；在每条垄沟内，沿着垄沟的走向，设置多个土埂；在土埂上种植植物形成植物篱。

1、顺坡筑埂

现有的顺坡垄作，由于缺乏土埂切割与阻隔作用，在一定的降雨量或降雨强度下，容易导致水土、氮磷等流失增加，尤其在大雨情况下(25-50mm/24h)；小中雨情况下，如果降雨强度大，也会导致较大的水土氮磷流失。

本发明分别在不同的坡度上设置了15cm、20cm、24cm的垄高，并检测能够拦截的降雨量，具体数值参见表1。

顺坡垄作筑埂适宜间距应大于1.5m，小于1.5m间距的应改为横坡垄作，对应的坡度为6度(10.5％)；筑埂间隔小于0.7m为不适宜筑埂，对应的坡度为12度(21.3％)；3-5度(5.2-8.7％)为次适宜筑埂坡度；小于2度(3.5％)为适宜筑埂坡度。

2、横坡筑埂

由于降水量能够渗入土壤，在达到田间饱和水情况，不会产生径流(在强降雨情况下来不及下渗而产生径流)，一般东北黑土地土壤田间饱和含水量较高，一般可达25-35％。坡岗地土壤土层厚度20-40cm，按最低值20cm计，在饱和含水量30％情况下，土壤能够承担60mm的降水量，已经是暴雨级别了(24h降雨在50-100mm)。如果土壤稳定入渗速率按0.2mm/min计算，土壤每小时吸收降雨12mm，理论上土壤能吸收5个小时的连续12mm/h的降雨量。因此，在坡地拦截情况下，横坡垄作完全可以承担75mm的降雨量，再加上降雨发生在作物生长季节，垄上种植玉米，由于玉米根系的固土作用，一般不会发生垄体冲垮事件。如果没有拦截措施，就必然产生径流，发生水土流失。

由于绝对横坡垄作很难，因此，横坡垄作筑埂也是必要的，筑土埂有助于护垄，预防大暴雨冲垮。横垄两端筑埂，向内间隔5米，筑埂2-3个；中间地带间距8-10米。由于受地形地势影响，在横坡垄作中出现顺坡情况时，在横坡与顺坡链接部分筑埂分割，横坡一端采用前述技术，顺坡一端根据坡度选择合适的间距筑埂；在坡度大于13度且坡长大于5m，位于地头改为横坡垄作；坡度小于13度位于中间地带小于5m采用人工加高垄高。

3、植物篱的选择

由于东北农田表土疏松，土埂容易被降雨冲垮，因此，筑埂的同时在土埂上种植苜蓿、三叶草、或大豆，筑埂应适时早进行，在雨季来临之前地上部长高8-10cm。种子应播在土埂的两个侧坡面的中部，以提高护埂效果。在植物根系的保护下，土埂稳定性大大提高，抵抗踩踏能力增强，控制水土流失功能得到大大提升。另外，长期轮换筑埂与种植豆科植物也有助于土壤有机碳累积。

在上述顺坡垄作和横坡垄作的过程中，可以根据实际的情况选择是否使用机械筑垄。顺坡垄作情况下，采用机械筑埂的坡度不超过6度。一方面机械磨损与油耗大幅度增加，机组的生产率急剧下降，另一方面由于拖拉机轮子附着力降低，耕作和深松时较为困难，机械稳定性降低，作业危险性加大。尤其是后轮承重在50％以下的拖拉机更为严重。因此，大于6度的坡耕地不宜机械筑埂，最好是横坡垄作。

4、筑埂时间的选择

东北地区的雨季多在6-8月，较大的雨强多集中7月份。因此筑垱时期最好在6月中下旬，结合最后一次中耕(趟地)进行，最迟不超过7月上旬，在雨季来临之前筑好土垱，并留在田间。这样，可以把其后的降雨留在土壤中。秋季在田间保留土垱或秋翻起垄筑垱，也可拦蓄来年春季融化的雪水。

植物篱的地上部分的高度优选为8-10cm，在植物根系的保护下，土埂稳定性大大提高，抵抗踩踏能力增强，控制水土流失功能得到大大提升。在黑龙江方正县坡岗地试验结果见表1：

表1不同坡度下的筑埂间距及拦截降雨量

从表1可以看出：垄高不同，筑埂最大间距不同。由于垄距一般为60-70cm，因此，筑埂间距接近这个70cm就非常不适宜筑埂。由于垄高的差异，15cm垄高的70cm筑埂间距坡度为12度，20cm垄高的70cm筑埂间距坡度为16度，24cm垄高的70cm筑埂间距坡度为19度。垄高不同，同一坡度上的拦截降雨量不同。以25度为例，15cm的拦截降雨量为22.7mm，20cm的拦截降雨量为30.2mm，24cm的拦截降雨量为36.3mm。

除此之外，还检测了其他情况下的本发明所述的具有植物篱埂垄向区田的效果。坡岗地土壤含水量一般13-15％，假如饱和含水量30％，表土层厚度20cm，则坡岗地土壤能够安全消纳的土壤降水量至少20cm×15％＝30mm，植物篱埂能够拦截的降雨量22-25mm，合计降雨量为52-55mm。除了土壤、降雨量与降雨强度外因素外，坡度对降雨入渗有很大影响，坡度越大，稳定入渗速率降低。在坡度大于15度的降雨强度小于9.6mm/h(大雨级别(8.1-15.9mm/h))，或坡度大于10而小于15度的降雨强度小于12mm/h(大雨级别(8.1-15.9mm/h))，或坡度大于5度而小于10度的降雨强度小于15mm/h(大雨级别(8.1-15.9mm/h))，或坡度小于5度降雨强度小于18mm/h(暴雨级别(大于16mm/h))的情况下，能够安全拦截降水量。而一次降雨量超过50mm在2010-2014年期间，未发生过1次。

综上所述，本发明所述的具有植物篱埂垄向区田在保水保土效果方面都有大幅度的提高，改变小地形，拦截和减缓地表径流，增强土壤的抗冲蚀和蓄水能力，可提高土壤含水量23.5％，减少径流量90％以上(中等降雨强度可达100％)，减少冲刷量90％以上(中等降雨强度可达100％)，产流时间延长15.3-19.7倍，使水土流失得到控制。实施具有植物篱埂垄向区田的地块，整体上地块墒情好，在降雨后，观察到土挡之间每次形成清晰可见的水洼，而后缓慢地深入土壤，丰富了土壤含水量，农作物生长的各个阶段有效的吸收了水分，满足了作物生殖生长期需要，农作物生育土壤环境好，苗齐、苗壮，长势喜人。无植物篱埂垄向区田的地块，暴雨后产生径流黑土被水冲刷，淤积在耕地的低洼处，并且淹没了垄沟，有的甚至淹没作物，雨水过后，被冲刷后的垄沟里形成了一道道的小沟，出现断垄出沟，切断作物横向侧根，使作物后期倒伏。植物篱埂垄向区田措施动土量少，将原垄沟中的松土推拥成土挡，只有极少量土壤的位移，生土与熟土不混合，保持了土壤原有肥沃土层位置，具有简单易行，省工、省时、投资少，不另占耕地并当年见效的特点。大豆每公顷约增产500公斤左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，其特征在于，包括垄和土埂(3)，所述垄包括垄台(1)、垄沟(2)；所述垄台(1)、垄沟(2)和土埂(3)均设有多个；所述垄台(1)与垄沟(2)平行并按照“一垄台一垄沟”的方式设置；在每个垄沟(2)内沿着垄沟(2)的走向设有多个土埂(3)，每个土埂(3)均设有植物篱(4)；所述垄为横坡垄或者顺坡垄；相邻垄沟(2)设有的土埂(3)交错排列。

2.根据权利要求1所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，其特征在于，沿着垄沟(2)的走向的相邻的土埂(3)之间的间隔为35-1375cm。

3.根据权利要求1所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，其特征在于，所述土埂(3)高度与垄台(1)的高度相同，为15-24cm。

4.根据权利要求1至3任一项所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田，其特征在于，所述植物篱(4)为豆科植物的植物篱。

5.具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量土地的坡度以及长度；

2)根据步骤1)测得的坡度以及长度选择顺坡垄作或者横坡垄作，设置多条垄沟(2)和垄台(1)，所述垄沟(2)和垄台(1)平行并且间隔设置；

3)在每条垄沟(2)内，沿着垄沟(2)的走向，设置多个土埂(3)；

4)在土埂(3)上种植植物形成植物篱(4)。

6.根据权利要求5所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，其特征在于，步骤2)中，坡度大于13度情况下，选择横坡垄作；坡度小于13度情况下，选择顺坡垄作。

7.根据权利要求5所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，其特征在于，步骤3)中，坡度不超过6度时，采用机械筑埂设置土埂(3)。

8.根据权利要求5至7任一项所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，其特征在于，步骤4)中，所述植物选自豆科植物。

9.根据权利要求8所述具有水土氮磷保持作用的植物篱埂垄向区田的耕作方法，其特征在于，相邻垄沟(2)设有的土埂(3)交错排列。