专利名称：一种坡地农林复合生态系统的构建方法
技术领域：
本发明属于坡地农林复合生态系统的一种构建技术，是营建坡地生态系统可持续
利用模式的新方法。 举世瞩目的长江三峡水利枢纽工程建设，涉及的经济、社会和环境生态问题很多， 其中坡地水土流失的有效控制是一个难度很大的问题。 三峡库区是长江上游主要的生态脆弱区之一，以山地丘陵为主，地形起伏大，降雨 多、强度大，易风化的软弱岩层出露面积广，具有发生水土流失的潜在条件；加之区域人多 地少，土地垦殖系数高，坡耕地比重大，以及移民安置与生产、城镇、道路等基本建设的大量 增加，导致区域水土流失严重。水土流失面积占库区幅员面积的48. 55%，年均水土流失量 达1. 5亿t，入库泥沙4000多万t，其中，坡地土壤侵蚀占水土流失总量的60%。在这样一 个脆弱的土壤生态环境系统上要建立稳产高产的旱作农业，或者退耕还林还草，在短时间 内显然是困难甚至不现实的。因此，必须努力减少坡地水土流失，提高土地持续生产力，改 善坡地生态持续性。 坡地植物篱农业复合模式是一种融生态、经济为一体的坡耕地可持续利用技术模 式，由植物篱笆与农地两大利用类型所构成。植物篱笆依据生态经济原则筛选适宜草灌植 物，依据不同坡度、岩性和侵蚀强度设计篱带宽度和密度，等高种植形成密集型篱笆，达到 防止水土流失的目的；篱带间为农业耕作(粮食、经济作物、果树等)利用，使之与植物篱笆 共同构成农林复合经营技术模式。坡地植物篱农业复合模式是一种人工控制的坡地生态系 统，设计适宜的空间结构是决定植物篱农业复合模式功能与效益的核心内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种坡地农林复合生态系统的构建方法，以减少水土流失， 实现坡地水土资源的永续利用。
本发明的目的是这样实现的1、一种坡地农林复合生态系统的构建方法，其特征
是在坡地坡面上沿等高线每隔一定距离种植行单一或混合型植物篱带，植物篱形成一道
道生物屏障，以拦截径流与泥沙、减少水土流失 (1)带间距设计 1)最小带间距Lmin设计 A)带间耕作及栽培管理要求——最小带间距大于便于耕作及管理的田地宽度
WT>B/cosa (1) 式中WT-耕作及栽培管理要求最小带间距(m) ;B-田地宽度(m) ;a-地面坡度 (° ); B)根系竟争要求——最小带间距大于根系胁地水平宽度
WR〉DR/2cosa (2)
背景技术：
式中WR-根系竟争要求最小带间距(m) ;DR-根系胁地水平宽度(m) ; a -地面坡 度(° ); C)光照要求——最小带间距大于植物篱投影带宽度
①当阳光迎坡照射(植物篱投影带在上坡)时
WS > Hctgh/(ctgh+ctgP )sina (3)
②当阳光背坡照射(植物篱投影带在下坡)时
WS > HtgP tgh/(l-tgP tgh)sina (4) 式中WS-光照要求最小带间距(m) ;H-植物篱高(m) ;h-太阳高度角(° ) (sinh =sinctsinS+C0S(j)C0SSC0S"[14]，小为当地纬度；S为太阳赤纬；"为太阳时角)； P-植物篱水平面投影线与坡面投影线的夹角(° )(tgP 二tgasin(lA「A2l)，其中，A!为 太阳方位角，sinAi = cos S sin"/cosh[14] ;A2为等高线的方位角)；a -地面坡度(° );
D)最小带间距Lmin确定 利用公式(1)_(4)分别计算出耕作及栽培管理、根系竟争、光照对坡地等高植物 篱的最小带间距要求WT、 WR、 WS，确定以三者中最大值作为植物篱的最小带间距；
2)最大带间距Lmax设计 植物篱最大带间距Lmax的布设应以不超过细沟侵蚀产生的临界坡长Lcr为准， 即 L隨《Lcr = g—5/3 [ (0. 89+0. 00056T) /100]10/3 (nkf cos a I3。) —、g a —7/6 (5) 式中Lmax-植物篱带最大间距(m) ;Lcr-坡面产生细沟侵蚀的临界坡长(m);
n-满宁糙率；g-重力加速度；a-地面坡度(° ) ; I3。_大雨时的最大30min次降雨雨强
(mm) ;T-饱和土壤抗剪切力(kPa) ;kf-对照坡地的径流系数； 3)适宜带间距确定 分别利用公式(1)_(4)确定坡地等高植物篱的最小带间距(Lmin)、公式(5)确定 最大带间距(Lmax);如计算出Lmin〈Lmax，则确定以Lmax为适宜带间距；如计算出Lmin > Lmax，则综合考虑生态与经济效益，确定以(Lmax+Lmin)/2为适宜带间距；
二、带内株距设计 以近地面枝条密度作为安排篱笆带内部植株株距的依据，其计算公式为
N = Dn/Dm 式中N-单位长度篱笆带内植株数，Dn-篱笆所需近地面枝条密度，Dm-该种植物
单株平均近地面枝条密度。 本发明的有益效果是 1、本发明采用的坡地植物篱农业复合模式其主要形式是沿坡面等高线，每隔一定 距离密植一行灌木或灌草混合型植物篱带，带间复合种植农作物(粮食、经济作物、果树 等)。植物篱形成一道道生物屏障，以拦截径流与泥沙，减少水土流失，再加上逐年等高耕作 与犁翻，上切下垫，使坡地逐步变成梯土，实现坡地水土资源的永续利用。
2、本发明提出了构建适用于坡地植物篱农业复合模式的空间结构，如，最大带间 距的设计方面综合考虑了地面坡度、重力加速度、细沟侵蚀的临界坡长以及满宁糙率等因 素；最小带间距的设计方面综合考虑了耕作管理要求，植物根系竟争要求，植物篱带间光照 要求等因素，最终确定适宜带间距，同时植物篱带内部植株距提出了适宜的设计，为科学合理种植提供了理论依据和具体实现方式。
图1是本发明平面示意图；
图2是图1纵剖面示意图。
具体实施例方式
结合营建坡地银合欢植物篱——粮食(麦_玉_苕)复合农业模式，实例进一步 说明本发明的
具体实施例方式
实例坡地地面坡度25。，坡向西南，位于阳坡，等高线方位角约135° ，银合欢植 物篱高1. 2m ;实例区土壤为紫色土，大于95%的次降雨的最大30min雨强约9. 7mm，25。坡 耕地的径流系数约0. 81，土壤饱和抗剪力约4. OX 1(fkPa，满宁系数取0. 0225。
1、最小带间距(Lmin)设计 (A)带间耕作及栽培管理要求——坡地耕作为以手工农具劳动为主，手工农具挥 动幅度1. 5m以上，则依公式(1)计算耕作要求最小带间距LT > 1. 5/cos25 = 1. 66m。
(B)根系竟争要求——银合欢、小麦、玉米、红苕根系为须根系，根系竟争小，胁地 水平宽度忽略不计。 (C)光照要求——依公式(3)计算银合欢植物篱投影带宽度LS = 0. 9m。 (D)最小带间距确定——根据(A)-(C)计算结果，确定银合欢植物篱最小带间距
Lmin = 1.66m。 2、最大带间距(Lmax)设计 依公式(5)计算坡地土壤侵蚀临界坡度Lcr = 5. 9m，则确定银合欢植物篱最大带
间距Lmax = 5. 9m。 3、适宜带间距确定 根据1、2计算结果，设计的最小带间距小于最大带间距，则确定营建坡地银合欢 植物篱适宜带间距为5. 9m。
权利要求
一种坡地农林复合生态系统的构建方法，其特征是在坡地坡面上沿等高线每隔一定距离种植行单一或混合型植物篱带，植物篱形成一道道生物屏障，以拦截径流与泥沙、减少水土流失；植物篱带间距和带内株距按以下方式确定(1)带间距设计1)最小带间距Lmin设计A)带间耕作及栽培管理要求——最小带间距大于便于耕作及管理的田地宽度WT＞B/cosα(1)式中WT-耕作及栽培管理要求最小带间距m；B-田地宽度m；α-地面坡度°；B)根系竟争要求——最小带间距大于根系胁地水平宽度WR＞DR/2cosα(2)式中WR-根系竟争要求最小带间距(m)；DR-根系胁地水平宽度m；α-地面坡度°；C)光照要求——最小带间距大于植物篱投影带宽度①当阳光迎坡照射即植物篱投影带在上坡时WS＞Hctgh/(ctgh+ctgβ)sinα(3)②当阳光背坡照射即植物篱投影带在下坡时WS＞Htgβtgh/(1-tgβtgh)sinα(4)式中WS-光照要求最小带间距(m)；H-植物篱高mh-太阳高度角°，sinh＝sinφsinδ+cosφcosδcosω，φ为当地纬度；δ为太阳赤纬；ω为太阳时角)；β-植物篱水平面投影线与坡面投影线的夹角°，其中tgβ＝tgαsin(|A1-A2|，其中，A1为太阳方位角，sinA1＝cosδsinω/cosh；A2为等高线的方位角；α-地面坡度°；D)最小带间距Lmin确定利用公式(1)-(4)分别计算出耕作及栽培管理、根系竟争、光照对坡地等高植物篱的最小带间距要求WT、WR、WS，确定以三者中最大值作为植物篱的最小带间距；2)最大带间距Lmax设计植物篱最大带间距Lmax的布设应以不超过细沟侵蚀产生的临界坡长Lcr为准，即Lmax≤Lcr＝g-5/3[(0.89+0.00056T)/100]10/3(nkfcosαI30)-1tgα-7/6(5)式中Lmax-植物篱带最大间距m；Lcr-坡面产生细沟侵蚀的临界坡长m；n-满宁糙率；g-重力加速度；α-地面坡度°；I30-大雨时的最大30min次降雨雨强mm；T-饱和土壤抗剪切力kPa；kf-对照坡地的径流系数；3)适宜带间距确定分别利用公式(1)-(4)确定坡地等高植物篱的最小带间距(Lmin)、公式(5)确定最大带间距(Lmax)；如计算出Lmin＜Lmax，则确定以Lmax为适宜带间距；如计算出Lmin＞Lmax，则综合考虑生态与经济效益，确定以(Lmax+Lmin)/2为适宜带间距；二、带内株距设计以近地面枝条密度作为安排篱笆带内部植株株距的依据，其计算公式为N＝Dn/Dm式中N-单位长度篱笆带内植株数，Dn-篱笆所需近地面枝条密度，Dm-该种植物单株平均近地面枝条密度。
全文摘要
一种坡地农林复合生态系统的构建方法，在坡地坡面上沿等高线每隔一定距离种植行单一或混合型植物篱带，植物篱形成一道道生物屏障，以拦截径流与泥沙、减少水土流失；对上述等高植物篱空间结构进行了设计，具体来说是，综合考虑耕作管理要求、植物根系竞争要求，植物篱带间光照要求等因素，通过公式确定最小带间距；考虑地面坡度、重力加速度、细沟侵蚀临界坡长以及满宁糙率等因素来确定最大带间距，并通过最小、最大带间距而确定适宜带间距，同时给出了带内株距设计。它能形成一道道生物屏障，减少水土流失，实现坡地水土资源的合理利用。
文档编号G06Q50/02GK101720614SQ20091021619
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者周梦佳, 廖晓勇, 涂恩强, 王海明, 陈治谏 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所