像呵护皮肤一样呵护土壤——论土壤的重要性及表土保护与利用

平 原，马美景，郭忠录

(1.华中农业大学 水土保持研究中心，湖北 武汉 430071； 2.武汉市水务科学研究院,湖北 武汉 430014)

古人有云：“日月丽乎天，百谷草木丽乎土。”土壤圈是与人类关系最密切的圈层之一，地球上的一切生命都直接或间接来源于土壤，中国古代神话故事“女娲造人”也表达了这个思想。土壤与人类文明息息相关，历史上的大禹治水，都江堰工程都是为了保护肥沃的表土。人类从土壤中获得的食物超过总量的95%以上，而从其他圈层中获得的食物不到5%。人类的皮肤需要精心呵护，表土作为土壤的最外层部分，如同地球的皮肤一样，同样需要保护和防护。在我国社会主义现代化建设的进程中，由于没有及时认识到表土资源的重要性，导致很多珍贵的表土资源没有得到再利用，约有1/3的耕地受到不同程度的破坏，严重影响了我国的粮食安全和生态安全[1]。

2015年联合国《世界土壤资源状况报告》中指出全球土壤整体面临着“十大威胁”，分别是土壤侵蚀、土壤有机碳损失、养分不平衡、土壤酸化、土壤盐渍化、土壤污染、土壤滞水严重、土壤板结、地表硬化和生物多样性丧失[2]。全球每年因土壤侵蚀而造成的表土流失高达250亿～400亿t[3]。2018年我国水土流失面积仍有约277万km2，约占国土面积的29%；我国土壤荒漠化严重，总面积约270万km2，占国土面积的28%以上，且仍有持续扩大的趋势；我国土壤污染也比较严重，约一半的土地受到了不同程度的污染，土壤资源环境不容乐观。

1 土壤的重要性及作用

1.1 土壤是农林牧业的生产基础

土壤是植被生长发育的基础，没有肥沃的土壤，植被将很难存活。土壤为植物提供了机械支撑，植物根系向下生长形成“锚杆”固定，使地上部分稳定生长。土壤是营养库，是陆地植物所必需的营养物质重要供给源，作物生长发育所需要的水、肥、气、热大多数直接或间接从土壤中获得。天然表土覆盖增加了土壤有机碳、腐殖质和土壤有效磷的含量[4]，可以提供农作物生长所需的90%的氮和25%～50%的磷[5]。2019年我国粮食总产量达到6.639亿t左右，人均粮食占有量约为474 kg，基本实现了自给自足。

1.2 土壤保护生物多样性

土壤是地球上生物种类最丰富、数量最多的亚系统。在陆地生态系统中土壤动物是除土壤微生物以外最为丰富的生物类群，目前仅有1%～5%的土壤动物被描述[6]。土壤为它们提供了栖息地(或潜在动植物群落发展地)和繁殖场所，对于保护和提高动物多样性具有重要作用。土壤被认为是地球上最大的遗传基因库，1 g土壤里可能包含了多达800万种微生物，数十亿的微生物细胞，其基因组相比于人类的基因组要丰富1 000倍[7]。而我们对于土壤微生物的认知甚少，95%以上的微生物尚未被分离培养过[8]。植物种子成熟后掉落在土壤中，使表土成为一个强大的种子基因库。土壤种子基因库是潜在的植物群落，是植被生生不息繁衍下去的前提与保障，保证了植物的多样性。土壤还是“资源库”，可以为人类提供具有药用价值的生物。我们临床所用的抗生素大多数来自于土壤中的微生物，土壤动物如蚯蚓、蚂蚁等也具有药用价值，可以治疗疾病。

1.3 土壤表层动物和微生物群系适中

大多数土壤小型动物如蚯蚓、线虫、蚂蚁等在土壤中具有重要的作用[9]。以蚯蚓为例，于建光等[10]研究表明蚯蚓的存在可以促进土壤团聚体结构形成，并且可以显著增加土壤有机碳的含量，蚯蚓的粪便可以提升土壤肥力，促进植物生长；黄建全等[11]以蚯蚓粪便作为葡萄扦插苗的生长基质之一，结果表明合理的蚯蚓粪便比例对葡萄植株生长各项指标都有促进作用；李杨等[12]研究也表明，一定比例的蚯蚓粪便可以提高作物产量，改善土壤质量。土壤动物还可以破碎植物枯枝落叶，将这些有机质残体运往土壤中，增加与土壤微生物的接触面积，提高土壤微生物的活性，增加土壤微生物的种类和数量。

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，主要包括细菌、真菌、放线菌等。1 g土壤中通常含有数十亿个微生物，数量十分惊人。土壤微生物可以起到分解、传递养分和促进植物生长的功能：固氮菌群可以固定氮源，为植物提供氮肥；硝酸菌群可以为植物根系提供硝酸态的氮；放线菌群可以长期定量分泌抗生物质，抑制病害。土壤微生物与植物共生可改善土壤团聚体的结构和功能。丛枝根菌与植物根系共生，可以分泌与球囊霉素相关的土壤蛋白(GRSP)，可有效黏结土壤颗粒，改良土壤团聚体结构，提升土壤质量[13-14]。土壤微生物也受植物的反馈调节作用，植物多样性的提高可以增加微生物的活性。李智超等[15]研究表明，微生物代谢功能会随林分密度而发生改变，最佳林分密度可以使微生物最大限度地发挥改良土壤功能。

1.4 土壤固碳调节全球气候稳定

全球气候变化会对我国的粮食产量、粮食安全、自然灾害、农村社会经济发展等产生重要的影响，维持全球气候稳定意义重大[16]。土壤有机碳(SOC)在土壤团聚体中的固存和矿化过程，对于缓解气候变化和降低土壤退化风险具有重要意义[17]。土壤固碳功能相当强大，全球土壤每年可固定4亿～12亿t碳[18]，是地球表层生态系统最活跃的碳库之一[19]，其固定的碳含量是大气碳库的两倍。土壤碳库稳定和维护了大气中CO2的浓度，保证了全球气候的稳定。目前我国土壤资源紧张，土壤固碳规模相比于西方国家差异较大，总体碳密度要低于世界平均值，保护土壤资源势在必行。

1.5 土壤圈维持生态系统稳定

在生态系统的五大圈层中，土壤圈是生物圈、岩石圈、大气圈和水圈的交界面，是能量转化与迁移、物质转化最为频繁的圈层[20]。全球50%以上的有机、无机污染物最终会滞留在土壤中，经过一系列生物化学反应和物理沉淀，起到缓冲、降解、固定和解毒的作用。土壤圈在水分循环过程中起到了关键性作用[18]。地面上的水分通过蒸发回到大气中，经过迁移后又以降水的形式掉落在地面上，补充地表地下水资源，形成水分大循环，土壤在水分循环过程中对水分的容纳可以减缓地表径流的产生，减缓径流冲刷导致土壤侵蚀的过程。土壤供给养分促进植物生长，植物吸收养分获得的能量在食物链中层层传递，最后经过分解又回到了土壤中，促进了养分循环，保障了自然的平衡。

1.6 土壤提供原材料、构建成景观及保护文化遗产

“China”也有陶瓷的意思，我国古代人民用自己的智慧来利用土壤，陶瓷就是其一。人们利用黏土来烧制陶瓷，便利自己的生活；土壤中的沙石、矿物可以与水泥混合形成混凝土，被广泛用于生产建设活动中；土壤可以构成自然景观，如五色土、张掖丹霞地貌等奇特的土壤风景线；土壤还可以用于考古。土壤见证了不同文明的兴衰，其遗物遗迹被埋没土壤中，土壤的理化性质会因此发生改变，为考古提供科学依据。

1.7 保护土壤资源是建设美丽中国的必然要求

党的十八大报告提出建设美丽中国，强调把生态文明建设放在首位。土壤污染问题是人民群众比较关心的问题，加强土壤污染治理才能保障我国社会、经济与生态持续发展。十九大报告提出针对土壤中的污染问题，要加快生态文明体制改革，践行绿水青山就是金山银山的发展理念，坚决打好污染防治攻坚战，助力中华民族伟大复兴中国梦的实现。

保护土壤资源，坚持绿色发展理念。海绵城市是近年来新兴的一种绿色城市发展方向，用来解决城市降雨引起的洪涝问题。而土壤作为城市降雨的重要载体，其具有水分入渗、持水和自净的能力，是建设海绵城市不可或缺的元素[18,21]。

2 表土保护与利用

2.1 表土保护的重要性

表土(topsoil或surface soil)一般指土层的最上部分的土壤，其薄厚因土壤类型而异[22]。相比于底土，表土在实现土壤的功能中起到了至关重要的作用。金章利等[23]研究表明，土壤养分集中在表土层内，并随着土层深度的增加而逐渐降低，且表土中有底土缺乏的钾素和钙，适宜的pH值更适宜作物生长。盛浩等[24]研究表明，微生物含量及活性随土层的加深而明显降低，表层土壤中微生物含量及活性均为最高。土壤动物也具有“表聚性”的特征，其丰富度随着深度增加而降低[25]。而土壤侵蚀过程中流失的大多数都是肥沃的表土，致使耕地质量下降，严重影响了农业生产。因此，充分保护与合理利用表土资源是十分有必要的。

2.2 表土剥离的必要性

近年来随着我国经济的迅速增长，越来越多的地方开始进行大规模的开发与建设，必须采取措施合理保护及利用表层土壤资源。水土保持法明确，生产建设项目所占用土地的表土，应当分层剥离、保存和利用。土地复垦条例提出，义务人应当首先对拟损毁的耕地、林地、牧草地进行表土剥离。《生产建设项目水土流失防治标准》(GB/T 50434—2018)已于2019年4月1日起实施，该标准新增了表土保护率指标，要求工程扰动范围内的表土剥离量要达到一定的比例。表土剥离再利用是指将生产建设项目所占地(包括永久占地和临时占地)中的表层土壤进行剥离，并搬运到固定且独立的地点堆存，待主体工程结束后直接用于原地或者异地复垦、土壤改良或土壤污染治理的技术。表土剥离再利用直接缩短了土壤的熟化时间，保护了土地，为实现生态环境可持续维护做出贡献，具有不可忽视的作用。

2.3 表土利用的多样性

EMSENS et al.[26]研究表明，自然表土中含有较高的养分，可以让区域内植被得到快速恢复，迅速改善土壤的各种性质，使土壤结构得到改善。表土再利用是一个可以获得效益的环节，剥离下来的表土可用于原生产建设项目完工后临时占地区的复垦工作，最大限度保护耕地资源，有效增加耕地面积，缓解人地矛盾；也可用于异地复垦，将多余的表土资源卖到土壤资源比较缺乏的地区进行复垦耕种，既可以协调区域水土资源平衡，也推动了区域经济社会的发展；还可以用于客土改良，对中低产的土地掺入表土，使其土地性能短时间内得到改善，生产力得以提升。

2.4 表土剥离存在的问题

我国表土剥离技术研究自1990年开始起步，经多年的发展，已经取得了一定的研究成果，但仍亟待深入研究。目前表土剥离技术仍存在以下几方面问题：

(1)相关剥离标准尚未完善。我国土地管理法、水土保持法、土地复垦条例、基本农田保护条例都对保护表土提出了要求，《生产建设项目水土流失防治标准》(GB/T 50434—2018)也明确要求需要将表土保护率写进水土保持方案报告书内，但表土保护率并没有涉及具体的剥离厚度。只有《水利水电工程水土保持规范》(SL 575—2012)对水利水电工程涉及的农耕地和山坡地剥离厚度提出了要求，但目前还没有形成专门的剥离厚度规范。按水土保持分区(紫色土区、红壤区、黄土高原区等)针对不同土地利用类型(农耕地、荒地、林地等)制定相关的土壤质量评价指标，分等级规定剥离厚度，对生产建设项目表土资源保护具有重要的指导意义。

(2)表土剥离技术体系存在难点。目前来讲我国表土剥离尚未形成一个很成熟完善的技术体系，有些地方设立了地方标准，但未形成比较细化严谨的国家统一标准，且没有表土剥离专用机械。目前主要使用推土机进行表土剥离，在表土剥离过程中易使土壤上下层混合，且易对表土过度碾压，使表土价值降低；表土堆放过高会使下层表土底土化，压实表土使土壤内部微生物难以存活，最终使表土“死去”；表土的肥力会随着堆放时间逐渐降低，下层表土变“死土”。

(3)人为漠视严重。成本高是表土剥离中面临的比较大的问题，而表土剥离带来的收益不能直接以经济效益来衡量，应该加上社会效益和生态效益，很多开发建设项目的主体责任单位及农民还没有意识到这一点。主体责任单位为了加快工程进度和利益最大化，忽略表土剥离这一工序，等临时占地区复垦时再到其他地方购买表土。农民朋友只知道获得了眼前的利润，不知早已提前透支了子孙后代的资源。加上相关政府部门对表土重要性的认知不够，相关部门协调、监管不到位，纵容了这一现象的发生，导致很多珍贵的表土资源损毁。

3 总结与展望

习近平总书记曾讲：“生态环境没有替代品，用之不觉，失之难存。”表层土壤一旦失去永远无法找回，恢复可耕作的表层土壤需千年之久，肥沃适生的表土是人类生存和良好生态可持续的根本。保护表土，就是在保护我们赖以生存的地球家园。

结合表土剥离技术现有的研究成果，今后可加强以下方面的工作：①出台相应表土剥离厚度标准，并尽快形成细化严谨的国家统一标准，让表土保护有法可依，有章可循；②构建表土信息发布平台，实现跨地区表土资源共享，综合考虑表土剥离的适宜运距、成本、效益等，按时间与空间科学优化，合理地进行表土资源协调配置，做到高效益、低成本利用表土资源，增加耕地数量，提升耕地质量；③目前的研究热点主要集中在对生产建设项目所占农耕用地的表土剥离技术和再利用方向的研究，而对荒地、林地表土剥离相关研究较少。对于荒地和林地的表土剥离厚度、剥离方式、成本收益、生态效益、社会效益有待进一步研究。