集约化农田生态强化模型论文和设计-赵建宁

全文摘要

本实用新型提供了一种集约化农田生态强化模型，涉及集约化农田生态强化技术领域。该集约化农田生态强化模型，包括：农田内的带化轮间作模型，该带化轮间作模型包括至少两种作物；农田边界的排灌系统生态廊道模型，该排灌系统生态廊道模型包括输排水沟渠和植被；农田边界的乔灌草立体生态网模型，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带；非农板块的生态修复模型，该非农板块生态修复模型包括林地斑块以增加林下植被、村镇斑块周边建设乔灌草立体防护带，河湖塘湿地斑块建设植物拦截带。该集约化农田生态强化模型该集约化农田生态强化模型能够达到均衡土壤养分、减轻作物病虫草害以及提升农田生态功能等目的。

主设计要求

1.一种集约化农田生态强化模型，其特征在于，包括：农田内的带化轮间作模型，该带化轮间作模型包括至少两种作物，该作物之间实行轮间作种植方式；农田边界的排灌系统生态廊道模型，该排灌系统生态廊道模型包括纵横交错的输排水沟渠和在所述输排水沟渠上种植的植被；农田边界的乔灌草立体生态网模型，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带。

设计方案

1.一种集约化农田生态强化模型，其特征在于，包括：

农田内的带化轮间作模型，该带化轮间作模型包括至少两种作物，该作物之间实行轮间作种植方式；

农田边界的排灌系统生态廊道模型，该排灌系统生态廊道模型包括纵横交错的输排水沟渠和在所述输排水沟渠上种植的植被；

农田边界的乔灌草立体生态网模型，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带。

2.根据权利要求1所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，还包括非农斑块生态模型，该非农斑块生态模型通过所述输排水沟渠或者乔灌草生态网与农田斑块形成一体，使生物在非农斑块与所述农田斑块之间迁移。

3.根据权利要求2所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述非农斑块包括林地斑块、村镇斑块和河湖塘湿地斑块；

所述林地斑块以林下植物覆盖为主；

所述村镇斑块的周边建设10～30m的乔灌草植物过渡带；

所述河湖塘湿地斑块的周边建设植物拦截带。

4.根据权利要求1-3任一项所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述带化轮间作模型中作物的宽幅为4～8m，带宽为8～16m。

5.根据权利要求4所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述作物包括玉米和豆科作物，所述玉米和所述豆科作物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式；

和\/或，所述作物包括粮食作物和绿肥植物，所述粮食作物和所述绿肥植物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式。

6.根据权利要求5所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述玉米的种植行距为55～60cm；

所述豆科作物包括花生或大豆，所述花生采用垄作，其垄距为85～90cm，垄面宽为50～55cm，垄高为8～10cm，每垄2行，陇上行距为30～35cm，穴距为12～18cm；

所述大豆的种植行距为38～42cm，株距为13～15cm。

7.根据权利要求1-3任一项所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述输排水沟渠包括设在农田内的排水沟渠和设在农田外的河道；

所述排水沟渠内种植草本植物，所述河道的道路边种植林木，所述林木下面种植绿化景观植物，所述河道的两侧坡面种植护坡和\/或景观植物，所述河道的底部种植水生植物。

8.根据权利要求7所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述河道的两侧布设有多个亲水台阶，相邻两个所述亲水台阶之间的距离为300-500m。

9.根据权利要求1-3任一项所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，农田中划分多个网格单元，所述植物带设置在所述网格单元的四周。

10.根据权利要求9所述的集约化农田生态强化模型，其特征在于，所述农田以300～500亩划分为1个网格单元，所述植物带的宽度为4～8m；

所述植物带包括交叉种植的乔木、灌木和花草。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及集约化农田生态强化技术领域，尤其是涉及一种集约化农田生态强化模型。

背景技术

农田集约化是在一定面积的土地上集中投入较多的生产资料和劳动，通过应用先进的农业技术措施和管理方法来增加农产品产量的农田。

农业集约化生产长期、大面积、单一化种植，显著提升了粮食产量，但是其本身既不能自我调节，也不能自我维持，因而打破了自然生态系统的正常演替。为了维持生态系统的运行，就必须不断的加大外部农药、化肥等的投入。

目前，随着集约化程度的不断加强，其带来的环境问题也逐渐显现。生物多样性和生态平衡横遭破坏、土壤质量下降、病虫草害频发且逐年加重、化学农药用量不断攀升。资源消耗过大、环境污染加剧、生态退化严重等问题趋于恶化，已严重制约农业可持续发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集约化农田生态强化模型，为解决随着农业集约化程度的不断加强，其对环境所产生一系列负面影响的技术问题。

本实用新型提供的集约化农田生态强化模型，包括：农田内的带化轮间作模型，该带化轮间作模型包括至少两种作物，该作物之间实行轮间作种植方式。

农田边界的排灌系统生态廊道模型，该排灌系统生态廊道模型包括纵横交错的输排水沟渠和在所述输排水沟渠上种植的植被。

农田边界的乔灌草立体生态网模型，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带。

在上述技术方案中，进一步地，集约化农田生态强化模型，还包括非农斑块生态模型，该非农斑块生态模型通过所述输排水沟渠或乔灌草生态网与农田斑块形成一体，使生物在所述非农斑块与所述农田斑块之间迁移。

在上述技术方案中，进一步地，所述非农斑块包括林地斑块、村镇斑块和河湖塘湿地斑块。

所述林地斑块以林下植物覆盖为主。

所述村镇斑块的周边建设10～30m的乔灌草植物过渡带。

所述河湖塘湿地斑块的周边建设植物拦截带。

在上述技术方案中，进一步地，所述带化轮间作模型中作物的宽幅为4～8m，带宽为8～16m。

在上述技术方案中，进一步地，所述作物包括玉米和豆科作物，所述玉米和所述豆科作物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式。

和\/或，所述作物包括粮食作物和绿肥植物，所述粮食作物和所述绿肥植物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式。

在上述技术方案中，进一步地，所述玉米的种植行距为55～60cm；所述豆科作物包括花生或大豆，所述花生采用垄作，其垄距为85～90cm，垄面宽为50～55cm，垄高为8～10cm，每垄2行，陇上行距为30～35cm，穴距为12～18cm。

所述大豆的种植行距为38～42cm，株距为13～15cm。

在上述技术方案中，进一步地，所述输排水沟渠包括设在农田内的排水沟渠和设在农田外的河道。

所述排水沟渠内种植草本植物，优选的，所述草本植物包括紫花苜蓿、黑麦草、波斯菊、二月兰、狗牙根、高羊茅、马鞭草、百日菊和小冠花中的一种或多种。

所述河道的道路边种植林木，所述林木下面种植绿化景观植物，所述河道的两侧坡面种植护坡和\/或景观植物，优选的，所述林木包括杨树、柳树、槐树、法桐、水杉和银杏中的一种或多种，所述绿化景观植物包括狗牙根、高羊茅、黑麦草、波斯菊、二月兰、百日菊和小冠花中的一种或多种，所述护坡和景观植物包括多年生黑麦草、弯叶画眉草、高羊茅、百喜草、波斯菊、二月兰、紫花苜蓿、狗牙根和小冠花中的一种或多种；

所述河道的底部种植水生植物，优选的，所述水生植物包括路易斯安娜鸢尾、香蒲、芦苇、水葱、再力花、水芹、荷花、睡莲和狐尾藻中的一种或多种。

在上述技术方案中，进一步地，所述河道的两侧布设有多个亲水台阶，相邻两个所述亲水台阶之间的距离为300-500m。

在上述技术方案中，进一步地，农田中划分多个网格单元，所述植物带设置在所述网格单元的四周。

在上述技术方案中，进一步地，所述农田以300～500亩划分为1个网格单元，所述植物带的宽度为4～8m。

所述植物带包括交叉种植的乔木、灌木和花草，优选的，乔木种植1～2行，行距为2～4m，株距为4～8m，所述灌木种植在所述乔木下，所述灌木的带宽为2～6m，所述花草种植在所述灌木外侧，种植宽度为2～4m。

优选的，所述乔木包括杨树、槐树、柳树、法桐、水杉和银杏中的一种或多种，所述灌木包括条墩桑、蔷薇、黄杨、女贞、连翘、胡枝子、迎春花和荆条中的一种或多种，所述花草包括早熟禾、防风、青篙、三叶草、紫草、薄荷、百脉根、白茅、马蔺、莺尾和鼠尾草中的一种或多种。

本实用新型提供的集约化农田生态强化模型的有益效果：

在该集约化农田生态强化模型中，由于农田内的带化轮间作模型包括至少两种作物，且该作物之间实行轮间作种植方式，该不同种类的作物对土壤中的养分具有不同的吸收利用，因而可以达到均衡土壤养分、减轻作物病虫草害的目的。

再者，该排灌系统生态廊道模型包括纵横交错的输排水沟渠和在输排水沟渠上种植的植被，具有保护生物多样性、过滤或阻抑物质、防止水土流失、调控洪水、美化环境等生态服务功能。

另外，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带，能够提高农作物抗击风沙的能力，同时为授粉昆虫、小型动物提供蜜源、栖息地、庇护所、越冬地、寄主等场所，从而提升农田生态功能。

综合以上，通过集约化农田生态强化模型的构建可以有效增加农田生物多样性、提高作物产量、增强作物对外来植物入侵的抵抗力、减少作物病虫害发生、提高土壤质量、改善农田小气候、净化水体、美化农田环境，有效提升农田生态系统功能，实现“田成方、林成网、渠相连、路相通、地力肥、生产稳、环境美、生态优、效益高、多功能”的农业格局，构建形成功能高效、结构和谐、持续调控、经济合理的绿色高效现代集约化农田生态系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的带化轮间作模型中第一年的夏季玉米和大豆的间作种植示意图；

图2为本实用新型实施例提供的带化轮间作模型中第二年的夏季玉米和大豆的间作种植示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例一提供了一种集约化农田生态强化模型，包括：农田内的带化轮间作模型，该带化轮间作模型包括至少两种作物，该作物之间实行轮间作种植方式；农田边界的排灌系统生态廊道模型，该排灌系统生态廊道模型包括纵横交错的输排水沟渠和在输排水沟渠上种植的植被；农田边界的乔灌草立体生态网模型，该乔灌草立体生态网模型包括在田块周围和农田道边构建植物带。

如图1所示，带化轮间作模型中作物的宽幅w_{1<\/sub>为4～8m，带宽为8～16m，相对于窄行栽培模式，可实现全程机械化作业。}

其中，作物包括玉米和豆科作物，玉米和豆科作物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式；和\/或，作物包括粮食作物和绿肥植物，粮食作物和绿肥植物实行轮间作种植方式，且行逐年交替种植方式。

例如：实行轮间作种植为玉米-大豆、玉米-花生、玉米-谷子、玉米-红薯。

具体地，玉米的种植行距为55～60cm；花生采用垄作，其垄距为85～90cm，垄面宽为50～55cm，垄高为8～10cm，每垄2行，陇上行距为30～35cm，穴距为12～18cm；大豆的种植行距为38～42cm，株距为13～15cm。

请继续参照图1，其中四边形代表玉米，三角形代表大豆，玉米和大豆的宽幅均为w_{1<\/sub>，第一年地块的左侧种植玉米、右侧种植大豆，两者实行间作种植方式。}

如图2所示，图2所示为第二年地块的左侧种植大豆、右侧种植玉米，两者实行轮间作种植方式。

需要说明的是，带化轮间作模型中，第一年的冬季可在该地块上全部种植小麦，第一年的夏季在地块的左侧种植玉米、右侧种植大豆；第二年的冬季还是全部种植小麦，第二年的夏季在地块的左侧种植大豆、右侧种植玉米，从而实现作物的轮间作种植以及逐年交替种植的方式。

其中，带化轮间作植物的产量见表1。

表1带化轮间作植物的产量

由上表可知，开展玉米与花生、大豆、谷子等宽幅间作种植，改变长期、大面积、单一化种植体系，增加作物多样性，可显著降低作物病虫害发生率，提升农田生态系统功能；其中，玉米大小斑病病指分别降低5.2％、5.7％和6.3％，锈病病指降低21.4％、19.7％和22.8％，玉米增产，土地当量比达到1.08～1.26；化肥农药减施10％，综合效率较单作提高15％以上。

在带化轮间作模型中，以60亩为一网格单元，开展间作系统节肢动物调查，共监测到节肢动物5958个，分属于2个纲，7个目，47个科。间作系统较单作系统害虫数量降低14.64～66.95％，中性昆虫数量增加27.63～56.03％，天敌数量增加14.6～45.95％，玉米-大豆间作系统昆虫数量变化最明显。

在排灌系统生态廊道模型中，输排水沟渠包括设在农田内的排水沟渠和设在农田外的河道；排水沟渠内种植草本植物，河道的道路边种植林木，林木下面种植绿化景观植物，河道的两侧坡面种植护坡和\/或景观植物，河道的底部种植水生植物。

优选的，草本植物包括紫花苜蓿、黑麦草、波斯菊、二月兰、狗牙根、高羊茅、马鞭草、百日菊和小冠花中的一种或多种。

优选的，林木包括杨树、柳树、槐树、法桐、水杉和银杏中的一种或多种，绿化景观植物包括狗牙根、高羊茅、黑麦草、波斯菊、二月兰、百日菊和小冠花中的一种或多种，护坡和景观植物包括多年生黑麦草、弯叶画眉草、高羊茅、百喜草、波斯菊、二月兰、紫花苜蓿、狗牙根和小冠花中的一种或多种。

优选的，水生植物包括路易斯安娜鸢尾、香蒲、芦苇、水葱、再力花、水芹、荷花、睡莲和狐尾藻中的一种或多种，每种水生植物随机间隔种植，间隔距离为10～15m。

其中，河道的两侧布设有多个亲水台阶，相邻两个亲水台阶之间的距离为300-500m。

需要说明的是，当河道的上口大于10m时，才需要布设亲水台阶。

在植物的养护与管理中，根据季节、植物生长状况，及时收获、处置、利用，防止水生植物死亡后沉积水底腐烂，向水体释放有机物质和氮磷元素，造成二次污染；维持沟渠输水和排水的功能，及时清除杂草和沟底淤积物，保证沟渠的容量和水生植物的正常生长。

在具体实施中，可以有多种构建方式。

例如：改变原有排灌系统硬化丧失水体净化和生态调节功能低等问题，在集约化农田外的河道底部和两侧构建多功能植物廊道系统(或植被)，实现拦截、吸附农田径流水体中的氮、磷等物质，净化水质，提高生物多样性，降低作物病虫害，改善农田周边景观环境的目的。其所获得的生态和经济效益如下：

1)水体自净化能力增强，出水口比进水口排水中总氮和硝态氮的去除率平均分别达52.6％和73.9％，对沟渠面源污染控制效果良好。

2)多功能植物廊道系统的构建，实现了农田景观的有机贯通，为小型动物提供农田小气候、栖息地等场所，为蜜蜂等提供花蜜、花粉等。

3)生态沟渠是昆虫多样性显著增加，达到11目、82种。

4)沟渠的底部种植的功能植物还产生显著的经济效益，每亩多收莲藕3000斤。

又如：在农田边界构建多功能植物带、蜜源植物带，为鸟类、昆虫、小型动物提供食物、农田小气候、栖息地、产卵地、庇护所、寄生等场所；提高农田的生物多样性，减少作物病虫害，降低农业面源污染，提升农田景观。

其中，降低了主要害虫；提高了天敌多样性，在200亩网格单元内捕食性昆虫、寄生性昆虫数量增加了42％、37％，作物产量增加了7％，净收益提高5％。

在该乔灌草立体生态网模型中，农田中划分多个网格单元，植物带设置在网格单元的四周。

其中，农田以300～500亩划分为1个网格单元，植物带的宽度为4～8m。

具体地，植物带包括交叉种植的乔木、灌木和花草。

优选的，乔木种植1～2行，行距为2～4m，株距为4～8m，灌木种植在乔木下，灌木的带宽为2～6m，花草种植在灌木外侧，种植宽度为2～4m。

优选的，乔木包括杨树、槐树、柳树、法桐、水杉和银杏中的一种或多种，灌木包括条墩桑、蔷薇、黄杨、女贞、连翘、胡枝子、迎春花和荆条中的一种或多种，花草包括早熟禾、防风、青篙、三叶草、紫草、薄荷、百脉根、白茅、马蔺、莺尾和鼠尾草中的一种或多种。

构建节约化农田边界乔灌草木立体生态网，用于替代单一植速生杨的传统林网，兼具生态与景观功能：减轻干热风、倒春寒、沙尘暴等天气灾害对农作物的危害；增加植物异质性，丰富农田生物多样性，为有益动物(蜘蛛、天敌昆虫、授粉昆虫等)生存繁衍提供食物源和生存环境；乔木、灌木、花草高矮搭配，与集约化小麦-玉米种植景观相得益彰，呈现优美的农田景观，解决集约化农田硬化路网造成的景观破碎化问题。

以200亩小麦-玉米轮作田块为网格单元，在网格单元的四周种植乔木(柳树、白蜡、果树等)和灌木(金边女贞、黄杨等)，树下种植花草(三叶草、黑麦草、波斯菊等)，构建乔灌草立体生态网，节肢动物普查，乔灌草植物网共采集4纲、12目、61科、105种，其中，天敌36种，生物种类及数量较传统林网增加极明显，具体见表2。

表2 200亩小麦-玉米轮作田块的乔灌草立体生态网与传统林网对比

该集约化农田生态强化模型还包括非农斑块生态模型，该非农斑块生态模型通过输排水沟渠或者乔灌草生态网与农田斑块形成一体，使生物在非农斑块与农田斑块之间迁移，消减农田斑块和非农斑块污染物。

具体地，非农斑块包括林地斑块、村镇斑块和河湖塘湿地斑块；其中，林地斑块以林下植物覆盖为主；村镇斑块的周边建设10～30m的乔灌草植物过渡带；河湖塘湿地斑块的周边建设植物拦截带。

针对该集约化农田生态强化模型，在某省连续4年开展了600亩集约化农田试验示范，示范区农作物产量得到有效提高，农田昆虫、蜜蜂、鸟类和有益动物种群数量显著增加，有效减轻了病虫害的发生，提升了土壤质量，减少了化肥和农药的盲目施用，农田排水中氮磷去除率达40％，农田排灌系统生态廊道引入的莲藕等经济作物增加了农业收入1万余元。农田乔灌草立体生态网基本建设完成，农田条带间作系统玉米产量较常规种植提高10％，农田周围环境得到显著提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

设计图

集约化农田生态强化模型论文和设计

集约化农田生态强化模型论文和设计-赵建宁

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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