本發明涉及區域水土保持領域，具體涉及一種旱坡地逐步梯地化改造方法。
背景技術：
：我國干熱河谷地區主要分布于長江上游地段，植被覆蓋率低，土壤可蝕性程度高，水土流失嚴重；同時，該區域光熱資源豐富，是蔬菜及熱帶水果等特色農產品的重要生產基地。脆弱而突出的環境問題與經濟社會發展的土地開發需求間劇烈的矛盾成為區域發展亟待解決的重要問題，其中旱坡地的梯地化以其顯著減少水土流失的同時增加農林業可利用土地面積，成為緩解這一矛盾的主要方法，以小流域綜合治理的方式進入公眾視野。當前，區域內機械農業方式對旱坡地的梯地化改造，有效增加了農可利用土地面積，也直接促進了區域部分生態防護林的建設。然而，一方面，旱坡地梯地化依賴大型機械，對地形地貌的改變較大；另一方面，由于在干熱河谷的自然環境條件下，旱坡地梯地化后邊坡等部分主要依賴硬化措施，短期內能有效提高經濟效益并減少水土流失，但土壤可蝕性等根本屬性沒有改變，3-5年后硬化設施整體剝落，導致滑坡和崩塌隱患、投入產出比低、可持續利用程度差等問題。因此，符合區域發展需求的、高效節省的長效梯地化技術亟待發展。中國實用新型專利cn201020282342.4(對比文件1)公開了一種在干旱河谷地帶適用的植物籬。針對現有技術中對高山峽谷地區干旱河谷陡坡地帶土地改造整治利用措施的局限性,該實用新型提供了一種以栽種在原生灌叢中的劍麻活植株為基本結構的植物籬。該植物籬還可以在栽種的劍麻網格中間挖坑種植適地宜生的經濟樹種。該實用新型充分利用了劍麻在生長發育和形態學方面的植物學特性,植物籬成本低廉、技術要求低、栽植容易。以劍麻種植為主套作經濟樹種的植物籬建成后具有明顯的生態和經濟效益。中國發明專利申請cn201610264314.1(對比文件2)公開了一種土壤薄層石質山地侵蝕陡坡的水土保持治理方法。該方法針對滇池流域土壤薄層石質山地的特點,采用豆科耐旱植物及一些耐干旱貧瘠的經濟作物，再輔以隔坡水平溝、魚鱗坑、植物籬等工程措施，設計恢復模式，在編號為單號的隔坡水平溝內種植劍麻；在單號隔坡水平溝的溝下表土埂種植車桑子或木豆；在編號為雙號的隔坡水平溝內種植金合歡、銀合歡、黃花槐或云南相思樹，在雙號隔坡水平溝溝下表土埂扦插象草；在各隔坡水平溝之間的魚鱗坑內種植地石榴或紫花苜蓿；在坡底的種植溝內種植花椒。該發明經過三年的治理,水土流失量降低了70％以上，植物覆蓋率由原來的不足30％增加到90％，主要面源污染的污染物降低了70％以上。上述的兩項技術措施中，對比文件1的優勢是借助劍麻生物學形態形成植物籬系統，其主要技術措施是在原生灌叢中栽種劍麻，以劍麻活植株為基本結構形成植物籬，達到一定水土保持的效果。其不足之處在于：對需要治理區域缺少合理規劃，“在原生灌叢中栽種劍麻”的主要技術措施缺乏合理的管護措施，“在栽種的劍麻網格中間挖坑種植適地宜生的經濟樹種”的技術措施缺乏較多可操作性的細節，導致技術措施整體的可操作性降低，綜合效益發揮主要受制于操作人員對干熱河谷適宜劍麻品種及果樹的了解程度；同時，改良區域進一步的土地利用目標不明確成為該技術推廣運用困難的主要原因。對比文件2的優勢在于，針對石質山地的地形及土壤等要素現狀進行調查，事先進行合理區劃后，在不同區域實行不同的植物模式及治理方案，其綜合效益較為明顯。其不足之處在于：主要技術中涉及金合歡、銀合歡、黃花槐、劍麻、花椒等多個物種，相應物種的管理技術差異大，綜合實施難度較大；主要是針對石質山地的水土保持型植被治理。同時，該技術也存在改良區域土地利用目標不明確的情況，導致經濟效益的可持續性差等問題。技術實現要素：針對上述現有技術，本發明以治理目標區域的地質、地形特征為基礎，以區域特殊植物劍麻栽培、劍麻葉片水沙分離網及長效生態阻隔保護帶構建為關鍵技術環節，基于區域自然水蝕特征輔以適當人工措施，有效減少土壤侵蝕的同時形成長效保護帶，對干熱區旱坡地實現逐步梯地化改造。所采用的技術方案是：以干熱河谷燥紅土或變性土治理目標區域的地質、地形特征為基礎制定逐步梯地化方案，以劍麻栽培及劍麻生物阻隔保護帶的形成，劍麻葉片堅韌耐腐特性的利用及坡面水沙分離網的形成為關鍵技術環節，依據相關區域治理或開發目標，逐步培育保護性梯梗的同時，依靠自然水蝕的搬運作用及人工輔助管理的效益，對干熱區旱坡地實現逐步梯地化。并在過程中構建治理區目標梯地劍麻生態阻隔防護埂，形成高效節省的長效梯地化技術。具體包括以下步驟：1.制定干熱區燥紅土或變性土逐步梯地化方案(1)了解燥紅土或變性土目標治理區基本情況，按坡面被陰或向陽、坡度大小、土層厚度三個指標對目標治理區進行區域劃分。(2)依據公式①②③確定劍麻阻隔防護帶坡面種植位置。d＝[1.6，2.0]±0.5(θ≥60°)，①式中，d表示劍麻阻隔防護帶坡面直線間隔距離，單位為米(m)；θ為目標治理區坡度(°)；常數項或“[x，x]”為劍麻種植位置調整參數。經計算，常用劍麻阻隔防護帶坡面布設位置參考值見表1。表1劍麻阻隔防護帶坡面布設位置參考值表(3)根據坡面背陰或向陽、土層厚度，按表2確定劍麻栽培施肥及灌溉方案。表2劍麻栽培施肥及灌溉方案2.坡地劍麻栽培管理(1)按照步驟1確定的劍麻阻隔防護帶種植位置d(坡面直線間隔距離)，選擇干熱區雨季，以株距0.6m，深度10cm等高水平溝種植劍麻，種植后2升/株澆定根水。(2)按照步驟1確定的劍麻栽培施肥及灌溉方案進行田間管理。(3)每年于雨季末期旱季初期對劍麻葉片從下至上進行刈割采收，首年可采收5-9葉/株，以后每年可采收14葉/株。3.構建坡面水沙分離網將步驟2中刈割收獲的劍麻葉片相互交錯平鋪于劍麻莖桿上及相連兩劍麻莖桿間的位置，編織十字網格法(見附圖)將劍麻葉片編織成具有一定抗壓能力的網狀結構，并挖取劍麻阻隔防護帶根上部坡面土壤對劍麻葉片進行覆壓，在劍麻阻隔防護帶植株向坡頂位置形成淺溝，增加雨水入滲促進劍麻生長；同時，此時由直立生長的劍麻及橫向交錯具有堅韌耐腐的葉片形成坡面泥沙阻隔網及地表徑流的水沙分離網，逐層有效減少徑流對土壤的長距離搬運，在劍麻防護網沉積的泥沙逐步堆積形成梯地劍麻生物埂。這一階段，在坡度較小和劍麻生長較好的地段可將部分坡面土壤向劍麻阻隔防護帶方向搬運。通過步驟1中整體布設、步驟2中的栽培管理、步驟3中坡面水沙分離網構建，逐步形成梯地邊坡劍麻生物阻隔保護帶，在目標治理區不同分區形成劍麻生物阻隔保護網。其特點在于，通過劍麻種植及栽培管理，在局部形成相對隔離的斑塊地，在目標區域尺度形成具有水土保持功能互補的、有一定景觀效果的功能區。4.依靠自然水蝕的搬運作用及人工輔助管理在梯地生物保護性梯埂初具雛形階段，即可對宜耕地(一般坡面25°以下)或宜林地進行整地，改善土地可利用程度的同時，增加土壤入滲，促進坡地土體向劍麻生物埂及水沙分離帶的遷移。在坡度較小和劍麻生長較好的地段，可使用農業機械或人工耕作將部分坡面土壤向劍麻阻隔防護帶方向搬運，加速坡地梯地化的進程。本發明的有益效果是：通過干熱區劍麻旱坡地逐步梯地化技術各技術環節，經過1-3年，可將小流域燥紅土、變性土坡地退化山地治理區逐步轉化為梯地，形成的梯地具有劍麻生物梯地保護埂，有效降低干熱區坡面土壤侵蝕率的同時，將該坡地土地可利用率提高到60％(主要為背陰坡面坡度較大且土層薄瘠的區域)到90％(主要為背陰坡面坡度較小而土層較厚的區域)；使用該技術對治理區逐步梯地化后，可使退化的干熱河谷燥紅土小流域治理區土壤侵蝕率減少到5000.0t/km2以下；治理中形成的梯地能在劍麻生物保護埂網的長效運行中保持較好的可持續利用能力。同時，該技術實施后，將區域治理中形成的梯地明確地劃分為用于水土保持型原生灌草地的培育，優質特色果樹等經濟林宜林地或可耕作種植地，對促進干熱區耕作地水土保護、宜林地開發及生態林草地功能區劃及建設等工作的開展具有現實意義。附圖說明圖1為劍麻葉片編織十字網格法示意圖具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面通過實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。以云南省元謀縣苴林小流域退化山地—3號沖溝治理中利用劍麻逐步實現梯地化的過程(執行時間為2014年6月-2016年10月)為例，說明本發明的具體實施方案。實施例中待治理區域的3號沖溝占地221畝，土壤為干熱河谷燥紅土和變性土，區域特征為生態環境脆弱，植被覆蓋率小于20％，土壤貧瘠，干旱缺水，水土流失嚴重，形成沖溝，地貌破碎，地表起伏程度大，坡度變化率高。項目區向陽和背陰坡面皆有，向陽坡面可利用率低于10％，土層厚度21-73cm，坡度37度，占地面積78畝；背陰面坡度較緩，為侵蝕后期緩坡低，依據土層厚度小于15cm及大于15cm明顯分為兩部分：上部水蝕導致土壤剝離嚴重，土層薄而貧瘠，植被覆蓋度小于10％，可利用率低于10％，坡度42度，占地52畝；下部土層0-15cm主要為燥紅土，15-50cm為變性土，植被覆蓋率10-30％，坡面可利用率20％-40％，坡度31度，占地面積91畝。該沖溝光熱資源豐富，適宜生產火龍果、葡萄、龍眼等特色經濟林果。1.制定干熱區燥紅土或變性土逐步梯地化方案(1)依據治理區坡面特征，將治理區劃分為向陽坡面治理區(78畝)、背陰坡面上部治理區(52畝)、背陰坡面下部治理區(91畝)。(2)依據公式①②③確定劍麻阻隔防護帶坡面種植位置，從各治理區上邊界開始，垂直坡面重心線，向陽坡面治理區在坡面直線距離間隔3.7m處；背陰坡面上部治理區在坡面直線距離間隔3.25m處；背陰坡面下部治理區在坡面直線距離間隔4.7m處。同時，為避免治理過程中待改造區與非改造區連接部分形成新的土壤侵蝕隱患，在待改造區與非改造區連接部分株距0.6m種植劍麻。(3)按表2確定各治理區劍麻栽培施肥及灌溉方案。2.坡地劍麻栽培管理(1)在步驟1確定的劍麻阻隔防護帶種植位置開挖寬度30cm×深度15cm水平溝，在2014年雨季初期的6月2日，以株距0.6m深度10cm等高水平溝種植10-15cm劍麻幼苗，種植后2l/株澆定根水。(2)按步驟1確定的劍麻栽培施肥及灌水方案，種植完成后，向陽坡面治理區劍麻種植底肥為復合肥10g+有機肥200g每株，間隔3-5天澆水1次，每次用水1l，連續澆灌4次；種植成活后使用尿素10g，磷酸二氫鉀3.0g，氯化鉀3.5g，水溶后間隔15天分三次進行追肥。背陰坡面上部治理區劍麻種植底肥為復合肥20g+有機肥200g每株，間隔3-5天澆水1次，每次用水1l，連續澆灌4次；種植成活后使用尿素15g，磷酸二氫鉀4.5g，氯化鉀4.2g，水溶后間隔15天分4次進行追肥。背陰坡面下部治理區劍麻種植底肥為復合肥20g+有機肥100g每株，間隔3-5天澆水1次，每次用水1l，連續澆灌2次；種植成活后使用尿素7g，磷酸二氫鉀2.8g，氯化鉀2.3g，水溶后間隔15天分2次進行追肥。(3)于2014年雨季末期旱季初期的12月3日對劍麻葉片從下至上進行刈割采收，在向陽坡面治理區及背陰坡面上部治理區采收5葉/株，在背陰坡面下部治理區采收9葉/株；2015年12月9日及2016年11月20日采收10-15葉/株。3.坡面水沙分離網構建于2014年將步驟2中刈割收獲的劍麻葉片相互交錯平鋪于劍麻莖桿上及相連兩劍麻莖桿間的位置，并挖取劍麻阻隔防護帶根上部坡面土壤對劍麻葉片進行覆壓，在劍麻阻隔防護帶植株向坡頂位置形成淺溝，增加雨水入滲促進劍麻生長。至2014年底，背陰坡面下部治理區劍麻生長較好，于2014年12月12日-2015年2月，在構建坡面水沙分離網的同時，使用小型農機將該區部分土壤由坡面上部向劍麻阻隔防護帶進行搬運，使該分區梯地坡度由31度降為21-25度，其余坡面變化較小。繼續執行以上管理，至2015年12月，由直立生長的劍麻及橫向交錯具有堅韌耐腐的葉片形成坡面泥沙阻隔網及地表徑流的水沙分離網，逐層有效減少徑流對土壤的長距離搬運，在劍麻防護網沉積的泥沙逐步堆積形成梯地劍麻生物埂，坡面上梯地坡度普遍降低10-15度，梯地化成效顯現。至2016年10月-12月，在治理區三個坡面構建坡面水沙分離網的同時，集中農機對坡面土壤向劍麻阻隔防護帶方向搬運，梯地化基本完成。通過步驟1中整體布設、步驟2中的栽培管理、步驟3中坡面水沙分離網構建，至2014年底，在治理區形成條帶清晰的劍麻阻隔防護帶，三個坡面整體顯示出劍麻綠色生物帶與退化山地相間的規則條紋。至2015年底，治理區劍麻長勢良好，株高達0.8-1.5m，冠幅達0.8-1.4m2，逐步形成梯地邊坡劍麻生物阻隔保護帶。至2016年底，在目標治理區不同分區形成劍麻生物阻隔保護網，形成區域尺度具有水土保持功能互補的、有一定景觀效果的功能區。4.依靠自然水蝕的搬運作用及人工輔助管理于2014年12月-2015年2月的旱季初期，對背陰坡面下部劍麻阻隔防護帶生長良好，梯地生物保護性梯埂初具雛形的區域進行部分土壤的人工搬運和疏松，使該分區梯地坡度由31度降為21-25度，改善土地可利用程度的同時，增加土壤入滲，促進坡地土體向劍麻生物埂及水沙分離帶的遷移，并在該區進行大豆種植，盡量減少人為擾動對土壤侵蝕影響的同時，改善土壤質量。于2015年12月-2016年2月使用農業機械或人工耕作將部分坡面土壤向劍麻阻隔防護帶方向搬運，加速坡地梯地化的進程。至2016年10月-12月集中農機對坡面土壤向劍麻阻隔防護帶方向搬運，梯地化基本完成。通過以上技術環節，經過2014年6月至2016年12月，歷時2.5年，將元謀縣苴林小流域退化山地—3號沖溝燥紅土、變性土坡地逐步轉化為梯地，形成的梯地具有劍麻生物梯地保護埂，有效降低干熱區坡面土壤侵蝕率的同時，將該坡地土地可利用率提高到60％(主要為背陰坡面坡度較大且土層薄瘠的區域)至90％(主要為背陰坡面坡度較小而土層較厚的區域)；同時，使用該技術對元謀縣苴林小流域退化山地—3號沖溝逐步梯地化后，該沖溝年土壤侵蝕率由2013年的12603.7t/km2減少到2016年的1123.4t/km2，降幅達91.09％，年度土壤侵蝕率變化情況見表3；治理中形成的梯地能在劍麻生物保護埂網的長效運行中保持較好的可持續利用能力。目前，該區域治理中形成的梯地，背陰坡面上部用于水土保持型原生灌草地的培育，背陰坡面下部用于葡萄種植，向陽坡面用于芒果樹種植，較好的促進了干熱區耕作地水土保護、宜林地開發及生態林草地建設等工作的開展。表3元謀縣苴林小流域退化山地3號沖溝年土壤侵蝕率統計表年度年土壤侵蝕率(t/km2)年侵蝕率降幅(％)201312603.720144633.563.24％20152199.882.55％20161123.491.09％注：表中年土壤侵蝕率降幅計算以治理前的2013年統計值為基準需要說明的是，雖然本發明已經通過上述具體實施案例對其進行了詳細的敘述，但是，本專業技術人員應該明白，在此基礎上所做的未超出權利要求保護范圍的任何形式細節的變化，均屬于本發明所要保護的范疇。當前第1頁12