一种紫色土坡耕地横沟顺垄熟土防蚀耕作方法

摘要

本发明公开一种紫色土坡耕地横沟顺垄熟土防蚀耕作方法，涉及紫色土坡耕地水土流失治理技术领域。在紫色土坡耕地上沿等高线以小于被改造坡面的细沟侵蚀发生临界长度的坡长间距开挖横沟，横沟断面为弧形，形成的横沟将整个坡耕地地块分隔成若干横坡方向耕作小单元，横沟的两端连接坡耕地地块两端的原有排水沟；采取顺坡建垄耕作方式，即轮流顺坡向和逆坡向耕作建垄，形成沟垄相间的整体耕作地形条件。本方法能减少坡耕地水土流失防治土壤侵蚀，有利于增加横沟下坡方向耕作地块的土壤含水量，提高农作物的抗旱能力，维系坡地农业生产力，实现坡地水土资源的可持续利用。

说明书

技术领域

本发明属于紫色土坡耕地水土流失治理技术领域，具体涉及一种分割坡耕地坡长、分散地表径流、减少水土和养分流失的横沟顺垄、熟土防蚀型水土保持耕作方法。

背景技术

紫色土是我国特有的土壤资源，分布面积达到2198.8万hm²，其中旱地1889.1万hm²，水田309.7万hm²，主要分布在我国西南地区，华南地区也有部分分布。紫色土质地松软，结构稳定性差，有机质含量低，抗蚀能力较差，是一种侵蚀型的高生产力岩性土。我国紫色土区水土流失强烈、土地退化严重，是我国水力侵蚀的主要区域之一。紫色土坡耕地已成为长江上游及其主要支流泥沙的主要来源，剧烈的土壤侵蚀严重影响三峡库区的生态环境安全和水库的可持续利用。此外，紫色土区土层薄，土壤结构发育差，蓄水量少，渗透性差，径流系数较高，容易发生季节性干旱和洪涝。坡耕地改造一直是紫色土区主要的水土保持措施之一，其中又以水平梯田实施最广。但梯田修建和维护费用较高，推广适用性较差，亟需研发低成本、高效益的坡面水土流失防治替代方法。

本发明针对我国紫色土坡地土层薄、抗旱性能差、土壤和养分流失严重的特点，设计一种沿坡地等高线横坡建沟、顺坡起垄的坡耕地水土保持耕作技术，改变坡面微地形，增加地表粗糙度，拦蓄和排导径流，增大降水入渗，减少径流侵蚀，同时加速土壤熟化，最终达到维持坡耕地农业产量、实现水土资源可持续利用的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种紫色土坡耕地以横沟、顺垄方式为主的坡面微地形改造方法，旨在减少坡耕地的土壤和养分的流失，增加紫色土抗旱能力，加速紫色土坡地土壤熟化，增加坡耕地农业生产量，实现坡耕地水土资源的可持续利用。

本发明的目的是这样实现的：一种紫色土坡耕地横沟顺垄熟土防蚀耕作方法，在紫色土坡地上间隔一定距离沿等高线开挖横沟，横沟两端与坡耕地块排水沟相连接，在被横沟隔开的坡面横向耕作小单元中采用顺坡建垄的耕作方式。即在紫色土坡耕地上沿等高线以小于被改造坡面的细沟侵蚀发生临界长度的坡长间距开挖横沟1，横沟1断面为弧形, 形成的横沟1将整个坡耕地地块分隔成若干横坡方向耕作小单元,横沟1的两端连接坡耕地地块两端的已有的排水沟4，通过在耕作小单元内采取轮流顺坡向和逆坡向耕作建垄，形成沟垄相间的整体耕作条件。

所述采取轮流顺坡向和逆坡向耕作建垄是指横沟1修建后，地块被横沟1分割成若干耕作小单元，每条耕作小单元内轮流采用顺坡和逆坡耕种，即反复沿下坡和上坡方向耕作；下坡耕作时，地块上部的土壤逐渐往下移动，上部土层变薄，土壤母质出露地表，逆坡即向上坡方向耕作时，下坡的土壤又逐渐被返回上坡，形成顺坡地垄2和顺坡地沟3，沟垄相间的坡面微地形条件增加微地形的粗糙度，增加降雨径流的下渗量。

根据顺坡沟垄的特点分别选择不同的作物搭配；沟间距较宽，沟内适宜种植植株较高，且根系赖冲的农作物；垄因地势较高，且土层较厚，适宜种植根系发达，收获根或茎的农作物。

横沟顺垄是本方法涉及的改变坡地微地形的主要手段。研究表明，细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式，细沟一旦形成，坡面薄层水流转变为股流，侵蚀动力增强，侵蚀量剧增。而侵蚀细沟的发育是建立在一定坡度和坡长条件上。当坡耕地坡度一定时，坡面侵蚀细沟只有在坡面长度达到一定时才能发育生成。根据上述坡面细沟侵蚀发生机理，以理论计算和野外试验获取当地细沟侵蚀发生临界坡长值作为构建横沟的坡长间距，即在紫色土坡耕地上沿等高线以小于被改造坡面的细沟侵蚀发生临界长度的坡长间距开挖横沟，形成的横沟将整个坡耕地地块分隔成若干横坡方向耕作小单元。

传统水土保持耕作方法认为顺坡耕作不利于保水保土，而本方法涉及的顺坡耕作与横沟的结合能起到防涝保土，抗旱增收的目的。坡地农业生产活动在经过横沟改造后形成的每个耕作小单元内进行，耕作方式采取轮流顺坡向和逆坡向耕作建垄，形成顺坡地垄和顺坡地沟，沟垄相间的坡面微地形条件加大了地形的粗糙度，增加降雨径流的下渗量，当降雨超过了坡地下渗量时，地表积聚的径流又能有效排除系统外。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的按照紫色土坡耕地坡面侵蚀细沟发生临界坡长理论设计修建的横沟分割地块形成了若干耕作小单元，其效益是减少坡耕地水土流失：截短坡长，缩短坡面汇水路径，防治坡面侵蚀细沟的发生；减少坡面径流累积量，避免了长路径叠加形成大股径流对地表的强烈冲刷；横沟改变有限汇集径流的方向，降低径流流速，对水流消能，降低径流冲刷强度。

2、横沟拦蓄并排导径流，延长水流在地块内的停留时间，增加径流下渗量，不仅起到减少坡面水土流失的作用，而且有利于增加横沟下坡方向耕作地块的土壤含水量，提高农作物的抗旱能力。

3、紫色土坡耕地土层较薄，本发明提出的顺坡耕作将坡面上部土壤逐渐搬运到坡面下部，坡上部位出露的土壤母质在人为耕作扰动和气候环境作用下加速熟化，形成可耕作土层；而周期性的逆坡向上耕作又将下坡面累计的土壤返回坡地上部。由于不断有新发育的土壤进入坡地系统，长期顺耕和逆耕的结合能增加坡地耕层厚度。 

4、根据坡耕地拟种植农作物的习性在坡面小耕作单元内实施顺坡建垄，垄-沟-

垄的坡地微地形模式有助于顺利排导坡面径流，防止土壤侵蚀。

5、携带有泥沙的坡面径流到达横沟后，径流流向改变，水流动能得到消耗，流速下降，其结果是径流携带的部分泥沙因水流流速降低在横沟中发生沉积。在农业生产活动中采取定期将沉积在横沟中的泥沙返还到坡地中，有效维持坡耕地土壤和养分的数量，达到坡耕地保土保费的功效，为坡地农业生产提供一个良好的物质基础，有利于坡耕地的可持续利用。

附图说明

图1是本发明构建的横沟顺垄平面示意图。

图2是本发明以图1中P-P线为基础的纵剖面示意图。

图中数字表示：1横沟、2顺坡地垄、3顺坡地沟、4排水沟。

具体实施方式

以西南地区三峡库区紫色土坡耕地为实施例进一步说明横沟顺垄、熟土防蚀耕作方法的具体实施方式：

三峡库区紫色土坡耕地占耕地资源78.4%，是农业生产的主要载体。紫色土类型主要为侏罗系沙溪庙组，pH呈中性或碱性。紫色土分布区地貌类型主要为中低山、丘陵和河谷。气候属于亚热带湿润季风气候，四季分明，雨量充沛，年降水量为1000-1800mm，雨量主要集中在夏季。此区重要的社会特点是经济水平落后和人地矛盾突出。强烈的人为耕作活动加上三峡库区降雨集中的特点使得紫色土坡耕地土壤侵蚀强烈，水土流失严重，成为长江泥沙的主要策源地，威胁到三峡水库的可持续利用。针对三峡库区紫色土坡耕地水土流失问题构建横沟顺垄、防蚀耕作方法。

本实施例分别选择坡度为10度和15度的两块坡耕地，坡长均为20m，宽25m，坡向朝南。

1、横沟的构建：

根据我们在三峡库区进行的紫色土坡耕地人工降雨土壤细沟侵蚀规律研究在控制降雨强度130mm/h，土壤初始含水量在25%左右时，坡度为10o、15o，规格为2.0×8.0m的径流小区细沟发生的临界坡长随坡度的增大而缩短，细沟沟头出现的顺坡坡长平均值分别为6.13m、4.12m，如表1所示。

表1  紫色土坡耕地细沟发生临界坡长统计表

 注：L_R为细沟发生临界坡长，R为细沟侵蚀量占坡面总侵蚀量的百分比。

细沟侵蚀临界坡长还与降雨强度和土壤前期含水量有关。三峡地区土壤前期含水量变化较小。临界坡长有随降雨强度减小而增大的趋势，通过分析三峡地区2000年至2009年降雨数据，最大次降雨量为178.5mm，最大10min降雨强度为136.3mm/h。本试验采用的降雨强度能基本代表本地区雨强的上限，在此雨强条件下选取的临界坡长值对于小雨强降雨依然有效。

鉴于对坡面微地形进行改造后坡度相对降低，综合考虑三峡地区实际降雨条件和土壤条件后，对本实施例涉及的10o和15o坡度的紫色土坡耕地分别选取6.5m和4.5m为间距构建横沟。横沟宽度为20cm，深度为15cm，横沟连接该地块两端的天然排水沟。参见图1图2。

2、轮流顺坡向和逆坡向耕作建垄：

横沟修建后，地块被横沟分割成若干小单元，每个小地块单元内轮流采用顺坡和逆坡耕种，即反复沿下坡和上坡方向耕作。下坡耕作时，地块上部的土壤逐渐往下移动，上部土层变薄，未风化基岩出露地表；逆坡即向上坡方向耕作时，下坡的土壤又逐渐返回上坡。自然风化过程和人为干扰加速紫色基岩的风化，初始风化后的土壤含有丰富的矿质元素，但颗粒较粗，保水性能差，与原土壤搭配则能弥补原土壤肥力低的缺点。顺坡耕作后沿坡长方向起垄，形成沟垄相间的整体耕作条件。降雨形成的坡面径流被分散成小股流沿着沟排出小地块单元。参见图1图2其中2为顺坡地垄，3为顺坡地沟。

3、农作物配置：

根据顺坡沟垄的特点分别选择不同的作物搭配，由于沟间距较宽，沟内适宜种植植株较高，且根系赖冲的农作物；垄因地势较高，且土层较厚，适宜种植根系发达，收获根或茎的农作物。总结当地农民长期生产实践经验，比较常见的搭配为玉米和红薯，玉米因植株较高，种植在带间距较宽的沟道中，红薯因根系较发达种植在土层较厚的垄上。

4、泥沙还田：

降雨径流在从顺沟向横沟流动过程中流向改变，运动能量得到消耗，水流流速降低，径流携带的部分侵蚀泥沙在横沟中沉积下来，避免了向坡耕地系统外输出，长期沉积在沟道中的泥沙因吸附径流携带养分肥力较高，农民在土地闲置季节或者旱季定期对横沟中淤积泥沙进行还田处理，以维系坡耕地的土壤量和肥力，实现坡耕地的可持续利用。