農(nóng)業(yè)用地耕作層重構(gòu)技術(shù)

張海歐

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，國(guó)土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；2.西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048)

1 引言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)用地面積的減少和土壤質(zhì)量的降低，已經(jīng)威脅到糧食生產(chǎn)安全。人類生產(chǎn)生活與土地之間的供需矛盾更加凸顯，因此，開(kāi)發(fā)未利用土地、整治難利用地、提高農(nóng)業(yè)用地質(zhì)量是當(dāng)今社會(huì)共同關(guān)注的問(wèn)題。土體剖面構(gòu)型是在土體發(fā)生發(fā)展過(guò)程中長(zhǎng)期受生物、氣候影響而形成的[1]，對(duì)土體中的水、肥、氣、熱等肥力因素和鹽分運(yùn)移等具有制約及調(diào)節(jié)作用，從而直接影響著作物的生長(zhǎng)狀況。土體構(gòu)型能夠在土壤分類、土地資源評(píng)價(jià)、土壤生態(tài)評(píng)價(jià)、土壤肥力評(píng)價(jià)等多方面的研究和實(shí)踐中廣泛應(yīng)用[2，3]。因此調(diào)查研究具有特殊性的不同土體時(shí)，通過(guò)理論探討和實(shí)踐驗(yàn)證來(lái)鑒別不同土體構(gòu)型的主要指標(biāo)，從而確定不同土體剖面構(gòu)型的類別，篩選出能夠健康生長(zhǎng)植物的最佳的土體構(gòu)型，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 土體耕作層重構(gòu)概述

耕作層重構(gòu)是指在根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，尋求通過(guò)對(duì)土體的再造和開(kāi)發(fā)新型資源，形成適合作物生長(zhǎng)的耕作層，即新土壤。人類對(duì)自然土體進(jìn)行開(kāi)發(fā)、利用后，自然和人為耕作活動(dòng)(如農(nóng)田建設(shè)、翻耕、造林種草、興修水利和修梯田等)因素的綜合作用，影響著土體結(jié)構(gòu)的形成發(fā)育[4]。尤其是在人為耕作活動(dòng)過(guò)程中如果處理不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致有效土層質(zhì)量退化、水土流失和風(fēng)蝕沙化加劇等問(wèn)題，降低土地質(zhì)量和耕作層穩(wěn)定性；采用犁耕、耕翻等方式疏松表土，深耕改良不良土層，消除不利于植物生長(zhǎng)的障礙層[5]。

對(duì)耕地土體進(jìn)行改造，主要是針對(duì)其土壤礫石多、土壤貧瘠、漏水漏肥、質(zhì)地不良等問(wèn)題，通過(guò)土體有機(jī)重構(gòu)技術(shù)，構(gòu)建表土疏松層、中間營(yíng)養(yǎng)層和底層緊實(shí)的托水托肥保持層[6]。根據(jù)耕作土體的剖面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及優(yōu)良的土體特征，使構(gòu)建土層保持或優(yōu)于正常耕作土體的剖面層次構(gòu)造，對(duì)建立適宜植物生長(zhǎng)環(huán)境、快速恢復(fù)土地的生產(chǎn)力[7，8]，提高土地資源的利用率和產(chǎn)出率，增加有效耕作層面積，緩解人地矛盾具有重要意義。

3 農(nóng)用業(yè)地耕作層重構(gòu)技術(shù)

3.1 土地平整

土地平整在土地工程中一般也稱為操平，土地平整是多數(shù)土地工程施工特定階段內(nèi)都會(huì)涉及到。旱地的形式通常采用格田，田面坡度一般要求不超過(guò)2‰。格田設(shè)計(jì)要滿足作物不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)水分的需求，原則是“排灌通暢，灌排調(diào)控方便”。區(qū)域內(nèi)田塊應(yīng)被劃分為大小相對(duì)均勻的長(zhǎng)方形田塊，田塊依地勢(shì)由高到低方向?yàn)殚L(zhǎng)邊，短邊方向與之垂直，起壟方向與長(zhǎng)邊一致，起壟形成的田塊長(zhǎng)寬比為2∶1～4∶1。格田內(nèi)部凹凸高差宜在±2.5 cm以內(nèi)，最大不應(yīng)超過(guò)10 cm。格田間以田埂為界，田埂采用土質(zhì)，梗高為25～30 cm，梗寬為30～40 cm。

水田對(duì)于土地平整度的要求較高：若區(qū)域地勢(shì)基本平坦，宜參照旱地田的格田形式進(jìn)行平整操作。為保證水田排灌暢通，灌排調(diào)控方便，以滿足水作植物不同生育階段對(duì)田面水深度調(diào)節(jié)的要求，在大田塊內(nèi)部采用格田形式分為面積較為均勻的小田塊，單個(gè)格田內(nèi)田面高度差控制在±2.5 cm。如有必要，可對(duì)基礎(chǔ)土體進(jìn)行碾壓，增大土體容重，減少水肥滲漏。

3.2 有效土層的利用

有效土層通常作為回填表土進(jìn)行利用，一般需要復(fù)綠、復(fù)耕(園)的區(qū)域作為表土回填利用的區(qū)域。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，制定具體回填利用方案應(yīng)因地制宜，即結(jié)合相應(yīng)回填區(qū)域的地形及植物措施配置等具體因素。

有效土層在國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)得以成功應(yīng)用，例如美國(guó)、加拿大、英國(guó)、日本、澳大利亞等[9]。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織(UNESCO)和糧農(nóng)組織(FAO)的不完全統(tǒng)計(jì)，全世界土地面積為18.29億hm2左右，人均耕地0.37 hm2；我國(guó)現(xiàn)有耕地總面積為1. 21億hm2，人均耕地0. 08 hm2，緊緊是世界人均耕地面積的1/4左右。耕地是人類賴以生存的基本資源和條件，近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口不斷增多，耕地逐漸減少，人地矛盾凸顯，已經(jīng)成為制約我國(guó)發(fā)展的重要因素之一。目前我國(guó)有大量的土地因自然災(zāi)害或人類開(kāi)發(fā)利用受到破壞，變得荒蕪，一些耕地因建設(shè)而被占用，其中有大量被破壞的土地可以通過(guò)土地整治工程的實(shí)施恢復(fù)到再利用土地或者耕地。因此，開(kāi)展充分保護(hù)和利用有效土層，而進(jìn)行土體剖面重構(gòu)工作，對(duì)于緩解土地供需矛盾是非常必要的。

3.2.1 異地利用

有效土層剝離的異地利用，即某一地區(qū)的優(yōu)質(zhì)有效土層剝離后，直接或存儲(chǔ)一段時(shí)間后作為客土用作他處，不再回填至原地，也包括對(duì)受損有效土層剝離以后的舍棄等。通過(guò)剝離適宜耕種的耕作層并對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)和保護(hù)，使高肥力的有效土層受到保護(hù)，無(wú)損失、無(wú)浪費(fèi)。在有效土層剝離工程完成后，用之前剝離出來(lái)的高肥力的有效土層進(jìn)行造地復(fù)墾，既恢復(fù)原有的土地面積又保護(hù)了原有土地的耕植能力。因此，有效土層剝離應(yīng)用于土地工程，具有節(jié)省工程投資、提高經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的重要價(jià)值。這一技術(shù)能充分的保護(hù)了耕地資源，促進(jìn)了國(guó)土事業(yè)和生態(tài)環(huán)境的健康持續(xù)發(fā)展[10]。

有效土層剝離異地利用模式常使用在土地改良中的有效土層剝離、土地復(fù)墾中的有效土層剝離、工程建設(shè)中的有效土層剝離以及污染治理中的有效土層剝離。如日本在污染土地治理中，采用有效土層剝離異地利用模式，首先剝離受污染地區(qū)的有效土層，覆蓋或客入其他未受污染地區(qū)的土壤。有效土層剝離法應(yīng)該考慮不同區(qū)域地下水位、地質(zhì)條件及污染程度等因素，因地制宜進(jìn)行選取填埋客土法或上覆客土法等。在污染土地治理中，比較常見(jiàn)的有效土層利用方式是剝離即將用來(lái)作為建設(shè)用地而占用地區(qū)較為肥沃的有效土層，剝離其肥沃土層作為客土覆蓋到需要改良的污染土地中[11]。

該技術(shù)目前已在我國(guó)吉林省、貴州省和浙江寧波市得以成功應(yīng)用[9]。例如，在渠系工程中，為提高草皮成活率，渠堤邊坡鋪植草皮前應(yīng)先利用其他工程剝離保存的有效土層進(jìn)行覆土，覆土厚度應(yīng)控制在3～5 cm。為了增強(qiáng)新覆土層與邊坡的粘合力，避免邊坡覆土剝落，或因土壤含水量的增加，新覆土壤草皮一起順坡向下滑移，因此覆土?xí)r應(yīng)適當(dāng)壓實(shí)，并且可通過(guò)在護(hù)坡建設(shè)框格，采用在框格內(nèi)覆土的方法進(jìn)行植草護(hù)坡。這樣，使有效土層的肥力、良好顆粒結(jié)構(gòu)都能得到繼續(xù)利用。

3.2.2 原地利用

有效土層剝離的原地利用，即由于特殊需要，將剝離后的有效土層加以存儲(chǔ)，待原地建設(shè)等活動(dòng)結(jié)束后再將有效土層回填。礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、因城市發(fā)展而進(jìn)行的各種開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)，采用的一般是有效土層剝離原地利用模式。如美國(guó)露天采礦中，如果礦區(qū)土地為基本農(nóng)田，則在礦山所有人進(jìn)行開(kāi)采前，必須對(duì)農(nóng)用土地的有效土層進(jìn)行剝離、存儲(chǔ)和回填。澳大利亞礦業(yè)公司在開(kāi)采過(guò)程中一般按照土體發(fā)生層次進(jìn)行分層剝離、分層堆放、分層回填。日本十分注重開(kāi)發(fā)建設(shè)地區(qū)的有效土層剝離和再利用。在城市建設(shè)和工業(yè)建設(shè)中，挖取土方或堆積土方的深度(高度)超過(guò)1 m、面積超過(guò)1000 m2時(shí)，對(duì)該挖取或堆積了土方的部分(道路路面部分、其他明顯需要種植植被的部分、植物生長(zhǎng)必須部分除外)必須采取有效土層復(fù)原、遷土、土體改良等措施。加拿大在管線建設(shè)中，首要任務(wù)就是規(guī)劃有效土層剝離和存放，并在管線建成后將剝離存放的有效土層放回土地表層，以備耕種[12]。

3.3 客土改良法

客土改良法主要分為流水客土法和客土移植改良法。流水客土法是指利用自然地形或人為設(shè)置臨時(shí)溝渠，依靠天然雨水或人工引水，將客土就地?cái)嚢杌斐赡酀{，隨渠水流入本土田塊中沉積?？屯烈浦哺牧挤ㄊ侨斯娜⊥羺^(qū)挖取優(yōu)質(zhì)壤質(zhì)土并運(yùn)輸?shù)讲涣计拭鏄?gòu)型土體中采取土地覆蓋、平整等工程措施改良剖面構(gòu)型。采用客土改良的方法改造不良土體，可以改善土體理化性質(zhì)、增加有效土層厚度，改善土體質(zhì)地組成，使土壤質(zhì)地向著良性方向發(fā)育，增強(qiáng)土壤的耕作性能作用，從而提升了耕地質(zhì)量和耕地生產(chǎn)能力。

改良過(guò)砂或過(guò)粘質(zhì)地的土壤通常采用客土法，通過(guò)“客土覆蓋法”增加土層厚度，使土體剖面的土層排列次序發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)改良不良土體剖面構(gòu)型目標(biāo)。客土改良剖面構(gòu)型通常有兩種方法：分田塊式有效土層剝離→覆客土→客土平整；有效土的中間堆置→覆客土→客土平整[13]。

3.4 引洪漫淤法

采用引洪漫淤法能夠改良土體剖面構(gòu)型、改善土體結(jié)構(gòu)性、調(diào)節(jié)土體孔隙度等。自然洪流挾帶的泥沙是土體剖面構(gòu)型改良的優(yōu)質(zhì)材料，其顆粒組成主要為粉粒和粘粒，并含有豐富有機(jī)質(zhì)和 N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)成分。引洪漫淤的實(shí)質(zhì)是漫淤肥泥，從而使農(nóng)田土層厚度增加、土體質(zhì)地層次排列形式發(fā)生改變，土體剖面構(gòu)型得到改良。

引洪漫淤法通常用于改良灘頭地、沙化土壤等河流沿岸的不良土體。當(dāng)洪水過(guò)后，會(huì)有大量的細(xì)泥沙被帶到河流沿岸，引洪效果主要為漫沙，細(xì)泥中含有豐富的植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而顯著的改善了土壤肥力。通過(guò)引洪漫淤法改良土體剖面構(gòu)型、改善土壤結(jié)構(gòu)性，是對(duì)土體的粘型剖面進(jìn)行有機(jī)重構(gòu)，引洪漫淤通過(guò)沙摻粘改變土體物理性狀，疏松土體增加土體孔隙度，增強(qiáng)土體透水通氣性，改良土體剖面構(gòu)型。實(shí)際工程應(yīng)用中，施工流程一般是首先確定引洪灌區(qū)控制面積，然后計(jì)算引洪灌溉流量，再對(duì)渠首工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行渠道工程設(shè)計(jì)等步驟[14]。

3.5 機(jī)械改土法

機(jī)械改土法是指利用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備改良土體剖面構(gòu)型的方法，主要通過(guò)碾壓、深翻、深耕、深松等方式，改良土體質(zhì)地和理化性質(zhì)、增加有效土層厚度以及土體剖面層次排列形式。機(jī)械改土法是農(nóng)業(yè)用地耕作層構(gòu)建技術(shù)中成本較低、技術(shù)要求不嚴(yán)的工程手段[15]。

4 結(jié)論

在農(nóng)業(yè)用地整治過(guò)程中應(yīng)因地制宜，因勢(shì)利導(dǎo)，應(yīng)用土地工程技術(shù)手段，對(duì)土體剖面構(gòu)型進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)采用相應(yīng)的耕作措施調(diào)節(jié)其肥力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使整個(gè)土體剖面層級(jí)的形成向著良好的方向發(fā)展。農(nóng)用地土體剖面層級(jí)構(gòu)建應(yīng)該視目標(biāo)作物而定，不同作物對(duì)土體質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、層級(jí)都有其特定要求。尊重植物生長(zhǎng)規(guī)律，并充分利用這種規(guī)律，再構(gòu)建適宜的剖面層級(jí)結(jié)構(gòu)，才能真正實(shí)現(xiàn)土體有機(jī)重構(gòu)的科學(xué)合理，實(shí)現(xiàn)土地的良性利用。