一种利用耕作侵蚀修筑高标准梯田的方法与流程

1.本发明属于农业技术领域，具体涉及一种利用耕作侵蚀修筑高标准梯田的方法。


背景技术：

2.丘陵山区是中国重要的果蔬茶、玉米、油菜籽、糖料蔗等粮食和重要农产品生产基地。由于地形条件限制，丘陵山区是高标准农田建设和农田宜机化改造的攻坚区。丘陵山区坡耕地往往具有坡度大、地块小、土层薄的特点，因此，丘陵山区的高标准农田建设投入相比平原区要高得多。田块整治在《高标准农田建设通则》(gb/t 30600-2022)主要建设内容里排第一，同时也在丘陵山区高标准农田建设投入中占比最高，但实际执行中由于资金不足往往顾此失彼。长期以来高标准农田建设项目投入标准偏低，在2014年以前财政资金按照9000元/公顷的标准投入，2014年以后投入标准为 22500元/公顷，而丘陵山区实际改造成本在每公顷45000元以上。这就使得丘陵山区很多高标准农田建设并不能完全按照《高标准农田建设通则》中的建设内容开展。随着各地高标准农田建设工作的不断推进，迫切需要加强丘陵山区高标准农田建设方法研究，特别是低成本、高效益的高标准梯田修筑方法。
3.紫色土丘陵区有着光热条件良好、养分丰富、质地适中等优势，但是受到土层薄、地块小、坡度大、侵蚀强等因素限制，导致农业生产机械化程度低、劳动强度大、生产效率低，阻碍丘陵山区的农业标准化发展。为改善紫色土丘陵区耕地土壤状况，以达到旱涝保收、稳产高产的高标准农田建设标准，首先需要进行的就是田块整治工程，其主要任务一是要将小块合成大块、短坡并为长坡、陡坡变成缓坡，为农机作业创造良好的环境条件；二是要增加有效土层厚度和提升耕地地力(特别是土壤水分生产力)，为持续改善耕地质量提供良好的土壤条件。《高标准农田建设通则》(gb/t 30600-2022)要求地面坡度为5
°
～25
°
的坡耕地，宜改造成水平梯田；土层较薄时，宜先修筑成坡式梯田，再经逐年向下方翻土耕作，减缓田面坡度，逐步建成水平梯田。由于项目建设周期较短，一般采用挖机在未剥离表层土的情况下，一次性挖高填低，土壤保水保肥增产能力并未得到提升甚至会下降。
4.目前丘陵区常用的修筑高标准梯田相关技术主要有以下几种方式：
5.(1)一种山坡地改梯田的施工方法(cn114402733a)，提供了一种利用土石分离机械作业，一次性完成坡改梯的改造工作。利用被改造山体的土壤结构组成，通过土石分离机械，进行三级或者多级分离出，土壤、碎石和大石块按需摆放，优化组合，即碎石回填坡体，大石块固坡，分离后的细质土壤直接摊平在梯田基础面上，形成标准良田，种植农作物。此发明一次性完成坡面改造，但严重破坏土层结构，降低土壤保水保肥能力，同时会在梯田上下阶梯之间形成裸露在外的无植被坡面，这种坡面将在很长一段时间无法长出植被，造成严重的水土流失，并且在水蚀与耕作侵蚀共同作用下，坡型也容易遭到破坏。
6.(2)坡耕地改良方法(cn108551793a)：先把地面上熟土推到一边，通过机械将坡地底土处理平整并夯实，紧实度须一致，将坡地处理成梯田形状，根据坡地的坡度大小，调整相邻地埂之间的高度差、在夯实的底土上回填熟土。此发明所提供的坡耕地改良方法耗费时间短，能一定程度的减少水土流失，但是并不能增加有效土层厚度和提升土壤肥力，后续
仍需进行护坡操作，程序繁琐，成本较高，不适合大面积推广使用。
7.(3)大横坡加小顺坡型坡式梯田构造及其建造方法(cn101999264a)：在坡面地块上缘和下缘沿坡面横向均修筑地埂，沿地埂外侧密植护埂植物，地埂的上侧和下侧分别开挖边沟和背沟，并在坡面地块其余周边沿坡面开挖连接背沟和边沟从而形成排水网渠。在排水网渠内的坡面地块开挖横坡截流沟，将坡面分割为若干顺坡起垄区；在顺坡起垄区内沿坡面起垄小顺坡，小顺坡之间开挖垄沟；并使垄沟与截流沟和边沟相连通。此发明提供了一种低成本、效益高、操作简便和农民乐意接受的坡地整治技术，是目前紫色土丘陵区采用较广泛的一种梯田改造方式。此方法通过疏导地表径流以减少水力侵蚀，但不能提升土壤自身的保水保肥能力，也无法达到高标准农田建设中增加有效土层厚度以及建设水平梯田的目的。
8.(4)综合坡度与土层分异的坡耕地水土保持复合措施配置方法(cn113647224a)：平坡的土层厚度大于20cm时，耕作措施为横坡改垄或垄向农田；平坡的土层厚度小于或等于 20cm时，耕作措施为原位深松或横坡改垄；缓坡的土层厚度大于20cm时，生物措施为地埂植物带，耕作措施为少耕免耕或横坡改垄或垄向农田；缓坡的土层厚度小于或等于20cm时，生物措施为地埂植物带，耕作措施为原位深松或少耕免耕或横坡改垄；陡坡的土层厚度大于20cm时，工程措施为水平梯田，耕作措施为少耕免耕或横坡改垄；陡坡的土层厚度小于或等于20cm时，工程措施为坡式梯田，所述耕作措施为原位深松或少耕免耕或横坡改垄。该方法能有效防控水土流失，但并不能做到优化田型以改变农田作业条件，也没有从根本上提升耕地质量，只能维持土壤质量。


技术实现要素：

9.针对现有技术修筑进行水平梯田修筑后仍存在土层浅薄、耕层结构破坏、土壤保水保肥增产能力差、工序复杂且成本高等对紫色丘陵区修筑高标准梯田的制约问题，本发明提供了一种修筑高标准梯田的方法，其目的在于：提升丘陵区耕地质量和粮食产能，实现旱涝保收、高产稳产的同时减少高标准梯田的修筑成本。
10.本发明采用的技术方案如下：
11.一种利用耕作侵蚀修筑高标准梯田的方法，包括以下步骤：
12.步骤a：划定田块整治区，确定坡面净宽：合理划定高标准梯田建设范围内的田块整治区，坡度15
°
以下的耕地作为适宜耕作区，利用垂直超深旋耕和强化耕作侵蚀的方式将坡式梯田改造成水平梯田，15～25
°
之间的耕地宜发展林果业或者作为生态用地或者采用其他工程方法进行高标准梯田改造，25
°
以上耕地应退耕还林还草，两级梯田之间的陡坡保留其原有植被作为护坡；
13.步骤b：耕作促岩成土，改善土壤剖面结构：每年4-5月份通过垂直超深旋耕对坡式梯地进行田块归并与平整，垂直超深旋耕的耕作深度设置为50
±
10cm，破碎浅薄土层下的母岩，利用6-9月雨热同期的强烈水热作用，加速母岩成土，以增厚土壤层；
14.步骤c：修筑生态型田埂，稳定增高田埂：在每级坡式梯田的坡脚处修筑生态型田埂，并逐年加高田埂，在靠近田埂的迎坡面的一侧横向开设排水沟，在田埂的迎坡面和顶部铺设土工布，在田埂的背坡面种植根系长、抗蚀性和抗冲性强的田埂植物；
15.步骤d：强化耕作侵蚀，减小坡式梯田坡度：加强坡式梯田耕作侵蚀强度，利用耕作
侵蚀的夷平作用，使每级坡式梯田的上坡部位产生土壤流失，从而将田块整治区上坡部位土壤搬运到下坡部位堆积，以减少坡式梯田的坡度；
16.步骤e：土壤培肥，提升土壤地力：在大春季节正常种植粮经作物，在冬季种植豆科绿肥，在豆科绿肥的开花期将绿肥连同杂草一起等高向下翻压；
17.步骤f：将坡式梯田建成为高标准水平梯田：重复步骤b-e，当田块整治区的坡度＜5
°
，且田块整治区的有效土层厚度大于50cm，即得到高标准梯田。
18.采用该技术方案后，采用“因地制宜、宜耕则耕、宜林则林、宜荒则荒”的原则，为了减少水土流失，坡度为25
°
以上的坡地应退耕还林还草，两级梯田之间的陡坡保留其原有植被作为护坡，15～25
°
之间的耕地宜发展林果业或者作为生态用地或者采用其他工程方法进行高标准梯田改造，因此，选择坡度15
°
以下的耕地作为适宜耕作区的重点改造对象，对于坡度大于15
°
的坡地尽量减少人为扰动，保留其原有植被作为护坡，起到减少水土流失和维持坡面稳定的作用，因为这种陡坡型的梯田埂坎一旦破坏，再恢复成植被护坡其施工难度和费用较高。坡度为15
°
以下的坡地划定为田块整治区划定高标准梯田建设范围内的田块整治区，利用垂直超深旋耕对薄层坡地进行深耕，增厚土壤基质层，同时进行田块归并与平整，在不剥离表土情况下将小块合成大块、短坡并为长坡，在保持表层(耕层)土壤较高肥力的前提下将坡式梯田上坡部位浅薄土壤层由10-20cm增加到大于50cm，由于加强了耕作侵蚀强度，因此坡式梯田上坡部位的增肥后的土壤-岩屑基质层也会流失到下坡部位，而上坡部位的土壤层厚度会重新小于50cm，因此重复步骤b-f直到坡式梯田的坡度＜5
°
，且有效土壤层厚度大于50cm，通过该方法可以逐步有效提升各个部位的土壤
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岩屑基质层的土壤肥力；所述垂直超深旋耕在每年4-5月份的雨季前进行等高耕作，垂直超深旋耕的耕作深度为50
±
10cm。在雨季前进行耕作，可以充分利用6-9月的雨热同期，雨水下渗浸润被垂直超深旋耕破碎的母岩层，提高母岩碎屑的成土速率，使土壤层增厚，耕作深度为50
±
10cm可以达到高标准梯田土层厚度要求，超过此深度对旋耕机要求较高，会增加耕作难度；将高标准农田的田块整治与丘陵区宜机化改造有机结合，为农机作业创造良好的环境条件；充分利用耕作侵蚀的夷平作用，化害为利，通过对坡式梯田逐年向下方翻土耕作，减缓坡式梯田的坡度，逐步建成水平梯田，将水平梯田修筑过程与农业例行耕作融为一体，在不耽误耕地正常播种情况下建成集中连片、旱涝保收、稳产高产的高标准梯田。
19.作为优选，步骤d中强化耕作侵蚀的方式包括采用顺坡耙耕、顺坡锄耕和铧式犁等高向下翻耕。
20.采用该技术方案后，选择耕作侵蚀强烈的顺坡锄耕、铧式犁等高向下翻耕方式进行耕作，利用强烈的耕作侵蚀将上坡部位土壤搬运到下坡部位堆积，化害为利，修筑高标准梯田。
21.作为优选，步骤d中在每年大春作物收获后强化耕作侵蚀，使每年田块整治区的上坡部位的土壤层的厚度减少15-20cm，下坡部位的土壤层的厚度增加15-20cm，坡度为10-15
°
的坡式梯田的坡面的净宽为10
±
2.5m，坡度为5-10
°
的坡式梯田的坡面的净宽为15
±
2.5 m。
22.采用该技术方案后，若坡长超过这个范围，会导致田埂高度增加，不利于田埂的稳定，修筑时间会大大延长，成本也会增加，大春作物收获后强化耕作侵蚀，避免影响作物种植。
23.作为优选，步骤b中对坡式梯田上坡部位的土壤层的厚度小于50cm的薄层坡地进行垂直超深旋耕,在疏松的土壤层下形成岩屑层和母岩挡埂，同时形成深浅相间分布的暗槽型沟壑。
24.采用该技术方案后，采用垂直超深旋耕破碎薄层坡地的母岩增加土壤基质拓展容水空间，产生间接母岩保水蓄水效应，同时在疏松土层下形成母岩挡埂，增加土壤水分入渗速率，减少壤中流，提高土壤的保水蓄水能力，产生挡水阻水屏障，同时深浅相间分布的暗槽型沟可以增加局部水深，改变坡面土壤水分运移、保持和供给过程，达到保水增肥协同增效作用，强化硬质挡埂结构的水肥联动效应和提升坡式梯田的耕地质量。
25.作为优选，步骤c中还包括对田埂随着坡式梯田坡度的降低而进行逐年加高，每年对田埂加高20
±
5cm，田埂外侧坡度设置小于65
°
，所述土工布的一端竖直埋至母岩层中，土工布的另一端折叠覆盖在田埂的顶部，当加高田埂时，先将折叠覆盖在田埂顶部的土工布掀开后再进行加高，加高后将土工布重新覆盖在加高后的田埂的顶部，并在加高的田埂上加种植抗冲型田埂植物，所述排水沟沿等高线横向开设，且开设的深度为15-25cm。
26.采用该技术方案后，加高后将土工布重新覆盖在加高后的田埂的顶部，以减少地表径流和壤中流对田埂的冲刷，防止田埂崩塌，同时防止由于耕作侵蚀和水蚀堆积在坡面田块下部的土壤流失。对田埂进行逐年加高与直接将田埂完全加高相比，逐年加高的田埂稳定性更好，也更加便于修筑，符合实际运用。
27.作为优选，对于坡度为6-8
°
的坡式梯田，重复步骤b-f可在2-3年后得到水平梯田，对于坡度为9-15
°
的坡式梯田，重复步骤b-f可在3-6年后得到水平梯田。
28.作为优选，步骤c中所述抗冲型的田埂植物包括白茅和桂牧一号牧草
29.采用该技术方案后，田埂背坡面种植田埂植物，选择根系长、抗蚀性和抗冲性强的白茅、桂牧一号牧草等作为田埂植物种植在田埂背坡面，提高田埂稳定性，此外，田埂植物可以产生一定的经济效益，做到低成本、高效益修筑生态型田埂。
30.作为优选，所述豆科绿肥包括野豌豆和紫云英
31.采用该技术方案后，大春季节正常种植粮食或经济作物可以在不耽误耕地正常播种情况下可以建成集中连片、旱涝保收、稳产高产的高标准梯田，一方面利用豆科绿肥生长过程中产生的酸性物质，将土壤与母岩中难溶的磷、钾等物质转化为土壤的速效养分，提升土壤-岩屑基质层的土壤肥力，另一方面绿肥的茎、叶腐解后能够提升土壤有机质和养分含量，降低土壤容重，加速生土转化为熟土，提升土壤地力，在开花期进行翻压，氮磷钾元素最丰富，翻入土后腐熟做肥效果最好。
32.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
33.1.省时省力修筑高标准梯田，创造农机作业条件。本发明通过垂直超深旋耕增加土壤层厚度，同时对薄层坡地进行田块归并与平整，在不剥离表土情况下将小块合成大块、短坡并为长坡，在保持表层土壤较高肥力的前提下将坡式梯田上坡部位浅薄土层由10-20cm 增加大于50cm，将高标准农田的田块整治与丘陵区宜机化改造有机结合，为农机作业创造良好的环境条件；充分利用耕作侵蚀的夷平作用，化害为利，通过对坡式梯田逐年向下方翻土耕作，减缓坡式梯田的坡度，逐步建成水平梯田，将水平梯田修筑过程与农业例行耕作融为一体，在不耽误耕地正常播种情况下2-6年可以建成集中连片、旱涝保收、稳产高产的高标准梯田。
34.2.因地制宜修筑高标准梯田，持续提升耕地质量。本发明针对紫色土坡耕地土层薄、侵蚀强、耐旱性差等问题，秉承“以提高水土资源利用效率为中心、增强保土保水保肥能力为导向、持续提升耕地质量”的生态型梯田修筑理念，通过垂直超深旋耕破碎母岩增大有效土层深度，增强土壤水分入渗和接收纳滞效应以及土壤-岩屑基质层养分有效状态的激发效应，提升土壤容水空间和活化深层土壤养分；在各级坡式梯田上坡部位构造深浅相间分布的暗槽型沟壑，提升保水抗旱能力，强化水肥联动效应，提高土壤水分养分的利用效率；在每级坡式梯田下坡部位修筑生态型田埂，在田埂迎坡面铺设土工布，在田埂背坡部位种植抗冲型田埂植物，提高田埂稳定性；通过耕作措施与坡面防护有机结合，截断地表径流和壤中流，提高防御暴雨冲刷能力，形成拦水有效、蓄水充分、土壤健康、生态友好的高标准梯田。
35.3.降低成本修筑高标准梯田，提升生产综合效益。本发明将高标准农田建设中原本相互分割开展的田块整治工程、坡面防护工程、农田地力提升工程进行三位一体集成，减少了高标准梯田建设工程量，降低了丘陵区高标准梯田建设投资，有效解决薄层坡地修筑水平梯田引起的土壤地力下降、蓄水保水能力降低、水土流失加剧等问题，建成后的高标准梯田产出效率明显提升，农业生产综合效益显著提高，平均每亩节本增效约500-2000元，亩均粮食产能增加10％-40％。
附图说明
36.图1为本发明的技术流程图；
37.图2为本发明的高标准梯田坡形改造过程图；
38.图3为本发明的新修筑田埂的结构示意图；
39.图4为本发明的高标准梯田修筑完成时田埂的结构示意图；
40.图5为本发明的坡式梯田上坡部位垂直超深旋耕后土壤剖面图；
41.其中，1-母岩层，2-土壤层，3-田埂植物，4-排水沟，5-田埂，6-土工布，7-岩屑层， 8-母岩挡梗。
具体实施方式
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.如图1所示，一种利用耕作侵蚀修筑高标准梯田的方法，包括以下步骤：
44.步骤a：划定田块整治区：采用“因地制宜、宜耕则耕、宜林则林、宜荒则荒”的原则，划定高标准梯田建设范围内的田块整治区，将坡度为25
°
以上的坡地划定为还林还草区，坡度为15-25
°
之间的坡地划定为林果业发展区或生态用地区，坡度为15
°
以下的坡地划定为田块整治区，如图2所示，本实施例的田块整治区的坡度为15
°
，坡面的净宽为10m；
45.步骤b：如图2所示，在4-5月份的雨季前利用垂直超深旋耕机的旋削碎土刀头对坡式梯田上坡部位厚度小于50cm的薄层坡地的土壤进行360
°
旋削粉碎，养分含量低的下层生土不上翻，保持表层土壤的较高肥力；如图5所示，利用垂直超深旋耕机的破碎母岩钻头对母岩层1(泥页岩)进行破碎，得到岩屑层7，增加薄层坡地的土壤层2的厚度，同时在疏松的
土壤下形成母岩挡埂8，同时在母岩层1中形成深浅相间分布的暗槽型沟壑；
46.步骤c：如图2、图3和图4所示，在田块整治区的坡脚处修筑田埂5，并在田埂5的迎坡面的一侧沿等高线横向开设深度为15-25cm排水沟4，在田埂5的迎坡面和顶部铺设土工布6，将田埂5的高度每年增高20cm，所述土工布6的一端竖直埋至坡式梯田的母岩层1中，土工布6的另一端留约1.2m的余量折叠覆盖在田埂5的顶部，并在田埂5的背坡面种植白茅；如图4所示，当加高田埂5时，先将折叠覆盖在田埂5顶部的土工布6掀开后再进行加高，加高后将土工布6重新覆盖在加高后的田埂5的顶部，并在加高的田埂5 的背坡面种植白茅；
47.步骤d：在每年大春作物收获后通过顺坡耙耕、顺坡锄耕和采用铧式犁等高向下翻耕加强坡式梯田耕作侵蚀强度，利用耕作侵蚀的夷平作用，经检验，每年坡式梯田的上坡部位的土壤层2的厚度均减少15-20cm，下坡部位的土壤层2的厚度增加15-20cm；
48.步骤e：土壤培肥，提升土壤地力：在大春季节正常种植粮经作物，在冬季种植野豌豆，在野豌豆的开花期将绿肥连同杂草一起等高向下翻压；
49.步骤f：如图2所示，重复步骤b-e5年后，田块整治区的坡度的坡度由原来的15
°
变成了小于5
°
，且水平梯田的有效土壤层的厚度大于50cm，由此可见，坡式梯田逐渐转换为水平梯田，即得到高标准梯田。
50.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。