长江流域生产建设项目中表土的剥离、防护及利用

2019-11-14张雪杨常志兵

中国水土保持 2019年11期

马力，张雪杨，常志兵，叶欢，薛鹏

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010；2.南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038)

目前，在长江流域生产建设项目水土保持方案编制过程中，缺乏针对表土资源保护的一整套参照保护措施，其中多种工艺的重要参数，如某种土壤(如红壤、黄壤、黄棕壤等)的建议剥离厚度缺少统一的参考值。我们总结长江流域的工程实践经验及相关文献，归纳出了一套相对完整的针对长江流域的表土资源剥离、防护及利用措施，可为同行提供参考。

1 长江流域土壤类型和剖面层次特点

1.1 长江流域土壤类型

长江流域土壤主要涉及7个土纲12个亚纲23个土类72个亚类，常见的8个亚类分别为棕壤、褐土、黄棕壤、黄壤、红壤、紫色土、石灰(岩)土和水稻土[1-3]。

根据是否经过人为的耕作活动进行分类，土壤可被分为未经人类开垦利用的自然土壤和经过人为耕作活动的耕作土壤。根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)，耕作土壤被分为水浇地、园地、旱地和水田4个地块类型，自然土壤包含草地和林地2个地块类型[4]。

1.2 长江流域土壤剖面层次划分

1967年国际土壤学会对常见的土壤层次划分结论如下[2-3]：

(1)学界普遍把自然土壤剖面划分为O层(有机层/枯枝落叶层)、A层(腐殖质层)、E层(淋溶层/灰化漂白层)、B层(淀积层)、C层(母质层)和R层(基岩)等6个主要土层。在自然土壤中，有机质含量较高、值得剥离的表层土壤主要分布在有机层和腐殖质层。

(2)学界普遍把耕作土壤划分为耕作层、犁底层、生土层和底土层等4个主要土层。在耕作土壤中，有机质含量较高、值得剥离的表层土壤主要分布在耕作层和犁底层。

(3)在生产实际中，耕作土壤中的旱地土壤和水田土壤最为常见，有待重点关注和研究。

(4)旱地土壤的剖面被划分为旱耕层、亚耕层(或犁底层)、心土层和底土层等4个层次。有机质含量较高、值得剥离的表层土壤主要分布在旱耕层和亚耕层。

(5)在生产实际中，水田土壤主要为水稻土，发育完全水稻土的剖面被划分为淹育层[包含耕作层(Aa层)和犁底层(Ap层)]、渗育层(P层)、潴育层(W层)、脱潜层(Gw层)、潜育层(G层)和母质层(C层)。有机质含量较高、值得剥离的表层土壤主要分布在淹育层。

(6)部分土类没有O层或O层很薄或拥有特殊的表层，例如多种草甸土、草原土表层存在草根层(As层)，泥炭土和沼泽土表层存在泥炭层(H层)。

2 表土资源保护的必要性及基本流程

2.1 表土剥离及其后期利用的必要性

表土又称耕作层土壤。生产建设项目大量扰动地表、开挖土方等行为往往造成严重的表土流失。1949—2009年，我国自然灾害和生产建设活动共损毁土地790多万hm2，其中自然灾害损毁约130万hm2，生产建设活动损毁约660万hm2 [5]。因此，在生产建设项目开工之前，对工程占地范围内的耕作层土壤剥离，并在工程后期用于土地复垦或植被恢复，是保护优质耕地和植被资源、减少水土流失的重要措施。

2.2 表土剥离及基本流程[6]

2.2.1 勘察规划

适时地勘察表层土壤的质量和数量，评估工作应由农业或土壤专家完成。

2.2.2 表土确定

在表土剥离前，须明确表土剥离利用的范围，且要标明表土上的作物类型，并将这些内容在建设规划中注明。

2.2.3 表土剥离

在挖掘机进场工作之前，在农业或土壤专家的指导下，按照法律要求和工程合同的规定，尽量以科学的方法剥离足够的表土，并尽量减少对表土的损坏。

2.2.4 表土存放(堆存)

规划的表土存放处需要满足无排水障碍、不会损害当地环境且符合水土保持法等相关法律法规的要求。表土须与底土和其他建筑材料分开存放，且受污染的表土须做净化处理以达到环保要求，表土存放后须清除其中的杂物。

3 表土剥离

3.1 表土剥离范围

主要的剥离对象是占地范围内原占地类型为耕地、林地和草地的表土。对于临时用地的表土优先考虑采取原地保护措施，即：对地表进行苫盖，不对其进行表土剥离，待施工结束后，对压实土壤进行耕翻，恢复原有土地利用类型，切实保护表土资源[7]。

3.2 表土剥离工艺

3.2.1 人工开挖

该工艺的优点是适用于各种工程情况，无需大型机械设备，但缺点是费时费力费钱，不适合大型工程。

3.2.2 条带复垦表土外移剥离法剥离表土

欧美各国在露天采矿及复垦过程中，常用条带复垦表土外移剥离法剥离表土。其主要思路是：根据拖式铲运机(或其他施工机械)宽度，由外到里(塌陷中心)预算出每一拖式铲运机(或其他施工机械)宽度范围内的土方量，然后将工程区划分成不同的条带和取土区，每一条带大致为拖式铲运机(或其他施工机械)宽度的倍数，最后由外向内层层剥离[8]。该工艺主要适用于地下潜水位较高、需要“挖深垫浅”的工程区。

3.2.3 梯田保留表土模式中的表土剥离

在坡耕地治理中，施工方修筑梯田时需要保留表土。根据田面的宽度(<10 m、10～15 m、20～30 m)，分别推荐采用表土逐台下移法、表土中间堆置法和表土逐行置换法[9]进行表土剥离。主要适用于地下潜水位较低、需要修筑梯田的工程区。

3.3 长江流域水土流失特性简介

长江流域涉及的水土流失类型区为西南土石山区、南方红壤丘陵区及青藏高原冻融侵蚀区，其相关的水土流失特性见表1[10]。

表1 长江流域的水土流失类型区特性

3.4 长江流域表土剥离深度

长江流域不同类型土壤的表土厚度及部分与水土流失相关的特性详见表2[2-3]。

自然土壤的占地类型包括草地和林地，可以剥离表土的土层主要为有机层(O层)和腐殖质层(A层)；耕作土壤的占地类型包括旱地、水田、水浇地及园地，可以剥离表土的土层主要为耕作层和犁底层[4]。

表2 长江流域不同类型土壤的主要水土流失特性

续表2

根据工程实际，如果在项目区内，某些土类的有机质含量显著地偏离其常见水平(包括显著地高于或低于常见水平)，建议通过实地取样及室内土化实验，获取土壤有机质含量数据，了解土壤内有机质的分布情况，按照土壤有机质含量≥10 g/kg的标准划定表土剥离的深度[2-3]。

4 表土的临时堆放与防护

4.1 表土堆放原则

4.1.1 分层堆放

表土剥离后，各层土壤需分层堆放，避免熟土和半熟土混在一起。

4.1.2 存放限高

为避免土壤因自重而被过分压实，保证土壤具有良好的通气情况，使土壤内的微生物得以存活，表土的堆高一般不超过5 m。

4.1.3 存放位置

在不影响主体工程建设的情况下，剥离表土存放的位置应优先选择在项目占地的内部预留场地或在建设期间暂不扰动、极少扰动的小块空地。

4.2 表土堆放工艺

根据项目用地所处区域的地形地貌特点，堆土方式可分为5类：①山坳堆土；②沟道堆土；③坡面堆土；④平地堆土；⑤填洼(塘)堆土。通常，应优选填洼(塘)堆土法，其次为平地堆放法，再次为山坳地堆放法，最后为坡面堆放法。沟道堆土由于涉及沟道排水而不被推荐。

4.3 表土的防护措施类型

表土堆放期内，雨水侵蚀和自然沉降会导致松散的表土养分流失和土壤结构变化，取土环节一定程度上破坏了土体的稳定性，应当采取拦挡、排水、沉沙及覆盖等措施对土堆进行防护。堆土区防护一般均为临时性防护。

4.3.1 拦挡

常见的临时拦挡措施有袋装土挡墙、土埂、干砌石挡墙等，坡面堆土应在边坡下侧布设，平地堆土宜在堆土区周边布设。对可能发生滑坡的土体，应在土体中下部建造抗滑桩，在滑坡前缘加设防护带。通过以上工程措施，可基本避免因生产建设而产生的水土流失。

4.3.2 排水

在堆土区周边应布置排水沟、暗涵、抽排水管等临时排水设施，设计标准应根据集水面积、径流系数、气象等情况分析确定。

4.3.3 沉沙

排水沟末布设沉沙池，其容量根据降雨时的泥沙、径流量等资料计算。

4.3.4 覆盖

对堆放时间较短的表土，采用土工布、防雨布、防尘网等覆盖；风沙区部分场地，可采用草、树枝或砾石等临时覆盖；对堆放时间超过一个生长季节的，应进行临时种草或铺设草皮，以便在减弱水土流失的同时，改善土壤结构和肥力。

5 表土利用

5.1 表土利用方向

剥离的表土可用于土壤改良、污染治理、植被恢复等方向。剥离于原占地类型为耕地的表土，一般用于异地造田；剥离于原占地类型为林地和草地的表土，一般可收集自用，用于后期绿化或植被恢复覆土。

5.2 表土利用工艺

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、抽槽法和全铲法3种，详见表3[11]。覆土方式主要有平面均匀覆土、圆形点状覆土、坑状覆土、带(条)状覆土4种，详见表4[12-13]。需要注意的是，表土剥离会导致土壤结构破坏和养分损失，覆土时应根据土壤状况、环境条件等选择合适的绿肥和有机肥实现土壤重构，尽快恢复地力。