半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法，包括：根據(jù)在坡面上欲種植的植被的種植密度，在所述坡面上布若干包括一個拱形彎曲板的整地構(gòu)件；所述整地構(gòu)件中拱形彎曲板的開口沿水平方向朝向所述坡面，且所述拱形彎曲板露出地表；在每一整地構(gòu)件的攔蓄范圍內(nèi)種植植被。由于本發(fā)明利用整地構(gòu)件對坡面進(jìn)行植被恢復(fù)，整地過程中開挖動土工程量小，對坡面的擾動小，不具有形成的土質(zhì)臺型或坑狀局部地形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題。因此利用本發(fā)明提供的恢復(fù)方法可以在有效攔蓄降雨徑流的基礎(chǔ)上，能大幅減少傳統(tǒng)整地對土壤的擾動，減少整地當(dāng)年水土流失。
【專利說明】
半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種整地集雨造林技術(shù)，尤其是涉及一種半干旱山丘區(qū)低擾動整地集 雨植被恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 西北半干旱山丘區(qū)主要為黃土高原地區(qū)，是我國生態(tài)環(huán)境脆弱、水土流失嚴(yán)重、貧 困人口集中的地區(qū)，尤其黃土丘陵溝壑區(qū)現(xiàn)存植被覆蓋率不足20 %。一旦遭遇暴雨，水土流 失劇烈，導(dǎo)致土地?fù)p毀、生產(chǎn)力下降，成為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約，并引發(fā)一 系列生態(tài)與環(huán)境問題。水是維持植被生長的基礎(chǔ)，在黃土高原地區(qū)，降雨是植被的主要甚至 唯一水分補(bǔ)給來源，但區(qū)內(nèi)多數(shù)地方的年均降雨不足400mm，水分成為當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)的根本 限制性因子。長期生態(tài)建設(shè)的實(shí)踐證實(shí)，黃土高原地區(qū)全年降雨多以少數(shù)場次的大雨或暴 雨形式發(fā)生，雨水主要以超滲產(chǎn)流形式流失，不易被植被持續(xù)利用。實(shí)踐證明，通過在坡面 上進(jìn)行適當(dāng)整地，攔蓄坡面匯流、增加徑流入滲，可大幅提高降雨、徑流利用率，已成為該區(qū) 十分重要的人工植被恢復(fù)方法。因此，開展西北半干旱山丘區(qū)整地集雨植被恢復(fù)技術(shù)研究 和應(yīng)用，對促進(jìn)增加該區(qū)植被覆蓋、減少水土流失、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
[0003] 目前，西北半干旱山丘區(qū)針對人工植被恢復(fù)的整地集雨方式主要有水平階整地和 魚鱗坑兩種，基本原理均是通過工程措施，形成能縮短匯流長度、攔蓄上坡徑流的臺型或坑 狀局部地形，以增加土壤入滲、減少徑流損失，進(jìn)而增加可利用水量，促進(jìn)植被恢復(fù)。然而， 這兩種整地方式都存在開挖動土工程量大，坡面擾動強(qiáng)，且形成的土質(zhì)臺型或坑狀局部地 形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題，因此會導(dǎo)致整地當(dāng)年因擾動新增大量松散土質(zhì)，遭遇強(qiáng)降雨水土流失 較整地前大幅增加;整地多年因局部地形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，遭受長期徑流沖蝕而損壞嚴(yán)重等問題。 除此以外，由于需要較大規(guī)模的人工開挖堆填，這兩種整地方式在規(guī)劃設(shè)計和實(shí)際操作時 均較為粗放，對坡面水分的植被承載能力考慮不夠精細(xì)，導(dǎo)致后期植被成活率與保存率不 高，形成許多退化低效人工林，水土保持效益低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對以上缺陷，本發(fā)明提供一種半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法，可 以在有效攔蓄降雨徑流的基礎(chǔ)上，大幅減少傳統(tǒng)整地對土壤的擾動，減少整地當(dāng)年水土流 失。
[0005] 本發(fā)明提供的半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法包括：
[0006] 根據(jù)在坡面上欲種植的植被的種植密度，在所述坡面上布若干包括一個拱形彎曲 板的整地構(gòu)件;所述整地構(gòu)件中拱形彎曲板的開口沿水平方向朝向所述坡面，且所述拱形 彎曲板露出地表；
[0007] 在每一整地構(gòu)件的攔蓄范圍內(nèi)種植植被。
[0008] 可選的，所述植被的種植密度的確定方法包括：
[0009] 根據(jù)在坡面上欲種植的植被的類型，確定所述植被的株距；
[0010]根據(jù)所述坡面的水量收支平衡條件，確定所述植被的行距；
[0011]根據(jù)所述植被的株距和行距，確定所述植被的種植密度。
[0012] 可選的，所述水量收支平衡條件包括：
[0013] Q+N^fff+Eo+Ex
[0014] 其中，Q為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的地表徑流量，N為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi) 的降雨凈補(bǔ)給量，Wf為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的無效水填充量，Eo為所述整地構(gòu)件攔蓄范 圍內(nèi)的蒸發(fā)量，Ετ為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的蒸騰量。
[0015] 可選的，采用下式計算所述地表徑流量：
[0016] Q=(aXPXA)/Ai
[0017] 其中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，A 為所述整地構(gòu)件的有效匯水面積，Αι為所述整地構(gòu)件的攔蓄面積。
[0018] 可選的，采用下式計算所述降雨凈補(bǔ)給量：
[0019] N=[aXPX(l-i)XA，]/Ai
[0020] 其中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，i 為所述植被在成熟期的平均林冠降雨截留率，A'為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的林冠遮蔽面積， ^為所述整地構(gòu)件的攔蓄面積。
[0021 ]可選的，采用下式計算所述無效水填充量：
[0023]其中，Θ,為土壤有效水與無效水分界值，θ〇為年均的土壤最低土壤含水量，L為所述 植被在成熟期的平均根系層深度。
[0024] 可選的，在種植植被之前，所述方法還包括:在植被的種子或根部施用保水劑。
[0025] 可選的，所述整地構(gòu)件還包括兩個矩形平板;所述的兩個矩形平板中，一個矩形平 板與所述拱形彎曲板的第一側(cè)邊緣平滑連接，另一個矩形平板與所述拱形彎曲板的第二側(cè) 邊緣平滑連接;所述第一側(cè)邊緣為所述拱形彎曲板上的與拱形延伸方向垂直的兩個側(cè)邊邊 緣中的一個側(cè)邊邊緣，所述第二側(cè)邊緣為所述拱形彎曲板上的與拱形延伸方向垂直的兩個 側(cè)邊邊緣中的另一個側(cè)邊邊緣。
[0026] 可選的，每一矩形平板上開設(shè)有排水通孔。
[0027] 可選的，所述整地構(gòu)件還包括連接件，所述連接件包括一體設(shè)置的第一卡接部和 第二卡接部;相應(yīng)的，每一個矩形平板的一個側(cè)邊緣上開設(shè)有第一卡槽，所述拱形彎曲板的 兩個側(cè)邊緣上均開設(shè)有有第二卡槽；
[0028] 所述第一卡接部與所述第一卡槽的卡接及所述第二卡接部與所述第二卡槽的卡 接，使所述矩形平板與所述拱形彎曲板連接。
[0029] 本發(fā)明提供的半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法，由于整地構(gòu)件的開口 沿水平方向朝向坡面，且整地構(gòu)件露出地表，因此可以實(shí)現(xiàn)對水的攔截。又由于在整地構(gòu)件 的攔蓄范圍內(nèi)種植植被，因此可以使攔截的水供給植被，從而提高植被成活率，提高植被恢 復(fù)率。由于利用整地構(gòu)件對坡面進(jìn)行植被恢復(fù)，整地過程中開挖動土工程量小，對坡面的擾 動小，不具有形成的土質(zhì)臺型或坑狀局部地形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題。因此利用本發(fā)明提供的恢 復(fù)方法可以在有效攔蓄降雨徑流的基礎(chǔ)上，能大幅減少傳統(tǒng)整地對土壤的擾動，減少整地 當(dāng)年水土流失。
【附圖說明】
[0030] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征信息和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不 應(yīng)理解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0031] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法一實(shí)施例的流 程不意圖；
[0032] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法一實(shí)施例中采 用的整地構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3示出了圖2中整地構(gòu)件中一種連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4示出了圖2中整地構(gòu)件的一種布設(shè)方式圖；
[0035]
[0036] 1 -拱形彎曲板；11 -拱形彎曲板的第一側(cè)邊緣；12-拱形彎曲板的第二側(cè)邊緣;21 -一個矩形平板;22-另一個矩形平板;3-排水通孔;4-連接件;41-連接件的第一卡接部;42-連接件的第二卡接部；10-整地構(gòu)件;20-植被種植位置;30-降雨產(chǎn)流匯水區(qū)；40-冠幅投影 邊界;50-林冠截留降雨補(bǔ)給區(qū);a-整地構(gòu)件攔蓄上部匯流寬度;b-整地構(gòu)件攔蓄上部匯流 長度;Z-株距;W-行距;R-林木成熟期平均冠幅;r-橫截面為圓弧結(jié)構(gòu)的拱形彎曲板的圓弧 半徑；1-矩形平板橫向?qū)挾?Ai-整地構(gòu)件的攔蓄面積;A 2-整地構(gòu)件上部林冠遮蔽降雨補(bǔ)給 區(qū)面積-整地構(gòu)件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)的扇形面積;B2-整地構(gòu)件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給 區(qū)的三角形面積。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施 例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0038] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開 的具體實(shí)施例的限制。
[0039] 本發(fā)明提供一種半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法，該方法適用于西北 半干旱山丘區(qū)中裸露或撂荒陡坡人工喬、灌植被營造工作中，如圖1、2所示，該方法具體包 括：
[0040] S1、根據(jù)在坡面上欲種植的植被的種植密度，在所述坡面上布若干包括一個拱形 彎曲板1和兩個矩形平板的整地構(gòu)件;所述整地構(gòu)件的開口沿水平方向朝向所述坡面，且所 述整地構(gòu)件露出地表；
[0041] S2、在每一整地構(gòu)件的攔蓄范圍內(nèi)種植植被。
[0042] 可理解的是，拱形彎曲板的開口指的是彎曲板的彎曲方向，例如若一拱形彎曲板 的橫截面為圓心角為90°的圓弧結(jié)構(gòu)，則該拱形彎曲板的開口方向即圓弧結(jié)構(gòu)的圓心相對 于彎曲板的延伸方向。
[0043]可理解的是，由于拱形彎曲板的開口沿水平方向朝向所述坡面，因此拱形彎曲板 沿鉛直方向楔入坡面內(nèi)。
[0044] 可理解的是，拱形彎曲板露出地表，即整地構(gòu)件的一部分埋入土中，一部分暴露出 來，在實(shí)際中根據(jù)需要設(shè)置構(gòu)件的埋深深度和地表露出高度。例如埋深深度為600-700mm， 地表露出高度為300-400mm。
[0045] 本發(fā)明提高的整地集雨植被恢復(fù)方法，由于拱形彎曲板的開口沿水平方向朝向坡 面，且拱形彎曲板露出地表，因此可以實(shí)現(xiàn)對水的攔截。又由于在整地構(gòu)件的攔蓄范圍內(nèi)種 植植被，因此可以使攔截的水供給植被，從而提高植被成活率，提高植被恢復(fù)率。由于利用 整地構(gòu)件對坡面進(jìn)行植被恢復(fù)，整地過程中開挖動土工程量小，對坡面的擾動小，不具有形 成的土質(zhì)臺型或坑狀局部地形結(jié)構(gòu)不穩(wěn)等問題。因此利用本發(fā)明提供的恢復(fù)方法可以在有 效攔蓄降雨徑流的基礎(chǔ)上，能大幅減少傳統(tǒng)整地對土壤的擾動，減少整地當(dāng)年水土流失。
[0046] 在具體實(shí)施時，在布設(shè)構(gòu)件時可采用木錘或橡膠錘逐步敲擊楔入，土壤過于緊實(shí) 時，適當(dāng)用小鐵鍬少量開挖、填埋。
[0047] 當(dāng)整地構(gòu)件僅包括一個拱形彎曲板時，整地構(gòu)件規(guī)格尺寸較小。但是根據(jù)坡面的 立地條件，需要選擇規(guī)格尺寸較大的整地構(gòu)件時，可以在拱形彎曲板的兩側(cè)分別增設(shè)一矩 形平板，用以增大整地構(gòu)件的規(guī)格尺寸。這樣的話，如圖2所示，整地構(gòu)件包括一個拱形彎曲 板和兩個矩形平板;兩個矩形平板中，矩形平板21與拱形彎曲板1的第一側(cè)邊緣11平滑連 接，矩形平板22與拱形彎曲板1的第二側(cè)邊緣12平滑連接。
[0048] 其中，第一側(cè)邊緣11為拱形彎曲板上的與拱形延伸方向垂直的兩個側(cè)邊邊緣中的 一個側(cè)邊邊緣，第二側(cè)邊緣12為拱形彎曲板上的與拱形延伸方向垂直的兩個側(cè)邊邊緣中的 另一個側(cè)邊邊緣。
[0049] 在具體實(shí)施時，如圖2所示，還可以在每一矩形平板上開設(shè)有排水通孔3,目的是在 高強(qiáng)暴雨發(fā)生時起到排洪作用，減小暴雨對構(gòu)件的沖擊和對植被的浸淹。應(yīng)當(dāng)理解的是，在 埋設(shè)整地構(gòu)件時，排水通孔3是暴露在土壤外的。
[0050] 在具體實(shí)施時，可以采用連接件連接矩形平板和拱形彎曲板，如圖3所示，該連接 件4包括一體設(shè)置的第一^^接部41和第二卡接部42;相應(yīng)的，矩形平板21、22的一個側(cè)邊緣 上開設(shè)有第一卡槽，拱形彎曲板1的第一側(cè)邊緣11和第二側(cè)邊緣12上均開設(shè)有第二卡槽;所 述第一卡接部41與所述第一卡槽的卡接及所述第二卡接部42與所述第二卡槽的卡接，使所 述矩形平板與所述拱形彎曲板連接。
[0051] 其中，第一卡接部41和/或第二卡接部42可包括橫截面為梯形的卡接部。
[0052]在安裝時，首先將拱形彎曲板1沿鉛直方向楔入坡面，然后將矩形平板21、22對準(zhǔn) 拱形彎曲板1的邊緣沿鉛直方向楔入坡面，直至保持矩形平板頂端與拱形彎曲板齊平，最后 將連接件4滑入第一^^槽和第二卡槽內(nèi)，將矩形平板21、22和拱形彎曲板1連接，構(gòu)成整體。 這里提供了一種拱形彎曲板和矩形平板之間的連接方式，采用卡接的方式進(jìn)行連接具有便 于拆裝、連接穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
[0053]其中，連接件4的尺寸可以根據(jù)需要設(shè)置，例如豎向高度為50mm橫向長度為40mm， 梯形向外側(cè)的底寬為20mm，向內(nèi)側(cè)的底寬為10mm，兩梯形間的矩形部分長度為20mm。
[0054]在具體實(shí)施時，拱形彎曲板1和/或矩形平板21、22的材質(zhì)可以為泡沫混凝土。所謂 的泡沫混凝土為一種輕質(zhì)混凝土，可采用泡沫劑、硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料等環(huán)保材料為主混合 攪拌，然后澆注成型。在材料的內(nèi)部形成大量細(xì)小的封閉氣孔，同時具有較高強(qiáng)度，密度小、 質(zhì)量輕、保溫、抗震等優(yōu)點(diǎn)。而且，泡沫混凝土屬于綠色環(huán)保新型材料，具有可降解、成本低 的優(yōu)點(diǎn)。
[0055] 在具體實(shí)施時，布設(shè)好整地構(gòu)件后，可以利用木錘或橡膠錘沿構(gòu)件與坡面接觸邊 緣夯實(shí)土壤，減小構(gòu)件與土壤之間的縫隙，增強(qiáng)構(gòu)件穩(wěn)定性。
[0056] 在具體實(shí)施時，拱形彎曲板1可以為一種橫截面為圓心角為90°的圓弧結(jié)構(gòu)。
[0057]通常在山丘區(qū)，因不同方位和坡位的光照與蒸發(fā)差異導(dǎo)致土壤水分存在顯著空間 異質(zhì)性，按坡向劃分時，陰坡(坡向〇~67.5°與337.5°~360°)和半陰坡(112.5°~157.5°與 247.5°~292.5°)土壤平均含水量相對較高，植被恢復(fù)整地時可選取較小規(guī)格集雨坑，。而 陽坡（157.5°~247.5°)和半陽坡(67.5°~112.5°與292.5°~337.5°)土壤平均含水量相對 較低，則需選擇較大規(guī)格集雨坑以集蓄更多的降雨徑流;按坡度劃分時，緩坡（<25° )、陡坡 (25°~35°)和極陡坡（多35°)的土壤平均含水量通常呈遞減變化。其中一種規(guī)格的構(gòu)件為： 構(gòu)件的整體弦長為800mm，中心角為90°，拱形彎曲板1的弦長為600mm，半徑為283mm，矩形平 板的豎向長度為1000mm、橫向?qū)挾?43mm;所有板的厚度均為50mm。兩矩形平板設(shè)置的排水 通孔3的直徑為50mm，通孔中心距平板的頂端150mm。
[0058]在具體實(shí)施時，布設(shè)整地構(gòu)件時可先在野外選擇坡向、坡度等立地條件相對一致 的坡面作為植被恢復(fù)的基本立地單元。同一立地單元內(nèi)，自低海拔向高海拔的方向，沿等高 線逐行布設(shè)構(gòu)件，最終呈"品"字形排布。
[0059] 在具體實(shí)施時，本發(fā)明提供的植被恢復(fù)方法中，植被的種植密度可以采用以下方 法確定：
[0060] 根據(jù)在坡面上欲種植的植被的類型，確定所述植被的株距；
[0061 ]根據(jù)所述坡面的水量收支平衡條件，確定所述植被的行距；
[0062]根據(jù)所述植被的株距和行距，確定所述植被的種植密度。
[0063]其中，植被的行距即整地構(gòu)件的行距，植被的間距即為同一行整地構(gòu)件中相鄰兩 個整地構(gòu)件的間距，植被的種植密度即為整地構(gòu)件的布設(shè)密度，進(jìn)而得知所需整地構(gòu)件的 數(shù)量。
[0064] 可理解的是，所謂的水量收支平衡指的是單個整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的有效供水量 與植物耗水量和土壤蒸發(fā)量達(dá)到動態(tài)平衡。
[0065] 在具體實(shí)施時，水量收支平衡條件可以包括：
[0066] Q+N^fff+Eo+Ex
[0067] 式中，Q為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的地表徑流量，N為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi) 的降雨凈補(bǔ)給量，Wf為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的無效水填充量，Eo為所述整地構(gòu)件攔蓄范 圍內(nèi)的蒸發(fā)量，Ετ為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的蒸騰量。
[0068]可理解的是，水量收支平衡條件是以滿足整地構(gòu)件內(nèi)單株植被(喬木或灌木)正常 生長耗水為基本原則，整地構(gòu)件攔蓄上部匯流寬度既定的前提下確定的約束條件:構(gòu)件內(nèi) 單株植被(喬木或灌木)上部匯流量與其覆蓋區(qū)林冠截留后的降雨凈補(bǔ)給量之和大于或等 于其覆蓋區(qū)的水分消耗總量(包括林地土壤無效水填充量、林地土壤蒸發(fā)量和林木蒸散 量)。
[0069] 在具體實(shí)施時，可以采用下式計算所述地表徑流量：
[0070] Q=(aXPXA)/Ai
[0071] 式中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，A 為所述整地構(gòu)件的有效匯水面積，Αι為所述整地構(gòu)件的攔蓄面積，Αι可參考圖4。
[0072] 其中，有效匯水面積A是指上、下兩行整地構(gòu)件之間，未被喬木或灌木冠層遮蔽的 坡面垂直投影面積以及整地構(gòu)件上部林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)面積，其中構(gòu)件上部林冠遮蔽降 雨補(bǔ)給區(qū)面積由于林冠截留了部分降雨，當(dāng)按實(shí)際降雨計算時，可將其視為部分面積。具體 依據(jù)構(gòu)件實(shí)際規(guī)格及所選林木類型成熟期平均冠幅計算：
[0073] A = aXb-Ai-iXA2-Bi-2XB2
[0074] 式中，參見圖4，a為整地構(gòu)件攔蓄上部匯流寬度，mm;b為整地構(gòu)件攔蓄上部匯流長 度，為構(gòu)件的攔蓄面積，mm2;i為植被成熟期的平均林冠降雨截留率;A 2為整地構(gòu)件上 部林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)面積（扇環(huán)面積hnWSBi為構(gòu)件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)的扇形面 積，mm 2;B2為構(gòu)件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)的三角形面積，mm2。
[0075] 其中，降雨凈補(bǔ)給量N是指降雨過程中，經(jīng)林冠截留后以林內(nèi)降雨形式進(jìn)入土壤的 水量，具體可以采用下式計算所述降雨凈補(bǔ)給量N:
[0076] N=[aXPX(l-i)XA，]/Ai
[0077] 式中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，i 為所述植被在成熟期的平均林冠降雨截留率，A'為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的林冠遮蔽面積， ^為所述整地構(gòu)件的攔蓄面積。
[0078] 上式中林冠遮蔽面積A '是指整地構(gòu)件內(nèi)林木林冠遮蔽范圍與其上部匯流范圍的 重疊面積，可依據(jù)構(gòu)件實(shí)際規(guī)格及植被的林木類型在成熟期的平均冠幅計算：
[0079] A，=Bi+2XB2
[0080] 式中，參見圖4，Bi為整地構(gòu)件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)的扇形面積，_2浪為整地構(gòu) 件內(nèi)林冠遮蔽降雨補(bǔ)給區(qū)的三角形面積，_ 2。
[0081] 在具體實(shí)施時，可以采用下式計算所述無效水填充量：
[0083]式中，Θ,為土壤有效水與無效水分界值，為年均的土壤最低土壤含水量，L為所述 植被在成熟期的平均根系層深度。
[0084]其中，無效水填充量Wf是指降雨或徑流入滲進(jìn)入土壤后，首先填充土壤有效含水 量以下、干季土壤最低含水量以上的水分虧缺，這部分水分不能直接用于植被生長耗水，因 此稱為無效水填充量。
[0085] 根據(jù)以上各個公式帶入水量收支平衡條件，可以得到構(gòu)件攔蓄上部匯流最小長 度b的計算公式：
[0086] b^(aPAi+aiPA2+aPBi+2aPB2+aiPBi+2aiPB2+L0iAi+EoAi+ETAi-aPBi-2aPB2-L0〇Ai)/a aP
[0087] 由于上述計算，均按鉛直投影面積計算，故實(shí)際在坡面上的構(gòu)件攔蓄上部匯流長 度還需按坡面坡度換算，即：
[0088] B = b/ cos9
[0089] 其中，Θ為坡面坡度。
[0090] 在上述同時，計算過程中，為簡化運(yùn)算，可按林木植被的種植位置位于整地構(gòu)件弦 長中點(diǎn)處對有關(guān)面積參數(shù)進(jìn)行求解：
[0094] A2 = Bi+2XB2-Ai
[0095] 式中：參見圖4，r為拱形彎曲板半徑，mm; 1為矩形平板橫向?qū)挾?，mm; R為所選林木 類型成熟期平均冠幅半徑，mm。
[0096] 上述中包含的13個參數(shù)中，拱形彎曲板半徑r、矩形平板橫向?qū)挾?、?gòu)件攔蓄上部 匯流寬度a為本構(gòu)件規(guī)格指標(biāo)，通常為定值，特殊情況變化構(gòu)件尺度時，相應(yīng)調(diào)整;坡面坡度 Θ、年均降雨量P、土壤有效水與無效水分界值Θ,、年均土壤最低土壤含水量0Q、坡面年均產(chǎn)流 系數(shù)α屬區(qū)域地形、氣象、土壤與水文基礎(chǔ)指標(biāo)，根據(jù)應(yīng)用本方法的實(shí)際區(qū)域查閱資料選定； 成熟期平均林冠降雨截留率i、林木成熟期平均根系層深度L、林木成熟期平均冠幅R、林地 年均蒸發(fā)量Eo、林木年均蒸騰量Ετ屬林業(yè)生態(tài)基礎(chǔ)指標(biāo)，根據(jù)應(yīng)用本方法時所選喬、灌林木 樹種查閱資料確定，也可通過觀測試驗獲取。
[0097] 在具體實(shí)施時，種植植被時，可選用播種造林或植苗造林。播種造林采用穴播，首 先在整地構(gòu)件內(nèi)用小鐵鍬人工挖穴或坑;然后在植穴中均勻地播入數(shù)粒(大粒種子)至數(shù)十 粒(小粒種子）；最后覆土鎮(zhèn)壓，覆土厚度一般為種子直徑的2-3倍，土壤粘重的可適當(dāng)薄些， 沙性土壤可適當(dāng)厚些。植苗造林采用穴植栽植技術(shù)，首先在整地構(gòu)件內(nèi)用小鐵鍬人工挖穴 或坑，穴的大小和深度應(yīng)略大于苗木根系;然后將苗木植入穴內(nèi)，栽植時要保持苗木豎直、 根系舒展、深淺適當(dāng)；最后覆土，填土一半后提苗踩實(shí)，再填土踩實(shí)，最后覆上虛土。
[0098] 在具體實(shí)施時，在種植植被之前，本發(fā)明提供的方法還可包括:在植被的種子或根 部施用保水劑。施用保水劑的具體方法分為種子涂層和根部涂層的方式：
[0099] 種子涂層方式:首先將保水劑兌水溶解稀釋;然后將種子浸入攪拌，使種子和保水 劑水凝膠均勻混合，靜置4~6h;最后取一定量過2mm篩細(xì)沙土與浸泡種子均勻搓開，將土與 涂層種子混合物撒入播種穴內(nèi)。
[0100] 根部涂層方式：首先將保水劑吸水后形成的凝膠加入適量腐殖土和草木灰調(diào)成 漿;然后將植物根部蘸滿漿;最后用薄膜包裝后即可運(yùn)輸栽植。
[0101] 這里，由于采用保水劑，因此在采用整地構(gòu)件整地的同時還采用施用保水劑的方 法，增加土壤持水性，提高栽植林木成活率和土壤水分利用率。
[0102] 下面以一具體實(shí)例對本發(fā)明提供的恢復(fù)方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對比說明：
[0103] 在年均降水量364mm的甘肅省蘭州市榆中縣孫家岔流域，選擇兩面荒坡，坡面A (ΕΠΜ?！?，N35°53/ ):平均坡度28°、坡面長度40米;坡面，N35°52/ ):平均坡度 30°、坡面長度30米。其中，坡面A分左右兩塊，一塊采用本方法種植刺槐，一塊采用傳統(tǒng)水 平階整地種植刺槐;坡面B整分左右兩塊，一塊采用本方法種植檸條，一塊采用傳統(tǒng)魚鱗坑 整地種植梓條。
[0104] 根據(jù)實(shí)地觀測和資料查詢，確定了氣象、地形、土壤和林業(yè)生態(tài)等指標(biāo)參數(shù)，依據(jù) 上述構(gòu)件布設(shè)位置和數(shù)量計算方法，確定了構(gòu)件布設(shè)數(shù)量，即林木種植密度(詳見表1)。
[0105] 表1主要計算參數(shù)及種植密度計算結(jié)果
[0107] 根據(jù)計算，最終確定刺槐種植密度為1275株/公頃，每穴1株，株距200cm、行距 400cm;檸條植密度為2209株/公頃，每穴1株，株距100cm、行距230cm。于春季采用大苗完成 造林。之后在造林區(qū)周邊設(shè)置鐵皮圍擋，形成觀測小區(qū)，觀測當(dāng)年坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙，統(tǒng)計整地 和種植人工成本，1年后調(diào)查林木成活率。
[0108] 經(jīng)對比，采用本發(fā)明種植刺槐較傳統(tǒng)水平階整地，節(jié)省整地和種植的人工成本約 61%，減少整地當(dāng)年侵蝕量42%，提升成活率22% (本發(fā)明實(shí)際達(dá)92% );采用本發(fā)明種植檸 條較傳統(tǒng)魚鱗坑整地，節(jié)省整地和種植的人工成本約38%，減少整地當(dāng)年侵蝕量53%，提升 成活率14% (本方法實(shí)際達(dá)95% )。
[0109] 在本發(fā)明中，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對 重要性。術(shù)語"多個"指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。
[0110]雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種半干旱山丘區(qū)低擾動整地集雨植被恢復(fù)方法，其特征在于，包括： 根據(jù)在坡面上欲種植的植被的種植密度，在所述坡面上布若干包括一個拱形彎曲板的 整地構(gòu)件;所述整地構(gòu)件中拱形彎曲板的開口沿水平方向朝向所述坡面，且所述拱形彎曲 板露出地表； 在每一整地構(gòu)件的攔蓄范圍內(nèi)種植植被。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述植被的種植密度的確定方法包括： 根據(jù)在坡面上欲種植的植被的類型，確定所述植被的株距； 根據(jù)所述坡面的水量收支平衡條件，確定所述植被的行距； 根據(jù)所述植被的株距和行距，確定所述植被的種植密度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水量收支平衡條件包括： Q+N^Wf+Eo+Ex 其中，Q為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的地表徑流量，N為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的降 雨凈補(bǔ)給量，Wf為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi)的無效水填充量，Eo為所述整地構(gòu)件攔蓄范圍內(nèi) 的蒸發(fā)量，Et為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的蒸騰量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用下式計算所述地表徑流量： Q=(aXPXA)/Ai 其中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，A為所 述整地構(gòu)件的有效匯水面積，Al為所述整地構(gòu)件的攔蓄面積。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用下式計算所述降雨凈補(bǔ)給量： N=[aXPX(l-i)XA']/Ai 其中，a為所述植被在成熟期在單位面積坡地的年均產(chǎn)流系數(shù)，P為年均降雨量，i為所 述植被在成熟期的平均林冠降雨截留率，A'為所述整地構(gòu)件內(nèi)植被的林冠遮蔽面積，Al為 所述整地構(gòu)件的攔蓄面積。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用下式計算所述無效水填充量：其中，01為±壤有效水與無效水分界值，00為年均的±壤最低±壤含水量，L為所述植被 在成熟期的平均根系層深度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在種植植被之前，所述方法還包括:在植被 的種子或根部施用保水劑。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述整地構(gòu)件還包括兩個矩形平板;所述 的兩個矩形平板中，一個矩形平板與所述拱形彎曲板的第一側(cè)邊緣平滑連接，另一個矩形 平板與所述拱形彎曲板的第二側(cè)邊緣平滑連接;所述第一側(cè)邊緣為所述拱形彎曲板上的與 拱形延伸方向垂直的兩個側(cè)邊邊緣中的一個側(cè)邊邊緣，所述第二側(cè)邊緣為所述拱形彎曲板 上的與拱形延伸方向垂直的兩個側(cè)邊邊緣中的另一個側(cè)邊邊緣。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，每一矩形平板上開設(shè)有排水通孔。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述整地構(gòu)件還包括連接件，所述連接件 包括一體設(shè)置的第一卡接部和第二卡接部;相應(yīng)的，每一個矩形平板的一個側(cè)邊緣上開設(shè) 有第一卡槽，所述拱形彎曲板的兩個側(cè)邊緣上均開設(shè)有有第二卡槽;所述第一卡接部與所 述第一卡槽的卡接及所述第二卡接部與所述第二卡槽的卡接，使所述矩形平板與所述拱形 彎曲板連接。
【文檔編號】A01G25/00GK105900791SQ201610249227
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】秦偉, 殷哲
【申請人】中國水利水電科學(xué)研究院