關(guān)紅飛，藺亞莉

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)，陜西 西安710075； 2.榆林市榆陽區(qū)巴拉素區(qū)域農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，陜西 榆林719000)

0 引言

由于陜北部分地區(qū)大規(guī)模開采礦產(chǎn)資源，導(dǎo)致土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境破壞惡劣。陜西省神木縣孫家岔鎮(zhèn)排界村土地開發(fā)項(xiàng)目以礦區(qū)土地整治及生態(tài)治理為目的，進(jìn)行礦區(qū)土地整治，將礦區(qū)開采后的廢棄地進(jìn)行改良變?yōu)檗r(nóng)用地。

1 項(xiàng)目區(qū)簡介

項(xiàng)目區(qū)位于陜西省榆林市神木縣孫家岔鎮(zhèn)排界村，東徑110°17′26″～110°18′32″，北緯39°06′23″～39°07′38″。

項(xiàng)目區(qū)位于陜北黃土高原和毛烏素沙漠交界處。區(qū)內(nèi)地貌單元屬黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)大部分被第四系風(fēng)積沙和黃土覆蓋，為黃土梁峁和丘陵寬谷地貌，地勢總體北高南低，海拔在1 200 m左右。區(qū)內(nèi)是煤礦開采后的排矸場，多年風(fēng)沙堆積，沙丘、沙壟和沙坪地貌明顯。本區(qū)地處西北地區(qū)，氣候特點(diǎn)：春季氣溫回暖較遲，起伏較大，沙塵天氣略多；夏季暴曬，日夜溫差大，仲夏天氣多雷陣雨及陣風(fēng)；秋季涼爽濕潤，氣溫下降快，10月后降水量速減；冬季雨雪稀少，寒冷干燥。

2 試驗(yàn)研究方法

在礦區(qū)進(jìn)行耕作層構(gòu)建，主要措施有物理措施和化學(xué)生物措施，利用土體有機(jī)重構(gòu)對無法利用、污染損毀的土地進(jìn)行整治，改善土壤、水質(zhì)和植被等，實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)[1]。生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)復(fù)雜漫長有機(jī)的過程，目的是能夠?qū)崿F(xiàn)多樣的生態(tài)功能。礦區(qū)治理結(jié)合生態(tài)學(xué)理論，應(yīng)用土壤修復(fù)、邊坡防護(hù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的生態(tài)治理與可持續(xù)利用[2]。

首先在項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)田試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際礦區(qū)環(huán)境進(jìn)行土體有機(jī)重構(gòu)，設(shè)計(jì)出合理的土體結(jié)構(gòu)，用工程手段建設(shè)出適合農(nóng)作物生長的耕作層，土壤環(huán)境達(dá)到高質(zhì)量農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)。利用客土法解決項(xiàng)目區(qū)的重金屬輕微度污染問題，通過田間試驗(yàn)尋找最佳方案。礦區(qū)廢棄地治理過程中堅(jiān)持生態(tài)要素“山水林田湖草”綜合治理思想，以植被、生物多樣性保護(hù)為目標(biāo)，利用客土回填土壤修復(fù)促進(jìn)植物生長。

通過小片區(qū)的試驗(yàn)總結(jié)推廣，因地制宜，尋找出整個(gè)項(xiàng)目區(qū)治理的方法，將廢棄的礦區(qū)有效地開發(fā)成農(nóng)用地，充分利用土地，同時(shí)明顯地改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

2.1土體有機(jī)重構(gòu)

礦區(qū)耕作層構(gòu)建技術(shù)的關(guān)鍵是有機(jī)重構(gòu)土體，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，提高持水保肥能力，滿足植物生長環(huán)境。有機(jī)重構(gòu)土體是進(jìn)行礦區(qū)污損土地的土壤修復(fù)，依靠工程措施及物理、化學(xué)、生物、生態(tài)措施，重新構(gòu)造適宜的土壤[3-4]。

2.2物理改良

礦區(qū)土體有機(jī)重構(gòu)物理改良措施有表土剝離、客土回填與攤鋪和深耕翻土等。地表熟土中的營養(yǎng)元素、植被根葉及微生物殘骸等為植物生長提供所需成分。熟土表層取走保存，待田塊平整覆土后再將原有熟土運(yùn)回利用[5-6]?？屯粱靥钆c攤鋪的關(guān)鍵在于土源土質(zhì)和耕作層覆土的厚度。覆土厚度的確定將通過試驗(yàn)田耕作層不同厚度試驗(yàn)進(jìn)行。

2.3化學(xué)改良

礦區(qū)礦物殘質(zhì)較多，土壤理化性質(zhì)復(fù)雜，有明顯的酸堿化傾向。改變土壤酸堿性常見物質(zhì)有硫酸亞鐵及硫酸氫鹽、磷酸鹽、石灰和石膏等。此外，石膏可有效地降低土壤中重金屬的遷移。有機(jī)物如木屑、堆肥、綠色垃圾、糞肥和有機(jī)污泥都能調(diào)節(jié)土壤的pH值，并且可以改善土壤結(jié)構(gòu)、增加營養(yǎng)成分，提高土壤持水能力和陽離子交換能力，改善保水保肥能力，是礦區(qū)土壤耕作層構(gòu)建過程中良好的添加劑[7-8]。有機(jī)碳可為微生物提供能量，微生物在土壤中分解動(dòng)植物而獲得有機(jī)碳。樹皮、黑麥草或印度黃檀可為土壤細(xì)菌提供充足的有機(jī)碳，增加土壤的水分和有機(jī)碳，以及N、P、K含量[9]。

2.4生物修復(fù)

生物修復(fù)是利用植物、土壤動(dòng)物和土壤微生物改變土壤物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)增強(qiáng)土壤肥力的過程，具有降解、吸收或富集受污染土壤和水體中污染物質(zhì)的能力[10]。土壤修復(fù)工程措施中物理和化學(xué)改良投資大，改變原有景觀困難。而生物修復(fù)投資小，周期較長，能夠同時(shí)改變氣、水和土的環(huán)境質(zhì)量，減輕污染源對人體健康的危害，并且能同時(shí)展開農(nóng)林開發(fā)，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[11]。依據(jù)參與修復(fù)的類型，可劃分為植物修復(fù)、土壤動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)和菌根生物修復(fù)。項(xiàng)目所在區(qū)域植被較多，主要以草本植物為主，其次為木本植物、半灌木植物。沙棘、沙蒿、沙柳、沙打旺、檸條、水桐、樟子松、榆樹和旱柳等分布較廣泛，植被茂盛。

礦區(qū)進(jìn)行造林過程設(shè)計(jì)為混交林，從而增加植物生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性和層次結(jié)構(gòu)。植被的群落結(jié)構(gòu)應(yīng)模擬天然植被結(jié)構(gòu)，實(shí)行喬灌草復(fù)層混交。當(dāng)表層土壤厚度較低時(shí)，可以增加覆土厚度，可用土壤、污泥和粉煤灰等，促使土壤環(huán)境得到較大改善[12]。

3 耕作層構(gòu)建技術(shù)措施

3.1土地工程

神木縣孫家岔鎮(zhèn)排界村土地開發(fā)項(xiàng)目堅(jiān)持因地制宜、注重效益[13]。重點(diǎn)從合理利用土地資源，便于生產(chǎn)管理，充分提高社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益等方面出發(fā)，滿足生態(tài)環(huán)境、資源保護(hù)和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展要求。

3.1.1表土剝離

項(xiàng)目區(qū)原為排矸場，荒廢多年，雜草叢生。個(gè)別地塊村民自行開墾，種植糜子、玉米等植被。表土厚度大約15 cm，部分熟化。項(xiàng)目建設(shè)前期，需要?jiǎng)冸x表土，以妥善保存地表原始土壤，這是保證后期植被恢復(fù)的關(guān)鍵[6]。

3.1.2土地平整和客土攤鋪

土地平整工程是通過機(jī)械平整損毀土地變?yōu)楦氐那捌诠こ?，達(dá)到便于作物生長、利于排水、改良土壤和滿足植被對地形的需要。土地平整工程的實(shí)施區(qū)域?yàn)榕彭穲?，存有大量廢石、廢渣及少量煤層，以機(jī)械耕作方便、滿足灌溉排水要求和挖填方量最小為原則，確定田塊布設(shè)方案，同時(shí)充分考慮原地形坡向，在順坡方向一定長度內(nèi)，分臺(tái)階布置，臺(tái)階高度根據(jù)地形高差決定，邊坡坡度均設(shè)計(jì)為1∶1，以減少土地平整工程量，沿灌水方向比降控制在0.5%，盡量避免形成不規(guī)則的三角形、多邊形。根據(jù)地形，田塊一般成長方形布設(shè)，耕作方向以南北向?yàn)橹鳌８鶕?jù)工程規(guī)劃總體布局，共布置6個(gè)耕作田塊，土地平整77.9 hm2。

因項(xiàng)目區(qū)土場土壤為沙土，土壤養(yǎng)分含量低，土質(zhì)較為貧瘠，為滿足作物正常生長需要進(jìn)行表土保留及外調(diào)土方田面覆土，保留原表土0.15 m，耕作層總厚度為0.6 m，完全可以滿足耕作要求。取土場距項(xiàng)目區(qū)分別為5 km和10 km。為防止造成新的人為水土流失并保證取土安全，采用自上而下分層取土的方式，并對取土形成的邊坡保持1∶1～1.5的穩(wěn)定邊坡，取土結(jié)束后，應(yīng)種植林草等植被對地面及坡面進(jìn)行防護(hù)，避免土體裸露。清除粒徑>15 cm的料姜石，減少阻礙植被生長的礫石，改善土壤質(zhì)地，提高其持水與持肥性。

3.2邊坡穩(wěn)定治理

耕作層形成后，邊坡防護(hù)是重點(diǎn)工作。由于受夏季暴雨、礦區(qū)地層下陷等影響，邊坡極易造成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。項(xiàng)目田坎邊坡治理過程中，坡度控制在1∶1，上段修建田埂，落差>10 m地方設(shè)置戧臺(tái)。在外界邊坡較陡區(qū)修建抗滑擋墻，漿砌片石護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)。田埂種植樟子松，坡面撒播草籽草苜蓿、沙打旺，紫穗槐按間距1 m×1 m種植。

對于外邊坡坡度小于1∶3.5的區(qū)域可以采用沙障網(wǎng)格障被，采用柴草、活性沙生植物(沙蒿)的枝莖或其他材料，沙障在地面呈方格狀或網(wǎng)格狀分布，沙障間距一般采用1 m，將柴草、活性沙生植物的枝莖切好，設(shè)計(jì)條帶線均勻放置在線上，草的方向與帶線正交。在柴草或活性沙生植物的枝莖中部踩壓，柴草進(jìn)入沙內(nèi)0.15～0.20 m，露出地面0.2～0.3 m，用手扶正，基部培沙。在網(wǎng)格障被內(nèi)栽植紫穗槐，紫穗槐采用穴栽，每穴2～3株，紫穗槐株行距1 m×1 m，2 穴m2，品字型排列。對于邊坡坡度大于1∶3.5的區(qū)域采用表層覆土0.2 m，覆土采用人工攤鋪，攤鋪要均勻，避免局部出現(xiàn)裸露明沙，然后再用網(wǎng)格障被固定栽植紫穗槐[14]。

3.3生物措施

3.3.1耕作層肥力提升

項(xiàng)目區(qū)周邊存在屬黃土丘陵區(qū)的沙蓋黃土區(qū)，項(xiàng)目區(qū)局部蓋沙較薄，下伏土層深厚，從外觀看，呈棕紅色，基本為黏性土質(zhì)?？衫秘S富的紅泥土資源和表層多年來形成的沙土層做為土地平整后覆蓋耕作層，數(shù)量可以滿足使用。土壤類型均為黃土性土類。黃土性土類有機(jī)質(zhì)含量低，土壤物理性質(zhì)不良，保水保肥能力差，且易受干旱威脅，屬質(zhì)量較差的土壤之一，但經(jīng)過改良適于耕種，而且可獲得高產(chǎn)。取樣化驗(yàn)，項(xiàng)目土場土壤養(yǎng)分情況：有機(jī)質(zhì)15.3 gkg，堿解氮118 mgkg，有效磷30 gkg，速效鉀158 gkg，pH值8.7。土場土源可作為客土進(jìn)行回填，土壤經(jīng)改良后可適于農(nóng)作物生長。工程措施和生物措施相結(jié)合，改良項(xiàng)目區(qū)土壤的理化性狀。一是采取工程改土，在耕作層摻入一定比例的黏性土壤，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力。二是采取壓青、秸稈還田、增施農(nóng)家肥措施，增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，使之能達(dá)到高產(chǎn)高效目的。三是施加有機(jī)肥或化肥促進(jìn)生土熟化，快速補(bǔ)充氮磷鉀，提高其供水供肥能力，保障草籽和苗木的生長發(fā)育。

3.3.2植被恢復(fù)

陜北地區(qū)水土保持主要依靠生態(tài)修復(fù)措施，利用喬木、灌木或根深、根淺等植被有序搭配達(dá)到效果。常見植物有樟子松、新疆楊、紫穗槐、沙打旺和草苜蓿等，個(gè)別環(huán)境也可以種植沙蓋。采用喬、灌、草混交、針闊葉混交的配置，營造寬帶式立體防沙林帶。

為保護(hù)項(xiàng)目區(qū)開發(fā)后的農(nóng)田安全生產(chǎn)，免受風(fēng)沙侵害，環(huán)項(xiàng)目區(qū)四周兩側(cè)各栽植兩行樟子松防護(hù)林，田塊與田塊之間的田坎上撒播紫花苜蓿防護(hù)，結(jié)合區(qū)外原有防護(hù)林，形成內(nèi)外結(jié)合的防風(fēng)固沙屏障，保護(hù)農(nóng)田安全生產(chǎn)，同時(shí)也增加項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋面積，改善區(qū)域小氣候(圖1)。田坎邊坡前期風(fēng)蝕比較嚴(yán)重，采用沙障固定表面沙土，避免風(fēng)蝕然后種植紫穗槐、紫花苜蓿等植被，效果明顯。項(xiàng)目區(qū)多以北風(fēng)和西北風(fēng)為主，多發(fā)生在春季和冬季，占全年的74%。因此，需科學(xué)設(shè)計(jì)防護(hù)林網(wǎng)，減輕風(fēng)沙危害。防風(fēng)林帶的設(shè)置與田塊邊界和道路布局相結(jié)合，在上風(fēng)向增加密度，形成環(huán)網(wǎng)。樹種選擇應(yīng)與當(dāng)?shù)貧夂虻茸匀粭l件相適應(yīng)，與當(dāng)?shù)厝罕娏?xí)慣相適應(yīng)，盡量選擇耐旱、耐瘠薄、抗風(fēng)、美觀和不與農(nóng)作物爭水肥的樹種。結(jié)合該項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，項(xiàng)目區(qū)周邊已形成喬木防護(hù)林，現(xiàn)將田間道路和生產(chǎn)道路防護(hù)林進(jìn)行規(guī)劃，栽植樟子松的株距2 m，行距2 m。紫穗槐采用1 m×1 m菱形布置。樟子松苗木要求地徑2.5 cm以上，紫穗槐高0.5 m以上。栽植樹坑需換土回填，及時(shí)澆水，要求成活率達(dá)85%以上[15]。

4 結(jié)論

通過對神木縣孫家岔鎮(zhèn)排界村開采后礦區(qū)的地理環(huán)境分析，采用土體有機(jī)重構(gòu)理論進(jìn)行礦區(qū)復(fù)墾，實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)。結(jié)合實(shí)施的土地整治項(xiàng)目，探究陜北礦區(qū)耕作層土地構(gòu)建技術(shù)，結(jié)論如下。

(1)在認(rèn)真分析礦區(qū)地理環(huán)境和周邊自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出將礦區(qū)進(jìn)行土地整治，進(jìn)行耕作層構(gòu)建達(dá)到農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

(2)項(xiàng)目耕作層構(gòu)建過程中有機(jī)重構(gòu)土體，采用土地平整與剝離，客土回填攤鋪、邊坡穩(wěn)定治理和生物措施等綜合治理，效果明顯，對陜北地區(qū)礦區(qū)治理有參考意義。