重慶市建設(shè)占用耕地耕作層土壤剝離及再利用技術(shù)體系研究

強(qiáng)丹陽 邵景安 陳娟 張威 牟耀杰

摘要：實(shí)施表土剝離再利用工程是解決減輕建設(shè)占用給耕地資源帶來壓力問題的措施之一，而建立一個(gè)科學(xué)系統(tǒng)的工程技術(shù)體系又是工程實(shí)施的重要前提。本文結(jié)合重慶市涪陵區(qū)馬武至龍?zhí)兑患?jí)公路項(xiàng)目耕作層土壤剝離再利用工程，針對(duì)建設(shè)占用耕地耕作層土壤剝離及再利用工程技術(shù)體系的建立進(jìn)行了研究：在了解了國內(nèi)外表土剝離技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過收集相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查，描述了完整的技術(shù)流程。研究表明，表土剝離是一個(gè)整體工程，工程開展前，需設(shè)計(jì)科學(xué)的技術(shù)方案，才能確保工程效果，避免土壤資源的浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境的破壞。

關(guān)鍵詞：建設(shè)占用耕地；耕作層土壤剝離；技術(shù)流程；表土利用

Study on Cultivation layer soil stripping and Reuse Technology System of Cultivated land occupied by construction in Chongqing

Qiang Dan-yang， Shao Jing-an， Chen Juan， Zhang Wei， Mou Yao-jie

College of Geography and Tourism， Chongqing Normal University Key Laboratory of Land Surface Processes and Environmental Remote Sensing， Three Gorges Reservoir Area， Chongqing Normal University Shapingba District of Chongqing 400030

Abstract： the implementation of topsoil stripping and reuse project is one of the measures to reduce the pressure caused by construction occupation on cultivated land resources， and the establishment of a scientific and systematic engineering technology system is an important prerequisite for the implementation of the project. Combining with the chongqing fuling ma wu highway projects to longtan level magnetism of soil detachment reuse engineering， in view of the construction land to the magnetism of soil stripping and reuse are studied to establish the system of engineering and technology： in understanding the topsoil stripping technology research status at home and abroad， on the basis of through collecting relevant data and on-the-spot investigation， describes the complete technical process. The research shows that topsoil stripping is a whole project， and scientific technical scheme should be designed before the project to ensure the engineering effect and avoid the waste of soil resources and the destruction of ecological environment.

Key words： Cultivated land occupied by construction； Cultivation layer soil stripping； Technical process； Use of topsoil

耕地是農(nóng)民賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是其表土層，蘊(yùn)含著作物生長所需的有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)、微生物、生物種子等成分[1]。數(shù)據(jù)顯示，表土層由耕作層（15cm～20cm）和犁底層（6～10）組成，形成1cm厚的表土約需100年～400年，具有一定的不可再生性[2-5]。所以，農(nóng)用地表土層一旦受損，糧食生產(chǎn)就會(huì)受到威脅。近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的耕地資源被建設(shè)占用，耕地表土層遭到破壞，浪費(fèi)了土壤資源，建設(shè)占用與耕地保護(hù)之間的矛盾進(jìn)一步突出[7]。研究表明[2，8-11]，在如何減輕建設(shè)占用給耕地資源帶來的壓力，保證耕地占補(bǔ)動(dòng)態(tài)平衡這一問題上，國內(nèi)外均提倡開展耕作層土壤剝離再利用工程，即將建設(shè)用地或露天用地（包括臨時(shí)性或永久性用地）所占的適合耕種的表層土壤剝離出來，利用設(shè)備搬運(yùn)到一個(gè)固定的地點(diǎn)儲(chǔ)存和處理，然后將其用于土地整治、土地復(fù)墾、土壤改良或造地等項(xiàng)目中[12]。國外一些發(fā)達(dá)國家，較早開展了這項(xiàng)工作，主要發(fā)生在礦產(chǎn)開發(fā)和各類生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中，也見于土地改良和土壤污染治理等，并建立了相應(yīng)的機(jī)制與法律，這些國家的相關(guān)做法對(duì)我國的表土剝離再利用工作起到了重要的參考作用[13-15，11，9，3]。國內(nèi)大量學(xué)者從礦區(qū)復(fù)墾、土地整治、高速公路復(fù)墾及綠化、生態(tài)恢復(fù)南水北調(diào)工程以及三峽工程的移土培肥工作等方面開展了耕作層剝離技術(shù)研究。但目前的研究較為零散，尚未形成一套標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方案[1，13]。研究借鑒國內(nèi)外表土剝離再利用的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合涪陵區(qū)馬武至龍?zhí)兑患?jí)公路項(xiàng)目耕作層土壤剝離再利用試點(diǎn)工程實(shí)例，運(yùn)用實(shí)地調(diào)查等方法，對(duì)工程施工條件進(jìn)行分析，探索建立了一套涵蓋表土剝離、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、再利用等全過程的工作機(jī)制。

1.材料與方法

1.1研究區(qū)概況

耕作層土壤剝離工程在涪陵區(qū)馬武至龍?zhí)兑患?jí)公路項(xiàng)目龍?zhí)抖喂氛€區(qū)域開展，總占地15.94hm2。項(xiàng)目區(qū)屬渝中平行嶺谷低山丘陵區(qū)，總體地勢(shì)兩邊高中部低，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)水田多分布在沖田區(qū)域，地形坡度處于0°～6°之間；旱地分布于山坡上，地形坡度10°左右。土層厚度水田0.6m～1m，旱地、園地0.4m～0.6m，林地0.2m～0.4m；耕地質(zhì)量等別較好，土壤優(yōu)質(zhì)，較適宜進(jìn)行耕作層土壤剝離。項(xiàng)目區(qū)位置如圖1。

1.2數(shù)據(jù)來源及處理

1∶2000地形圖、1∶2000影像圖、馬龍路規(guī)劃圖（CAD）等圖件資料和《涪陵區(qū)2014年度耕地質(zhì)量等別評(píng)定成果》等文本資料均來源于涪陵區(qū)國土局；樣區(qū)的DEM圖是根據(jù)1∶2000地形圖制作完成；方案設(shè)計(jì)圖是根據(jù)1∶2000影像圖和馬龍路規(guī)劃圖制作完成。圖形數(shù)據(jù)主要使用ArcGIS10.2與AutoCAD軟件完成，因全要素地形圖及實(shí)地踏勘補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)都是.dwg格式，需先在CAD里處理，再將.dwg格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為.shp格式，然后以涪陵區(qū)最新的1∶2000影像圖為底圖，勾繪出紅線范圍內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀形成圖層，再與馬龍路規(guī)劃圖進(jìn)行疊加，描繪出選取的施工區(qū)域和運(yùn)輸路線（圖2）。樣區(qū)土地土壤相關(guān)數(shù)據(jù)是采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘和參與式農(nóng)村訪談（PRA）法所得。

2.耕作層土壤剝離再利用工程方案設(shè)計(jì)

2.1土壤剝離區(qū)選擇

（1）剝離區(qū)選擇原則。每個(gè)耕地地塊在坡度、地類、面積、土層厚度等方面都存在著一定差異，因此不能盲目進(jìn)行土壤剝離，需依據(jù)一定原則，選擇適合進(jìn)行土壤剝離的地塊組成剝離區(qū)：①附近有銜接項(xiàng)目。剝離土壤存放時(shí)間過長理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，不利于植物生長，因此剝離區(qū)應(yīng)選擇在附近有土地復(fù)墾、土地整治等銜接項(xiàng)目的地方，以便剝離下來的土壤及時(shí)得到利用。②地塊土壤條件良好。剝離地塊其耕作層厚度不應(yīng)小于20cm，土壤肥力水平不能低于周圍耕地，且未遭污染和破壞。③地塊集中。考慮到工程成本和剝離難度，應(yīng)選擇相對(duì)成片的地塊，地塊單片面積不應(yīng)小于5畝，由于國家退耕還林的臨界點(diǎn)為25°，因此地塊地形坡度應(yīng)在25°以下[17]，地塊間相對(duì)高差在20m內(nèi)[13]。④有道路連接。耕地有公路或生產(chǎn)便道連接，方便機(jī)械設(shè)備作業(yè)。⑤地塊權(quán)屬清晰。為避免用地糾紛，所選地塊權(quán)屬要清晰，且農(nóng)民同意剝離。

（2）剝離區(qū)選擇方法及結(jié)果。對(duì)處理過的圖像進(jìn)行判讀和選擇，選取距離龍?zhí)抖喂方ㄔO(shè)項(xiàng)目區(qū)直線距離2km以內(nèi)的耕地片塊作為剝離區(qū)初選片塊；將初選片塊與最新的遙感影像圖進(jìn)行疊加，判斷其是否已進(jìn)行開發(fā)建設(shè)；對(duì)未進(jìn)行開發(fā)的耕地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，將最大程度上能達(dá)到上述原則的地塊作為剝離區(qū)備選片塊，將剝離區(qū)備選片塊套合至耕地質(zhì)量等別圖上，確定備選地塊的耕地質(zhì)量等別；最后，征求國土局、建設(shè)方、村社等各方意見，確定剝離區(qū)位置及范圍。

剝離區(qū)位于萬壽村萬壽橋東側(cè)正線占地區(qū)，共確定了四個(gè)剝離片區(qū)，總占地7.2932hm2（圖2），片塊緊鄰利于施工。該區(qū)域?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)耕區(qū)，地塊地形坡度小于25°，內(nèi)部相對(duì)高差均在2m以內(nèi)，地塊連片集中度高，權(quán)屬清晰，無污染；公路正線區(qū)域設(shè)有施工便道，便于剝離土壤運(yùn)輸。

2.2土壤剝離施工

剝離區(qū)地處丘陵區(qū)，有一定的地面起伏，且田塊周邊情況不同。因此，要選擇合適的剝離工藝進(jìn)行剝離，常采用的土壤剝離工藝主要有條帶土壤外移剝離法、梯田模式土壤剝離法、分層平移土壤剝離法等[18-20]（表2）。結(jié)合實(shí)際情況采用條帶土壤外移剝離法，即將剝離表土劃分成條帶，然后自東向西由內(nèi)層至外層推進(jìn)剝離，每個(gè)條帶的寬度都應(yīng)是剝離設(shè)備寬度的整數(shù)倍數(shù)[21]。

常見的土壤剝離機(jī)械有推土機(jī)、挖掘機(jī)、拖式鏟運(yùn)機(jī)等[16，18]（表3）。結(jié)合剝離區(qū)實(shí)際情況采用推土機(jī)和挖掘機(jī)聯(lián)合作業(yè)的方式。地形坡度相對(duì)平緩且集中連片度較高的剝離地塊以推土機(jī)作業(yè)為主，地形坡度相對(duì)較高且相對(duì)分布零散的坡耕地地塊采用挖掘機(jī)作業(yè)；部分機(jī)械施工不能覆蓋的區(qū)域采用人工配合作業(yè)。

2.3剝離土壤存儲(chǔ)

（1）存儲(chǔ)區(qū)選擇方法及結(jié)果。在不能同步將剝離土回覆利用的情況下需要選擇合適的區(qū)域用于堆放剝離土壤；結(jié)合馬龍路最新的遙感影像圖，選取距離剝離區(qū)1km以內(nèi)，未進(jìn)行開發(fā)建設(shè)且配套交通道路的區(qū)域作為初選片塊，結(jié)合地形圖與土地利用現(xiàn)狀圖，在初選片塊中選擇地形平坦、面積適中的耕地或工礦用地作為備選片塊，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)地踏勘，具體指標(biāo)參考表4[12]。

剝離表土存儲(chǔ)區(qū)選擇在萬壽村二社，位于剝離區(qū)東北方向，總占地面積1.0953hm2，屬一般農(nóng)田區(qū)，地勢(shì)較周圍低，地形平坦，不會(huì)發(fā)生水土流失現(xiàn)象，附近有溝渠，不會(huì)產(chǎn)生積水，無地質(zhì)災(zāi)害，附近50m內(nèi)無居民點(diǎn)，且不存在明顯污染源，緊鄰農(nóng)村道路，利于存儲(chǔ)土壤運(yùn)出，臨時(shí)用地手續(xù)完善，不會(huì)產(chǎn)生用地糾紛。通常土方堆放高度為5m，最高不超過10m，土堆的外部傾角應(yīng)小于45°[22，17]，根據(jù)剝離土壤土方量為1.59×104m3，堆放高度按5m計(jì)算，該區(qū)域預(yù)計(jì)可容納土方約5×104m3，面積規(guī)模滿足剝離土方堆放需求。因此，較適合作為剝離土壤存儲(chǔ)區(qū)（圖3）。

（2）剝離土壤存儲(chǔ)方法。雨水侵蝕和自然沉降作用會(huì)使得長期存儲(chǔ)的耕作土壤養(yǎng)分流失、土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不利于表土回填后恢復(fù)肥力。因此，需根據(jù)實(shí)際情況確定表土存儲(chǔ)及管護(hù)方式：存儲(chǔ)土壤時(shí)應(yīng)壓實(shí)土堆，并用編織袋裝土圍繞土堆坡腳搭砌約1m高的臨時(shí)擋墻，因涪陵區(qū)年降水量較大，還需在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)布設(shè)臨時(shí)排水設(shè)施，新修200×0.6×0.6排水溝一條，與附近溝渠相連以排泄雨水；在清理施工過程中的遺留垃圾時(shí)，要遠(yuǎn)離土堆防止土堆被污染。此外，根據(jù)澳大利亞土壤服務(wù)公司的研究，堆放時(shí)間超過6個(gè)月的土壤，不利于植物種子的生長和微生物活動(dòng)，回覆到覆土區(qū)上時(shí)已失去原有的價(jià)值[17]，因此需注意土壤存放時(shí)間不宜過長。

2.4剝離土壤回覆

（1）覆土區(qū)選擇原則。①保證剝離土壤利用程度最大化。為避免浪費(fèi)寶貴的土壤資源，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行的條件下，應(yīng)把剝離的土壤全都利用起來。②所選區(qū)域外部條件有利于土壤回覆。覆土區(qū)域應(yīng)是地塊連片集中度較高，地形坡度小于15°，臺(tái)面坡度小于10°[17]，遠(yuǎn)離污染區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)、動(dòng)植物保護(hù)區(qū)等的特殊區(qū)域，且有道路連接，配套有溝渠等基礎(chǔ)設(shè)施。

（2）覆土區(qū)選擇方法及結(jié)果。結(jié)合研究區(qū)土地整治項(xiàng)目規(guī)劃圖與土地利用現(xiàn)狀圖，對(duì)土地開發(fā)整理項(xiàng)目區(qū)的地形坡度、用地類型、土層厚度及其他農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)條件、耕地耕作限制性因素等基本條件展開調(diào)查；根據(jù)調(diào)查所獲取的數(shù)據(jù)資料，選取坡度小于25°，相對(duì)高差小于20m，土層厚度小于30cm，運(yùn)輸條件較好的耕地、園地或草地等區(qū)域作為覆土備選區(qū)，可優(yōu)先選擇規(guī)劃格條田整治和坡改梯項(xiàng)目；最后，就覆土備選區(qū)域與國土局耕?？?、建設(shè)方、施工方、村社等進(jìn)行溝通，選擇各方愿意的地塊，確定為覆土區(qū)。

確定的4片覆土片區(qū)（圖4）位于萬壽村和金龍村的土地平整區(qū)及荒草地開發(fā)區(qū)，總面積為4.37hm2，覆土一區(qū)、三區(qū)、四區(qū)為土地平整區(qū)，主要進(jìn)行緩坡整治和田塊歸并，覆土二區(qū)為荒草地開發(fā)區(qū)，這四部分區(qū)域地形坡度相對(duì)較小，土地總體較為平整，土壤土質(zhì)一般，土層平均厚度小于30cm，區(qū)域內(nèi)有溝渠和道路連接，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)條件相對(duì)完善，耕地耕作限制性因素較少，覆土價(jià)值較高。

（3）覆土區(qū)需土量測(cè)算。覆土區(qū)所需土方量要在滿足提高覆土區(qū)生產(chǎn)能力的前提下保持適宜厚度，覆土厚度依不同地區(qū)及土地利用方向等因素確定，一般情況下南方紅壤丘陵區(qū)農(nóng)地覆土厚度為30cm～60cm[23]。根據(jù)土壤調(diào)查工作確定的各覆土片區(qū)現(xiàn)狀土層平均厚度和需要達(dá)到的目標(biāo)土層厚度，計(jì)算出具體覆土厚度。覆土區(qū)土壤需求總量為選定覆土地塊的覆土量之和，計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，覆土區(qū)土壤需求量共計(jì)1.49×10⁴m3（表5）。

2.5剝離土壤運(yùn)輸

表土運(yùn)輸既包括將耕作層土壤從剝離區(qū)直接運(yùn)送至覆土區(qū)或存儲(chǔ)區(qū)，也包括從存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)送至覆土區(qū)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)運(yùn)輸方案時(shí)應(yīng)遵從線路最優(yōu)，路面寬度適宜表土運(yùn)輸車輛通行的原則，由于剝離區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)相鄰，因此表土可直接利用施工便道沿線路S1自西向東運(yùn)送至存儲(chǔ)區(qū)，覆土區(qū)與存儲(chǔ)區(qū)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，但四片覆土區(qū)域均有農(nóng)村道路連接或相鄰，路面寬度能夠滿足常用公路運(yùn)輸設(shè)備，可沿線路S2運(yùn)輸至覆土一區(qū)，運(yùn)距930m；沿線路S3運(yùn)輸至覆土二區(qū)，運(yùn)距1820m；沿線路S4運(yùn)輸至覆土三區(qū)，運(yùn)距2890m；沿線路S5運(yùn)輸至覆土四區(qū)，運(yùn)距2960m（圖2）。研究表明，耕作層土壤剝離再利用的成本與運(yùn)距大小關(guān)系密切，在一定運(yùn)距范圍內(nèi)（一般為3km以內(nèi)），耕作層剝離費(fèi)用與耕地開墾費(fèi)比較，約占耕地開墾費(fèi)的1/3，而超出3km運(yùn)距，剝離費(fèi)就會(huì)增加更快[6]。運(yùn)輸線路S1-S5的運(yùn)距均不超過3km，因此是較為理想的運(yùn)輸路線。

運(yùn)土設(shè)備選擇自卸汽車，運(yùn)輸時(shí)需注意將同一剝離單元的土壤裝入同一輛運(yùn)輸車輛，避免將不同質(zhì)地的土壤混裝；運(yùn)輸過程中避免過度軋壓土壤，以免破壞土壤特性；運(yùn)輸途中可采取塑料薄膜覆蓋等保護(hù)措施，以免土壤散落在運(yùn)輸過程中造成浪費(fèi)和污染[18，22]。

3.結(jié)論

研究表明，表土剝離技術(shù)不是單獨(dú)的環(huán)節(jié)，而是涉及取土地點(diǎn)、存土地點(diǎn)、利用地點(diǎn)的選擇，表土的剝離、管護(hù)、運(yùn)輸、回覆等等一個(gè)連續(xù)的過程。因此，在對(duì)耕作層土壤剝離及再利用工程技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，要注重對(duì)工程技術(shù)體系的構(gòu)建，統(tǒng)籌安排工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，盡量做到“剝土—運(yùn)土—覆土”同步實(shí)施，用科學(xué)的方式進(jìn)行表土剝離再利用工作，以達(dá)到良好的工程效果。此外，在剝離區(qū)土壤供給量大于覆土區(qū)土壤需求量時(shí)，還應(yīng)將剝離土壤利用方式多元化，不僅限于覆土到土地上，可以將其商品化，出售于有需求的單位或市場(chǎng)，如園林園藝公司、綠化公司、種植基地等，用于林苗花卉、菌種蔬菜等的培植，真正做到使剝離土壤“物盡其用”。

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