岩溶石漠化农业园区凿岩爆破造裂蓄水种植建议

张 翼，李永刚，王文杰，李仁启

(贵州省地质矿产勘查开发局一0一地质大队，贵州 凯里 556000)

海绵城市

中图分类号：X 171.4文献标志码：A

文章编号：1008-2239(2022)06-0151-05

土壤是植物生长的基础物质，不仅为植物生长提供机械的支撑物质，而且为植物生长提供养分、水分、热量、空间等，这些性质都将影响到植物的生长。在岩溶生态系统中，由于碳酸盐岩母质的影响使土壤成土速度慢且厚度薄，微偏碱性，钙、镁丰富，其他营养元素的有效性受抑制[1]。同时，由于岩溶作用，土壤多散布于石沟、石缝、石窝等岩溶负地形中，土壤持、滞水能力小，并且土壤与母岩之间界面明显，缺乏过渡层，结合力差，非常容易水土流失。岩溶生态系统中土壤形成速度极慢[2]，形成1 cm厚土层需1 000～3 000年[3]，如果考虑成土过程中因淋溶和地表径流的常态侵蚀，形成1 cm厚土层需1.3万～3.2万年[4]。因此，岩溶生态系统中土壤一旦流失就很难恢复，缺水少土严重地影响了退化岩溶地区植被的生长发育，导致石漠化的形成，石漠化恶化了地区的生态环境，加剧了地区的贫困率，成为制约乡村振兴的瓶颈。如何有效治理岩溶石漠化成为这些地区生态重建，助力地区经济发展和乡村振兴的当务之急。目前，针对喀斯特地区石漠化治理主要采取退耕还林、封山育林、坡改梯、改良土壤和种植适生经济作物等措施[5-7]，但对于缺水少土的岩溶石漠化农业园区，其效果并不理想。

本试验依托印江县耕地质量地球化学调查评价成果，选择印江石漠化农业公园为研究对象。在前人研究的基础上，通过实地调查，发现治理区新种植果树生长旺盛，挂果率高，水果品质较好，但果树生物总量普遍较低，这主要受限于土壤总量和储水能力，也是石漠化治理区植被恢复重建的主要障碍因子[8-10]。因此，提出采用凿岩爆破造裂蓄水种植的建议，即钻孔打眼装药爆破，利用爆破形成的囊状裂隙空间构建局部地下水仓和土壤储存场所，为植物生长提供更多养分、水分、空间等制约植物生长因子，提高经果林成活率和产量；制造的裂隙可以存储相当部分雨水，还能起到如“海绵城市”的效果。该方法简单易行，在类似石漠化地区推广使用，可望达到修复生态环境和助力地区经济发展的作用。

1 岩溶石漠化典型特征

石漠化是岩溶地区土地退化的极端形式，被称为“地球之癌”，石漠化地区缺少植被，不能涵养水源，与水土严重流失形成恶性循环。印江县岩溶石漠化农业公园土壤类型相对单一，其主要土壤类型包括山地黄棕壤、黄壤、石灰土等，土层厚度一般20～40 cm，石砾含量5%[11]，基岩裸露率达到50%以上。土壤多散布于石沟、石缝、石窝等岩溶负地形中，土壤持、滞水能力小，并且土壤与母岩之间界面明显，缺乏过渡层，结合力差，非常容易水土流失(图1)，是典型的岩溶石漠化区。

注：a为朗溪镇昔蒲村的石漠化治理区[12]；b～e为朗溪镇塘岸村的石漠化治理区。图1 印江石漠化农业公园部分治理区

研究区土壤母质主要为石灰岩，养分全量高，有效态高。土壤偏酸性，有机质含量偏低；土壤垂向剖面表现出Ca、Mg元素含量随采样深度增加而增加，耕地质量总体较好，耕地土壤质量地球化学综合等级优良以上占比96.16%；富硒耕地198.65 hm2，富锗耕地320.30 hm2。评价结果显示，农作物样品环境元素含量较低，一般低于标准1～2个数量级。

有研究表明，母质为石灰岩的土壤，全P较高，速效P中等，速效K丰富，有机质含量与氮含量呈正相关关系[13]。但也有不同的观点，蒋忠诚等[14]在广西弄拉的研究结果表明，母质为石灰岩的土壤偏碱、富钙镁，尽管土壤阳离子交换量和有机质含量较高，但土壤中Mn、Fe、Zn、P等元素有效性低[15]，即养分全量高而有效态低。本研究区土壤母质主要为石灰岩，出现与前者类似的结果，养分全量高，有效态高，有机质含量偏低，土壤偏酸性。

总之，研究区土壤养分元素丰富，质量好，但是土壤分布零散，面积小且土层薄，导致其保水性差，这成为制约当地水果种植的瓶颈。为岩溶石漠化特色农业园区扩能增效和助力地区经济发展，提出“凿岩爆破造裂蓄水种植”的应用建议。

2 凿岩爆破造裂蓄水种植建议

2.1 凿岩爆破造裂蓄水种植法及应用

2.1.1凿岩爆破造裂蓄水种植法

所谓凿岩爆破造裂蓄水种植[16]，就是在坡度适宜且无地质灾害等不良环境地质问题的地形地貌有利地带，按照一定网度钻取2～3 m深的炮眼，装上适量硝酸铵炸药及雷管，通过爆破将岩体适当震松，利用爆破漏斗的一系列裂隙作为地下水储集介质而构建局部地下水仓，并在地表凿岩挖出0.5～1 m深坑口然后培土种植，如图2示意。是基于多裂隙的白云岩地区植树造林的成功事例[16]，结合岩溶石山区浅表地下水赋存特征，构建一种主动蓄积地下水的植树造林方法，目的是为解决“缺水少土”的石漠化地区进行植树造林，以加快石漠化地区生态修复的进程。

2.1.2凿岩爆破造裂蓄水种植的应用

印江县岩溶石漠化农业公园基岩裸露率达到50%以上，土壤容量较少，滞水能力较差，生态环境脆弱；治理区新种植果树生长旺盛，挂果率高，水果品质较好，但果树生物总量普遍较低。提出凿岩爆破造裂蓄水种植经果林的应用建议，即在印江石漠化农业公园核心区，选择已有一定经果林种植基础，石漠化较重，交通相对较好的塘岸、河西、昔蒲、三村村作为试点。采用上述凿岩爆破方法，但在爆破前灌入原地土壤调制好的泥浆，爆破后将形成楔状泥脉，裂隙充填泥浆后形成含水体及相对隔水体而“蓄水”；利用凿岩挖出的岩石砌墙，增加容纳土壤空间，优先使用原地土壤，但对岩石裸露区，即裸地区域(图1)，没有土壤或土壤极少，植物难以生长，将合水镇至木黄镇一带，因工程施工产生的废弃土壤，合理培育，作为客土种植果树如图2示意，可望达到修复生态环境和助力地区经济发展的作用。

图2 凿岩爆破造裂蓄水砌墙客土种植示意图

2.2 凿岩爆破造裂蓄水种植的可行性

2.2.1裂隙蓄水问题

天然状态下，岩溶地区因为水对可溶性岩石的侵蚀以及两者之间的能量物质交换形成了该地区特有的地形地貌形态，这种地形地貌形态可以分为地下和地表两个子系统。其中管道、溶洞、地下暗河等组成了地下子系统，而峰丛、溶沟、溶槽、溶隙、岩溶漏斗、天窗、落水洞等是地表子系统的组成部分[14,17-19]。岩溶水径流在地表发生并分配，然后在地表和地下子系统中输送和调蓄。

岩溶地下系统存在孔隙、裂隙和管道 3 种介质空间，孔隙流、裂隙流和管道流并存。天然状态下，岩溶地区水土流失的主要表现形式不是随降雨携带泥沙顺势而下，而是泥沙随降雨首先进入地下孔隙、裂隙和管道[21]。在雨季，大量增加的地下水无法迅速通过岩溶裂隙向地下暗河或河流排泄，大部分地下水储存在表层岩溶裂隙带[22-23]，因此表层岩溶裂隙带具有一定的蓄水功能。众多生产事例和科学研究成果都能说明这一观点，如在研究区当地果农经常利用天然形成的溶沟或溶槽储集大气降雨，及朱守谦在贵阳花溪石灰岩山丘上的观测发现雨后连续晴天4 d，靠近表层岩溶裂隙带土壤含水量达到67.7%[24]。

人工爆破制造的裂隙与天然状态下形成的裂隙是有区别的，人工制造的裂隙延伸有限，具有尖灭性[25]；长期岩溶作用和地质构造作用下形成的裂隙，多延伸较远，随着时间的推移，多演变为孔隙或管道，相互间交错连接，地下水排泄能力较强[23]。

通过人工爆破造裂，局部岩体的节理裂隙密度增大，雨水挟带泥沙渗入并充填于裂隙中，使爆破裂隙构成相对封闭的容水空间，阻碍地下水向周围径流疏干而蓄积较长时间，同时泥土本身赋存水分。爆破制造的裂隙既是水分和养分的储存空间和运转通道，也是植物根系穿窜的通径，根系可从地表以下较深的岩石裂隙中不断得到量少但相对稳定的水分与养分补充。

2.2.2经济和生态问题

1) 经济效益

本文提出的凿岩爆破造裂蓄水种植，工作流程：爆破孔施工→装药爆破→凿岩挖坑→砌墙客土→果树种植。按照单项工程分部预算原则，预计施工完成每坑/株综合成本约190元，按照4 m×4 m的网度，种树42株/667 m2，石漠化山地植树成本约7 980元/667 m2。

农林复合经营模式，经果林平均投入产出比大于8.0[26]，在研究区选择了11个地块进行访问试调查，其产投比为5.1～10.9，平均值7.2。2018年10月，人民网对印江自治县朗溪镇昔蒲村的柑橘种植面积，产量和产值做过报道，全村柑橘种植达113 hm2，预计年产量达350万kg，产值达800多万元[27]，即产值4 706元/667 m2。

考虑树龄、挂果率等影响因素，前三年产投比为0，第四年起产投比为7.2，则投资回报期为6年。印江石漠化农业公园核心区尚有近“万亩”连片荒山，还未治理和开发利用，连片治理还可提高产业规模，增厚产值，缩短投资回报期。

2) 生态效益

耕地质量地球化学调查评价发现，研究区土壤总量少，局部完全无土壤，生物总量极低，生态环境极脆弱。使用因工程施工产生的废弃土壤作为客土，种植果树，如图2示意，可以有效提高拟治理区土壤总量，一定程度改善拟治理区土壤性质，促进植物生长，增加植物生物总量的效果，加快生态环境修复。

通过人工爆破造裂，局部岩体的节理裂隙密度增大。在雨季，特别是暴雨期，制造的裂隙可以存储相当部分雨水，起到如“海绵城市”的效果，缓解峡谷内雨水的排泄压力。

虽然回报期较长，但该方法可以提高果树总生物量，起到扩能增效的作用，而且在石头上种植果树，可望增加朗溪精品水果品牌价值，达到修复生态环境和助力地区经济发展的作用。

2.3 凿岩爆破造裂蓄水种植的作用和意义

尽管印江县于2019年已经实现脱贫摘帽，但是其实现乡村振兴的任务依旧十分艰巨，其中最主要的原因在于石漠化严重制约了当地特色农业的发展。因此治理石漠化可以为当地实现乡村振兴提供巨大支撑。本文提出的凿岩爆破方法是治理石漠化的有效手段。

凿岩爆破造裂蓄水种植，增加的土壤空间和储水量，可促进植物根系发育，提高成活率及抗旱能力，实现高产投比，获得石漠化治理高附加值。在雨季，制造的裂隙可以存储相当部分雨水，起到如“海绵城市”的效果，缓解峡谷内雨水的排泄压力。达到经济效益和生态效益的双丰收，形成石漠化治理模式的良性循环。

土壤是石漠化地区生态恢复的关键因子，一旦流失很难自然恢复。因研究区呈单斜下坡地貌，有盘山公路，把裸地区域作为附近工程建设“临时排土场”，通过科学合理培土，可有效增加治理区生物总量，改善石漠化地区生态环境。

凿岩爆破造裂蓄水种植方法简单，随着国家石漠化治理的深入，结合石漠化区“石中植绿、绿上结果、果下见景、景点留人”的发展方式，可望通过土地流转等方式，大规模应用，不仅改善生态环境，减少水土流失，而且降低区域洪涝灾害的发生几率，具有重要的生态环境和社会经济多重价值。

3 结 语

凿岩爆破造裂蓄水种植方法，原理简单，操作方便，适宜面广。在石漠化农业园实施，不仅能保证较高林木成活率及抗旱能力，实现高产投比，获得石漠化治理高附加值。

该方法虽然原理简单，操作方便，但笔者仅通过野外调查，结合前人研究成果提出该方法，并与相关单位合作正在进行相关实践。在实施过程中，需对比研究，爆破制造裂隙量、裂隙蓄水能力、炮孔深度、炸药量与岩石性质等因子之间的相互关系，及这些因子对治理区生物总量的影响程度；使用客土，还应进行详细的环境元素和养分元素评价，确保客土有效，且不造成二次污染；使用该方法，还需要对拟治理区进行环境影响评价。