我国表土剥离技术启蒙与发展研究综述*

杨紫千，刘小庆，董秀茹，王秋兵

(沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳 110866)

0 引言

土壤是供给自然万物生长所必需的养分之源，土壤的天然形成过程极其缓慢，相关研究表明1cm厚的土壤形成所耗费的时间大约在300～400年之间，具有一定的不可再生性。而随着城市发展，建设用地的不断扩张，许多城镇周边的优质土地被建设占用，被建设占用的土地的土壤也遭到了破坏，加剧了土壤资源的稀缺性。表土剥离工作指将建设占用地或露天开采用地(包括临时性或永久性用地)所涉及的适合耕种的表层土壤进行剥离，并用于原地或异地土地复垦、土壤改良、造地及其他用途的剥离、存放、搬运、耕层构造与检测等一系列相关技术的总称[1]。表土剥离不仅最大限度的存续了优质的土壤资源，也拉开了区域土壤资源调配利用的序幕[2]，例如，重庆三峡库区移土培肥项目，通过对即将被淹没的三峡库区内耕地的耕作层土壤进行剥离，对库区以外的丘陵梯田进行土壤改良，达到了较好的土壤培肥效果，提升了覆土区土壤质量； 吉林省展开“黑土转场”运动，将建设占用耕地的表层土壤剥离用于农村居民点复垦、土地整治等项目，从而保护黑土资源。国家鼓励将耕作层土壤剥离用于土地整治、复垦或其他项目以提升耕地质量。在我国，虽然表土剥离技术已开展应用多年但尚处于探索阶段，各地虽有相应研究与实践，但表土剥离技术的发展并不完善，而国外早在20世纪中叶就已开始对表土剥离技术进行相关的探索[3]。这种技术的现实意义在于：(1)最大限度存续优质土壤资源，对实现耕地占补平衡及提升耕地质量意义重大； (2)协调区域土壤资源不平衡问题，加快区域土壤资源调配利用，可实现土壤资源区域公平与耕地质量优劣互补； (3)构建表土剥离流转应用市场，提高社会就业促进经济发展。目前相关学者对表土剥离研究主要集中在对剥离技术的研究[4-6]、表土剥离利用方向的研究[7]以及表土剥离再利用时空配置研究[8-11]。

1 表土剥离技术研究

表土剥离技术是一项复杂的集成的体系，并不是一个单项的工程，涉及取土地表土剥离提取技术，表土的临储运移以及覆土区土地平整，在这一过程中我国学者受西方国家表土剥离技术发展的启迪对于表土剥离技术进行了综合的研究与分析，分别针对表土剥离的内涵[12-15]、表土剥离技术集成体系[15-17]及表土剥离应用的成本收益[18]进行了专门的探讨。

1.1 表土剥离内涵研究

表土剥离技术于19世纪末萌芽于澳大利亚与美国， 20世纪70年代矿产资源开发给发达国家带来的环境压力已愈演愈烈，因此发达国家在矿产资源开发中开始讨论工矿废弃地的复垦。对工矿废弃地进行复垦，恢复其工矿开采前地表状况，需要对废弃地进行覆土，表土剥离技术由此而生。这一时期学者们开始针对采矿业中的表土剥离机型探讨。美国依附于矿区土地复垦对表土剥离进行了相应的研究，其制定的《露天采矿与复垦法》规定了对于采矿用地的复垦必须实行表土剥离进行覆土，使复垦地块恢复原始状态，并对表土剥离技术有了简要的总结[19-21]。澳大利亚于20世纪80年代意识到采矿活动对环境造成的负面影响，为了实现经济增长不以牺牲环境为代价制订了《复垦法》，进一步对复垦工作进行了细化与规定，也为表土剥离技术的产生与发展奠定了基础[22]。加拿大与英国也分别于20世纪末逐渐意识到表土剥离技术在土地复垦中的重要作用并开始相应的研究[23]。

图1 表土剥离内涵发展

21世纪初，我国学者相继受西方国家土地复垦中表土剥离技术应用的影响，开始对表土剥离技术有所了解，此时表土剥离技术的内涵也在不断地发生着变化。城市建设的不断发展，城市化进程的不断加快，大量城市周边的优质农田被建设占用，其珍贵的表土资源也大量被损毁破坏，基于此依托于城市建设的表土剥离技术又被赋予了新的内涵。在城市发展建设中，建设占用耕地以及土地复垦等相关工作都要涉及土地平整，土地平整的过程中涉及表土资源保护的相关问题，尤其在南方丘陵地区，由于其丘陵地貌特点，土地平整工程中往往导致表层土壤被破坏，学者们针对目前的实践情况提出了在土地平整工程中增加表土保护的工程设计及经费预算，并通过表土剥离技术对表土实行运移保护，如郑财贵、朱玉碧[24]。城市发展建设不仅涉及土地平整工程，道桥建设与路网布局更标志着城市的发展规模，在公路建设方面，学者对公路建设中表土的利用方式进行了探讨，认为在公路建设中需要对表层土壤进行剥离利用，将剥离土壤用于公路沿线绿化，恢复取土场、弃土场、拌和站等临时占地，改造小流域治理等方面[25-26]。

在城市发展速度变缓，耕地保护措施加紧的新形势下，表土剥离技术又产生了相应的转变，从最初的工矿用地复垦到城市建设占用表土的剥离进一步演化为耕地质量提升及土壤改良的重要手段。徐艳等[27]认为只有土壤肥力优质的表土才可用于培肥覆土耕地，即使是肥力贫瘠的土壤也可以用来增加土层厚度。这一观点被多数学者认同[28-30]，优质表土培肥土壤以及增加耕地土层厚度也为表土资源的区域调配利用打下了基础。

综观表土剥离技术在我国的发展，受发达国家研究启蒙，由工矿用地的复垦转向城市建设的表土保护，继而发展成改良土壤提升耕地地力的重要手段(图1)。

1.2 表土剥离技术集成体系研究

自21世纪表土剥离技术在我国不断发展以来，学者们对于表土剥离技术的相应操作规范与流程，工程设计等方面的综合的表土剥离技术集成体系的研究也日渐增多。在土地复垦方面，学者们一致认为表土在复垦工作中是十分重要的，并提出了“条带复垦表土外移剥离法”以及“梯田模式表土剥离法”，丰富了表土剥离技术的方法体系[31]。

在露天矿开采方面，美国的煤矿区表土剥离制度是世界上土地复垦工艺最为先进的国家之一，我国学者通过学习借鉴其表土剥离制度，认为美国煤矿区表土剥离制度具有较完全的法律法规保障体系，并且有专项资金对表土剥离工作予以支持[32]。通过对其开采工艺的借鉴，认为半连续工艺具有连续和间断工艺的综合优点，不仅机动灵活、适应性强，还具备运费低、能力大、系统可靠性高等优点，针对半连续开采工艺关键装备的设置及具体工程技术进行的研究也越来越多[33]。

在具体的城市开发建设及土地整治项目中，学者们也在操作方案的设计、剥离工艺的创新及剥离模式的总结方面进行了探讨。颜世芳等[34]探讨在高速公路取土场进行表土剥离时需要注意的要点及事项，认为在取土之前应该对每个取土场因地制宜地进行复垦设计，尽可能选择地形较高的取土场，对表土剥离技术的深化与具体实施起到推动作用。李建华等[35]深入调研了丘陵地区水田的土地整治工作，针对丘陵地区的独特地理条件因素，对表土剥离技术在丘陵地区水田的应用上提出了新看法，并提出条带剥离递进回填的表土剥离工艺方法。窦森等[36]以吉林省松原市为例，将松原市划分表土剥离类型区，并提出表土剥离的4种模式，对各种模式的详细操作规范及技术流程做了详细的阐释，进一步加强了表土剥离技术的实际操作性。

1.3 表土剥离成本收益研究

在美国、英国等对表土剥离技术研究较早、较深入的国家，有学者对表土剥离项目的成本收益问题进行了专门的研究。国外学者多通过实地案例的调查对表土剥离项目成本与收益之间的经济平衡关系进行研究，多数学者如Agata Klimkowska等[37]认为表土剥离项目所带来的收益不足以平衡其过高的成本，表土剥离项目的成本过高主要集中在挖掘与运输表土过程[38]，而在表土临储的过程中科学的设计可以有助于降低项目成本，Desiree Rivera等[39]通过变量实验对表土存储时间与表土种子库的影响关系进行了研究，认为短周期的表土存储和大库存可以降低种子损失，增加表层土壤的恢复潜力且使成本不致过高。相对于国外发达国家学者对于表土剥离成本收益的研究，国内学者对于这一方面的研究不多，但也有少量成果。根据我国目前的表土剥离项目实践，部分学者通过实地调研对耕作层土壤剥离再利用的成本均价进行了探讨，针对不同地区间表土剥离项目成本耗费差异较大的现象，从运输费用、施工方法和人工费用3个方面结合不同地区实际进行了分析[40]。而在表土剥离项目的收益探讨方面，韩春丽[41]认为，耕作层土壤剥离再利用兼具市场价值与社会效益、生态效益和人文效益等非市场价值，并对浙江省余姚市耕作层土壤剥离再利用效益的非市场价值进行了评估。学者们倾向于探讨表土剥离项目的综合效益而不仅限于直接经济效益的计算[42-44]。综上所述，无论国内、国外学者的研究，均没有对于表土剥离的成本收益研究提出具体的、规范的研究方法与技术路线，并未形成一般性的理论，而对于成本收益的探讨主要集中在定性层面上，缺乏定量性的数字分析。

2 表土剥离利用方向研究

从表土剥离的内涵演变及技术发展可以看出表土剥离技术在随着环境及时间的变化而不断完善、不断深化，然而无论基于何种目的的表土剥离，植根于哪项进程的覆土改良，都最终落到土壤的利用上，进行表土剥离的项目，土壤剥离后如何进行利用，采取怎样的方式利用也逐渐成为学者们研究的重点。目前国内学者对于表土剥离再利用的研究方向集中在土地整治与土壤改良两个方面。

2.1 土地整治中表土剥离利用研究

征地过程涉及不同的项目，大型线性道路工程、工业集中区征地、项目占用基本农田等等，在不同的项目中都要涉及建设占用耕作层土壤的表土剥离。目前我国的征地过程中所进行的表土剥离以及灾毁土地临近区的表土剥离项目多结合土地整治工程加以利用，如将剥离表土用于农村新增耕地的开垦以增加耕地面积，或将剥离表土作为城乡建设用地增减挂钩中的复垦用土，将剥离表土运用到农村土地综合整治中去[45]。在丘陵与山地地貌地区，车德伦和谢杭[46]分析了贵州省表土剥离做法，并提出将非农业建设占用耕地的耕作层土壤用于贵州省的坡耕地梯化工程，多数学者认为非农业建设占用耕作层剥离的具体实施多结合当地地理位置与环境资源禀赋，因地制宜地设计耕作层剥离流程及工程步骤[47-48]。而在平原地区，表土剥离项目多结合农村居民点整治与复垦项目。张凤荣等[49]通过对吉林市大荒地村的实证调研，分析了在农村居民点新建改造下的，新址表土剥离用于旧有居民点的复垦项目的经济效益，其研究结果表明，将剥离表土用于农村居民点的复垦建设需要因地制宜，耕地表土剥离用于旧居民点复垦固然可以提升耕地肥力，但其成本费用过高。可见土地整治项目是目前表土剥离技术实行所依托的主要载体。

2.2 土壤改良中表土剥离利用研究

土壤改良是表土剥离再利用的一个重要的方向，追溯其起源，可以上溯至三峡库区的移土培肥工程，也有学者针对三峡库区移土培肥工程进行了专门的研究，来探讨表土剥离技术的土壤改良效果。陈光银等[50]针对三峡库区表土剥离项目提出移土培肥工程绩效评价的概念，并建立了移土培肥工程绩效评价指标体系，认为三峡库区移土培肥工程在成效与绩效上属于优质工程。在土壤改良中，用剥离表土培肥耕地土壤需要对培肥对象进行覆土改良，学者针对覆土改良的适宜覆土厚度进行了探讨。石彦琴等[51]通过人为设置不同的耕层厚度实验，利用等质量土壤有机碳库储量与层化比的研究方法，对不同耕层厚度对华北地区高产灌溉玉米的产量影响进行分析，得出在耕层厚度为20cm时，土壤有机碳储量最高，对玉米产量增加效果最好，同时也为表土剥离用于农地土壤改良提供了剥离土层厚度的参考。在土壤改良利用效果的研究中，黑土区的研究更加值得关注，因为黑土区得天独厚的黑土资源面临着逐年消减的严峻形势，剥离黑土区表土用以土壤改良其效果收益也会相应较好。张婷婷等[52]通过实验对长春市净月区一废弃矿地进行复垦造田及土壤改良，探讨黑土区剥离土壤在不同土层厚度下的再造耕地对作物产量的影响，并提出，在黑土区剥离表土改良土壤肥力在厚度为50cm时，可以达到最佳的效果。

3 表土剥离再利用时空配置研究

表土剥离技术在我国一步步发展起来，经历了西方的启蒙，随着我国经济与社会环境的发展，表土剥离技术结合着社会发展的需求不断地发展，从最初的与工矿复垦相结合到保护被建设占用的优质耕地的表土资源，再到应用土壤改良，表土剥离技术经历了内涵的完善创新，具体实施技术的探讨与工程体系的构建，然后到具体的实际应用，正如前文所述，表土剥离技术不是单一的环节，其涉及取土场的选择、表土的剥离、覆土改良地点的选择、路径的优化及土地的平整等一系列连接的过程，因此针对表土剥离的再利用在对接项目的选择、路径的设置、利用的时空布局就愈加成为现实的问题，也成为学者们探讨的新方向，我国学者针对表土剥离再利用布局研究主要针对成本费用关系，以经济可行性为前提，对不同地貌的剥离表土再利用布局进行研究[53-55]。

陈艳华等[56]以福建省光泽县为研究对象，以提高表土剥离再利用项目经济效益、节约成本为原则，对研究区域内允许建设区耕地耕作层土壤剥离表土涉及再利用覆土地块配置，提出供需平衡圈理论，对研究区地块进行剥离适宜度与覆土优先度评价，为表土剥离用于增加耕地土层厚度与土壤改良提供了理论指导。供需平衡圈的提出，为表土剥离区域调配利用布局配置提供了新思路，对表土剥离时空关系的研究还有其他方法，如李亚龙等[57]采用网格化的方法，将其研究区域网格化，确定地面格网单元对地下煤层的影响范围，以此完成煤矿开采前期地表表层土壤剥离的时间与空间的顺序确定。

4 结论与展望

综上所述，自表土剥离技术在我国萌芽以来，不断地发展与完善，目前已引起学者们的广泛关注。在我国城市化进程放缓，城市扩张受到限制，耕地面积保护形势严峻的当前，表土剥离技术的应用与发展正得其时，目前表土剥离技术的应用已经不仅是单纯的理论研究，各地政府已积极开展建设项目的表土剥离工作，学者们也从试验设计角度对表土剥离的相关操作规程与实施技术进行理论的指导，然而表土剥离技术发展仍需完善，目前表土剥离的应用与发展主要体现在以下几方面。

(1)表土剥离的内涵在发生着深刻转变。通过对国内外表土剥离技术相关文献的分析，揭示了表土剥离技术应用方向的递进规律，即随着科学技术水平的提高，城市化进程的加快，各国根据本国国情、城市发展布局及资源禀赋的不同，表土剥离技术的发展在不断的成熟，综合各国表土剥离技术的应用发展，大致可将表土剥离技术的发展归纳为3个阶段。第一阶段中，表土剥离技术被用来当做解决问题的技术方法，具体来讲，通过表土剥离技术对各国工矿业发展的过程中出现的大量的工矿废弃地进行复垦修复； 第二阶段中，表土剥离技术作为存续与保护土壤资源的手段，即城市发展或工商业用地占用耕地前进行表土剥离； 第三阶段中，表土剥离是提升土壤质量，创造经济价值，实现土壤资源区域调配利用的发展理论。而表土剥离的内涵也随着表土剥离发展的3个阶段由技术转向方法，最终提升为理论。

(2)表土剥离应用的技术规范不断完善。在表土剥离技术的应用中，由最初的工矿废弃地的复垦建设开始，表土剥离作为此项工作中的操作手段，学者们总结了其不同的操作方法，在后续的发展中，表土剥离技术的应用对象，基本的操作流程逐渐清晰，各地在实践中总结出不同的表土剥离操作模式，形成了各自的操作规范和技术体系。就目前而言，表土剥离的技术规范还有待进一步完善与发展，只有形成统一的科学的技术体系，才能促进表土剥离的实践应用。

(3)针对表土剥离成本收益的探讨较片面。在目前学者们对表土剥离应用的经济可行性探讨中，多数认为表土剥离应用的收益难以抵消其过高的成本费用，因而认为表土剥离的经济可行性较小，难以指导实践。这一论调基于片面的表土剥离经济效益的核算，学者对表土剥离经济收益的核算因其利用方向的局限而较为片面，且对其成本收益的确定基于定性的分析，缺乏定量的计算，并未将表土这一珍贵的资源的真正价值显化，而且忽视了表土剥离利用的生态效益及社会效益，因而算出的直接经济效益严重偏离其实际价值。

(4)在土壤改良中缺乏耕层厚度与作物产量的定量分析。表土剥离作为土壤改良的一种利用方式，通过增加土壤质量条件较差的耕地耕层厚度是改良土壤的主要方式，然而在目前的三峡库区移土培肥工程及其他的表土剥离应用于土壤培肥的项目中，缺乏对耕层厚度与耕地产能这一核心关系的定量分析，同样缺少对于耕层增厚对耕地产能影响的机理研究，因而阻碍了表土剥离在更大尺度上的土壤改良的利用。

(5)表土剥离区域调配理论还需完善。在表土剥离技术的过程中，对表土进行运移利用是表土剥离的最终目的，然而剥离表土再利用中往往由于区域内缺少对应的利用项目而无法进行，表土资源的调配利用不仅仅限于区域之内，省际、远距离的调配利用也是一种利用方式，表土剥离的区域调配利用是其发展的必然趋势，在目前的研究中，如何科学的、有选择的、有先后的对剥离土壤进行远距离的覆土利用及调配还需要进一步的解答，尚缺少对于表土剥离适宜运输距离的研究，因此，表土剥离区域调配理论还需完善。

表土剥离是一项新兴的技术，就发展趋势而言，以下或可成为未来的研究重点。

(1)省级区域间宏观上的剥离表土调配利用研究。表土剥离利用由于对接项目的不及时性、不稳定性，常常需要将剥离表土进行异地的调配利用，由于其剥离成本的限制、支持资金的不明确等原因，目前的表土剥离异地调配利用范围受局限，多数只在临近区域用作绿化用土或进行土地复垦，并未能发挥出表土资源的实际价值，而随着学者们对于表土剥离研究的进一步深入，各地表土剥离实践应用的进一步完善，更大尺度上的表土调配利用，尤其是省级区域间宏观上的剥离表土调配利用将会愈发凸显出表土剥离在实现区域土壤资源平衡、土壤公平利用上的巨大价值，也会由于更加具有广度的利用范围，将剥离表土的利用选择扩大化，进一步优化剥离表土利用方向选择，最终更充分的发挥剥离表土的资源价值。

(2)表土剥离适宜运输距离研究。剥离表土最终要落到土壤的利用上，那么对于不同的剥离表土利用项目，如何进行选择才合理，其中剥离表土取土区域位置到覆土利用区域位置之间的距离是很重要的一个衡量标准，是不是两者间的距离越近就是越好的利用选择，涉及表土剥离利用的适宜运输距离的探讨，只有将剥离的表土对不同覆土利用项目的适宜运输距离进行计算与评价，才能更准确、更科学地进行表土利用项目的选择，而这些随着表土剥离的进一步发展，利用区域的进一步扩大，都将更进一步成为学者们面临的重要问题。

(3)耕层增厚与耕地产能关系研究。在表土剥离的利用方向中，土壤改良越来越成为学者们关注的重点，土壤改良本身是一个较为复杂的过程，对于不同的土壤类型，其针对性较强且差异性较大。而植根于表土剥离利用的土壤改良更加直接，多数即是对于同类型土壤的覆土，增加其表土层与耕层厚度，若要科学地将剥离表土用于提升耕地的耕层厚度，就要研究这一利用过程的利用效果，并将其最大化，因此研究耕层增厚与耕地产能的关系就愈发凸显其重要性，只有确定两者之间的关系才能进一步确定剥离表土用于增加不同耕地耕层厚度的适宜梯度，从而更大程度地发挥这一利用方向的利用效果。

(4)土壤改良项目成果后评价研究。目前的土壤改良项目以工程任务完成为目标，以项目验收为结束，缺乏对项目完成后的成功评价机制，对于无论是现有的土壤改良项目还是剥离表土对于耕地的增厚耕层覆土改良都大大减少了束缚力，也更增加了其项目完成的随意性、不严肃性，往往难以达到预期的效果，增加土壤改良项目的成果后评价，有利于敦促项目进行的严肃性，对项目效果具有一定的保障。

(5)表土剥离项目成本收益及生态社会价值研究。表土具有资源与资产的二重性，那么作为资源其具有经济价值，对于不同的利用方向产生不同的直接效益； 作为资产，其具有社会价值。目前对表土剥离利用的经济价值及社会价值研究还比较片面，表土剥离项目在多大程度上具有可行性，如何平衡其经济收益与实施成本，如何计算其社会价值及生态价值，这些都是值得探讨的问题，在这些问题的研究与解决也会促进表土剥离再利用的发展与完善。因此，在未来的研究中，需要学者进一步的研究与思考。

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