水電站建設區(qū)表土資源評價與利用探析

李紅星，李 婧，岳增璧，馬紅麗

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065；2.鄂爾多斯市水利勘測設計院，內蒙古 鄂爾多斯 017200)

0 前 言

表土剝離作為有效的表土資源保護方法，是通過對施工擾動范圍內表土進行剝離集中堆存，采取臨時攔擋、苫蓋、排水等防護措施，在施工擾動結束后將剝離的表土應用于復耕、跡地恢復等區(qū)域的土地整治工作[1-2]。水電建設項目工程施工具有建設范圍大、擾動面積廣、土石方量大、施工工期長等特點，對原地表形成占壓，極易損毀表土資源。在工程建設落實水土保持“三同時”制度進行跡地恢復時，表土資源的缺乏將成為工程區(qū)生態(tài)環(huán)境重建的限制因素。同時隨著海拔的升高，青藏高原地區(qū)的土壤表現(xiàn)出不同于低海拔地區(qū)土壤的厚度不大、層次簡單、含礫石等特點，造成該區(qū)域的表土資源量少，導致該區(qū)域建設水電項目表土資源缺乏問題尤為突出。因此，表土剝離保護措施對青藏高原地區(qū)建設工程生態(tài)環(huán)境恢復的作用尤為重要[3-4]。本文即針對青藏高原地區(qū)水電建設項目，通過實地調查取樣，分析建設區(qū)表土資源數(shù)量，測定表層土壤的理化性質，結合相關規(guī)范標準，對建設區(qū)表土數(shù)量、質量及其養(yǎng)分含量進行評價，為確保項目區(qū)表土資源得到有效的保護和利用提供技術支持，為施工擾動跡地植被恢復奠定基礎，最大限度地減少工程建設對項目區(qū)生態(tài)環(huán)境造成的影響。

1 項目區(qū)概況

項目區(qū)河谷相對較窄，兩岸山體右高左低，右岸山體雄厚，自然坡度28°～47°，局部較陡。岸坡小沖溝較發(fā)育，但一般切割不深，較大沖溝切深26 m左右，該岸地形總體完整性較差。左岸為象鼻子山“鼻尖”端部，山體三面臨空，山頂呈渾園狀，山脊自高程2 660.00 m向北方向約12°緩坡抬高。鼻子山沿邊坡自然坡度29°～47°，下陡上緩，坡面凹凸起伏，地形完整性較差；沿河邊坡自然坡度40°～45°，坡面相對較完整。該段谷底寬155～210 m，壩軸線處寬180 m，橫河斷面左緩右陡。

項目區(qū)土壤分布主要受地勢和生物氣候影響較大，并隨垂直高度而變化。從高海拔到低海拔分別為：4 700.00 m以上至雪線為寒漠土，4 200.00～4 700.00 m為高山草甸土；3 900.00～4 200.00 m亞高山草甸土和棕色針葉林土成復區(qū)分布；3 600.00～4 000.00 m為暗棕壤；3 000.00 m以上至3 600.00 m局部相對較濕潤溝谷為棕壤；3 200.00 m 以下為褐土。土壤微量元素含量狀況具有氮、有機質、鉀含量較豐富，磷元素含量低的特點。區(qū)域內耕地耕種管理粗放，土壤土層薄，含礫石高，有機質、氮、鉀含量低，中低產地面積大，產量不穩(wěn)。

據統(tǒng)計，施工結束后項目區(qū)需覆土區(qū)域面積約5.43 hm2(81.45畝)，按恢復林草地30 cm覆土厚度計算，項目區(qū)跡地恢復覆土量約1.63萬m3。

2 表土資源評價與利用

2.1 表土資源數(shù)量

本項目施工擾動區(qū)域在海拔2 600.00 m以下，占地類型主要為耕地和林草地，土壤類型主要為褐土，是干暖河谷地帶的代表性土類。土壤多為棕褐色，輕壤，有較強的碳酸鹽反應和石灰淀積。土壤厚度較薄，一般在50～120 cm。為充分了解項目區(qū)表土厚度以及實際表土資源數(shù)量，對項目區(qū)周邊可利用的表土資源進行了現(xiàn)場調查。對項目區(qū)的耕地和林草地可剝離表土進行逐片區(qū)的取樣分析，共選取樣地8個。在每個樣地相對中心位置開挖取樣坑，量測表土層厚度；結合取樣坑開挖單位方量，人工撿集其中的礫石塊并稱重，計算取樣土壤含礫石量的質量百分數(shù)，以此推算表土資源層礫石含量，從而得到各樣地的表土資源數(shù)量。各取樣地土壤資源數(shù)量分析詳見表1。

表1 項目區(qū)表土資源數(shù)量表

從表1可以看出，5號樣地的表土層厚度為4 m，層厚最大，且土層不含礫石，有效的保障了工程的表土資源。除5號樣地外，其他樣地表土土層厚度均小于1 m，且表土層中礫石含量高，含礫石質量百分比從10%到30%不等；這些樣地表土層厚度小且含礫石高，造成這7塊樣地的表土資源量總計0.595萬m3，僅為5號樣地的25%?？梢钥闯?，項目區(qū)的表土資源主要集中在耕地，林草地表土分布總體較薄，且多為含礫石土層，但總數(shù)量滿足項目區(qū)跡地恢復覆土需求。

2.2 表土資源質量

本項目施工擾動區(qū)域土壤類型主要為褐土，土壤整體養(yǎng)分狀況不均一，含鉀豐富，缺乏磷素，氮素含量適中，土壤質地較差，土中含礫石量較大。為進一步了解項目區(qū)表土資源質量，根據TD/T 1036-2013《土地復墾質量控制標準》對項目區(qū)表土資源的各項指標進行測定，主要包括土壤基質機械組成、pH、有機質含量、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等。

2.2.1土壤顆粒分析

對每個樣地的表土層土壤取樣風干后，經過2.0 mm篩分后，用馬爾科夫激光粒度儀法對土樣進行顆粒級配分析。結合土壤粒徑分級標準(0～0.002 mm為黏粒，0.002～0.02 mm為粉粒，0.02～0.2 mm為細砂粒，0.2～2 mm為粗砂粒)，項目區(qū)表層土壤主要為細砂粒和粉粒，所有樣地中細沙粒和粉粒的含量占比均達到70%以上；相對而言，細砂粒占比更大，表土資源顆粒粒徑分布見圖1。砂粒顆粒較分散，持水性差，土壤排水和通氣良好，但易干旱；粉粒往往帶有粘粒膜，具有一定的可塑性、粘結性和吸附性，但遠不如粘粒大，粉粒也會引起土壤表面緊實和結殼?？傮w分析，該區(qū)域土壤顆粒較粗，透氣性好，透水性好，持水性差。

圖1 項目區(qū)表土資源顆粒粒徑分布圖

2.2.2土壤養(yǎng)分分析

通過對各樣地所采土樣養(yǎng)分狀況分析，1號至8號樣地pH值介于7.87～8.43之間，土壤整體呈弱堿性，其中表土層最厚的5號樣地pH值為8.33。根據TD/T 1036-2013《土地復墾質量控制標準》，青藏高原區(qū)土壤質量控制標準恢復為林草地pH值應在6.0～8.5之間，項目區(qū)的土壤pH值均在土壤質量控制標準的范圍內，滿足規(guī)范要求。

土壤有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法測定，全氮采用定氮儀法測定，全磷采用分光光度法測定，全鉀采用原子吸收分光光度法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用碳酸氫鈉法測定，速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計法測定。測定結果參考第二次全國土壤普查養(yǎng)分分級標準對土壤養(yǎng)分進行分級評價。養(yǎng)分分級見表2。

可以看出，項目區(qū)各樣地土壤養(yǎng)分檢測指標中全氮和堿解氮大部分樣地達到了養(yǎng)分三級指標，說明土壤中的養(yǎng)分氮能夠較好的提供給植被吸收利用，但養(yǎng)分含量適中，土壤中還需補充一定的氮素，以促進植被先期恢復的有效性。土壤中的全磷含量較低，僅為土壤養(yǎng)分六級標準，造成可轉化的速效磷數(shù)量也有限，在一定程度上會影響植被的生長。為了確保植被恢復生長，需增施一定的磷肥，補充土壤中的磷素。全鉀達到了養(yǎng)分一級指標值，速效鉀僅有3個樣地達到了養(yǎng)分六級指標值，說明土壤中鉀的貯藏量豐富，但被植被直接吸收利用的速效鉀含量較低，土壤中仍需增施一定量的鉀肥，確保植被生長的需要量。

有機質含量僅有2個樣地達到了養(yǎng)分五級指標值，說明土壤有機質含量較低，土壤肥力較差。土壤有機質作為植物營養(yǎng)的主要來源之一，能促進植物的生長發(fā)育，改善土壤的物理性質，促進微生物和土壤生物的活動，促進土壤中營養(yǎng)元素的分解，提高土壤的保肥性和緩沖性的作用。有研究表明，土壤有機質與氮磷鉀具有正相關性，土壤有機質可以幫助全量態(tài)養(yǎng)分向可利用態(tài)養(yǎng)分轉化，促進養(yǎng)分的利用效率[6]。

2.3 表土資源評價

項目區(qū)用地的恢復目標主要為林地和草地，根據TD/T 1036-2013《土地復墾質量控制標準》，林地和草地土壤質量控制目標主要為有效土層厚度、土壤容重、土壤質地、礫石含量、pH值、有機質，土地復墾質量控制標準見表3。

表3 青藏高原區(qū)土地復墾質量控制標準表(林草地)

圖2 項目區(qū)表土資源養(yǎng)分含量分級圖

通過上文分析，項目區(qū)總體土層厚度均超過30 cm，滿足有效土層厚度的標準；礫石含量未超過30%，滿足礫石含量控制標準的要求；pH值位于7.87～8.43之間，滿足pH值控制標準的要求；有機質含量均大于1%，滿足有機質含量的控制標準。土壤質地以砂土為主，基本滿足土壤質地的控制標準?？傮w來看，項目區(qū)表土資源的土壤質量基本符合青藏高原區(qū)土地復墾林草地質量控制標準。

2.4 表土資源保護與利用

通過對項目區(qū)樣地表土資源的分析評價，可以看出所選樣地的表土數(shù)量及其質量基本符合項目建設占地后期覆土的需要。在樣地擾動前需要將地表的表土資源剝離并收集臨時堆存，研究表明，為避免土壤因自重而被過分壓實．保證土壤具有良好的通氣情況，使土壤內的微生物得以存活，堆存高度一般不超過5 m[7]。在建設用地使用完畢需要進行跡地恢復時，將收集的表土資源回覆到整理好的地塊上，按灌木林地控制覆土厚度，應大于等于30 cm。待表土回覆到地塊上后，考慮到土壤養(yǎng)分氮、磷、鉀及有機質含量等指標對土壤生產力起著重要作用，為確保項目區(qū)用地林草植被的有效恢復，可對土壤養(yǎng)分及有機質含量進行一定的補充，提高土壤肥力，恢復土地生產功能；對表土資源的改良主要采取增施土壤改良劑以增加土壤微生物活性，增施有機肥以增加有機質含量，增施氮磷鉀肥以提高土壤養(yǎng)分。

3 結論與建議

為了理清建設項目區(qū)表土資源數(shù)量，對項目區(qū)的耕地和林草地表層土壤進行了現(xiàn)場量測調查。結果表明，項目區(qū)的表土資源主要集中在耕地，雖林草地表土分布總體較薄，且多為含礫石土層，但表土資源數(shù)量基本滿足項目跡地恢復覆土的需求。

根據TD/T 1036-2013《土地復墾質量控制標準》，項目區(qū)表土資源有效土層厚度、土壤容重、土壤質地、礫石含量、pH值、有機質指標基本符合青藏高原區(qū)土地復墾林草地質量控制標準。

通過進一步測定項目區(qū)各樣地表土的養(yǎng)分含量，表明項目區(qū)表土全鉀含量豐富，全氮和堿解氮含量達到養(yǎng)分三級標準，速效磷和速效鉀含量較低，全磷含量較為匱乏。為確保項目區(qū)用地林草植被的有效恢復，需對回覆的表土采取增施土壤改良劑、肥料等措施，提高土壤肥力，恢復土地生產功能。