CN107223431B - 一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法 - Google Patents

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Abstract

一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法，涉及区域水土保持领域，具体涉及一种旱坡地逐步梯地化改造方法。本发明的目的是有效减少土壤侵蚀的同时形成长效保护带，对干热区旱坡地实现逐步梯地化改造，并对改良区域土地进行开发利用。所采用的技术方案是：以干热河谷燥红土或变性土治理目标区域的地质、地形特征为基础制定逐步梯地化方案，以剑麻栽培及剑麻生物阻隔保护带的形成，剑麻叶片坚韧耐腐特性的利用及坡面水沙分离网的形成为关键技术环节，依据相关区域治理或开发目标，逐步培育保护性梯梗的同时，依靠自然水蚀的搬运作用及人工辅助管理的效益，对干热区旱坡地实现逐步梯地化，并在过程中构建治理区目标梯地剑麻生态阻隔防护埂，形成高效节省的长效梯地化技术。

Description

一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法
技术领域
本发明涉及区域水土保持领域，具体涉及一种旱坡地逐步梯地化改造方法。
背景技术
我国干热河谷地区主要分布于长江上游地段，植被覆盖率低，土壤可蚀性程度高，水土流失严重；同时，该区域光热资源丰富，是蔬菜及热带水果等特色农产品的重要生产基地。脆弱而突出的环境问题与经济社会发展的土地开发需求间剧烈的矛盾成为区域发展亟待解决的重要问题，其中旱坡地的梯地化以其显著减少水土流失的同时增加农林业可利用土地面积，成为缓解这一矛盾的主要方法，以小流域综合治理的方式进入公众视野。当前，区域内机械农业方式对旱坡地的梯地化改造，有效增加了农可利用土地面积，也直接促进了区域部分生态防护林的建设。然而，一方面，旱坡地梯地化依赖大型机械，对地形地貌的改变较大；另一方面，由于在干热河谷的自然环境条件下，旱坡地梯地化后边坡等部分主要依赖硬化措施，短期内能有效提高经济效益并减少水土流失，但土壤可蚀性等根本属性没有改变，3-5年后硬化设施整体剥落，导致滑坡和崩塌隐患、投入产出比低、可持续利用程度差等问题。因此，符合区域发展需求的、高效节省的长效梯地化技术亟待发展。
中国实用新型专利CN201020282342.4(对比文件1)公开了一种在干旱河谷地带适用的植物篱。针对现有技术中对高山峡谷地区干旱河谷陡坡地带土地改造整治利用措施的局限性,该实用新型提供了一种以栽种在原生灌丛中的剑麻活植株为基本结构的植物篱。该植物篱还可以在栽种的剑麻网格中间挖坑种植适地宜生的经济树种。该实用新型充分利用了剑麻在生长发育和形态学方面的植物学特性,植物篱成本低廉、技术要求低、栽植容易。以剑麻种植为主套作经济树种的植物篱建成后具有明显的生态和经济效益。
中国发明专利申请CN201610264314.1(对比文件2)公开了一种土壤薄层石质山地侵蚀陡坡的水土保持治理方法。该方法针对滇池流域土壤薄层石质山地的特点,采用豆科耐旱植物及一些耐干旱贫瘠的经济作物，再辅以隔坡水平沟、鱼鳞坑、植物篱等工程措施，设计恢复模式，在编号为单号的隔坡水平沟内种植剑麻；在单号隔坡水平沟的沟下表土埂种植车桑子或木豆；在编号为双号的隔坡水平沟内种植金合欢、银合欢、黄花槐或云南相思树，在双号隔坡水平沟沟下表土埂扦插象草；在各隔坡水平沟之间的鱼鳞坑内种植地石榴或紫花苜蓿；在坡底的种植沟内种植花椒。该发明经过三年的治理,水土流失量降低了70％以上，植物覆盖率由原来的不足30％增加到90％，主要面源污染的污染物降低了70％以上。
上述的两项技术措施中，对比文件1的优势是借助剑麻生物学形态形成植物篱系统，其主要技术措施是在原生灌丛中栽种剑麻，以剑麻活植株为基本结构形成植物篱，达到一定水土保持的效果。其不足之处在于：对需要治理区域缺少合理规划，“在原生灌丛中栽种剑麻”的主要技术措施缺乏合理的管护措施，“在栽种的剑麻网格中间挖坑种植适地宜生的经济树种”的技术措施缺乏较多可操作性的细节，导致技术措施整体的可操作性降低，综合效益发挥主要受制于操作人员对干热河谷适宜剑麻品种及果树的了解程度；同时，改良区域进一步的土地利用目标不明确成为该技术推广运用困难的主要原因。
对比文件2的优势在于，针对石质山地的地形及土壤等要素现状进行调查，事先进行合理区划后，在不同区域实行不同的植物模式及治理方案，其综合效益较为明显。其不足之处在于：主要技术中涉及金合欢、银合欢、黄花槐、剑麻、花椒等多个物种，相应物种的管理技术差异大，综合实施难度较大；主要是针对石质山地的水土保持型植被治理。同时，该技术也存在改良区域土地利用目标不明确的情况，导致经济效益的可持续性差等问题。
发明内容
针对上述现有技术，本发明以治理目标区域的地质、地形特征为基础，以区域特殊植物剑麻栽培、剑麻叶片水沙分离网及长效生态阻隔保护带构建为关键技术环节，基于区域自然水蚀特征辅以适当人工措施，有效减少土壤侵蚀的同时形成长效保护带，对干热区旱坡地实现逐步梯地化改造。
所采用的技术方案是：以干热河谷燥红土或变性土治理目标区域的地质、地形特征为基础制定逐步梯地化方案，以剑麻栽培及剑麻生物阻隔保护带的形成，剑麻叶片坚韧耐腐特性的利用及坡面水沙分离网的形成为关键技术环节，依据相关区域治理或开发目标，逐步培育保护性梯梗的同时，依靠自然水蚀的搬运作用及人工辅助管理的效益，对干热区旱坡地实现逐步梯地化。并在过程中构建治理区目标梯地剑麻生态阻隔防护埂，形成高效节省的长效梯地化技术。具体包括以下步骤：
1.制定干热区燥红土或变性土逐步梯地化方案
(1)了解燥红土或变性土目标治理区基本情况，按坡面被阴或向阳、坡度大小、土层厚度三个指标对目标治理区进行区域划分。
(2)依据公式①②③确定剑麻阻隔防护带坡面种植位置。
d＝[1.6，2.0]±0.5(θ≥60°)， ①
式中，d表示剑麻阻隔防护带坡面直线间隔距离，单位为米(m)；θ为目标治理区坡度(°)；常数项或“[x，X]”为剑麻种植位置调整参数。
经计算，常用剑麻阻隔防护带坡面布设位置参考值见表1。
表1剑麻阻隔防护带坡面布设位置参考值表
(3)根据坡面背阴或向阳、土层厚度，按表2确定剑麻栽培施肥及灌溉方案。
表2剑麻栽培施肥及灌溉方案
2.坡地剑麻栽培管理
(1)按照步骤1确定的剑麻阻隔防护带种植位置d(坡面直线间隔距离)，选择干热区雨季，以株距0.6m，深度10cm等高水平沟种植剑麻，种植后2升/株浇定根水。
(2)按照步骤1确定的剑麻栽培施肥及灌溉方案进行田间管理。
(3)每年于雨季末期旱季初期对剑麻叶片从下至上进行刈割采收，首年可采收5-9叶/株，以后每年可采收14叶/株。
3.构建坡面水沙分离网
将步骤2中刈割收获的剑麻叶片相互交错平铺于剑麻茎杆上及相连两剑麻茎杆间的位置，编织十字网格法(见附图)将剑麻叶片编织成具有一定抗压能力的网状结构，并挖取剑麻阻隔防护带根上部坡面土壤对剑麻叶片进行覆压，在剑麻阻隔防护带植株向坡顶位置形成浅沟，增加雨水入渗促进剑麻生长；同时，此时由直立生长的剑麻及横向交错具有坚韧耐腐的叶片形成坡面泥沙阻隔网及地表径流的水沙分离网，逐层有效减少径流对土壤的长距离搬运，在剑麻防护网沉积的泥沙逐步堆积形成梯地剑麻生物埂。这一阶段，在坡度较小和剑麻生长较好的地段可将部分坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运。
通过步骤1中整体布设、步骤2中的栽培管理、步骤3中坡面水沙分离网构建，逐步形成梯地边坡剑麻生物阻隔保护带，在目标治理区不同分区形成剑麻生物阻隔保护网。其特点在于，通过剑麻种植及栽培管理，在局部形成相对隔离的斑块地，在目标区域尺度形成具有水土保持功能互补的、有一定景观效果的功能区。
4.依靠自然水蚀的搬运作用及人工辅助管理
在梯地生物保护性梯埂初具雏形阶段，即可对宜耕地(一般坡面25°以下)或宜林地进行整地，改善土地可利用程度的同时，增加土壤入渗，促进坡地土体向剑麻生物埂及水沙分离带的迁移。在坡度较小和剑麻生长较好的地段，可使用农业机械或人工耕作将部分坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运，加速坡地梯地化的进程。
本发明的有益效果是：通过干热区剑麻旱坡地逐步梯地化技术各技术环节，经过1-3年，可将小流域燥红土、变性土坡地退化山地治理区逐步转化为梯地，形成的梯地具有剑麻生物梯地保护埂，有效降低干热区坡面土壤侵蚀率的同时，将该坡地土地可利用率提高到60％(主要为背阴坡面坡度较大且土层薄瘠的区域)到90％(主要为背阴坡面坡度较小而土层较厚的区域)；使用该技术对治理区逐步梯地化后，可使退化的干热河谷燥红土小流域治理区土壤侵蚀率减少到5000.0t/km2以下；治理中形成的梯地能在剑麻生物保护埂网的长效运行中保持较好的可持续利用能力。同时，该技术实施后，将区域治理中形成的梯地明确地划分为用于水土保持型原生灌草地的培育，优质特色果树等经济林宜林地或可耕作种植地，对促进干热区耕作地水土保护、宜林地开发及生态林草地功能区划及建设等工作的开展具有现实意义。
附图说明
图1为剑麻叶片编织十字网格法示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以云南省元谋县苴林小流域退化山地—3号冲沟治理中利用剑麻逐步实现梯地化的过程(执行时间为2014年6月-2016年10月)为例，说明本发明的具体实施方案。实施例中待治理区域的3号冲沟占地221亩，土壤为干热河谷燥红土和变性土，区域特征为生态环境脆弱，植被覆盖率小于20％，土壤贫瘠，干旱缺水，水土流失严重，形成冲沟，地貌破碎，地表起伏程度大，坡度变化率高。项目区向阳和背阴坡面皆有，向阳坡面可利用率低于10％，土层厚度21-73cm，坡度37度，占地面积78亩；背阴面坡度较缓，为侵蚀后期缓坡低，依据土层厚度小于15cm及大于15cm明显分为两部分：上部水蚀导致土壤剥离严重，土层薄而贫瘠，植被覆盖度小于10％，可利用率低于10％，坡度42度，占地52亩；下部土层0-15cm主要为燥红土，15-50cm为变性土，植被覆盖率10-30％，坡面可利用率20％-40％，坡度31度，占地面积91亩。该冲沟光热资源丰富，适宜生产火龙果、葡萄、龙眼等特色经济林果。
1.制定干热区燥红土或变性土逐步梯地化方案
(1)依据治理区坡面特征，将治理区划分为向阳坡面治理区(78亩)、背阴坡面上部治理区(52亩)、背阴坡面下部治理区(91亩)。
(2)依据公式①②③确定剑麻阻隔防护带坡面种植位置，从各治理区上边界开始，垂直坡面重心线，向阳坡面治理区在坡面直线距离间隔3.7m处；背阴坡面上部治理区在坡面直线距离间隔3.25m处；背阴坡面下部治理区在坡面直线距离间隔4.7m处。同时，为避免治理过程中待改造区与非改造区连接部分形成新的土壤侵蚀隐患，在待改造区与非改造区连接部分株距0.6m种植剑麻。
(3)按表2确定各治理区剑麻栽培施肥及灌溉方案。
2.坡地剑麻栽培管理
(1)在步骤1确定的剑麻阻隔防护带种植位置开挖宽度30cm×深度15cm水平沟，在2014年雨季初期的6月2日，以株距0.6m深度10cm等高水平沟种植10-15cm剑麻幼苗，种植后2L/株浇定根水。
(2)按步骤1确定的剑麻栽培施肥及灌水方案，种植完成后，向阳坡面治理区剑麻种植底肥为复合肥10g+有机肥200g每株，间隔3-5天浇水1次，每次用水1L，连续浇灌4次；种植成活后使用尿素10g，磷酸二氢钾3.0g，氯化钾3.5g，水溶后间隔15天分三次进行追肥。背阴坡面上部治理区剑麻种植底肥为复合肥20g+有机肥200g每株，间隔3-5天浇水1次，每次用水1L，连续浇灌4次；种植成活后使用尿素15g，磷酸二氢钾4.5g，氯化钾4.2g，水溶后间隔15天分4次进行追肥。背阴坡面下部治理区剑麻种植底肥为复合肥20g+有机肥100g每株，间隔3-5天浇水1次，每次用水1L，连续浇灌2次；种植成活后使用尿素7g，磷酸二氢钾2.8g，氯化钾2.3g，水溶后间隔15天分2次进行追肥。
(3)于2014年雨季末期旱季初期的12月3日对剑麻叶片从下至上进行刈割采收，在向阳坡面治理区及背阴坡面上部治理区采收5叶/株，在背阴坡面下部治理区采收9叶/株；2015年12月9日及2016年11月20日采收10-15叶/株。
3.坡面水沙分离网构建
于2014年将步骤2中刈割收获的剑麻叶片相互交错平铺于剑麻茎杆上及相连两剑麻茎杆间的位置，并挖取剑麻阻隔防护带根上部坡面土壤对剑麻叶片进行覆压，在剑麻阻隔防护带植株向坡顶位置形成浅沟，增加雨水入渗促进剑麻生长。至2014年底，背阴坡面下部治理区剑麻生长较好，于2014年12月12日-2015年2月，在构建坡面水沙分离网的同时，使用小型农机将该区部分土壤由坡面上部向剑麻阻隔防护带进行搬运，使该分区梯地坡度由31度降为21-25度，其余坡面变化较小。继续执行以上管理，至2015年12月，由直立生长的剑麻及横向交错具有坚韧耐腐的叶片形成坡面泥沙阻隔网及地表径流的水沙分离网，逐层有效减少径流对土壤的长距离搬运，在剑麻防护网沉积的泥沙逐步堆积形成梯地剑麻生物埂，坡面上梯地坡度普遍降低10-15度，梯地化成效显现。至2016年10月-12月，在治理区三个坡面构建坡面水沙分离网的同时，集中农机对坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运，梯地化基本完成。
通过步骤1中整体布设、步骤2中的栽培管理、步骤3中坡面水沙分离网构建，至2014年底，在治理区形成条带清晰的剑麻阻隔防护带，三个坡面整体显示出剑麻绿色生物带与退化山地相间的规则条纹。至2015年底，治理区剑麻长势良好，株高达0.8-1.5m，冠幅达0.8-1.4m2，逐步形成梯地边坡剑麻生物阻隔保护带。至2016年底，在目标治理区不同分区形成剑麻生物阻隔保护网，形成区域尺度具有水土保持功能互补的、有一定景观效果的功能区。
4.依靠自然水蚀的搬运作用及人工辅助管理
于2014年12月-2015年2月的旱季初期，对背阴坡面下部剑麻阻隔防护带生长良好，梯地生物保护性梯埂初具雏形的区域进行部分土壤的人工搬运和疏松，使该分区梯地坡度由31度降为21-25度，改善土地可利用程度的同时，增加土壤入渗，促进坡地土体向剑麻生物埂及水沙分离带的迁移，并在该区进行大豆种植，尽量减少人为扰动对土壤侵蚀影响的同时，改善土壤质量。于2015年12月-2016年2月使用农业机械或人工耕作将部分坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运，加速坡地梯地化的进程。至2016年10月-12月集中农机对坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运，梯地化基本完成。
通过以上技术环节，经过2014年6月至2016年12月，历时2.5年，将元谋县苴林小流域退化山地—3号冲沟燥红土、变性土坡地逐步转化为梯地，形成的梯地具有剑麻生物梯地保护埂，有效降低干热区坡面土壤侵蚀率的同时，将该坡地土地可利用率提高到60％(主要为背阴坡面坡度较大且土层薄瘠的区域)至90％(主要为背阴坡面坡度较小而土层较厚的区域)；同时，使用该技术对元谋县苴林小流域退化山地—3号冲沟逐步梯地化后，该冲沟年土壤侵蚀率由2013年的12603.7t/km2减少到2016年的1123.4t/km2，降幅达91.09％，年度土壤侵蚀率变化情况见表3；治理中形成的梯地能在剑麻生物保护埂网的长效运行中保持较好的可持续利用能力。目前，该区域治理中形成的梯地，背阴坡面上部用于水土保持型原生灌草地的培育，背阴坡面下部用于葡萄种植，向阳坡面用于芒果树种植，较好的促进了干热区耕作地水土保护、宜林地开发及生态林草地建设等工作的开展。
表3元谋县苴林小流域退化山地3号冲沟年土壤侵蚀率统计表
年度 年土壤侵蚀率(t/km2) 年侵蚀率降幅(％)
2013 12603.7
2014 4633.5 63.24％
2015 2199.8 82.55％
2016 1123.4 91.09％
注：表中年土壤侵蚀率降幅计算以治理前的2013年统计值为基准
需要说明的是，虽然本发明已经通过上述具体实施案例对其进行了详细的叙述，但是，本专业技术人员应该明白，在此基础上所做的未超出权利要求保护范围的任何形式细节的变化，均属于本发明所要保护的范畴。

Claims (3)

1.一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法，其特征在于包括以下步骤：
①对目标治理区进行区域划分：了解燥红土或变性土目标治理区基本情况，按坡面被阴或向阳、坡度大小、土层厚度三个指标对目标治理区进行区域划分；
②栽培剑麻：根据目标治理区坡度，按下式确定剑麻阻隔防护带坡面种植位置，选择干热区雨季，以株距0.6m，深度10cm等高水平沟种植剑麻，种植后2升/株浇定根水；
当θ≥60°，d＝[1，6，2.0]±0，5，
当25°≤θ＜60°，
当θ＜25°，
式中：
d表示剑麻阻隔防护带坡面直线间隔距离，单位为米，
θ为目标治理区坡度，
常数项或“[x，X]”为剑麻种植位置调整参数；
③田间管理：根据坡面背阴或向阳、土层厚度，按下表确定剑麻栽培施肥及灌溉方案，执行管理；
④采收剑麻叶片：每年于雨季末期旱季初期对剑麻叶片从下至上进行刈割采收，首年可采收5-9叶/株，以后每年可采收14叶/株；
⑤构建坡面水沙分离网：将步骤④中刈割收获的剑麻叶片相互交错平铺于剑麻茎杆上及相连两剑麻茎杆间的位置，将剑麻叶片编织成具有一定抗压能力的网状结构，并挖取剑麻阻隔防护带根上部坡面土壤对剑麻叶片进行覆压，在剑麻阻隔防护带植株向坡顶位置形成浅沟，增加雨水入渗促进剑麻生长；
⑥依靠自然水蚀的搬运作用及人工辅助管理：在梯地生物保护性梯埂初具雏形阶段，可对坡面25°以下的宜耕地或宜林地进行整地，改善土地可利用程度的同时，增加土壤入渗，促进坡地土体向剑麻生物埂及水沙分离带的迁移，在坡度较小和剑麻生长较好的地段，可使用农业机械或人工耕作将部分坡面土壤向剑麻阻隔防护带方向搬运，加速坡地梯地化的进程；
⑦对改良区域土地进行开发利用：明确改良区域土地利用目标，将治理区中形成的梯地明确地划分为用于水土保持的原生灌草地、优质特色果树等经济林宜林地或可耕作种植地，进行开发利用。
2.根据权利要求1所述的一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法，其特征在于，步骤②所述的剑麻阻隔防护带坡面直线间隔距离d的推荐值为：当θ≥60°，d＝1.80米；当θ＝45°，d＝2.80米；当θ＝30°，d＝4.80米；当θ＝25°，d＝7.00米；当θ＝20°，d＝15.50米；当θ＝15°，d＝20.00米；当θ<15°，d＝20.30米。
3.根据权利要求1所述的一种干热区剑麻旱坡地逐步梯地化方法，其特征在于，步骤⑤所述的将剑麻叶片编织成具有一定抗压能力的网状结构采用十字网格法编织。
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