表土保护和再利用工程——以上海国际旅游度假区为例

柏 营

(上海申迪建设有限公司,上海 201205)

1 研究背景

肥沃土壤形成是一个漫长的过程，从岩石风化到土壤形成要历经一个漫长的过程，相对人的寿命而言，土壤资源是一种不可再生的自然资源。特别是表层土，要经历漫长的耕作过程或植被恢复才发育而成，因此表土资源是其中更为宝贵的珍稀资源。而我国有限的耕地面积中称得上肥沃的不到三分之一，相当一部分耕地面积地力贫瘠或存在其它障碍因子，因此保护土壤就是保护有限的表土资源，表土资源的破坏或流失甚至比单纯的耕地面积减少更隐蔽也更严重。特别是城市无限扩张和开发，肥沃的表土往往被用作道路或房屋的下垫土或是建筑垃圾的一部分。而同时城市开发后需要绿化种植时又不得不从外购土或使用没有肥力的深层土，深层土没经过耕作，充其量只是自然土壤的形成阶段，根本不适合植物生长，城市绿化水平质量不高的很大原因之一就是使用了大量深层土。表土保护后再利用，不但能提高种植土质量，而且保护了表土中蕴藏的大量种子资源和土著生物群体，因此保护表土就是保护自然资源，对保护开发区域的生物多样性也有积极作用。肥沃表土一旦保护不当发生退化或被污染，短期内很难修复，表土保护刻不容缓。

相对而言，国外在土地开发时较为重视对表土的保护：日本、荷兰等国家表土保护均已立法，如日本都市计划法第33条9项规定：为保全开发区和周边地域环境，要采取必要的措施保全开发区内必要的树木和表土，工程结束后再利用表土来种植植物。而英国、美国还颁布了有关表土保护标准，特别是表土用于绿化，并为具体工程实施提供技术指导。近年来随着我国对环境质量要求不断提高，表土保护的重要性也引起重视。很多学者和专家都对表土保护和再利用开展了研究和实践。

虽然国内有不少表土资源保护研究，也有一些实际应用的工程案例，但缺少相关技术标准作为指导。而国外之所以表土保护能有效实施，除了政策的保障，还有相关标准作为技术支撑。为此，结合具体工程实践，形成可操作、可复制、可推广并适宜中国应用的表土保护技术标准刻不容缓。为此，本文结合上海国际旅游度假区核心区域3.9km2表土保护和再利用工程，对整个表土保护过程进行总结，形成相关技术标准，以便为我国表土资源保护提供技术支撑。

2 上海国际旅游度假区表土收集和再利用

根据整个上海国际旅游度假区表土的收集和再利用的全过程，具体分以下五个步骤实施。

2.1 表土现场调查

2.1.1 表土现场踏勘

现场对上海国际旅游度假区核心区一期规划地进行踏勘，总共发现有161个种植土地块，但由于表土分布界线不清晰且精度不够，无法对表土的储量进行精准的估算，给后续的表土收集工程的土方体积核算及核价带来较大的误差。因此，在表土现场调查之前，采用RTK（Real Time Kinematic，实时动态测量技术）技术、天宝VRS（Trimble Virtual Reference Stations，天宝虚拟参考站）技术以及上海VRS网络技术，对调查区域进行勘探，进行精确、高效、科学的地块位置和边界的确定，其水平定位精度可达8mm，高程精度可达15mm。并根据现场定位结果，绘制表土分布图。

2.1.2 表土现场取样

根据度假区建设项目情况，按照表土收集区勘探定界情况，对项目现场进行实地调查，进行取样。

1）采样地块的划分：按照项目建设区划内的地形图和勘探定界图，将区域内的表土进行划分。划分依据主要是地形地貌、土地利用现状、周围环境、土壤类型以及母质厚度，其中的大棚菜地由于设施栽培因素，相关指标容易超标，单独将此类地块划出。

2）采样单元的划分：根据地势、土壤均匀或差异度、植被类型等情况，根据面积确定采样单元，一般5 000m2分一个取样单元，为一个混合取样点，但一块有四址田埂的地块至少确定一个取样单元。

3）采样方法和深度：采用蛇形布点法，每个取样单元为5～10个取样点混合。考虑到项目区域内的土方平衡、地形设置以及剥离表土质量与耗费资源的平衡性，采样深度为0～50cm或0～30cm。

2.2 表土质量分级

2.2.1 检测项目评定规则

1）表土质量要求如表1所示，其中pH、EC、有机质、质地等4项主控指标是必测指标，检测结果应100%符合标准要求，否则该表土视为不合格，应重新进行改良。

2）当表土对养分平衡、排水性能或成熟度等要求比较高时，除检测4项主控指标外，应根据需要选择检测表1中水解性氮（有效氮）、有效磷、速（有）效钾、有效硫、有效镁、有效锰、有效铜、有效锌、有效铁、有效钼、入渗率、发芽指数和碳氮比等13项；检测结果至少80%应符合标准要求，且超幅在标准值的±20%以内；否则该表土视为不合格，应重新进行改良修复。

3）当表土或表土改良后种植土可能存在某种潜在障碍因子时，必须增加表1中的盐害、硼害、重金属污染和石砾含量的检测，且障碍因子指标必须100%符合标准要求，否则该表土视为不合格，应重新进行改良或修复。

表1 表土检测项目及质量要求

2.2.2 质量分类

依据以上检测项目的检测结果，并结合表土现场收集的难易程度（见表2），将表土进行分级分类：其中I类表土可直接使用，II类表土简单改良后可再利用，III类表土经修复合格后方能再利用，IV类表土不建议再利用。

表2 表土再利用的质量等级分类

遵循经济性和可操作性原则，根据土壤的质量分类，明确表土有效分布范围和厚度，制定表土分布图。对各个表土的分布面积和可剥离的体积进行精准估算，为现场数字化施工以及工程费用核算提供技术依据。

2.3 表土收集

2.3.1 原则

表土剥离应遵循的基本原则是：

1）“先永久后临时”：视工程占地的性质而定，永久占地（建筑用地、地形占地等）内的表土优先剥离，后剥离临时占地（临时道路、施工临时场所等）；使用后需恢复植被或农用的，可不进行表土剥离。

2）“先原地后异地”：先原地利用，后异地利用，以减少表土剥离及运输的工程量以及对其他区域表土的碾压。

3）“先厚后薄”、“先易后难”：先剥离土层厚的区域，后剥离土层薄的区域，分层剥离；先剥离容易剥离的地方，后剥离难度较大的地方。尽量简化和减轻现场施工难度。

另外，还应综合考虑地形、坡度、积水情况、道路条件等影响因素。达到尽量利用表土资源和施工效率之间的平衡。

2.3.2 制定收集路线

根据现场可供堆置土壤的地块所处位置，以最大限度减少对表土碾压破坏为原则，进行就近收集，且充分利用已建成道路，尽量做到一个地块只有一条碾压表土的通道，有条件的应在道路上铺设钢板，以减少机械的直接碾压。

2.3.3 表土清表

在表土进行剥离收集前，利用人工或者割草机等清除干净表土上的杂草、农作物等杂物，禁止使用推土机、焚烧等破坏表土和环境的清表行为。

2.3.4 表土剥离

表土剥离的方法有多种，主要依据表土剥离区的地质地貌、交通运输情况确定，主要有条带式表土剥离法和梯田模式表土剥离：

1）条带式表土剥离法

根据施工机械宽度，将复垦区划分成不同的剥离条带，每一条带大致为施工机械宽度的倍数，由外向里依次剥离。这种表土剥离技术主要应用于地下水位比较高的区域。

2）梯田模式表土剥离法

适用于地下潜水位较低的区域，塌陷的过程中未对种植作物产生影响，可以在坡地上修筑梯田，然后对塌陷的土地进行平整工程，以增加耕地的面积。在修筑梯田的工程中，利用表土逐行置换法、表土中间堆置法等工艺进行土壤位移，并在表土中进行倾倒、挖坑和填充。

根据现场调查情况，兼顾两种方法的优点，采用“分层平移表土剥离法”：利用推土机、拖式铲运机，针对平原上的优质土壤，根据不同土壤质量等级，对不同厚度表土进行抄平剥离的方法。此次剥离分为30cm和50cm两种深度。

2.3.5 表土运输

表土运输所用车辆或者机械工具应先清洗干净，防止油污、建筑垃圾等杂物污染表土；尽量缩短运输距离，防止表土被过度振动而压实板结；运输时对表土质量类型应做好记录，防止堆放混乱；必要时在运输路线盖上盖板，减少对土壤碾压和土壤振动。

2.4 表土堆放

2.4.1 堆场建设

表土堆放场地不能影响周边公共设施、工业企业、居民点等的安全，涉及河道的应符合治理规划及防洪行洪规定。规划建设好进出通道、堆放区、排水沟，便于现场操作，再采用施工材料进行场地加固处理，防止堆场在使用过程中发生严重沉降甚至破坏。

2.4.2 分类堆放

根据实际的调查测定结果，严格按照既定的表土堆放方案，将表土进行分类堆放。

2.4.3 堆场保护

表土在堆场存放期间，雨水淋失和自然沉降等因素都会导致表土养分流失和结构变化，堆土和取土也会影响土体的稳定性，暴雨等会引发水土流失甚至滑坡、崩塌等。采取压实、拦挡、排水及覆盖或种植等措施对堆场进行保护。

1）压实：为防止水土流失以及自然沉降带来的土堆不稳定，对土堆进行规范高度的自然压实和平整，堆放高度＜4 m，最大坡度不得超过1∶2（竖向∶水平）。

图1 土壤堆放高度

2）拦挡：用土埂在边坡下侧修建拦挡，平地堆土周围用编织袋装土护砌。拦挡工程的规模根据土体规模、地面坡度、降雨等情况确定，对可能发生滑坡的土体，增设防护带加固等工程措施。

3）排水：在堆土区周边建排水沟、暗涵、抽排水管等排水设施，设计标准根据积水面积、径流系数、气象等情况确定。

4）覆盖或种植：为防止表土在堆放过程中退化，采用土工布、塑料布、防尘网对现场收集的表土进行了覆盖，布接缝采用重叠搭接法或插入少量竹签连接好，土堆下部用石块或土块等重物压实避免风吹。堆放时间超过一个生长季节的，进行种草，不仅可以减少降雨对表土的冲刷，减缓径流速度，减少表土流失，还可以进一步改善土壤结构和肥力。

2.5 表土的再利用

表土的再利用采用就近利用的原则，主要用于占地区域复耕或恢复林草植被覆土，也可以用于异地造田、改良土壤、废弃地复垦等，表土应分层剥离、交错回填。

2.5.1 表土晾晒和粉碎

在即将利用已收集表土前，在天气晴好时去除堆放表土上的覆盖层，让表土进行自然风干晾晒，至土壤含水量＜20%，为了使收集的土壤改良均匀，对晾晒好的土壤进行粉碎。

2.5.2 表土改良

根据拟达到的改良目标以及土壤主要障碍因子，进行不同配比的配方试验并进行植物栽培试验，在大量试验基础上，最后确立了技术配方。根据实验室大量配方以及中试的试验结果，对产品不断优化，最后确立生产配方，进行规模化生产。

3 结论与讨论

通过上海国际旅游度假区项目实施，总共对规划区域内3.9平方公里规划地中约76.2万平方米（折合约1143亩）农田表土进行收集，折合收集表土约28.6万方；另外对核心区外围2.1平方公里规划地中部分农田表土进行收集，目前已经收集表土约15.4万方，整个项目收集表土约44万方。通过该项目实施，一方面使宝贵的肥沃的表土资源得到了保护，另一方面结合有机肥的改良，实现了废弃物的循环利用，达到“节约资源、废弃物循环利用”的目的，取得了经济、生态和社会效益三者共赢。

3.1 经济效益

原有土地开发模式由于不进行表土保护，而地形开挖无形中增加外源渣土的量，加上绿化种植时候外进客土，两者相加运输费用也是非常昂贵，而表土再利用减少了渣土量和运输费用。

因此，从目前来看，该项目取得的经济效益是可观的，达到4 576万元。从长远来看，由于对植物生长有所改善，其经济效益也是可观的。

开挖10 000 m3表土的各项费用组成：

1）表土清表：挖机：1×3个台班，约6 600～7 500元；

2）表土运输：挖机：1×10个台班，约22 000～25 000元；

卡车：5×10=50台班，约75 000～90 000元；钢板：50～80块：6 000～10 000元。

3）表土堆放：挖机：1×13个台班，约26 000～32 500元；

钢板：2 400～3 600元。

折合费用：总计138 000，折合费用为13.8元/m3

一般表土费用在150元左右，根据现场收集的44万方表土，该项目直接节省经济效益为近6 000万元。

3.2 生态效益

虽然表土资源从调查到收集的费用比从外地买来的客土高，但收集的表土是肥沃的、表层的熟化土壤，具有良好的物理化学特性，且对其所处的自然条件有清楚的了解，而外来的客土一般为深层土，没有活性，土壤物理结构较差，即使其再利用，与收集的表土资源相比，其改良资金远远高于表土的改良费用；此外，表土由于经过了几千年甚至上万年的形成过程，含有许多微生物，该土壤更能较好的促进植物的生长，对上海国际旅游度假区在很短的时间内保持景观效果提供了物质基础。

3.3 社会效益

通过上海国际旅游度假区规模化、机械化的表土保护和再利用，对我国类似项目以及其它城市表土资源的保护具有积极推动、借鉴和规范作用，为贯彻执行我国所提倡的环境友好型、资源节约型的城市生态环境建设提供具体案例。同时通过项目实施，总结现场经验并汲取国外相关标准，制订了上海市地方标准《绿化用表土保护和再利用技术规范》（DB31/T 661-2012）和林业行业标准《绿化用表土保护技术规范》（LY/T 2445-2015），这2项标准的实施将有利于指导我国表土资源保护和再利用。