陜北某地區(qū)土壤狀況分析及整治措施探討

孫 莎，張亞波，曹曉暉，何 婧

(1.陜西省土地工程建設集團自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設集團陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075；3.陜西省土地工程建設集團自然資源部土地工程技術創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075；4.陜西地建土地工程質(zhì)量檢測有限責任公司，陜西 西安 710075)

1 引言

土壤是一種總量有限，且不可再生的自然資源，它在大氣循環(huán)、水循環(huán)、地質(zhì)循環(huán)、生物循環(huán)過程中扮演著至關重要的角色，直接或間接地影響著人類和動植物的生存環(huán)境和生命健康。近十幾年來，隨著工業(yè)化和城市建設進程的不斷推進，我國耕地減少面積的40%左右。耕地質(zhì)量和數(shù)量直接關系到我國糧食生產(chǎn)和糧食安全，耕地保護是關系我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的全局性戰(zhàn)略問題。因此"十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地"是必須長期堅持的一項基本國策。國家針對性地出臺了大量嚴格的耕地保護政策，不但包括高標農(nóng)田建設等耕地質(zhì)量提升項目，還包括對污損土地，未利用土地進行開發(fā)治理。陜北位于中國黃土高原中部，長期以來由于自然條件等因素，植被覆蓋率低，水土流失嚴重。為進一步了解陜北地區(qū)土壤狀況，本次實驗收集了陜北地區(qū)土壤樣本，對其進行理化性質(zhì)檢測，并且針對土壤狀況提出一些關于土壤整治的想法，以期為該地區(qū)土壤質(zhì)量提升提供參考。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

本次實驗共收集土壤樣本53份，所有土壤樣本均來自陜北某地區(qū)，其中采自風沙草灘區(qū)樣本21份，采自中部丘陵溝壑區(qū)樣本32份，實驗試劑均為分析純或優(yōu)級純。

2.2 實驗方法

將采集的新鮮土壤樣本送達實驗室后，立即進行晾曬，經(jīng)自然條件陰干后，除去石塊、雜草、植物根系，分別過2 mm、1 mm、0.149 mm 篩備用。對土壤樣本的常規(guī)理化性質(zhì)及重金屬含量進行測定。各指標檢測方法匯總見表1，每次測定重復3次，取平均值。

表1 各指標檢測方法匯總表

2.3 數(shù)據(jù)處理

本次實驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理。

3 土壤狀況分析

土壤樣本的質(zhì)地情況如圖1所示。土壤質(zhì)地以中壤土為主，粉壤土、砂壤土分別占比52.8%，39.6%，粉土、粉質(zhì)黏壤土、壤砂土、砂土占比均為1.8%。

圖1 土壤樣本質(zhì)地情況

土壤樣本的理化性質(zhì)及重金屬含量測定結果如表2所示。

表2 土壤樣本理化性質(zhì)及重金屬含量測定結果

土壤樣本的pH值均大于8.0，呈堿性。根據(jù)我國土壤酸堿度的等級劃分標準，pH值7.5～8.5為堿性土壤，pH值8.5～9.5為強堿性土壤，pH值大于9.5為堿性極強土壤?？紤]到土壤適應作物正常生長，土壤pH值應介于7.5～8.5之間。本次檢測的土壤樣本中僅有9份(16.9%)土壤樣本適宜種植，其余均為強堿性土壤。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準 GB 15618-2018》中規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風險篩選值，發(fā)現(xiàn)供試土壤的鉻、銅、鋅、砷、鎘、鉛含量均顯著低于風險篩選值，表明所檢土壤樣本不存在重金屬污染風險。

依據(jù)我國土壤養(yǎng)分分級標準[1]，對土壤樣本的養(yǎng)分指標(有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀)檢測結果進行分級，結果如圖2 所示。

圖2 土壤樣本養(yǎng)分指標分級情況

土壤全氮是土壤提供氮素能力的重要指標，也是衡量土壤耕作水平的關鍵因素，供試土壤樣本中97%的樣本全氮水平在六級，處于極低的水平。土壤有效磷和速效鉀表示植物在短期內(nèi)能夠直接利用的磷和鉀，是土壤肥力的重要指標，供試土壤樣本中有84%的樣本有效磷水平處在五級、六級水平，16%的樣本處在四級水平；速效鉀水平主要分布在三級(100～150 mg/kg，30%)和四級水平(50～100 mg/kg，70%)。土壤有機質(zhì)能夠分解土壤營養(yǎng)元素，為植物所用，是實現(xiàn)土壤和生態(tài)環(huán)境中物質(zhì)交換的重要環(huán)節(jié)，約79%的供試樣本中有機制含量處在五級、六級水平，個別樣本分布在三級(20～30 g/kg，5%)和四級(10～20 g/kg，14%)水平。

4 整治措施與探討

綜合分析本次供試土壤樣本的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，結果表明陜北該地區(qū)土壤存在鹽堿化程度高，養(yǎng)分貧瘠的問題。自然地理條件是造成該地區(qū)土壤鹽堿化和土壤養(yǎng)分空間差異的一個重要原因，本次土壤樣本采自陜北的風沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)。風沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)位于陜西東北部，地勢低于西北部，平均海拔在1000～1400 m之間，綜合坡度在5°～15°，海拔和坡度會直接影響土壤養(yǎng)分分布和可利用程度，因此與陜西南部等海拔較低的區(qū)域相比，陜西北部氣候寒冷，由于受風沙地貌、盆地地形以及干旱氣候條件的作用，使得該區(qū)域易受風蝕和旱災的危害，pH 值呈強堿性，蒸發(fā)量遠大于降水量，使得鹽分聚集現(xiàn)象嚴重，動植物和微生物的種類和數(shù)量較少，這些都會影響土壤中各種養(yǎng)分的累積、遷移、分解和轉(zhuǎn)化，會直接導致土壤養(yǎng)分較為貧瘠[2]。有學者通過研究地形與土壤養(yǎng)分之間的相關性，發(fā)現(xiàn)隨著坡度的不斷增大，土壤有效磷和有機質(zhì)含量遞減，坡度越大，土壤可利用程度降低，人工施肥困難，干預少，而且坡度大會影響地表徑流，導致水肥流失。土壤有機質(zhì)與海拔達到極顯著相關，海拔升高，有機質(zhì)含量增加，這是因為海拔高植被類型以林地為主，越有利于有機質(zhì)的積累[3]。除自然地理條件之外，還有一定的人為因素造成了風沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤養(yǎng)分貧瘠。陜北風沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)有著豐富的煤炭，石油，天然氣等自然資源儲備，是我國重要的能源開發(fā)基地[4]。能源開發(fā)及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進了經(jīng)濟的發(fā)展，但與此同時，密集且粗放的開采方式也給當?shù)乇旧泶嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力[5]。封建民[6]等人對陜北土地利用現(xiàn)狀進行分析發(fā)現(xiàn)：土地利用類型較為單一，土地利用整體功能較弱，工礦用地密集。趨利性能源開采會忽視開采過程中造成的環(huán)境問題，如過度開采，工業(yè)廢物排放污染等，還會惡化當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，弱化生態(tài)環(huán)境的自我修復能力，造成土地可利用程度越來越低，可修復難度越來越大。

因此，盡早開展對癥的土地整治工作，提升土壤質(zhì)量，不僅是順應時代生態(tài)保護的需要，也是響應我國耕地保護政策的要求。結合陜北風沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)自然地理條件和土壤狀況，提出以下可參考的整治措施。

4.1 鹽堿化治理措施

對于鹽堿化土地的整治思路分為兩步走，第一步是從源頭上控制鹽分，一方面是要借助水利工程，根據(jù)地形特點及地下水走向修建完善的排水灌溉設施；另一方面是要平整土地，覆沙蓋鹽，減少了水分蒸發(fā)，抑制地下水鹽向表層運移，實現(xiàn)土壤脫鹽排堿。第二步再輔以物理，化學和生物手段對土壤進行改良，可通過施用土壤調(diào)節(jié)劑并結合種植耐鹽堿的牧草和中藥材，綜合開發(fā)與利用鹽堿地資源，在提高經(jīng)濟效益的同時，增加土壤表層植被覆蓋，減緩地面徑流，既減少水分蒸發(fā)又降低地下水位，抑制耕層土壤鹽分累積[7]。

4.2 土壤養(yǎng)分低治理措施

陜北地區(qū)受自然地形條件影響，土壤沙化嚴重，隨之而來的是水土流失，保肥保水性差。因此，要從根本上解決養(yǎng)分低的問題，首先要控制水土流失。陜北地區(qū)存在一種砒砂巖，這種巖石外表堅硬如石，一旦遇水則松軟如泥，長期以來向黃河輸送泥沙高達1億t，也是造成黃河下游河床淤積抬高釀成洪水災害的主要原因之一。砒砂巖和沙，特性可互補，可將二者按一定比例進行復配，從而達到透氣透水和保水保肥性，達到雙贏效果[8]。另外，可種植選育一些耐旱耐風蝕的植物品種，從而進一步鞏固水土保持的效果。

4.3 資源開采中的治理

陜北地區(qū)擁有豐富的煤炭，石油，天然氣等礦產(chǎn)資源，在享受經(jīng)濟紅利的同時，也出現(xiàn)了很多不容忽視的環(huán)境問題。近年來，隨著人們環(huán)境保護意識的覺醒，國家和政府層面也出臺了相關規(guī)章制度來規(guī)范資源的開采模式，從以前粗放式的開采向集約型開采轉(zhuǎn)變，由趨利性開采向綠色開采轉(zhuǎn)變。此外，對開采后的廢棄礦山地也要進行修復治理，實現(xiàn)廢棄地向耕地轉(zhuǎn)變。修復治理手段主要是耕作層構建技術[9]，同過物理，化學和生物手段重構適合耕作的有機土體結構。物理手段主要是客土法，平整土地后，將熟化后的表層土回填，具體的回填厚度需要通過實驗確定。礦區(qū)土壤受開采工藝的影響，土壤理化性質(zhì)復雜，土壤酸堿度和正常土壤有較大差異，而且還可能存在重金屬污染。一般而言，石灰石、磷酸鹽是常見的土壤改良劑用于調(diào)整土壤酸堿度。生物炭，腐殖質(zhì)，有機污泥等有機物都能有效增加土壤肥力。有研究表明生物炭配合植物種植還可一定程度上修復重金屬污染土壤。