农业用地耕作层重构技术

张海欧

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075；2.西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048)

1 引言

当前，社会经济快速发展，城市化进程不断推进，农业用地面积的减少和土壤质量的降低，已经威胁到粮食生产安全。人类生产生活与土地之间的供需矛盾更加凸显，因此，开发未利用土地、整治难利用地、提高农业用地质量是当今社会共同关注的问题。土体剖面构型是在土体发生发展过程中长期受生物、气候影响而形成的[1]，对土体中的水、肥、气、热等肥力因素和盐分运移等具有制约及调节作用，从而直接影响着作物的生长状况。土体构型能够在土壤分类、土地资源评价、土壤生态评价、土壤肥力评价等多方面的研究和实践中广泛应用[2，3]。因此调查研究具有特殊性的不同土体时，通过理论探讨和实践验证来鉴别不同土体构型的主要指标，从而确定不同土体剖面构型的类别，筛选出能够健康生长植物的最佳的土体构型，用于农业生产。

2 土体耕作层重构概述

耕作层重构是指在根据当地实际条件，寻求通过对土体的再造和开发新型资源，形成适合作物生长的耕作层，即新土壤。人类对自然土体进行开发、利用后，自然和人为耕作活动(如农田建设、翻耕、造林种草、兴修水利和修梯田等)因素的综合作用，影响着土体结构的形成发育[4]。尤其是在人为耕作活动过程中如果处理不当，则会导致有效土层质量退化、水土流失和风蚀沙化加剧等问题，降低土地质量和耕作层稳定性；采用犁耕、耕翻等方式疏松表土，深耕改良不良土层，消除不利于植物生长的障碍层[5]。

对耕地土体进行改造，主要是针对其土壤砾石多、土壤贫瘠、漏水漏肥、质地不良等问题，通过土体有机重构技术，构建表土疏松层、中间营养层和底层紧实的托水托肥保持层[6]。根据耕作土体的剖面结构特点以及优良的土体特征，使构建土层保持或优于正常耕作土体的剖面层次构造，对建立适宜植物生长环境、快速恢复土地的生产力[7，8]，提高土地资源的利用率和产出率，增加有效耕作层面积，缓解人地矛盾具有重要意义。

3 农用业地耕作层重构技术

3.1 土地平整

土地平整在土地工程中一般也称为操平，土地平整是多数土地工程施工特定阶段内都会涉及到。旱地的形式通常采用格田，田面坡度一般要求不超过2‰。格田设计要满足作物不同生长发育阶段对水分的需求，原则是“排灌通畅，灌排调控方便”。区域内田块应被划分为大小相对均匀的长方形田块，田块依地势由高到低方向为长边，短边方向与之垂直，起垄方向与长边一致，起垄形成的田块长宽比为2∶1～4∶1。格田内部凹凸高差宜在±2.5 cm以内，最大不应超过10 cm。格田间以田埂为界，田埂采用土质，梗高为25～30 cm，梗宽为30～40 cm。

水田对于土地平整度的要求较高：若区域地势基本平坦，宜参照旱地田的格田形式进行平整操作。为保证水田排灌畅通，灌排调控方便，以满足水作植物不同生育阶段对田面水深度调节的要求，在大田块内部采用格田形式分为面积较为均匀的小田块，单个格田内田面高度差控制在±2.5 cm。如有必要，可对基础土体进行碾压，增大土体容重，减少水肥渗漏。

3.2 有效土层的利用

有效土层通常作为回填表土进行利用，一般需要复绿、复耕(园)的区域作为表土回填利用的区域。在实际工程设计中，制定具体回填利用方案应因地制宜，即结合相应回填区域的地形及植物措施配置等具体因素。

有效土层在国外许多发达国家都已经得以成功应用，例如美国、加拿大、英国、日本、澳大利亚等[9]。据联合国教科文组织(UNESCO)和粮农组织(FAO)的不完全统计，全世界土地面积为18.29亿hm2左右，人均耕地0.37 hm2；我国现有耕地总面积为1. 21亿hm2，人均耕地0. 08 hm2，紧紧是世界人均耕地面积的1/4左右。耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，近年来，随着社会经济发展和人口不断增多，耕地逐渐减少，人地矛盾凸显，已经成为制约我国发展的重要因素之一。目前我国有大量的土地因自然灾害或人类开发利用受到破坏，变得荒芜，一些耕地因建设而被占用，其中有大量被破坏的土地可以通过土地整治工程的实施恢复到再利用土地或者耕地。因此，开展充分保护和利用有效土层，而进行土体剖面重构工作，对于缓解土地供需矛盾是非常必要的。

3.2.1 异地利用

有效土层剥离的异地利用，即某一地区的优质有效土层剥离后，直接或存储一段时间后作为客土用作他处，不再回填至原地，也包括对受损有效土层剥离以后的舍弃等。通过剥离适宜耕种的耕作层并对其进行存储和保护，使高肥力的有效土层受到保护，无损失、无浪费。在有效土层剥离工程完成后，用之前剥离出来的高肥力的有效土层进行造地复垦，既恢复原有的土地面积又保护了原有土地的耕植能力。因此，有效土层剥离应用于土地工程，具有节省工程投资、提高经济效益与生态效益的重要价值。这一技术能充分的保护了耕地资源，促进了国土事业和生态环境的健康持续发展[10]。

有效土层剥离异地利用模式常使用在土地改良中的有效土层剥离、土地复垦中的有效土层剥离、工程建设中的有效土层剥离以及污染治理中的有效土层剥离。如日本在污染土地治理中，采用有效土层剥离异地利用模式，首先剥离受污染地区的有效土层，覆盖或客入其他未受污染地区的土壤。有效土层剥离法应该考虑不同区域地下水位、地质条件及污染程度等因素，因地制宜进行选取填埋客土法或上覆客土法等。在污染土地治理中，比较常见的有效土层利用方式是剥离即将用来作为建设用地而占用地区较为肥沃的有效土层，剥离其肥沃土层作为客土覆盖到需要改良的污染土地中[11]。

该技术目前已在我国吉林省、贵州省和浙江宁波市得以成功应用[9]。例如，在渠系工程中，为提高草皮成活率，渠堤边坡铺植草皮前应先利用其他工程剥离保存的有效土层进行覆土，覆土厚度应控制在3～5 cm。为了增强新覆土层与边坡的粘合力，避免边坡覆土剥落，或因土壤含水量的增加，新覆土壤草皮一起顺坡向下滑移，因此覆土时应适当压实，并且可通过在护坡建设框格，采用在框格内覆土的方法进行植草护坡。这样，使有效土层的肥力、良好颗粒结构都能得到继续利用。

3.2.2 原地利用

有效土层剥离的原地利用，即由于特殊需要，将剥离后的有效土层加以存储，待原地建设等活动结束后再将有效土层回填。矿产资源开发、因城市发展而进行的各种开发建设活动，采用的一般是有效土层剥离原地利用模式。如美国露天采矿中，如果矿区土地为基本农田，则在矿山所有人进行开采前，必须对农用土地的有效土层进行剥离、存储和回填。澳大利亚矿业公司在开采过程中一般按照土体发生层次进行分层剥离、分层堆放、分层回填。日本十分注重开发建设地区的有效土层剥离和再利用。在城市建设和工业建设中，挖取土方或堆积土方的深度(高度)超过1 m、面积超过1000 m2时，对该挖取或堆积了土方的部分(道路路面部分、其他明显需要种植植被的部分、植物生长必须部分除外)必须采取有效土层复原、迁土、土体改良等措施。加拿大在管线建设中，首要任务就是规划有效土层剥离和存放，并在管线建成后将剥离存放的有效土层放回土地表层，以备耕种[12]。

3.3 客土改良法

客土改良法主要分为流水客土法和客土移植改良法。流水客土法是指利用自然地形或人为设置临时沟渠，依靠天然雨水或人工引水，将客土就地搅拌混成泥浆，随渠水流入本土田块中沉积。客土移植改良法是人工从取土区挖取优质壤质土并运输到不良剖面构型土体中采取土地覆盖、平整等工程措施改良剖面构型。采用客土改良的方法改造不良土体，可以改善土体理化性质、增加有效土层厚度，改善土体质地组成，使土壤质地向着良性方向发育，增强土壤的耕作性能作用，从而提升了耕地质量和耕地生产能力。

改良过砂或过粘质地的土壤通常采用客土法，通过“客土覆盖法”增加土层厚度，使土体剖面的土层排列次序发生改变，从而实现改良不良土体剖面构型目标。客土改良剖面构型通常有两种方法：分田块式有效土层剥离→覆客土→客土平整；有效土的中间堆置→覆客土→客土平整[13]。

3.4 引洪漫淤法

采用引洪漫淤法能够改良土体剖面构型、改善土体结构性、调节土体孔隙度等。自然洪流挟带的泥沙是土体剖面构型改良的优质材料，其颗粒组成主要为粉粒和粘粒，并含有丰富有机质和 N、P、K 等营养成分。引洪漫淤的实质是漫淤肥泥，从而使农田土层厚度增加、土体质地层次排列形式发生改变，土体剖面构型得到改良。

引洪漫淤法通常用于改良滩头地、沙化土壤等河流沿岸的不良土体。当洪水过后，会有大量的细泥沙被带到河流沿岸，引洪效果主要为漫沙，细泥中含有丰富的植物生长所需的营养物质，从而显著的改善了土壤肥力。通过引洪漫淤法改良土体剖面构型、改善土壤结构性，是对土体的粘型剖面进行有机重构，引洪漫淤通过沙掺粘改变土体物理性状，疏松土体增加土体孔隙度，增强土体透水通气性，改良土体剖面构型。实际工程应用中，施工流程一般是首先确定引洪灌区控制面积，然后计算引洪灌溉流量，再对渠首工程进行设计，最后进行渠道工程设计等步骤[14]。

3.5 机械改土法

机械改土法是指利用农业机械设备改良土体剖面构型的方法，主要通过碾压、深翻、深耕、深松等方式，改良土体质地和理化性质、增加有效土层厚度以及土体剖面层次排列形式。机械改土法是农业用地耕作层构建技术中成本较低、技术要求不严的工程手段[15]。

4 结论

在农业用地整治过程中应因地制宜，因势利导，应用土地工程技术手段，对土体剖面构型进行重构，通过采用相应的耕作措施调节其肥力和结构稳定性，使整个土体剖面层级的形成向着良好的方向发展。农用地土体剖面层级构建应该视目标作物而定，不同作物对土体质地、结构、层级都有其特定要求。尊重植物生长规律，并充分利用这种规律，再构建适宜的剖面层级结构，才能真正实现土体有机重构的科学合理，实现土地的良性利用。