陕北矿区耕作层构建技术——以陕西省神木县孙家岔镇排界村土地开发项目为例

关红飞，蔺亚莉

(1.陕西省土地工程建设集团，陕西 西安710075； 2.榆林市榆阳区巴拉素区域农业技术推广站，陕西 榆林719000)

0 引言

由于陕北部分地区大规模开采矿产资源，导致土地资源浪费严重、生态环境破坏恶劣。陕西省神木县孙家岔镇排界村土地开发项目以矿区土地整治及生态治理为目的，进行矿区土地整治，将矿区开采后的废弃地进行改良变为农用地。

1 项目区简介

项目区位于陕西省榆林市神木县孙家岔镇排界村，东径110°17′26″～110°18′32″，北纬39°06′23″～39°07′38″。

项目区位于陕北黄土高原和毛乌素沙漠交界处。区内地貌单元属黄土丘陵区，区内大部分被第四系风积沙和黄土覆盖，为黄土梁峁和丘陵宽谷地貌，地势总体北高南低，海拔在1 200 m左右。区内是煤矿开采后的排矸场，多年风沙堆积，沙丘、沙垄和沙坪地貌明显。本区地处西北地区，气候特点：春季气温回暖较迟，起伏较大，沙尘天气略多；夏季暴晒，日夜温差大，仲夏天气多雷阵雨及阵风；秋季凉爽湿润，气温下降快，10月后降水量速减；冬季雨雪稀少，寒冷干燥。

2 试验研究方法

在矿区进行耕作层构建，主要措施有物理措施和化学生物措施，利用土体有机重构对无法利用、污染损毁的土地进行整治，改善土壤、水质和植被等，实现生态恢复[1]。生态恢复是一个复杂漫长有机的过程，目的是能够实现多样的生态功能。矿区治理结合生态学理论，应用土壤修复、边坡防护和生态环境保护，实现矿区的生态治理与可持续利用[2]。

首先在项目区进行试验田试验，根据实际矿区环境进行土体有机重构，设计出合理的土体结构，用工程手段建设出适合农作物生长的耕作层，土壤环境达到高质量农用地标准。利用客土法解决项目区的重金属轻微度污染问题，通过田间试验寻找最佳方案。矿区废弃地治理过程中坚持生态要素“山水林田湖草”综合治理思想，以植被、生物多样性保护为目标，利用客土回填土壤修复促进植物生长。

通过小片区的试验总结推广，因地制宜，寻找出整个项目区治理的方法，将废弃的矿区有效地开发成农用地，充分利用土地，同时明显地改善当地生态环境。

2.1土体有机重构

矿区耕作层构建技术的关键是有机重构土体，改善土壤结构和理化性质，提高持水保肥能力，满足植物生长环境。有机重构土体是进行矿区污损土地的土壤修复，依靠工程措施及物理、化学、生物、生态措施，重新构造适宜的土壤[3-4]。

2.2物理改良

矿区土体有机重构物理改良措施有表土剥离、客土回填与摊铺和深耕翻土等。地表熟土中的营养元素、植被根叶及微生物残骸等为植物生长提供所需成分。熟土表层取走保存，待田块平整覆土后再将原有熟土运回利用[5-6]。客土回填与摊铺的关键在于土源土质和耕作层覆土的厚度。覆土厚度的确定将通过试验田耕作层不同厚度试验进行。

2.3化学改良

矿区矿物残质较多，土壤理化性质复杂，有明显的酸碱化倾向。改变土壤酸碱性常见物质有硫酸亚铁及硫酸氢盐、磷酸盐、石灰和石膏等。此外，石膏可有效地降低土壤中重金属的迁移。有机物如木屑、堆肥、绿色垃圾、粪肥和有机污泥都能调节土壤的pH值，并且可以改善土壤结构、增加营养成分，提高土壤持水能力和阳离子交换能力，改善保水保肥能力，是矿区土壤耕作层构建过程中良好的添加剂[7-8]。有机碳可为微生物提供能量，微生物在土壤中分解动植物而获得有机碳。树皮、黑麦草或印度黄檀可为土壤细菌提供充足的有机碳，增加土壤的水分和有机碳，以及N、P、K含量[9]。

2.4生物修复

生物修复是利用植物、土壤动物和土壤微生物改变土壤物理结构、化学性质增强土壤肥力的过程，具有降解、吸收或富集受污染土壤和水体中污染物质的能力[10]。土壤修复工程措施中物理和化学改良投资大，改变原有景观困难。而生物修复投资小，周期较长，能够同时改变气、水和土的环境质量，减轻污染源对人体健康的危害，并且能同时展开农林开发，具有一定的经济优势[11]。依据参与修复的类型，可划分为植物修复、土壤动物修复、微生物修复和菌根生物修复。项目所在区域植被较多，主要以草本植物为主，其次为木本植物、半灌木植物。沙棘、沙蒿、沙柳、沙打旺、柠条、水桐、樟子松、榆树和旱柳等分布较广泛，植被茂盛。

矿区进行造林过程设计为混交林，从而增加植物生态系统的物种多样性和层次结构。植被的群落结构应模拟天然植被结构，实行乔灌草复层混交。当表层土壤厚度较低时，可以增加覆土厚度，可用土壤、污泥和粉煤灰等，促使土壤环境得到较大改善[12]。

3 耕作层构建技术措施

3.1土地工程

神木县孙家岔镇排界村土地开发项目坚持因地制宜、注重效益[13]。重点从合理利用土地资源，便于生产管理，充分提高社会、经济和生态效益等方面出发，满足生态环境、资源保护和当地农业发展要求。

3.1.1表土剥离

项目区原为排矸场，荒废多年，杂草丛生。个别地块村民自行开垦，种植糜子、玉米等植被。表土厚度大约15 cm，部分熟化。项目建设前期，需要剥离表土，以妥善保存地表原始土壤，这是保证后期植被恢复的关键[6]。

3.1.2土地平整和客土摊铺

土地平整工程是通过机械平整损毁土地变为耕地的前期工程，达到便于作物生长、利于排水、改良土壤和满足植被对地形的需要。土地平整工程的实施区域为排矸场，存有大量废石、废渣及少量煤层，以机械耕作方便、满足灌溉排水要求和挖填方量最小为原则，确定田块布设方案，同时充分考虑原地形坡向，在顺坡方向一定长度内，分台阶布置，台阶高度根据地形高差决定，边坡坡度均设计为1∶1，以减少土地平整工程量，沿灌水方向比降控制在0.5%，尽量避免形成不规则的三角形、多边形。根据地形，田块一般成长方形布设，耕作方向以南北向为主。根据工程规划总体布局，共布置6个耕作田块，土地平整77.9 hm2。

因项目区土场土壤为沙土，土壤养分含量低，土质较为贫瘠，为满足作物正常生长需要进行表土保留及外调土方田面覆土，保留原表土0.15 m，耕作层总厚度为0.6 m，完全可以满足耕作要求。取土场距项目区分别为5 km和10 km。为防止造成新的人为水土流失并保证取土安全，采用自上而下分层取土的方式，并对取土形成的边坡保持1∶1～1.5的稳定边坡，取土结束后，应种植林草等植被对地面及坡面进行防护，避免土体裸露。清除粒径>15 cm的料姜石，减少阻碍植被生长的砾石，改善土壤质地，提高其持水与持肥性。

3.2边坡稳定治理

耕作层形成后，边坡防护是重点工作。由于受夏季暴雨、矿区地层下陷等影响，边坡极易造成滑坡、崩塌等地质灾害的发生。项目田坎边坡治理过程中，坡度控制在1∶1，上段修建田埂，落差>10 m地方设置戗台。在外界边坡较陡区修建抗滑挡墙，浆砌片石护坡进行防护。田埂种植樟子松，坡面撒播草籽草苜蓿、沙打旺，紫穗槐按间距1 m×1 m种植。

对于外边坡坡度小于1∶3.5的区域可以采用沙障网格障被，采用柴草、活性沙生植物(沙蒿)的枝茎或其他材料，沙障在地面呈方格状或网格状分布，沙障间距一般采用1 m，将柴草、活性沙生植物的枝茎切好，设计条带线均匀放置在线上，草的方向与带线正交。在柴草或活性沙生植物的枝茎中部踩压，柴草进入沙内0.15～0.20 m，露出地面0.2～0.3 m，用手扶正，基部培沙。在网格障被内栽植紫穗槐，紫穗槐采用穴栽，每穴2～3株，紫穗槐株行距1 m×1 m，2 穴m2，品字型排列。对于边坡坡度大于1∶3.5的区域采用表层覆土0.2 m，覆土采用人工摊铺，摊铺要均匀，避免局部出现裸露明沙，然后再用网格障被固定栽植紫穗槐[14]。

3.3生物措施

3.3.1耕作层肥力提升

项目区周边存在属黄土丘陵区的沙盖黄土区，项目区局部盖沙较薄，下伏土层深厚，从外观看，呈棕红色，基本为黏性土质。可利用丰富的红泥土资源和表层多年来形成的沙土层做为土地平整后覆盖耕作层，数量可以满足使用。土壤类型均为黄土性土类。黄土性土类有机质含量低，土壤物理性质不良，保水保肥能力差，且易受干旱威胁，属质量较差的土壤之一，但经过改良适于耕种，而且可获得高产。取样化验，项目土场土壤养分情况：有机质15.3 gkg，碱解氮118 mgkg，有效磷30 gkg，速效钾158 gkg，pH值8.7。土场土源可作为客土进行回填，土壤经改良后可适于农作物生长。工程措施和生物措施相结合，改良项目区土壤的理化性状。一是采取工程改土，在耕作层掺入一定比例的黏性土壤，改善土壤的物理结构，增强土壤的保水保肥能力。二是采取压青、秸秆还田、增施农家肥措施，增加土壤的有机质含量，使之能达到高产高效目的。三是施加有机肥或化肥促进生土熟化，快速补充氮磷钾，提高其供水供肥能力，保障草籽和苗木的生长发育。

3.3.2植被恢复

陕北地区水土保持主要依靠生态修复措施，利用乔木、灌木或根深、根浅等植被有序搭配达到效果。常见植物有樟子松、新疆杨、紫穗槐、沙打旺和草苜蓿等，个别环境也可以种植沙盖。采用乔、灌、草混交、针阔叶混交的配置，营造宽带式立体防沙林带。

为保护项目区开发后的农田安全生产，免受风沙侵害，环项目区四周两侧各栽植两行樟子松防护林，田块与田块之间的田坎上撒播紫花苜蓿防护，结合区外原有防护林，形成内外结合的防风固沙屏障，保护农田安全生产，同时也增加项目区植被覆盖面积，改善区域小气候(图1)。田坎边坡前期风蚀比较严重，采用沙障固定表面沙土，避免风蚀然后种植紫穗槐、紫花苜蓿等植被，效果明显。项目区多以北风和西北风为主，多发生在春季和冬季，占全年的74%。因此，需科学设计防护林网，减轻风沙危害。防风林带的设置与田块边界和道路布局相结合，在上风向增加密度，形成环网。树种选择应与当地气候等自然条件相适应，与当地群众习惯相适应，尽量选择耐旱、耐瘠薄、抗风、美观和不与农作物争水肥的树种。结合该项目区实际情况，项目区周边已形成乔木防护林，现将田间道路和生产道路防护林进行规划，栽植樟子松的株距2 m，行距2 m。紫穗槐采用1 m×1 m菱形布置。樟子松苗木要求地径2.5 cm以上，紫穗槐高0.5 m以上。栽植树坑需换土回填，及时浇水，要求成活率达85%以上[15]。

4 结论

通过对神木县孙家岔镇排界村开采后矿区的地理环境分析，采用土体有机重构理论进行矿区复垦，实现生态恢复。结合实施的土地整治项目，探究陕北矿区耕作层土地构建技术，结论如下。

(1)在认真分析矿区地理环境和周边自然环境的基础上，提出将矿区进行土地整治，进行耕作层构建达到农田标准，同时与生态环境相结合，实现社会、经济和生态效益。

(2)项目耕作层构建过程中有机重构土体，采用土地平整与剥离，客土回填摊铺、边坡稳定治理和生物措施等综合治理，效果明显，对陕北地区矿区治理有参考意义。