砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范编制研究报告

魏样+卢楠

摘 要：介绍了陕西省地方标准《砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范》的项目背景，研究编制和推广应用情况。重点对标准中的技术要点、难点问题和创新性内容进行了深入的分析解读。

关键词：砒砂岩；地方标准；编制

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170712001

陕西省地方标准砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范是由陕西省土地工程建设集团和陕西地建土地工程技术研究院负责起草编制的国内首个砒砂岩与与沙复配成土造田工程技术规范。本标准于 2016年12月完成初稿，次年1月开始面向社会征求意见。

本标准的制定可改变多年来毛乌素沙地土地整治工程质量参差不齐，监管无标准可依的尴尬局面，使陕西省毛乌素沙地砒砂岩与沙复配成土造田工程有据可依，填补了我国在毛乌素地区土地整治采用的砒砂岩与沙复配成土造田工程标准的空白，居于国内领先水平。依据此标准在陕北毛乌素沙地选取项目区进行示范推广。通过项目实施，有效增加了耕地面积，改善了农业生产条件和生产效率，提高了粮食产量。通过对项目区实施灌溉与排水工程、田间道路工程、农田防护与生态环境保持工程等配套工程措施，合理调整了项目区种植结构，改善了当地的区域自然生态环境，逐步建立起人与自然、环境之间协调发展的生态系统，将原来的沙荒地打造成为景观生态农业基地，在增产增收的同时，有效带动了当地旅游业的发展。

作为国内首个砒砂岩与沙复配成土造田工程技术标准，《砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范》在术语定义、材料选择、各单项工程的设计要求、施工要求和验收要求等主要内容和关键部分，都有着独到的技术创新与突破。本文基于项目研究及相关工作过程，结合标准文本，对其中的关键技术创新要点进行解读分析和说明。

1 项目背景和市场现状

毛乌素沙地是鄂尔多斯高原东南部和陕北长城沿线沙地的统称，位于N3730'～3920'，E10720'～11130'之间。长期以来，毛乌素沙地面临区域土地沙漠化、生态退化等严重的生态环境问题。随着气候暖化趋势的日益显现和人类活动强度的不断增大，土地沙漠化加剧、水资源缺乏、水土流失、土地质量下降等综合问题日益突出。如何有效防治土地沙漠化、改善区域生态环境、协调人地关系，成为国内管理界、学术界密切关注的重大现实问题。从近些年来的防治技术研究与实践来看，呈现出常规化、单一性、短期性的特点与问题，基础性技术集成和自主创新能力不足、成果偏少，因而面对区域性生态退化、土地质量下降和人地关系恶化等一系列难题，亟需立足当地实际、明确科学目标，推进深度研究和创新。

毛乌素沙地广泛分布着被当地人俗称为“砒砂岩”的松散岩层，它具体指古生代二叠纪、中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层。该地层为陆相碎屑岩系，由于其上覆岩层厚度小、压力低，造成其成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低。砒砂岩无水坚硬如石，遇水则松软如泥。由于这种岩层自身物理、化学性质和当地特殊的自然、人文环境，使得该岩层极易发生风化剥蚀。砒砂岩区土壤侵蚀模数高达3～4万t/km2·a，是黄土高原侵蚀最剧烈的区域，被称为“世界水土流失之最”和“环境癌症”。当地群众深受其水土流失危害，视其危害毒如砒霜，故称其为“砒砂岩”。

在环境整治时，“治黄必先治沙，治沙必先治砒砂岩区”成为各界共识。沙与砒砂岩是当地富有2种性质明显不同的物质，整体上风沙化、水土流失是其“2害”。但二者具有极强的互补性。当两种物质独自分布时，分别面临土地沙漠化和水土流失问题，可谓“两害”；但当两者按照一定的比例配合成土后，情况发生了根本性变化。如何一举两得、变“两害为一宝”，既是当今土地资源利用的核心科学问题，也是区域可持续发展的重大战略问题。

本标准项目正是在这样的现状和背景条件下，由陕西省土地工程建设集团和陕西地建土地工程技术研究院提出、申报和实施完成的。针对毛乌素沙地特点和土地整治市场行业现状，结合标准编制规则要求，本标准规定了应用砒砂岩与沙复配成土技术进行土地开发造田的材料选择、设计要求、施工要求和验收要求。

2 标准特点

2.1 可操作性强

标准的可操作性特点指的是实用性和可行性，作为标准关键是要考虑2点：指标要简化，方法要简便；必须考虑其项目的设计、工程的施工以及验收工作的可行性，在确定指标时尽可能使用客观指标和现行的统计指标，减少主观指标和设计新指标。

标准必须有很强的可操作性，技术要求应明确并可行，这是衡量标准编制水平及决定项目价值的重要考核指标。在设计或选择确定标准方法时，既要充分考虑与现行标准的衔接，又要根据工程特性设计出可行适用的标准方法。本标准在制定时尽可能参考现行国家、行业和地方标准，同时还将试验结果与工程经验相融合，如不同作物最适颗粒级配和关键性的施工方法等。

2.2 技术先进

砒砂岩与沙复配成土技术有高水平的科研团队为强大支撑，团队中的不同研究小组来自与成土造田技术紧密相关的研究领域，小组间通过紧密合作、信息共享，有效整合了各自优势力量，保证了标准制定的科学性和先进性。研究团队拥有基础实验中心、土体有机重构核心实验区、中试基地以及野外科学实验观测站等研究基地，拥有国内外先进的实验仪器设备，为复配成土造田工程技术研发、工程示范等提供了強有力的后备支撑。技术的成型过程包括室内实验、大田实验、典型基地示范和规模推广4个环节，各环节互为支撑，环环相扣，体现了技术流程设计和实施的规范性。最后，无论从实验还是基地示范来看，砒砂岩和沙复配成土技术己经从实践上证实了成土技术理论的可靠性。以理论和实践的紧密结合为前提，以开创性的工作为特色，充分体现了该标准模式的先进性。

在设计或选择确定标准工程施工方法时，既要充分考虑与现行标准的衔接，又要根据工程特性设计出可行适用的标准方法。本标准的设计尽可能参考现行国家、行业和地方标准，同时也将室内实验、大田试验、典型基地示范过程中总结的相关数据和宝贵经验融入进来，对工程标准进行了必要的调整和优化。因此，本标准不仅具有很好的通用性、适用性和可操作性，而且体现了技术先进性。endprint

2.3 推广价值高

毛乌素沙地面积广阔，砒砂岩广布，为砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范的推广提供了良好的自然条件；毛乌素沙地是我国西北地区降水相对丰沛区，通过节水灌溉，能够在保证不破坏生态环境的前提下开展大规模农业经营；随着城市化的推进，毛乌素沙地农村人口大量向城镇转移，农村青壮年劳动力大量减少，这为现代化大规模农业的开展带来了机遇。由此可见，在毛乌素沙地只要具备3个条件，即砒砂岩与沙造田工程标准成熟，必要的政府、企业和个人资金投入，现代农业开发企业的进驻，就能大规模推广成土造田工程技术。

2.4 保护生态

毛乌素沙地是我国主要的生态环境脆弱区之一。由明清以来大规模垦荒导致；作为我国能源开发的重点区域，能源工业的发展则加剧了诸多原有生态问题，如植被破坏、环境污染、水位下降、沙丘活化等，使该地区沙漠化加剧，严重影响了人与自然的和谐发展与能源基地的可持续发展。该地区植被类型多样，广泛分布着沙生、旱生、盐生和沼泽等非地带性植被，对其进行治理成本较低，恢复生态较易。示范区的实践证实，标准的实施可以规范毛乌素沙地治理，并按照历史上毛乌素沙地草、林、耕地的状态在不同的区域开展造田和生态恢复工程，将有效恢复该区域历史原貌。

3 编制原则

作为国内首个采用砒砂岩与沙复配成土造田工程的技术标准，本标准编制遵循“科学性、全面性性、系统性、实用性”的原则，尽可能与国际通行标准接轨，注重标准的可操性与规范性。

3.1 科学性原则

砒砂岩与沙复配成土造田工程技术规范涉及土地整治中的主体工程和配套工程建设等方面的关键工程技术研究，与一般土地整治工程标准比较，更具有针对性，其专业技术含量也更高，这就要求在编制标准时要具有很强的科学性，合理安排造田工程的每个环节、技术，使其在标准中有合理的定位，既不遗漏又不重复。

3.2 全面性原则

标准的编制要考虑砒砂岩与沙复配成土造田工程的每一个环节、步骤。主体工程土体有机重构以及配套工程中的灌溉与排水工程、输配电工程、道路工程以及农田防护与生态环境保持工程都纳入了标准编制考虑的范畴。

3.3 系统性原则

虽然砒砂岩与沙复配成土造田工程涉及的专业范围广、环节多、过程复杂，但它仍然是一个系统的有机整体，工程中涉及的各项要求都有规律、有步骤的在本标准中得到体现。

3.4 实用性原则

标准是实践的总结和升华，应对实践具有指导作用。本标准的编制结合毛乌素沙地实际情况，尽可能的便于在工程实践中操作。

4 标准解读

4.1 术语和定义

本标准涉及的术语除已在相关技术资料有明确的定义外，还有部分重要术语需要加以界定。因此，对本标准中砒砂岩、主体工程、土体物理重构、土体化学重构和生物营养重构做了相应的定义。

4.1.1 主体工程

砒砂岩与沙复配成土造田工程的主体工程是本标准的核心部分，主体工程主要包括土体物理重构、土体化学重构和生物营养重构。

4.1.2 土体物理重构

通过客土、复配等方法，调配土壤机械组成、确定复配土层厚度、优化土体剖面构型，实现土体物理性状的改良。

4.1.3 土体化学重构

通过物理、化学、生物等措施，有效的调节土体酸碱性、基础养分等化学指标，使土体中各化学成分达到耕地具有的最基本的生产力。

4.1.4 生物营养重构

通过多年养分培育调节，形成复配土中植物、动物和微生物良好生长的营养环境。

4.2 工程技术解析

砒砂岩与沙复配成土造田工程的核心部分是主体工程和配套工程的实施。主体工程从物理重构、化学重构以及生物营养重构3方面做了规范。通过砒砂岩与沙复配首先达到适宜作物生长的土壤颗粒级配，随后优化土体剖面结构，构建合适的耕作层构型，调节土壤各化学指标达到作物生长适宜范围，最后调节土体养分，满足生命体生长需求。

4.2.1 土体物理重构

复配应选用氧化型的泥质砒砂岩，选用的砒砂岩应首先检测机械组成和重金属含量，机械组成应符合表1要求，重金属含量应不高于GB 15618土壤环境质量二级标准。机械组成根据GB/T 19077.1-2008 进行测定，重金属含量根据GB/T 14506.30-2010进行测定。

复配土层厚度应达到30cm以上，容重应≤1.45g/cm3，复配后保证砒砂岩岩块直径≤4cm。项目区主要种植作物为马铃薯，土壤粘粒（<0.002mm）含量宜设计为3%～4%，项目区主要种植作物为玉米，土壤粘粒（<0.002mm）含量宜设计为5%～6%，建议覆砒砂岩厚度可根据砒砂岩与沙的粘粒含量，通过式（1）进行计算。

H=30×（C复配土-C沙）/（C砒砂岩-C沙） （1）

式中：H——覆砒砂岩厚度，cm；

C——粘粒含量，%。

根据项目区面积准确核算砒砂岩拉运总量。对选择的砒砂岩料场进行踏勘，调研砒砂岩存量并采集标本进行检测，选择合理料场，遵循就近原则。采用自卸式翻斗车等机械拉运砒砂岩至项目区，卸至田块指定区域以方便摊覆。以每个田块为一个施工单元，覆砒砂巖前根据机械运输方量计算出单车砒砂岩摊覆面积，在田面上用白灰划出方格网，使每个方格网面积和单车砒砂岩摊覆面积相等，砒砂岩摊覆后对砒砂岩厚度进行全面采点测量，以保证覆砒砂岩厚度均匀符合设计要求。使用翻旋深度不小于30cm旋耕机械垂直交叉旋耕各1次，重构旋耕次数可根据砒砂岩粒径、耕作层混合均匀程度适当调整。

4.2.2 土体化学重构

土体化学重构要求复配土体耕作层pH、电导率、阳离子交换量、有机质、全氮、有效磷、速效钾等基础化学指标能够满足耕地最基本的生产力，实现作物最基本的生长需求。对于毛乌素沙地来说，如果项目区有轻度盐渍化或土壤pH稍高，不符合设计要求，对作物生长不利，可选择施用石膏、生理酸性肥料等进行改良，降低土壤pH改良剂施用量采用式（2）进行计算。endprint

G= [（10-J-10-K）×0[×B×2.5×I ]/D×10000 （2）

式中：

G——改良剂添加量，kg/hm2；

J——设计pH值；

K——复配土实际pH值；

30——耕作层厚度，cm；

B——耕作层容重，g/cm3；

2.5——pH测定水土比；

I——改良剂摩尔质量，g；

D——1mol改良剂能中和的OH-离子摩尔数，mol

新复配土体化学养分含量一般较低，新增耕地应以增施有机肥为主，首年土质成分调节应以改善土体中基础养分为目的，以基本可满足作物生长为目标，化学养分施用量采用式（3）进行计算。

Y=（Q-S）×30×B×10 （3）

式中：

Y——某肥料养分施用量，kg/hm2；

Q——土壤某养分含量设计值，mg/kg；

S——土壤某养分含量测定值，mg/kg；

30——耕作层厚度，cm；

B——耕作层容重，g/cm3。

4.2.3 生物营养重构

生物营养重构在土体化学重构的基础上进行，通过首年养分调节，后期多年养分培育應以形成土体植物、动物和微生物良好的生长环境为目标。养分多年培育调节肥料施用量根据NY/T 1118-2006中养分平衡法进行计算，公式见式（4）。

Y=（X×M-S×0.15×T）/F （4）

式中：

Y——某肥料养分施用量，kg/hm2；

X——作物单位产量某养分吸收量，kg/100kg；

M——目标产量，100kg/hm2；

S——土壤某养分含量测定值，mg/kg；

T——校正系数（土壤养分利用率）；

F——某肥料养分当季利用率。

4.2.4 配套工程

本标准对造田工程的相关配套工程进行了规范，其中主要包括灌溉与排水工程、输配电工程、道路工程、农田防护与生态环境保持工程。配套工程以现行国家、行业和地方标准为依据，结合毛乌素沙地特点对个别设计参数和施工要求进行了详细说明。

5 工程示范推广

在陕北毛乌素地区选取具有代表性的项目进行标准的应用推广，将砒砂岩与沙复配成土工程技术由小范围田块试验向毛乌素沙地大地域推进打好基础。以实现造田工程的新思路为指导，在充分利用成土新技术的基础上，结合现代土地整治工程技术，使昔日的沙丘荒漠变成了现代化的标准农田，取得了明显效果。项目的示范推广带动了工程标准的推广，累计推广面积2767hm2，实现新增耕地2653hm2。

6 标准实施效益评价

6.1 社会效益

应用本标准在毛乌素沙地开展复配成土造田工程，有利于保持耕地总量动态平衡，拓宽建设用地空间；有利于优化土地利用结构，促进土地集约利用；有利于改善农业生产条件和基础设施建设，提高农业生产率；有利于促进节约集约用地，促进农民增收、农业增效、农村发展。通过引入大规模现代化农业，改变了传统的农业生产方式，使当地干部群众的思想产生翻天覆地的变化，这种巨变将推动农业生产以及其他产业结构的转型和效益的提升。

6.2 经济效益

在整治后的沙地上建设大规模现代化农业，将改变传统小农生产效益低的现实。为落实设计中的现代农业模式，在项目建设期间，施工方均根据现代设施农业和标准的要求进行，并和后期农业种植公司实现“无缝对接”，一切的施工和土壤改良都朝这个方向走。因此，当地村民可以从土地租金中获得收益（如原有的荒沙地由10元/667m2提高到现在新开发耕地200元/667m2）。此外，现代化农业企业的引入也将增加地方税收和就业机会。

6.3 生态效益

砒砂岩与沙复配成土造田工程项目依据标准实施后，项目区水土流失得到有效控制，区域生态环境明显改善，工程建设扰动土地的治理率可达95.5%，水土流失面积的治理度达到85.7%。项目建设完成后，随着新植林带的成长及农作物的种植，植物恢复系数可达95.8%，林草覆盖率达69.0%，在防风、固沙、排除空气污染，净化空气、改善项目区小气候，美化环境等方面，发挥重要的作用；形成错落有致的人工绿色农田生态系统：“田方、路平、林齐”，与社会经济发展相平衡的农业生态系统将逐步形成。砒砂岩与沙复配成土建成的田地土壤肥沃，水分充足，抗旱能力强，是高产稳产的优质基本农田。为调整农村产业结构、发展多种经营、促进退耕还林还草创造了有利条件。通过实施砒砂岩与沙复配成土造田重大工程，既可以增加优质农田，又能够有效巩固退耕还林和生态建设成果。

7 结语

由于砒砂岩与沙复配成土技术在我国的广泛应用相对较晚，因而关于砒砂岩与沙复配成土造田工程还存在很多设计和施工上的不足，虽然目前已取得了不少的研究成果，但还远不能满足既有工程指导及验收评定的需要，特别是对土体有机重构还没有相应成熟的指导标准。本标准内容完整、技术要求全面充分，施工方法技术先进、操作性强，具有鲜明的技术创新特点，使砒砂岩与沙复配成土造田工程的施工及验收有章可循，对强化施工质量意识、规范施工技术、整顿行业市场秩序等起到积极的引导作用。作为一项综合性很强的成土造田技术标准，它集土地整治、规模化现代农业发展于一体，将“沙害”转变为“沙资源”，形成一个良性循环发展的新型造田治沙思路。这一标准的制定，除了在造田过程中产生可观的经济效益外，也将改变毛乌素沙地治理由单纯的国家投入为主的思路，实现包括各级政府、国内外企业、当地农户多元主体参与的沙地治理方式，产生潜在的巨大的经济效益和社会效益。在有效提升各单位设计、施工能力的同时，为将来申报行业标准和国家标准做好了充分的准备。

作者简介：魏样，工程师/农艺师，在读博士，主要从事土地整治工程研究。endprint