高肖陽， 王 海

(1.邯鄲市國土資源儲備辦公室，河北邯鄲 056002；2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100094；3.上海市建設(shè)用地和土地整理事務(wù)中心，上海 200003)

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工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系的構(gòu)建

高肖陽1,2， 王 海3

(1.邯鄲市國土資源儲備辦公室，河北邯鄲 056002；2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100094；3.上海市建設(shè)用地和土地整理事務(wù)中心，上海 200003)

基于對不同工礦區(qū)耕地受損類型及影響的總結(jié)分析，綜合考慮農(nóng)用地分等指標，篩選形成涵蓋作物立地條件、水肥氣調(diào)節(jié)、供應(yīng)肥力、預(yù)警安全、保障生產(chǎn)、外部環(huán)境方向的耕地受損特征因素體系，并進行變化情況模擬。采用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)分析框架，總結(jié)提煉工礦區(qū)受損耕地存在的質(zhì)量提升問題，針對性地提出了提升工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量的具體技術(shù)和方法。構(gòu)建了包括表土利用技術(shù)、土體重構(gòu)技術(shù)、水體修復(fù)技術(shù)、農(nóng)地保育技術(shù)及土地整治工程技術(shù)5項集成技術(shù)在內(nèi)的工礦區(qū)耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系。

工礦區(qū)；受損耕地，耕地質(zhì)量提升；技術(shù)體系

我國礦產(chǎn)資源豐富，礦業(yè)生產(chǎn)排放的各類固體廢物長期壓占耕地，地表和地下的采挖活動造成大量耕地毀損嚴重。據(jù)統(tǒng)計，目前全國有各類破壞廢棄的土地約1 330萬hm2。其中,開采礦產(chǎn)資源造成塌陷、挖損、壓占破壞廢棄的土地有400萬hm2左右，約占損毀土地總量的30%。耕地損毀的直接表現(xiàn)除了生產(chǎn)功能喪失外，普遍存在陷坑遍布、積水成塘、設(shè)施破壞、交通中斷等問題[1-2]。

《國土資源部中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中明確指出，土地資源領(lǐng)域兩大優(yōu)先發(fā)展主題之一是土地綜合整治技術(shù)集成與示范。然而，目前我國工礦區(qū)受損耕地修復(fù)與整理技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，雖然不乏針對典型工礦區(qū)(如徐州、淮北等地)受損耕地的具體案例研究，但是現(xiàn)有科學研究對受損耕地修復(fù)與整理工程支撐力度還遠遠不夠，在宏觀上缺少對全國范圍內(nèi)工礦區(qū)損毀類型和特征的梳理分析，對于整理技術(shù)的探索缺乏系統(tǒng)性、邏輯性的框架體系和科學考證，導致技術(shù)統(tǒng)領(lǐng)性指導與參考缺位，直接影響和制約廣大工礦區(qū)土地綜合整理特別是耕地質(zhì)量修復(fù)與提升工作開展的進度、科學性、有效性和全面性。因此，筆者構(gòu)建了工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系，以期為有效提升我國工礦區(qū)受損農(nóng)田修復(fù)與整理技術(shù)的科學和完備水平及促進我國土地綜合整治事業(yè)健康快速發(fā)展提供借鑒。

1　工礦區(qū)耕地受損類型及影響分析

工礦區(qū)耕地受損的主要類型包括土地挖損、土地塌陷、土地壓占和土地污染等(表1)。工礦區(qū)在生產(chǎn)開采過程中，土地挖損、土地塌陷、土地壓占、土地污染等會對區(qū)域的景觀效果、生態(tài)環(huán)境及耕地質(zhì)量造成較大程度的破壞。其中，景觀效果的影響主要表現(xiàn)在對耕地、水系、道路、林帶等景觀要素的破壞，由于地表沉陷的程度不一，附著于地表上的各種建筑物和構(gòu)筑物難以承受這些變形，產(chǎn)生斷裂、損毀，影響了各種人工環(huán)境和自然景觀。工礦生產(chǎn)活動對生態(tài)環(huán)境的影響是指污染土地資源，影響地表和地下水系，改變生態(tài)環(huán)境等方面，對水環(huán)境的破壞主要是指破壞了區(qū)域的水平衡，改變了地表、地下水資源配置、污染水資源等；工礦生產(chǎn)活動對生態(tài)環(huán)境的影響是指在土壤資源、土體構(gòu)型、土壤水分運移、土壤養(yǎng)分運移方面造成破壞[3-5]。

對耕地質(zhì)量的影響涉及面更為廣泛，如開采塌陷造成地表裂隙，導致土壤下陷壓實，改變土壤的理化性質(zhì)，造成土壤水分的蒸發(fā)和養(yǎng)分損失。引起土體下沉壓實，改變土體密度和孔隙度，導致土壤水分蒸發(fā)與養(yǎng)分流失、土壤物理性質(zhì)惡化等。通過分析可知，工礦利用活動對耕地質(zhì)量會產(chǎn)生直接影響，之后通過因素交流，間接影響景觀效果、生態(tài)環(huán)境，催發(fā)二次損毀和破壞。因此，作為首當其沖的直接影響方，工礦活動對耕地質(zhì)量影響效果更為顯著，其變化波動也更為劇烈。如部分工礦活動可能直接導致耕地資源損毀、耕地效用和質(zhì)量滅失[6-8]。

2　礦區(qū)受損農(nóng)田質(zhì)量提升關(guān)鍵影響因素的選取

2.1耕地質(zhì)量等級研究耕地質(zhì)量提升問題，必須識別與耕地等別有關(guān)的因素。農(nóng)用地質(zhì)量分等是針對農(nóng)用地的自然和經(jīng)濟兩方面屬性及其在社會經(jīng)濟活動中的地位和作用，綜合評定、劃分農(nóng)用地等別的過程[9-10]。農(nóng)用地等別評定著眼于耕地的持續(xù)利用和管理，根據(jù)相對穩(wěn)定、對生產(chǎn)力具有重要影響的因素，且因素在特定地域具有異質(zhì)性，并相對保持獨立發(fā)生作用的一系列耕地屬性，綜合評定耕地質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，按照農(nóng)用地質(zhì)量分等思路實施工礦區(qū)受損農(nóng)田質(zhì)量提升關(guān)鍵影響因素分析和選取更為科學。

筆者通過大量農(nóng)用地質(zhì)量分等文獻查閱發(fā)現(xiàn)，引用較多的指標為表層土壤質(zhì)地(引用率100%)、土壤有機質(zhì)含量(引用率100%)、剖面構(gòu)型(引用率75%)、排水條件(引用率72%)、灌溉保證率(引用率82%)、地形坡度(引用率94%)、有效土層厚度(引用率70%)、鹽漬化程度(引用率45%)、pH(引用率61%)、巖石露頭(引用率36%)。而根據(jù)農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程，耕地質(zhì)量等級影響的一般因素見表2。分析表明，這些指標能夠反映土地資源管理的要求，對耕地等級具有持久穩(wěn)定的影響[11-12]。

表1　我國工礦區(qū)主要耕地損毀類型及分布

表2　耕地質(zhì)量等級的影響因素

由于我國幅員遼闊，氣候差異明顯，地貌類型多樣，在實際的耕地等級評定過程中，各省區(qū)會根據(jù)實際選擇差異性的指標。統(tǒng)計2004年各省區(qū)分等工作成果發(fā)現(xiàn)，存在部分地方指標。如山東選取灌溉水質(zhì)，安徽采用灌溉條件，浙江省采用基礎(chǔ)肥力、耕層厚度、排澇；山西采用地表塌陷程度等(表3)。

2.2受損特征因素選取及變化模擬工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量等別提升影響因素既有地區(qū)分異，又有共性特征。在綜合耕地質(zhì)量等級影響因素和區(qū)域差異性農(nóng)用地分等指標的基礎(chǔ)上，通過梳理大量國內(nèi)外關(guān)于工礦區(qū)耕地損毀及耕地質(zhì)量評價指標體系的文獻資料，進行頻度統(tǒng)計及分析。剔除效用分析不顯著和相關(guān)性過弱的因素，如礫石含量、林網(wǎng)化程度、年降水量、海拔高度等。對工礦區(qū)耕地受損特征因素進行識別研究，構(gòu)建出包括作物立地條件、水肥氣調(diào)節(jié)、供應(yīng)肥力、預(yù)警安全、保障生產(chǎn)、外部環(huán)境在內(nèi)的6類18項因素的工礦區(qū)耕地受損特征因素體系，且對各項因素的變化情況進行模擬(表4)，為受損耕地質(zhì)量等別提升障礙壓力分析提取奠定基礎(chǔ)[13]。

3　工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)需求判定及體系構(gòu)建

3.1需求判定選取壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型作為工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)需求判定的研究方法。PSR模型最早是經(jīng)濟合作組織(OECD)為了評價世界環(huán)境狀況提出的評價模式，其強調(diào)人類活動對環(huán)境、自然資源施加壓力和環(huán)境、經(jīng)濟、土地等政策或管理措施對其變化產(chǎn)生響應(yīng)之間的各種聯(lián)系，有利于決策者及公眾將環(huán)境資源及其他問題看作相關(guān)的統(tǒng)一實體。很多學者將其應(yīng)用于土地質(zhì)量研究，均取得了良好的效果，如郭旭東等[14]利用其構(gòu)建了縣級土地質(zhì)量的評價指標，李資華等[15]利用其開展農(nóng)用地質(zhì)量可持續(xù)評價等。

表3　區(qū)域差異性農(nóng)用地分等指標

工礦區(qū)耕地損毀的類型除了占用外，塌陷、挖損、污染等均可以通過一定的工程技術(shù)措施加以修復(fù)和恢復(fù)利用。結(jié)合工礦區(qū)土地利用變化的驅(qū)動機制，以及土地外在損毀機理，構(gòu)建壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)分析框架，在探討受損耕地的損毀特點及特征因素模擬的情況下，促發(fā)對現(xiàn)有問題的響應(yīng)和行動(表5)。具體而言，立足各種損毀問題影響下耕地質(zhì)量的因素表征狀態(tài)，總結(jié)提煉工礦區(qū)受損耕地存在的質(zhì)量提升問題，針對性地提出提升工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量的具體技術(shù)和方法。

3.2體系構(gòu)建工礦區(qū)耕地損毀后，恢復(fù)農(nóng)田形態(tài)和提升農(nóng)田質(zhì)量，實現(xiàn)耕地資源的再生利用是檢驗工程技術(shù)修復(fù)成效的關(guān)鍵和難點，因而構(gòu)建健全的集成性技術(shù)體系對于科學、有效開展工礦區(qū)農(nóng)用地修復(fù)和整治具有重要的指導意義和參考價值?；赑SR分析系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)，將條目繁多的技術(shù)方法按照系統(tǒng)工程學理念和邏輯進行整合、歸并和總結(jié)、分類，形成提升耕地質(zhì)量等級和生產(chǎn)能力的工程修復(fù)集成技術(shù)。該技術(shù)體系囊括了14項細化技術(shù)方法，形成了由表土利用技術(shù)、土體重構(gòu)技術(shù)、水體修復(fù)技術(shù)、農(nóng)地保育技術(shù)、土地整治工程技術(shù)五大類集成技術(shù)組建的工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系(圖1)。

表5　工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量等別提升PSR系統(tǒng)分析

圖1　工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系框架Fig. 1　Framework diagram of quality improvement technology system of damaged cultivated land in industrial and mining districts

表土利用技術(shù)包括表土剝離技術(shù)、表土存儲技術(shù)、表土再利用技術(shù)。表土剝離前期需開展調(diào)查與規(guī)劃工作，根據(jù)土壤采樣質(zhì)量檢測和評定確保表土質(zhì)量及使用價值；表土剝離的厚度與取土區(qū)土層厚度及耕層厚度密切相關(guān)，因此需要挖掘土壤剖面和測定耕層厚度來科學確定剝離深度；對于剝離時機、速度、方法與步驟都已有相關(guān)的技術(shù)性研究和標準規(guī)定供參考。表土存儲技術(shù)對于保持土壤通氣透水性，防止土壤養(yǎng)分及水分流失，將表土質(zhì)量保持在較高水平具有重要作用。表土利用技術(shù)立足促進和利于農(nóng)作物生長角度專項指導表土回覆方式和回覆厚度選擇操作。

土體重構(gòu)技術(shù)包括充填物料優(yōu)選技術(shù)、隔離層設(shè)置技術(shù)、覆土厚度設(shè)計技術(shù)。當工礦區(qū)內(nèi)土方量難以滿足耕地整治的需求時，需利用客土土源或礦區(qū)固體廢棄物進行充填土體重構(gòu)。一般來說，采用充填法進行土體重構(gòu)對土壤的擾動最大，對耕地質(zhì)量的影響也更為顯著。針對工礦區(qū)土層混亂、養(yǎng)分不足、鹽漬化、重金屬污染以及有效土層厚度不足的突出問題，基于重構(gòu)適宜作物生長的良好土體構(gòu)型的目的，合理設(shè)置隔離層，發(fā)揮保持土壤水分、隔離重金屬污染及抑制土壤鹽漬化的效用。根據(jù)不同作物生長適宜的土層厚度需要，科學確定覆土厚度，有效保障表層土壤水分保持及作物根系下扎。

水系修復(fù)技術(shù)包括地表水調(diào)控技術(shù)、地下水位控制技術(shù)、土壤水修復(fù)技術(shù)。根據(jù)工礦區(qū)周邊水系分布及地表水損毀情況，通過合理規(guī)劃排水系統(tǒng)對地表水系進行疏通。特別是針對積水情況，依靠修建圩堤、水閘和排澇泵站實現(xiàn)地表水系的自排或強排。對于潛水位較高的地區(qū)，采取開挖排水明溝或布設(shè)排水暗管的方式實現(xiàn)降漬、排水。通過合理布局溝深、溝距以及暗管間距和埋深，科學控制地下水埋深與地下水升降幅度和速度。改善水系襯砌介質(zhì)材料，引入新型材料及設(shè)計模式，增加土壤的有效保水性，提高土壤的通氣性和透水性，營造作物的自然生長環(huán)境，實現(xiàn)土壤水修復(fù)。

農(nóng)地保育技術(shù)包括施肥及管護技術(shù)、種植制度調(diào)整技術(shù)、灌溉方式調(diào)整技術(shù)。在工礦區(qū)耕地整治的工程措施結(jié)束后，由于土壤往往受到劇烈的人為干擾而理化性質(zhì)不良、肥力較低，同時，存在土壤重金屬污染的隱患。應(yīng)采取措施加速土壤熟化、消除或緩解污染，為農(nóng)作物的生長發(fā)育創(chuàng)造適宜的條件。根據(jù)地區(qū)特征，選取噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水等技術(shù)來提高節(jié)水效果；針對土壤壓實問題，通過深翻淺松、合理輪作倒茬來增加土壤的孔隙度；配以秸稈還田、種植綠肥、增施有機肥等管護措施快速提高土壤有機質(zhì)水平；定向施用化學改良劑中和酸堿度，促進土壤理化性質(zhì)優(yōu)化。

土地整治技術(shù)包括田塊平整技術(shù)、農(nóng)田水利工程技術(shù)等。田面平整要便于機耕，最大程度地發(fā)揮機械效率；灌水方便均勻，節(jié)約用水，有利于壓鹽、排水，改良土壤并滿足作物高產(chǎn)穩(wěn)定所需水分的要求。此外，基于成熟、傳統(tǒng)、現(xiàn)有的土地整治技術(shù)，還要繼續(xù)深化技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)引進。一是要在整治規(guī)劃設(shè)計階段適時適度引入多層次、系統(tǒng)性和參與式規(guī)劃設(shè)計理念；二是強化景觀生態(tài)學、恢復(fù)生態(tài)學、人地關(guān)系協(xié)調(diào)等理論與土地整治工程技術(shù)的有機融合；三是結(jié)合工作注重對新型整治機械開發(fā)研制和引入應(yīng)用，如溝渠一體化成型機、激光精密平地儀等。

4　結(jié)語

該研究對包括土地挖損、土地塌陷、土地壓占、土地污染等在內(nèi)的不同工礦區(qū)耕地受損類型及影響因素進行總結(jié)分析，明確了耕地質(zhì)量受損影響的直接性和顯著性。綜合考慮農(nóng)用地質(zhì)量分等一般性指標和區(qū)域差異性指標，篩選了形成涵蓋作物立地條件、水肥氣調(diào)節(jié)、供應(yīng)肥力、預(yù)警安全、保障生產(chǎn)、外部環(huán)境方向的工礦區(qū)耕地受損特征因素體系，并進行變化情況模擬。采用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)分析框架，總結(jié)提煉工礦區(qū)受損耕地存在的質(zhì)量提升問題，并針對性地提出了提升工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量的具體技術(shù)與方法，構(gòu)建了包括表土利用技術(shù)、土體重構(gòu)技術(shù)、水體修復(fù)技術(shù)、農(nóng)地保育技術(shù)及土地整治工程技術(shù)5項集成技術(shù)在內(nèi)的工礦區(qū)受損耕地質(zhì)量提升技術(shù)體系。該體系綜合程度較高，涉及面和適用范圍較廣，但精細化程度受限。從微觀角度看，不同地域、不同工礦種類、不同受損類型會隨機以多樣化組合呈現(xiàn)，因此存在一定程度的區(qū)域性特征分異，個體差異情況難以一概而論。今后需深化探索不同分類標準和模式，修正、優(yōu)化并構(gòu)建更能體現(xiàn)損毀特征、符合地域及礦域?qū)嶋H的技術(shù)體系。

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Construction of the Improvement Technology System of Damaged Cultivated Land Quality in the Industrial and Mining Districts

GAO Xiao-yang1,3, WANG Hai2

(1. Land and Resources Reservation Institution of Handan City, Handan, Hebei 056002; 2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094; 3. Centre for Shanghai Municipal Construction Land and Land Consolidation, Shanghai 200003)

The cultivated land damage type and effects were analyzed and summarized in different industrial and mining districts. Based on these, classification factors of agricultural land were recombined. And a system for characteristic factors of the damaged cultivated land was screened, covering the crop site condition, water and fertilization regulation, fertility supply, forecast safety, safeguarding production, direction of external environment. PSR analysis framework was used to summarize the quality improvement problems in damaged cultivated land in industrial and mining districts. The specific techniques and methods were put forward for enhancing the damaged cultivated land quality in t industrial and mining districts. Technology system for cultivated land quality improvement including five integrated technologies were established, including surface soil utilization technology,reconstruction technology of water body, river system repair technology, farmland conservation technology, and land reclamation engineering technology.

Industrial and mining districts; Damaged plough; Improvement of the cultivated land quality; Technology system

十二五國家科技支撐計劃課題(2011BAD04B03)。

高肖陽(1988- )，女，河北邯鄲人，在讀碩士,助理工程師，從事土地整治與土地儲備研究。

2016-05-03

S 27

A

0517-6611(2016)21-074-05