長(zhǎng)江流域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中表土的剝離、防護(hù)及利用

馬 力，張雪楊，常志兵，葉 歡，薛 鵬

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，北京 100038)

目前，在長(zhǎng)江流域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制過(guò)程中，缺乏針對(duì)表土資源保護(hù)的一整套參照保護(hù)措施，其中多種工藝的重要參數(shù)，如某種土壤(如紅壤、黃壤、黃棕壤等)的建議剝離厚度缺少統(tǒng)一的參考值。我們總結(jié)長(zhǎng)江流域的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)，歸納出了一套相對(duì)完整的針對(duì)長(zhǎng)江流域的表土資源剝離、防護(hù)及利用措施，可為同行提供參考。

1 長(zhǎng)江流域土壤類型和剖面層次特點(diǎn)

1.1 長(zhǎng)江流域土壤類型

長(zhǎng)江流域土壤主要涉及7個(gè)土綱12個(gè)亞綱23個(gè)土類72個(gè)亞類，常見(jiàn)的8個(gè)亞類分別為棕壤、褐土、黃棕壤、黃壤、紅壤、紫色土、石灰(巖)土和水稻土[1-3]。

根據(jù)是否經(jīng)過(guò)人為的耕作活動(dòng)進(jìn)行分類，土壤可被分為未經(jīng)人類開墾利用的自然土壤和經(jīng)過(guò)人為耕作活動(dòng)的耕作土壤。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)，耕作土壤被分為水澆地、園地、旱地和水田4個(gè)地塊類型，自然土壤包含草地和林地2個(gè)地塊類型[4]。

1.2 長(zhǎng)江流域土壤剖面層次劃分

1967年國(guó)際土壤學(xué)會(huì)對(duì)常見(jiàn)的土壤層次劃分結(jié)論如下[2-3]：

(1)學(xué)界普遍把自然土壤剖面劃分為O層(有機(jī)層/枯枝落葉層)、A層(腐殖質(zhì)層)、E層(淋溶層/灰化漂白層)、B層(淀積層)、C層(母質(zhì)層)和R層(基巖)等6個(gè)主要土層。在自然土壤中，有機(jī)質(zhì)含量較高、值得剝離的表層土壤主要分布在有機(jī)層和腐殖質(zhì)層。

(2)學(xué)界普遍把耕作土壤劃分為耕作層、犁底層、生土層和底土層等4個(gè)主要土層。在耕作土壤中，有機(jī)質(zhì)含量較高、值得剝離的表層土壤主要分布在耕作層和犁底層。

(3)在生產(chǎn)實(shí)際中，耕作土壤中的旱地土壤和水田土壤最為常見(jiàn)，有待重點(diǎn)關(guān)注和研究。

(4)旱地土壤的剖面被劃分為旱耕層、亞耕層(或犁底層)、心土層和底土層等4個(gè)層次。有機(jī)質(zhì)含量較高、值得剝離的表層土壤主要分布在旱耕層和亞耕層。

(5)在生產(chǎn)實(shí)際中，水田土壤主要為水稻土，發(fā)育完全水稻土的剖面被劃分為淹育層[包含耕作層(Aa層)和犁底層(Ap層)]、滲育層(P層)、潴育層(W層)、脫潛層(Gw層)、潛育層(G層)和母質(zhì)層(C層)。有機(jī)質(zhì)含量較高、值得剝離的表層土壤主要分布在淹育層。

(6)部分土類沒(méi)有O層或O層很薄或擁有特殊的表層，例如多種草甸土、草原土表層存在草根層(As層)，泥炭土和沼澤土表層存在泥炭層(H層)。

2 表土資源保護(hù)的必要性及基本流程

2.1 表土剝離及其后期利用的必要性

表土又稱耕作層土壤。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目大量擾動(dòng)地表、開挖土方等行為往往造成嚴(yán)重的表土流失。1949—2009年，我國(guó)自然災(zāi)害和生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)共損毀土地790多萬(wàn)hm2，其中自然災(zāi)害損毀約130萬(wàn)hm2，生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)損毀約660萬(wàn)hm2 [5]。因此，在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目開工之前，對(duì)工程占地范圍內(nèi)的耕作層土壤剝離，并在工程后期用于土地復(fù)墾或植被恢復(fù)，是保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地和植被資源、減少水土流失的重要措施。

2.2 表土剝離及基本流程[6]

2.2.1 勘察規(guī)劃

適時(shí)地勘察表層土壤的質(zhì)量和數(shù)量，評(píng)估工作應(yīng)由農(nóng)業(yè)或土壤專家完成。

2.2.2 表土確定

在表土剝離前，須明確表土剝離利用的范圍，且要標(biāo)明表土上的作物類型，并將這些內(nèi)容在建設(shè)規(guī)劃中注明。

2.2.3 表土剝離

在挖掘機(jī)進(jìn)場(chǎng)工作之前，在農(nóng)業(yè)或土壤專家的指導(dǎo)下，按照法律要求和工程合同的規(guī)定，盡量以科學(xué)的方法剝離足夠的表土，并盡量減少對(duì)表土的損壞。

2.2.4 表土存放(堆存)

規(guī)劃的表土存放處需要滿足無(wú)排水障礙、不會(huì)損害當(dāng)?shù)丨h(huán)境且符合水土保持法等相關(guān)法律法規(guī)的要求。表土須與底土和其他建筑材料分開存放，且受污染的表土須做凈化處理以達(dá)到環(huán)保要求，表土存放后須清除其中的雜物。

3 表土剝離

3.1 表土剝離范圍

主要的剝離對(duì)象是占地范圍內(nèi)原占地類型為耕地、林地和草地的表土。對(duì)于臨時(shí)用地的表土優(yōu)先考慮采取原地保護(hù)措施，即：對(duì)地表進(jìn)行苫蓋，不對(duì)其進(jìn)行表土剝離，待施工結(jié)束后，對(duì)壓實(shí)土壤進(jìn)行耕翻，恢復(fù)原有土地利用類型，切實(shí)保護(hù)表土資源[7]。

3.2 表土剝離工藝

3.2.1 人工開挖

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是適用于各種工程情況，無(wú)需大型機(jī)械設(shè)備，但缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢，不適合大型工程。

3.2.2 條帶復(fù)墾表土外移剝離法剝離表土

歐美各國(guó)在露天采礦及復(fù)墾過(guò)程中，常用條帶復(fù)墾表土外移剝離法剝離表土。其主要思路是：根據(jù)拖式鏟運(yùn)機(jī)(或其他施工機(jī)械)寬度，由外到里(塌陷中心)預(yù)算出每一拖式鏟運(yùn)機(jī)(或其他施工機(jī)械)寬度范圍內(nèi)的土方量，然后將工程區(qū)劃分成不同的條帶和取土區(qū)，每一條帶大致為拖式鏟運(yùn)機(jī)(或其他施工機(jī)械)寬度的倍數(shù)，最后由外向內(nèi)層層剝離[8]。該工藝主要適用于地下潛水位較高、需要“挖深墊淺”的工程區(qū)。

3.2.3 梯田保留表土模式中的表土剝離

在坡耕地治理中，施工方修筑梯田時(shí)需要保留表土。根據(jù)田面的寬度(<10 m、10～15 m、20～30 m)，分別推薦采用表土逐臺(tái)下移法、表土中間堆置法和表土逐行置換法[9]進(jìn)行表土剝離。主要適用于地下潛水位較低、需要修筑梯田的工程區(qū)。

3.3 長(zhǎng)江流域水土流失特性簡(jiǎn)介

長(zhǎng)江流域涉及的水土流失類型區(qū)為西南土石山區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)及青藏高原凍融侵蝕區(qū)，其相關(guān)的水土流失特性見(jiàn)表1[10]。

表1 長(zhǎng)江流域的水土流失類型區(qū)特性

3.4 長(zhǎng)江流域表土剝離深度

長(zhǎng)江流域不同類型土壤的表土厚度及部分與水土流失相關(guān)的特性詳見(jiàn)表2[2-3]。

自然土壤的占地類型包括草地和林地，可以剝離表土的土層主要為有機(jī)層(O層)和腐殖質(zhì)層(A層)；耕作土壤的占地類型包括旱地、水田、水澆地及園地，可以剝離表土的土層主要為耕作層和犁底層[4]。

表2 長(zhǎng)江流域不同類型土壤的主要水土流失特性

續(xù)表2

根據(jù)工程實(shí)際，如果在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，某些土類的有機(jī)質(zhì)含量顯著地偏離其常見(jiàn)水平(包括顯著地高于或低于常見(jiàn)水平)，建議通過(guò)實(shí)地取樣及室內(nèi)土化實(shí)驗(yàn)，獲取土壤有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)，了解土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)的分布情況，按照土壤有機(jī)質(zhì)含量≥10 g/kg的標(biāo)準(zhǔn)劃定表土剝離的深度[2-3]。

4 表土的臨時(shí)堆放與防護(hù)

4.1 表土堆放原則

4.1.1 分層堆放

表土剝離后，各層土壤需分層堆放，避免熟土和半熟土混在一起。

4.1.2 存放限高

為避免土壤因自重而被過(guò)分壓實(shí)，保證土壤具有良好的通氣情況，使土壤內(nèi)的微生物得以存活，表土的堆高一般不超過(guò)5 m。

4.1.3 存放位置

在不影響主體工程建設(shè)的情況下，剝離表土存放的位置應(yīng)優(yōu)先選擇在項(xiàng)目占地的內(nèi)部預(yù)留場(chǎng)地或在建設(shè)期間暫不擾動(dòng)、極少擾動(dòng)的小塊空地。

4.2 表土堆放工藝

根據(jù)項(xiàng)目用地所處區(qū)域的地形地貌特點(diǎn)，堆土方式可分為5類：①山坳堆土；②溝道堆土；③坡面堆土；④平地堆土；⑤填洼(塘)堆土。通常，應(yīng)優(yōu)選填洼(塘)堆土法，其次為平地堆放法，再次為山坳地堆放法，最后為坡面堆放法。溝道堆土由于涉及溝道排水而不被推薦。

4.3 表土的防護(hù)措施類型

表土堆放期內(nèi)，雨水侵蝕和自然沉降會(huì)導(dǎo)致松散的表土養(yǎng)分流失和土壤結(jié)構(gòu)變化，取土環(huán)節(jié)一定程度上破壞了土體的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)采取攔擋、排水、沉沙及覆蓋等措施對(duì)土堆進(jìn)行防護(hù)。堆土區(qū)防護(hù)一般均為臨時(shí)性防護(hù)。

4.3.1 攔 擋

常見(jiàn)的臨時(shí)攔擋措施有袋裝土擋墻、土埂、干砌石擋墻等，坡面堆土應(yīng)在邊坡下側(cè)布設(shè)，平地堆土宜在堆土區(qū)周邊布設(shè)。對(duì)可能發(fā)生滑坡的土體，應(yīng)在土體中下部建造抗滑樁，在滑坡前緣加設(shè)防護(hù)帶。通過(guò)以上工程措施，可基本避免因生產(chǎn)建設(shè)而產(chǎn)生的水土流失。

4.3.2 排 水

在堆土區(qū)周邊應(yīng)布置排水溝、暗涵、抽排水管等臨時(shí)排水設(shè)施，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)集水面積、徑流系數(shù)、氣象等情況分析確定。

4.3.3 沉 沙

排水溝末布設(shè)沉沙池，其容量根據(jù)降雨時(shí)的泥沙、徑流量等資料計(jì)算。

4.3.4 覆 蓋

對(duì)堆放時(shí)間較短的表土，采用土工布、防雨布、防塵網(wǎng)等覆蓋；風(fēng)沙區(qū)部分場(chǎng)地，可采用草、樹枝或礫石等臨時(shí)覆蓋；對(duì)堆放時(shí)間超過(guò)一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)種草或鋪設(shè)草皮，以便在減弱水土流失的同時(shí)，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力。

5 表土利用

5.1 表土利用方向

剝離的表土可用于土壤改良、污染治理、植被恢復(fù)等方向。剝離于原占地類型為耕地的表土，一般用于異地造田；剝離于原占地類型為林地和草地的表土，一般可收集自用，用于后期綠化或植被恢復(fù)覆土。

5.2 表土利用工藝

表土利用的施工主要涉及土地平整和覆土。土地平整常用的方法有倒行子法、抽槽法和全鏟法3種，詳見(jiàn)表3[11]。覆土方式主要有平面均勻覆土、圓形點(diǎn)狀覆土、坑狀覆土、帶(條)狀覆土4種，詳見(jiàn)表4[12-13]。需要注意的是，表土剝離會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞和養(yǎng)分損失，覆土?xí)r應(yīng)根據(jù)土壤狀況、環(huán)境條件等選擇合適的綠肥和有機(jī)肥實(shí)現(xiàn)土壤重構(gòu)，盡快恢復(fù)地力。

5.3 覆土厚度

長(zhǎng)江流域涉及的水土流失類型區(qū)為西南土石山區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)及青藏高原凍融侵蝕區(qū)，其回覆表土厚度的參考值見(jiàn)表5[14-15]。

表3 不同土地平整方式對(duì)比

表4 不同覆土方式對(duì)比

表5 長(zhǎng)江流域不同水土流失類型區(qū)回覆表土厚度參考值 cm