CN115362780B - 一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及沙化土地产业化发展过程中的生态防护模式，具体涉及一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法。种植基地包括种植区和防护带，防护带为灌木固沙带和/或灌草固沙带；其中，种植区上风向和侧风向的外围设置灌木固沙带，种植区下风向的外围设置灌草固沙带。本发明构建种植区内的马铃薯生产圈和马铃薯倒茬圈与圈外不同风向设置的的灌木固沙带、乔木防风带、灌木阻沙带、灌草固沙带组成“四带两圈”生态防护体系，针对马铃薯种植基地局域不同风向和风沙危害程度设置，可实现马铃薯种植基地由外内到内圈的阻固沙‑降风速‑固裸沙‑防风蚀的综合生态防护目标。

Description

一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法
技术领域
本发明涉及沙化土地产业化发展过程中的生态防护模式，具体涉及一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法。
背景技术
荒漠化是全球面临的重要生态环境问题，严重制约并威胁人类生存和经济社会可持续发展。第5次荒漠化和沙化状况公报表明中国荒漠化土地和沙化土地呈现出整体遏制、持续缩减、功能增强的良好态势，这是中国近70年防沙治沙工作不断探索并稳步前进的重要体现。2000-2015年间，中国土地净恢复面积占全球的18.24%，在土地退化零增长方面世界排名第一，为全球荒漠化防治工作贡献了最新的中国理念、技术、模式和方案。沙区产业经济发展和生态环境保护之间存在较为突出的矛盾，但是目前新型的沙产业理论为实现沙区可持续生态环境治理和发展提供了新思路。
马铃薯是世界上仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物。内蒙古地区因光照充足、昼夜温差大、雨热同季和沙质土壤等特征而成为马铃薯重要生产基地，播种面积和总产量位居全国前三位。内蒙古东部地区以沙地为主，具有丰富的光照和地下水资源，形成以水稻、马铃薯、林果和旅游为主体的沙产业体系，特别是沙地马铃薯种植成为该地区重要沙产业之一。但是目前大部分马铃薯种植基地都存在土地荒漠化导致的生态脆弱性并影响该种植产业可持续发展的问题。
沙地马铃薯种植基地生态防护体系构建存在以下几方面的障碍因素：一是沙地马铃薯种植基地大多建植于地势平坦、植被覆盖度低且土地利用效率低下的裸沙荒地，种植基地周边区域和种植区内本身的风沙危害较大。二是种植基地不同局域和方向的风沙危害类型和程度不同，外围主要是风沙侵蚀危害，里侧主要是地表风蚀危害。三是马铃薯种植过程中机械作业和种植区收获后土壤裸露会导致土壤风蚀沙化趋势进一步加剧。
综上所述，针对我国沙地马铃薯种植存在的问题，研发提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系，避免种植基地内部和周边风沙对种植区当年和次年产量的不利影响、以及解决马铃薯种植基地可持续发展的问题，是当前马铃薯生产中亟需解决的重点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法，种植基地包括种植区和防护带，防护带为灌木固沙带和/或灌草固沙带；其中，种植区上风向和侧风向的外围设置灌木固沙带，种植区下风向的外围设置灌草固沙带。
所述种植区由马铃薯生产圈和倒茬圈间隔设置形成，任意两圈之间设置灌草固沙带。
生产圈和倒茬圈设置数量和规格以实际生产目标为依据；
进一步的防护带还包括乔木防风带和灌木阻沙带；乔木防风带和灌木阻沙带由内至外依次设置于种植区上风向灌木固沙带的外围。
种植区内的马铃薯生产圈和倒茬圈与圈外不同风向上设置的的灌木固沙带、乔木防风带、灌木阻沙带、灌草固沙带与组成“四带两圈”生态防护体系。
所述灌木阻沙带和灌木固沙带构建时采用的固沙物种为灌木植物；
所述乔木防风林带构建时采用的固沙物种为乔木植物的幼苗；
所述灌草固沙带构建时采用的固沙物种为灌木植物和一年生草本植物。
所述“四带”均设置高15-25cm、规格1.5m×1.5m的草方格沙障用于防护后续栽植或播种的固沙植物。
所述灌木阻沙带和灌木固沙带的带宽6-9m，株行距1.5m×1.5m；乔木防风带带宽12-15m，株行距3m×3m。灌草固沙带株行距1.5m×1.5m。
所述马铃薯生产圈用于种植马铃薯，采用马铃薯和大麦套种模式；播种行间距为40-50cm，2茬大麦播种量为7.5kg；每亩播种量可以既保证出苗后有效实现春季和冬季的防风蚀目标，又有利于春季马铃薯出苗后使用适量灭草剂消灭出苗大麦，保证马铃薯幼苗得到较好的生长空间。
所述倒茬圈用于倒茬休憩，采用大麦两茬接种模式；播种行间距为40-50cm，2茬大麦播种量为20kg；每亩播种量提高可以实现大麦出苗后高效的实现冬春季的防风蚀目标，同时能够实现秋季第1茬大麦作为收获饲料的高产目标。
所述灌木阻沙带和灌木固沙带构建时采用的固沙物种均为柠条锦鸡儿、山竹岩黄芪和沙蒿，其中沙蒿播种量为每亩1.5kg；
所述乔木防风带构建时采用的固沙物种为小叶杨和樟子松的1-2年容器苗；
所述灌草固沙带构建时采用的固沙物种为沙蒿和燕麦，其中沙蒿和燕麦每亩播种量分别为1.5kg和3.5kg。
种植基地为被开垦种植马铃薯的地势平坦、植被覆盖度低且利用效率低下的大片裸沙荒地，并且能提供较为丰富的地下水资源以供生产和防护体系构建初期的灌溉使用。
种植基地一年中来风时间累计最长的方向为主风向。
上风向为主风向风吹进来的方向；
下风向为主风向风吹出去的方向；
侧风向为除上风向和下风向的其他方向。
生态防护原理：固沙物种是构建沙地马铃薯种植基地生态防护体系的重要基础。基于因地制宜和适地适树原则，优选固沙灌木柠条锦鸡儿、山竹岩黄芪和沙蒿，造林树种樟子松和小叶杨幼苗、一年生禾本科种植牧草燕麦和大麦等。基于沙地水分平衡规律和防护林结构优化配置模式，确定不同阻固沙带的最优空间配置模式和不同带宽及株行距等配置参数。利用早熟皮大麦的非春性特征和适宜作为牧草种植特性，实现生产圈内大麦与马铃薯种苗季节性套作模式、倒茬圈内大麦2茬季节性连作模式。
本发明所具有的优点：
1. 本发明构建由灌木阻沙带、乔木防风带、灌木固沙带、灌草固沙带、马铃薯生产圈和倒茬圈组成的“四带两圈”生态防护体系，针对马铃薯种植基地局域不同风向和风沙危害程度设置，可实现马铃薯种植基地由外内到内圈的阻固沙-降风速-固裸沙-防风蚀的综合生态防护目标；
2. 本发明选择的固沙植物均为马铃薯种植基地周边的优良固沙乡土植物，能实现固沙初期多快好省、中期持续防护而后期长效稳定的固沙植被配置目标；
3. 本发明种植圈外区域固沙工程实施时均配置高15-25cm、规格1.5m×1.5m的草方格沙障，有利于促进固沙植被防护体系快速建立并有效发挥防风固沙功能；
4. 本发明设置的乔木防风带株行距3m×3m而带宽12-15m，灌木阻沙带和灌木固沙带株行距1.5m×1.5m而带宽6- 9m，乔灌木防护带合计宽度约24-33m，其有效防护范围可达45-150m，防护带疏透度0.25~0.35达到最佳降低风速的效果；
5. 本发明种植圈分别设置大麦+马铃薯季节性套作和大麦两茬季节性连作模式，季节套作模式中大麦生长季前静态还田可提高土壤养分并逐渐改良土壤结构，季节性连作模式中头茬大麦收获可作为饲料，二茬大麦枯落物可使种植圈冬春风季地表覆盖度达到30-40%；
6. 本发明设置的“四带两圈”生态防护体系使种植区风蚀量和输沙量降幅超过65%，相比未构建生态防护体系前的产业期，马铃薯种植产业生态防护体系构建后可使生态、经济和社会效益增幅分别达到70.6%、29.1%和87.1%。
附图说明
图1为本发明实施例的地面构建示意图。
图2为本发明实施例的局域构建示意图和实施现场图。
图3为本发明实施例提供的沙地马铃薯种植基地生态防护体系构建前后风沙危害关键指示性指标的对比图。
图4为本发明实施例提供的沙地马铃薯种植基地生态防护体系构建前后生态、经济和社会效益评级指数的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。下面详述实施例，但并不局限于下述记载的内容。
实施例1
针对科尔沁沙地西部地区大面积流沙上建植提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法。
(1) 种植基地概况
沙地马铃薯种植基地位于内蒙古赤峰市翁牛特旗白音套海苏木敖包布朗嘎查，地处科尔沁沙地腹地，地理坐标为东经120°23′53″，北纬43° 07′49″，位于洪山水库下游，南邻老哈河而北邻西拉木伦河，属于温带大陆性季风气候。沙地马铃薯种植基地垦殖前为植被覆盖度低于10%且风沙侵蚀较严重的裸沙荒地，土壤类型为风沙土，结构疏松，透气性好，土壤pH值在7.15~8.0之间；自然植被种类单一，以一年生植物沙蓬、虫实、蒺藜以及少量沙蒿等植物为主。
(2) 构建方法
采用大型机械平整裸沙荒地3.9万亩，建成12个面积大小不等的种植圈，种植圈面积合计约1.1万亩。每个种植圈内配置大型中心支轴式喷灌机，种植基地在不同位置配套设置8眼灌溉机井。根据马铃薯生产规划将种植圈分别设置为生产圈和倒茬圈（参见图1），马铃薯生产圈和倒茬圈实施间隔穿插配置，种植基地投产后马铃薯生产圈每年种植马铃薯面积约0.6万亩，倒茬圈进行轮作倒茬休息，任意两圈之间设置灌草固沙带，灌草固沙带株行距1.5m×1.5m，任意两圈之间留出空地作为生产运输车道。
种植基地秋季为9~10月，冬季为11月~次年2月，冬春季以西北偏西风为主且大风日数占全年的69~81%，风季与生长季非同步性导致风季地表植被缺乏覆盖而出现强烈的风蚀沙害。如图1所示，在马铃薯种植圈西北、西部和西南方向上（上风向）在种植区外围由内至外依次设置灌木固沙带、乔木防风带、灌木阻沙带，在偏东方向（侧风向）上仅设置灌木固沙带，在种植区北部方向上（下风向）因风沙危害较小仅设置灌木固沙带。
灌木阻沙带和灌木固沙带选择科尔沁沙地西部流沙固定常用的优良乡土灌木柠条锦鸡儿、山竹岩黄芪和沙蒿；利用草方格机械沙障将裸露沙地分割固定，沙障规格为1.5m× 1.5m、高15- 25cm；在每个草方格内穿插种植柠条锦鸡儿和山竹岩黄芪幼苗，同时在雨季播种沙蒿，播种量为每亩1.5kg；灌木阻沙带和灌木固沙带的带宽达6-9m（参见图2）。
乔木防风林带选择樟子松和小叶杨；利用草方格机械沙障将裸露沙地分割固定，沙障规格为1.5m × 1.5m、高15- 25cm；在间隔草方格内隔行分别种植1-2年生容器幼苗，即株行距规格为3m×3m；乔木防风带的带宽达12-15m（参见图2）。
灌草固沙带选择科尔沁沙地西部快速固沙的优良灌木植物沙蒿和一年生种植型禾本科优良牧草燕麦，利用草方格机械沙障将裸露沙地分割固定，沙障规格为1.5m ×1.5m、高15- 25cm；在草方格内雨季播种播种沙蒿和燕麦，每亩播种量为沙蒿1.5kg和燕麦3.5kg（参见图2）。
马铃薯生产圈利用早熟皮大麦和马铃薯种苗生长物候时间差进行季节性间作套种，大麦每亩播种量为7.5kg，大麦和马铃薯行间距均为40-50cm（参见图2），即4月初播种大麦，5月初播种马铃薯，马铃薯壮苗进入拔节-抽穗期后施用除草剂去除大麦，9月份马铃薯收割后接续播种第2茬大麦。
倒茬圈充分利用大麦早熟特征进行季节性连续种植，即4月初播种大麦，8-9月份收获后接续播种第2茬大麦，倒茬圈大麦每亩播种量为20kg。
生产圈和倒茬圈种植的第2茬大麦均原地保留至翌年开春整地后静态还田。
(3) 实施效果与效益
沙地马铃薯种植基地建于植被覆盖度低于10%且土地利用效率低下的裸沙荒地，未构建生态防护体系前种植马铃薯生产过程扰动导致风沙侵蚀危害进一步加剧。沙地马铃薯种植基地“四带两圈”生态防护体系构建后使种植基地全年植被盖度保持在30-80%之间，特别是风季时植被盖度显著提高使沙地近地表风速显著下降约50%（见图3），风蚀量和输沙量降幅超过65%，说明生态防护体系快速实现沙地马铃薯种植基地的防风固沙目标（参见图3）。沙地马铃薯种植基地未构建防护体系前每亩产量为2.94吨，按6000亩生产面积和每吨马铃薯1200元产值计算每亩总收益为3528元，每亩净利润达到2128元。生态防护体系构建后每亩马铃薯产量为3.69吨，按6000亩生产面积和每吨马铃薯1200元产值计算每亩总收益为4797元，每亩净利润达到3837元，生态防护体系构建使沙地马铃薯产量和净利润分别提升25.5%和91.7%。基于多源数据标准化和综合评价等级划分处理，利用模糊综合评判模型计算沙地马铃薯种植基地不同时期的多种效益指数（具体计算过程如下所示），结果表明生态防护体系构建前沙地马铃薯种植基地的生态、经济和社会效益指数分别为0.214、0.103和0.070，而生态该防护体系构建后沙地马铃薯种植基地的生态、经济和社会效益指数分别为0.365、0.133和0.131，生态防护体系构建使沙地马铃薯种植基地的生态、经济和社会效益增幅分别达到70.6%、29.1%和87.1%。
将生态、经济和社会等多源异构数据统一进行标准化处理，将马铃薯种植基地因素集U={u 1,u 2,u 3,···,u m}中12个生态指标（见表1）、7个经济指标（见表1）和5个社会指标（见表1）划分为5个评价等级集V={v 1,v 2,v 3,v 4,v 5}，将因素集U按照评价等级集V进行多指标模糊化标准化处理后得到评判矩阵R，评价矩阵主要划分为5等级：极差（0.2）、差（0.4）、一般（0.6）、好（0.8）和极好（1.0）。依托（U, V, R）数据集构成模糊综合评判模型，根据信息熵公式（1）确定生态、经济和社会多因素权重（公式2），记为A={a 1,a 2,a 3,···,a n}，满足；将多因素权重与评判矩阵相乘得到不同发展时期多因素权重（公式3），通过信息熵确定沙地马铃薯种植基地不同发展时期的综合效益（公式4）。评判矩阵和所用计算公式如下，具体因素综合效益计算结果如表1。
信息熵公式 (1)
因素权重 公式 (2)
不同时期因素权重公式 (3)
不同时期多因素评价公式 (4)
由表1可见，沙地马铃薯种植基地的综合效益指数从建设期的0.235显著提升到生态产业期的0.629，表明沙地马铃薯种植基地的生态防护体系实现了生态与生产、治沙与致富双赢的效果（参见图4）。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法，其特征在于：种植基地包括种植区和防护带；防护带为灌木固沙带和灌草固沙带，种植区上风向和侧风向的外围设置灌木固沙带，种植区下风向的外围设置灌草固沙带；
种植区由马铃薯生产圈和马铃薯倒茬圈间隔设置形成，两圈之间设置灌草固沙带；
防护带还包括乔木防风带和灌木阻沙带；乔木防风带和灌木阻沙带由内至外依次设置于种植区上风向灌木固沙带的外围；
种植区内的马铃薯生产圈和马铃薯倒茬圈与圈外不同风向设置的灌木固沙带、乔木防风带、灌木阻沙带、灌草固沙带组成“四带两圈”生态防护体系；
“四带”均设置高15-25cm、规格1.5m×1.5m的草方格沙障用于防护后续栽植或播种的固沙物种；
所述马铃薯生产圈用于种植马铃薯，采用马铃薯和大麦套种模式；
所述马铃薯倒茬圈用于倒茬休憩，采用大麦两茬接种模式。
2.按权利要求1所述的提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法，其特征在于：
所述灌木阻沙带和灌木固沙带构建时采用的固沙物种为灌木植物；
所述乔木防风带构建时采用的固沙物种为乔木植物的幼苗；
所述灌草固沙带构建时采用的固沙物种为灌木植物和一年生草本植物。
3.按权利要求1所述的提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法，其特征在于：
所述灌木阻沙带和灌木固沙带的带宽6-9m，株行距1.5m×1.5m；乔木防风带带宽12-15m，株行距3m×3m。
4.按权利要求2所述的提升沙地马铃薯种植基地生态效益的防护体系构建方法，其特征在于：
所述灌木阻沙带和灌木固沙带构建时采用的固沙物种均为柠条锦鸡儿、山竹岩黄芪和沙蒿；
所述乔木防风带构建时采用的固沙物种为小叶杨和樟子松的1-2年容器苗；
所述灌草固沙带构建时采用的固沙物种为沙蒿和燕麦。
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