面向土地整理的土壤地质环境研究——以泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵土地整理区为例<br/>

面向土地整理的土壤地质环境研究——以泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵土地整理区为例

2011-02-16高明秀东野光亮

中国水土保持 2011年6期

关键词：沙化整理土地

高明秀,东野光亮

(1.山东农业大学报社,山东泰安 271018;2.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安 271018)

面向土地整理的土壤地质环境研究
——以泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵土地整理区为例

高明秀1,2,东野光亮2

(1.山东农业大学报社,山东泰安 271018;2.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安 271018)

土地整理;土壤地质环境;可行性研究;土地利用方式;泰安

研究土壤地质环境对土地整理的影响,对于土地整理可行性研究、整理措施和整理后土地利用方式选择具有重要的意义。采用实地调查法、实验分析法与综合分析法,以泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵土地整理区为例,分析了区域土壤地质环境及其对土地整理的影响。结果显示,在该区进行土地整理是可行的,但土地整理后单纯以农耕地为利用方式并不是最佳选择。土壤地质环境对土地整理可行与否、整理措施和整理后土地利用方式选择、利用效益发挥以及整理后二次灾害发生的可能性起着决定性的作用,土地整理研究应注重对土壤地质环境的分析。

1 土地整理的概念及研究的意义

土地整理是指在一定的区域内,按照土地利用总体规划所确定的目标和用途,采取行政、经济、法律和工程技术手段,对土地利用状况进行综合整治、调整改造,以提高土地利用率,改善生产生活条件和生态环境的过程。土地整理对增加有效耕地面积,提高耕地质量和土地利用率,缓解人地矛盾,加快农田基础设施建设,改善农业生产条件,治理水土流失,改善生态环境,调整农业产业结构和改善土地利用方式,促进农业增效、农民增收和社会主义新农村建设,具有重要的意义。

土地整理的对象是土地,土地是地质体的一部分,土地的形成和其理化性质都与地质密不可分[1]。土地整理区的地质环境条件决定了该地区的水系、地貌形态、土壤及植被类型,并进一步影响着土地整理的重点和难度。实践证明,在良好的地质环境条件下,土地整理的效果将会产生倍增效应,而在不良的地质环境条件下,如果处理不善,土地整理不仅不会造福而且还可能引发灾害。因此,以土壤地质学理论为基础,研究土地整理复垦与土壤地质环境的关系,并以此作为土地利用适宜性评价、限制性分析、土地整理可行性研究以及科学地选择整理措施的依据,使土地整理顺应地质环境而进行,最大程度地避免国家和人民生命财产损失,最大程度地拓展土地资源的利用空间,是当前合理利用土地、防治地质灾害的重要环节[2]。

尽管灾毁土地整理复垦已经得到重视[3-4],也有学者在土地开发整理适宜性评价中选用了一些地质、土壤和水文因素指标[5],但总体而言,当前土地整理研究中,土壤地质环境条件往往仅作为项目区概况介绍的一部分,分析得不够深入。本研究以泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵土地整理区为例,对该区水土流失及沙化退化土地整理的可行性、整理措施及整理后利用方式选择进行深入分析,以期为土地整理研究中加强土壤地质环境分析提供借鉴。

2 研究方法与研究区概况

2.1 研究方法

研究区土地利用状况、地形地貌、土壤母岩等采用实地调查并结合文献资料进行综合分析;土壤大形态采用野外描述,在室内进行物理化学性状分析;土壤微形态通过将在野外采集的原状土样带回室内经固结、切片、磨片后在偏光显微镜下观察、描述并拍照进行分析[6]。

2.2 研究区概况

研究区是泰安市岱岳区土地开发整理规划(2001—2010年)中确定的土地开发整理重点区域,总面积 10 487.38hm2,规划项目 15个,规划开发整理总面积 3 078.15 hm2,新增耕地875.27 hm2。研究区地处鲁中南中低山丘陵区,属暖温带大陆性半湿润季风气候,四季分明,雨热同季,降水集中且季节性差异明显,年均气温 12.8℃,年均降水量 698.3 mm,冬春盛行偏北风。

区内土地资源短缺与经济发展的矛盾突出,人均耕地只有0.069 hm2,大面积土地存在着较严重的水土流失和沙化、退化问题[7]。

(1)土地破碎,生产力和利用率低。根据山东省水土保持区划[8-9],该区属鲁中南中低山丘陵极强烈侵蚀区,年侵蚀深 2～4mm,侵蚀模数 2 000～5 000 t/(km2·a),高者达 5 843 t/(km2·a)。区内沟壑纵横,坡耕地支离破碎,单块耕地面积有的只有几平方米,严重影响规模化经营和机械化作业。

(2)土地沙化、退化,生态环境脆弱。区内土地大面积沙化、退化,沙化、退化的土地与非沙化土地的比例高达 1∶3;防护林面积小,生态环境脆弱,风沙灾害严重,受害最重的良庄镇山阳村、茅茨村等曾一度出现过流动沙丘;风蚀加剧了水土流失,破坏了生态环境,造成粮食、果品、蔬菜减产,给人民生活带来了极大不便甚至大的经济损失。

3 区域土壤地质环境及其对土地整理的影响

地质构造影响地形、气候、水文及土壤分布规律,地质条件影响土壤元素含量及理化性质,进而影响到土地的适宜性,由此构成的气候、植被、水、热等因素与土壤地质之间的相互作用链影响着土地的质量及其利用方向。因此,对土地整理区的土壤地质环境分析应从大的区域地质构造分析入手,然后再逐步深入分析整理区的地形地貌、土壤及其对小气候、植被、土地利用等的影响。

3.1 区域土壤地质环境分析

3.1.1 地形地貌对气候因素的再分配

地质构造决定着地形地貌,进而影响气候因素的再分配,成为水土流失和土地沙化的外部诱导因素。研究区地处鲁中南断块中低山丘陵区,处于泰安大王庄断裂、泰莱凹陷、汶口断裂、汶口—汶东凹陷、莲花山断裂的环围之中,北面的泰山主峰海拔 1 545m,徂徕山主峰海拔 1 027 m,与其东侧之莲花山低山共同构成一状如平行四边形的断块山地。该区位于构造线以北西向为主的徂徕山西南一侧,由沿泰山—徂徕山复背斜而来的西北风在此形成“走廊效应”,而东北风分别经莱芜凹陷和汶东凹陷后产生夹击回旋之势,加上区内还是西南风的迎风面,秋冬春三季干旱,致使风蚀严重。近年来的持续干旱,良庄镇年降水量不足 300 m m,风蚀有加重之势。

研究区地势北高南低,海拔 130—237.6 m,坡度大体在2°～10°之间,局部大于 10°。降水年度、季节分布严重不均,冬季降水仅占全年降水量的 4%,夏季降水占 65%～70%,具有春冬旱、夏涝、秋又旱的特点。丰水年降水量大且降水时间集中,水流汇集快,对土地造成强烈冲刷,沟谷、河流源短流急,汛期径流携带大量泥沙倾泻而下,坡度变缓时又造成泥沙淤积,在河流两岸及山丘沟谷、坡面、坡麓形成较大面积的沙化土地。在地表径流的作用下,区内土壤侵蚀主要有片蚀和沟蚀两种:片蚀使耕地形成较多的凹凸不平的小型浅凹地和凹槽,甚至裸岩出露地表;沟蚀形成大量的浅沟、切沟和小型扇形地,尽管这些小型扇形地土壤条件较好,但由于相当不稳定,加上侵蚀切割作用,使其常常难以耕作。区内地下水埋藏较深,加上土壤孔隙大、毛管孔隙少,土壤毛管水上升困难,表土层易干燥。

3.1.2 母岩岩性和矿物学特性及土壤性状分析

3.1.2.1 母岩岩性和矿物学特性分析

研究区地层以太古界泰山群为主,其次是新生界第三、第四系地层,主要岩石类型有黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩及少量黑云变粒岩。从岩体上看,泰山岩体分布广泛,按成因分为岩浆型和混合交代型两大系列。混合交代型系列岩体分布广泛,可分为“原地混合花岗岩”和“准原地混合花岗岩”两大类。混合花岗岩矿物主要有斜长石、微斜长石、钾长石、石英、黑云母、绿泥石、绿帘石、磷灰石、白云母(绢)、磁铁矿、褐铁矿等,角闪岩矿物主要有角闪石、石英、斜长石、黑云母、绿帘石等,矿物中以长石、石英含量最高。第四系洪积层广布于山前地带,呈黄褐色,为砂夹巨砾,在暖温带大陆性季风气候条件下,如果环境较温润和稳定,可以发育为性状较好的棕壤;但由于石英、长石含量高,晶粒较粗,矿物稳定性较高,环境条件较差的情况下形成了质地粗、石砾多的土壤,透水透气性虽好,但保肥能力较差,水土极易流失。表现在土壤上,矿物组成以石英、长石、云母、角闪石为主,偶见绿泥石、蛇纹石,其中石英含量最高,可达矿物成分的一半以上。质地由粗变细时,石英比例减小,长石、云母及其风化物的比例增大。水土流失过程中,随着细粒物质的流失,土壤逐步变得瘠薄。

该区地质构造复杂,褶皱和断裂较发育。基岩裂隙发育,地表沟谷纵横,坡面多有松散堆积物,易发生崩塌、滑坡、泥石流等灾害。此外,由于长石含量丰富,局部地带形成长石矿,长期的无序开采在坡面上留下了许多坑洞,加剧了土地的破坏。

3.1.2.2 土壤性状分析

区内土壤类型主要为棕壤,其成土母质是混合花岗岩、黑云母片麻岩、斜长角闪岩等石英含量较高的岩石风化残坡积物和坡洪积物。土壤剖面呈明显的棕灰色或棕褐色,通体无石灰反应,呈中性或微酸性,p H值为 6～7,受地形、侵蚀性和浅层地下水的影响,可划分为棕壤性土和棕壤两个亚类。

棕壤性土分布在区内北部丘陵坡地上,土层厚度一般在10～30 c m之间;土壤中含有大量粗砂和砾石,结构体发育不好,以屑粒状为主,孔隙大而多,土质疏松,不抗旱,不保肥水,侵蚀严重。野外质地评定大都为多砾质砂壤土、砂土,与室内机械分析结果相一致[6]。

棕壤分布于区内沟谷梯田、坡麓梯田和近山阶地,多由坡积洪积物形成,颜色以棕色为主,表层质地多为砂壤土和轻壤土,部分为中壤土;成土年龄较久,剖面发育较好,在淋溶层下有较明显的淀积层,淀积层有明显的胶膜和铁锰结核,质地偏黏,底土层较黏重,多棱柱状结构;剖面有明显的次生黏化和黏粒移动及淀积现象;多用作旱作农田,较少用作林地且零星分布。区内棕壤可细分为砂壤均质坡积洪积物棕壤、砂壤均质洪积物棕壤和轻壤表厚黏腰洪积物棕壤 3个土种,以砂壤均质洪积物棕壤为多见。由于土体内存在黏淀层,妨碍水分下渗,也会发生水土流失。

3.2 区域土地整理可行性分析

新中国建立后,通过植树造林,特别是 1964年良庄镇茅茨村在山东省水土保持站指导下,在村北营造防风固沙林带并进行了全方位综合整治,曾有效地控制了区内风沙危害。这也说明,尽管地形地貌和气候等水土流失和沙化退化的诱因始终存在,但通过土地整理,改善土地条件,减少水土流失诱因发生的几率和减轻危害程度是可以实现的。

3.2.1 微域地质环境改善的可行性

人类虽不可能完全改变地质环境,但可以在一定程度上改善微域地质环境。实践证明,土地整理中通过边坡固定、清理耕地上坡面的松散坡洪积物、移除或加固松动的岩石以及修筑围堰、建生物护坡等,可有效防止崩塌、滑坡对土地的破坏,削高填低、合并地块可以有效地控制地表水的侵蚀。

徂徕山的构造线从宏观上控制了区内小地形的分布,影响着水土流失的方向,因此田块走向要结合构造线与等高线来设计。在坡地上沿等高线修筑梯田进行土地平整,并适当采取引流措施,将多余的水引入沟谷中的塘坝、蓄水池,既可以减轻对土地的侵蚀,又可以作为备用水源。研究区属丘陵区,土地整理中往往要采用爆破措施,爆破中要尽可能采取控制性的定向爆破,以防止引起基岩爆裂留下隐患。此外要加强对长石开采的管理,防止出现边整理边破坏的现象。

3.2.2 土壤改良的可行性

研究区土壤的限制因素主要是土层薄而不均、土壤沙化及生产力低下等,可采取有针对性的措施进行改良。根据水土流失特征,在裸岩石砾地采取人工取石覆土植树种草措施,以改善生态环境;在沙化土地上采取抽沙换土、翻土压沙、增施有机肥等措施,将沙化土地改良为优质耕地。

棕壤的肥力高低与土壤有机质含量关系密切。据研究,单产 7 500 k g/hm2以上的高肥力棕壤,表土有机质含量一般大于1.5%,心土层的有机质含量也在 1.0%以上。然而,研究区内耕作土壤表土有机质含量均低于 1.0%,植被较好的荒草地和林地表土有机质含量均在1.3%以下。通过提高土壤有机质含量可以改良土壤质地并减轻水土流失,为高产打下良好的基础。在提高土壤有机质含量方面,施用牲畜圈肥、加大秸秆还田量、种植绿肥等措施都可采用。

对研究区土壤微形态的分析发现,土壤基质物质、黏粒含量在表层(A层)明显减少,而在 B层(无 B层者除外)有所积累,这种现象在坡上与坡下的对比中也明显存在。土壤结构、孔隙、生物多样性、根际微环境优度的分析结果也体现了一致性的规律,而粗骨颗粒的表现则是逆向的。这反映出水土流失导致该区土壤基质、黏粒物质流失,粗骨颗粒、石砾含量相对增加,质地、结构性、孔隙以及根际微环境变差,生物多样性减少,土壤颗粒结持性降低,抗蚀能力减弱,形成了恶性循环。此特征也给土地整理措施选择以启示,水土流失和沙化严重地区的土地整理不能以增加耕地面积为主要目的,而应以改善生态环境为主。因此,整理中可适当加大生物护坡带的宽度,实行乔灌草合理搭配,并选择水土保持效果好的品种,不能以追求经济利益为目的,在边坡种植采伐频繁的品种;整理后的管护中要严格控制林木采伐更新,要调整种植结构和种植方式,减少土壤直接裸露地表的时间,这样就可以减少土壤流失的几率。

3.2.3 水文条件可行性

区内河流及地下水的p H值为 6.5～7.5,矿化度为 250～450mg/L,无污染,水质良好,地下水主要由降水补给,可作为农业灌溉用水源。地下水较贫乏,实际开采模数小于 5万m3/km2。区内有多条季节性河流,周边有多个中小型水库、塘坝,总蓄水量一般年景保持在 920万 m3左右,如再辅以机井提水,基本可以满足区内农业用水需求。

3.3 土壤地质条件对整理后土地利用方向的影响

如前所述,研究区属丘陵地貌,土地水土流失、沙化退化严重,地质环境条件决定此区土地以林草利用方式为佳,当地群众多年的生产实践也证明了这一点。我们在近年的研究中发现[6,10],研究区不同土地利用方式下的土壤结构差异明显。微形态综合评定结果显示,林地和林粮间作土地的土壤结构最好、质量最高,其次为未利用地,农耕地和幼林地质量最差。耕地土壤中 A层土壤质量较差,而B层土壤总体质量相对较好,这说明该区土地用作林地对促进土体结构的改善最为有效。如果将该区土地用作耕地,反而会使土壤结构恶化,保肥、保水性能降低,不利于水土流失防治。这表明研究区土地整理后以林果草业利用方式最好,这与区内地形地貌、坡度、气候、水文等条件决定的整理后最优选择一致。但是,限于目前耕地动态平衡指标的控制,土地整理是以补充耕地为主要目的的,故整理中应特别重视加强防护林建设,适当提高林地比例,以保证整理后土地利用的可持续性。

4 结果与讨论

(1)本研究以土壤地质学理论为基础,分析了泰安市岱岳区良庄镇北部丘陵区土壤地质环境条件与土地整理的相互影响,发现研究区的土壤地质环境条件,对当地的土地整理可行与否、土地整理措施和整理后土地利用方式的选择、利用效益的发挥起着决定性的作用。研究区进行土地整理是可行的,但土地整理后单纯以农耕地为利用方式并不是最佳选择,应结合当地土壤地质环境条件提高林果草业利用比例,以保证整理后土地利用的可持续性。

(2)鉴于当前土地整理可行性研究和规划设计中对土壤地质环境分析较为忽视的现实,本研究对规范土地整理可行性研究特别是注重其中的土壤地质环境分析具有重要的现实意义。

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