工矿区受损耕地质量提升技术体系的构建

高肖阳， 王 海

(1.邯郸市国土资源储备办公室，河北邯郸 056002；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100094；3.上海市建设用地和土地整理事务中心，上海 200003)



工矿区受损耕地质量提升技术体系的构建

高肖阳1,2， 王 海3

(1.邯郸市国土资源储备办公室，河北邯郸 056002；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100094；3.上海市建设用地和土地整理事务中心，上海 200003)

基于对不同工矿区耕地受损类型及影响的总结分析，综合考虑农用地分等指标，筛选形成涵盖作物立地条件、水肥气调节、供应肥力、预警安全、保障生产、外部环境方向的耕地受损特征因素体系，并进行变化情况模拟。采用压力-状态-响应(PSR)分析框架，总结提炼工矿区受损耕地存在的质量提升问题，针对性地提出了提升工矿区受损耕地质量的具体技术和方法。构建了包括表土利用技术、土体重构技术、水体修复技术、农地保育技术及土地整治工程技术5项集成技术在内的工矿区耕地质量提升技术体系。

工矿区；受损耕地，耕地质量提升；技术体系

我国矿产资源丰富，矿业生产排放的各类固体废物长期压占耕地，地表和地下的采挖活动造成大量耕地毁损严重。据统计，目前全国有各类破坏废弃的土地约1 330万hm2。其中,开采矿产资源造成塌陷、挖损、压占破坏废弃的土地有400万hm2左右，约占损毁土地总量的30%。耕地损毁的直接表现除了生产功能丧失外，普遍存在陷坑遍布、积水成塘、设施破坏、交通中断等问题[1-2]。

《国土资源部中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020)》中明确指出，土地资源领域两大优先发展主题之一是土地综合整治技术集成与示范。然而，目前我国工矿区受损耕地修复与整理技术基础相对薄弱，虽然不乏针对典型工矿区(如徐州、淮北等地)受损耕地的具体案例研究，但是现有科学研究对受损耕地修复与整理工程支撑力度还远远不够，在宏观上缺少对全国范围内工矿区损毁类型和特征的梳理分析，对于整理技术的探索缺乏系统性、逻辑性的框架体系和科学考证，导致技术统领性指导与参考缺位，直接影响和制约广大工矿区土地综合整理特别是耕地质量修复与提升工作开展的进度、科学性、有效性和全面性。因此，笔者构建了工矿区受损耕地质量提升技术体系，以期为有效提升我国工矿区受损农田修复与整理技术的科学和完备水平及促进我国土地综合整治事业健康快速发展提供借鉴。

1　工矿区耕地受损类型及影响分析

工矿区耕地受损的主要类型包括土地挖损、土地塌陷、土地压占和土地污染等(表1)。工矿区在生产开采过程中，土地挖损、土地塌陷、土地压占、土地污染等会对区域的景观效果、生态环境及耕地质量造成较大程度的破坏。其中，景观效果的影响主要表现在对耕地、水系、道路、林带等景观要素的破坏，由于地表沉陷的程度不一，附着于地表上的各种建筑物和构筑物难以承受这些变形，产生断裂、损毁，影响了各种人工环境和自然景观。工矿生产活动对生态环境的影响是指污染土地资源，影响地表和地下水系，改变生态环境等方面，对水环境的破坏主要是指破坏了区域的水平衡，改变了地表、地下水资源配置、污染水资源等；工矿生产活动对生态环境的影响是指在土壤资源、土体构型、土壤水分运移、土壤养分运移方面造成破坏[3-5]。

对耕地质量的影响涉及面更为广泛，如开采塌陷造成地表裂隙，导致土壤下陷压实，改变土壤的理化性质，造成土壤水分的蒸发和养分损失。引起土体下沉压实，改变土体密度和孔隙度，导致土壤水分蒸发与养分流失、土壤物理性质恶化等。通过分析可知，工矿利用活动对耕地质量会产生直接影响，之后通过因素交流，间接影响景观效果、生态环境，催发二次损毁和破坏。因此，作为首当其冲的直接影响方，工矿活动对耕地质量影响效果更为显著，其变化波动也更为剧烈。如部分工矿活动可能直接导致耕地资源损毁、耕地效用和质量灭失[6-8]。

2　矿区受损农田质量提升关键影响因素的选取

2.1耕地质量等级研究耕地质量提升问题，必须识别与耕地等别有关的因素。农用地质量分等是针对农用地的自然和经济两方面属性及其在社会经济活动中的地位和作用，综合评定、划分农用地等别的过程[9-10]。农用地等别评定着眼于耕地的持续利用和管理，根据相对稳定、对生产力具有重要影响的因素，且因素在特定地域具有异质性，并相对保持独立发生作用的一系列耕地属性，综合评定耕地质量的优劣。因此，按照农用地质量分等思路实施工矿区受损农田质量提升关键影响因素分析和选取更为科学。

笔者通过大量农用地质量分等文献查阅发现，引用较多的指标为表层土壤质地(引用率100%)、土壤有机质含量(引用率100%)、剖面构型(引用率75%)、排水条件(引用率72%)、灌溉保证率(引用率82%)、地形坡度(引用率94%)、有效土层厚度(引用率70%)、盐渍化程度(引用率45%)、pH(引用率61%)、岩石露头(引用率36%)。而根据农用地质量分等规程，耕地质量等级影响的一般因素见表2。分析表明，这些指标能够反映土地资源管理的要求，对耕地等级具有持久稳定的影响[11-12]。

表1　我国工矿区主要耕地损毁类型及分布

表2　耕地质量等级的影响因素

由于我国幅员辽阔，气候差异明显，地貌类型多样，在实际的耕地等级评定过程中，各省区会根据实际选择差异性的指标。统计2004年各省区分等工作成果发现，存在部分地方指标。如山东选取灌溉水质，安徽采用灌溉条件，浙江省采用基础肥力、耕层厚度、排涝；山西采用地表塌陷程度等(表3)。

2.2受损特征因素选取及变化模拟工矿区受损耕地质量等别提升影响因素既有地区分异，又有共性特征。在综合耕地质量等级影响因素和区域差异性农用地分等指标的基础上，通过梳理大量国内外关于工矿区耕地损毁及耕地质量评价指标体系的文献资料，进行频度统计及分析。剔除效用分析不显著和相关性过弱的因素，如砾石含量、林网化程度、年降水量、海拔高度等。对工矿区耕地受损特征因素进行识别研究，构建出包括作物立地条件、水肥气调节、供应肥力、预警安全、保障生产、外部环境在内的6类18项因素的工矿区耕地受损特征因素体系，且对各项因素的变化情况进行模拟(表4)，为受损耕地质量等别提升障碍压力分析提取奠定基础[13]。

3　工矿区受损耕地质量提升技术需求判定及体系构建

3.1需求判定选取压力-状态-响应(PSR)模型作为工矿区受损耕地质量提升技术需求判定的研究方法。PSR模型最早是经济合作组织(OECD)为了评价世界环境状况提出的评价模式，其强调人类活动对环境、自然资源施加压力和环境、经济、土地等政策或管理措施对其变化产生响应之间的各种联系，有利于决策者及公众将环境资源及其他问题看作相关的统一实体。很多学者将其应用于土地质量研究，均取得了良好的效果，如郭旭东等[14]利用其构建了县级土地质量的评价指标，李资华等[15]利用其开展农用地质量可持续评价等。

表3　区域差异性农用地分等指标

工矿区耕地损毁的类型除了占用外，塌陷、挖损、污染等均可以通过一定的工程技术措施加以修复和恢复利用。结合工矿区土地利用变化的驱动机制，以及土地外在损毁机理，构建压力-状态-响应(PSR)分析框架，在探讨受损耕地的损毁特点及特征因素模拟的情况下，促发对现有问题的响应和行动(表5)。具体而言，立足各种损毁问题影响下耕地质量的因素表征状态，总结提炼工矿区受损耕地存在的质量提升问题，针对性地提出提升工矿区受损耕地质量的具体技术和方法。

3.2体系构建工矿区耕地损毁后，恢复农田形态和提升农田质量，实现耕地资源的再生利用是检验工程技术修复成效的关键和难点，因而构建健全的集成性技术体系对于科学、有效开展工矿区农用地修复和整治具有重要的指导意义和参考价值。基于PSR分析系统产生的响应，将条目繁多的技术方法按照系统工程学理念和逻辑进行整合、归并和总结、分类，形成提升耕地质量等级和生产能力的工程修复集成技术。该技术体系囊括了14项细化技术方法，形成了由表土利用技术、土体重构技术、水体修复技术、农地保育技术、土地整治工程技术五大类集成技术组建的工矿区受损耕地质量提升技术体系(图1)。

表5　工矿区受损耕地质量等别提升PSR系统分析

图1　工矿区受损耕地质量提升技术体系框架Fig. 1　Framework diagram of quality improvement technology system of damaged cultivated land in industrial and mining districts

表土利用技术包括表土剥离技术、表土存储技术、表土再利用技术。表土剥离前期需开展调查与规划工作，根据土壤采样质量检测和评定确保表土质量及使用价值；表土剥离的厚度与取土区土层厚度及耕层厚度密切相关，因此需要挖掘土壤剖面和测定耕层厚度来科学确定剥离深度；对于剥离时机、速度、方法与步骤都已有相关的技术性研究和标准规定供参考。表土存储技术对于保持土壤通气透水性，防止土壤养分及水分流失，将表土质量保持在较高水平具有重要作用。表土利用技术立足促进和利于农作物生长角度专项指导表土回覆方式和回覆厚度选择操作。

土体重构技术包括充填物料优选技术、隔离层设置技术、覆土厚度设计技术。当工矿区内土方量难以满足耕地整治的需求时，需利用客土土源或矿区固体废弃物进行充填土体重构。一般来说，采用充填法进行土体重构对土壤的扰动最大，对耕地质量的影响也更为显著。针对工矿区土层混乱、养分不足、盐渍化、重金属污染以及有效土层厚度不足的突出问题，基于重构适宜作物生长的良好土体构型的目的，合理设置隔离层，发挥保持土壤水分、隔离重金属污染及抑制土壤盐渍化的效用。根据不同作物生长适宜的土层厚度需要，科学确定覆土厚度，有效保障表层土壤水分保持及作物根系下扎。

水系修复技术包括地表水调控技术、地下水位控制技术、土壤水修复技术。根据工矿区周边水系分布及地表水损毁情况，通过合理规划排水系统对地表水系进行疏通。特别是针对积水情况，依靠修建圩堤、水闸和排涝泵站实现地表水系的自排或强排。对于潜水位较高的地区，采取开挖排水明沟或布设排水暗管的方式实现降渍、排水。通过合理布局沟深、沟距以及暗管间距和埋深，科学控制地下水埋深与地下水升降幅度和速度。改善水系衬砌介质材料，引入新型材料及设计模式，增加土壤的有效保水性，提高土壤的通气性和透水性，营造作物的自然生长环境，实现土壤水修复。

农地保育技术包括施肥及管护技术、种植制度调整技术、灌溉方式调整技术。在工矿区耕地整治的工程措施结束后，由于土壤往往受到剧烈的人为干扰而理化性质不良、肥力较低，同时，存在土壤重金属污染的隐患。应采取措施加速土壤熟化、消除或缓解污染，为农作物的生长发育创造适宜的条件。根据地区特征，选取喷灌、微灌、滴灌、低压管道输水等技术来提高节水效果；针对土壤压实问题，通过深翻浅松、合理轮作倒茬来增加土壤的孔隙度；配以秸秆还田、种植绿肥、增施有机肥等管护措施快速提高土壤有机质水平；定向施用化学改良剂中和酸碱度，促进土壤理化性质优化。

土地整治技术包括田块平整技术、农田水利工程技术等。田面平整要便于机耕，最大程度地发挥机械效率；灌水方便均匀，节约用水，有利于压盐、排水，改良土壤并满足作物高产稳定所需水分的要求。此外，基于成熟、传统、现有的土地整治技术，还要继续深化技术创新和技术引进。一是要在整治规划设计阶段适时适度引入多层次、系统性和参与式规划设计理念；二是强化景观生态学、恢复生态学、人地关系协调等理论与土地整治工程技术的有机融合；三是结合工作注重对新型整治机械开发研制和引入应用，如沟渠一体化成型机、激光精密平地仪等。

4　结语

该研究对包括土地挖损、土地塌陷、土地压占、土地污染等在内的不同工矿区耕地受损类型及影响因素进行总结分析，明确了耕地质量受损影响的直接性和显著性。综合考虑农用地质量分等一般性指标和区域差异性指标，筛选了形成涵盖作物立地条件、水肥气调节、供应肥力、预警安全、保障生产、外部环境方向的工矿区耕地受损特征因素体系，并进行变化情况模拟。采用压力-状态-响应(PSR)分析框架，总结提炼工矿区受损耕地存在的质量提升问题，并针对性地提出了提升工矿区受损耕地质量的具体技术与方法，构建了包括表土利用技术、土体重构技术、水体修复技术、农地保育技术及土地整治工程技术5项集成技术在内的工矿区受损耕地质量提升技术体系。该体系综合程度较高，涉及面和适用范围较广，但精细化程度受限。从微观角度看，不同地域、不同工矿种类、不同受损类型会随机以多样化组合呈现，因此存在一定程度的区域性特征分异，个体差异情况难以一概而论。今后需深化探索不同分类标准和模式，修正、优化并构建更能体现损毁特征、符合地域及矿域实际的技术体系。

[1] CAIRNS R R. Effect of deep plowing on the fertility status of black solonetz soils[J]. Cm J Soil Sci,1971,51：411-414.

[2] 国家标准化管理委员会.农用地农用地分等规程：GB/T 28407—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3] 赵其国,孙波.土壤质量与持续环境-土壤质量的定义及评价方法[J].土壤,1997(3):113-120.

[4] 张贞,魏朝富.土壤质量评价方法进展[J].土壤通报,2006,37(5):999-1006.

[5] 李新举,胡振琪.采煤塌陷地复垦土壤质量研究进展[J].农业工程学报,2007,23(6):276-280.

[6] 黎炜.煤矿充填复垦区土壤肥力质量变化与地下水重金属污染研究[D].北京:中国矿业大学,2011.

[7] 黄静,高良敏.煤矿复垦区土壤重金属分布特征与质量评价[J].环境污染与防治,2012,34(2):68-71.

[8] 陈龙乾,邓喀中.矿区复垦土壤质量评价方法[J].中国矿业大学学报,1999,28(5):449-452.

[9] 王建国,杨林章.模糊数学在土壤质量评价中的应用研究[J].土壤通报,2001,38(2):176-183.

[10] 张华,张甘霖.土壤质量指标和评价方法[J].土壤,2001(3):326-333.

[11] 刘飞,陆林.采煤塌陷区的生态恢复研究进展[J].自然资源学报,2009,24(4):612-620.

[12] 杨军,常江.中小城镇采煤塌陷区生态修复规划研究[J].中国科技论文在线,2011,6(5):329-332.

[13] 姚国征.采煤塌陷对生态环境的影响及恢复研究[M].北京:北京林业大学,2012.

[14] 郭旭东,邱扬,连纲,等.基于PSR框架的土地质量指标体系研究进展与展望[J].地理科学进展,2003(5)：479-489.

[15] 李资华,李爱新,邵红.基于PSR模型下的农用地质量可持续评价：以泰和县为例[C]//中国土地学会年会论文集.长沙：中国土地学会,2007.

Construction of the Improvement Technology System of Damaged Cultivated Land Quality in the Industrial and Mining Districts

GAO Xiao-yang1,3, WANG Hai2

(1. Land and Resources Reservation Institution of Handan City, Handan, Hebei 056002; 2. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094; 3. Centre for Shanghai Municipal Construction Land and Land Consolidation, Shanghai 200003)

The cultivated land damage type and effects were analyzed and summarized in different industrial and mining districts. Based on these, classification factors of agricultural land were recombined. And a system for characteristic factors of the damaged cultivated land was screened, covering the crop site condition, water and fertilization regulation, fertility supply, forecast safety, safeguarding production, direction of external environment. PSR analysis framework was used to summarize the quality improvement problems in damaged cultivated land in industrial and mining districts. The specific techniques and methods were put forward for enhancing the damaged cultivated land quality in t industrial and mining districts. Technology system for cultivated land quality improvement including five integrated technologies were established, including surface soil utilization technology,reconstruction technology of water body, river system repair technology, farmland conservation technology, and land reclamation engineering technology.

Industrial and mining districts; Damaged plough; Improvement of the cultivated land quality; Technology system

十二五国家科技支撑计划课题(2011BAD04B03)。

高肖阳(1988- )，女，河北邯郸人，在读硕士,助理工程师，从事土地整治与土地储备研究。

2016-05-03

S 27

A

0517-6611(2016)21-074-05